三聚氯胺系减水剂合成技术

1963年,德国研制成功三聚氯胺甲醛树脂磺酸盐高效减水剂(蜜胺系高效减水剂),是以1:3:1(摩尔)的三聚氯胺、甲醛、亚硫酸氢钠在一定的条件下经羟甲基化、磺化、缩聚而成,其分子结构如图3-13所示。羟甲基化属于加成反应,目的是在三聚氯胺单体中引入羟甲基(-CH2OH),

为磺化和缩合做准备,磁化的目的是引入极性亲水基团一SO2M,同时封闭部分活性基,避免在缩合时形成体型分子,缩合的目的就是为了形成具有一定聚合度的长链分子。

三聚氯胺为白色粉状晶体,分子中有3个活性氨基,曾经有少数企业以部分尿素取代三聚氯胺生产蜜胺系高效减水剂,但产品性能低劣,贮存不稳定。也可用氨基磺酸作磺化剂,但应控制好反应条件。

市场上还有所谓的高磺化三聚氧胺系高效减水剂,是在现有生产工艺基础上,调整材料配比获得的。

在合成工艺方面,三聚氯胺系高效减水剂合成的要点是控制好各反应阶段体系的温度和酸、碱度、反应时间,防止凝胶化和副反应的发生。有分别进行羟甲基化反应和磺化反应的,也有将两步反应同时进行的。主要区别在于,后者有一个急剧升温过程,须在生产操作时加以注意。下面将按工艺流程介绍其注意事项。

(1)羟甲基化反应 三聚氯胺为弱碱性,当其在甲醛水溶液中加热到60℃以上时,会由于生成羟甲基衍生物而溶解,反应是放热反应。三聚氯胺与甲醛的加成反应是由于三聚氯胺对甲醛的亲核加成,三聚氯胺羟甲基化成一羟甲基、二羟甲基、三羟甲基三聚氯胺时的速度常数差别不大,具体生成什么由两种物质的摩尔比决定,传统的生产方法将三聚氯胺/甲醛摩尔比控制在1/5~1/3。这对以后的磺化及缩合不利,因为羟甲基三聚氯胺很容易进一步缩合成树脂甚至失去水溶性,因此在工业生产中应通过控制反应温度、时间及体系的酸碱度使缩聚尽量不发生。

(2)磺化反应 磺化反应过程是有机化合物分子中引入磺酸基(-SO的化学过程,属于可逆反应,因此选择合适的酸碱度、反应温度、反应时间等参数对产品的性能较为重要。选用的磺化剂不同,反应机理也有所不同,一般多用亚硫酸氢钠为磺化剂。这一步反应对减水效果的影响较大,必须严格控制其工艺参数,以保证较高的磺化率。

(3)低温缩聚反应 低温缩聚反应是由低分子物质(单体)合成高分化合物的重要反应,反应为逐步缩聚进行,伴随有低分子物质(如水等)的生成,最终形成分子量较大的缩聚物,反应历程较为复杂,一般可分为链开始、链增长和链增长的停止三个阶段。反应发生在磺化三羟甲基三聚氯胺上的羟甲基之间,并通过甲继键连接起来。反应速度随温度升高而增加,而且反应体系的pH值也有强烈的影响,所以反应应该控制温度、pH值以及反应时间,将产物控制在适宜的缩合度内,获得具有良好物理性能和分散性能的高效减水剂。


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