CN103387349B - 一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体公开了一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法。将工业萘或精萘加入搪玻璃反应釜中，加热熔化，加入98%工业浓硫酸，在135℃～175℃磺化反应2～3小时，降温至116℃～138℃，加水水解反应0.5～2.5小时，降温至90℃～110℃，加入工业用甲醛溶液，进行缩合反应3～8小时，降温至68～95℃，加入烷基胺或烷基醇胺，与萘磺酸甲醛缩合物反应0.5～2.5小时，反应温度55℃～90℃，加入氢氧化钠，中和至pH值为6～7，将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品。本发明方法制得的产品适用于混凝土外加剂制备过程，也适用于分散剂和油田化学品的制备过程。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法。本发明制得的产品适用于混凝土外加剂制备过程，也适用于分散剂和油田化学品的制备过程。
背景技术
混凝土是全世界使用量最大的无机材料，通常由砂、石、水泥、矿物掺和料（粉煤灰、矿粉等）和外加剂混合，加水搅拌，硬化而成。混凝土外加剂的作用是加入混凝土中改善混凝土的和易性、抗渗性、抗冻性等性能。常见的外加剂有减水剂、防冻剂、早强剂、膨胀剂等，减水剂是用量最大、应用最广的混凝土外加剂。
减水剂的作用是可以明显减少拌和混凝土时所加入的水量，同时大幅度提高混凝土的流动性能和强度，从而提高工程的质量。自20世纪30年代起开始在建筑业使用减水剂，至今已有70多年的历史。
高效减水剂又称超塑化剂，能大幅度减少混凝土用水量和提高新拌混凝土的和易性。高效减水剂主要有以下几种：改性木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺类减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪族减水剂，其中萘系减水剂是目前国内生产量最大、使用最广的高效减水剂。
萘系减水剂又称萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂，于1962年由日本的服部健一博士发明，有比较成熟的生产工艺。其生产工艺方法是将工业萘用浓硫酸磺化，加水水解，加甲醛进行缩聚反应，加碱中和使其成为水溶性的萘磺酸甲醛缩合物的钠盐，得到液体产品，亦可将液体产品经喷雾干燥制得粉状产品。
萘系减水剂的生产方法国内外大同小异，不同合成厂家的产品性能基本接近。从整体性能和使用效果方面分析，萘系高效减水剂具有原材料来源广、合成成本相对较低、对混凝土砂石原料质量适应性好、掺量范围较宽、超量使用相对安全等优点。但在性能方面也存在一些缺点需要改进。目前在性能方面存在的主要问题是在使用过程中所拌制的新拌混凝土有比较明显的坍落度经时损失，在气温较高或水泥水化较快时，新拌混凝土的流动性丧失较快，不利于混凝土的泵送和施工。大多数厂家采用复合配制一定的缓凝剂抑制水泥前期水化的方法控制新拌混凝土的坍落度损失，使混凝土坍落度损失有所改善，但在使用过程中也出现了新拌混凝土前期泌水、后期流动性依然丧失快的现象，造成了萘系高效减水剂使用过程中的一些应用性问题。因此，必须从根源上着手，从合成工艺上改善萘系高效减水剂的坍落度经时损失快的性能缺陷，以满足市场对产品性能的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是在于提供了一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，通过合成工艺的改进，使所制备的萘系高效减水剂在性能方面具有明显的坍落度保持性能。其具体制备步骤是：
A、将萘（精萘或工业萘）加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至130℃～165℃，加入98%工业浓硫酸，萘与98%工业浓硫酸质量比为（0.8～1.3）：1，在135℃～175℃反应2～3小时；
B、降温至116℃～138℃，加入釜中物料总质量10%～30%的水，水解0.5～2.5小时；
C、降温至90℃～110℃，加入37%工业用甲醛溶液，37%工业用甲醛溶液与萘的质量比为（0.55～0.70）：1，进行缩合反应，缩合反应温度105℃～128℃，时间3～8小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至68～95℃，加入烷基胺或烷基醇胺，与萘磺酸甲醛缩合物反应0.5～2.5小时，反应温度55℃～90℃，所述烷基胺为异丁胺或正丁胺或仲丁胺或异丙胺或叔丁胺，所述烷基醇胺为三乙醇胺，烷基胺或烷基醇胺与萘的摩尔比为（0.10～0.35）：1；
E、加入氢氧化钠，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
由于利用胺类有机物与高分子中的磺酸基反应，能够降低大分子聚合物的水溶性，同时利用产物在使用过程中的强碱性条件，使产物在新拌混凝土的强碱性条件下释放出有机胺，恢复产物的水溶性和磺酸基的减水塑化功能，达到了逐步缓慢释放减水功能的作用，最终实现了控制新拌混凝土坍落度损失、保持其流动性的目的，实现了对萘系高效减水剂的性能优化。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明方法作进一步的详细说明，目的在于使本领域技术人员对本发明有更进一步的理解，而非在于对本申请权利要求书请求保护的范围造成任何限制。
实施例1
一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将95%工业萘100千克加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至135℃，加入110千克98%工业浓硫酸，在163℃反应2.5小时，取样测得酸度为32.28%；
B、降温至122℃，加入32千克水，水解0.5小时；
C、降温至95℃，加入58千克37%工业用甲醛溶液进行缩合反应，缩合反应温度116℃，时间4小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至95℃，加入异丁胺5.5千克与萘磺酸甲醛缩合物反应1小时，反应温度76℃；
E、加入32wt%氢氧化钠水溶液，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品，性能测试结果见表1。
实施例2
一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将95%工业萘100千克加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至145℃，加入110千克98%工业浓硫酸，在158℃反应3小时，取样测得酸度为32.63%；
B、降温至128℃，加入35千克水，水解1.5小时；
C、降温至98℃，加入58千克37%工业用甲醛溶液进行缩合反应，缩合反应温度108℃，时间6小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至78℃，加入正丁胺5.5千克与萘磺酸甲醛缩合物反应2小时，反应温度76℃；
E、加入32wt%氢氧化钠水溶液，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品，性能测试结果见表1。
实施例3
一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将99%精萘95千克加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至135℃，加入120千克98%工业浓硫酸，在162℃反应2.5小时，取样测得酸度为33.26%；
B、降温至128℃，加入51千克水，水解1.5小时；
C、降温至98℃，加入58千克37%工业用甲醛溶液进行缩合反应，缩合反应温度118℃，时间6小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至85℃，加入仲丁胺16.5千克与萘磺酸甲醛缩合物反应2小时，反应温度85℃；
E、加入32wt%氢氧化钠水溶液，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品，性能测试结果见表1。
实施例4
一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将95%工业萘100千克加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至135℃，加入120千克98%工业浓硫酸，在155℃反应3小时，取样测得酸度为33.60%；
B、降温至118℃，加入39千克水，水解1.5小时；
C、降温至96℃，加入58千克37%工业用甲醛溶液进行缩合反应，缩合反应温度118℃，时间8小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至82℃，加入异丙胺7.5千克与萘磺酸甲醛缩合物反应1.5小时，反应温度88℃；
E、加入32wt%氢氧化钠水溶液，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品，性能测试结果见表1。
实施例5
一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将96.8%工业萘100千克加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至155℃，加入110千克98%工业浓硫酸，在165℃反应2.5小时，取样测得酸度为32.37%；
B、降温至122℃，加入37千克水，水解1小时；
C、降温至103℃，加入58千克37%工业用甲醛溶液进行缩合反应，缩合反应温度116℃，时间7小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至68℃，加入叔丁胺9.5千克与萘磺酸甲醛缩合物反应2小时，反应温度76℃；
E、加入32wt%氢氧化钠水溶液，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品，性能测试结果见表1。
实施例6
一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将97.2%工业萘98千克加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至158℃，加入120千克98%工业浓硫酸，在161℃反应2.5小时，取样测得酸度为33.86%；
B、降温至128℃，加入37千克水，水解1.5小时；
C、降温至98℃，加入58千克37%工业用甲醛溶液进行缩合反应，缩合反应温度116℃，时间5小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至78℃，加入三乙醇胺16.8千克与萘磺酸甲醛缩合物反应2小时，反应温度86℃；
E、加入32wt%氢氧化钠水溶液，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品，性能测试结果见表1。
实施例1-6及普通FDN产品的混凝土试验对比数据见如下表1：
表1
混凝土试验所用水泥为普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5，矿粉为S95磨细矿渣粉，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，砂为细度模数2.7的中砂，石为公称粒径2～20毫米的碎石，配合比按JGJ55-2011进行设计。试验条件符合GB8076-2008规定的试验条件。试验按照GB8076-2008规定的方法进行试验和测定数据。试验所用普通FDN产品为武汉市联合石油化工有限责任公司生产的WLH-1型萘系高效减水剂，其硫酸钠含量为16.5%。
从以上混凝土试验对比数据可以看出，采用本发明方法所制得的高效减水剂的产品性能与普通产品相比，1小时坍落度损失值仅为普通产品的23.8%～38.1%，混凝土坍落度经时损失较小，采用本发明方法所制得高效减水剂实现了控制新拌混凝土坍落度损失、保持其流动性的目的，改善了普通萘系高效减水剂产品混凝土坍落度损失大的缺陷，实现了对萘系高效减水剂的性能优化。
Claims (1)
1.一种保坍型萘系高效减水剂的合成方法，其步骤如下：
A、将萘加入搪玻璃反应釜中，加热熔化至130℃～165℃，加入98%工业浓硫酸，萘与98%工业浓硫酸质量比为（0.8～1.3）：1，在135℃～175℃反应2～3小时；
B、降温至116℃～138℃，加入釜中物料总质量10%～30%的水，水解0.5～2.5小时；
C、降温至90℃～110℃，加入37%工业用甲醛溶液，37%工业用甲醛溶液与萘的质量比为（0.55～0.70）：1，进行缩合反应，缩合反应温度105℃～128℃，时间3～8小时，得萘磺酸甲醛缩合物；
D、降温至68～95℃，加入烷基胺或烷基醇胺，与萘磺酸甲醛缩合物反应0.5～2.5小时，反应温度55℃～90℃，烷基胺或烷基醇胺与萘的摩尔比为（0.10～0.35）：1；
E、加入氢氧化钠，将反应物中和至pH值为6～7；
F、将液体产物经过滤除去杂质，再经浓缩、喷雾干燥制得粉末状产品；
所述烷基胺为异丁胺或正丁胺或仲丁胺或异丙胺或叔丁胺；
所述烷基醇胺为三乙醇胺。
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