一种磺化废弃聚苯乙烯泡沫塑料高性能减水剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磺化废弃聚苯乙烯泡沫塑料高性能减水剂的制备方法。此种制备方法使用天然生物鱼油作为溶剂，避免了传统磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂生产过程中需大量使用有毒的有机溶剂，而对环境产生污染的问题，实现了整个磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂生产过程的清洁生产，简化了磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂生产过程，提高了生产的效率。同时由于鱼油中不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸等有效成分的存在还克服了传统掺加磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂的混凝土流动性保持性差，凝结时间短的缺陷，新型磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂具有更高的减水效果与流动度保持性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能减水剂的制备方法，具体为一种磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂的制备方法。
技术介绍
近几十年来，随着跨海大桥、海底隧道、海洋钻井平台、海工码头等海洋结构物建设速度不断加快。高性能混凝土(HPC)作为建筑材料在海洋工程得到了更广泛的使用。制备HPC的关键是高效减水剂使用，高效减水剂对水泥颗粒起分散作用，使水泥凝聚体中游离水释放出来，在保持混凝土工作性能不变情况下，高效减水剂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损失，使混凝土结构更加密实。高性能减水剂已成为HPC的重要组成部分。高性能减水剂的发展使用经过了一个缓慢的过程。1935年美国研制成功以木质素磺酸盐为主要成分的减水剂。1962年日本将β-萘磺酸甲醛缩合物钠盐(SNF)用作混凝土分散剂并且实现了商品化。1963年联邦德国以三聚氰胺为主要原料，通过磺化、缩合成功制得三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物(SMF)高效减水剂。目前SNF、SMF高效减水剂因其具有掺量小、减水率高的特点，在世界各国得到广泛应用和较大发展，但是使用过程中，掺SNF、SMF高效减水剂的混凝土塌落度损失较大，需在高效减水剂中复合部分的缓凝组分。20世纪80年代末，日本开发了一种被称为氨基磺酸(AS)高效减水剂，这种高效减水剂的减水率高达30％并且具有很好的保塌能力，但AS高效减水剂的原材料价格较高，对掺量比较敏感，掺量过大容易泌水，这限制了AS高效减水剂在工程中大量使用。1981年日本等国开始研发了新型聚羧酸系(PCA)高效减水剂，PCA高效减水剂具有比传统高效减水剂更高的减水率，掺PCA高效减水剂的混凝土塌落度损失小并且对不同水泥品种相容性好，但制备PCA高效减水剂的原材料选择比较有限，成本比较高，PCA高效减水剂未能在实际工程中得到广泛应用。本世纪初，聚苯乙烯泡沫塑料(ExpandedPolystyrene，简称EPS)作为四大通用塑料已被广泛地应用于包装、保温、防水、隔热、减震等领域，EPS的生产量和消费量呈逐年上升趋势。这导致每年世界各地有大量废弃EPS泡沫塑料产生。废弃EPS泡沫塑料散落在城市的各个角落，形成了可怕的白色污染。近几十年来一些研究人员尝试着以废弃EPS泡沫塑料为原料，通过对废弃EPS泡沫塑料进行磺化改性处理，将极性的硫酸根离子基团引入到EPS分子中的苯环上，使改性后的废弃EPS分子具有水溶性表面活性剂性质，可作为高效减水剂使用在混凝土材料中。利用废弃EPS泡沫塑料制备高效减水剂具有原材料来源广泛、高效减水剂生产成本低、减水率高等特点。同时使用废弃EPS泡沫塑料制备高效减水剂还减少了废弃EPS对环境污染，具有经济和环保双重效益。目前使用废弃EPS泡沫塑料制备高效减水剂已成为世界各国研究的热点。传统的制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂的方法主要有两种(溶剂法、催化剂法)。使用溶剂法来制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂时，首先需将废弃EPS泡沫塑料溶解在有机溶剂中(甲苯、二氯乙烷、环已烷、二甲苯)，通过磺化剂(氯磺酸、浓硫酸、发烟硫酸)的磺化作用在高分子链中引入磺酸盐。然后高温蒸馏回收溶剂后，将磺化废弃EPS泡沫塑料溶于水中。最后使用氢氧化钠或石灰调整水溶液pH值为10-11，滤除水溶液中不溶物，形成水溶性良好的磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂。催化剂法制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂原理为，选择适宜分子量的废弃EPS泡沫塑料作为原材料，在少量硫酸银催化剂作用下，以氯磺酸、浓硫酸、发烟硫酸作为磺化剂，对废弃EPS泡沫塑料进行低温磺化处理(反应温度为20-30℃)，制备出磺化度和水溶性很高的废弃EPS泡沫塑料胶体，再将磺化废弃EPS泡沫塑料胶体溶于水中，除去磺化废弃EPS泡沫塑料溶液中少量不溶物，加入氢氧化钠调至溶液的pH值至10-11，得到一定固含量的磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂。按上述方法制备的磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂掺加到水泥浆体时，磺化废弃EPS泡沫塑料分子吸附在水泥颗粒的表面而增加了水泥颗粒的ξ-电位，使水泥颗粒带同种电荷互相排斥，使水泥颗粒分散。但是值得注意的是，按传统方法制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂过程中还存在一些问题与缺点。如溶剂法制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂需大量使用甲苯、二氯乙烷、环已烷、二甲苯等有毒有机溶剂，这些有毒有机溶剂易挥发，会严重污染空气及大气环境，同时使用此种方法制备高效减水剂时，废弃EPS泡沫塑料需要大量占用反应容器的空间，生产效率不高。此种制备方法还存在反应温度较高，对生成设备要求高等缺点。而催化剂法制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂，需使用贵重的硫酸银作为催化剂，硫酸银很难回收利用，直接增加了生成成本。
技术实现思路
本专利技术基于传统的制备磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂方法中存在的问题。提供了一种不使用有机溶剂和硫酸银催化剂，利用海洋生物(鱼油)制备环境友好的磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂的制备方法。该方法首先对废弃EPS泡沫塑料原材料进行优选，选择适宜的废弃EPS泡沫塑料作为原材料。然后将预先提取好的粗鱼油加热到一定温度，将废弃EPS泡沫塑料溶解在粗鱼油中，使用氯磺酸或浓硫酸或发烟硫酸作为磺化剂，在90-100℃温度下对废弃EPS泡沫塑料进行高温磺化处理一段时间，在磺化废弃EPS泡沫塑料中加入水成为均一的溶液。最后使用氢氧化钠调节溶液的pH值至10-11，得到具有一定固含量的磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂。磺化废弃EPS泡沫塑料高效减水剂在混凝土材料应用研究的结果表明，制备出的磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂具有掺量小、减水效果好、流动度保持性好等特点。实现本专利技术的技术方案是：一种磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤：1)废弃EPS泡沫塑料的预处理将收集的废弃EPS泡沫塑料粉碎成固体颗粒(颗粒尺寸小于5mm)。使用凝胶渗透色谱仪分析废弃EPS泡沫塑料分子量及分子量分布，选择重均分子量(Mw)在90000-100000的废弃EPS泡沫塑料作为原材料。2)鱼油的提取选择一定量的河鱼或海鱼(鲫鱼、鲤鱼、小黄花鱼、蛤鱼、鱿口鱼)。将全鱼粉碎，加入一定比例的水，混合物放在90-95℃恒温水浴上回流一段时间。将混合物过滤得滤液，反复抽提混合物的滤液3-5次，所得的滤液放置一段时间，最后滤液在分液漏斗静置分层，得粗鱼油。3)使用鱼油来制备磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂称取废弃EPS泡沫塑料颗粒放入装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和回流冷凝管反应容器中。在反应容器中加入粗鱼油，将混合物升温到70-80℃，开动搅拌器，使废弃EPS泡沫塑料完全溶解在粗鱼油中，形成均一、澄清溶液。保持溶液温度为80℃，缓慢滴加磺化剂，控制磺化剂的滴加速度，在20-30分钟加完。将溶液升温到90-95℃，在此温度下反应4个小时。反应完全后加入定量的水，搅拌均匀得到澄清、褐色、完全水溶的磺化废弃EPS泡沫塑料溶液。使用氢氧化钠溶液调节溶液pH值至10-11，得深褐色、固含量为40％的磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂。所述磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂性能检测：检测不同掺量下磺化废弃EPS泡沫塑料(FOSEPS)高性能减水剂的减水率和混凝土性能，并与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磺化废弃聚苯乙烯泡沫塑料高性能减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)废弃EPS泡沫塑料的预处理选择Mw在90000‑100000的废弃EPS泡沫塑料作为原材料；2)鱼油的提取从全鱼中提取粗鱼油；3)使用鱼油来制备磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂将废弃EPS泡沫塑料颗粒与粗鱼油混合，升温至70～80℃，搅拌，使废弃EPS泡沫塑料完全溶解在粗鱼油中，形成均一、澄清溶液；保持溶液温度为80℃，缓慢滴加磺化剂，控制磺化剂的滴加速度，在20‑30分钟加完；将溶液升温到90‑95℃，在此温度下反应4个小时；反应完全后加入定量的水，搅拌均匀得到澄清、褐色、完全水溶的磺化废弃EPS泡沫塑料溶液；调节溶液pH值至10‑11，得磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂。

【技术特征摘要】
1.一种磺化废弃聚苯乙烯泡沫塑料高性能减水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)废弃EPS泡沫塑料的预处理选择Mw在90000-100000的废弃EPS泡沫塑料作为原材料；2)鱼油的提取从全鱼中提取粗鱼油；3)使用鱼油来制备磺化废弃EPS泡沫塑料高性能减水剂将废弃EPS泡沫塑料颗粒与粗鱼油混合，升温至70～80℃，搅拌，使废弃EPS泡沫塑料完全溶解在粗鱼油中，形成均一、澄清溶液；保持溶液温度为80℃，缓慢滴加磺化剂，控制磺化剂的滴加速度，在20-30分钟加完；将溶液升温到90-95℃，在此温度下反应4个小时；反应完全后加入定量的水，搅拌均匀得到澄清、褐色、完全水溶的磺化废弃EPS泡沫塑料溶液；调节溶液pH值至10-11，得磺化废弃E...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，邓敏，杜杨，徐海生，韩颖，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32