一种水泥助磨剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水泥助磨剂及其制备方法。该水泥助磨剂特征在于是以聚亚烷基二醇马来酸酯类单体、羧酸类单体、烯丙基磺酸类单体等为原料，经过聚合反应合成的共聚物，再经加碱中和所得。反应式如下：式中Ｍ１，Ｍ２为Ｈ或Ｎａ＋；ＥＯ为氧化乙烯基；ＰＯ为氧化丙烯基；ａ，ｂ，ｃ表示相应单体单元的摩尔数，ａ∶ｂ∶ｃ＝１～３∶２～７∶０～５；ｎ，ｍ表示重复单元的摩尔数，为０～９９的整数，并且ｍ＞ｎ；Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３表示Ｈ或甲基。本发明专利技术具有生产工艺相对简单、反应条件容易控制、对生产设备要求较低的优点，并且生产过程不产生工业三废，小分子物质回收后可循环利用，既保证了经济效益，又无环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体地说是一种含羧酸基团的水泥助 磨剂及其制备方法。
技术介绍
在水泥工业生产中，为了提高粉磨效率、降低磨机功耗、提高水泥细度和质量，必 须在粉磨过程中添加少量物质——工艺外加剂。工艺外加剂是由一种或多种具有表面活性 的物质和其他化学助剂构成的，在水泥粉磨过程中它可以降低粉磨物质的表面能，克服物 料之间的吸引力，减小粉碎阻力，防止糊球糊磨，提高粉磨的流动性，从而降低磨机能耗，提 高粉磨效率。国外粉磨作业使用工艺外加剂已有50多年的历史。自从1930年Goddard以 树脂作为工艺外加剂在英国首先取得专利以来，先后被用作工艺外加剂的物质已达50余 种。目前采用工艺外加剂生产的水泥越来越多，在发达国家(如日本和美国)，工艺外加剂 的使用率大约在98%以上。在市场竞争日益激烈的今天，尤其是在水泥行业实施ISO标准后，如何提高水泥 的质量，同时降低水泥的成本，已成为各生产厂家的当务之急。为了降低能耗、节约能源、 提高粉磨效率，在粉磨过程中加入少量的工艺外加剂来改善粉磨效率是较为有效的方法之 一。在粉磨过程中加入少量工艺外加剂，可以在水泥的细度和磨机功率消耗相同的条件下 增加产量；也可以在水泥产量和磨机功率消耗相同的条件下增加水泥的比表面积，从而提 高水泥的强度和质量。因此，采用工艺外加剂是提高水泥粉磨效率、降低单位电耗的有效措 施，有很大的技术经济效益。我国在50年代，一些水泥厂曾利用纸浆废液、煤等作为水泥工艺外加剂。70年代， 不少水泥企业和研究部门对工艺外加剂开展了广泛的使用和研究工作。所采用的工艺外加 剂一般是化工厂的副产品或下脚料等。中国建材研究院研究了以尿素为主体，复合适量三 乙醇胺、低碳酸或一缩二乙二醇的N系列和以硫酸钠为主体，复合适量三乙醇胺、低碳酸或 一缩二乙二醇的S系列两种复合工艺外加剂，并已申请了专利，但都存在溶液稳定性不好， 易出现分层，产品的保存周期短等缺点。CN1847187A公开了一种聚羧酸水泥分散剂的制备方法，其主要用途是作为混凝土 减水剂在使用。该专利技术属于化工建材混凝土外加剂领域，没有涉及水泥粉磨作业的研究，其 在合成过程中直接使用聚氧化烯基醚单体和甲基丙烯酸单体共聚而成聚羧酸减水剂。CN1223981A公开了一种利用精萘、硫酸、甲醛和三乙醇胺以及环氧乙烷分步骤合 成水泥分散剂的方法，其主要用途是提高粉磨效率和增进水泥的强度。但该专利技术使用了硫 酸和甲醛以及易燃易爆的环氧乙烷，产品中含有不环保的物质甲醛，并且制造过程控制环 节多，共分五个步骤完成，过程控制难度大。CN101428984A公开了一种利用硫酸和环氧丙烷合成的醇酯型水泥助磨剂合成方 法，其主要用途是替代传统的三乙醇胺。但该专利技术是多种小分子物质的混合物，无法保证各 组分分布的稳定性，产品的稳定性不好。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对国内水泥助磨剂行业局限于使用三乙醇胺和小分子极性物 质复配技术，没有有效实现多种有机官能团的协同效应，并且产品易分层，性能不稳定，提 供一种侧链含羧酸基团和聚亚烷基氧化乙烯(氧化丙烯)醇醚基团的水泥助磨剂及其制备 方法。本专利技术生产工艺相对简单、反应条件容易控制、对生产设备要求较低，是一种具有低 掺量、高增强、高分散、适当引气性的含羧酸基团的多种官能团协同作用的水泥助磨剂。实现本专利技术目的的技术方案是一种含羧酸基团的水泥助磨剂，其特征在于它是由以下几种单体按一定比率进行 共聚反应制得的接枝共聚物，再经加碱中和所得的高聚物盐溶液，即用通式(1)表示的聚 亚烷基二醇马来酸酯类单体， (1)式中R1SH或甲基；EO为氧化乙烯基；PO为氧化丙烯基；m, η为氧化烯基的平均加成摩尔数，为0 99的整数，并且m > η ；及用通式(2)表示的羧酸类单体， (2)式中R2SH或甲基；M1S H 或Na+;和用通式(3)表示的烯基磺酸类单体， (3)式中R3SH或甲基；M2 为 H 或 Na+ ；经过聚合反应合成的共聚物，再经加碱中和所得的共聚物盐溶液，反应式如下 式中a，b，c表示相应单体单元的摩尔数，a b C = I 3 2 7 0 5; n, m表示重复单元的摩尔数，为0 99的整数，并且m > η ； R1, R2, R3表示H或甲基。一种含羧酸基团的水泥助磨剂的制备方法，包括以下具体步骤(1)配制引发剂溶液将过硫酸盐加水配成引发剂溶液，引发剂溶液的浓度为4. 0 20. 0% ；(2)制备聚亚烷基二醇马来酸酯类单体将聚亚烷基二醇单体和羧酸类单体加入到装有冷凝分流装置的反应器中，加入阻 聚剂、催化剂，搅拌，升温至100 130°C，反应5 10小时，通过减压蒸馏蒸除小分子物质 并回收，即得含有过量羧酸类单体的聚亚烷基二醇马来酸酯类单体；其中，加入聚亚烷基二 醇单体与羧酸类单体的物质的量比为1 1.0 6.0;加入催化剂量为所加单体总重量的 1 10% ；加入阻聚剂量为单体总重量的0. 1 2. 5% ；(3)配制单体溶液将聚亚烷基二醇马来酸酯类单体、羧酸类单体和烯基磺酸类单体的混合物加水配 成水溶液体系，单体溶液的浓度为20. 0 70. 0% ；(4)自由基溶液聚合在反应器内加入单体总重量1. 0 2. 5倍的水为分散介质，搅拌，升温到60 98°C，加入单体溶液和引发剂溶液，引发剂加入量为单体总重量的3 20%，单体在0 5 小时内完全投入，引发剂在2 6小时完全投入；，反应3 8小时，降温；(5)中和将所得共聚物加碱中和至pH = 6. 5 8，即得共聚物盐溶液。其中，步骤(2)所述聚亚烷基二醇单体可选用不同分子量的聚乙二醇、甲氧基聚 乙二醇中的一种或两种以上的混合物；所述羧酸类单体选用丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐 中的一种或两种以上的混合物；所述催化剂选用浓硫酸、对甲苯磺酸中的一种或混合物； 所述阻聚剂选用吩噻嗪、对苯二酚、对甲氧基苯酚、对苯醌中的一种或两种以上的混合物。步骤(3)所述聚亚烷基二醇马来酸酯类单体选用不同分子量的聚氧化乙烯(氧化 丙烯)马来酸酯、甲氧基聚氧化乙烯(氧化丙烯)马来酸酯中的一种或两种以上的混合物； 所述羧酸类单体选用丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐中的一种或两种以上的混合物；所述烯基磺酸类单体选用烯丙基磺酸盐、甲代烯丙基磺酸盐中的一种或两种以上的混合物。步骤(4)所述引发剂选用过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水中的一种或两种 以上的混合物。步骤(5)所述中和碱选用溶液浓度为30%的液碱或氨水中的一种或混合物。上述一种含羧酸基团的水泥助磨剂的制备方法，可选用不同分子量的聚亚烷基二 醇马来酸酯类单体分别或同时与羧酸类单体和烯丙基磺酸类单体共聚，合成的产品可以单 独或复配使用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和效果本专利技术是一种具有低掺量、高增强、高分散、适当引气性的含羧酸基团的水泥助磨 剂，实现了多种官能团有机结合，共同发挥协同作用。具有生产工艺相对简单、反应条件容 易控制、对生产设备要求较低的优点，并且生产过程不产生工业三废，小分子物质回收后可 循环利用，既保证了经济效益，又无环境污染。本专利技术制得的含羧酸基团的水泥助磨剂(20%固含量)掺量为水泥质量的0. 05% 时，在相同的粉磨时间(以不加助磨剂粉磨比表面积至350士 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥助磨剂，其特征在于它是由以下几种单体按一定比率进行共聚反应制得的接枝共聚物，再经加碱中和所得的高聚物盐溶液，即用通式（１）表示的聚亚烷基二醇马来酸酯类单体，　　ＯＨ－＊－ＣＨ＝ＣＨ－＊－（ＥＯ）ｍ－（ＰＯ）ｎ－Ｒ↓［１］　（１）式中Ｒ↓［１］为Ｈ或甲基；　　ＥＯ为氧化乙烯基；　　ＰＯ为氧化丙烯基；　　ｍ，ｎ为氧化烯基的平均加成摩尔数，为０～９９的整数，并且ｍ＞ｎ；　　及用通式（２）表示的羧酸类单体，　　ＣＨ↓［２］＝＊－＊－Ｏ－Ｍ↓［１］　（２）　　式中Ｒ↓［２］为Ｈ或甲基；　　Ｍ↓［１］为Ｈ或Ｎａ↑［＋］；　　和用通式（３）表示的烯基磺酸类单体，　　ＣＨ↓［２］＝＊－＊－Ｏ－Ｍ↓［２］　（３）　　式中Ｒ↓［３］为Ｈ或甲基；　　Ｍ↓［２］为Ｈ或Ｎａ↑［＋］；　　经过聚合反应合成的共聚物，再经加碱中和所得的共聚物盐溶液，反应式如下：　　＊＊＊　　式中ａ，ｂ，ｃ表示相应单体单元的摩尔数，ａ∶ｂ∶ｃ＝１～３∶２～７∶０～５；　　ｎ，ｍ表示重复单元的摩尔数，为０～９９的整数，并且ｍ＞ｎ；　　Ｒ↓［１］，Ｒ↓［２］，Ｒ↓［３］表示Ｈ或甲基。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正华，刘珩，
申请(专利权)人：铜陵市绿源复合材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]