聚次甲基萘磺酸钠减水剂

    聚次甲基萘磺酸钠减水剂 : 27.1 产品简介
一般称高效减水剂MF,它的主要成分为聚次甲基萘磺酸钠,分子 式为C₁₁H₈SO₃Na(C₁₂H₉SO₃Na)_m,m=5～7。
高效减水剂MF为深棕色粉末,是一种阴离子表面活性剂,易溶于 水,溶解后有离解作用,生成带有负电荷的有机阴离子及无机阳离子, pH(1%水溶液)为7～9。表面张力(1%水溶液)为62×10^-5N/cm。
产品属于早强、引气型高效混凝土减水剂。由GB8075—87“混凝 土外加剂标准”测定的水泥浆流动度为220 mm,硫酸钠含量少于6%, 减水率大于15%,可节约水泥超过10%,适宜掺量0.3%～0.7%。掺加 减水剂后的混凝土比普通混凝土强度提高:1 d,25%～100%;28 d, 8%～30%。引入空气量可达6%～8%,但采用高频振捣或掺入消泡剂 可消除其影响。该减水剂不锈蚀钢筋。
产品以煤焦油提炼过程中的萘残油为原料,资源丰富,生产工艺 简单,性能优良,对混凝土的增强、减水效果优良。
产品还可用作分散染料和还原染料的分散剂以及调整质量时的 填充剂,比分散剂NNO有更好的耐热稳定性。
27.2 制造方法
(1)原理和工艺流程
本减水剂由甲基萘经磺化,再与甲醛缩合,经水解中和而成。
磺化反应按下式进行:

式中,ArH为甲基萘(下同)。
缩合反应:

水解中和反应:

(2)设备及水、电、汽
1)以日产1000 kg固态减水剂,需1.5m³搪瓷夹套反应釜1台。 柴油、天然气或蒸汽加热。如用蒸汽加热,需增加水蒸气锅炉1台,水 蒸气的表压为0.6 MPa,水蒸气量大于270 kg/h。
2)万能粉碎机(30BlL)1台,出料粒度180～150 μm (80～100目), 产量100～200 kg/h,电机功率4kW。
3)水循环式真空泵(SZ-1)1台(用于原料和成品的输送),极限真 空度14.9kPa,抽气速率1.4m³/h,水消耗量10 L/min,电机功率4kW。
4)活塞式空气压缩机(2V-0.3/10)1台(用于辅助加料),出口压 力1 MPa,流量0.3 m³/h,电机功率3 kW。
5)移动式压滤机(GLJ—100)1台,过滤面积1.4 m²,电机功率 1.5 kW。
6)滚筒干燥机1台。
7)带搅拌2m³中和罐2个,材料为碳钢。
8)原料计量罐、贮罐、成品罐等若干,材料为碳钢。
(3)原料规格及用量
1)主要原料:
A.甲基萘:将炼焦工业副产品萘残油进行分馏,提取甲基萘。气 相色谱法测得α-甲基萘和β-甲基萘的总含量应大于98%。
B.硫酸:工业级,浓度大于98%。
C.甲醛:工业级,浓度为35%～37%。
D.液碱:工业级,浓度为30%～40%。
E.石灰:工业级。
2)用量:每生产1000 kg固态减水剂需消耗甲基萘500 kg,98%的 工业级硫酸541 kg,37%工业级甲醛214 kg,30%工业级液减563 kg,工 业级石灰95 kg。
(4)生产控制参数及具体操作
1)将甲基萘加入反应釜中,开始搅拌、加热,当温度加热到140℃ 时,迅速加入全部硫酸。之后,釜内温度保持在160～168℃,进行2 h 磺化反应。形成稳定的β萘磺酸。
2)磺化反应后,将反应釜物料的温度降至100℃。加入水,搅拌, 进行0.5 h水解反应。搅拌均匀后,取样测定总酸度。总酸度需保持 在24%～27%左右,否则加水或酸调节酸值至规定范围。
3)水解反应后,一次加入37%的甲醛,密闭反应釜,温度和压力自 然上升,当压力升至0.2～0.3 MPa时,温度将升至135～140℃,保温 2 h,进行缩合反应。
4)缩合反应结束后,将缩合物压入中和罐,同时徐徐向中和罐中 加入30%液碱,中和至pH为2后,用石灰乳调节反应物,使其pH值升 至7～9(同时石灰乳与硫酸钠生成硫酸钙沉淀),然后通过火焰喷雾干 燥得成品。
(5)安全事项
在生产过程中用硫酸和烧碱等强腐蚀性物质,故需穿好防护服 装,戴好防护用具,以防止烧伤或烫伤。
甲醛在空气中的爆炸极限为3.97%～57%,卫生允许浓度为 0.005 mg/L,因此,生产过程中需保持通风良好。
27.3 环保事宜
该生产过程中基本上无废气、废水产生。
滤渣中主要含有硫酸钙,可回收利用。硫酸钙可用于制造水泥、 半水硫酸钙等,也可在造纸及油漆工业中用作填充料。若在农业上用 作肥料,能降低土壤的碱度和改善土壤的性能。
27.4 质量指标
混凝土减水剂的产品质量标准可参考表1。

表1 混凝土减水剂的产品质量标准

项 目	指标
	一等品	合格品
减水剂有效含量/% 硫酸钠含量/% pH(1%水溶液) 松装容量/(g/cm3) 干燥减量/% 减水率/% 泌水率比/% 含气量/% 初凝时间之差/h 终凝时间之差/h 3d抗压强度比/% 7d抗压强度比/% 28d抗压强度比/% 90d抗压强度比/% 90d收缩率比/%	88.0±2.0 <3.0 7～9 0.574 <7～8 ≥10 ≤70 3.5～5.5 -1～+1.5 -1～+1.5 ≥115 ≥110 ≥110 ≥100 ≤120	88.0±2.0 <3.0 7～9 0.574 <7～8 ≥10 ≤80 3.5～5.5 -1～+2 -1～+2 ≥110 ≥110 ≥110 ≥100 ≤120

作为分散剂的产品质量标准(HG/T2499—93)见表2。

表2 分散剂产品质量标准

项 目	指标
	一等品	合格品
分散力(相对标准品)/% 硫酸钠含量/% pH(1%水溶液) 钙、镁离子总含量/% 不溶水物质含量/% 细度(通过300μm筛)/% 耐热稳定性/℃ 粘污性:涤粘/级 棉粘/级	100 ≤5.0 7～9 ≤0.10 ≤0.05 ≤5 ≥130 ≥4 ≥4～5	95 ≤8.0 7～9 ≤0.40 ≤0.10 ≤5 ≥120 ≥3 ≥3～4

27.5 分析方法
(1)pH的测定
用重蒸馏水将试样配成含减水剂为5%的水溶液,用酸度计测定 pH为7～9。
(2)减水剂有效含量测定
用干燥失重测定减水剂的水含量,从成品减去硫酸钠和水的质 量,即为减水剂的有效含量。
(3)松装容重测定
1)需用仪器
A.铁制漏斗(A):上、下直径分别为55 mm和5 mm,倾角60°。
B.截头量筒(B):将100 mL量筒截至50 mL刻度处,即容积为50 mL。A下缘和B上缘间距为5.0 mm。
2)测定方法:先将A的下端堵住,在其中装满减水剂,顶端用刮刀 抹平,然后放开下端,让减水剂自由流入B中,直至A中减水剂流完为 止。用刮刀将B表面抹平,称取其中减水剂G(g),则有:
松装容重=G/50 (g/cm³)
注意:在整个测定过程中要避免振动。
(4)干燥减量测定
测定时取一定质量试样,在100℃烘箱中恒温4 h,设称取加热前 后的质量m₁和m₂。
干燥减量=(m₁-m₂)/m₁×100%
(5)热稳定性测定
该减水剂在300℃以下不发生分解。
测定时取200 g试样,在100℃烘箱中恒温4 h,置于干燥器中冷至 常温。从这200 g试样中称取7份试样,每份20 g,将它们分别置于 100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃下恒温0.5 h,称取恒温 前、后的质量,即可得上述诸温度下试样质量损失百分数。
(6)比表面张力的测定
测定时,将1%的减水剂水溶液在所测温度下恒温0.5 h,用铂环 法测定比表面张力。
(7)含气量试验
基本参照GBJ80—85“普通混凝土拌和物性能试验方法”进行,但 混凝土拌和物须一次装满,并稍高于容器。如在振动台上成型,振动 15～20 s;若用插入式高频振捣器(φ34 mm,400 r/min)成型,则棒头应 沿试样中心插入,距底约20 mm,振动10 s。
试验时,在每批混凝土拌和物中取1个试样,以3个试样的平均 值表示。若3个试样中最大值与平均值差均超过±0.5%,则应重做; 若只有1个试样超过±0.5%,则取3个值的中间值作为外加剂的含 气量。
(8)泌水率比的测定
泌水率比为掺减水剂混凝土泌水率与基准混凝土泌水率之比,按 下式计算(精确到小数点后1位数)。

式中:B_R——泌水率之比,%;
B_t——掺减水剂混凝土泌水率,%;
B_c——基准混凝土泌水率,%。
泌水率的测定和计算方法如下:
先用湿布润湿容积为5 L的带盖容器(内径185 mm、高200 mm), 将混凝土拌和物一次装入,在振动台上振动20 s,然后用刮刀轻轻抹 平,加盖,以防水分蒸发。试样表面应比筒口边低约20 mm。自抹面开 始计算时间,在前60 min,每隔10 min用吸液管吸出泌水1次,以后每 隔20 min吸水1次,直至连续3次无水泌出为止。每次吸水前5 min 应将筒底一侧垫高约20 mm,使筒体倾斜,以便于吸水。吸水后,将筒 轻轻放平,盖好。将每次吸出的水都注入带塞的量筒,最后计算出总 泌水率(精确至1 g)。泌水率B按下式计算:

式中:W₁——泌水总量,g;
W₂——混凝土拌和物的用水量,g;
G——混凝土拌和物的总量,g;
G_W——试样质量,g;
G₁——筒及试样质量,g;
G₀——筒质量,g。
试验时,在每批混凝土拌和物中取1个试样,泌水率取3个试样 的算术平均值。如果其中1个与平均值之差大于平均值的15%,则取 3个值的中间值作为结果;如果最大值和最小值与平均值之差均大于 平均值的15%,则应重做。