一种水泥助磨剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥助磨剂的制备方法，包括包括多胺类单体、不饱和羧酸酯、稀释剂、胺基聚醚、环氧烷烃按照一定摩尔比例，在适当条件下聚合而成。本发明专利技术提供了一种制备方法简单、结构可调性强、助磨效果好、存储稳定性高的助磨剂。

A preparation method of cement grinding aid

【技术实现步骤摘要】
一种水泥助磨剂的制备方法
本专利技术涉及一种助磨剂的制备方法，具体为一种水泥助磨剂的制备方法，属于水泥的生产技术应用领域。
技术介绍
我国是水泥生产和消费大国，年产水泥22亿吨左右，水泥生产耗电量占国内年发电量的9％左右，属于高能耗行业。水泥生产过程包括生料的粉磨、熟料的煅烧和水泥的粉磨等三个阶段，生产一吨水泥需要消耗57kWh左右的电能，粉磨过程占总体能耗的50％～70％。优化粉磨设备或粉磨工艺是降低水泥生产能耗的最有效的措施之一，由于粉磨设备的改进周期长、投资成本大，目前提高粉磨效率的主要措施是在粉磨过程中引入助磨剂。助磨剂在水泥生产过程中的作用可以归为助磨和增强两种作用[欧阳克连，醇胺类助磨剂助磨效果的评价及其对A矿水化的影响[D]：广州，2010]。助磨剂能够在水泥粉磨过程中吸附于颗粒表面，导致颗粒表面的特性发生改变，削弱颗粒强度和防止颗粒粉磨过程中团聚，优化水泥颗粒的粒径分布，同时提高水泥的粉磨效率。此外，助磨剂能够影响水泥的水化进程，促进水泥矿物的水化或者激发混合材的潜在活性，从而提高混凝土或者砂浆的强度。目前商品化的水泥助磨剂主要通过有机胺类、多元醇或者聚醚多元醇、制糖废液、木质素磺酸盐和无机盐等中的一种或者几种复配而成。其中常用的有机胺类单体有二乙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺、一乙醇二异丙醇胺以及多胺类单体的乙氧基化产物等，是助磨剂中的主要助磨成分；其他复配原料起到辅助助磨作用，同时能有效的降低助磨剂的成本。专利CN105271876B、CN108147699A、CN108147692A、CN101314533B等报道了以一定比例复配合成水泥助磨剂的方法。水泥助磨剂还有一类属于高分子聚合物，以不饱和有机胺类、不饱和羧酸盐、不饱和羧酸酯以及不饱和酰胺类单体等为聚合单体，通过自由基聚合反应，将羧酸基团、醇胺基团、羧酸酯基团、酰胺基团、聚醚多元醇基团等以化学键键合在一起。相对于简单的小分子复配，通过自由基聚合合成的水泥助磨剂，在应用过程中同样表现出优异的助磨性能和强度提升效果。专利CN102653460B、CN102134300B、CN105669909B、CN103819623B、CN103193936B等报道了这类通过自由基聚合合成的水泥助磨剂。上述研究工作表明，无论是使用小分子单体复配，还是通过自由基聚合方式合成的水泥助磨剂，均在水泥粉磨过程中表现出良好的助磨效果。然而小分子复配的助磨剂各组分之间的相容性有差别，存在相分离或者结晶析出的存储稳定性问题。对于通过自由基聚合合成的水泥助磨剂来说，各聚合单体的聚合活性差别明显，特别是水溶性差的聚合单体聚合活性更低，容易导致聚合效率下降或者使用效果变差的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种水泥助磨剂的制备方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的，一种水泥助磨剂的制备方法，包括以下步骤：(1)胺基聚醚的制备：包括多胺类单体、不饱和羧酸酯和稀释剂，所述多胺类单体与不饱和羧酸酯之间的反应，多胺类：不饱和羧酸酯的摩尔比＝(1.0～1.2)：1，稀释剂用量为不饱和羧酸酯质量的30％～60％，所述多胺类单体与不饱和羧酸酯的反应，反应温度为0～40℃之间，反应压力为常压，反应时间为5～10h；(2)助磨剂的制备：包括胺基聚醚、环氧烷烃，所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应，环氧烷烃用量为胺基聚醚结构中胺基上N-H的摩尔量，胺基聚醚与环氧烷烃的反应，反应温度为30～50℃之间，反应压力为自身产生的压力，反应时间为1～7h，所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应结束后，醋酸中和至pH＝7，在80～100℃和-0.1MPa压力条件下，减压蒸馏出反应体系中的稀释剂回收重复使用，加水稀释至40％～50％固含，得到目标助磨剂。优选地，步骤(1)中所述胺基聚醚的其中一种结构式如下式(1)所示：其中，R1和R2为氢、甲基中的一种，m代表环氧乙烷结构单元数，为4～120之间的整数，n代表环氧丙烷结构单元数，为环氧乙烷结构单元数的0％～30％，为大于或等于0的整数，所述胺基聚醚是多胺类单体与不饱和羧酸酯的反应产物，是多胺类单体结构中的伯胺基基团与不饱和羧酸酯的双键发生加成反应，得到胺基聚醚，反应过程为不饱和羧酸酯和稀释剂打底，在搅拌条件下，向其中逐渐加入多胺类单体。优选地，步骤(1)中所述多胺类单体，为乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、环己胺、1,2-环己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、多乙烯多胺等商品化的胺类单体中的一种。优选地，步骤(1)中所述不饱和羧酸酯，结构式如下式(2)所示，主要是指聚乙二醇单丙烯酸酯或者甲氧基聚醚丙烯酸酯，结构中的环氧乙烷结构单元和环氧丙烷结构单元可以是无规共聚或者嵌段共聚，不饱和羧酸酯分子量在200～8000之间，优选地分子量在200～5000之间，其中，m代表环氧乙烷结构单元数，为4～120之间的整数，n代表环氧丙烷结构单元数，为环氧乙烷结构单元数的0％～30％，为大于或等于0的整数。优选地，步骤(1)所述稀释剂，主要作用在于溶解不饱和羧酸酯，解决不饱和羧酸酯的室温固化问题，包括乙二醇二甲醚、乙二醇甲乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇甲乙醚等中的一种。优选地，步骤(2)所述助磨剂的其中一种结构如下式(3)所示：其中，R1和R2为氢、甲基中的一种，R3为氢、甲基、羟甲基、氯甲基、异丙基、丁基、苯氧基等中的一种，m代表环氧乙烷结构单元数，为4～120之间的整数，n代表环氧丙烷结构单元数，为环氧乙烷结构单元数的0％～30％，为大于或等于0的整数。优选地，步骤(2)所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应，为胺基聚醚胺基上的N-H与环氧烷烃发生开环反应，反应过程为胺基聚醚打底，在搅拌条件下，向其中逐渐加入环氧烷烃。优选地，步骤(2)所述环氧烷烃，包括环氧乙烷、环氧丙烷、缩水甘油、环氧氯丙烷、异丙基环氧乙烷、丁基环氧乙烷、环氧丙基苯基醚、氧化苯乙烯等中的一种或者几种的混合物。有益效果(1)通过简单的有机合成反应制备出含有醇胺基团、羧酸酯基团和聚醚多元醇基团的助磨剂，避免了小分子复配容易出现的相分离或者盐析出等存储稳定性问题，同时也避免了单体聚合活性差异导致的聚合效果不佳的问题；(2)本专利技术中所述助磨剂的结构可调性强，使用不同的环氧烷烃参与助磨剂的合成，能够在胺基和聚醚多元醇链段两个方面对助磨剂的结构进行调整，优化助磨剂的构效关系，提升助磨剂的助磨和水泥各龄期强度的效果。具体实施方式下面通过实例详细地描述本专利技术，这些实例仅仅是说明性的，不代表限制本专利技术的适用范围，根据本文的公开，本领域技术人员能在本专利技术范围内对试剂、催化剂和反应工艺条件进行改变。凡根据本专利技术精神实质所做的等效变化或者修改，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本专利技术中所有化学试剂均为市售工业级纯度产品，本专利技术实施例中pH值使用pH计检测，固含采用快速水分测定仪测定。...

【技术保护点】
1.一种水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)胺基聚醚的制备：包括多胺类单体、不饱和羧酸酯和稀释剂，所述多胺类单体与不饱和羧酸酯之间的反应，多胺类：不饱和羧酸酯的摩尔比＝(1.0～1.2)：1，稀释剂用量为不饱和羧酸酯质量的30％～60％，所述多胺类单体与不饱和羧酸酯的反应，反应温度为0～40℃之间，反应压力为常压，反应时间为5～10h；/n(2)助磨剂的制备：包括胺基聚醚、环氧烷烃，所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应，环氧烷烃用量为胺基聚醚结构中胺基上N-H的摩尔量，胺基聚醚与环氧烷烃的反应，反应温度为30～50℃之间，反应压力为自身产生的压力，反应时间为1～7h，所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应结束后，醋酸中和至pH＝7，在80～100℃和-0.1MPa压力条件下，减压蒸馏出反应体系中的稀释剂回收重复使用，加水稀释至40％～50％固含，得到目标助磨剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)胺基聚醚的制备：包括多胺类单体、不饱和羧酸酯和稀释剂，所述多胺类单体与不饱和羧酸酯之间的反应，多胺类：不饱和羧酸酯的摩尔比＝(1.0～1.2)：1，稀释剂用量为不饱和羧酸酯质量的30％～60％，所述多胺类单体与不饱和羧酸酯的反应，反应温度为0～40℃之间，反应压力为常压，反应时间为5～10h；
(2)助磨剂的制备：包括胺基聚醚、环氧烷烃，所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应，环氧烷烃用量为胺基聚醚结构中胺基上N-H的摩尔量，胺基聚醚与环氧烷烃的反应，反应温度为30～50℃之间，反应压力为自身产生的压力，反应时间为1～7h，所述胺基聚醚与环氧烷烃的反应结束后，醋酸中和至pH＝7，在80～100℃和-0.1MPa压力条件下，减压蒸馏出反应体系中的稀释剂回收重复使用，加水稀释至40％～50％固含，得到目标助磨剂。


2.根据权利要求1所述的一种水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述胺基聚醚的其中一种结构式如下式(1)所示：



其中，R1和R2为氢、甲基中的一种，m代表环氧乙烷结构单元数，为4～120之间的整数，n代表环氧丙烷结构单元数，为环氧乙烷结构单元数的0％～30％，为大于或等于0的整数，所述胺基聚醚是多胺类单体与不饱和羧酸酯的反应产物，是多胺类单体结构中的伯胺基基团与不饱和羧酸酯的双键发生加成反应，得到胺基聚醚，反应过程为不饱和羧酸酯和稀释剂打底，在搅拌条件下，向其中逐渐加入多胺类单体。


3.根据权利要求1所述的一种水泥助磨剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述多胺类单体，为乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、环己胺、1,2-环己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、多乙烯多胺等商品化的胺类单体中的一种。

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，牟忠江，范士敏，刘江，
申请(专利权)人：江苏金木土新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32