一种脂肪族减水剂的制作方法

本发明属于脂肪族减水剂改性领域，具体涉及一种改性的脂肪族减水剂及其制备方法。

背景技术：

1、木质素，作为自然界中第二大可再生资源，是一种含氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。数十年来，通过对木质素的加工处理，已成功制备出用于农药、染料、纺织等领域的减水剂，其中木质素磺酸盐是最主要的产品类型。木质素磺酸盐减水剂利用侧链磺酸根离子的电荷排斥力稳定颗粒分布，防止团聚，其分子链上的芳香结构还能强力吸附于颗粒表面起到分散作用。虽然木质素磺酸盐减水剂价格低廉、应用广泛，但存在品种单一、杂质含量高、分子量偏小和分散性能一般等缺点。在工业技术应用领域，改性木质素减水剂的方法主要包括化学功能改性和接枝共聚改性。化学功能改性通常涉及磺化、缩醛化、氧化等方法；而接枝共聚改性则通过使用化合物单体对木质素单体进行接枝共聚，引入亲水或亲油链段，以提高其分散效果。

2、脂肪族减水剂是一种脂肪族聚羧酸盐，作为高效混凝土添加剂，在提高混凝土减水率、强度和耐久性方面表现出色，同时改善工作性，与多种水泥和掺合料兼容性良好，环境影响小。不过，其成本相对较高，对混凝土配比敏感，且脂肪族减水剂颜色为棕红色，使其拌制混凝土、砂浆会带有颜色，影响产品美观，单独使用时，混凝土坍落度损失大，影响施工。

3、聚氨基酸共聚物是一类新型生物降解高分子材料，具有类似于蛋白质酰胺键结构，具有无毒，优异的生物相容性和环境友好性等优点，具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，故使用天然高分子生物减水剂作为新型绿色减水剂，具有巨大的发展潜力。本发明正是基于这一需求，开发了一种改性的脂肪族减水剂及其制备方法，旨在提供一种更高效、环保的减水剂选择。

技术实现思路

1、本发明为了提高脂肪族减水剂的分散性和环境友好型，提供了一种改性的脂肪族减水剂及其制备方法。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下手段得以实现：

3、本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种改性的脂肪族减水剂，所述改性的脂肪族减水剂包括减水剂a与减水剂b，所述减水剂b对减水剂a改性，所述减水剂a为脂肪族减水剂，所述减水剂b为聚氨基酸接枝木质素磺酸盐，其中所述的减水剂b使用二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)做交联剂；所述减水剂b的制备方法包括以下步骤：

4、步骤(1)反应物配制：将木质素磺酸盐溶解于去离子水中，超声震荡直至完全溶解，得到浓度为5％～15％的木质素磺酸盐溶液，并调节ph至5～7；同时将聚氨基酸溶于去离子水中，超声震荡直至完全溶解，得到浓度为4％～12％的聚氨基酸水溶液；

5、步骤(2)交联反应：在室温下，将聚氨基酸溶液缓慢加入木质素磺酸盐溶液中，同时搅拌以保证混合均匀，逐渐加入mdi做交联剂，添加完成后，反应混合物继续在30～60℃下反应4～7h；

6、步骤(3)纯化产物：完成交联反应后，将混合物通过5000～8000rpm离心10～15min去除大颗粒物质后，再使用分子量截留限为10,000～30,000dalton的透析袋对产物进行透析，去除小分子杂质，透析72小时，定期更换透析外液，将所得透析液清洗3～5次后冷冻干燥，得到减水剂b。

7、在一些实施方式中，所述改性的脂肪族减水剂通过如下步骤制备获得：

8、步骤(s1)磺化反应：将丙酮、焦亚硫酸钠(na2s2o5)、氢氧化钠和水放入装有温度计和搅拌器的三口烧瓶中，搅拌升温至40～50℃进行磺化1～4h；

9、步骤(s2)交联共聚：磺化后，在0.5～2h内逐渐加入甲醛，滴加完成后，加入减水剂b，反应体系升温至80～100℃，保温反应2～4h；

10、步骤(s3)纯化产物：完成反应后，冷却至室温，将混合物通过5000～8000rpm离心10～15min去除大颗粒物质后，再使用分子量截留限为10,000～40,000dalton的透析袋对产物进行透析，去除小分子杂质，透析72小时，定期更换透析外液，将所得透析液清洗3～5次后冷冻干燥，即可得到改性的脂肪族减水剂。

11、在一些实施方式中，所述聚氨基酸为聚谷氨酸、聚赖氨酸、聚丝氨酸、聚天冬氨酸、聚精氨酸、聚组氨酸的一种，优选聚赖氨酸、聚谷氨酸；使用聚氨基酸改性，聚氨基酸中含有大量的氨基和羧基，能增强减水剂的亲水性，同时增大分子量以及增强分子极性和空间位阻效应，有效分散水泥颗粒，降低了水泥颗粒间的聚集。

12、在一些实施方式中，所述改性的脂肪族减水剂分子量为1000～100,0000da。

13、在一些实施方式中，所述步骤(1)中，木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种，优选木质素磺酸钠。

14、在一些实施方式中，所述步骤(2)中mdi与木质素磺酸盐及聚氨基酸的质量比为1:0.5～2:0.5～2。

15、在一些实施方式中，所述步骤(s1)和步骤(s2)中丙酮、焦亚硫酸钠、甲醛和氢氧化钠的摩尔比为1：0.1～0.3：1.5～2.2：0.1～0.3。

16、在一些实施方式中，所述步骤(s2)中减水剂b的加入量为丙酮质量的50％～70％。

17、在一些实施方式中，所述步骤(s2)中焦亚硫酸钠的质量为所加入水的8～15％。

18、本发明另一个目的在于提供一种聚氨基酸接枝木质素磺酸盐减水剂，所述减水剂的制备方法包括以下步骤：

19、步骤(1)反应物配制：将木质素磺酸盐溶解于去离子水中，超声震荡直至完全溶解，得到浓度为5％～15％的木质素磺酸盐溶液，并调节ph至5～7；同时将聚氨基酸溶于去离子水中，超声震荡直至完全溶解，得到浓度为4％～12％的聚氨基酸水溶液；

20、步骤(2)交联反应：在室温下，将聚氨基酸溶液缓慢加入木质素磺酸盐溶液中，同时搅拌以保证混合均匀，逐渐加入mdi做交联剂，添加完成后，反应混合物继续在30～60℃下反应4～7h；

21、步骤(3)纯化产物：完成交联反应后，将混合物通过5000～8000rpm离心10～15min去除大颗粒物质后，再使用分子量截留限为10,000～30,000dalton的透析袋对产物进行透析，去除小分子杂质，透析72小时，定期更换透析外液，将所得透析液清洗3～5次后冷冻干燥，得到如下式所示的减水剂。

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23、在一些实施方式中，所述聚氨基酸为聚赖氨酸、聚谷氨酸、聚丝氨酸、聚天冬氨酸、聚精氨酸、聚组氨酸的一种，优选聚赖氨酸、聚谷氨酸。

24、在一些实施方式中，所述步骤(1)中，木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种，优选木质素磺酸钠。

25、在一些实施方式中，所述步骤(2)中mdi与木质素磺酸盐及聚氨基酸的质量比为1:0.5～2:0.5～2。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、1.本发明通过接枝共聚的化学改性方法使用聚氨基酸接枝木质素磺酸盐减水剂b对脂肪族减水剂a进行改性，得到改性的脂肪族减水剂，使得分子中存在大量氨基(-nh2)、磺酸基(-so3h)、羟基(-oh)和羧基(-cooh)亲水基团，显著提高了其亲水性，还增大了减水剂分子量以及增强了分子极性和空间位阻效应，有效分散水泥颗粒，降低了水泥颗粒间的聚集，使得改性的脂肪族减水剂分散性能好，混凝土试验中混凝土的净浆流动度达到283mm，混凝土的稳定性、均匀性和致密性佳；且与脂肪族减水剂相比，拌制混凝土时，本技术的改性脂肪族减水剂的净浆流动度，1小时后流动度损失仅为2mm，效果好。

28、2..本发明所使用的聚氨基酸优选聚赖氨酸，聚赖氨酸接枝木质素磺酸盐减水剂再与脂肪族减水剂接枝共聚，使得改性的脂肪族减水剂具有良好的化学和热稳定性。

29、3.本发明提供的一种改性的脂肪族减水剂，包含脂肪族减水剂和聚氨基酸接枝木质素磺酸盐，两者均可生物降解，绿色环保。

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