專利名稱：一種水泥減水劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大分子含氨基的磺酸鈉化合物，特別是利用菲磺酸與甲醛縮合及利用乙二胺或者尿素進(jìn)行再縮合合成一種水泥減水劑的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著高層建筑的興建，人們愈來愈重視建筑物的質(zhì)量和壽命，急需用水量少、強(qiáng)度高、流動性好的高質(zhì)量混凝土，一般情況是在混凝土中加入減水劑。在混凝土中加入減水劑能在保持混凝土配比不變時，改善混凝土的和易性和流動性；在保持和易性不變時，減少用水量，從而提高混凝土的強(qiáng)度；在保持強(qiáng)度不變時節(jié)約水泥用量。減水劑的研究與應(yīng)用極大地促進(jìn)了混凝土材料與技術(shù)的發(fā)展，使混凝土技術(shù)向流動性好、工作性能高、高強(qiáng)度和高耐久性等特點(diǎn)的高性能混凝土發(fā)展。制備具有低成本、高減水率、混凝土流動性好、坍落度損失小的高性能減水劑一直是人們重視的研究方向。目前公開的報(bào)告中，有關(guān)以煤焦油加工產(chǎn)品制減水劑，常以萘、蒽油為原料，其合成工藝采用磺化、水解再磺化、縮合、中和分幾步進(jìn)行，由于萘、蒽油價格較貴，常常失去竟?fàn)幜?。菲渣是煤焦油加工粗蒽分離制精蒽過程中的殘余物，其中主要含菲、咔唑及少量的蒽等，由于菲渣目前還沒有找到有效利用的途徑，常以廢渣大量堆積在廠區(qū)，嚴(yán)重污染環(huán)境，若對其加以利用，既變廢為寶，又凈化環(huán)境。由于菲渣為粗蒽回收蒽后的殘余物，處理困難，要想制備出高性能的減水劑，需對合成工藝進(jìn)行改進(jìn)，本發(fā)明在上述合成工藝的基礎(chǔ)上，對原料甲醛進(jìn)行了稀釋，使縮合溫和；增加了再縮合，在縮合產(chǎn)物中引入氨基，改善了減水劑的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在原有合成工藝的基礎(chǔ)上，主要解決利用菲渣制減水劑的合成工藝問題，菲渣對環(huán)境的污染問題以及合成減水劑成本高的問題，本合成工藝以菲渣為原料，提供一種水泥減水劑的制備方法。
本發(fā)明上述目的是通過以下工藝方法來實(shí)現(xiàn)的，在帶有攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)，按原料摩爾配比為菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶1.5～2.5∶0.8～1.2∶0.001～0.01加入原料，依次按下列步驟進(jìn)行反應(yīng)1)磺化首先按配料比在反應(yīng)釜內(nèi)加入菲渣，加熱升溫，待菲渣熔解后開始攪拌，在120℃～160℃下，60分鐘內(nèi)緩慢加入濃硫酸，然后維持反應(yīng)溫度在120℃～160℃，磺化反應(yīng)2～4小時，磺化結(jié)束；2)水解再磺化降溫至110℃～120℃，按菲比水摩爾比為1∶3.92加入水，水解30分鐘，而后升溫至140℃～160℃，再磺化30分鐘；3)縮合再磺化結(jié)束后，降溫至70℃～80℃，在60分鐘內(nèi)，緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37％的甲醛水溶液，為使縮合反應(yīng)溫和防止爆聚，在甲醛水溶液中按甲醛比水摩爾比為1∶19.6，再配入一定量的溶劑水，加完甲醛后，維持反應(yīng)溫度在70℃～90℃，縮合3～4小時；4)中和縮合結(jié)束后加入飽和NaOH水溶液，使溶液的pH＝7～8；5)再縮合在70℃～90℃加入乙二胺或者尿素，再縮合30分鐘，最后在反應(yīng)溫度70℃～90℃下抽真空30分鐘，蒸出適量水即得棕紅色粘液體產(chǎn)品，最終產(chǎn)品有效成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大于37％。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，既解決了減水劑合成成本高的問題(從原料的價格來看，菲渣與萘和蒽油相比價格低的多)，又解決了菲渣對環(huán)境污染問題。同時改進(jìn)了合成工藝，增加了再縮合，即在縮合產(chǎn)物中引入了氨基，改善了產(chǎn)品性能。產(chǎn)品為一種大分子含氨基的磺酸鈉化合物，為棕紅色粘液體，pH＝7～8，對水泥和摻合料適應(yīng)性好，分散作用強(qiáng)，產(chǎn)品符合混凝土外加劑國家標(biāo)準(zhǔn)GB8076-1997。
其合成工藝優(yōu)點(diǎn)在于(1)縮合時在甲醛水溶液中加入溶劑水使縮合變得溫和，可防止爆聚；(2)加入少量乙二胺或者尿素再縮合，使產(chǎn)物中引入氨基增加了表面活性劑的性能；(3)合成工藝簡單，投資少，該工藝過程主要設(shè)備僅需一臺帶攪拌、帶加熱的反應(yīng)釜、一臺真空泵及一臺冷凝設(shè)備即可；(4)合成成本低，從原料的價格來看，菲渣與萘和蒽油相比價格低的多，因而以菲渣為原料合成減水劑，可大大降低成本。
其合成產(chǎn)品性能在于(1)減水率高，以有效成分計(jì)，按每噸水泥加3公斤本品，減水率可達(dá)16～18％，加5公斤減水率≥20％；(2)用量少，按一噸水泥計(jì)，本品加入量為0.3％；(3)可使混凝土坍落度由30～50mm提高到200mm；(4)可節(jié)約水泥10％～20％；(5)流動性大，和易性好，可以改善和提高混凝土力學(xué)性能和耐久性。
其環(huán)保意義在于菲渣為粗蒽制精蒽工藝的殘余物，目前還沒有找到有效的利用途徑，一般作為廢渣堆積在廠區(qū)，嚴(yán)重污染環(huán)境，因而以菲渣為原料合成減水劑，既制備了一種高效減水劑，又達(dá)到了“變廢為寶，凈化環(huán)境”的目的，具有極大的環(huán)保意義、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1在帶有攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)按原料摩爾配比為菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶1.5～2.5∶0.8～1.2∶0.001～0.01加入原料，依次按下列步驟進(jìn)行反應(yīng)1)磺化首先按配比在反應(yīng)釜內(nèi)加入一定量的菲渣，加熱升溫，待菲渣熔解后開始攪拌，在120℃～160℃下，60分鐘內(nèi)緩慢加入濃硫酸，然后維持反應(yīng)溫度在120℃～160℃，磺化反應(yīng)2～4小時，磺化結(jié)束；2)水解再磺化降溫至110℃～120℃，按菲比水摩爾比為1∶3.92加入水，水解30分鐘，而后升溫至140℃～160℃，再磺化30分鐘；3)縮合再磺化結(jié)束后，降溫至70℃～80℃，在60分鐘內(nèi)，緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37％的甲醛水溶液，為使縮合反應(yīng)溫和防止爆聚，在甲醛水溶液中按甲醛比水摩爾比為1∶19.6，再配入一定量的溶劑水，加完甲醛后，維持反應(yīng)溫度在70℃～90℃，縮合3～4小時；4)中和縮合結(jié)束后加入飽和NaOH水溶液，使溶液的pH＝7～8；5)再縮合在70℃～90℃加入乙二胺或者尿素，再縮合30分鐘，最后在反應(yīng)溫度70℃～90℃下抽真空30分鐘，蒸出適量水即得棕紅色粘液體產(chǎn)品，最終產(chǎn)品有效成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大于37％。
實(shí)施方式2按照實(shí)施例1的工藝方法，其原料的摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺＝1∶1.5∶0.8∶0.001。
實(shí)施方式3按照實(shí)施例1的工藝方法，其原料的摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶尿素＝1∶1.5∶0.8∶0.001。
實(shí)施方式4按照實(shí)施例1的工藝方法，其原料的摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺＝1∶2.0∶1.0∶0.005。
實(shí)施方式5按照實(shí)施例1的工藝方法，其原料的摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶尿素＝1∶2.0∶1.0∶0.005。
實(shí)施方式6按照實(shí)施例1的工藝方法，其原料的摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺＝1∶2.5∶1.2∶0.01。
實(shí)施方式7按照實(shí)施例1的工藝方法，其原料的摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶尿素＝1∶2.5∶1.2∶0.01。
權(quán)利要求
1.一種水泥減水劑的制備方法，其特征是在帶有攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)，按原料的摩爾配比為菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶1.5～2.5∶0.8～1.2∶0.001～0.01，加入原料，依次按下列步驟進(jìn)行反應(yīng)1)磺化首先按配料比在反應(yīng)釜內(nèi)加入菲渣，加熱升溫，待菲渣熔解后開始攪拌，在120℃～160℃下，60分鐘內(nèi)緩慢加入濃硫酸，然后維持反應(yīng)溫度在120℃～160℃，磺化反應(yīng)2～4小時，磺化結(jié)束；2)水解再磺化降溫至110℃～120℃，按菲比水的摩爾比為1∶3.92加入水，水解30分鐘，而后升溫至140℃～160℃，再磺化30分鐘；3)縮合再磺化結(jié)束后，降溫至70℃～80℃，在60分鐘內(nèi)，緩慢加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為37％的甲醛水溶液，為使縮合反應(yīng)溫和防止爆聚，在甲醛水溶液中按甲醛比水摩爾比為1∶19.6，再配入一定量的溶劑水，加完甲醛后，維持反應(yīng)溫度在70℃～90℃，縮合3～4小時；4)中和縮合結(jié)束后加入飽和NaOH水溶液，使溶液的pH＝7～8；5)再縮合在70℃～90℃加入乙二胺或者尿素，再縮合30分鐘，最后在反應(yīng)溫度70℃～90℃下抽真空30分鐘，蒸出適量水即得棕紅色粘液體產(chǎn)品，最終產(chǎn)品有效成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)大于37％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥減水劑的制備方法，其特征是該方法的原料摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶1.5∶0.8∶0.001。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥減水劑的制備方法，其特征是該方法的原料摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶2.0∶1.0∶0.005。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥減水劑的制備方法，其特征是該方法的原料摩爾配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶2.5∶1.2∶0.01。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水泥減水劑的制備方法，其合成工藝是在帶有攪拌的反應(yīng)釜內(nèi)，按原料摩爾配比為菲渣∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶1.5～2.5∶0.8～1.2∶0.001～0.01加入原料，再按磺化、水解再磺化、縮合、中和、再縮合步驟進(jìn)行反應(yīng)，即得產(chǎn)品。本發(fā)明利用菲渣作原料，解決了合成減水劑成本高、工業(yè)廢渣對環(huán)境污染問題，同時改進(jìn)了合成工藝，提高了產(chǎn)品性能，合成的產(chǎn)品減水率高，用量少，流動性大，和易性好，改善和提高了混凝土力學(xué)性能和耐久性。本產(chǎn)品符合混凝土外加劑國家標(biāo)準(zhǔn)GB8076－1997。利用本方法生產(chǎn)的水泥減水劑適用于工業(yè)與民用建筑、道路工程、水電工程、預(yù)制構(gòu)件和水泥制品等混凝土工程。
文檔編號C04B24/00GK1600734SQ20041006451
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者劉祖愉, 郭志超, 王志忠 申請人:太原理工大學(xué)