聚羧酸减水剂聚醚大单体工艺技术简析
当今世界主要建筑材料混凝土的性能指标深受减水剂的影响。聚羧酸减水剂是当今常用的新一代减水剂,大规模用于铁路、铁路运输和其他建筑混凝土。近年来,作为生产聚羧酸减水剂所需的原料载体,聚羧酸减水剂聚醚巨型单体不仅在中国,而且在世界范围内得到了迅速研究,成为减水剂研究和应用的主流。研究方向主要体现在合成大单体的结构和合成工艺条件上。
1聚羧酸减水剂单体种类
随着经济社会的发展,国内聚碳酸酯减水剂合成用聚酯大体积体从聚乙二醇单甲醚(MPEG)发展到现在的丙烯聚氧乙烯醚(APEG)、二戊烯聚氧乙烯醚(TPEG)和甲基丙烯酸聚氧乙烯醚(HPEG)。其中TPEG和HPEG是
MPEG合成减水剂一般包含聚合、酯化两个部分,MPEG未完全酯化,产品中残留的MPEG对减水剂的应用性能影响很大,产品质量不稳定。
APEG合成减水剂与引发剂单体溶液聚合后制备。但是APEG聚合活性不好,与MPEG单体相似的残留量较多,减水剂性能不稳定,目前产量逐年下降。
TPEG和HPEG合成减水剂已成为国内市场的主流品种,其聚合活性好,同时水分减少率好,工艺技术已经非常成熟。
2聚羧酸减水剂生产工艺
聚醚大型单体生产工艺经过近百年的发展,已经成为一项比较成熟的工艺技术。该工艺是指以环氧乙烷(EO)为原料,在各种引发剂(如分子内含有活泼氢的乙二醇、脂肪醇等)和催化剂作用下发生加成聚合反应,生产各种规格的聚酯大型单体产品。这些生产过程的特点主要包括氮的置换、供应、预反应、反应、熟性、脱辉、排放、洗涤(可选)等阶段。反应为强烈的放热反应(反应热约为2140kJ/kgEO)。反应间歇、产品粘度大、易堵塞;4反应原料含有环氧乙烷(EO)气体(易燃易爆及毒性),一旦泄露,很容易发生火灾和爆炸引起的重大安全事故。
根据该生产工艺的特点,生产技术也不断改进,经历了传统搅拌工艺、喷雾生产工艺、循环喷射机生产工艺。
2.1传统搅拌反应器
在传统搅拌反应器中,液相EO被输送到罐底分配器鼓泡器中,在搅拌器的作用下与引发剂反应,反应热被冷却夹克和内部冷却线圈去除。传统搅拌反应器有比较明显的缺点。不反应的液态乙烯有可能积聚在罐子里。反应开始后会发生剧烈的发热,温度和压力急剧上升,设备爆炸。反应器顶部积累了不多反应的气相环氧乙烷,与搅拌器的旋转部分接触,自聚合或旋转部件会产生静电或火花,从而造成危险。物质之间的接触是在环氧乙烷进入罐内汽化滚筒时进行的,因此反应材料和催化剂之间的接触不均匀,从而产生不反应物。反应速度低,材料在高温下停留时间长,产品色泽加深。因此,国内新建项目一般不使用传统混合式反应器。
2.2气液接触雾化反应器
意大利Press开发的气液接触反应器使用雾材料(液相)分散在EO气象中。
该反应器的特点是:1反应器中没有接触EO气象的旋转部件,防止形成静电,循环材料中EO含量低,操作非常安全。
环材料与雾和环氧乙烷气体形成接触,反应速度快,每立方米反应器E0消耗率为1200kg/h,同时产生的副作用小,产品质量高。
在含有惰性气体的气象中仍有较高的反应速度,环氧乙烷和惰性气体之间没有分层的可能性,操作处于爆炸极限之外。
产品分子量分布范围小,有利于质量控制。
其工艺技术和设备已全部国产化。