氨基系高效減水劑的研究進(jìn)展

氨基系高效減水劑的研究進(jìn)展

0對(duì)更高的要求隨著混凝土綠色化和高性能化的發(fā)展，混凝土外加劑作為混凝土的六大組成部分之一也提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)研制和生產(chǎn)并被廣泛使用的高效減水劑,按照其化學(xué)成分分類主要有以下幾種:改性木質(zhì)素磺酸鹽高效減水劑、萘系高效減水劑、蜜胺樹脂系高效減水劑即三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物、氨基磺酸鹽系高效減水劑、聚羧酸鹽系高效減水劑1有效抗膽紅素藥合成機(jī)制1.1苯酚類化合物氨基磺酸鹽系高效減水劑是由單環(huán)芳烴衍生物苯酚類化合物、對(duì)氨基苯磺酸(鈉)和甲醛在一定溫度下水熱縮合而成,為可溶性樹脂類減水劑。其中苯酚類化合物可以是一元酚、多元酚或烷基酚、雙酚,也可以是以上化合物的親核取代衍生物。甲醛也可以用其他的醛類化合物或能產(chǎn)生醛類的化合物代替,如乙醛、糠醛、三聚甲醛等1.2氨基磺酸鹽系高效擠出機(jī)的合成材料和機(jī)械結(jié)構(gòu)合成所需基本化工原料有對(duì)氨基苯磺酸(鈉)、苯酚、甲醛、氫氧化鈉等。甲醛為濃度37%~40%的溶液,有刺激性氣味。1.2.1上電子云密度對(duì)反應(yīng)的影響氨基磺酸鹽高效減水劑的合成反應(yīng)過程分為:(1)羥甲基化反應(yīng)。屬于親電取代反應(yīng),反應(yīng)的難易程度與苯環(huán)上電子云密度的大小,及親電試劑甲醛的正電性高低成正比。苯環(huán)上電子云的密度越大,甲醛的正電性越高,反應(yīng)越容易進(jìn)行(2)縮合反應(yīng)。在控制好反應(yīng)條件包括酸堿度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的前提下,使多種羥甲基衍生物按照分子設(shè)計(jì)的目標(biāo)發(fā)生縮合反應(yīng),達(dá)到理想的分子聚合度?？s合反應(yīng)生成的減水劑可能的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.2.2分子重排改性的縮合反應(yīng)根據(jù)合成試驗(yàn)所用原料及反應(yīng)初始介質(zhì)的差異,氨基磺酸鹽高效減水劑的合成路線分為酸性和堿性兩種。(1)酸性合成工藝:利用對(duì)氨基苯磺酸、苯酚先在偏酸性介質(zhì)中進(jìn)行線性縮合,再加入NaOH進(jìn)行分子重排改性而成在水溶液中,甲醛以水合物HOCH酸催化下的縮合反應(yīng)可認(rèn)為是如下反應(yīng)過程:在加成產(chǎn)物羥甲基苯酚的羥甲基與另一個(gè)苯環(huán)上的氫進(jìn)行縮合反應(yīng)時(shí),先脫水生成陽(yáng)離子,該陽(yáng)離子再和苯酚、對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生縮合反應(yīng),如式(6)、(7)所示。(2)堿性合成工藝:利用對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚和甲醛在堿性介質(zhì)中進(jìn)行羥甲基化和線性縮合而得在堿性介質(zhì)中羥甲基苯酚是穩(wěn)定的,式(3)的反應(yīng)較式(2)的反應(yīng)容易進(jìn)行,可生成二羥基或三羥基苯酚。在加成反應(yīng)發(fā)生的同時(shí),也發(fā)生縮合反應(yīng),使相對(duì)分子量不斷增大2目前，氨基系統(tǒng)高效擠水劑的研究2.1國(guó)外氨基磺酸系高效減水劑的研究及開發(fā)現(xiàn)狀氨基磺酸系高效減水劑最早于20世紀(jì)80年代末在日本得到開發(fā)和應(yīng)用。國(guó)外在氨基磺酸系高效減水劑的原料選擇、合成工藝、物理復(fù)配及在混凝土中的應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的研究工作。氨基磺酸系高效減水劑的研究可分為4個(gè)階段2.2氨基磺酸鹽系高效減水劑的合成工藝我國(guó)在20世紀(jì)90年代末才開始對(duì)氨基磺酸鹽系高效減水劑進(jìn)行研究。由于氨基磺酸鹽系高效減水劑存在穩(wěn)定性差,容易泌水,造成混凝土拌合物沉降不均勻,影響混凝土硬化后的性能等缺點(diǎn),國(guó)內(nèi)專家學(xué)者主要集中在改性和優(yōu)化工藝方面的研究。2.2.1物理改性和物理改性的配合(1)化學(xué)改性何廷樹等人何娟等張智強(qiáng)等柴天紅等(2)物理改性,通過不同外加劑組分按劑量合理搭配,以體現(xiàn)互補(bǔ)關(guān)系和疊加效應(yīng),從而使混凝土外加劑各組分取長(zhǎng)補(bǔ)短,協(xié)同發(fā)揮作用。蔣新元、邱學(xué)青等李春梅等王曉軒2.2.2生產(chǎn)工藝的優(yōu)化研究氨基磺酸鹽高效減水劑的合成工藝,目的是提高合成產(chǎn)物分散性能,并且通過優(yōu)化工藝,盡可能降低產(chǎn)物合成成本。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在改性方面研究的同時(shí),也對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行了一些局部的優(yōu)化和改進(jìn),并取得了一定的效果,但很少有人綜合各方面因素進(jìn)行系統(tǒng)的研究。氨基磺酸鹽高效減水劑在合成過程中涉及到6個(gè)影響因素:(1)苯酚與對(duì)氨基苯磺酸鈉的摩爾比;(2)甲醛與苯酚和對(duì)氨基苯磺酸鈉之和的摩爾比;(3)反應(yīng)過程中介質(zhì)酸堿度;(4)反應(yīng)過程中恒溫溫度及時(shí)間;(5)反應(yīng)濃度和攪拌速度;(6)甲醛的滴加速度。如何合理匹配6個(gè)因素的最優(yōu)組合,是生產(chǎn)低成本氨基磺酸鹽系高效減水劑的關(guān)鍵要素之一。3水劑性能配合比綜合國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的研究精華,結(jié)合工業(yè)實(shí)踐,對(duì)傳統(tǒng)氨基磺酸鹽系高效減水劑的合成工藝和改性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,認(rèn)為采用堿性合成路線生產(chǎn)氨基系高效減水劑是切實(shí)可行的,并得出如下兩個(gè)較合理的合成方案,經(jīng)試驗(yàn)采用這兩種工藝合成的氨基系高效減水劑性能均優(yōu)于傳統(tǒng)氨基磺酸鹽減水劑。(1)基本配合比:對(duì)氨基苯磺酸鈉+苯酚∶甲醛為1∶1.16,加入適量氫氧化鈉(pH值為8~11),甲醛滴加溫度及縮合溫度為83~87℃,產(chǎn)品設(shè)計(jì)濃度為30%,合成時(shí)間為6~9h,其中甲醛的滴加時(shí)間為2h左右。甲醛滴加完畢恒溫1h左右,補(bǔ)加活化單體和水適量,恒溫反應(yīng)5h左右。(2)基本配合比:苯酚、對(duì)氨基苯磺酸鈉和甲醛的摩爾比為1.3∶1∶3.7,帶羧基和磺酸基單體的用量為苯酚和對(duì)氨基苯磺酸鈉質(zhì)量之和的80%,加入適量氫氧化鈉(pH值為8~11),甲醛滴加溫度及縮合溫度為83~87℃,產(chǎn)品設(shè)計(jì)濃度為31%,合成時(shí)間為6~9h,其中甲醛的滴加時(shí)間為2h左右。甲醛滴加完畢恒溫1h左右,補(bǔ)加活化單體和水適量,恒溫反應(yīng)5h左右。4高效氨基系高效減水劑的合成工藝(1)氨基系高效減水劑的合成,要選用價(jià)格便宜的帶-NH(2)深