摘要： 通过单因素法对磺化过程涉及的磺化时间、磺化温度和磺化酸度进行优化研究，得到最佳合成条件，从而有效提高了萘系高效减水剂的分散性能。
关键词： 磺化；优化参数；性能；提高
高效减水剂是当前国内建筑行业普遍采用的一种高效减水剂，尤其是萘系高效减水剂在高性能混凝土的配制过程中，更是广泛采用的重要组分之一。它的基本合成原料主要是工业萘、浓硫酸、甲醛和液碱等，合成工艺主要涉及4 个基本反应步骤：磺化反应，水解反应，缩合反应和中和反应[2]。合成试验流程如图1 所示。
其中磺化反应一般采用浓硫酸或发烟硫酸作为磺化剂。磺化的目的是取代芳香核上的氢而形成磺酸基（－SO3H），磺化后，在萘核上原来直接与碳原子相连的一个氢原子被磺酸基所取代而形成萘磺酸。在萘分子中有两个苯环相连，α位电子云密度更大些，也比较活泼。萘的磺化是可逆反应，且磺酸基进入的位置与外界条件有关。在较低温度下（120℃以下）磺化时易生成α— 萘磺酸，而在较高温度磺化时，主要生成β— 萘磺酸。由于β位不易磺化，故在高温下磺化所生成的β－萘磺酸就较稳定。
由试验流程和所发生的反应可以看出磺化过程对于最终产物的合成有至关重要的影响， 因此对于磺化进行试验研究，找到最佳的反应条件，具有重要意义。
1 原材料与试验方法、仪器
1. 1 试验原材料
萘（ 工业品）纯度约为97.6%；浓硫酸（ 工业品）浓度约为97%；甲醛（ 分析纯）浓度为37%—40%；氢氧化钠（工业品）浓度约为33%；氢氧化钠（ 分析纯）为粉剂；水（ 自来水）；秦岭P.O42.5 R 水泥。
1.2 试验仪器、设备
强力搅拌机、恒温蜡浴、三口瓶、冷凝管、温度计、恒温水浴箱、酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、托盘天平、分析天平、水泥净浆搅拌机、截锥圆模等。
1.3 试验方案
在初步试验基础上，对萘系高效减水剂的基本合成工艺参数按照单因素法进行优化，找出影响产品性能的显著因素，确定其最佳合成工艺参数。在合成中涉及的因素分别是：加硫酸温度(T1)，萘与硫酸的摩尔比(N/S)，磺化温度（ T2），磺化时间（ t1）， 磺化酸度（ S1），水解时加水量(N/W1)，水解时间(t2)， 水解后酸度（ S2），萘与甲醛的比例（ N/F）， 滴加甲醛的温度（ T3）， 滴加甲醛的时间(t3)， 缩合温度(T4)， 缩合时间(t4)，缩合加水量(N/W2)。但是在单因素试验中研究的3 个因素为磺化温度（ T2），磺化时间（ t1）， 磺化酸度（ S1），其余因素均固定不变。
按照GB 8077-87 《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水泥净浆流动度，w/c=0.29。水泥600 kg，水174 mL。
2 实验研究
2. 1 磺化温度对萘系高效减水剂性能的影响
磺化温度（ T2）选取4 组，分别为155—160、160—165、165—170、170—175 ℃。其他试验条件为：于80 ℃熔萘，在155 ℃下滴加硫酸约0.5 h，N/S 为1∶1.36，磺化3 h 后，降温至120 ℃时加水水解约1 h，N/W1 为1∶3.5，然后降温至85 ℃进行滴加甲醛约3 h，N/F 为1∶0.9，滴完后在100—105 ℃左右恒温6 h，缩合加水量N/W2 为1∶1.5。
由图2 水泥净浆流动度对比试验可知，最佳磺化温度为160—165 ℃。原因主要是温度低于160 ℃时，α－萘磺酸生成比例相应提高；高于165 ℃后，就易生成萘二磺酸等磺化产物，此两种产物都不利于后期缩合的进行，从而影响产品的性能[3]。
2. 2 磺化时间对萘系高效减水剂性能的影响
磺化时间（ t1）选取4 个，分别为3、2.5、2、1.5 h。其他试验条件为：于80 ℃熔萘，在155 ℃下滴加硫酸约0.5 h，N/S 为1∶1.36，在160—165 ℃磺化，降温至120 ℃时水解1 h，N/W1 为1∶3.5，然后在85 ℃滴加甲醛约3 h，N/F 为1∶0.9，滴完后在100—105 ℃左右恒温6 h，缩合加水量N/W2 为1∶1.5。
由图3 水泥净浆流动度试验可知，随着磺化时间的延长，水泥净浆流动度越好。但超过2 h 以后，磺化时间增加虽然会使减水剂产品性能有所提高，但并不明显。而反应时间过长，则降低了生产效率，也易生成萘二磺酸等异构物，因此，选择最佳磺化时间为2 h。
2. 3 磺化酸度对萘系高效减水剂性能的影响
选取3 个磺化酸度（ S1），分别为33%、31%、29%。
其他试验条件为：于80 ℃熔萘，在155 ℃下滴加浓硫酸约0.5 h，N/S 为1∶1.36，在160—165 ℃下磺化2 h，降温至120 ℃水解1 h，N/W1 为1∶3.5，然后在85 ℃下滴加甲醛3 h，N/F 为1∶0.9，滴完后在100—105 ℃左右恒温6 h，缩合时加水量N/W2 为1∶1.5。
由图4 可知，磺化后的酸度严重影响着萘系高效减水剂产品的性能。酸度的大小反应了萘的磺化程度，酸度高，磺化充分，β- 萘磺酸的产率高，后期缩合质量好；酸度低，磺化不充分，磺化物中有不溶解于水的油状物，影响后期缩合质量。因此，磺化酸度在31%—33%时所得的减水剂产品性能较好。
3 结论
由上述试验可以看出，磺化过程控制的好，可以有效提高萘系高效减水剂的分散性能。磺化温度为160—165 ℃，磺化时间为2 h，磺化酸度在31%—33%时所得的减水剂产品性能最好。
