NFG高效减水剂合成工艺探讨宁宇平1蔡颖2王胜平1王世文1范海彪1(11包钢集团公司焦化厂焦油车间21包头钢铁学院生化系)摘要本文阐述萘系高效减水剂合成的机理,如何改变混凝土的内部结构,提高混凝土的使用性能,除去减水剂生产过程中生成的硫酸钠。关键词工业萘减水剂合成机理硫酸钠本世纪30年代,一种以萘磺酸盐为主要成份的水泥分散剂在美国取得了专利,这是最早的萘系减水剂。到60年代初,日本和德国出于进一步提高混凝土强度和增大工作量的需求,又开发出萘系高效减水剂。当今在欧洲和澳大利亚等国家所使用的混凝土有95%以上掺用减水剂。目前,我国大约有20%的混凝土使用减水剂,由于使用后的效果非常好,因而减水剂的使用有逐渐上升的趋势。因此,开发高效减水剂产品,提高混凝土的使用性能,缩短工程周期,降低工程造价,推动建筑事业的向前发展,具有十分重大的意义。包钢焦化厂于1994年中国科学院化学研究所合作建成年产3千吨萘系减水剂生产线,为焦化厂的工业萘的深加工开辟了一条新途径。目前,针对建筑市场急需的高浓高效性的减水剂产品,我们试图改进原有的合成工艺,利用原有装置生产高浓高效减水剂。1减水剂作用机理及组成结构减水剂是在建筑行业中使用混凝土过程中掺入的一种化学物质,其目的是分散混凝土中的水分,增加水泥的强度,缩短水泥的硬化时间。因此,在建筑行业使用减水剂可以增加混凝土的使用性能,缩短施工周期,提高工作效率。从结构上看,减水剂属于高分子阴离子表面活性剂,在其很长的碳氢链上含有极性基,由于定向吸附,吸附于水化的水泥颗粒表面,形成双电层使zeta电位增大,水泥颗粒之间的排斥力增强,促使水泥浆体中形成的絮凝状结构分散解体,从而可以降低水胶比,达到减水目的,从而改善混凝土内部结构,提高混凝土性能。2萘系高效减水剂211萘系高效减水剂特征NFG高效减水剂主要成份为Β—萘磺酸甲醛缩合物钠盐组成的聚合物,其化学结构为式中的R为烷基,n为萘核数,经研究表明,n越大,减水剂对水的分散能力越强,混凝土的减水增强效果越好。212NFG减水剂的合成21211磺化反应萘的磺化是亲电取代可逆反应。磺化时,萘环上的氢原子被磺酸基取代而得萘磺酸。由于萘的磺化反应比较复杂,当反应温度与磺化剂浓度等反应条件不同时,萘磺酸异构体生成物的比例也随之不同。理论上,在60℃进行磺化反应时,生成物为Α—萘磺酸,Α—萘磺酸的异构体高达96%;当温度升高到165℃,磺化反应的产物主要是Β—萘磺酸,Β位异构体高达85%;为了使萘充分反应,一般应加入浓度为98%的浓硫酸,但不宜太过量,否则会生成萘二磺酸。所以必须严格控制磺化反应条件,才能获得较高比例的萘磺酸。在实际生产中,为了摸索最佳的生产条件,我们对此进行了深入的研究,做了大量的试验。结果表明,为了使萘能够充分磺化,加入的浓硫酸应过量10%左右;随时对磺化产物进行酸度的检测,以控制反应的酸度,延长磺化反应时间,尽可能提高反应物的转化率;并严格控制反应温度在160～165℃之间。61内蒙古石油化工第27卷?1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.21212水解反应尽管在萘在磺化反应过程中严格控制反应条件,但仍不可避免地产生Α—萘磺酸。由于Α—萘磺酸的活性较大,它的存在会影响接着进行的缩合反应。通过实验发现萘磺酸在120℃极易水解,而Β—萘磺酸在此温度下比较稳定。因此可利用水解反应将Α—萘磺酸除去。SO3H+H2O120℃+H2SO421213缩合反应缩合反应必须先在酸作催化剂的条件下,先将甲醛转化为反应性很强的羰离子,再与Β—萘磺酸发生亲电缩合反应:HCHO+H2CH2OH+然后,羰离子加成到萘环上;萘核上再逐步发生亲电取代反应,最后生成多核产物,制得萘系磺酸甲醛缩合物。从上述反应过程可以看出,缩合反应是合成高效减水剂的关键反应。SO3H+CH2OH+HO3SCH2OH+H+SO3H+HO3SCH2OHHO3SCH2SO3H+H+根据上述反应历程不难看出,缩合反应是在常温常压下进行的。温度对反应的影响不十分明显。但总体上讲缩合反应速度较慢,根据实验的结果,为保证一定的反应速率,温度应控制在110℃左右。为了使反应完全和提高产品质量还可