[發(fā)明專利]一種磺化廢棄聚苯乙烯泡沫塑料高性能減水劑的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-08-16
• 公開（公告）號: CN106277898B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 趙暉;鄧敏;杜楊;徐海生;韓穎
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: C04B24/26
• 分類號: C04B24/26;C04B103/30
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發(fā)明涉及一種高性能減水劑的制備方法，具體為一種磺化廢棄EPS泡沫塑料高性能減水劑的制備方法。

背景技術

近幾十年來，隨著跨海大橋、海底隧道、海洋鉆井平臺、海工碼頭等海洋結構物建設速度不斷加快。高性能混凝土(HPC)作為建筑材料在海洋工程得到了更廣泛的使用。制備HPC的關鍵是高效減水劑使用，高效減水劑對水泥顆粒起分散作用，使水泥凝聚體中游離水釋放出來，在保持混凝土工作性能不變情況下，高效減水劑的使用可降低混凝土水灰比、改善新拌混凝土和易性和混凝土坍落度損失，使混凝土結構更加密實。高性能減水劑已成為HPC的重要組成部分。

高性能減水劑的發(fā)展使用經過了一個緩慢的過程。1935年美國研制成功以木質素磺酸鹽為主要成分的減水劑。1962年日本將β-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽(SNF)用作混凝土分散劑并且實現(xiàn)了商品化。1963年聯(lián)邦德國以三聚氰胺為主要原料，通過磺化、縮合成功制得三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物(SMF)高效減水劑。目前SNF、SMF高效減水劑因其具有摻量小、減水率高的特點，在世界各國得到廣泛應用和較大發(fā)展，但是使用過程中，摻SNF、SMF高效減水劑的混凝土塌落度損失較大，需在高效減水劑中復合部分的緩凝組分。20世紀80年代末，日本開發(fā)了一種被稱為氨基磺酸(AS)高效減水劑，這種高效減水劑的減水率高達30％并且具有很好的保塌能力，但AS高效減水劑的原材料價格較高，對摻量比較敏感，摻量過大容易泌水，這限制了AS高效減水劑在工程中大量使用。1981年日本等國開始研發(fā)了新型聚羧酸系(PCA)高效減水劑，PCA高效減水劑具有比傳統(tǒng)高效減水劑更高的減水率，摻PCA高效減水劑的混凝土塌落度損失小并且對不同水泥品種相容性好，但制備PCA高效減水劑的原材料選擇比較有限，成本比較高，PCA高效減水劑未能在實際工程中得到廣泛應用。

本世紀初，聚苯乙烯泡沫塑料(Expanded Polystyrene，簡稱EPS)作為四大通用塑料已被廣泛地應用于包裝、保溫、防水、隔熱、減震等領域，EPS的生產量和消費量呈逐年上升趨勢。這導致每年世界各地有大量廢棄EPS泡沫塑料產生。廢棄EPS泡沫塑料散落在城市的各個角落，形成了可怕的白色污染。近幾十年來一些研究人員嘗試著以廢棄EPS泡沫塑料為原料，通過對廢棄EPS泡沫塑料進行磺化改性處理，將極性的硫酸根離子基團引入到EPS分子中的苯環(huán)上，使改性后的廢棄EPS分子具有水溶性表面活性劑性質，可作為高效減水劑使用在混凝土材料中。利用廢棄EPS泡沫塑料制備高效減水劑具有原材料來源廣泛、高效減水劑生產成本低、減水率高等特點。同時使用廢棄EPS泡沫塑料制備高效減水劑還減少了廢棄EPS對環(huán)境污染，具有經濟和環(huán)保雙重效益。目前使用廢棄EPS泡沫塑料制備高效減水劑已成為世界各國研究的熱點。

傳統(tǒng)的制備磺化廢棄EPS泡沫塑料高效減水劑的方法主要有兩種(溶劑法、催化劑法)。使用溶劑法來制備磺化廢棄EPS泡沫塑料高效減水劑時，首先需將廢棄EPS泡沫塑料溶解在有機溶劑中(甲苯、二氯乙烷、環(huán)已烷、二甲苯)，通過磺化劑(氯磺酸、濃硫酸、發(fā)煙硫酸)的磺化作用在高分子鏈中引入磺酸鹽。然后高溫蒸餾回收溶劑后，將磺化廢棄EPS泡沫塑料溶于水中。最后使用氫氧化鈉或石灰調整水溶液pH值為10-11，濾除水溶液中不溶物，形成水溶性良好的磺化廢棄EPS泡沫塑料高效減水劑。催化劑法制備磺化廢棄EPS泡沫塑料高效減水劑原理為，選擇適宜分子量的廢棄EPS泡沫塑料作為原材料，在少量硫酸銀催化劑作用下，以氯磺酸、濃硫酸、發(fā)煙硫酸作為磺化劑，對廢棄EPS泡沫塑料進行低溫磺化處理(反應溫度為20-30℃)，制備出磺化度和水溶性很高的廢棄EPS泡沫塑料膠體，再將磺化廢棄EPS泡沫塑料膠體溶于水中，除去磺化廢棄EPS泡沫塑料溶液中少量不溶物，加入氫氧化鈉調至溶液的pH值至10-11，得到一定固含量的磺化廢棄EPS泡沫塑料高效減水劑。按上述方法制備的磺化廢棄EPS泡沫塑料高效減水劑摻加到水泥漿體時，磺化廢棄EPS泡沫塑料分子吸附在水泥顆粒的表面而增加了水泥顆粒的ξ-電位，使水泥顆粒帶同種電荷互相排斥，使水泥顆粒分散。