氨基磺酸鹽高效減水劑研究現狀與發展趨勢
發布時間:2014-08-09
氨基磺酸鹽高效減水劑研究現狀與發展趨勢
目前國內研製生產且被廣泛使用的高效減水劑,按照其化學成分分類主要有:改性木質素磺酸鹽高效減水劑、萘係高效減水劑、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物、氨基磺酸鹽係高效減水劑、聚羧酸鹽係高效減水劑
高效減水劑的作用主要有:
(1)在保持拌和物水灰比不變的情況下,改善其工作性;
(2)在保持和易性不變的前提下,摻入減水劑可以使混凝土單位用水量減少,提高混凝土強度。
(3)在保持混凝土強度不變的前提下,使用減水劑可以降低單位水泥用量[1,2]。最新統計資料表明我國高效減水劑年產量已有93.7 萬t,非萘係高效減水劑占17.4%,氨基磺酸係高效減水劑產品在全國18 個省、市生產,年產量達9.5 萬t[3]。氨基磺酸係高效減水劑由於生產工藝簡單,是當前國內外最具有發展前途的高效減水劑之一[4]。
1 氨基磺酸係高效減水劑的分子結構及性能特點
氨基磺酸係高效減水劑是由單環芳烴衍生物苯酚類化合物、對氨基苯磺酸和甲醛在一定溫熱含水條件下縮合而成。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。甲醛也可以用乙醛、糠醛、三聚甲醛等代替[ 5,6 ]。到目前為止,氨基磺酸係高效減水劑確切的分子結構不是很清楚。
氨基磺酸鹽高效減水劑屬於芳香烴環狀結構。線性結構主鏈上含有大量的磺酸基(-SO3H)、氨基(-NH2)、烴基(-OH) 等親水性官能團,其中主導官能團是磺酸基(-SO3H)。憎水主鏈由苯基和亞甲基交替鏈接而成,因其分子結構特點是長支鏈,短主鏈,其分子的極性很強。
獨特的分子結構賦予氨基磺酸係高效減水劑許多不同於萘、蒽en等deng磺huang酸suan鹽yan減jian水shui劑ji的de優you良liang性xing能neng。親qin水shui性xing官guan能neng團tuan朝chao向xiang水shui溶rong液ye,容rong易yi以yi氫qing鍵jian的de形xing式shi與yu水shui分fen子zi締di合he,在zai水shui泥ni顆ke粒li表biao麵mian形xing成cheng一yi層ceng穩wen定ding的de溶rong劑ji化hua水shui膜mo,阻zu止zhi水shui泥ni顆ke粒li之zhi間jian的de直zhi接jie接jie觸chu,起qi到dao了le潤run滑hua作zuo用yong,因yin此ci氨an基ji磺huang酸suan鹽yan高gao效xiao減jian水shui劑ji具ju有you極ji強qiang的de分fen散san作zuo用yong和he防fang止zhi坍tan落luo度du損sun失shi的de能neng力li。在zai水shui泥ni漿jiang中zhong,高gao效xiao減jian水shui劑ji的de有you機ji分fen子zi長chang鏈lian在zai水shui泥ni微wei粒li表biao麵mian呈cheng現xian各ge種zhong吸xi附fu狀zhuang態tai,不bu同tong的de吸xi附fu態tai影ying響xiang混hun凝ning土tu的de坍tan落luo度du經jing時shi變bian化hua。研yan究jiu表biao明ming,由you於yu氨an基ji磺huang酸suan類lei高gao效xiao減jian水shui劑ji是shi二er元yuan縮suo合he形xing成cheng,減jian水shui劑ji分fen子zi在zai水shui泥ni顆ke粒li表biao麵mian呈cheng環huan狀zhuang、引線狀和齒輪狀吸附,而且ζ dianweisuizheshijianjiangdideyeshao,keyishishuinilizizhijiandejingdianchilichengxianlitijiaocuozonghengshi,duishuinilizizhijiandeningjuzuoyongzuaijiaoda,fensanxitongdewendingxingnenghao,yincichanliangxiao,jianshuilvgao,tanluodujingshisunshixiao,zuishiheyongyushuihuibixiaodegaoxingnenghunningtu[7]。
2 氨基磺酸係高效減水劑的合成工藝
合成機理
氨基磺酸係高效減水劑的合成反應過程分兩個步驟:第一步是羥甲基化反應。首先苯酚等活性單體與甲醛在一定pH 值和溫度條件下發生加成反應,產生多種羥甲基衍生物[8,9]。甲醛的碳氧雙鍵(羰基)包含一個π 鍵和一個σ 鍵jian,由you於yu氧yang原yuan子zi的de電dian負fu性xing大da於yu碳tan原yuan子zi,所suo以yi碳tan氧yang之zhi間jian的de電dian子zi雲yun偏pian向xiang氧yang,羰tang基ji氧yang帶dai部bu分fen負fu電dian,羰tang基ji碳tan帶dai部bu分fen正zheng電dian。帶dai負fu電dian的de氧yang比bi帶dai正zheng電dian的de碳tan穩wen定ding,因yin此ci在zai雙shuang鍵jian處chu容rong易yi發fa生sheng加jia成cheng反fan應ying。甲jia醛quan分fen子zi中zhong的de羰tang基ji直zhi接jie與yu兩liang個ge氫qing原yuan子zi相xiang連lian,這zhe一yi結jie構gou上shang的de特te點dian決jue定ding它ta的de化hua學xue性xing質zhi比bi其qi他ta醛quan活huo潑po。
fanyingfenliangbujinxing,shouxianshidaifudianhedeyuanzihuoyuanzituanjiachengdaodaizhengdianhedetangjitanshang,houdaizhengdianhedeyuanzihuoyuanzituanjiachengdaotanjiyangyuanzishang,shengchengyiqiangjiajibenfen。juedingfanyingsududeshidiyibufanying。ruguojiaquanliangzugouduo,jiaquanhuijixujingongyiqiangjiajibenfendelingyigelinwei,shengchengerqiangjiajibenfen。
甲(jia)醛(quan)與(yu)對(dui)氨(an)基(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)的(de)加(jia)成(cheng)反(fan)應(ying)是(shi)由(you)於(yu)甲(jia)醛(quan)對(dui)對(dui)氨(an)基(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)的(de)親(qin)電(dian)進(jin)攻(gong)而(er)引(yin)起(qi)的(de)。對(dui)於(yu)對(dui)氨(an)基(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)而(er)言(yan),其(qi)苯(ben)環(huan)上(shang)已(yi)經(jing)有(you)兩(liang)個(ge)定(ding)位(wei)基(ji):-NH2 與-SO3Na,其中-NH2是給出電子的定位基,使得苯環電子雲密度增加,還發生超共軛現象,這使其鄰、對位碳原子活潑;而-SO3Na是吸電子取代基,使苯環上電子雲密度下降,誘導效應使其鄰、對位上電子雲密度下降程度大於間位。綜合作用下,-NH2的鄰、對位的碳原子最為活潑,易發生化學反應,甲醛上帶正電的羰基碳借助-NH2 的鄰位上碳原子提供的電子對形成碳-碳(tan)鍵(jian),發(fa)生(sheng)羥(qiang)甲(jia)基(ji)化(hua)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)一(yi)羥(qiang)甲(jia)基(ji)對(dui)氨(an)基(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)。如(ru)果(guo)甲(jia)醛(quan)量(liang)足(zu)夠(gou)多(duo),甲(jia)醛(quan)會(hui)繼(ji)續(xu)進(jin)攻(gong)一(yi)羥(qiang)甲(jia)基(ji)對(dui)氨(an)基(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)鄰(lin)位(wei),生(sheng)成(cheng)二(er)羥(qiang)甲(jia)基(ji)對(dui)氨(an)基(ji)苯(ben)磺(huang)酸(suan)鈉(na)[14]。
在氨基磺酸鹽高效減水劑合成過程中影響其分散性能的主要因素包括減水劑分子量、磺酸基含量和pH 值等[15] 。因此合成反應第二步是在控製好反應條件包括酸堿度、反fan應ying溫wen度du和he反fan應ying時shi間jian的de前qian提ti下xia,使shi多duo種zhong羥qiang甲jia基ji衍yan生sheng物wu按an照zhao分fen子zi設she計ji的de目mu標biao發fa生sheng縮suo合he反fan應ying,達da到dao理li想xiang的de分fen子zi聚ju合he度du,縮suo合he反fan應ying生sheng成cheng的de減jian水shui劑ji可ke能neng的de分fen子zi結jie構gou如ru圖tu2 所示。