[发明专利]利用工业副产品制造脂肪族高效减水剂的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及到一种利用工业副产品制造脂肪族高效减水剂的方法及其应用，用本发明方法制造的脂肪族高效减水剂可用作水泥混凝土外加剂、陶瓷和耐火浇筑料分散剂、水煤浆分散剂和油田钻井降阻剂。

背景技术

水泥混凝土外加剂已经成为了现代混凝土材料的基本组成组分。我国合成类混凝土外加剂用量超过了100万吨，在各种化学外加剂中用量最大也是最重要的产品是混凝土减水剂。我国自70年代初期开始萘系高效减水剂合成制造与应用性能的研究，先后研制成功UNF-5，FDN系列的高效减水剂产品(CN87104392.0，CN94115574.0)，并在建筑、水电、交通、煤矿等行业取得广泛应用。在此基础上，由于工业萘和精萘原料的局限性，先后研究开发了以工业萘和精萘之外的炼焦副产品(油萘、蒽油、氧茚)为主要原材料的高效减水剂产品(CN1083030A)，并实现了工业化生产和应用，目前萘系高效减水剂在我国仍大量使用。但在实际使用过程中萘系减水剂存在减水率不够高、与水泥品种适应能力差和新拌混凝土坍落度损失快等问题，所以各国纷纷开发的非萘系高效减水剂。脂肪族磺酸盐高效减水剂是不同于萘系新型高效减水剂，自20世纪90年代研究成功以后，由于其减水率高、生产过程简单环保、硫酸钠和氯离子含量低和成本相对低廉等优点，近几年在国内取得了广泛应用，特别是在高强混凝土灌注桩、预制混凝土构件和高强混凝土方面应用较多。关于脂肪族高效减水剂的研究国内已经有一些研究成果，主要集中在油井和建筑行业。我国公开专利CN1050211A(一种油井水泥减阻剂的制造方法)和CN1066448A(磺化丙酮—甲醛缩合物的制造方法)中描述了使用丙酮和甲醛制造用于油井水泥减阻剂的方法。其基本方法为采用亚硫酸钠或焦亚硫酸钠作为磺化剂，采用碱作为催化剂，在水溶液中进行羰基化加成反应。具体操作为称取焦亚硫酸钠57.0克，溶于120克水中，加入30％的NaOH溶液66ml，甲醛(37％)38ml，加热至66度；再滴入47ml丙酮与100ml甲醛的混合溶液，反应1小时。反应物静置12小时后，在加热至95度，回流反应1小时，将所得的溶液喷雾干燥得到棕黑色的粉末168克。这种方法制备酮—醛缩合物分散剂主要用于钻井降阻剂。欧洲专利EP0163459A(Oilfield cement)和日本专利昭59-206427(含有酸性基团的脂肪族磺酸盐共聚物)主要是解决在高温下或高盐浓度溶液中保持浆液具有良好分散性的问题。中国专利CN1128013A(酮—醛缩合和共聚合产物的接枝聚合物)中详细介绍了各种酮类和醛类单体的缩合物，并进行了接枝改性处理。CN1634794A(脂肪族磺酸盐高效减水剂及其制备方法)采用含羰基的酮类化合物和醛类作为缩合单体，以亚硫酸盐为磺化剂，在碱性水溶液中进行缩合反应。所制造的脂肪族磺酸盐缩合物可作为水泥混凝土的高效减水剂。迄今为止，没有关于采用上述工业副产品制造脂肪族高效减水剂的方法及其应用的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用工业副产品制造脂肪族高效减水剂的制造方法，有利于环境保护和可持续发展；在保证制备产品质量基本相同的情况下，降低脂肪族高效减水剂的原材料成本约10～20％。

本发明提供了一种利用工业副产品制造脂肪族高效减水剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：以丙酮、甲醛、亚硫酸钠+副产品、水为原料，所述原料的质量比为：丙酮∶甲醛∶亚硫酸钠+副产品∶水＝1∶2.5～4.5∶1.5～2.6∶4.0～6.0；

其中含有亚硫酸盐的工业副产品是指磺化法苯酚、或者对甲基苯酚、保险粉生产中的副产品，其亚硫酸钠的含量在质量百分比60～85％范围内，工业副产品中还有酚类、硫酸钠或者硫代硫酸钠；

加料顺序分为两种：第一种加料顺序为反应器内先加入水，升温到30～36℃，加入亚硫酸钠+工业副产品的混合物升温到45～55℃搅拌30～40分钟使其发生水解反应，加入丙酮升温到58～63℃，使其回流进行磺化反应30～60分钟，保持温度40～55℃加入甲醛进行羰基化缩合反应，甲醛加入后会发生自动升温现象；

第二种加料顺序为反应器内先加入水，升温到30～36℃，加入亚硫酸钠+工业副产品的混合物升温到45～55℃搅拌30～40分钟使其发生水解反应，同时将甲醛和丙酮溶液在其他容器中常温下混合均匀，水解反应完毕后保持温度40～55℃加入甲醛和丙酮混合溶液，加完后会发生自动升温现象；

待自动升温稳定后，保持缩合反应温度95～105℃时间2～8小时。