[发明专利]高磺化高浓脂肪族减水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高磺化高浓的脂肪族减水剂及其制备方法。

背景技术

随着国家对基础设施建设的大力推进，中国混凝土的使用量日益增加，而作为混凝土关键第六组分的混凝土外加剂的发展也日益迅猛。迄今为止，陆续出现了木质素减水剂、萘磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪族减水剂和聚羧酸减水剂等等，其中脂肪族减水剂以价格低廉、减水较高、制备工艺简单等诸多优点，成为混凝土从业者非常青睐的混凝土外加剂剂种。脂肪族减水剂是以丙酮、甲醛、亚硫酸钠等作为主要原材料，在碱性物质催化下经过磺化和缩合制得。但是随着混凝土往高性能化方向发展，混凝土对其外加剂的技术要求也日益提高。在这样的背景条件下，脂肪族减水剂就暴露出减水性能不足的缺点，其部分应用领域逐渐被减水较高但是价格昂贵的聚羧酸外加剂所替代，增加了建筑的成本。因此如何提升脂肪族减水剂的减水性能，成为混凝土外加剂从业者孜孜不倦从事的工作，但是作为脂肪族减水剂其原材料比较局限、制备方法也比较单一，因此提升其减水性能的困难程度也较大。

现有文献报道的脂肪族减水剂的减水性能提升方式一般有两种：

一种是工艺改进，采用改变物料的加入顺序或工艺，来改善产品的性能。

专利CN 103467686公开了一种高减水率脂肪族减水剂的制备方法，通过将醛类化合物和酮类化合物均预磺化，然后在高温下发生羟醛缩合反应，在反应末期，通过加入少量过硫酸盐引发自由基聚合，提高产物的分子量，获得高减水率的脂肪族减水剂。但是此项专利中甲醛的预磺化液为强碱性，甲醛在强碱性体系中会发生坎尼扎罗(Cannizzaro)反应会产生甲醇和甲酸，这些副产物的产生一方面造成了反应的不可控性，另一方面对混凝土的耐久性也也有不利的影响，并且该专利报道的工艺过于复杂，不利于生产转化。

另一种是通过其他化学物质进行改性。

专利CN 103708759公开了一种改性脂肪族减水剂的制备方法，采用丙烯酸等自由基聚合单体改性脂肪族减水剂，所制备的减水剂在减水、坍落度保持等方面均表现出优异的性能，但是采用价格昂贵的自由基聚合单体来改性，也增加了减水剂的成本，而且由于羧酸根的引入会加大减水剂对粘土的敏感性，使得减水剂对混凝土材料的适应性变差。

因此如何开发一种产品性能优异、成本较低、合成过程简单、过程容易控制的脂肪族减水剂的制备方法，成为改进脂肪族减水剂产品性能的关键方向所在。

发明内容

针对现有脂肪族减水剂的减水性能、含气量和分散性能有待提升的问题，本发明提供一种高磺化高浓的脂肪族减水剂及其制备方法，所述高磺化高浓的脂肪族减水剂的制备方法，操作简单，并可有效提高所得脂肪族减水剂的减水率、固含量和存储稳定性。

本发明研究者通过大量研究发现在脂肪族减水剂的合成中，若能增加聚合物分子中的磺酸根数目，则有利于提高减水剂的减水性能。但是磺化程度的提高，会阻碍缩聚反应的进行，使得减水剂分子量偏小，达不到理想的分散性能。

为了克服这样的矛盾，研究者发现提高产品的聚合浓度可以加大缩合反应的程度，从而可以增加产品的分子量。因此采用高磺化和高浓的协同技术方案可以有效的提高产品的性能。

本发明研究者发现，通过增加聚合浓度，当磺化度较高时，分子量的增长非常缓慢，需要进行长达几十小时的缩合才能达到预期的分子量，因此研究者尝试采用酚类或者苯胺类化合物作为交联剂，使得较小的减水剂分子发生交联以提升产品分子量。采用这种技术手段后，研究者可以大幅提高产品的磺化度。

本发明所述高磺化高浓的脂肪族减水剂的制备方法：是由丙酮和甲醛在高磺化剂用量和高聚合浓度的条件下、经由功能性碱性化合物催化作用和交联剂交联作用下，由缩聚反应制备而得的一种分子量严格控制、磺化度高、聚合浓度高的脂肪族减水剂。

本发明所述高磺化高浓脂肪族减水剂的制备方法中丙酮、甲醛、磺化剂、碱性化合物、交联剂和水的投料质量比为100：(210～350)：(120～220)：(5～80)：(80～350)。

本发明所述高磺化高浓脂肪族减水剂的磺化度在70％～90％之间。

本发明所述高磺化高浓脂肪族减水剂的固含量在40％～60％之间。

本发明中所述的磺化剂为亚硫酸钠、焦亚硫酸钠或者亚硫酸氢钠中的一种或一种以上任意比例的混合物。

本发明中所述的碱性化合物为无机碱和有机碱的混合物，无机碱为氢氧化钠或碳酸钠，有机碱为乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。无机碱和有机碱的混合质量比例为1：(0.1～0.5)。有机碱的加入具有刺激减水的作用。