蒽系减水剂合成技术

蒽系高效减水剂(以下简称蒽系减水剂)的合成主要经历磺化反应、水解反应、缩合反应和中和反应。由于蒽油中含有的菲、咔唑的结构、化学性质与蒽相似,化学反应也应相似。

(1)磺化反应 蒽易磺化,磺化反应极为复杂。蒽环上有a,B.r位之分,Y位由于位阻效应,一般较难进行反应;a位电子云密度较大,比较容易磺化,磺化物也比较容易水解;而3位电子云密度小,较难磺化,磺化物也较难水解,所以发生磺化取代反应时,因反应条件不同就可形成a-蒽磺酸、B-蒽磺酸和蒽二磺酸等产物。由于蒽磺酸和甲醛的缩合也是一个亲电缩合反应,而磺酸基是一个吸电子基团,会降低蒽环的反应活性,相比之下,a-蒽磺酸和蒽二磺酸等更易降低蒽环的反应活性,不利于缩合反应的进行。所以必须严格控制磺化反应,使其能得到较高比例的(3-蒽磺酸,以使缩合反应较易进行。

影响磺化反应的主要因素有以下几点。

①投料比例为了提高磺化反应的转化率,使反应体系中的蒽能够充分参与反应,硫酸的投料量应略超过理论量,但不可超量过多,否则易发生形成蒽二磺酸的副反应。

②反应温度反应温度过低,a-蒽磺酸的比例将提高;反应温度过高,蒽二磺酸比例将提高。

③反应时间通常有机反应速度较慢,反应时间太短,转化率将较低。

但反应时间过长,则降低了生产效率,也易生成蒽二磺酸等异构物磺化反应控制的水平,直接影响B-蒽磺酸的含量,对缩合后产品质量影响很大。磺化效果好,并经充分缩合后,蒽系减水剂产品性能就好;反之,产品性能就较差。

(2)水解反应 水解反应的主要目的是除去a-蒽磺酸和蒽二磺酸,以防止它们给后续的缩合反应造成影响,从而确保产品质量。

水解温度控制在110~120℃时,水解反应可进行得较完全。水解补水量应使补水后的物料酸度能够满足缩合要求,既不会因补水过多,酸度过低而导致缩合反应难以进行,但也不能因水解补水过少,缩合物料酸度过高,使缩合反应太快而难以控制,甚至出现物料溢锅和固化现象。

(3)缩合反应 缩合反应是合成惠系高效减水剂的关键反应过程。B-慧碳酸与甲醛在硫酸催化下,可发生缩合反应。

硫酸的作用是将甲醛转化成反应性强的关离子,然后这个离子再与B-蒽磺酸化合物反应生成多核产物。

影响缩合反应的主要因素如下所述。

①缩合酸度

②甲醛量甲醛量直接影响缩合反应进行的程度,甲醛和蒽的摩尔比高,易生成多蒽核的磺酸盐,得到的减水剂性能就好。但甲醛加入量应适当,过多的甲醛用量既造成原料浪费,又会因高聚合度的蒽磺酸甲醛缩合物影响产品质量。

③反应温度缩合反应宜采用低温、较慢的速度滴加甲醛,并应采取分段升温,一方面减少甲醛的挥发量,另一方面保证在整个滴加甲醛的过程中,反应体系的黏度基本保持相同,使后加入的甲醛能迅速分散于物料中,易于缩合反应。甲醛滴加完毕后,适当提高温度可促进缩合反应的进行,但温度过高则易使反应剧烈进行,可导致溢锅、结釜等严重事故。

④反应时间实际生产中,反应时间应适宜,既能使反应基本完全以保证产品质量,又能适当提高生产效率

(4)中和反应 和萘系高效减水剂一样,蒽系减水剂也可分为高浓度和低浓度产品。采用液碱和石灰乳两步中和时,得到聚次甲基蒽磺酸钠(高浓产品),可降低产品中的硫酸钠含量,提高产品性能。中和时须控制好加碱速度,并调节好pH值。


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