2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法、应用及水泥添加剂技术

本发明专利技术公开了2,5‑二甲基哌嗪衍生物在作为水泥添加剂中的应用。本申请中，2,5‑二甲基哌嗪衍生物具有既可以单独使用，也可以与其它种类的水泥添加剂制作成水泥复合添加剂等优点，具有较强的协同效应，可以发挥各种水泥添加剂的优势，最大限度地降低水泥添加剂的用量，以及提高水泥制品的质量。在掺量不变的情况下，本发明专利技术水泥添加剂与羟烷基胺相比，可提高水泥的早期强度，由此可有效地提高水泥制品的施工效率。本申请还公开了2,5‑二甲基哌嗪衍生物的制备方法。该制备方法具有流程减化的优势。在本申请中，还公开了使用上述方法制备的2,5‑二甲基哌嗪衍生物所形成的水泥添加剂。该水泥添加剂可有效地提高水泥制品的施工效率。

Preparation, application and cement additives of 2,5- two methyl piperazine derivatives

The invention discloses the application of 2,5 two methyl piperazine derivative as a cement additive. In this application, 2,5_dimethylpiperazine derivatives have the advantages of being either used alone or made into cement composite additives with other kinds of cement additives. They have strong synergistic effects and can play the advantages of various cement additives, minimize the dosage of cement additives and increase water content. The quality of clay products. Compared with hydroxyalkylamine, the cement additive of the invention can improve the early strength of the cement under the condition of constant dosage, thereby effectively improving the construction efficiency of the cement products. The invention also discloses a preparation method of 2,5 two methyl piperazine derivative. The preparation method has the advantage of reducing process. In the present application, cement additives formed from 2,5_dimethylpiperazine derivatives prepared by the above method are also disclosed. The cement additive can effectively improve the construction efficiency of cement products.

【技术实现步骤摘要】
2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法、应用及水泥添加剂
本专利技术属于化工领域，具体涉及2,5-二甲基哌嗪衍生物作为水泥添加剂的应用以及2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法，以及包含采用上述制备方法所制备的水泥添加剂。
技术介绍
水泥添加剂是一种改善水泥粉磨效果和性能的化学添加剂，是由一种或几种表面活性物质组成。不仅可以显著提高水泥台时产量、各龄期水泥强度，改善其流动性，还能够大幅度降低粉磨过程中形成的静电吸附包球现象，并可以降低粉磨过程中形成的超细颗粒的再次聚结趋势。同时，在降低能耗和生产成本等方面都有着十分重要的作用。目前，市面上大量使用的液体助磨剂多是醇胺类、醇类等化工原料的单一或复配产品，虽具有较好的助磨效果，但其价格成本高，性能稳定性差，普适性不高。由于该类助磨剂都存在一些局限性，所以通过合成反应，将目标官能团自由组装嫁接到主分子骨架上直接进行末端改性和修饰，使其具有明显的优势。如可以通过其表面活性的分散性能和功能基团同时达到助磨分散和水化诱导作用；如增加各种极性基团，增强了助磨剂对细颗粒吸附能力；调整各亲水、亲油等功能基团的比例，可使聚合物兼有减水、引气等功能；增加螯合基团，使聚合物拥有与金属离子螯合的能力，诱导水泥水化，突出助磨剂增强能力；扩大空间位阻基团，可直接减缓水泥细颗粒的团聚趋势，具有更优秀的助磨性能。哌嗪的两个氮端易与其它官能团发生化学反应，哌嗪的胺基氢被长链烷基或烷氧基取代的衍生物，可以作润湿剂、乳化剂、分散剂和清洁剂。如N,N’-二羟基哌嗪与各种脂肪酸的单酯可作为改进脂肪酸皂抗硬水性能的添加剂；N,N’-二羟基哌嗪的单酯和单醚可用作润肤剂的乳化剂。目前上述的2,5-二甲基哌嗪衍生物均采用间接合成的方式进行生产，流程较长，过程控制较难。
技术实现思路
本专利技术的目的首先在于将2,5-二甲基哌嗪衍生物作为添加剂应用到水泥行业，以扩大添加剂的品种，使在选择添加剂时具有更大的选择范围，本申请的技术方案是：2,5-二甲基哌嗪衍生物在作为水泥添加剂中的应用。在作为水泥添加剂时，2,5-二甲基哌嗪衍生物在水泥中的掺量优选为水泥质量的0.001～0.1％。进一步地优选，2,5-二甲基哌嗪衍生物在水泥中的掺量为水泥质量的0.02～0.04％。本申请中，2,5-二甲基哌嗪衍生物具有既可以单独使用，也可以与其它种类的水泥添加剂制作成水泥复合添加剂等优点，具有较强的协同效应，可以发挥各种水泥添加剂的优势，最大限度地降低水泥添加剂的用量，以及提高水泥制品的质量。在掺量不变的情况下，本专利技术水泥添加剂与羟烷基胺相比，可提高水泥的早期强度，由此可有效地提高水泥制品的施工效率。具体地，2,5-二甲基哌嗪衍生物具有式(I)的结构：R1为选自氢、羟乙基、羟丙基；R2为选自氢、羟乙基、羟丙基。优选地，2,5-二甲基哌嗪衍生物为1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪或1,4-二(2-羟丙基)-2,5-二甲基哌嗪。1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪、1,4-二(2-羟丙基)-2,5-二甲基哌嗪是2,5-二甲基哌嗪衍生物上的胺基氢被烷氧基进一步取代的一类衍生物，该衍生物具备添加剂的使用性能，是一种助磨效果优良、成本低廉、产品性能稳定、有效掺量低、混合材适应性高的新型添加剂。为简化2,5-二甲基哌嗪衍生物的生产流程，本专利技术的另一目的是提供一种2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法，该制备方法采用如下步骤：(1)将2,5-二甲基哌嗪投入反应釜中，抽真空并向釜中通入惰性气体，使釜内压力维持在-0.04～-0.06Mpa下，对反应釜内的空气进行置换；(2)关真空并封闭反应釜，向反应釜中连续加入环氧烷烃，搅拌，进行反应；(3)通入惰性气体维持反应釜内的压力为0.1～0.5Mpa，待釜内压力稳定后，制得2,5-二甲基哌嗪衍生物；2,5-二甲基哌嗪与环氧烷烃的投料摩尔比为1：1.8～2.5；当环氧烷烃为环氧丙烷时，2,5-二甲基哌嗪衍生物为1,4-二(2-羟丙基)-2,5-二甲基哌嗪；当环氧烷烃为环氧乙烷时，2,5-二甲基哌嗪衍生物为1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪。所述惰性气体优选为氮气、氩气或氦气中的至少一种。本专利技术中采用2,5-二甲基哌嗪和环氧烷烃为起始原料，经烷氧化“一步法”反应制得目标产物，整个反应过程中，工艺简单，生产过程环保。在利用环氧丙烷生产1,4-二(2-羟丙基)-2,5-二甲基哌嗪时，所生成的产品纯度在93％以上，产率可稳定在95％以上。在利用环氧乙烷生产1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪时，产率可稳定在92％以上。为避免反应釜内的余量空气对反应造成不良影响，在步骤(1)中，在反应釜内，惰性气体对空气的置换时间为10～30min。优选地，环氧丙烷的添加速度为2,5-二甲基哌嗪添加总量5～25％/15min，且控制在45g/15min～80g/15min。适当的环氧丙烷进料速度同样可使反应物中的有效成分充分接触和完全反应。在添加环氧丙烷的过程中，添加速度过快，会导致反应过快，副反应增加，添加速度太慢，使生产时间延长，生产效率降低，在上述的反应条件下，可在保证反应顺利进行的同时，最大限度地提高生产效率。进一步，步骤(2)中，在通入环氧烷烃前首先对反应釜抽真空，使釜内压力达到-0.06～-0.1Mpa，然后再通入环氧烷烃。采用负压下进行预反应，不仅节能环保，还可以降低反应釜内有机性挥发物沸点，有利于传质效果的增加。因此，可提高目标产物的收率，减少副反应发生的机会。优选地，搅拌的速度为150～500r/min。适当的搅拌速度可以使反应物中的有效成分充分接触和完全反应，在该搅拌速度下，能够使环氧烷烃和2,5-二甲基哌嗪能够充分地混合，使反应能够顺利地进行。具体地，步骤(2)中，当环氧烷烃为环氧丙烷时，反应温度为50～75℃，反应时间为2～4h；当环氧烷烃为环氧乙烷时，反应温度为40～60℃，反应时间为2～4h。在上述反应条件下，能够使物料的反应平稳进行，保证物料的有效反应，减少副反应。进一步，当环氧烷烃为环氧乙烷时，在步骤(1)中，还加入有水化催化剂，该水化催化剂和2,5-二甲基哌嗪一同投入到反应釜中；所述水化催化剂为去离子水，或去离子水与甲醇、乙醇、异丙醇中的任一种按体积比1:1的混合物；添加水化催化剂后，在步骤(3)中，待釜内压力稳定后，经抽真空脱除轻组分后得到1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪产物。其中的轻组分包括水和一些其它一些易挥发的化学组分。水是一种大极性的溶剂，当小极性的有机化合物加入到水中时，水会通过疏水作用把这些小极性的化合物挤压在一起，促进它们之间化学反应的进行。水也具有较大的介电常数和较大的比热容，可以吸收反应过程中释放出的过多热量，促使反应安全、平稳的进行；其次，水与醇的混合溶剂可加速反应速率，提高目标产物收率。相较于未添加水化催化剂，添加水化催化剂后，在利用环氧乙烷生产1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪时，产率差异不大，但产品的纯度可提高14％以上，稳定地保持在95％以上。具体地，水化催化剂的量为2,5-二甲基哌嗪与环氧乙烷两者的总投料质量的1％～5％。水与醇混合溶剂作为催化剂，用量越多，反应速度越快。国内作为催化剂的水在生产过程中要与产品进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.2,5‑二甲基哌嗪衍生物在作为水泥添加剂中的应用。

【技术特征摘要】
1.2,5-二甲基哌嗪衍生物在作为水泥添加剂中的应用。2.根据权利要求1所述的2,5-二甲基哌嗪衍生物的应用，其特征在于，2,5-二甲基哌嗪衍生物在水泥中的掺量为水泥质量的0.001～0.1％。3.根据权利要求1-2所述的任一项2,5-二甲基哌嗪衍生物的应用，其特征在于，所述2,5-二甲基哌嗪衍生物具有式(I)的结构：R1为选自氢、羟乙基、羟丙基；R2为选自氢、羟乙基、羟丙基。4.权利要求3所述的2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：(1)将2,5-二甲基哌嗪投入反应釜中，抽真空并向釜中通入惰性气体，使釜内压力维持在-0.04～-0.06Mpa下，对反应釜内的空气进行置换；(2)关真空并封闭反应釜，向反应釜中连续加入环氧烷烃，搅拌，进行反应；(3)通入惰性气体维持反应釜内的压力为0.1～0.5Mpa，待釜内压力稳定后，制得2,5-二甲基哌嗪衍生物；2,5-二甲基哌嗪与环氧烷烃的投料摩尔比为1：1.8～2.5；当环氧烷烃为环氧丙烷时，2,5-二甲基哌嗪衍生物为1,4-二(2-羟丙基)-2,5-二甲基哌嗪；当环氧烷烃为环氧乙烷时，2,5-二甲基哌嗪衍生物为1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国华，杭建荣，陈云龙，张书，
申请(专利权)人：南京红宝丽醇胺化学有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32