CN102643047A - 一种酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂及其制备方法 - Google Patents

一种酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂及其制备方法，该酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂，由马来酸酐、丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基醚，按照一定摩尔比，在引发剂作用下，在水溶液中，在适当温度条件下，进行自由基聚合而成。本发明之酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂，可以提高水泥强度，提高粉磨效率。

Description

一种酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚羧酸系水泥助磨剂及其制备方法，具体地说，是涉及一种酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂及其制备方法。
背景技术
目前，国内外广泛使用的水泥助磨剂多是单一功能基团的助磨剂，这类助磨剂是以醇胺类物质如三乙醇胺，三异丙醇胺及其配合产物为主要成分，其粉磨效率低。
现有复配的多功能基团助磨剂大多是小分子复合助磨剂，其性能稳定性差，对于掺量变动敏感。
合成高分子助磨剂，将各种功能基团组合到高分子的长链中，其助磨效果较复配的助磨剂有提升。目前已有文献报道，常规聚羧酸盐类助磨剂，如王振华、王栋民等人在《水泥》2010年第5期10-14页中报导以马来酸酐、丙烯酸、烯丙基醚、酯化大单体等共聚得到，这类助磨剂有效改善了水泥性能，也提高了粉磨效率，但性能尚欠理想。如何进一步提高这类聚羧酸盐类助磨剂的性能，更好地提高水泥强度，仍是国内外科研工作者正在进行深入研究的课题。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可更有效地提高水泥强度，提高粉磨效率的酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明之酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂，其分子结构通式如下：
Figure 201210116601X100002DEST_PATH_IMAGE001
   
式中，a、b、c表示各单体在聚合物中的重复单元数，a=1~1000，b=1~1000，c=1~1000。
本发明之酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料准备：按照摩尔百分比称取以下原料：马来酸酐10-30%，丙烯酰胺20-40%，丙烯酸20-40%，烯丙基醚10-30%；引发剂过硫酸铵0.05-5%，溶解于水中，配制成质量百分浓度为0.7%-7.0%的过硫酸铵水溶液；
（2）合成：将原料马来酸酐、丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基醚加入到合成反应器中，升温至≤56℃，使马来酸酐溶解；按0.5-2ml/min速率滴加引发剂过硫酸铵水溶液，开始滴加引发剂的同时，将油浴以5-10℃/ min升温至60～150℃（优选80～120℃），持续搅拌反应2-8 h（优选3～5 h），然后停止搅拌，保温0.4-5 h（优选0.5～2 h），保温温度为60～150℃（优选80～120℃）；
（3）冷却至室温后，用2-8mol/L NaOH水溶液调节pH值至6-8，即成。
研究表明，各种功能基团的协同作用，其效果远大于单一功能基团的助磨作用。本发明制得之酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂，粉磨时，按照熟料和混合材总质量的0.01%-0.5%的掺量掺入，提高粉磨效率达1%-7%，同时还可以提高水泥早期强度1-3MP，后期强度1-2MP。
附图说明
图1是实施例1合成之酰胺多胺聚羧酸系高分子助磨剂红外光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步阐述。应该说明的是，不得将下述实施例解释为对本发明内容的限制。
本发明实施例1-4（Z1-Z4）各原料组分配比（摩尔比）如表1所示。
表1  实施例1-4（Z1-Z4）各原料组分摩尔比
Figure 786399DEST_PATH_IMAGE002
实施例1
 制备酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂Z1，在250ml三口烧瓶中加入9.8 g (0.1 mol) 马来酸酐、5.76 g (0.08 mol)丙烯酸、9.81 g (0.1 mol)烯丙基醚、5.68 g (0.08 mol)丙烯酰胺和85 g水，升温至55℃使马来酸酐充分溶解后，按0.5ml/min速率滴加溶解在20 g水中的1.14 g (5 mmol)过硫酸铵引发剂，边滴加引发剂边以5℃/min升温，保持温度在90 ℃持续搅拌反应4 h，停止搅拌保温1 h，冷却至室温后，用质量浓度30%的NaOH水溶液调节pH值至7（中性）。合成出的酰胺多胺聚羧酸系高分子的固含量为27.3wt%。
本实施例酰胺多胺聚羧酸系高分子助磨剂的红外光谱图如图1所示。从图1可见：3431的吸收峰为-OH、N-H的伸缩振动峰；962.78,-OH弯曲振动；2887.06 C-H伸缩振动；1468.00，1344.29，分别为-CH2，-CH3弯曲振动特征峰；1243.05羧酸中C-OH键；1722.76羧酸及羧酸衍生物中C=O键；1674.33为酰胺中C=O键吸收峰；1588.32主要是酰胺中N-H键面内弯曲振动与部分C-N键的伸缩振动耦合产生的吸收峰，1113.58为C-O-C醚键吸收峰。
实施例2
制备下述酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂Z2，聚合单体为6.13 g (0.0625 mol)马来酸酐、7.2 g (0.1 mol)丙烯酸、6.13 g (0.0625 mol)烯丙基醚、7.11 g (0.1 mol)丙烯酰胺，0.72 g (3.125 mmol)引发剂过硫酸铵溶解在65 g水（？）中。其制备方法同实施例1。
实施例3
制备下述酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂Z3，聚合单体为4.9 g (0.05 mol)马来酸酐、8.65 g (0.12 mol)丙烯酸、4.9 g (0.05 mol)烯丙基醚、8.53 g (0.12 mol)丙烯酰胺，0.57 g (2.5 mmol)引发剂过硫酸铵溶解在65 g水中。其制备方法同实施例1。
实施例4
制备下述酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂Z4，聚合单体为4.9 g (0.05 mol)马来酸酐、11.37 g (0.16 mol)丙烯酸、4.9 g (0.05 mol)烯丙基醚、11.53 g (0.16 mol)丙烯酰胺，0.57 g (2.5 mmol)引发剂过硫酸铵溶解在78 g水中。其制备方法同实施例1。
本发明所述液体助磨剂，在水泥生产时应用于球磨机，适用于普通硅酸盐水泥。一般加入量为水泥质量的0.01-0.5%。
助磨效果试验
检测本发明Z1-Z4水泥助磨剂的粉磨效果，其检测条件为：水泥粉磨采用Φ500mmx500mm标准试验小磨；水泥配比：某水泥厂熟料95%，天然二水石膏5%；粉磨质量3Kg；粉磨时间10min。采用Microtra激光粒度分析仪，对粉磨后水泥进行颗粒分布测试，结果表明采用Z1-Z4型助磨剂，普遍提高了3~30μm，<80μm的粒径含量，表现出较好的粉磨效果。
表3  掺加酰胺多胺聚羧酸盐助磨剂水泥粒度分布情况       
助磨剂 掺量(%) <1μm 1~3μm 3~30μm 30~80μm >80μm
空白 0 1.47 7.55 58.79 27.03 5.16
Z1 0.03 2.30 10.33 59.37 24.80 3.20
Z2 0.03 1.64 7.40 63.63 23.13 4.10
Z3 0.03 0.57 4.91 61.07 26.27 7.10
Z4 0.03 2.63 10.06 55.26 26.22 5.83
助磨剂对强度的影响
将本发明Z1-Z4水泥助磨剂应用在Φ500mmx500mm标准试验小磨，水泥配比：某水泥厂熟料80%，矿渣10%，石灰石5%，天然二水石膏5%；粉磨质量5Kg；粉磨时间20min；GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法测试。采用TYA-300B型微机控制恒加载试验机测试3天，28天水泥胶砂抗折抗压强度，结果表明采用Z1-Z4型助磨剂对水泥早、后期强度均有普遍增强效果。
表4  掺加酰胺多胺聚羧酸盐助磨剂水泥强度的实验结果
Figure 566137DEST_PATH_IMAGE004

Claims (6)

1.一种酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂，其分子结构通式如下：
   
式中，a、b、c表示各单体在聚合物中的重复单元数，a=1~1000，b=1~1000，c=1~1000。
2.一种如权利要求1所述的酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料准备：按照摩尔百分比称取以下原料：马来酸酐10-30%，丙烯酰胺20-40%，丙烯酸20-40%，烯丙基醚10-30%；引发剂过硫酸铵0.05-5%，溶解在水中，配制成质量百分浓度为0.7%-7.0%的过硫酸铵水溶液；
（2）合成：将原料马来酸酐、丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基醚加入到合成反应器中，升温至≤56℃使马来酸酐溶解；按0.5-2ml/min速率滴加引发剂过硫酸铵水溶液，开始滴加引发剂的同时，将油浴以5-10℃/ min升温至60～150℃，持续搅拌反应2-8 h，然后停止搅拌，保温0.4-5 h，保温温度为60～150℃；
（3）冷却至室温，再用2-8mol/L NaOH水溶液调节pH值为6-8，即成。
3.根据权利要求2所述的酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，合成反应温度为80～120℃。
4.根据权利要求2或3所述的酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，合成反应时间为3～5 h。
5.根据权利要求2或3所述的酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，保温温度为80～120℃。
6.根据权利要求4所述的酰胺多胺聚羧酸系高分子水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，保温时间为0.5～2 h。
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