[发明专利]改性天然生物基木质素磺酸盐高效减水剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种改性天然生物基木质素磺酸盐高效减水剂的制备方法，提取碱木质素进行分级纯化得高分子量和低分子量碱木质素。丙酮与甲醛缩合反应将羟甲基丙酮基团连接到高分子量碱木质素分子链上；甲醛羟甲基化反应在低分子量碱木质素分子上引入羟甲基。酸性和高温条件下，高分子量碱木质素分子上羟甲基丙酮基团与低分子量碱木质素分子上羟甲基缩合得碱木质素高聚物。亚硫酸氢钠对碱木质素高聚物高温磺化引入磺酸基。使用天然木质素制备改性木质素磺酸盐高效减水剂，避免了高效减水剂生产中人工合成化工品对环境的负面影响。制备的改性木质素磺酸盐高效减水剂具有比普通木质素磺酸盐减水剂更高减水率、更好混凝土流动度保持性和力学性能。

技术领域

本发明涉及高效减水剂制备技术领域，具体涉及一种改性天然生物基木质素磺酸盐高效减水剂的制备方法。

背景技术

随着我国村镇化与土木工程建设速度的加快，水泥混凝土材料因其具有材料来源广和成本低的特点，已被广泛使用在民用建筑、高速公路、桥梁、隧道、码头、钻井平台等工程建设中，水泥混凝土材料是目前世界上使用量最大的建筑材料。水泥混凝土材料主要由胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、高效减水剂等构成。高效减水剂是混凝土材料中的一个重要组成部分。高效减水剂作为一种阴离子表面活性剂能吸附在水泥颗粒表面形成具有一定机械强度界面膜，界面膜能减少颗粒之间阻力和起润滑作用，可改善混凝土拌和物的流变性能。在相同坍落度下，高效减水剂的掺加降低了混凝土中拌和水用量和水灰比，提高混凝土的密实性和力学性能。使用高效减水剂还能增加混凝土抗冻性和减少水下混凝土浇筑时的离析，使得高流动性、高强度的自密实混凝土制备成为可能。

目前国内外普通使用的减水剂按减水效果来分，可分为普通减水剂和高效减水剂(又称超塑化剂)。木质素磺酸盐作为普通减水剂，其减水效果较低，0.6％掺量下减水率只有8-12％，掺木质素磺酸盐减水剂的混凝土含气量较大且易出现缓凝现象、水泥的适应性较差，木质素磺酸盐类减水剂需与其他种类高效减水剂复配使用，这限制了木质素磺酸盐减水剂的使用范围。高效减水剂主要以萘磺酸盐、磺化三聚氰胺、脂肪族、氨基磺酸盐、聚羧酸高效减水剂为代表。高效减水剂具有生产工艺简单、掺量小等优点，但制备这些高效减水剂的原材料为工业萘、三聚氰胺、苯酚、对氨基苯磺酸、烯烃、不饱和羧酸共聚物、不饱和聚醚、连有磺酸基团的接枝聚合物人工合成化学品，其价格较高且具有一定毒性，使用人工合成化学品在高效减水剂生产中会对环境和公众健康产生负面影响。采用改性天然生物质材料制备高效减水剂不但拓宽了天然生物质应用领域，而且生产过程绿色环保，具有良好应用与发展前景。

木质素是由愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷、对羟基苯丙烷等单元通过C-C键和C-O-C键连接聚合而成的具有植物体骨架的天然生物质材料。木质素分子中含有羟基、羰基、羧基、甲氧基等活性官能团，羟基以醇羟基和酚羟基两种形式存在，酚羟基的多少反映了木质素醚化和缩合程度。木质素侧链α位和γ位具有羟基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、对羟基肉桂酸、阿魏酸酯的分子构型，α位上除具有酯类分子构型外，还呈现出醚类和联苯类C-C结构，木质素分子侧链结构直接关系到木质素分子的化学活性。木质素是自然界中数量仅次于纤维素的第二大生物质材料，每年自然界中木质素产量为600万亿吨。木质素主要来源于造纸行业，每年造纸制浆废液中的木质素总量达5000万吨，制浆废液中95％的木质素作为废弃物随废水直接排入江河或浓缩后焚烧，只有1％左右制浆废液中的木质素用来制备木质素磺酸盐减水剂。造纸废液的大量排放不仅浪费了木质素资源，并且严重污染了地下水、河流和造纸厂周边的环境，造纸废液的排放现已成为影响现代城市环境最主要的问题。随着人类对废弃资源循环再生利用意识的不断深入，高效利用天然木质素资源已受到世界各国的广泛重视。采用传统方法制备的木质素磺酸盐减水剂其减水效果一般，使用量受到限制。开发出一种低成本、高减水、高缓凝、环境友好的改性木质素磺酸盐高效减水剂已成为本研究领域的热点。