用氨水生产水泥助磨剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种以氨水，氧化丙烯及氧化乙烯为原料生产水泥助磨剂的方法，包括如下步骤：1）除去反应釜内氧气，向反应釜内加入浓度为25~60%氨水，再将氧化丙烯加入釜内，边加料边搅拌，氧化丙烯与氨的投料摩尔比为2：1～1：6；釜内压力控制在0.2～1.2Mpa，温度范围为20～60℃，从加氧化丙烯到反应完成用时0.5～2.5 h，未反应完的氨回收作为原料利用；2）向反应釜中加入氧化乙烯并搅拌，釜内压力控制在0.2～1.2Mpa，温度范围为20～120℃，氧化乙烯与氨的投料摩尔比为2：1～1：6，反应结束后将反应釜中残余的气体吹净即制得目标产品。本发明专利技术的优点是：工艺路线易于实现，产品不需分离提纯或脱水，工艺成本低，目标产品对水泥各龄期强度的增长有显著的优势。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种水泥助磨剂的生产方法，特别是一种以氨水为主要原料，与氧化乙烯，氧化丙烯通过一系列反应生成主要由多元醇胺组成的液体水泥助磨剂的方法。

技术介绍

水泥助磨剂是一种在水泥粉磨过程中加入的助剂，具有改进水泥粉磨特性，提高水
泥性能的优点。水泥助磨剂主要以表面活性剂为主，或加入少量助剂混合而成。水泥助
磨剂一般是按配方将各种物料进行物理混合而成。
水泥助磨剂中的少量助剂主要是调节处理水泥的各项物化性能和改进水泥助磨剂对
粉磨工艺的适应能力。国内的水泥助磨剂有行业推荐标准JC/T667-2004“水泥助磨剂”、
美国材料试验协会有ASTMC465-1999“水泥制造用工艺外加剂”，都对用水泥助磨剂处
理后水泥的部分物化性能的影响范围加以限制，例如对水泥需水量和凝结时间的变化范
围进行限定，助剂可以使水泥应用水泥助磨剂后的物化指标变化范围符合标准的要求。
水泥助磨剂是既有助磨功能又有改进水泥质量的助磨剂，因此也被称为水泥质量改
进剂，它能降低水泥处理（包括粉磨和输送过程，主要是粉磨过程）过程的能耗，同时
能明显改善水泥质量，其主要是指提高水泥的强度。三乙醇胺和三异丙醇胺是水泥质量
改进剂中最重要的原料，也是水泥质量改进助磨剂中应用最多的原料。它们是助磨性能
优异的水泥助磨剂原料，同时，它们是改进水泥强度效果较好的原料。
三乙醇胺和三异丙醇胺是结构相类似的三链烷醇胺化合物，是典型的非离子表面活
性剂，亲水性和亲油性都较强，其在水泥颗粒表面的润湿能力较强，同时由于其三支链
的空间结构，导致其有较强分散性；二者的水溶液能在水泥颗粒的表面形成一极薄的液
膜，因而在使用过程中只需较小的掺量就能达到满意的分散效果，通常仅占水泥质量的
千分之一到万分之一。
三乙醇胺和三异丙醇胺虽然是结构相类似的三链烷醇胺化合物，但改进水泥质量的
性能却截然不同。三乙醇胺能提高水泥的一天抗压强度，能较好地提高粉磨效率，提高
水泥的流动性，改善输送效率，但对水泥三天以后，特别是二十八天及以后的强度没有
贡献，甚至会降低水泥的二十八天及以后强度。三异丙醇胺对水泥的七天，二十八天或
-1-以后强度都有较高的增长，但不能增加水泥的一天或七天以内的强度，甚至会降低水泥
的七天及以内强度。此外，二元醇胺也有类似的性质，如二乙醇胺，甲基二乙醇胺等具
有早强和助磨性能。
现有的主流水泥助磨剂多数是以上所说的化工原料为主要组成的配方体系，要保证
水泥助磨剂配方体系的质量，则要确保这些组成原料的高质量，这就导致这些化工原料
用于水泥添加剂时的成本较高。以三乙醇胺和三异丙醇胺为例，两者主要制造工艺是60～
90％氨水溶液和氧化烯烃为原料，采用连续法生产，其反应式如下(其中R为H，甲烷)：
NH3+RCHCH
2H2NCH2CHR
OOH
+CH2CHR
O
HN(CH2CHR)2
OH
+CH2CHR
O
N(CH2CHR)3
OH
+3nCH
2CHR
O
N(CH2CHR)3
(OCH2CHR)nOH
从以上反应可知，氨(NH
3
)与氧化烯烃反应过程中，会依次生成单羟烷基伯胺、二羟
烷基仲胺和三羟烷基仲胺，在实际生产过程中，通常会同时生成以上三种产物或其相邻
的二种产物。为调节某种产物的产量，通常会采取调整氨与氧化烯烃的投料比，使用催
化剂等工艺。
如以氧化乙烯与氨反应，生成一乙醇胺，二乙醇胺和三乙醇胺等组成的混合物。首先
-2-进行脱水脱氨，然后进行在不同的温度条件蒸馏分离出一乙醇胺，二乙醇胺和三乙醇胺，
其中用于蒸馏分离的能耗及设备的成本较高。
分离出的一乙醇胺也可继续与氧化乙烯进行反应，生成二乙醇胺与三乙醇胺的混合
物，然后进行蒸馏分离出二乙醇胺和三乙醇胺，分离出的二乙醇胺可继续与氧化乙烯进
行反应，生成目标产物三乙醇胺。
两种方案中都有蒸馏分离工艺，能耗及设备的成本导致三乙醇胺的成本较高。
三异丙醇胺的生产工艺与三乙醇胺相似，但二者的反应进程有较大的区别。氧化丙烯
与氨水的反应比氧化乙烯温和。
在氨与氧化乙烯等摩尔比投料的反应中，更易生成二乙醇胺和三乙醇胺，说明氧化乙
烯与胺的反应速度比其与氨的反应速度快。见下表1
表1氨/氧化乙烯摩尔比与各种乙醇胺生成量的关系
氨/氧化乙烯摩尔比
各种乙醇胺的相对生成量（摩尔分数）％
一乙醇胺二乙醇胺三乙醇胺
1061～7521～274～12
225～3138～5223～26
14～12～3765～69
0.55～87～1575～78
（注：摘自“精细有机合成化学与工艺学”）
氨与氧化烯烃的反应是氧化烯烃与氨及胺类亲核物质进行的开环加成反应，反应原
理与反应物质的空间效应和电子效应有关。
亲核试剂提供一对电子与底物碳原子成键，因此进攻基团给电子能力越强成键就越
快，其亲核性就越强，越有利于亲核反应进行，亲核试剂的给电子能力即电子效应。烷
基是给电子基团，它的存在会使得氨基氮原子上的电子云密度更大。所以体系中反应活
性大小顺序为：仲胺>伯胺>氨
空间结构影响一个基团的体积，也就是影响与反应物之间的相互作用，一般来说，
空间体积越大，反应越难进行。这种效应叫空间位阻效应。亲核试剂和反应物本身都存
在空间效应。对氧化烯烃来说，空间位阻效应的大小顺序为：氧化丙烯>氧化乙烯
对氨和胺来说，空间位阻效应的大小顺序为：仲胺>伯胺>氨
当电子效应与空间效应对反应的贡献不一致时，则反应由二者的综合效应决定。由
于氧化乙烯的空间位阻效应较氧化丙烯小，一乙醇胺和二乙醇胺的也较相应的一异丙醇
-3-胺和二异丙醇胺小，同时一乙醇胺和二乙醇胺的电子效应比相应的一异丙醇胺和二异丙
醇胺大，所以导致乙醇胺反应体系与异丙醇胺反应体系有区别。
一异丙醇胺与氨相比空间位阻效应更大，但电子效应大得多，因此一异丙醇胺合成
中不可避免会有少量二异丙醇胺产生；二异丙醇胺比一异丙醇胺饿电子效应大，空间效
应也大，在电子效应表面并不突出高的时候，空间效应占主要作用，因此三异丙醇胺的
生成量会很少，同时也说明从二异丙醇胺合成三异丙醇胺需要更苛刻的条件。
所以，在氨与氧化丙烯的反应体系中，一异丙醇胺是主要产物，二异丙醇胺是次要
产物，三异丙醇胺是更少的产物。
三异丙醇胺与三乙醇胺从工艺到原料都类似，所以成本都较高。

技术实现思路

本专利技术的目的是提供一种以氨水为主要原料，与氧化乙烯，氧化丙烯通过一系列反
应生成主要由多元醇胺组成的液体水泥助磨剂的方法，从而解决三乙醇胺和三异丙醇胺
等为主原料的水泥质量改进剂中一天，三天，二十八天强度不能同步增长的缺点，同时
降低了这类水泥助磨剂的成本，提高了质量控制的可靠性。
申请人通过研究发现，将三异丙醇胺中的部分羟丙基用羟乙基进行取代后的不对称
三羟烷基叔胺化合物，可在一定程度上保持三乙醇胺与三异丙醇胺的增强龄期特点，同
时大大降低三乙醇胺与三异丙醇胺的降低水泥抗压强度的弱点。
通过将这种不对称三羟烷基胺化合物或与三异丙醇胺按一定量配合使用，也可以在
很大程度上本文档来自技高网...

【技术保护点】
用氨水生产水泥助磨剂的方法，其特征在于包括如下步骤：1）将反应釜减压至‑0.098Mpa，向釜内加入浓度为25~60%氨水，再将氧化丙烯加入釜内，边加边搅拌，氧化丙烯与氨的投料摩尔比为2：1～1：6，釜内压力控制在0.2～1.2Mpa，温度范围为20～60℃，从开始加氧化丙烯到反应完成耗时0.5~2.5h； 2）向反应釜中加入氧化乙烯，并进行搅拌，釜内压力控制在0.2～1.2Mpa，温度范围为20～120℃，从开始加氧化乙烯到反应完成耗时1.0～3.0h，氧化乙烯与氨的投料摩尔比为2：1~1：6，反应结束后将反应釜中残余的气体吹净即制得目标产品。

【技术特征摘要】
1.用氨水生产水泥助磨剂的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将反应釜减压至-0.098Mpa，向釜内加入浓度为25~60%氨水，再将氧化丙烯加入釜内，边加边搅拌，氧化丙烯与氨的投料摩尔比为2：1～1：6，釜内压力控制在0.2～1.2Mpa，温度范围为20～60℃，从开始加氧化丙烯到反应完成耗时0.5~2.5h；
2）向反应釜中加入氧化乙烯，并进行搅拌，釜内压力控制在0.2～1.2Mpa，温度范围为20～120℃，从开始加氧化乙烯到反应完成耗时1.0～3.0h，氧化乙烯与氨的投料摩尔比为2：1~1：6，反应结束后将反应釜中残余的气体吹净即制得目标产品。
2.如权利要求1所述用氨水生产水泥助磨剂的方法，其特征在于将步骤2）制得的目标产品加入其它助剂及水进行混合。
3.如权利要求1或2所述氨水生产水泥助磨剂的方法，其特征在于步骤1）中氧化丙烯的加入量和步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建华，
申请(专利权)人：杨建华，
类型：发明
国别省市：江苏;32