磺化三聚氰胺尿素甲醛树脂的合成
摘 要
本文以三聚氰胺（M）、尿素（U）、甲醛（F）、氨基磺酸（S）为主要原料，通过四步合成反应制得具有良好水溶性、稳定性的磺化三聚氰胺-尿素-甲醛树脂，并系统讨论了羟甲基化反应阶段的物料比；磺化反应阶段的物料比、磺化温度；缩合阶段的体系pH、缩聚温度；重整阶段的温度对产品性能的影响，确定了合成树脂优化性能的最佳合成工艺条件。
通过试验研究，优化出最佳合成工艺条件为：当n（M）:n(U)：n(S):n(F)=1:1:3.4:10时，羟甲基化反应阶段：反应温度70℃，反应时间1.5h，pH为8.5；磺化反应阶段：磺化 温度为85℃，反应时间为3h，pH为12；缩聚反应阶段：体系pH为4.5，缩合温度为90℃，时间为1h；重整阶段：重整温度60℃，PH为8.5，反应时间为1h；通过该方法获得的树脂在掺量为1%的条件下，水泥净浆流动度可达到237mm，且有较好的稳定性。
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关键字:高效减水剂三聚氰胺尿素磺化三聚氰胺系树脂水泥净浆流动度
目录
1． 前言 1
1.1 减 水 剂 的 概 述 及 发 展 简 介 1
1.1.1 减水剂的定义 1
1.1.2 减水剂的种类： 1
1.1.3 减水剂的对混凝土性能的影响 2
1.1.4高效减水剂的作用机理 3
1.1.5 减水剂的发展简史 4
1.2 磺化三聚氰胺系高效减水剂剂的性能特点及研究应用现状 5
1.3 选题研究的目的和意义及主要研究内容 5
2．实验部分 7
2.1 实验试剂及仪器 7
2.1.1 实验药品： 7
2.1.2 实验主要仪器 7
2.2 实验步骤 7
2.2.1 四步法合成SMF高效减水剂的基本反应原理 7
2.2.2 三聚氰胺与尿素羟甲基化产物的制备 11
2.2.3 磺化三聚氰胺-尿素-甲醛的制备 12
2.2.4 磺化三聚氰胺-尿素-甲醛树脂的酸性聚合 12
2.2.5 磺化三聚氰胺-尿素-甲醛树脂的碱性重整 12
2.3 性能测试 12
2.3.1 磺化三聚氰胺-尿素-甲醛树脂减水剂（SMUF）的固含量测定 12
2.3.2磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂（SMUF）的性能测试 12
3.结果与讨论 14
3.1 羟甲基化反应的影响因素 14
3.1.1 羟化反应物料比的影响 14
3.2 磺化反应的影响因素 14
3.2.1 磺化反应物料比的影响 14
3.2.2 磺化反应温度的影响 15
3.3 缩聚反应的影响因素 16
3.3.1 缩聚反应温度的影响 16
3.3.2 缩聚反应pH的影响 17
3.4碱性重整阶段的影响因素 17
3.4.1 碱性重整温度的影响 17
4.结论 19
参考文献 20
致 谢 22
1．前言
1.1 减 水 剂 的 概 述 及 发 展 简 介
1.1.1 减水剂的定义
减水剂或叫超塑化剂，它能够在维持混凝土的多种特性不变的情况下，而明显减少其拌和用水量的一种混凝土外加剂，减水剂是表面活性剂的一种[1]。随着现代建筑工业的快速发展，许多大型工程的建造，如杭州湾跨海大桥图1，苏州东方之门图2等，人们需要
图1 杭州湾跨海大桥 图2苏州东方之门
更高强度更具有综合性能混凝土，而高效减水剂的出现使这些难题迎刃而解。高效减水剂对混凝土具有很强的分散效果，能大大提高其的流动特性，同时能改善其的工作性能，能有效控制坍落度损失、更好地解决混凝土的引气、泌水等问题的一种新型混凝土外加剂[2]。
1.1.2 减水剂的种类：
减水剂按组分的化学构造特征分为：单环芳烃型高效减水剂、多环芳烃型高效减水剂、杂环型高效减水剂、脂肪族系高效减水剂和其他减水剂[3]。
(1) 单环芳烃型高效减水剂，此类减水剂结构特征为憎水性的主链由单环芳烃和亚甲基交替连接而成，亲水官能团-S03H、-OH、-NH2、-COOH等亲水性的官能团连接在主链的芳烃上。
由对氨基苯磺酸与氨基磺酸合成的氨基磺酸盐系减水剂就属于单环芳烃型高效减水剂，氨基磺酸系减水剂不仅对水泥具有较高的减水作用，而且在侧基类别适当的情况下可以做到有效降低水泥坍落度损失。但此类减水剂的缺点是原料成本较昂贵，掺量对其影响较大，极易产生泌水问题，适合用于预制混凝土而不适合现场搅拌[4]。目前该减水剂在应用上主要与萘系等其他减水剂进行复配，其复配产品能够达到较好地控制坍落度损失的效果。
(2) 多环芳烃型高效减水剂，此类减水剂构造特征是憎水性的主链由双环或多环芳烃和亚甲基相连接而成，亲水性官能团是连接在芳烃上的-S03H等基团。萘系，蒽系高效减水剂及甲基萘系，古马隆系减水剂等都属于多环芳烃型高效减水剂，其中萘系减水剂的减水率可达25%以上，但其减水率与其掺量有关，在使用过程中基本上不影响混凝土的凝结时间，引起量可控制在2%以下，显著提高混凝土的工作强度，但坍落度损失较快。
(3) 杂环型高效减水剂，密胺系高效减水剂是该类减水剂中的典型代表，其构造特征为憎水性主链是与亚甲基相连的带有N的六元的杂环，亲水性的官能团-S03H为连接在杂环上。
密胺系高效减水剂是由三聚氰胺与甲醛发生反应生成多羟基三聚氰胺，再经过磺化剂磺化，酸性缩合，碱性重整等工艺获得。密胺系减水剂属于低引气性，无缓凝作用，减水效果与萘系相当。但是由于其生产成本较高，在应用上相对于萘系减水剂无明显的优势，所以在工程使用中很少用到。因此对如何降低密胺系减水剂的生产成本探索是拓宽其运用领域的主要难题。
(4) 脂肪族系高效减水剂，此类减水剂的构造特征是以具有憎水性的脂肪族烃类为主链，而亲水性的官能团-S03H、-COOH、-OH等基团与侧链相连。
脂肪族高效减水剂由于其原料成本较低，合成工艺简单，而其对混凝土的减水性能与萘系，三聚氰胺系高效减水剂不相上下，而且其引气量较低，不会引起过分泌水，对水泥的凝结时间几乎无影响，因此使其受到了更多的青睐。
(5) 其他减水剂，高效减水剂品种中除了以上介绍的几种外，还有有一类减水剂其构造通常较为繁杂，憎水性的主链可能带有脂肪烃，芳烃或脂环烃等。亲水性的官能团的种类与分布也较为复杂。木质素磺酸盐系减水剂就属于此类减水剂，也是较早使用的一种减水剂，但在应用中主要是与其他减水剂进行复配使用[5]。
1.1.3 减水剂的对混凝土性能的影响
（1）减水作用：顾名思义减水剂的主要作用就是减水作用，是指在保持水泥用水量不变的情况下，提高新拌混凝土的工作强度，增大其分散性，改善水泥的可泵性以及其它物理力学性能[6]。
掺入高效减水剂后，可以使水泥的水灰比明显下降，同时能够维持较好的流动特性。一般而言，高效减水剂比普通减水剂具备更高的减水性能，普通减水剂的减水率通常不会超过10％，而高效减水剂的减水率可达到20％～30％之间[7]。
（2）吸附和分散功能：目前认为减水剂的吸附和分散功能是使其能够产生减水作用的主要原因。通过对砼中水泥硬化历程的研究可以发现，水泥在加水拌和后，由于水泥成分中包含着带有不同点电荷的组分，由于正负电荷之间的的互相吸引导致混凝土产生絮凝结构，此外如果水泥微粒受到热运动致使微粒与微粒之间互相撞击，互相吸引也会导致絮凝结构的出现[8]。由于在絮凝结构中夹杂着大量的拌合水，导致用来提供水泥水化的水大量减少，所以新拌砼的分散性能受到了很大程度的影响，为此，在施工中为了使水泥能较好地水化，就必须在拌和时适当地增多用水量，但用水量的增多将致使水泥物理力学性能下降，而加入减水剂就是将这些富余的水分给释放出去，使之用于水泥的水化，从而达到在不改变砼物理力学特性的条件下，减少拌和水的用量的目的[9]。
（3）湿润和润滑作用：减水剂不但具有吸附分散功能外，还有湿润和润滑功能。水泥加水拌和后，水泥微粒表面被水所湿润，而这种湿润情形会很大程度的影响新拌砼的物理性质。湿润作用不但能使水泥微粒有效地分散开来，同时会增大水泥颗粒的水化面积，从而影响到水泥的水化速度。
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