CN101798198A - 一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥助磨剂技术领域，具体涉及以一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂及其制备方法，该助磨剂采用聚氧乙烯醚与不饱和羧酸进行酯化，然后将聚氧乙烯醚酯、烯丙基聚乙二醇、(甲基)烯丙基磺酸钠、多元醇及水共聚制备一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂。与现有聚羧酸复合水泥助磨剂相比，本发明采用高分子合成制备聚羧酸水泥活化助磨增强剂，是真正意义上的高分子合成水泥助磨剂，该聚羧酸水泥活化助磨增强剂无氯、性能稳定、助磨增强效果显著。当使用量为水泥质量的0.01～0.1％时，提高磨机台时产量10％～20％，水泥3天强度可增加2～6MPa，28天强度可增加4～8MPa，因而具有较好的市场前景和经济效益。

Description

一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥助磨剂，更具体地说，本发明涉及一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂及其制备方法，适用于水泥生产厂家提高水泥粉磨效果与改善水泥性能。
背景技术
为了提高磨机粉磨效率，降低单位能耗，降低水泥细度，提高水泥质量，在水泥粉磨过程中使用了水泥粉磨工艺外加剂即水泥助磨剂，这极大降低了粉磨时间和能量消耗。所述水泥助磨剂通常选自含有烷撑二醇的二元醇、胺或氨基醇类等通过简单复配制备的。目前，此类助磨剂已经不能完全满足市场多元化、高层次的需求，而且其性能也不稳定，随着石油等化工原材料的价格上涨，复配水泥助磨剂的价格也不断上涨。因此，合成有机高分子水泥助磨剂就势在必行。
聚羧酸盐类水泥外加剂已被广泛用于水泥浆、砂浆和混凝土等水泥组合物中。近年来研究发现，聚羧酸盐类同样具有助磨作用，与传统的无机与有机物质简单复配的水泥助磨剂相比，高分子合成聚羧酸类水泥助磨剂具有显著的优点，如性能稳定、兼有助磨和提高水泥性能等作用。US6005057采用苯乙烯、马来酸酐、马来酸酐聚乙二醇单烷基醚酯共聚而成的高聚物制备了一种聚羧酸系助磨剂；也有相关专利把聚羧酸聚合物与其他助剂进行复配而得到助磨剂，如CN101182149采用聚羧酸聚合物、助磨剂、活化剂、增强剂等复配了一种聚羧酸复合助磨剂。这类助磨剂并非真下意义上的合成助磨剂，虽然可以降低部分成本，但其存在性能不稳定、适用范围较窄等不足。
发明内容
鉴于现有技术的上述状况，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
本发明的另一目的在于提供一种上述聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备方法。该水泥助磨剂适应性强，能广泛应用于各种硅酸盐水泥及复合水泥的生产，在水泥生产过程不仅具有助磨作用，同时还显著提高水泥产品的强度和耐久性。
本发明在寻找具有优异助磨效果水泥外加剂的过程中，大量初步实验发现聚羧酸盐类具有优异的助磨效果。因此，经过大量实验制备了具有最佳助磨效果和提高水泥性能的一种聚羧酸水泥助磨剂。
本发明的目的通过下述技术方案实现：采用聚氧乙烯醚与不饱和羧酸进行酯化、共聚制备聚羧酸水泥助磨剂。所述聚氧乙烯醚主要是指(甲氧基)聚乙二醇等脂肪醇聚氧乙烯醚。所述不饱和羧酸主要指马来酸酐、马来酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸等。
(1)酯化
在装有搅拌器，温度计、冷凝装置的反应器中加入聚氧乙烯醚、不饱和羧酸、催化剂和阻聚剂，升至反应温度，反应一段时间即制得酯化产物。
所述聚氧乙烯醚的相对平均分子质量为600～3000，优选聚乙二醇600、800、1000，甲氧基聚乙二醇1000、1500、2000；所述不饱和羧酸中、优选马来酸酐、丙烯酸。
所述酯化产物的制备过程，聚氧乙烯醚用量为60～300份，不饱和羧酸用量为10～50份；催化剂主要有浓硫酸、对甲苯磺酸、磷酸等，用量为1～10份，优选对甲苯磺酸，用量为2～6份；酯化温度为60～110℃，优选70～90℃；反应时间为3～7h，优选4～6h，各组分按质量分数计。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
将上述制备的酯化产物与烯丙基聚乙二醇、(甲基)烯丙基磺酸钠、多元醇及水等用于聚羧酸水泥助磨剂的制备。各组分按重量分数计，具体制备如下：分别将60～300份、70～200份、20～60份、80～500份、300～2500份的酯化产物、烯丙基聚乙二醇、(甲基)烯丙基磺酸钠、多元醇及水依次加入反应器中，加热并不断搅拌，滴加4～20份引发剂，滴完后升温至80～110℃，反应4～9h。反应结束后，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物的固含量约为20～50％，即得本发明所述的聚羧酸水泥助磨剂。
本发明中，优选烯丙基聚乙二醇700、1000、2000；多元醇主要有乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇等，优选乙二醇、丙三醇；引发剂主要有过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、硫酸亚锡等，优选过硫酸铵。
本发明制备的聚羧酸水泥活化助磨增强剂为淡黄色透明液体，浓度为20～50％，无氯、性能稳定、助磨增强效果显著，当使用量为水泥质量的0.01～0.1％时，能显著提高磨机台时产量和水泥强度。
本发明提供了一种合成高分子合成水泥助磨剂及其制法，其配方设计简单、生产步骤简化，助磨效果好、增强效果佳，能够促进水泥工业的节能减排，具有较好的市场前景与经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)聚乙二醇马来酸酯的制备
将60份分子量为600聚乙二醇、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，待两者相溶后，加入2份对甲苯磺酸，70℃酯化4h，即得聚乙二醇马来酸酯，酯化率为91.4％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将70份分子量为700的烯丙基聚乙二醇、30份(甲基)烯丙基磺酸钠、80份乙二醇、600份水依次加入酯化产物中，加热并不断搅拌，滴加4份过硫酸铵，滴完后升温至90℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例2
(1)聚乙二醇马来酸酯的制备
将80份聚乙二醇800、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，待两者相溶后，加入3份对甲苯磺酸，70℃酯化4h，即得聚乙二醇单甲醚马来酸酯，酯化率为89.4％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将100份分子量为1000的烯丙基聚乙二醇、30份(甲基)烯丙基磺酸钠、200份乙二醇、1000份水依次加入酯化产物中，加热并不断搅拌，滴加5份过硫酸铵，滴完后升温至90℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例3
(1)聚乙二醇马来酸酯的制备
将100份聚乙二醇1000、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，机械搅拌，待两者相溶后，加入4份对甲苯磺酸，80℃下酯化5h，即得聚乙二醇马来酸酯，酯化率为83.2％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将200份分子量为2000的烯丙基聚乙二醇、30份(甲基)烯丙基磺酸钠、350份乙二醇、1400份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加8份过硫酸铵，滴完后升温至95℃，反应8h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例4
(1)甲氧基聚乙二醇马来酸酯的制备
将100份甲氧基聚乙二醇1000、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，待两者相溶后，加入4份对甲苯磺酸，80℃下酯化5h，即得甲氧基聚乙二醇马来酸酯，酯化率为88.3％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将70份分子量为700的烯丙基聚乙二醇、30份(甲基)烯丙基磺酸钠、200份乙二醇、1000份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加7份过硫酸铵，滴完后升温至85℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例5
(1)甲氧基聚乙二醇马来酸酯的制备
将150份甲氧基聚乙二醇1500、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，待两者相溶后，加入6份对甲苯磺酸，85℃下酯化5h，即得甲氧基聚乙二醇马来酸酯，酯化率为81.3％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将100份分子量为1000的烯丙基聚乙二醇、30份(甲基)烯丙基磺酸钠、300份乙二醇、1200份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加6份过硫酸铵，滴完后升温至90℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例6
(1)甲氧基聚乙二醇马来酸酯的制备
将200份甲氧基聚乙二醇2000、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，待两者相溶后，加入7份对甲苯磺酸，90℃下酯化5h，即得甲氧基聚乙二醇马来酸酯，酯化率为80.7％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将200份分子量为2000的烯丙基聚乙二醇、30份(甲基)烯丙基磺酸钠、400份乙二醇、1900份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加10份过硫酸铵，滴完后升温至100℃，反应8h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例7
(1)聚乙二醇马来酸酯的制备
将60份聚乙二醇600、20份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，机械搅拌，待两者相溶后，加入3份对甲苯磺酸，70℃下酯化5h，即得聚乙二醇马来酸酯，酯化率为92.6％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将200份分子量为2000的烯丙基聚乙二醇、20份(甲基)烯丙基磺酸钠、300份乙二醇、1200份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加6份过硫酸铵，滴完后升温至90℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例8
(1)聚乙二醇马来酸酯的制备
将80份聚乙二醇800、24份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，机械搅拌，待两者相溶后，加入4份对甲苯磺酸，70℃下酯化5h，即得聚乙二醇马来酸酯，酯化率为86.1％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将150份分子量为1500的烯丙基聚乙二醇、25份(甲基)烯丙基磺酸钠、250份乙二醇、1200份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加6份过硫酸铵，滴完后升温至90℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例9
(1)聚乙二醇马来酸酯的制备
将100份聚乙二醇1000、30份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，机械搅拌，待两者相溶后，加入5份对甲苯磺酸，90℃下酯化6h，即得聚乙二醇马来酸酯，酯化率为82.6％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将70份分子量为700的烯丙基聚乙二醇、20份(甲基)烯丙基磺酸钠、200份乙二醇、900份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加5份过硫酸铵，滴完后升温至85℃，反应6h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
实施例10
(1)甲氧基聚乙二醇马来酸酯的制备
将150份甲氧基聚乙二醇1500、35份马来酸酐加入到装有机械搅拌的反应器中，升温至60℃，待两者相溶后，加入6份对甲苯磺酸，90℃下酯化6h，即得甲氧基聚乙二醇马来酸酯，酯化率为81.3％。
(2)聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备
分别将100份分子量为1000的烯丙基聚乙二醇、20份(甲基)烯丙基磺酸钠、200份乙二醇、1000份水依次加入酯化产物中，混合搅拌均匀，加热并不断搅拌，滴加8份过硫酸铵，滴完后升温至90℃，反应7h后结束反应，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物固含量约为20～50％，即得聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
将实施例1～10合成的聚羧酸水泥活化助磨增强剂应用于下列实例。
应用实例1
将熟料70％、石膏5％、矿渣15％、粉煤灰10％配料置于磨机中，粉磨27min，为空白的对比例。
将熟料63％、石膏5％、矿渣15％、粉煤灰22％配料置于磨机中，按0.06％的比例添加本发明实施例1～10合成的聚羧酸水泥活化助磨增强剂，粉磨工艺相同，对制成的水泥进行物理性能试验，结果如下。
物理性能试验
Figure GSA00000055111200061
应用实例2
将熟料85％、石膏5％、矿渣10％配料置于磨机中，粉磨27min，为空白的对比例。
将熟料70％、石膏5％、矿渣25％配料置于磨机中，按0.08％的比例添加本发明实施例7～12合成的聚羧酸水泥活化助磨增强剂，粉磨工艺相同，对水泥进行物理性能试验，结果如下。
物理性能试验
Figure GSA00000055111200071
应用实例3
将熟料85％、石膏5％、粉煤灰10％配料置于磨机中，粉磨27min，为空白的对比例。
将熟料60％、石膏5％、粉煤灰35％配料置于磨机中，按0.08％的比例添加本发明实施例7～12合成的聚羧酸水泥活化助磨增强剂，粉磨工艺相同，对水泥进行物理性能试验，结果如下。
物理性能试验
Figure GSA00000055111200072
通过上述实验及性能测试可知，添加了本发明制备聚羧酸水泥活化助磨增强剂的水泥在维持原水泥标号不变的情况下，减少熟料用量10～25％，增加混合材用量10～25％，提高产量10～20％。当掺量为水泥质量的0.01～0.1％时，提高磨机台时产量10～20％，水泥细度变细，比表面积增大，水泥3天强度可增加2～6MPa，28天强度可增加4～8MPa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.本发明特征是：将由相对分子质量为600～3000的(甲氧基)聚乙二醇与马来酸酐发生酯化反应制备得到的(甲氧基)聚乙二醇马来酸酯与烯丙基聚乙二醇、(甲基)烯丙基磺酸钠、多元醇(乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇等)以及水共聚制备一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂。
2.一种聚羧酸水泥活化助磨增强剂，其制备具体步骤如下：按质量比将(甲氧基)聚乙二醇马来酸酯、烯丙基聚乙二醇、(甲基)烯丙基磺酸钠、多元醇(乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇等)以及水依次加入反应器中，加热并不断搅拌，滴加引发剂过硫酸铵，滴完后升温至80～110℃，反应4～9h。反应结束后，用氢氧化钠溶液调节pH至中性，控制产物的固含量约为20～50％。
3.所述聚羧酸水泥活化助磨增强剂的制备，各组分按重量分数计如下：(甲氧基)聚乙二醇马来酸酯为60～300份；烯丙基聚乙二醇为70～200份；(甲基)烯丙基磺酸钠为20～60份；多元醇(乙二醇、二甘醇、丙二醇、丙三醇等)为80～500份；水为300～2500份；过硫酸铵为4～20份；反应温度为80～110℃；反应时间为4～9h。
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