CN105293973A - 萘系高效减水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种萘系高效减水剂及其制备方法，涉及混凝土外加剂领域，解决了萘系高效减水剂原料来源紧缺问题。本发明方法包括：磺化反应、水解反应、缩合反应及中和反应，磺化中萘的质量百分含量为80％-85％；向磺化反应产物加第二份硫酸再进行水解；向水解反应产物加多聚甲醛需40-45分钟，调整温度为110℃-120℃，保持该温度1-2小时后反应结束；原料中的萘、磺化反应的硫酸、第二份硫酸、水解反应加的水、多聚甲醛及碱液的质量比为2750-2850:3050-3150:500-550:1350-1450:550-575:4400-4600。采用本发明方法扩展了萘系高效减水剂原料来源且所得产品性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土外加剂领域，尤其涉及一种萘系高效减水剂及其制备方法。
背景技术
混凝土作为一种建筑材料被广泛应用于众多领域，随着混凝土的发展也促进了混凝土外加剂的技术迅速发展，混凝土外加剂是混凝土中必不可少的一种组分，在混凝土生产技术中起到核心作用，决定着混凝土的质量。其中，减水剂作为一种重要的混凝土外加剂可有效改善混凝土的施工性能，提高混凝土的强度。而萘系高效减水剂在减水剂家族中占有十分特殊和重要的地位，其成本低，适用性好，被广泛应用于其他品种外加剂的复配生产，因此随着萘系高效减水剂用量的增加，导致工业萘价格上扬，使减水剂成本上涨。
国内萘系高效减水剂一般是用工业萘(质量百分含量≥95％)为原料生产的，生产工艺为萘经过磺化反应、水解反应、缩合反应、中和反应和过滤，最终得到液体萘系高效减水剂，若进一步喷雾干燥则成为粉状萘系高效减水剂。在萘系高效减水剂使用量逐渐扩大而萘源又十分紧张的情况下，扩大萘系的生产原料来源，对萘系高效减水剂的发展有着重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种萘系高效减水剂的制备方法，主要目的是采用低纯度萘合成性能良好的萘系高效减水剂。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种萘系高效减水剂的制备方法，包括磺化反应、水解反应、缩合反应及中和反应，所述磺化反应采用的萘原料中萘的质量百分含量为80％-85％；
所述磺化反应结束后，向磺化反应产物中加入第二份硫酸后再进行所述水解反应；
所述水解反应结束后，向水解反应产物中加入多聚甲醛进行所述缩合反应，其中加入所述多聚甲醛所需的时间为40-45分钟，加入所述多聚甲醛后调整反应的温度为110℃-120℃，并保持该温度1-2小时后，所述缩合反应结束；
萘系高效减水剂原料中的萘、磺化反应的硫酸、第二份硫酸、水解反应加入的水、多聚甲醛以及碱液的质量比为2750-2850:3050-3150:500-550:1350-1450:550-575:4400-4600。
作为优选，所述磺化反应的温度为160℃-165℃，所述磺化反应的时间为1.75-2.25小时。
作为优选，所述水解反应产物的酸度值为27-29。
作为优选，所述中和反应结束后，中和反应产物的pH值为8-10，所述中和反应产物经过干燥得到固体的萘系高效减水剂，所述固体的萘系高效减水剂呈粉末状。
作为优选，所述磺化反应的硫酸及所述第二份硫酸的质量百分浓度均为98％，所述碱液的质量百分浓度为30％-40％。
另一方面，本发明采用上述方法制备了一种萘系高效减水剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明针对萘系高效减水剂原料来源紧缺问题，采用质量百分含量为80％-85％的萘作为萘系高效减水剂的合成原料，通过调整高效减水剂的制备工艺及优化工艺参数，使制备出的萘系高效减水剂性能良好且满足使用要求，达到了扩大萘系高效减水剂的原料来源且产品性能良好及节省成本的目的。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
将2750kg萘(萘原料中萘的质量百分含量为80％)加入熔融釜，打开蒸汽管道阀门进行加热熔融，再将熔融萘压入磺化釜并升温至128℃，温度升到128℃后关闭蒸汽阀，打开硫酸管道阀门，将3050kg硫酸加入到上述磺化釜内，再次打开蒸汽阀门继续升温至160℃，通过蒸汽加热或循环水冷却控制磺化反应温度，反应1.75小时后得到磺化反应产物；
取样检测上述磺化反应产物的酸度值，酸度值为32，表示磺化反应完成，符合要求，将550kg的第二份硫酸加入到上述磺化釜内，得到磺化混合物；
将上述磺化混合物压入缩合釜，并通过夹套冷却水降温至118℃，打开水管道阀门，将1350kg水加入到上述缩合釜内，反应28分钟后得到水解反应产物；
取样检测上述水解反应产物的酸度值，酸度值为27，表示水解反应完成，符合进行下一步操作的条件。再通过夹套冷却水将上述水解反应产物降温至100℃；
将550kg多聚甲醛用40分钟全部加入到上述缩合釜中进行缩合反应，加完多聚甲醛的时间不得低于40分钟(包括40分钟)，不得高于45分钟(包括45分钟)，缩合反应会放热，反应物料温度升高，通过向上述缩合釜内加冷却水来控制缩合反应的温度和反应物料的稠度，分两次分别将800kg和1000kg的常温水加入到缩合釜内，通过加水来控制缩合反应的温度在110℃，加完第二次水后搅拌均匀得到缩合反应产物；
最后将上述缩合反应产物压入中和釜内，打开夹套冷却水对反应物料进行降温，同时，打开碱液管道阀门，将4400kg质量浓度为30％的碱液加入到上述缩合反应产物中进行中和反应，检测中和反应产物的pH值为8，表示中和反应完成，符合要求，所得产物即为液体萘系高效减水剂。干燥上述液体萘系高效减水剂得到粉状萘系高效减水剂。
实施例2
将2800kg萘(萘原料中萘的质量百分含量为85％)加入熔融釜，打开蒸汽管道阀门进行加热熔融，再将熔融萘压入磺化釜并升温至130℃，温度升到130℃后关闭蒸汽阀，打开硫酸管道阀门，将3100kg硫酸加入到上述磺化釜内，再次打开蒸汽阀门继续升温至163℃，通过蒸汽加热或循环水冷却控制磺化反应温度，反应2小时后得到磺化反应产物；
取样检测上述磺化反应产物的酸度值，酸度值为33，表示磺化反应完成，符合要求，将550kg的第二份硫酸加入到上述磺化釜内，得到磺化混合物；
将上述磺化混合物压入缩合釜，并通过夹套冷却水降温至120℃，打开水管道阀门，将1400kg水加入到上述缩合釜内，反应30分钟后得到水解反应产物；
取样检测上述水解反应产物的酸度值，酸度值为28，表示水解反应完成，符合进行下一步操作的条件。再通过夹套冷却水将上述水解反应产物降温至105℃；
将566kg多聚甲醛用44分钟全部加入到上述缩合釜中进行缩合反应，加完多聚甲醛的时间不得低于40分钟(包括40分钟)，不得高于45分钟(包括45分钟)，缩合反应会放热，反应物料温度升高，通过向上述缩合釜内加水来控制缩合反应的温度和反应物料的稠度，分两次分别将800kg和1000kg的常温水加入到缩合釜内，用以控制缩合反应的温度在115℃，加完第二次水搅拌均匀后得到缩合反应产物；
最后将上述缩合反应产物压入中和釜内，打开夹套冷却水对反应物料进行降温，同时，打开碱液管道阀门，将4500kg质量浓度为35％的碱液加入到上述缩合反应产物中进行中和反应，检测中和反应产物的pH值为9，表示中和反应完成，符合要求，所得产物即为液体萘系高效减水剂，干燥上述液体萘系高效减水剂得到粉状萘系高效减水剂。
实施例3
将2850kg萘(萘原料中萘的质量百分含量为83％)加入熔融釜，打开蒸汽管道阀门进行加热熔融，再将熔融萘压入磺化釜并升温至132℃，温度升到132℃后关闭蒸汽阀，打开硫酸管道阀门，将3150kg硫酸加入到上述磺化釜内，再次打开蒸汽阀门继续升温至165℃，通过蒸汽加热或循环水冷却控制磺化反应温度，反应2.25小时后得到磺化反应产物；
取样检测上述磺化反应产物的酸度值，酸度值为34，表示磺化反应完成，符合要求，将500kg的第二份硫酸加入到上述磺化釜内，得到磺化混合物；
将上述磺化混合物压入缩合釜，并通过夹套冷却水降温至122℃，打开水管道阀门，将1450kg水加入到上述缩合釜内，反应32分钟后得到水解反应产物；
取样检测上述水解反应产物的酸度值，酸度值为29，表示水解反应完成，符合进行下一步操作的条件。再通过夹套冷却水将上述水解反应产物降温至110℃；
将575kg多聚甲醛用45分钟全部加入到上述缩合釜中进行缩合反应，加完多聚甲醛的时间不得低于40分钟(包括40分钟)，不得高于45分钟(包括45分钟)，缩合反应会放热，反应物料温度升高，通过向上述缩合釜内加水来控制缩合反应的温度和反应物料的稠度，分两次分别将800kg和1000kg的常温水加入到缩合釜内，用以控制缩合反应的温度在120℃，加完第二次水搅拌均匀后得到缩合反应产物；
最后将上述缩合反应产物压入中和釜内，打开夹套冷却水对反应物料进行降温，同时，打开碱液管道阀门，将4600kg质量浓度为40％的碱液加入到上述缩合反应产物进行中和反应，检测中和反应产物的pH值为10，表示中和反应完成，符合要求，所得产物即为液体萘系高效减水剂，干燥上述液体萘系高效减水剂得到粉状萘系高效减水剂。
对比例1
对比例1与实施例1不同之处在于，本例采用质量百分含量为98％的工业萘与硫酸进行磺化反应，磺化反应结束后，将磺化反应产物降温并加水进行水解，水解反应结束后，向水解反应产物中滴加甲醛的时间为2小时左右，控制反应温度110℃，继续反应5小时，缩合反应结束，再加碱液进行中和反应，最后经过干燥得到粉末状萘系高效减水剂。
本发明实施例及对比例生产萘系减水剂的方法包括磺化反应、水解反应、缩合反应及中和反应，其反应机理本领域技术人员均可从现有技术中得知。
实施例1-3和对比例1制备了四种萘系高效减水剂，分别为萘系高效减水剂1、萘系高效减水剂2、萘系高效减水剂3及萘系高效减水剂4，将上述四种粉末状萘系高效减水剂用水分别稀释至质量百分浓度为38％的液体萘系高效减水剂，再将四种液体萘系高效减水剂以胶凝材料(胶凝材料是指水泥、粉煤灰及矿粉的混合物)总质量2.5％的质量比掺入四份相同的混凝土中，分别得到混凝土1、混凝土2、混凝土3及混凝土4，对上述四种混凝土进行性能测试，测试结果见表1。
表1四种混凝土性能测试结果
通过对上述四种混凝土的性能进行测试，可以看出，上述四种混凝土的综合性能良好，说明采用实施例1-3制备的萘系高效减水剂与对比例1制备的萘系高效减水剂的综合性能同样良好，均可满足使用要求。
对比实施例1-3和对比例1的制备方法，本发明实施例采用质量百分含量为80％-85％的萘与硫酸发生磺化反应，在磺化反应结束后和水解反应前增加了补加第二份硫酸的操作过程。而对比例1采用质量百分含量为98％的工业萘与硫酸进行磺化反应，在磺化反应结束后直接加水进行水解反应，没有补加第二份硫酸的过程。
具体的，本发明实施例先通过测定磺化反应产物的酸度值来确定磺化反应是否结束，在严格控制磺化反应的温度、时间以及反应物质质量的条件下，磺化反应产物的酸度值基本会在32-34，表示磺化反应已经结束，在检测酸度值确定磺化反应结束后，再向上述磺化反应产物中补加第二份硫酸，补加第二份硫酸的目的是提高反应体系的酸度以促进缩合反应；补加第二份硫酸结束后再加水进行水解反应，通过补酸和调节水解反应的用水量，使反应体系在水解后的酸度在27-29，水解反应产物的酸度达标后再进行缩合反应。
对比实施例1-3和对比例1的制备方法，本发明实施例要求加入多聚甲醛的时间不得低于40分钟，不得高于45分钟，加完多聚甲醛后，控制反应温度在110℃-120℃，继续反应1-2小时后缩合反应结束。而对比例中滴加甲醛的时间一般为2小时，在温度110℃下继续反应5小时，加料时间和反应时间均较长，导致整个生产时间较长。
具体的，本发明方法因为采用质量百分含量为80％-85％的萘，并通过在磺化反应结束后与水解反应前增加了补加第二份硫酸的步骤，缩短了加多聚甲醛的时间和缩合反应时间，也缩短了整个生产的时间，降低了生产成本。
进一步，本发明所采用的质量百分含量为80％-85％的萘，上述萘为工业副产物，如提纯煤焦油的副产物或者二萘酚生产的副产物，或者人工气生产过程中液体燃料裂解后的副产物，本发明方法充分利用化工生产中的副产物或废弃物作为生产原料，变废为宝，不仅节省了原材料，同时也避免环境污染。
以上说明采用质量百分含量为80％-85％的萘作为萘系高效减水剂的合成原料，通过调整其合成工艺，优化并严格控制工艺参数，可制备出性能良好的萘系高效减水剂，可满足实际使用要求。因此，本发明方法在扩大萘系高效减水剂原料来源的技术问题上是可行的，并且达到了节省原料、降低时间成本和变废为宝的目的。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.萘系高效减水剂的制备方法，包括磺化反应、水解反应、缩合反应及中和反应，其特征在于，所述磺化反应采用的萘原料中萘的质量百分含量为80％-85％；
所述磺化反应结束后，向磺化反应产物中加入第二份硫酸后再进行所述水解反应；
所述水解反应结束后，向水解反应产物中加入多聚甲醛进行所述缩合反应，其中加入所述多聚甲醛所需的时间为40-45分钟，加入所述多聚甲醛后调整反应的温度为110℃-120℃，并保持该温度1-2小时后，所述缩合反应结束；
萘系高效减水剂原料中的萘、磺化反应的硫酸、第二份硫酸、水解反应加入的水、多聚甲醛以及碱液的质量比为2750-2850:3050-3150:500-550:1350-1450:550-575:4400-4600。
2.根据权利要求1所述的萘系高效减水剂的制备方法，其特征在于，所述磺化反应的温度为160℃-165℃，所述磺化反应的时间为1.75-2.25小时。
3.根据权利要求1所述的萘系高效减水剂的制备方法，其特征在于，所述水解反应产物的酸度值为27-29。
4.根据权利要求1所述的萘系高效减水剂的制备方法，其特征在于，所述中和反应结束后，中和反应产物的pH值为8-10，所述中和反应产物经过干燥得到固体的萘系高效减水剂，所述固体的萘系高效减水剂呈粉末状。
5.根据权利要求1所述的萘系高效减水剂的制备方法，其特征在于，所述磺化反应的硫酸及所述第二份硫酸的质量百分浓度均为98％，所述碱液的质量百分浓度为30％-40％。
6.萘系高效减水剂，其特征在于，所述萘系高效减水剂是由权利要求1-5所述的方法制备得到。
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