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一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法

阅读：1059发布：2020-06-27

专利汇可以提供一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其制备方法包括：纸浆黑液控制一定pH和温度加入氧化剂和催化剂制得碱木素。将水、碱木素、酮类化合物和对氨基水杨酸的混合物、3～羧基苯磺酸钠加入反应容器内控制pH值，后滴加醛类化合物，制得改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。所生产的减水剂在和混凝土使用时具有减水率高、对混凝土增强效果明显、坍落度损失小、分散粘合性好、抗冻、抗渗、耐热性好、低温无结晶、不腐蚀钢筋的优点，且操作方法简洁，反应时间短，生产效率高。，下面是一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备碱木素：在30～50℃的温度下，纸浆黑液100份加入酸或碱调节pH值到12～14，升温至55～85℃并加入5～10份氧化剂和0.2～0.8份催化剂反应0.5～3.0h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将80～120份酮类化合物和10～20份对氨基水杨酸混合，再将360～
480份水、步骤（1）制得的碱木素、30～50份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用酸或碱控制调节反应体系PH至11～13，搅拌均匀，在35～60℃条件下反应20～30min；然后同时滴加220～340份醛类化合物，控制滴加速度在0.5～2h滴加完毕，最后在80～100℃下保温1～2h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。
2.根据权利要求1所述的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于：氧化剂为重铬酸钾、双氧水、高猛酸钾或氯酸钾中的一种。
3.根据权利要求1所述的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于：催化剂为二氧化锰。
4.根据权利要求1所述的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于：酮类化合物为丙酮、戊酮、环己酮中一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于：醛类化合物为甲醛、乙醛、己醛中一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于：酸为硫酸、水杨酸、柠檬酸、苹果酸中一种。
7.根据权利要求1所述的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于：碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。

说明书全文

一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种减水剂的制备方法，具体是指一种改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法。

背景技术

[0002] 减水剂是一种在制作混凝土过程中减少拌合用水量的外加剂，加入混凝土后对水泥颗粒有起到分散作用，减少单位用水量，改善混凝土的流动性；或是可以减少单位水泥用量，节约水泥。减水剂组份分为：木质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三聚氰胺系高效减水剂类，氨基磺酸盐系高效减水剂类，脂肪酸系高减水剂类，聚羧酸盐系高效减水剂类。木质素磺酸盐制备方便简洁，且价格低廉，故使用广泛。木质素存在于植物中，在造纸浆液中就含有大量木质素，但纸浆废液一般都不被回收利用而排放到环境中，不仅浪费资源对环境也造成很大的污染。所以回收利用纸浆黑液中的木质素可以充分利用资源，建设可持续发展的产业链。但由于木质素磺酸盐具有减水率低、缓凝和引气量大的问题。且木质素磺酸盐使用中对本身剂量和环境气候均比较敏感，冬季施工使用时减水性能不明显，所以它的用途受到一定程度限制。所以目前将木质素磺酸盐减水剂与其他高效减水剂改性共用的方法可以结合高效减水剂的优点，改善缺点，制得更优良的减水剂。

[0003] 脂肪族减水剂价格低，原料简单易得，有对水泥适用性广，对混凝土增强效果明显，坍落度损失小，低温无硫酸钠结晶现象，减水率高，无毒，不燃，不腐蚀钢筋等优点，所以木质素磺酸盐与脂肪族减水剂接枝复配可以改善木质素磺酸盐减水剂的不足，还可以得到更高的减水率，混凝土坍落度损失小等优点。

[0004] 中国专利（CN200910034276.0）一种利用木质素磺酸盐改性脂肪族高效减水剂及其制备方法，丙酮、甲醛缩合，再使用木质素磺酸盐改性制得坍落度损失小，颜色与混凝土相近、污染小的减水剂，由于采用先磺化后接枝无氧化的方法制得的减水剂减水率和分散性能还是不够好，且制备时间长。中国专利（CN201110102226.9）一种聚羧酸系减水剂复配剂的制备方法，制备出性能优良，减水率高，分散性好，坍落度损失小的减水剂，但制备方法复杂，使用原料多，反应时间长。

发明内容

[0005] 本发明针对上述现有技术的不足之处，提供一种减水率高、对混凝土增强效果明显、坍落度损失小、分散粘合性好、抗冻、抗渗、耐热性好、低温无结晶、不腐蚀钢筋的改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂的制备方法。

[0006] 本发明的技术方案如下：（1）制备碱木素：在30～50℃的温度下，纸浆黑液100份加入酸或碱调节pH值到12～14，升温至55～85℃并加入5～10份氧化剂和0.2～0.8份催化剂反应0.5～3.0h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将80～120份酮类化合物和10～20份对氨基水杨酸混合，再将360～
480份水、步骤（1）制得的碱木素、30～50份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用酸或碱控制调节反应体系PH至11～13，搅拌均匀，在35～60℃条件下反应20～30min；然后同时滴加220～340份醛类化合物，控制滴加速度在0.5～2h滴加完毕，最后在80～100℃下保温1～2h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。

[0007] 作为本发明的进一步说明，所述的氧化剂为重铬酸钾、双氧水、高猛酸钾或氯酸钾中的一种。

[0008] 作为本发明的进一步说明，所述的催化剂为二氧化锰。

[0009] 作为本发明的进一步说明，所述的酮类化合物为丙酮、戊酮、环己酮中一种或几种组合。

[0010] 作为本发明的进一步说明，所述的醛类化合物为甲醛、乙醛、己醛中一种或几种组合。

[0011] 作为本发明的进一步说明，所述的酸为硫酸、水杨酸、柠檬酸、苹果酸中一种。

[0012] 作为本发明的进一步说明，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。

[0013] 本发明利用造纸废液，资源重复利用符合可持续发展产业链的要求，更为环保节约，成本也更为低廉。使用碱析法分离出碱木素，pH调节为12至14时的析出率可达60%到70%。采用先氧化，后接枝、磺化同步进行的方法，相对于其他方法的顺序制得减水剂的分散性、减水率、对混凝土增强等效果更好。因为原料中的羧基、羟基、羰基、磺酸基等官能团在反应中数量多且活跃使得反应速率大幅提高，反应时间减少，反应温度不需要太高便可达到催化反应的效果，节约了能源。

[0014] 在本发明中，碱木素进行氧化能大大提高制备碱木素磺酸盐的吸附能力和分散能力，这主要由于在氧化过程中，氧化剂形成的自由基，有利于接枝共聚反应的进行，提高了反应效率，增加了羧基含量。

[0015] 对氨基水杨酸带有一个羧基和一个羟基，可增加羧基和羟基的数量，羧基和羟基可提高减水剂性能；将酮类化合物与对氨基水杨酸混和，发生亲核加成反应，使羰基活化，对下步引入磺酸基和强化羧基和接枝缩合的反应速率加快，效果更好。引入羧基和羰基活化可使改性碱木素上的羰基、醇羟基及酚羟基生成羧基，烷基支链上有一部分端基被氧化生成羧基，另一部分氧基被氧化脱去甲基而生成羧基，使产物羧基含量大大增加。

[0016] 酮类和醛类进行缩合反应时需要在碱性条件下进行，而碱木素本身的碱性很高，所以不需要再投入大量的液碱制备脂肪族减水剂，减少了原料的用量，降低了成本。

[0017] 使用3-羧基苯磺酸钠可引入3个羧基的同时可代替焦亚硫酸钠和亚硫酸钠对碱木素和脂肪族化合物磺化，使磺酸基引入到碱木素生成碱木素磺酸盐，同时也引入到脂肪族化合物上对脂肪族化合物进行磺化，减少了操作步骤，节省了反应时间。磺化在分子链上引入磺酸基提高磺化度，使得减水剂有泌水性好、引气性低的优点。磺化基团阴离子数目多，具有较强的阴离子表面活性作用，表现出较好的减水性，分散性磺酸基团的空间位阻效应可起到保护相邻易分解基团的作用，提高材料的耐热性能。

[0018] 通过酮类、醛类与木质素磺酸盐接枝复合成脂肪族减水剂可以改善木质素磺酸盐存在一些不足，比如引气过大，相对分子量小，稳定性和分散性不高等缺点，再结合了脂肪族减水剂的优点，本发明主要有以下优势：
1. 利用造纸黑液环保，废物利用，减少废液直接排放到环境中造成的浪费和污染。

[0019] 2. 由于碱木素有高的pH，所以在接枝改性使用的液碱用量可以大幅减少。

[0020] 3. 使用的试剂用量少就可使减水剂达到优良的效果4. 反应时间比一般制备木质素磺酸盐减水剂缩短了2h以上，且步骤简洁，易操作。

[0021] 5. 制的的减水剂减水率高、高保塑、混凝土坍落度经时损失小、对水泥适用性广泛、抗渗，抗硫酸盐侵蚀无毒，不燃，不腐蚀钢筋，冬季无硫酸钠结晶。

[0022]

具体实施方式

[0023] 实施例1：（1）制备碱木素：在35℃的温度下，纸浆黑液100份加入苹果酸和氨水调节pH值到12，升温至65℃并加入6.5份重铬酸钾和0.6二氧化锰反应1.5h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将80甲酮和13份对氨基水杨酸混合，再将400份水、步骤（1）制得的碱木素、39份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用苹果酸和氨水控制调节反应体系PH至11，搅拌均匀，在40℃条件下反应24min；然后同时滴加270份乙醛，控制滴加速度在1h滴加完毕，最后在85℃下保温1h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。

[0024]实施例2：
（1）制备碱木素：在50℃的温度下，纸浆黑液100份加入水杨酸和氢氧化钠调节pH值到
13，升温至80℃并加入8份双氧水和0.7二氧化锰反应2.5h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将67份丙酮、33份戊酮和18份对氨基水杨酸混合，再将450份水、步骤（1）制得的碱木素、47份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用水杨酸和氢氧化钠控制调节反应体系PH至12，搅拌均匀，在55℃条件下反应28min；然后同时滴加340份甲醛，控制滴加速度在1.5h滴加完毕，最后在100℃下保温1.5h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。

[0025]实施例3：
（1）制备碱木素：在45℃的温度下，纸浆黑液100份加入硫酸和氢氧化钾调节pH值到14，升温至75℃并加入9份高锰酸钾和0.4二氧化锰反应3h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将115环己酮和16份对氨基水杨酸混合，再将380份水、步骤（1）制得的碱木素、40份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用硫酸和氢氧化钾控制调节反应体系PH至
13，搅拌均匀，在60℃条件下反应26min；然后同时滴加115份甲醛、185份乙醛，控制滴加速度在2h滴加完毕，最后在90℃下保温2h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。

[0026] 实施例4：（1）制备碱木素：在30℃的温度下，纸浆黑液100份加入苹果酸和氢氧化钾调节pH值到
12，升温至55℃并加入7.5份氯酸钾和0.5二氧化锰反应2h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将49份戊酮、71份环己酮和15份对氨基水杨酸混合，再将470份水、步骤（1）制得的碱木素、32份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用苹果酸和氢氧化钾控制调节反应体系PH至11，搅拌均匀，在50℃条件下反应22min；然后同时滴加138份乙醛、185份己醛，控制滴加速度在0.5h滴加完毕，最后在95℃下保温2h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。

[0027] 实施例5：（1）制备碱木素：在40℃的温度下，纸浆黑液100份加入柠檬树和氢氧化钠调节pH值到
13，升温至60℃并加入10份双氧水和0.8二氧化锰反应0.5h沉淀，将溶液离心分离得到碱木素；
（2）接枝改性：先将95份丙酮和19份对氨基水杨酸混合，再将390份水、步骤（1）制得的碱木素、44份3-羧基苯磺酸钠加入反应容器内，用苹果酸和氢氧化钾控制调节反应体系PH至12，搅拌均匀，在45℃条件下反应30min；然后同时滴加240份己醛，控制滴加速度在1h滴加完毕，最后在80℃下保温1.5h，即可制改性碱木素磺酸盐脂肪族减水剂。

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