什么是萘系减水剂?

1936年9月1日,美国专利(USPat.N.2052586)萘磺酸甲酸缩合物(naphthalenesulfonic acid formaldehyde condensate)首次公开了萘系减水剂的合成方法。

1962年,日本花王石碱公司的服部健一博士研制成功了B-萘碳酸盐甲盛缩合物高效减水剂(萘系高效减水剂),并投入生产应用,萘系高效减水剂的化学名称为聚亚甲基萘磺萘系高效减水剂各反应阶段简介如下,

(1)碳化 磺化旨在取代萘核上的氢原子以形成磺基(-SOH),使之成为磺酸衍生物,引入强极性的碳酸基后能够有效提高其水溶性,磷酸根与水泥水化颗粒具有较强作用,可以帮助萘磺酸减水剂的吸附和分散。

一般使用浓硫酸作为磺化剂。影响磺化反应的主要因素有;硫酸浓度、硫酸用量、磺化温度、磺化时间等。

为获得结构稳定的9-萘磺酸,碘化温度宜为160~165℃,硕化温度过低时,易生成a-萘磺酸,会影响外加剂性能。而且,高温磺化对缩合反应有益,因为萘磺酸的缩合发生在萘的异核上,位有磺基时,其空间障碍较小。在磺化反应阶段,系统的酸度宜控制在合适范围内。碳化时间不宜过,否则副反应增多,当实测到磺化程度基本不变或已达到所需的磺化程度时即可终止磺化反应。考虑缩合过程在酸性条件下进行,磺化时,控制萘与浓硫酸的摩尔比为1:(1.5~1.55)较为适宜,磺化反应时间宜控制在2~2.5h。

(2)水解 水解过程主要是为了除去磺化时生成的a-萘磺酸。水解过程一般在系统温度降至120℃时开始,此时p-萘磺酸比较稳定,而a-萘磺酸易被水解除去。

水解时,加水量不宜太多,否则将对缩聚反应带来不利影响。

(3)缩聚 在酸性介质中,B-萘磺酸首先进行羟甲基化反应,羟甲基B-萘碳酸继而发生亲电取代反应,由低缩聚物逐步变成高缩聚物,直至达到平衡成端基而终止。

影响缩聚反应的主要因素有温度、酸度、配比、反应时间等。

(4)中和 生产中常采取NaOH中和法(低浓型)或石灰乳-NaOH中和法(高浓型)。高性能混凝土多掺用高浓型萘系高效减水剂。

日本减水剂的研究机构很早就发现了萘系减水剂受到分子结构的制约,保坝性能无法从根本上改变,故必须开发新型的、多功能活性基团的减水剂,近年来也有人提出对萘系减水剂进行化学接枝的设想,从对聚合物分子结构改造出发,使其达到更高的减水率,而又适当引气,并能有效地控制圩落度损失。制造时混合烷基萘或添加改性木质素磺酸盐或徐放型高分子化合物等,以保持适度的引气性及降低混凝土坝落度损失的性能。该系列减水剂主要由分散性组分和分散性保持组分组成。

萘系减水剂可溶于水,由于主链的亲油性和磺酸基的亲水性,它是一个两亲性分子。它可吸附在水泥粒子的表面,形成扩散和偶电层,水泥粒子带同种电荷而产生排斥,从而使水泥粒子分散,这就是DLVO理论。粒子表面的5电位可以表示粒子的稳定性。在一定范围内,体系对外加剂的吸附量增加,电位进一步变负,由于静电斥力的作用,使水泥颗粒得以分散,提高了浆体的工作性能。另外,萘系减水剂的相对分子质量越大,分子链越长每个分子中的磺酸基越多,吸附在水泥粒子表面的扩散层越厚,分散效果越好。萘系减水剂有强的分散作用,大大提高新拌混凝土的流动性或大幅度减小用水量(减水率达18%~25%)。无缓凝作用,引气作用小,不含氯离子,对钢筋无腐蚀作用,与其他外加剂复合性能好。

萘系减水剂的优点是价格较低,最大的缺点是其圩落度损失大,而且对水泥品种适应性不太好,不利于混凝土商品化及高性能化,对人和环境也有一定毒害(萘有致癌性),随着工业萘价格的升高,其成本在逐渐上升。

®鼎昌新材料™ | 版权所有 | 若非注明 | 均为原创™
㊣ 转载请附上文章链接并注明:www.sxth163.com
㊣ 本文永久链接: 什么是萘系减水剂?