[发明专利]改性萘系减水剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种改性萘系减水剂的制备方法，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。欧美国家自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，目前这些国家减水剂的使用率在80％以上，而我国只有20％，但是增长迅猛。

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、脂肪族减水剂和聚羧酸系减水剂。

木质素磺酸盐(木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁)是将造纸厂制浆废液经磺化、喷雾干燥等工序处理后得到的造纸行业的副产品。因其减水率低，只能作为普通减水剂使用。目前国内有通过化学、物理方法改性和选择亚硫酸盐制浆废液，以提高其减水率，使其达到高效减水剂标准要求的技术，但因原材料和工艺方法的限制，目前尚不具备大规模生产的能力。

萘系减水剂又称萘磺酸盐甲酸缩合物减水剂，是目前国内生产量最大、使用最广的减水剂。萘系减水剂于1962年由日本的服部健一博士发明，用作混凝土减水剂已有近五十年的生产历史，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，目前存在的主要问题是生产过程中在较高温度(95℃～120℃)下将萘磺酸与甲醛进行缩合反应，不可避免地造成甲醛气体的挥发逸出，导致甲醛损失和空气污染。国内厂家采用将含甲醛废气通过烟气管道经回收釜后由放空管排入大气，仅有少量甲醛气体遇冷凝水后流入回收釜，大量甲醛气体排入大气形成了污染，且遇到烟气管道堵塞、回收釜损坏等情况时，含甲醛废气直接泄漏到车间空气中，使生产操作环境恶化，国外个别厂家采用0.2～0.3MPa条件下带压缩合反应，所产生的甲醛废气较少，但因该方法对反应釜及管道、阀门的密封可靠性要求高，对操作工人的工作技能和安全意识要求较高，发生泄漏时会产生严重溢料事故，故带压缩合方法一直未被国内厂家采用。目前萘系减水剂的缩合反应采用常压缩合、废气外排的工艺方法，该工艺方法直接造成了甲醛的损失和对空气的污染，因此必须以一种能够避免外排的工艺方法对甲醛进行回收。

制浆废液是造纸行业制浆过程的副产物。造纸制浆有两种方法，一种方法是用含有游离亚硫酸的钙、钠、镁、铵的酸性亚硫酸盐溶液，在130℃～140℃加热蒸煮碎木，此时碎木的原本木质素被磺化成水溶性的木质素磺酸盐，碎木中的纤维素析出，滤出纤维素用于造纸，剩下的即是制浆废液，将此废液用碱性物质处理后浓缩干燥，即得到木质素磺酸盐，可用作普通减水剂，但其减水率低，经济价值不高；造纸制浆的另一种方法是用浓烧碱高温蒸煮碎木或切碎的稻草、秸杆、芦苇，此时原本木质素溶解成碱木质素，纤维素则析出，滤出纤维素由于造纸，剩下的废液即是通常所说的造纸黑液，其中除了碱以外，主要是无法利用的碱木质素，由于其经济价值极低，得不到充分利用，变成了环境污染物。我国造纸行业主要以麦草、稻草、芦苇、甘蔗渣为原料造纸，很难对造纸废液进行回收利用，造纸行业废水占到了全国工业废水总量的30％。在淮河流域和其他一些地方的一些造纸厂排出的大量制浆废液，严重污染了地表水和地下水，造成该流域许多城镇居民生活用水困难，健康水平下降，农业生产滑坡，国际上十分关注此事，国务院不得不在1996年下令关掉所有年产量在5000吨以下的造纸厂，有些地方关掉了年产量在10000吨以下的造纸厂。目前各地的一些造纸厂多采用碱回收锅炉焚烧浓缩后的制浆废液以避免废液外排污染环境，但仍存在浓缩、回收成本高，装置运行费用高，相关环保违法现象屡禁不止，因此造纸废液的利用一直是造纸企业和一些高校、科研单位寻求解决的问题。

发明内容