脂肪族高效减水剂的合成工艺

高效减水剂是生产高强、高性能混凝土的主要原料之一。目前在国内市场上，使用的高效减水剂主要有萘系减水剂，磺化三聚氰胺系减水剂，氨基磺酸盐系减水剂以 及聚羧酸盐系减水剂[1，2]。其中萘系减水剂使用量最大，但是它存在着一些缺陷：比如生产过程中对环境污染比较严重；减水率不是很高；产品保坍性能差； 硫酸钠含量高，冬季有结晶沉淀的现象。而且原料工业萘价格波动较大。

脂肪族减水剂是上世纪80年代发展起来的一种新型减水剂[3]。它是以丙酮、甲醛、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠等为主要原料，经过磺化、缩合而制得的阴离子高分 子表面活性剂。它具有以下特点：(1)减水率高。(2)含气量低，有利于制备高强、高性能混凝土。(3)Na2S04含量低，冬季无结晶沉淀现象，可以方 便地复配成防冻剂、泵送剂。(4)原料来源广泛，在工业萘价格上扬的今天，其性价比要高于萘系减水剂。

脂肪族高效减水剂反应机理比较复杂[4]。不同的工艺和配方虽然都可以生产出脂肪族减水剂，但是各种产品的综合性能相差很大。影响脂肪族减水剂性能的因素 有：合成时的加料方式、反应温度、反应浓度、原料配比等[5]。本文在介绍合成工艺的基础上，对几个重要影响因素进行了讨论分析。

1 实验

1．1 主要原料

丙酮(工业级)、甲醛(工业级)、焦亚硫酸钠和亚硫酸钠(工业级)。 1．2 合成实验

(1)将一部分甲醛、丙酮和Na2S：O，混合均匀，备用。

(2)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器、滴液漏斗的四口烧瓶中加人称量好的自来水和Na2SOs以及另一部分甲醛。开动搅拌器用水浴升温至55℃，在55-65℃条件下用滴液漏斗缓慢滴加上述的混合液，滴加时间3-4h。 (3)滴加完毕后，升温至90-95~C，保温2-3h，得到含固量为35％的产品。 1．3 水泥净浆实验和混凝土实验 (1)实验原材料：减水剂为本实验合成的脂肪族高效减水剂。此外，为了与其它减水剂比较，选用了常用的磺化三聚氰胺减水剂SM及萘系减水剂；水泥采用52．5基准水泥；集料为5-20mm的碎石和风干中砂。 (2)水泥净浆实验：按照GB／8077-2000的方法测定水泥净浆流动度。 (3)混凝土实验：按照GB8076-1997的方法进行混凝土性能的测定。 2 结果与讨论 2．1 加料方式对产品分散性能的影响 不同的加料方式得到的产品的结构不一样，从而使产品的分散性能不一样。实验中，分别滴加不同量的甲醛(A)及丙酮(B)，所得脂肪族减水剂产品的分散性能见表1。 表1 加料方式对分散性的影响 滴加方式 A A+0．5B 0．5A+B B 流 170 230 260 22动0 度／mm 注：减水剂掺量为水泥量的0．5％,W／C为0．29。 由表1可以看出，不同的加料方式对脂肪族减水剂的分散性有较大影响。单独滴加甲醛(A)时净浆流动度只有170mm，混合滴加50％的甲醛和全部丙酮时流动度可以达到260mm。 2．2 醛酮摩尔比对分散性能的影响 不同的醛酮摩尔比得到的产品的相对分子量及分子量分布不一样。作为一种分散剂要有合适的相对分子质量及分子量分布，所以醛酮摩尔比是生产脂肪族减水剂的一个重要参数。试验分别在不同醛酮摩尔比下合成脂肪族减水剂，其产品分散性见表2。 表2 醛酮摩尔比对分散性的影响 醛酮摩尔比 1．6 1．9 2．1 2．4 2．7 流动度／mm 200 235 260 240 200 由表2可以看出，醛酮摩尔比为2．1时，产品的分散性能最理想。醛酮摩尔比过小或过大时，产品的分散性能都不理想。 2．3 磺化剂同丙酮摩尔比对分散性能的影响 磺化剂用量是影响脂肪族减水剂分散性的另一关键因素。因为磺化剂为产物提供了磺酸基团，而较多的磺酸基团对产品的分散性有利。但如果磺酸基团过多，则由于 空间位阻的影响又会使缩合困难，从而导致产品分子量过小，即磺酸基团过多会使产品分散性能下降。实验研究了磺化剂同丙酮的摩尔比对产品分散性能的影响，结 果见表3。 表3 磺化剂同丙酮的摩尔比对分散性的影响 磺化剂与丙酮的摩尔比 0．5 0．6 0．7 0．8 流动度／mm 220 245 260 210 由表3可知，磺化剂与丙酮的摩尔比在0．7时产品的分散性最好。 2．4 Na2S03与Na2S20，的摩尔比对分散性的影响