专利名称：一种水泥减水剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种大分子含氨基的磺酸钠化合物，特别是利用菲磺酸与甲醛缩合及利用乙二胺或者尿素进行再缩合合成一种水泥减水剂的制备方法。
背景技术：
随着高层建筑的兴建，人们愈来愈重视建筑物的质量和寿命，急需用水量少、强度高、流动性好的高质量混凝土，一般情况是在混凝土中加入减水剂。在混凝土中加入减水剂能在保持混凝土配比不变时，改善混凝土的和易性和流动性；在保持和易性不变时，减少用水量，从而提高混凝土的强度；在保持强度不变时节约水泥用量。减水剂的研究与应用极大地促进了混凝土材料与技术的发展，使混凝土技术向流动性好、工作性能高、高强度和高耐久性等特点的高性能混凝土发展。制备具有低成本、高减水率、混凝土流动性好、坍落度损失小的高性能减水剂一直是人们重视的研究方向。目前公开的报告中，有关以煤焦油加工产品制减水剂，常以萘、蒽油为原料，其合成工艺采用磺化、水解再磺化、缩合、中和分几步进行，由于萘、蒽油价格较贵，常常失去竟争力。菲渣是煤焦油加工粗蒽分离制精蒽过程中的残余物，其中主要含菲、咔唑及少量的蒽等，由于菲渣目前还没有找到有效利用的途径，常以废渣大量堆积在厂区，严重污染环境，若对其加以利用，既变废为宝，又净化环境。由于菲渣为粗蒽回收蒽后的残余物，处理困难，要想制备出高性能的减水剂，需对合成工艺进行改进，本发明在上述合成工艺的基础上，对原料甲醛进行了稀释，使缩合温和；增加了再缩合，在缩合产物中引入氨基，改善了减水剂的性能。
发明内容
本发明在原有合成工艺的基础上，主要解决利用菲渣制减水剂的合成工艺问题，菲渣对环境的污染问题以及合成减水剂成本高的问题，本合成工艺以菲渣为原料，提供一种水泥减水剂的制备方法。
本发明上述目的是通过以下工艺方法来实现的，在带有搅拌的反应釜内，按原料摩尔配比为菲∶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，依次按下列步骤进行反应1)磺化首先按配料比在反应釜内加入菲渣，加热升温，待菲渣熔解后开始搅拌，在120℃～160℃下，60分钟内缓慢加入浓硫酸，然后维持反应温度在120℃～160℃，磺化反应2～4小时，磺化结束；2)水解再磺化降温至110℃～120℃，按菲比水摩尔比为1∶3.92加入水，水解30分钟，而后升温至140℃～160℃，再磺化30分钟；3)缩合再磺化结束后，降温至70℃～80℃，在60分钟内，缓慢加入质量百分数为37％的甲醛水溶液，为使缩合反应温和防止爆聚，在甲醛水溶液中按甲醛比水摩尔比为1∶19.6，再配入一定量的溶剂水，加完甲醛后，维持反应温度在70℃～90℃，缩合3～4小时；4)中和缩合结束后加入饱和NaOH水溶液，使溶液的pH＝7～8；5)再缩合在70℃～90℃加入乙二胺或者尿素，再缩合30分钟，最后在反应温度70℃～90℃下抽真空30分钟，蒸出适量水即得棕红色粘液体产品，最终产品有效成分质量百分数大于37％。
本发明与现有技术相比，既解决了减水剂合成成本高的问题(从原料的价格来看，菲渣与萘和蒽油相比价格低的多)，又解决了菲渣对环境污染问题。同时改进了合成工艺，增加了再缩合，即在缩合产物中引入了氨基，改善了产品性能。产品为一种大分子含氨基的磺酸钠化合物，为棕红色粘液体，pH＝7～8，对水泥和掺合料适应性好，分散作用强，产品符合混凝土外加剂国家标准GB8076-1997。
其合成工艺优点在于(1)缩合时在甲醛水溶液中加入溶剂水使缩合变得温和，可防止爆聚；(2)加入少量乙二胺或者尿素再缩合，使产物中引入氨基增加了表面活性剂的性能；(3)合成工艺简单，投资少，该工艺过程主要设备仅需一台带搅拌、带加热的反应釜、一台真空泵及一台冷凝设备即可；(4)合成成本低，从原料的价格来看，菲渣与萘和蒽油相比价格低的多，因而以菲渣为原料合成减水剂，可大大降低成本。
其合成产品性能在于(1)减水率高，以有效成分计，按每吨水泥加3公斤本品，减水率可达16～18％，加5公斤减水率≥20％；(2)用量少，按一吨水泥计，本品加入量为0.3％；(3)可使混凝土坍落度由30～50mm提高到200mm；(4)可节约水泥10％～20％；(5)流动性大，和易性好，可以改善和提高混凝土力学性能和耐久性。
其环保意义在于菲渣为粗蒽制精蒽工艺的残余物，目前还没有找到有效的利用途径，一般作为废渣堆积在厂区，严重污染环境，因而以菲渣为原料合成减水剂，既制备了一种高效减水剂，又达到了“变废为宝，净化环境”的目的，具有极大的环保意义、社会效益和经济效益。
具体实施例方式
实施方式1在带有搅拌的反应釜内按原料摩尔配比为菲∶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，依次按下列步骤进行反应1)磺化首先按配比在反应釜内加入一定量的菲渣，加热升温，待菲渣熔解后开始搅拌，在120℃～160℃下，60分钟内缓慢加入浓硫酸，然后维持反应温度在120℃～160℃，磺化反应2～4小时，磺化结束；2)水解再磺化降温至110℃～120℃，按菲比水摩尔比为1∶3.92加入水，水解30分钟，而后升温至140℃～160℃，再磺化30分钟；3)缩合再磺化结束后，降温至70℃～80℃，在60分钟内，缓慢加入质量百分数为37％的甲醛水溶液，为使缩合反应温和防止爆聚，在甲醛水溶液中按甲醛比水摩尔比为1∶19.6，再配入一定量的溶剂水，加完甲醛后，维持反应温度在70℃～90℃，缩合3～4小时；4)中和缩合结束后加入饱和NaOH水溶液，使溶液的pH＝7～8；5)再缩合在70℃～90℃加入乙二胺或者尿素，再缩合30分钟，最后在反应温度70℃～90℃下抽真空30分钟，蒸出适量水即得棕红色粘液体产品，最终产品有效成分质量百分数大于37％。
实施方式2按照实施例1的工艺方法，其原料的摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺＝1∶1.5∶0.8∶0.001。
实施方式3按照实施例1的工艺方法，其原料的摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶尿素＝1∶1.5∶0.8∶0.001。
实施方式4按照实施例1的工艺方法，其原料的摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺＝1∶2.0∶1.0∶0.005。
实施方式5按照实施例1的工艺方法，其原料的摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶尿素＝1∶2.0∶1.0∶0.005。
实施方式6按照实施例1的工艺方法，其原料的摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺＝1∶2.5∶1.2∶0.01。
实施方式7按照实施例1的工艺方法，其原料的摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶尿素＝1∶2.5∶1.2∶0.01。
权利要求
1.一种水泥减水剂的制备方法，其特征是在带有搅拌的反应釜内，按原料的摩尔配比为菲∶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，依次按下列步骤进行反应1)磺化首先按配料比在反应釜内加入菲渣，加热升温，待菲渣熔解后开始搅拌，在120℃～160℃下，60分钟内缓慢加入浓硫酸，然后维持反应温度在120℃～160℃，磺化反应2～4小时，磺化结束；2)水解再磺化降温至110℃～120℃，按菲比水的摩尔比为1∶3.92加入水，水解30分钟，而后升温至140℃～160℃，再磺化30分钟；3)缩合再磺化结束后，降温至70℃～80℃，在60分钟内，缓慢加入质量百分数为37％的甲醛水溶液，为使缩合反应温和防止爆聚，在甲醛水溶液中按甲醛比水摩尔比为1∶19.6，再配入一定量的溶剂水，加完甲醛后，维持反应温度在70℃～90℃，缩合3～4小时；4)中和缩合结束后加入饱和NaOH水溶液，使溶液的pH＝7～8；5)再缩合在70℃～90℃加入乙二胺或者尿素，再缩合30分钟，最后在反应温度70℃～90℃下抽真空30分钟，蒸出适量水即得棕红色粘液体产品，最终产品有效成分质量百分数大于37％。
2.根据权利要求1所述的一种水泥减水剂的制备方法，其特征是该方法的原料摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶1.5∶0.8∶0.001。
3.根据权利要求1所述的一种水泥减水剂的制备方法，其特征是该方法的原料摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶2.0∶1.0∶0.005。
4.根据权利要求1所述的一种水泥减水剂的制备方法，其特征是该方法的原料摩尔配比是菲∶硫酸∶甲醛∶乙二胺或者尿素＝1∶2.5∶1.2∶0.01。
全文摘要
本发明提供了一种水泥减水剂的制备方法，其合成工艺是在带有搅拌的反应釜内，按原料摩尔配比为菲渣∶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、缩合、中和、再缩合步骤进行反应，即得产品。本发明利用菲渣作原料，解决了合成减水剂成本高、工业废渣对环境污染问题，同时改进了合成工艺，提高了产品性能，合成的产品减水率高，用量少，流动性大，和易性好，改善和提高了混凝土力学性能和耐久性。本产品符合混凝土外加剂国家标准GB8076－1997。利用本方法生产的水泥减水剂适用于工业与民用建筑、道路工程、水电工程、预制构件和水泥制品等混凝土工程。
文档编号C04B24/00GK1600734SQ20041006451
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月20日 优先权日2004年10月20日
发明者刘祖愉, 郭志超, 王志忠 申请人:太原理工大学