CN113200701B - 一种提高水泥耐久性的助磨剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水泥助磨剂的领域，具体公开了一种提高水泥耐久性的助磨剂，其由包含以下重量百分含量的原料制备而成：三乙醇胺18‑22%、三异丙醇胺5.5‑7.5%、二乙醇单异丙醇胺0.5‑3%、氯化钠2.5‑4.5%、二乙二醇0.5‑3%、醋酸钠2‑6%、水补足至100%，其具有能够提高水泥的耐久性的优点；另外，还提供了一种提高水泥耐久性的助磨剂的制备方法。

Description

一种提高水泥耐久性的助磨剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及水泥助磨剂的领域，更具体地说，它涉及一种提高水泥耐久性的助磨剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着建筑业的逐渐发展，其基础原料水泥的需求量也逐渐上升。然而水泥工业作为高污染、高耗能行业备受关注。水泥生产过程简称两磨一烧，即生料粉末、大窑煅烧和水泥粉磨，其中，水泥粉磨是水泥生产过程中能耗最高的工艺环节，占到整个生产过程的60-70％。水泥粉末过程中，绝大多数的能量作为热量耗散而消失了，当水泥细度细化到一定程度时，由于微细颗粒的团聚现象造成水泥选粉效率降低，导致粉磨状况恶化，粉磨效率急剧下降。

相关技术中，有通过加入助磨剂改善粉末进程的，助磨剂能够显著降低水泥粉磨过程中的颗粒之间的静电作用，使水泥颗粒之间的团聚现象降低，从而提高粉磨效率。相关的助磨剂的原材料为三乙醇胺、聚四氟乙烯、丙二醇、黄原胶、亚硝酸钠、木钙、醋酸钠、保水材料、造纸黑液、工业盐、糖蜜。

针对上述中的相关技术，发明人认为，制备的水泥助磨剂虽然能提高粉磨效率、减少耗电和提高收率，但添加相关助磨剂制备的水泥，得到的水泥的耐久性不足。

发明内容

为了改善水泥的耐久性，本申请提供一种提高水泥耐久性的助磨剂及其制备方法。

本申请提供的一种提高水泥耐久性的助磨剂采用如下的技术方案：

一种提高水泥耐久性的助磨剂，其由包含以下重量百分含量的原料制备而成：三乙醇胺18-22％、三异丙醇胺5.5-7.5％、二乙醇单异丙醇胺0.5-3％、氯化钠2.5-4.5％、二乙二醇0.5-3％、醋酸钠2-6％、水补足至100％。

通过采用上述技术方案，三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙二醇和二乙醇单异丙醇胺能够螯合水泥中的金属离子，和氯化钠、醋酸钠等钠盐发挥协同作用，可以较好的中和水泥颗粒摩擦起电产生的静电离子，减轻静电吸附的现象，使水泥颗粒之间的静电作用减小，使水泥颗粒不易团聚，容易被粉碎；并且三乙醇胺、三异丙醇胺和二乙醇单异丙醇胺还能起到催化作用，使水泥在早期生成较多的水化产物，部分游离子结合为结晶水，相应地减少了毛细管通路和孔隙，从而提高水泥的抗渗性能，有助于提高水泥的强度，通过将各原料进行合理的重量份配比，可以使水泥粉磨效率较高，较好的减小水泥颗粒分布范围的宽度，使水泥强度和耐久性提高。

优选的，所述助磨剂由包含以下重量百分含量的原料制备而成：三乙醇胺19-21％、三异丙醇胺6-7％、二乙醇单异丙醇胺1-2.5％、氯化钠3-4％、二乙二醇1-2.5％、醋酸钠3-5％、水补足至100％。

通过采用上述技术方案，在此范围下，助磨剂的助磨效果较好，其对应水泥的筛余量均在13.0-13.2％之间。

优选的，所述助磨剂还包含重量百分含量为0.5-0.8％的端羧基钠超支化聚合物，端羧基钠超支化聚合物由端羧基超支化聚合物与氢氧化钠反应制得。

通过采用上述技术方案，端羧基钠超支化聚合物在水中发生电离，形成的负电离子上带有较多的羧基，负电离子可以通过静电作用吸附到水泥颗粒表面，从而增加水泥颗粒之间的距离，大大减小了水泥颗粒的团聚。

优选的，所述端羧基超支化聚合物的制备步骤如下：

将14.8-15.3重量份的2-氨基对苯二甲酸、4.4-4.6重量份的三乙醇胺、6.5-6.8重量份的二异丙醇胺、0.2-0.22重量份的钛酸正丙酯和1.5-1.65重量份的二甲苯加入到三口瓶中，三口瓶上安装有分水器、冷凝器、温度计和搅拌器，缓慢升温到135-140℃，保温反应16-18h，旋转蒸发出去二甲苯，得端羧基超支化聚合物。

通过采用上述技术方案，钛酸正丙酯为催化剂，二甲苯为反应溶剂，在催化剂的作用下，2-氨基对苯二甲酸、三乙醇胺和二异丙醇胺通过聚合反应，可以得到端羧基超支化聚合物。

优选的，所述端羧基钠超支化聚合物的制备步骤如下：

在20-30重量份的水中，加入2-3重量份的端羧基超支化聚合物和0.1-0.15重量份的氢氧化钠，搅拌反应20-30min，蒸发浓缩，得端羧基钠超支化聚合物。

通过采用上述技术方案，端羧基钠超支化聚合物与氢氧化钠在水中通过中和反应得到端羧基钠超支化聚合物，端羧基钠超支化聚合物比端羧基超支化聚合物在水中的电离更强，对水泥颗粒的吸附作用更好。

优选的，所述助磨剂还包含0.6-0.7％的端羧基钠超支化聚合物。

通过采用上述技术方案，端羧基钠超支化聚合物添加量在此范围时，其助磨剂的助磨效果较好，其对应水泥的筛余量均在8.7-9.1％之内。

优选的，所述助磨剂应用于水泥的添加量为水泥重量的0.01-0.03％。

通过采用上述技术方案，助磨剂应用到水泥中时，其添加量在此范围时，能够有较好的助磨效果，得到的水泥的强度较高。

优选的，所述助磨剂适用的水泥原料包括熟料、矿渣、粉煤灰、石灰石、石膏和矿渣粉。

通过采用上述技术方案，水泥的原料为此原料时，本申请的助磨剂均可达到较好的助磨效果。

一种提高水泥耐久性的助磨剂的制备方法，其包括如下步骤：

在水中加入三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、二乙二醇，搅拌均匀后，再加入余下原料，搅拌均匀，即可得到助磨剂。

通过采用上述技术方案，将各原料加入水中搅拌均匀，即可得到助磨剂，制备方法和制备设备均较简单，无技术难题。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过对醇胺类、醇类和无机盐类的物质选择，并采取合理的搭配，利用各物质之间的协同配合作用，使助磨剂的助磨效果较好，得到的水泥的筛余量较小，并且，其水泥的抗压强度和抗折强度表现良好，其耐久性表现优异。

2、本申请中制备了端羧基钠超支化聚合物，通过将其加入到助磨剂中，可以大大提高其助磨效果，在0.045mm方孔筛下，其水泥筛余量最小可达到8.7％。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例

制备例1-3

制备例1-3的一种端羧基钠超支化聚合物，其各原料及其各原料用量如表1所示，其制备步骤如下：

1)将2-氨基对苯二甲酸、三乙醇胺、二异丙醇胺、钛酸正丙酯和二甲苯加入到三口瓶中，三口瓶上安装有分水器、冷凝器、温度计和搅拌器，缓慢升温到135℃，保温反应18h，旋转蒸发出去二甲苯，得端羧基超支化聚合物；

2)在20kg的水中，加入3kg的端羧基超支化聚合物和0.1kg的氢氧化钠，搅拌反应30min，蒸发浓缩，得端羧基钠超支化聚合物。

表1制备例1-3端羧基超支化聚合物的各原料及各原料用量(kg)

	制备例1	制备例2	制备例3
				2-氨基对苯二甲酸	14.8	15.0	15.3
三乙醇胺	4.6	4.5	4.4
				二异丙醇胺	6.5	6.7	6.8
钛酸正丙酯	0.22	0.21	0.20
				二甲苯	1.50	1.60	1.65

制备例4

与制备例1的不同之处在于，其制备步骤如下：

1)将2-氨基对苯二甲酸、三乙醇胺、二异丙醇胺、钛酸正丙酯和二甲苯加入到三口瓶中，三口瓶上安装有分水器、冷凝器、温度计和搅拌器，缓慢升温到140℃，保温反应16h，旋转蒸发出去二甲苯，得端羧基超支化聚合物；

2)在30kg的水中，加入2kg的端羧基超支化聚合物和0.15kg的氢氧化钠，搅拌反应20min，蒸发浓缩，得端羧基钠超支化聚合物。

实施例

实施例1-5

实施例1-5的一种提高水泥耐久性的助磨剂，其各原料及各原料用量如表2所示，其制备步骤如下：

在水中加入三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、二乙二醇，搅拌均匀后，再加入余下原料，搅拌均匀，即可得到助磨剂。

表2实施例1-5助磨剂的各原料及各原料用量(kg)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						三乙醇胺	18	19	20	21	22
三异丙醇胺	7.5	7	6.5	6	5.5
						二乙醇单异丙醇胺	0.5	1	1.7	2.5	3
氯化钠	4.5	4	3.5	3	2.5
						二乙二醇	0.5	1	1.7	2.5	3
醋酸钠	6	5	4	3	2
						水	63	63	62.6	62	62

实施例6

实施例6的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其原料中还包括0.5kg的端羧基钠超支化聚合物，同时，水的添加量为62.5kg，其余步骤均与实施例1相同。其中，端羧基钠超支化聚合物来自制备例1。

实施例7

实施例7的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其原料中还包括0.6kg的端羧基钠超支化聚合物，同时，水的添加量为62.4kg，其余步骤均与实施例1相同。其中，端羧基钠超支化聚合物来自制备例1。

实施例8

实施例8的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其原料中还包括0.7kg的端羧基钠超支化聚合物，同时，水的添加量为62.3kg，其余步骤均与实施例3相同。其中，端羧基钠超支化聚合物来自制备例1。

实施例9

实施例9的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其原料中还包括0.8kg的端羧基钠超支化聚合物，同时，水的添加量为62.2kg，其余步骤均与实施例3相同。其中，端羧基钠超支化聚合物来自制备例1。

实施例10

实施例10的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例7的不同之处在于，其添加的端羧基钠超支化聚合物来自制备例2，其余步骤均与实施例6相同。

实施例11

实施例11的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例7的不同之处在于，其添加的端羧基钠超支化聚合物来自制备例3，其余步骤均与实施例6相同。

实施例12

实施例12的一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例7的不同之处在于，其添加的端羧基钠超支化聚合物来自制备例4，其余步骤均与实施例6相同。

实施例13-16

实施例13-16的提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其添加的氯化钠依次为2.5kg、3kg、4kg、4.5kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例

对比例1

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其添加的三异丙醇胺替换为等量的水，其余步骤与实施例3均相同。

对比例2

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其添加的三乙醇胺替换为等量的水，其余步骤与实施例3均相同。

对比例3

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其添加的醋酸钠替换为等量的水，其余步骤与实施例3均相同。

对比例4

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，其添加的氯化钠替换为等量的水，其余步骤与实施例3均相同。

对比例5

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例7的不同之处在于，其添加的端羧基钠超支化聚合物替换为等量的端羧基超支化聚合物，其余步骤均与实施例7相同。

对比例6

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，三乙醇胺的添加量为17kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例7

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，三乙醇胺的添加量为23kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例8

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，三异丙醇胺的添加量为8kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例9

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，三异丙醇胺的添加量为5kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例10

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，二乙醇单异丙醇胺的添加量为0.3kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例11

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，二乙醇单异丙醇胺的添加量为3.2kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例12

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，二乙二醇的添加量为0.2kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例13

一种提高水泥耐久性的助磨剂，与实施例3的不同之处在于，二乙二醇的添加量为3.2kg，其余步骤与实施例3均相同。

对比例14

一种市售助磨剂，其型号为GA-200。

应用例

本申请应用例所用水泥的各原料如表3所示。

表3水泥各原料及各原料用量(kg)

	熟料	矿渣	粉煤灰	石灰石	石膏	矿渣粉
							1#	56	35	6	0	3	0
2#	49	30	6	0	3	12
							3#	76	1	0	3	6	14
4#	53	35	6	0	3	0
							5#	50	35	6	0	3	0

应用例1-26

对实施例1-12和对比例1-14的助磨剂掺入1#水泥进行粉磨，依次对应应用例1-26，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

应用例27

对实施例3的助磨剂掺入2#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

应用例28

对实施例7的助磨剂掺入2#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

应用例29

对实施例3的助磨剂掺入3#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

应用例30

对实施例7的助磨剂掺入3#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

应用例31

对实施例3的助磨剂掺入1#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.01％，粉磨成水泥。

应用例32

对实施例7的助磨剂掺入1#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.01％，粉磨成水泥。

应用例33

对实施例3的助磨剂掺入1#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.03％，粉磨成水泥。

应用例34

对实施例7的助磨剂掺入1#水泥进行粉磨，助磨剂掺量(质量百分比)为0.03％，粉磨成水泥。

应用例34-37

对实施例13-16的助磨剂掺入1#水泥进行粉磨，依次对应应用例34-37，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

应用例38-39

对实施例3的助磨剂掺入4#和5#水泥进行粉磨，依次对应应用例38-39，助磨剂掺量(质量百分比)为0.02％，粉磨成水泥。

性能检测试验

检测方法/试验方法

在应用例1-34粉磨过程中，对各助磨剂助磨性能和水泥性能进行测试，测试结果如表4和表5所示。

筛余量：采用0.045mm方孔筛，筛余量越大，说明其水泥颗粒分布范围的宽度越大。

氯离子含量通过硫氰酸铵容量法进行检测。

对应用例1-34制得的水泥按照GB175-2007《普通硅酸盐水泥》进行检测，其检测结果如表4和表5所示。

在应用例34-37制得的水泥按照GB175-2007《普通硅酸盐水泥》进行检测，其检测结果如表6所示。

在应用例38-39制得的水泥按照GB175-2007《普通硅酸盐水泥》进行检测，其检测结果如表7所示。

表4应用例1-34的助磨剂助磨性能及水泥的检测结果

从表4的检测数据可以看出，本申请的助磨剂应用到水泥中，其筛余量均小于对比例6的助磨剂，其凝结时间均小于应用对比例6的助磨剂，并且，磨机台时产均大于应用对比例14的助磨剂，说明本申请的助磨剂对水泥的助磨作用较好，并且其水泥氯离子含量均小于0.05％。

从应用例1-12的检测数据可以看出，添加端羧基钠超支化聚合物的助磨剂能够缩短其对应的水泥的凝结时间。

表5应用例1-34的水泥的耐久性检测结果

从表5的检测数据可以看出，本申请的助磨剂应用到水泥中，在150天内，随时间的延长，其水泥抗折强度和抗压强度均表现出上升趋势，并且均优于应用对比例6，说明应用本申请的助磨剂制得的水泥，其耐久性较好。

从表4和表5中应用例3和应用例6-9的检测数据可以看出，添加端羧基钠超支化聚合物的助磨剂，其水泥的筛余量较小，说明添加端羧基钠超支化聚合物的助磨剂对水泥有更好的助磨作用，并且其水泥的抗折强度和抗压强度更好，说明其水泥的耐久性表现更优。

从应用例7和应用例10-12的检测数据可以看出，制备例1-4得到的端羧基钠超支化聚合物在对助磨剂的助磨效果上，无明显区别。

从实施例3和对比例1-2的检测数据可以看出，三异丙醇胺和三乙醇胺两者具有协同作用，两者的协同作用，使助磨剂的助磨效果较好。

从应用例3和应用例15的检测数据可以看出，氯化钠和醋酸钠之间具有协同作用，能够使助磨剂的助磨效果更好。

从应用例7和应用例17的检测数据可以看出，端羧基超支化聚合物对助磨剂的影响较小，端羧基钠超支化聚合物的助磨效果较优。

从应用例3和应用例18-25的数据可以看出，改变三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、三异丙醇胺和二乙二醇的配比，其水泥的抗压强度和抗折强度没有表现出明显的随时间延长而增长的趋势。

表6应用例1-34的水泥的耐久性检测结果

从表6和应用例3的检测数据可以看出，随着氯化钠用量的增加，其制备的水泥的抗压强度和抗折强度并没有明显的降低，说明本申请的助磨剂的助磨性能较好，并且其制得的水泥的耐久性较好。

表7应用例1-34的水泥的耐久性检测结果

从表7和应用例3的数据可以看出，降低水泥熟料，并没有对水泥的抗折强度和抗压强度有明显影响，其水泥仍然具有良好的耐久性。

按照掺加万分之三的助磨剂，在保证水泥质量稳定性的前提下可降低10％的熟料掺加量，同时提高磨机台时18％左右，水泥成本大幅度下降。视水泥厂家具体情况不同，其产生的效益也不同，通常按每吨水泥成本降低5--10元计算，对于年产100万吨的水泥生产线可直接获益500万--1000万元，并且考虑到18％以上的增产后，综合其降低球耗、电耗等等因素，都会给企业带来可观的经济效益。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种提高水泥耐久性的助磨剂，其特征在于，其包含以下重量百分含量的原料制备：三乙醇胺18-22%、三异丙醇胺5.5-7.5%、二乙醇单异丙醇胺0.5-3%、氯化钠2.5-4.5%、二乙二醇0.5-3%、醋酸钠2-6%、水补足至100%；

所述助磨剂还包含重量百分含量为0.5-0.8%的端羧基钠超支化聚合物，端羧基钠超支化聚合物由端羧基超支化聚合物与氢氧化钠反应制得；

所述端羧基超支化聚合物的制备步骤如下：

将14.8-15.3重量份的2-氨基对苯二甲酸、4.4-4.6重量份的三乙醇胺、6.5-6.8重量份的二异丙醇胺、0.20-0.22重量份的钛酸正丙酯和1.50-1.65重量份的二甲苯加入到三口瓶中，三口瓶上安装有分水器、冷凝器、温度计和搅拌器，缓慢升温到135-140℃，保温反应16-18h，旋转蒸发出去二甲苯，得端羧基超支化聚合物；

所述端羧基钠超支化聚合物的制备步骤如下：

在20-30重量份的水中，加入2-3重量份的端羧基超支化聚合物和0.1-0.15重量份的氢氧化钠，搅拌反应20-30min，蒸发浓缩，得端羧基钠超支化聚合物；

所述助磨剂应用于水泥的添加量为水泥重量的0.01-0.03%。

2.根据权利要求1所述的一种提高水泥耐久性的助磨剂，其特征在于：所述助磨剂包含以下重量百分含量的原料制备：三乙醇胺19-21%、三异丙醇胺6-7%、二乙醇单异丙醇胺1-2.5%、氯化钠3-4%、二乙二醇1-2.5%、醋酸钠3-5%、水补足至100%。

3.一种如权利要求1-2任一所述的提高水泥耐久性的助磨剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

在水中加入三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇单异丙醇胺、二乙二醇，搅拌均匀后，再加入余下原料，搅拌均匀，即可得到助磨剂。