磺化三聚氰胺尿素对氨基苯甲酸甲醛树脂的合成2
摘 要
本文通过对早先的三聚氰胺系减水剂进行改性， 以三聚氰胺、尿素、对氨基苯甲酸、甲醛、氨基磺酸作为主要原料，制得具有良好水溶性、稳定性的减水剂，研究了磺化三聚氰胺-尿素-对氨基苯甲酸-甲醛树脂的合成反应工艺和减水性能，并系统研究了各个反应时期反应物之间的比值、体系温度、pH值对产品性能的影响。在不影响其原有性能的前提下，有效降低了其生产成本。与通常的减水剂相比，本实验中增加了尿素与对氨基苯甲酸这两种原料。在合成反应中，尿素与三聚氰胺有这类似的功能，以尿素部分取代三聚氰胺，是降低生产成本的关键。加入的对氨基苯甲酸可改变减水剂大分子的链结构，起到增加空间位阻的作用，从而改善产品性能。
通过试验研究，得到最佳合成工艺条件为：（1）羟甲基化反应阶段：n(甲醛)/n(三聚氰胺=12:1，n(对氨基苯甲酸)/n(三聚氰胺)=2:1，n（尿素）：n（三聚氰胺）=1:1，反应温度70℃，反应时间1.5h，pH为8.5；（2）磺化反应阶段：n(氨基磺酸)/n(三聚氰胺)=3.4:1，反应温度85℃，反应时间3h，pH为12；（3）缩聚反应阶段：pH为5.5，温度为90℃，时间为1h；（4）碱性重整阶段：反应温度80℃，反应时间1h，pH=8.5。在此条件下，得到的产品性能最为优异。
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关键字:高效减水剂尿素性能成本
目录
1．前言 1
1.1 减水剂简介 1
1.1.1 减水剂的定义 1
1.1.2 减水剂的分类 1
1.1.3 减水剂的用途 1
1.1.4 减水剂的发展及我国现状 2
1.2 减水剂的作用机理 3
1.3 与水泥的适应性问题 4
1.4 密胺系高效减水剂的特点及发展简史和研究展望 5
1.4.1 密胺系高效减水剂的特点 5
1.4.2问世和投产 6
1.4.3国内发展历程 6
1.4.4发展方向 7
1.5选题研究的目的和意义 7
2．实验部分 9
2.1 实验试剂与实验仪器 9
2.1.1 实验试剂： 9
2.1.2 实验仪器 9
2.2 实验方法 9
2.2.1基本反应原理 9
2.2.2合成反应 10
2.3 性能测试 12
2.3.1.磺化三聚氰胺-尿素-对氨基苯甲酸-甲醛树脂的性能测试 12
3.结果与讨论 13
3.1 羟甲基化反应的影响因素 13
3.1.1甲醛用量的影响 13
3.1.2对氨基苯甲酸用量的影响 13
3.2 磺化反应的影响因素 14
3.2.1 氨基磺酸用量的影响 14
3.2.2磺化温度的影响 15
3.3 缩聚反应的影响因素 15
3.3.1缩聚PH的影响 16
3.3.2缩聚温度的影响 16
3.4 重整反应的影响因素 17
3.4.1重整温度的影响 17
参考文献 19
致 谢 21
1．前言
1.1 减水剂简介
1.1.1 减水剂的定义
减水剂多为阴离子表面活性剂，它能够在不改变水泥用量的同时大幅减少水的用量，并且具有更好的水泥分散性。另外，由于其增强作用，也可以在减少水泥使用量的同时，保证了同等的混凝土品质[1]。
1.1.2 减水剂的分类
（1）从物理外观分：有粉剂与水剂这两类。
（2）根据功能：普通减水剂和高效减水剂[2]。
普通减水剂：在混凝土塌落度条件基本相同的情况下，能够降低拌合用水量（一般减水率>8%）。当前所存在的普通减水中，木质素磺酸盐是使用最广泛的，其次是多元醇类，如糖蜜，糖化钙，淀粉水解物等。
高效减水剂：与不使用减水剂相比较，相同的水泥用量，可节省近四分之一的用水量。
（3）根据凝结所耗时间分：早强型、标准型、缓凝型。
（4）根据参与反应的主要原料分：多环芳香族磺酸盐系；萘系高效减水剂；木质素磺酸盐系；聚羧酸高性能减水剂；水溶性树脂磺酸盐系；脂肪族高效减水剂；糖蜜类、腐植酸盐和复合型减水剂等[3]。
1.1.3 减水剂的用途
(1)提高流动性
在水泥与自来水的使用比例相同的条件下，只加入少量的减水剂，即可显著改善混凝土的流动性，一般可将其塌落度增加数百毫米。高效减水剂的润滑效果显著，对流动性要求较高的混凝土如泵送混凝土等均需要使用。
(2)加强混凝土的强度
在水泥类型及其用量完全一致的条件下，加入高效减水剂，可在减少用水的同时使混凝土强度有所提高，早期提高的效果最为显著。制备早强，高强，高性能混凝土的重要措施之一便是加入高效减水剂。
(3)减少水泥使用量，经济效益好
在保持水灰比不变的条件下，可以同时相应的减少拌合水量和水泥用量，即保证混凝土强度不变的情况下，节约了水泥用量10%-15%，既提高了资源的利用率，也降低了工程建设的成本[4]。
(4)改进混凝土的耐久性，稳定性好
在混凝土中加入减水剂，还有明显改善孔结构，提高密实度，减小透水性的效果。同时，也增强了抗渗漏，抗严寒，抗侵蚀的特性[5-6]。此外，掺用减水剂同时也使得混凝土拌合物的泌水、离析现象得到改善，从而延缓了混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度，防止因内外温差而引起的裂缝。
1.1.4 减水剂的发展及我国现状
（1）发展历史
迄今为止，减水剂的发展已有近一个世纪的跨度。其间，又可根据其性能的不断提高而将其初步划分为三个发展阶段。第一阶段为初步发展阶段，性能也很欠缺，主要以木钙为代表。第二阶段，其性能有了显著的提高，并且发展了初步的理论基础，这时主要以萘系高效减水剂为代表。第三阶段一直持续到现在，其发展也较为完善，并且有较为成熟的理论依据作为发展的基础，主要以聚羧酸系高性能减水剂为代表。
20纪30年代初到60年代：早在1938年，一种成分为萘磺酸盐的水泥分散剂在美国取得专利，这算是高效减水剂的前身[7]；20世纪30年代，美国首先使用的亚硫酸盐纸浆废液作减水剂配制混凝土，用来改善混凝土的强度、和易性耐久性；40年代和50年代，人们广泛的开展关于木质素系减水剂和具有相同效果的普通减水剂的研究、开发和应用工作，这一时期的普通减水剂如松香酸钠、木质素磺酸钠、硬脂酸皂等有机物的应用和发展较快，一些国家如美国、英国、日本，已经在公路、隧道等工程中使用。
60年代到80年代初：在上世纪60年代初，服务于日本花王石碱公司的键一博士便顺利开发出β-萘磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂（又名为“萘系减水剂”）。一年后，位于德国的SKW公司又以三聚氰胺、甲醛为主要原料顺利开发出三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐高效减水剂（又名为“密胺系高效减水剂”），并且将其推广，逐步应用到生产生活中。第二代减水剂由此诞生，可以说这是历史上最早出现的两类高效减水剂产品[8]。十年之后，我国在这方面也取得突破，并将其应用到工程建筑中。70年代末，发展出的减水剂虽然减水性能优异，但在保持混凝土的流动性方面仍然差强人意，并且其性能也不够稳定，造成实际应用中出现令人惊诧的结果，主要表现为混凝土的强度波动很大。80年代初，在反应物原料的优化上取得突破，最大限度的就地使用可利用原料，不仅大幅降低了生产成本，而且还减少了不必要的浪费，形成高效环保的绿色发展模式。
90年代至今：从90年代开始，减水剂的发展又进入更高的一个阶段。氨基磺酸系减水剂与聚羧酸系高效减水剂先后问世，并迅速向实用化发展。高质量的减水剂不仅极大丰富了减水剂的类型，而且与已成熟的减水剂相互竞争，促进了减水剂的发展。同时，它们也是世界各国研究的热点。但是，新品种往往面临市场化与可操作性等方面的难题。
（2）我国减水剂发展及现状
在我国，减水剂的发展也早已有历经数十载，虽然起点低，发展晚，但成长迅速。20世纪50年代，开始着手研究木质素磺酸盐，与此同时引入前苏联专家研发的松香皂化物引气剂，在诸多重大工程中得到应用并取得一定的效果。其后又利用纸浆废液及制糖工业废蜜作为原料制作混凝土塑化剂[9]。进入70年代，新一代高性能减水剂也在我国成功研制，其中以萘系、蒽系高效减水剂为主。20世纪90年代初，清华大学等一些专家已经取得聚羧酸系减水剂的样品，于是以此为基础展开下一代减水剂的研制工作。至上世纪末，改性后的三聚氰胺等性能减水剂逐渐发展成熟并得到广泛应用。进入21世纪，随着高速铁路及一系列重大工程的实施，对高性能减水剂的需求不断增加，聚羧酸系高性能减水剂更是有了空前的进步。减水剂的飞速发展也是的中国的材料应用技术不断上升到新的高度。
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