脂肪族工艺

脂肪族工艺（精选7篇）

脂肪族工艺 篇1

目前市场上对高效减水剂的需求量仍有不断增大的趋势。其中脂肪族高效减水剂是应用范围广, 需求量大的非萘系减水剂, 其有效的避免了萘系减水剂生产过程的环境污染问题。自上世纪80年代被研发出来以后, 就迅速成为替代或改善萘系减水剂的主要减水剂之一, 它具有减水率高、含气量低、硫酸钠含量低、原材料来源广、掺量小、与水泥适应性好、无污染和性价比优于萘系产品等优点, 正越来越受到社会的青赖。脂肪族减水剂是以羰基化合物为主要原料, 在碱性条件下通过碳负离子的生产而缩合得到的一种脂肪族高分子链, 并且通过亚硫酸盐对羰基的加成从而在分子链上引进亲水的磺酸基团, 使得分子形成具有表面活性的一种高分子减水剂。

与其他减水剂得合成机理不同, 脂肪族高效减水剂的合成机理较为复杂, 且不同的生产工艺所获得的产品性能有所差异, 为此研究一种较好的生产合成工艺就显得很有必要。

一、脂肪族高效减水剂的一般生产方式

从目前脂肪族高效减水剂的生产工艺现状来看, 一般所采取的生产方式主要有两种, 即连续式生产方式和间歇式生产方式。

其中连续式生产方式的操作较为简单且工艺参数容易控制, 所生产出来的产品质量也较为稳定, 能够实现较好的自动化。其生产流程主要有原材料均布器、催化剂填料塔、恒温塔、干燥塔等四个工艺阶段, 但是连续式生产工艺对生产设备的性能要求较高, 且相关的管线、泵以及其他辅助性设备数量较多, 需要有较大的投资形成一定规模后才能实现。因此我国的脂肪族高效减水剂生产企业目前一般不采取这种生产工艺。而是多采用间歇式生产方式。

间歇式生产方式不需要太大规模的设备, 也不需要投入过多的资金就可以实现脂肪族减水剂产品的生产, 其生产流程是先将甲醛通入丙酮罐再通过干燥塔即可获得脂肪族减水剂, 生产工艺非常简单, 但是对生产工艺参数却很难进行有效控制, 生产能力较低, 产品性能不稳定, 质量较差。因此也不是一种经济实用的优良生产工艺, 只是因为成本低、容易实现生产而备受中小型企业的青睐。

可以说, 当前常用的两种脂肪族高效减水剂生产工艺都不是特别理想, 因此在其生产工艺上的改进空间还很大, 我们仍然需要不断的研究摸索, 研发一种更加优良的脂肪族高效防水剂合成工艺。

二、脂肪族高效减水剂的反应机理

要想研究出更优秀的脂肪族高效减水剂生产工艺方式, 首先要对其生产过程中产生的化学反应进行详细了解, 掌握其反应机理。而脂肪族高效减水剂的反应机理相对来讲较为复杂, 在经历基础反应之后还要进行一定的聚合反应。其具体的反应机理分别如下所示:

1. 基础反应

在基础反应中有2个反应占有主要地位:一个是碱性条件下的羟醛缩合反应, 另一个是丙酮和甲醛同亚硫酸氢钠的加成反应。并且在基本反应中会产生许多能进行缩合反应的复杂单体, 如反应中产生的丙酮一缩甲醛, 它是主要的缩合单体, 对链增长的贡献最大;再如所产生的4-羟基-4-甲基-2-戊酮和磺化反应产生的单体, 等等。但磺化反应产生的单体只有1个羟基, 不能参与链增长, 因此它们是主要的链终止剂。

2. 缩合反应

基础反应的产物是能进行缩合反应的多羟基化合物, 这些多羟基化合物在碱性、高温条件下失水缩合, 形成磺化丙酮/甲醛缩合物 (分子质量为5000左右) 。该反应是缩聚机理, 即第一步反应产生的多羟基化合物在碱性、高温条件下失水缩合, 形成磺化丙酮/甲醛缩合三、脂肪族高效减水剂合成中的主要影响因素

1.加料方式

目前不同厂家在生产脂肪族高效减水剂时采用的加料方式各有不同, 主要可以分为5种, 如表1所示。其各自生成的减水剂性能如表2所示。

由表1、表2可以看出, 不同加料方式下所获得的减水剂性能是有很大差异的。其中第一种是性能最差的, 这是因为其采取滴加氢氧化钠的方式进行加料, 使得各个物质之间都同时进行化学反应, 从而放热较为集中且剧烈, 所有基础物质的反应速率都很快, 使得热量在反应前期就完全释放出来, 容易出现安全事故, 因此不宜采取第一种加料方式。第二种和第三种是目前国内企业最常采用的加料方式, 其主要是在反应中期放热, 但基础物质间的反应会贯穿整个生产过程, 因此生产参数相对容易控制。而第四种与第五种则是在甲醛量超标的情况下进行反应, 会增大分子支链的长度而缩短主链的长度, 这样就会使所获得的减水剂减水性能与保坍性较差。

2.反应温度

由于脂肪族高效减水剂的反应分为基础反应和缩合反应两大阶段, 而基础反应发生时会产生较大的热量, 缩合反应却几乎不产生热量, 因此对两个反应阶段的反应温度控制也各不相同。一般为了控制基础反应的反应参数, 避免物料受损过大, 一般将基础反应的滴加温度控制在60℃左右。而聚合反应的反应温度多控制在95℃左右, 以提高反应温度, 使反应速率加快。

3. 反应时间

从长期的生产实践来看, 脂肪族减水剂的性能高低会随着反应时间的变化而发生变化。在早期其减水率会随着时间延长而不断增大, 但达到一定峰值后, 就会随着时间延长而不断减小。因此将反应时间控制在峰值处所得到的减水剂产品减水率是最高的。在不同的加料方式下, 反应最佳时间长短也存在一定差异, 这是因为加料方式不同, 反应中分子质量变化不同, 对反应时间的要求也有所不同。一般认为要想控制减水率大小, 就必须要求分子质量不可过大也不可过小, 而是要控制在合理范围内, 此时反应时间多需要控制在1.5-2.5h之内。三、一种较易实行的脂肪族高效减水剂合成工艺

1.工艺流程

将甲醛和焦亚硫酸钠在预搅拌罐中混合溶解后, 泵入加料罐;丙酮和液碱按一定比例泵入5t的反应釜中, 在搅拌下升温至设定温度后恒温, 开始滴加甲醛和焦亚硫酸钠的混合物, 控制加料速度在预定时间内滴完;升温至70-100℃, 恒温1.5-2.5h, 加水调节浓度, 降温出料, 泵入成品罐, 完成生产。

2.实施效果

经过对所生产的产品进行性能鉴定后表明, 该工艺生产的减水剂性能优异, 符合国家标准GB8076。重复试验表明, 产品性能稳定。并且在大规模的生产应用后也可以证明, 该工艺生产操作简单, 参数易控制, 生产过程无废物排放, 产品性能稳定。是一种非常可行且优良的生产工艺。

结束语

综上所述, 目前在脂肪族减水剂的生产合成工程中, 需要经过基础反应和缩合反应两个阶段, 且其减水率高低会受加料方式、反应温度和反应时间的影响。在此基础上, 我们可以对其合成工艺进行优化调整, 以获得更好的合成工艺。本文最后所提出的合成工艺就是一种相对较为优良的脂肪族高效减水剂生产合成工艺, 值得借鉴和推广应用。

参考文献

[1]赵晖, 傅文彦, 王毅, 李克亮.脂肪族高效减水剂的合成及其分散性能研究[J].新型建筑材料.2005 (09) .

[2]王毅, 温金保, 赵晖.脂肪族高效减水剂的应用性能研究[J].工业建筑.2006 (S1) .

[3]崔晔婷.脂肪族高效减水剂的合成及作用机理研究[D].北京工业大学2004.

脂肪族工艺 篇2

1 实验

1.1 主要试剂和仪器

1,4-丁二醇(BD);1,4-丁二酸(AS);1,2-丙二醇(1,2-PDO);氯化亚锡(Sn Cl2);对甲苯磺酸(P-TS);石油醚。

85-2型恒温磁力加热搅拌器;Bs A2245型电子天平;w M2K-25型温度指示控温仪;双层铁皮电炉(A型)等。

1.2 合成过程

该合成是在二元酸和丁二醇摩尔比为1∶1.1的条件下,1,2-丙二醇以30%代替丁二醇,命名为:30%-聚丁二酸丁二醇酯-共-聚丁二酸1,2丙二醇共聚酯(P(BS-co-1,2-PS)-30%)。将丁二酸、丁二醇、丙二醇、双催化剂(对甲苯磺酸和氯化亚锡)和50 m L甲苯加入三口烧瓶中,安装搅拌器。先加热至140℃,并控制温度不变,保持1 h,然后升温230℃,控制温度不变,反应3 h。反应结束后,将生成的脂肪族聚酯趁热取出,倒入氯仿中进行溶解,最后将溶解液下层倒入适量石油醚中,产生白色絮状,过滤后在50℃下真空干燥。

探讨不同条件对合成工艺的影响,其中分别用催化剂:无催化剂、对甲苯磺酸、氯化亚锡、双催化剂(对甲苯磺酸和氯化亚锡)将合成的枝状PBS基共聚酯分别标记为P(BS-co-1,2-PS)1-P(BS-co-1,2-PS)4;考虑到酯化时间会影响到枝状PBS基共聚酯的合成速度,使用双催化剂,分别在0.5 h、1 h、1.5 h、2 h不同的时间下将合成的枝状PBS基共聚酯分别标记为P(BS-co-1,2-PS)5-P(BS-co-1,2-PS)8;考虑到缩聚时间会影响到枝状PBS基共聚酯的合成速度,使用双催化剂,分别在1 h、2 h、3 h、4 h不同的反应时间,将合成的枝状PBS基共聚酯分别标记为P(BS-co-1,2-PS)9-P(BS-co-1,2-PS)12;考虑到酯化温度会影响到枝状PBS基共聚酯的合成速度,分别用110℃、120℃、130℃、140℃、150℃温度反应将合成的枝状PBS基共聚酯分别标记为P(BS-co-1,2-PS)13-P(BS-co-1,2-PS)17;考虑到缩聚温度会影响到枝状PBS基共聚酯的合成速度,分别用190℃、200℃、210℃、220℃、230℃温度进行反应将合成的枝状PBS基共聚酯分别标记为P(BS-co-1,2-PS)18-P(BS-co-1,2-PS)22。测出不同缩聚温度下蒸出水分量,观察合成的P(BS-co-1,2-PS)18-22聚酯的颜色变化,选取最佳缩聚温度。

2 结果与讨论

2.1 催化剂对合成枝状PBS的影响

由表1可看出,用不同催化剂进行反应,催化效果明显不同,在使用双催化剂时,出水量较多,说明酯化程度大,产物颜色呈淡黄色,最接近实际的颜色。排列顺序为:双催化剂>对甲苯磺酸>氯化亚锡>无催化剂,因此,本实验选用双催化剂合成效果更佳。

2.2 酯化时间对合成枝状PBS的影响

由表2可看出,在双催化剂,酯化反应温度为140℃,缩聚温度为220℃的情况下,控制酯化时间为唯一变量。当酯化时间为1.0 h时,测得生成的水量较多,说明酯化程度较大,反应的更充分,此时枝状PBS基共聚酯颜色为淡黄色,最接近实际颜色,故而得出最佳的酯化时间为1.0 h。

2.3 缩聚时间对合成枝状PBS的影响

由表3可看出,在双催化剂,酯化反应温度为140℃,缩聚温度为220℃的情况下,控制缩聚时间为唯一变量。当缩聚时间为3.0 h时,测得生成的水量较多,这说明酯化的程度较大,反应更充分,枝状PBS基共聚酯颜色为淡黄色,最接近实际颜色,故而得出最佳的缩聚时间为3.0 h。

2.4 酯化温度对合成枝状PBS的影响

由表4可看出,在双催化剂,酯化时间为1 h的情况下,缩聚时间为3 h的前提下,控制酯化温度为唯一变量。当酯化温度为130℃时,测得生成的水量较多,这说明酯化的程度较大,反应更充分,枝状PBS基共聚酯颜色为淡黄色,最接近实际颜色,故而得出最佳的酯化温度为130℃。

2.5 缩聚温度对合成枝状PBS的影响

由表5可看出,在双催化剂,酯化时间为1 h的情况下,缩聚时间为3 h的前提下,控制缩聚温度为唯一变量。当缩聚温度为220℃时,测得生成的水量较多,这说明酯化的程度较大,反应更充分,枝状PBS基共聚酯颜色为黄色,最接近实际颜色,故而得出最佳的缩聚温度为220℃。

3 结论

根据上述研究的最佳合成条件,可以得出熔融聚合枝状PBS基脂肪族聚酯的最佳工艺条件即:将丁二酸、丁二醇、丙二醇、双催化剂(对甲苯磺酸和氯化亚锡)和50 m L甲苯加入三口烧瓶中。使用双催化剂,最佳的酯化温度130℃,最佳的酯化时间为1.0 h,最佳的缩聚温度在220℃,最佳缩聚时间为3.0 h。为后续脂肪族聚酯的共聚改性及可降解性研究奠定基础。

参考文献

[1]张昌辉,翟文举.不同端基PBS的合成与降解研究[J].塑料工业,2009(10):13-15.

[2]廖才智.生物降解性塑料PBS的研究进展[J].塑料科技,2010(07):93-98.

[3]刘浩,韩常玉,董丽松,等.聚丁二酸丁二醇酯的强化辐射交联[J].河南大学学报:自然科学版,2009(04):56-59.

[4]Tran Huu Nam,Shinji Ogihara,Nguyen Huy Tung,Satoshi Kobayashi.Effect of alkali treatment on interfacial and mechanical properties of coir fiber reinforced poly(butylene succinate)biodegradable composites[J].Composites Part B,2011(6):48-54

[5]寇莹,孟小华,杨建洲.PBS的降解及其机理研究[J].化工新型材料,2010(03):78-82.

[6]孙桂香,罗勇,陆平晔,等.生物降解PBS聚酯的改性研究进展[J].高分子通报,2011(02):32-39.

[7]张敏,黄继涛,崔春娜,等.PBS/PHB聚酯材料的生物降解性[J].高分子材料科学与工程,2010(07):52-58.

[8]Yan-Hong Feng,Da-Wei Zhang,Jin-Ping Qu,et al.Rheological properties of sisal fiber/poly(butylene succinate)composites[J].Polymer Testing,2010(1):72-78.

脂肪族取代脲的合成研究 篇3

关键词：伯胺,二取代脲,碳二亚胺,N, N’-羰基二咪唑,三光气,合成

碳二亚胺化合物 (Carbodiimides) [1], 就是结构中含有碳二亚胺基团的化合物, 其通式如下:R1-N=C=N-R2

分子结构中的累积二烯结构使碳二亚胺具有很强的化学活泼性, 不仅可以和许多酸性化合物反应, 也可以和醇、胺及含活泼亚甲基等活泼氢一类化合物起反应, 其参与的反应具有条件温和、操作简便和收率高的特点。碳二亚胺化合物不如含有N=C=O, O=C=C, S=C=S等基团的相似结构的化合物活泼, 其参与的化学反应的动力主要来源于结构中N=C=N双键的不饱和性, 作为一种良好的有机试剂。它在非催化条件下很稳定, 而在催化条件下表现出很强的反应性。碳二亚胺化合物最早用作酯化反应以及氨基酸合成多肽的脱水剂。

此外DCC和DMSO亦可对醇就行的Pfitzener-Moffatt氧化反应[2]。

1 实验部分

1.1 合成路线

所设计的合成路线如图2-1所示:

1.2 合成化合物

1.2.1 合成对叔丁基脲

反应方程式如图1-2:

实验步骤:

于500 m L四颈瓶中依次加入450 m L甲苯、叔丁胺94 g (1293 mmol, 6 e.q.) 、三乙胺130 g (1293 mmol, 6 e.q.) 后加塞, 电动搅拌冰水浴冷却。于恒压滴液漏斗中缓慢加入54 g (215.5mmol, 1 e.q.) 三光气的400 m L甲苯溶液。控制内温不得超过20℃, 滴毕rt反应3h, TLC追踪反应。

TLC如图 (展开剂:P/E=1:2, 显色剂:磷钼酸)

反应结束后取250 m L水淬灭反应, 转移至分液漏斗中, 分出水相后用甲苯反萃取, 合并有机相, 有机相用水洗两次, 然后用5%盐酸洗一次, 再用饱和Na Cl aq洗两次。浓缩溶剂, 加水浆洗后减压过滤, 固体用无水乙醇重结晶, 收集白色针状晶体68.04 g (72.52%) 。

mp:199.6-202.1℃..IR (KBr) :3352.11, 2964.53, 1638.22, 1381.61, 1360.82 cm-1.1H NMR (CDCl3, 300 MHz) :δ5.82-5.74 (m, 2H) , 3.09 (td, J=7.0, 2.3 Hz, 2H) , 2.92 (dd, J=6.9, 2.4 Hz, 2H) , 1.67 (dtd, J=13.4, 6.7, 2.4 Hz, 1H) , 1.45-1.19 (m, 4H) , 0.86 (td, J=6.6, 2.1 Hz, 9H) .

1.2.2 合成1-正丁基-3-异丁基脲

反应方程式如图1-4

实验步骤:

在50 m L圆底烧瓶中依次N, N’-羰基二咪唑20.03 g (123.6mmol, 1.17e.q.) 和20 m L二氯甲烷使成浆状, 磁力搅拌, 在冰水浴条件下滴加异丁胺2.0 m L (20.55 mmol, 1 e.q.) , 滴毕加2.5m L二氯甲烷洗涤恒压滴液漏斗, rt反应20 min, 留样β并TLC示踪。加入15 m L水搅拌30 min, 分去水相后继续在冰水浴条件下滴加异戊胺3.6 m L (30.62 mmol, 1.49 e.q.) , 滴毕加2.5 m L二氯甲烷洗涤恒压滴液漏斗, 回流反应1h, TLC示踪。

TLC如图 (展开剂:P/E=1:3, 显色剂:磷钼酸)

反应结束后, 转移至分液漏斗中用20 ml 10%HCL洗, 分液水相用10m L二氯甲烷反萃取, 合并有机相后再用饱和食盐水洗两次, 最后有机相用无水硫酸镁干燥30min, 减压过滤后浓缩溶剂收得白色蜡状固体粗品S3b (13.86 g) 。

mp:48.4-50.2℃..IR (KBr) :3342.05, , 1637.53, 1573.86 cm-1.1H NMR (CDCl3, 300 MHz) :

产物提纯后TLC如图 (展开剂:P/E=1:3, 显色剂:磷钼酸) 不对称产物的红外光谱与核磁图谱:

2 实验结果

鉴于此次对碳二亚胺前体对称和不对称二取代脲合成的研究, 分别选择了较为温和反应条件的Triphosgene法和CDI法, 比之于工业上的异氰酸酯与胺的亲核取代及CO2or CO与胺在金属催化剂及高温高压条件下显得更为绿色低毒, 且温和而产率较高。

参考文献

[1]Williams, A.;Ibrahim, I.T.;Carbodiimide Chemistry:Reagent Advances, Chem, Rev.1981, 81.589-636.

脂肪族工艺 篇4

现有的喷涂聚脲大多为芳香族聚脲体系,性能优异,但易黄变,应用于装饰要求较高的领域时必须配套相应的面漆,增加了施工工序;而现有的脂肪族聚脲与芳香族聚脲相比,反应速度太快,产品表面状态不理想。本文通过选取合适的仲胺基聚醚和扩链剂,制备了新型脂肪族聚脲弹性体,研究了仲氨基聚醚对预聚物性能的影响,以及扩链剂和异氰酸酯指数对聚脲弹性体性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料和检测仪器

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI,当量111),工业级,Bayer公司;异佛尔酮二胺(IPDA,当量85),工业级,Deggusa公司;D2000(当量1 000),工业级,扬州晨化;T5000(当量1 667),工业级,扬州晨化;SD-2001(当量1 000),工业级,Huntsman;Diamine A(当量125),工业级;碳酸丙烯酯(PC),工业级,上海聚豪精细化工有限公司。

主要检测仪器有:TY8000系列电子式万能试验机,江苏江都天源试验机械有限公司;硬度计,上海六菱仪器厂;NDJ-5S数字式黏度计,上海尼润智能科技有限公司。

1.2 A组分的制备

将一定量的多异氰酸酯投入装有搅拌器、温度计、加料口和氮气入口的反应釜,因为此反应相对比较快并且是放热反应,因此开始不需要加热。然后缓慢加入胺基聚醚反应一定时间,温度保持恒定后再缓慢升温至70~80℃,反应3~4 h后出料,第二天测定—NCO的含量。

1.3 B组分的制备

将脱水后的颜填料、助剂以及适量的胺基聚醚在三辊机上研磨,将研磨好的浆料投入反应釜中,加入剩余的胺基聚醚及扩链剂,混合均匀后出料待用。

1.4 喷涂设备及工艺参数

实验所用的喷涂设备是美国Graco公司生产的EXPII主机和Fusion誖AP喷枪。主要喷涂工艺参数为:静压5~6 MPa,物料温度60~70℃,体积比1∶1。

2 结果与讨论

2.1 胺基聚醚对半预聚体性能的影响

由于选用的异氰酸酯单体IPDI的挥发性比较大,因此需要合成异氰酸酯半预聚体才能使用。半预聚物的合成主要采用伯胺基聚醚和仲胺基聚醚,相同分子量的伯胺基聚醚反应性要高于仲胺基聚醚。本实验采用的D2000是伯胺基聚醚,SD-2001是仲胺基聚醚(图1)。IPDI与胺基聚醚的配比对半预聚体中—NCO含量的影响见表1。

图2是通过测试表1不同—NCO含量的半预聚体的黏度而绘制的曲线。通过图2可以看出,采用SD-2001合成的半预聚体的黏度曲线相对比较平缓,而采用D2000合成的半预聚体的黏度随着—NCO含量的增加降低明显,这主要是由不同的胺基聚醚的氢键造成的。图3是伯胺基聚醚和仲胺基聚醚反应合成的半预聚体之间的氢键吸引示例,从图3可以看出,伯胺基聚醚合成的半预聚体IPDI/D2000含有两个氢氧键,较仲胺基聚醚合成的半预聚体IPDI/SD-2001的分子间作用力要大,因此黏度也更大。

图4是半预聚体IPDI/SD-2001的黏度-温度变化曲线,从图4可以看出,在45℃左右时,半预聚体的黏度发生突变,之后黏度的变化相对较小,60℃之后无太大变化。这是由于温度在45℃左右时,半预聚体分子运动加剧,突破了分子间引力,分子间作用力降低,黏度降低;之后由于克服了分子间引力,黏度受温度的变化影响较小,所以变化平缓。

不同胺基聚醚合成的半预聚体制得的聚脲弹性体的物理性能相差不大(表2)。从表2可以看出,由于伯胺基聚醚制得的半预聚体A组分与B组分黏度差别比较大,因此在喷涂过程中容易造成设备压差过大,从而产生混合比例失调,影响产品的质量。压差过大也易造成堵塞喷枪,影响正常施工(喷涂型聚脲弹性体要求两个组分的黏度差在喷涂温度下不能超过200 mPa·s,并且黏度要尽可能接近,这样在高压混合时才能达到理想的混合)。

2.2 扩链剂对聚脲弹性体性能的影响

脂肪族扩链剂的选择对聚脲弹性体的操作性影响比较大,伯胺基扩链剂活性高,反应速度快,产品外观不佳。因此选择一种活性稍低、且对产品质量没有影响的扩链剂非常重要。

图5是仲氨基扩链剂Diamine A的用量对聚脲弹性体伸长率的影响。从图5可以看出,随着Diamine A用量的增加,聚脲弹性体的伸长率逐渐增大,当用量达到20%以上时,伸长率提高明显,所以Diamine A的最佳用量应该在11%~27%。表3是不同扩链剂对聚脲弹性体性能的影响。其中,Diamine A是仲胺基扩链剂,分子结构中一端只有一个活泼氢,与半预聚体反应后形成的分子交联密度较低,因此制得聚脲的伸长率比较高;并且该活泼氢原子因为位阻的原因,反应活性较低,所以制得聚脲的凝胶时间也延长。IPDI是伯胺基扩链剂,分子结构中含有两个活泼氢,与半预聚体反应得到的分子交联密度较大,因此制得聚脲的伸长率较小;同时活泼氢原子的活性高,因此制得聚脲的凝胶时间较短。实际应用中可以根据需要来调节伯胺基扩链剂和仲胺基扩链剂的含量,从而得到适合的配方体系。

2.3 异氰酸酯指数α对聚脲弹性体性能的影响

半预聚体采用—NCO含量为14.7%的IPDI/SD-2001、扩链剂采用Diamine A,研究了异氰酸酯指数α对聚脲弹性体性能的影响。

图6是α值对聚脲弹性体伸长率的影响,从图6可知,α值在1.05~1.10之间时,伸长率有一个突变,并且在α=1.10之后基本不变,这说明α值在1.10时反应相对比较完全(理论上讲,α值为1.00时反应最完全,但是在实际反应过程中,由于B组分中水分的存在以及半预聚体吸收空气中水分从而使—NCO含量降低等原因,选择时α值要稍微偏大一些)。α值对聚脲弹性体拉伸强度的影响同伸长率(图7)。从凝胶/表干时间曲线(图8)可以看出,当α值超过1.10之后,凝胶时间和表干时间仍陆续增大,这是由于当异氰酸酯过量后,没有足够的胺基与其反应,只能通过与空气中的水分以及与脲基反应生成缩二脲,因此表干时间会延长。

3 脂肪族喷涂聚脲弹性体的应用

由于脂肪族喷涂聚脲弹性体具有低温操作性好、对湿度不敏感、施工速度快、耐黄变、耐腐蚀性好等优点,因此其应用范围也在逐步扩大。

3.1 高铁中的应用[5]

由于高铁车辆的行驶速度快、遭遇各种恶劣环境几率高、长期暴露在室外,所以对防水涂层的选择要求很高。脂肪族喷涂聚脲弹性体通过技术改进,在高铁混凝土桥梁防水项目上得到了大量应用。

3.2 桥梁工程中的应用[6]

近年来,由于环境恶化,加上混凝土材料自身的缺陷,使混凝土结构的耐久性出现了一系列的问题。脂肪族喷涂聚脲弹性体在混凝土桥梁和钢结构防腐方面显示了独特的优越性,其优良的物理性能、耐黄变、施工快、受湿度影响小等特点使其在桥梁工程中逐步得到推广应用。

3.3 混凝土底材上的应用

混凝土底材上对涂层产品的保色性、耐冲击性和伸长率具有较高的要求,常用的场合如体育场的露天看台,由于常年暴露室外,人流量大,所以对涂层产品的各种要求就比较高。脂肪族喷涂聚脲弹性体具有施工快的特点,适合大面积施工,几分钟就可以达到步行强度,并且使用期限可以达到30年,能满足看台等对涂层产品的要求。

3.4 木底材上的应用[7]

脂肪族材料在木底材上的应用已经很广泛,但大多都是刷涂型的材料,含有大量的溶剂,对人身和环境的危害比较大。而脂肪族喷涂聚脲弹性体为100%固含量,不会对环境产生污染,并且施工速度快,喷涂后外观较好。

4 结论

本文采用仲胺基聚醚和扩链剂制备了新型脂肪族喷涂聚脲弹性体,研究了仲胺基聚醚对半预聚体组分黏度的影响以及扩链剂、异氰酸酯指数等对聚脲弹性体性能的影响,结果表明:采用仲胺基聚醚可以降低半预聚物的黏度,而在B组分添加11%~27%的仲氨基扩链剂、配方体系异氰酸酯指数α=1.10时可以得到性能较佳的聚脲弹性体产品。脂肪族喷涂聚脲弹性体的应用范围因其性能的不断提高也在不断扩大。

摘要：研究了仲胺基聚醚和扩链剂对脂肪族喷涂聚脲弹性体性能的影响,结果表明,采用仲胺基聚醚可以降低半预聚体的黏度,B组分中添加11%～27%的仲胺基扩链剂、配方体系中异氰酸酯指数α=1.10时可以制得性能较佳的聚脲弹性体。文章最后对脂肪族喷涂聚脲弹性体的应用领域进行了介绍。

关键词：脂肪族,喷涂聚脲弹性体,半预聚体,仲胺基聚醚,仲胺基扩链剂

参考文献

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脂肪族工艺 篇5

法国Vencorex公司日前推出一款新型无溶剂半生物型脂肪族异氰酸酯聚合物—Tolonate X Flo 100.新型聚合物具有低粘度的特点, 非常适合聚氨酯和聚脲材料;同时, 由25%的可再生材料组成, 以HDI为结构基础。

公司表示, Tolonate X Flo 100的推出是为了生产无溶剂聚氨酯和聚脲材料, 减少聚氨酯配方中VOC (挥发性有机化合物) 的排放量。其扮演的角色包括:聚氨酯和聚脲材料的交联剂;2K系统中的活性稀释剂;或者树脂及聚合物设计的基础材料。

脂肪族工艺 篇6

随着工业的发展,合成技术变得越来越先进,使WPU性能得到不断改进,从而使其进入了飞速发展的新阶段。涉及的应用领域涵盖皮革、纸张、涂饰、纺织、塑料、橡胶等,最早最成功的应用是在皮革涂饰方面[1,2,3]。由于聚氨酯分子独特的结构,使其具有良好的低温弹性和手感,很快在一定程度上代替了易热粘冷脆的丙烯酸树脂,至今应用于皮革涂饰的WPU仍是成膜物中较大一部分。WPU具有安全、环保等优点,在涂料、黏合剂和皮革涂饰剂等方面的应用备受瞩目,而制备相对较高固含量的乳液是WPU的热点和发展方向之一[4]。

本试验通过研究合成相对较高固含量的IPDI、PCL型WPU的几个影响因素,来获得制备这类相对较高固含量WPU的一些规律。本课题在制备乳液固含量质量百分数≥45%的前提下,研究羧酸质量分数、中和度、聚合工艺及交联剂用量对制备该类WPU的影响。

1 试验

1.1 主要原料和设备

1.1.1 主要原料

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业级,德国Bayer公司;

聚ε-己内酯二醇(PCL210),工业级,东莞市三宁化工;

2,2-二羟甲基丙酸(DMPA),工业级,衢州明锋化工有限公司;

三乙胺(TEA),分析纯,成都市科龙化工试剂厂;

1,4-丁二醇(BDO),分析纯,昆山市环球化工;

三羟甲基丙烷(TMP),工业级,中外合资湖北三江化工有限公司;

丙酮,分析纯,成都长联化工试剂有限公司。

1.1.2 主要试验仪器及设备

旋转黏度计NDJ-1A,上海安得仪器设备有限公司;

纳米粒度及电位分析仪Zetaweight Nano ZS,Malven,UK;

电子拉力机GT-AI-7000S,高铁科技股份有限公司。

1.2 试验方法

将一定量的聚酯加入三口烧瓶中,≥120℃下真空脱水1～2h,降温至60℃加入计量的IPDI及适量的催化剂,在80～90℃反应至WNCO到达理论值,降温至70℃,加入BDO、TMP及适量的溶剂,于70～80℃反应3～4h,再加入DMPA保持温度在60～70℃反应1～2h,然后降温至50℃加入TEA中和,然后用去离子水分散乳化。

1.3 性能检测

1.3.1 固含量测定

按GB1725-79规定,取干燥的表面皿称质量为m,称取乳液质量为m0于表面皿中,在60℃下干燥24h,取出冷却至室温后称量总质量为m1,至2次称量差值不超过0.01g,计算得到固含量=[(m1-m)/m0]×100%。

1.3.2 乳液pH的测定

用pH211型哈纳酸度离子计,在25℃下测定乳液的pH。

1.3.3 乳液黏度的测定

在25℃下用NDJ—1A型旋转式黏度计,测定乳液的黏度。

1.3.4 乳液粒径及Zeta电位的测定

用Malven公司生产的型号为Zetaweight Nano ZS的纳米粒度及电位分析仪,在25℃下测定WPU乳液的粒径及Zeta电位。

1.3.5 乳液的储存稳定性

通过离心加速沉降试验模拟储存稳定性,在离心机中以3 000r/min离心沉降15min后,若无沉降,可以认为该乳液可以稳定储存6个月。

1.3.6 胶膜性能测试

胶膜制备:室温风干后,于60℃下烘24h脱膜,置于干燥器中冷却备用。

拉伸性能:参照GB/T528-1998标准,在25℃下用电子拉力机测定胶膜的拉伸强度和断裂伸长率。

胶膜耐水性:称取质量为m1的乳液膜块,放入水中浸泡24h取出,用干燥软纸拭去表面积水后称质量为m2,吸水率=[(m2-m1)/m1]×100%。

2 讨论

2.1 羧酸质量的影响

在其他条件不变的情况下,改变聚合物中羧酸的用量,考查不同羧酸质量分数对聚氨酯乳液其外观及固含量的变化。试验结果见表1、图1所示。

从表1、图1可以看出:当亲水基质量分数低于0.70%时,不能制得稳定的乳液。随着羧酸质量分数的增加,乳液外观越来越好,也越来越稳定。当亲水基质量分数为1.59%时,乳液呈现非常稳定的透明泛蓝状,这是由于聚氨酯分子随着亲水基质量分数的增加亲水性越好,粒子分散越均匀,粒径越小,外观越好。但随着羧酸质量分数的增加,乳液所成胶膜的吸水性增强,耐水性下降;同时随着羧酸质量分数越高,制备成低黏度乳状液的固含量也随之降低。

2.2 中和度的影响

2.2.1 中和度对乳液外观及稳定性的影响

试验中中和度就是三乙胺与2,2-二羟甲基丙酸摩尔用量间的比值。聚氨酯离聚体电离状态或程度直接影响到乳液的外观与稳定性;从微观上讲,也就是亲水基成盐率及成盐离子对形成状态及乳液性能的影响。不同中和度对乳液外观及稳定性如表2所示。

由表2可知:当中和度为80%、90%时,亲水性较差,因亲水基没有充分离子化。如分子结构中没有让已有的羧酸形成足够的可以成盐的亲水基,其乳化能力不足以使分子均匀分散在水中,聚氨酯分子易相互聚集,甚至在较短的时间内沉淀。随着中和度的提高,聚氨酯分子自身的乳化能力增强,使其能够在水中充分的电离,且易于均匀分布,所得乳液外观也由白色浑浊变为半透明泛蓝光,稳定性也逐渐增强。

2.2.2 中和度对乳液粒径及粒径分布的影响

从图2可以看出:中和度越低,乳液的粒径越大,其分布越宽,当中和度为80%时乳液粒径呈双峰分布。乳液粒径分布较宽时,胶粒的大小形状不均匀,使得粒径相对小的胶粒可以分散在由粒径较大的胶粒之间形成的空隙里,从而较易提高乳液的固含量[5,6],试验中的现象证明了这一点。由此可知,保持适当的中和度,使乳液的粒径分布较宽,有利于提高乳液固含量。

2.2.3 中和度对乳液黏度的影响

试验进行中和时,发现中和度越低相转变来得越快,乳化过程越平稳,且黏度变化较小,可见中和度对乳液黏度有明显的影响。

由图3可知:试验所得乳液黏度范围为:14.8～93.0mPa·s,随着中和度的提高所得乳液的黏度逐渐升高。由于离聚体成盐率的提高,使得聚氨酯链上羧酸的离解程度增大,离聚体分散乳化能力强,乳液粒径变小,离子的比表面积增大,增加总的双电层数和离子的流体体积,从而导致黏度的增大。加入过量的碱性中和剂,会出现自增稠现象,体系黏度也会增大。

2.3 聚合工艺的影响

聚氨酯分子的合成过程中,预聚、扩链/交联、引入亲水基几个较关键步骤的反应原理是相同的,但是调节或改变这些步骤,利用不同原料反应活性的差异,就会改变物料之间的反应竞争,从而改变聚合物的序列结构,实现产品性能的改变。因此,试验充分利用了聚氨酯预设计性,不同聚合工艺如表3所示。

2.3.1 聚合工艺对粒径及黏度的影响

试验用5种不同的聚合工艺,所得乳液的粒径及黏度有较大差异,如图4所示。乳液的黏度为40～70mPa·s,相对较低;粒径在110～170nm之间。试验发现,预聚、扩链/交联时反应液黏度的提高从幅度和速度上都不及亲水基引入。也就是说反应中一旦加入DMPA,反应液黏度会在短时间内有较大幅度的升高。聚合工艺1和4预聚时引入亲水基,反应液在反应开始后很短的时间内黏度就明显升高,而聚合工艺2、3及5预聚结束后,反应液的黏度升高不明显。

聚合工艺2合成法引入亲水基最晚,其加入DMPA之前时各反应步骤中反应液黏度均较低,该方法的反应过程黏度最好控制。但由图4看出:聚合工艺2最终得到的乳液黏度还是高于其它几种聚合工艺所得的乳液,且外观较好,可能是因其引入亲水基最晚,引入时不存在反应竞争,规整性较好,乳液粒径较小,黏度较高。

2.3.2 聚合工艺对乳液Zeta电位的影响

由施特恩(Stern)双电层理论可知,Zeta电位的大小,反映了胶体带电的程度,Zeta电位越高,胶体间的斥力也就越大,胶体间就越不容易聚沉,乳液就越稳定[7]。由图5可知,聚合工艺5所得的乳液稳定性最好,5种聚合工艺所得乳液Zeta电位为-48～-73mV,均大于-30mV,稳定性均较好[6]。

2.4 交联剂用量的影响

2.4.1 交联剂用量对粒径及黏度的影响

试验制得的乳液平均粒径在129.6～177.9nm之间属于稳定的分散体,不同的TMP用量对乳液平均粒径的影响不大。由图6可以看出:TMP用量为3%的(占总树脂的质量分数,下同)乳液粒径分布相对较宽,1%次之,0%和5%基本相同,可见TMP用量为1%～3%时较易把固含量做高。

由图7可以看出:不同TMP用量对乳液黏度有所差别,所制得乳液的黏度处在35.5～125mPa·s之间,黏度较小。随着交联剂用量的增加,体系黏度先增大后减小,这是由于聚氨酯分子链交联度的增大,导致分子链之间联结,使链增长伸展相互缠绕,分子间相互作用力增强,黏度增大;交联剂进一步增加时,交联密度增强大分子疏水链段相互靠拢,疏水链段紧缩,甚至包裹或者压缩亲水基对外的舒展,减弱分子间作用力,出现类似转相的过程,因此黏度减小;当交联度过大时,严重抑制亲水基的电离,而容易出现凝胶现象,如试验中当TMP用量过高时,无法分散制备出稳定的聚氨酯乳液。

2.4.2 交联剂用量对膜性能的影响

交联剂TMP的加入对胶膜的性能有明显的影响,如表4所示。胶膜的拉伸强度随TMP的用量增加而升高,当TMP占树脂总质量的3%时,乳液所成的胶膜拉伸强度最高,而后TMP用量增加拉伸强度反而下降。当未加入交联剂时,聚氨酯分子链间较易滑动,应力较小,而且所成的胶膜较软,弹性好,强度较低。随着TMP用量的增加使得聚氨酯分子链滑动受阻,应力增强,产生空间立体网状结构,从而使拉伸强度升高,此时,当有外力存在时分子链运动能够与外力相适应;而当TMP用量继续增加时,聚氨酯分子链运动严重受阻,当有外力时,不能够产生较大程度的应变来使较多分子链共同承受外力,从而胶膜的拉伸强度下降。由表4可知:当TMP用量高于3%时胶膜强度下降,TMP的合适用量范围为1%～3%。胶膜的断裂伸长率随TMP的用量增加而逐渐降低,不用交联剂时断裂伸长率最高,用交联剂最多时胶膜断裂伸长率最低。

随着合成过程中交联剂用量的增加,胶膜耐水性呈先增大后减小的趋势。当所用TMP用量为1%时,胶膜耐水性最好,而后,增加TMP的用量耐水性反而逐渐变差,当TMP用量为5%时,吸水率升高较多,胶膜耐水性急剧下降,还不如不用交联剂的胶膜耐水性好。可能是由于当加入少量TMP时,对聚氨酯分子产生适度交联,膜形成的网状结构使分子链不易滑动,且致密性,水分子不易发生渗透;但TMP用量过高时,聚氨酯分子交联点过多,分子结构中所含氨基甲酸酯基硬链段也增多,其为极性基团增大了聚氨酯分子与水的作用;又聚氨酯分子的过度交联,使得聚氨酯乳液成膜时相分离增大,融合性差,反而使成膜后分子间空隙较大,水分子比较容易扩散进入胶膜中。这在一定程度上解释了交联剂用量过高,拉伸强度反而下降的可能原因。

3 结论

1)反应体系的羧酸质量分数在0.91%～1.03%能够制得较理想的乳液。

2)中和度低有利于提高乳液的固含量,乳化时转相相对平稳,黏度易控制。

3)改变不同的聚合方式,有利于直接制备不同链结构的WPU,从而改变乳液的性能、质量。

4)TMP较合适的用量为反应材料体系总质量的1%～3%,胶膜性能较佳,在此范围内TMP用量越少乳液外观越好。

摘要：以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚ε-己内酯二醇(PCL210)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、1,4-丁二醇(BDO)、三羟甲基丙烷(TMP)等为主要原材料,合成水性聚氨酯(WPU)乳液。试验主要探讨了嵌段物序列结构、亲水基、中和度及交联剂用量等因素对聚氨酯乳液及膜性能的影响,并进行了分析表征。结果表明:在该反应体系下,亲水基用量为聚合物总质量的0.90%～1.00%,中和度>90%,交联剂用量为聚合物总质量的1%～3%,能制备出含量较高(质量分数≥45%),且性能较好的水性聚氨酯乳液。

关键词：水性聚氨酯,逐步嵌段加成,离聚体

参考文献

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脂肪族工艺 篇7

预应力高强混凝土管桩(Pretesioned Spun High Strength Conerete Piles,PHC管桩),是在近代高性能混凝土(HPC)和预应力技术基础上发展起来的新型混凝土预制构件,属于建设部科技成果重点推广项目。PHC管桩混凝土的强度等级一般高于C80,属于高强混凝土范畴。它的基本特点[1]是混凝土单方胶凝材料用量高,通常会在450 kg/m3以上,同时胶凝材料中矿物掺合料较多,占到总量的30%～50%,水灰比通常控制在0.28～0.30,粗集料要求粒径范围在5～20 mm,含泥量与石粉含量控制严格,并且需要使用高效增强剂。

使用高效增强剂是改善新拌管桩混凝土和易性和管桩成品质量的重要手段之一。适应性良好的增强剂能有效降低拌和用水量,并使新拌管桩混凝土拌和物具有良好的和易性、粘聚性和保水性,以满足浇筑和成型的要求;同时能在低水灰比、低掺量的条件下,获得35～55 mm的坍落度,并且保证养护后的桩身外观和强度达到设计和应用要求。

目前我国PHC管桩生产普遍采用的是萘系增强剂产品[2]。然而,萘系增强剂的主要原料工业萘供应逐年紧张,已经远远不能满足生产需求;并且萘系增强剂生产周期长,在生产过程中产生工业“三废”,不符合目前“低碳环保”的可持续发展主张。本文主要研究脂肪族高效增强剂的合成研究,创新性地在合成过程中引入烯丙基聚乙二醇,并探讨了其在管桩混凝土中的应用。

1 实验

1.1 合成原材料

亚硫酸钠:≥99%,工业级,湖南产;丙酮:≥98%,工业级,广州产;甲醛(36%～37%)、液碱(30%):工业级,福建产;烯丙基聚乙二醇(APEG):相对分子质量约为1200,工业级。

1.2 脂肪族高效增强剂母体的合成方法

(1)将部分甲醛、丙酮混合,备用。

(2)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入水、亚硫酸钠、部分甲醛以及一定量碱性催化剂。开动搅拌器,并使水浴升温至55℃后,用恒压滴液漏斗缓慢滴加备用的混合液,反应过程中当溶液变为棕红色时开始滴加烯丙基聚乙二醇水溶液,滴加时间1～2 h。

(3)滴加完毕后,升温至一定温度,保温一段时间,即得到固含量为30%左右的脂肪族高效增强剂母体。

2 结果与讨论

2.1 加料方式对增强剂分散性能的影响

脂肪族高效增强剂的合成主要是基于碱催化条件下对羰基的加成反应(磺化)、羟醛聚合反应和双键的加成聚合反应,反应历程较为复杂[3]。在合成过程中,相同配比下,不同加料方式得到的产品结构不同,从而导致产品分散性能的差异。分别滴加不同量的甲醛(A)和丙酮(B),对脂肪族高效增强剂分散性能的影响见表1。

由表1可以看出,相同配比下,不同加料方式对脂肪族高效增强剂的分散性有较大影响。单独滴加甲醛(A)时掺增强剂水泥净浆流动度仅157 mm,混合滴加50%的甲醛和100%丙酮时净浆流动度达到220 mm。

2.2 磺化剂的选择

磺化反应的实质是HSO3-对羰基的加成反应,因此可供选择的磺化剂有亚硫酸氢钠、无水亚硫酸钠和焦亚硫酸钠等亚硫酸盐类。其中,亚硫酸氢钠可以直接使用;而焦亚硫酸钠水解可以产生2个分子的亚硫酸氢钠;无水亚硫酸钠通过水解可以产生1个分子的亚硫酸氢钠,同时产生1个分子的可以提供碱性环境的氢氧化钠。从成本和工艺实施的角度考虑,本试验选择无水亚硫酸钠作为磺化剂,同时提供磺化所需要的HSO3-和碱性环境。

2.3 正交试验

影响反应的主要因素有:丙酮与甲醛的配比、磺化剂亚硫酸钠用量、聚合反应温度和保温时间[4]。考虑反应过程中各因素之间的相互作用,设计4因素3水平的正交试验,方案如表2所示。

本试验选择水泥净浆流动度作为评价指标,其中水泥选用三德P·O42.5,水灰比为0.32,增强剂固体掺量为0.35%。正交试验结果如表3所示。

由表3可知,各因素对反应影响的大小依次为B>A>C>D,即磺化剂用量对反应的影响最大,其次为醛酮摩尔比,聚合反应温度和保温时间则最次。且各影响因素的极差R均较小,说明该正交试验所考察的水平已接近最佳水平,所以最佳工艺条件为:A2B2C3D3,即n(甲醛)∶n(丙酮)=2.2∶1.0,n(亚硫酸钠)∶n(丙酮)=0.7∶1.0,聚合反应温度95℃,保温时间3.0 h。

磺化剂用量是影响脂肪族增强剂塑化效果的关键因素,因为磺化剂为产物提供了磺酸基团。根据主导官能团理论,一定数量的磺酸基团对产品的分散性有利;但如果磺酸基团过多,则由于空间位阻的影响,导致羟醛缩合的游离羧基官能团过少,又会使聚合困难,从而导致产品分子质量过小,即磺酸基团过多会使产品分散性能下降。从正交实验结果可知,随亚硫酸钠用量的增加,产物的塑化效果先提高后减弱,原因是亚硫酸钠用量的增加使所合成的产物磺化度增大,塑化效果提高;当亚硫酸钠用量继续增大,则会导致产物的相对分子质量下降,塑化效果减弱。因此,当亚硫酸钠与丙酮的摩尔比为0.7∶1.0时,产物的分散性最好。

甲醛、丙酮的用量决定了聚合物分子的链段构成及分子质量大小。因而,适宜的醛酮比将使得聚合物的分子构成更加合理,性能得以优化。在实验过程中,随着醛酮摩尔比增大,产物的塑化效果先提高后减弱,当醛酮摩尔比为2.0∶1.0和2.2∶1.0时,产物的分散性相差不大,但当醛酮摩尔比增大到2.4∶1.0时,产物的塑化效果明显下降。

反应温度是影响产物性能的重要因素。滴加甲醛和丙酮的混合液时,考虑到丙酮较低的沸点,不宜使用过高的温度;但温度太低将使磺化速率过慢,因此,反应的初期温度确定为55～60℃。随着后期聚合反应的深入,较高的温度将利于反应充分进行。正交试验结果显示,当聚合反应温度为95℃时,产物的分散性能最佳。

试验过程中发现,缩聚产物的黏度随着保温时间的延长而逐渐增大,但反应超过一定的时间后,产物的黏度随着时间的变化趋于平稳。这是因为聚合物的黏度随着聚合物分子质量的增大而增大,反应达到一定的程度以后,原材料的转化率接近化学平衡,反应产物的分子质量亦趋于一定的数值。从试验情况看,当温度较低时,可通过适当延长保温时间,以使反应达到平衡。

2.4 红外光谱分析

将所合成的产物试样经乙醇沉析后,经过滤、干燥,并用KBr压片,使用红外光谱仪扫描样品,其红外吸收光谱见图1。由图1可以看出,在3433 cm-1处出现了强的吸收峰,其为—OH的特征吸收峰;在1635 cm-1处为C=O的伸缩振动吸收峰;在1182和1044 cm-1处为—SO3的伸缩振动吸收峰;在1103和949 cm-1处为聚乙二醇的C—O—C伸缩振动吸收峰,说明引入的烯丙基聚乙二醇参与了共聚的过程。这些结构特点可以证明,所合成的产物为带有羟基、磺酸基、部分羰基及聚醚侧链的脂肪族缩合物。

3 高效增强剂在混凝土中的应用

以添加烯丙基聚乙二醇的改性脂肪族母体为主,添加彼此间具有良好相容性的缓凝剂、引气剂、增黏剂、激发剂等组分,经混合、搅拌形成均匀的溶液,通过各组分性能的相互促进,从而获得具有优良性能叠加效应的脂肪族高效增强剂(Point-B)。

3.1 工作性能及抗压强度试验方法

按GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》的要求进行试验,管桩混凝土用100 mm×100 mm×100 mm的试模成型,新拌混凝土成型后,试件在室温(20±2)℃下放置30 min,然后在蒸养池中(80℃)进行蒸养5 h,取出的试件脱模后,在空气中放置使之冷却,进行蒸养抗压强度试验;将蒸养后的试件置于蒸压釜中(温度180℃、气压1 MPa、时间8 h)进行蒸压养护,取出的试件在空气中放置使之冷却,进行蒸压抗压强度试验。

3.2 不同水胶比下PHC管桩高效增强剂对混凝土性能的影响

选取2种脂肪族高效增强剂NF和YQ作为参比对象,研究不同水胶比(0.29、0.30和0.31)下管桩混凝土高效增强剂对混凝土性能的影响,试验结果见表4。从表4可以看出,随着增强剂掺量的增大,Point-B的适应性始终良好,初始坍落度基本稳定,0.5 h后,掺NF增强剂混凝土坍落度大幅度下降,掺YQ增强剂的混凝土坍落度有小幅度减小,而掺PointB增强剂的混凝土坍落度基本持平。说明,Point-B增强剂具有良好的分散性和分散保持能力,能在较长时间内保持混凝土具有较适宜的坍落度。

从混凝土抗压强度试验结果可知,在3个不同水胶比下,掺Point-B增强剂混凝土的蒸压、蒸养强度都显著高于掺YQ和NF增强剂的混凝土强度。随着水胶比的下降,掺管桩混凝土高效增强剂的混凝土蒸压、蒸养强度都增大,水胶比每下降0.01,蒸压强度提高5 MPa左右。当水胶比为0.29时,蒸压强度最高能达到101.2 MPa。研究表明,掺高效增强剂管桩混凝土具有较高的强度,且随着水胶比的下降,蒸压、蒸养强度增大。

注:(1)混凝土的单方配合比(kg/m3)为:m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶m(磨细砂)∶m(矿粉)=264∶657∶1220∶110∶60;(2)NF和YQ是福建某厂生产的脂肪族高效增强剂,Point-B为本文研发的脂肪族高效增强剂。

4 结语

(1)加料方式对合成脂肪族高效增强剂的性能影响较大,采用滴加50%甲醛和100%丙酮的方式加料,产物的分散性能良好。

(2)通过正交试验研究了原料配比、聚合温度和保温时间等对合成产物性能的影响。结果表明,其最佳配合比为n(甲醛)∶n(亚硫酸钠)∶n(丙酮)=2.0∶0.7∶1.0,聚合反应温度95℃,保温时间3.0 h。

(3)合成的脂肪族高效增强剂应用于管桩混凝土中,在不同水胶比下均具有良好的分散性和分散保持能力,随着水胶比的下降,掺高效增强剂的管桩混凝土其蒸压、蒸养强度增大。

摘要：以甲醛、丙酮、亚硫酸钠、烯丙基聚乙二醇为主要材料合成脂肪族高效增强剂,探讨了原料配比、聚合温度和保温时间等对脂肪族高效增强剂分散性能的影响,测试了该增强剂的分散性能及其在管桩混凝土中的应用性能。结果表明,掺合成的脂肪族高效增强剂的管桩混凝土,在不同的水胶比下均具有良好的分散性和分散保持能力,随着水胶比的下降,混凝土的蒸压、蒸养强度提高。

关键词：高效增强剂,脂肪族,管桩混凝土

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