新型高性能聚羧酸水泥助磨劑的制備

　　近年來，隨著國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)水泥助磨劑的需求也逐年增加。目前，水泥助磨劑多是選用多元醇、胺或氨基醇類物質(zhì)簡(jiǎn)單復(fù)配而得。但是，隨著水泥助磨劑向高性能化方向發(fā)展，此類水泥助磨劑已經(jīng)不能完全滿足市場(chǎng)的多元化、高層次需求。而隨著石油等化工原材料的價(jià)格上漲，復(fù)配助磨劑的價(jià)格也不斷上漲，因而催生了新一代高分子合成水泥助磨劑的研究。高性能聚羧酸水泥助磨劑即是其中的一種。該產(chǎn)品在性能和價(jià)格方面，具有傳統(tǒng)以醇胺類物質(zhì)為主的復(fù)配助磨劑所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)（如性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、摻加量低、助磨及增強(qiáng)效果顯著等），可通過分子結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì)滿足不同水泥企業(yè)的需求，因而在世界范圍內(nèi)得到廣泛關(guān)注。新型高性能聚羧酸水泥助磨劑項(xiàng)目，綜合考慮原料來源、生產(chǎn)成本、分子結(jié)構(gòu)活動(dòng)自由度等因素，采用水相自由基共聚制備聚羧酸共聚物，然后配合部分助劑及溶劑得到摻加量低、適應(yīng)性強(qiáng)、助磨效果好、增強(qiáng)作用明顯的新一代有機(jī)合成高分子水泥助磨劑，即聚羧酸水泥助磨劑。

　　1.研究?jī)?nèi)容在了解國(guó)內(nèi)外聚羧酸共聚物的性能特點(diǎn)、合成原理與制備方法的基礎(chǔ)上，通過分子設(shè)計(jì)與合成的方法，制備了具有梳形分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸水泥助磨劑。具體流程如下：

　?。?）國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的收集、整理、分析與總結(jié)，確定研究的內(nèi)容及技術(shù)方案。
　　（2）通過多次前期試驗(yàn)，確定原材料的種類、配比及各參數(shù)的合理取值范圍，進(jìn)行篩選。
　?。?）采用正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)，并在滿足高性能的前提下，本著經(jīng)濟(jì)性、可操作性的原則，對(duì)聚合溫度、聚合時(shí)間、單體品種及用量、引發(fā)劑用量等進(jìn)行單因素影響試驗(yàn)，確定最佳合成工藝，合成出聚羧酸高性能水泥助磨劑。
　　（4）進(jìn)行聚羧酸高性能水泥助磨劑的水泥粉磨效果測(cè)試及水泥凈漿流動(dòng)性測(cè)試和混凝土性能測(cè)試，并與其他類型高效助磨劑的性能進(jìn)行比較分析。
　?。?）進(jìn)行助磨和增強(qiáng)機(jī)理的分析和綜合性能評(píng)價(jià)。

　　2.技術(shù)方案由于溶液聚合體系黏度較低、混合和傳熱較容易、溫度易控制，可以避免局部過熱，較少出現(xiàn)凝膠效應(yīng)。而且由于溶液聚合單體濃度較低及鏈轉(zhuǎn)移，使聚合物分子量較低，既有利于分子量的控制，也有利于生產(chǎn)操作和設(shè)備維護(hù)，故在試驗(yàn)中選擇溶液聚合。此外，高性能水泥助磨劑要求是水溶性的，我們?nèi)舨捎盟鳛榫酆先軇?，聚合完成后可直接?yīng)用，不必進(jìn)行溶劑的分離和產(chǎn)品的提純，這樣就避免了溶劑分離困難及溶劑回收費(fèi)用高等問題，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程，使所得助磨劑的性能穩(wěn)定，無毒害，符合環(huán)保的要求。

　　綜合考慮原料來源、生產(chǎn)成本、分子結(jié)構(gòu)活動(dòng)自由度等因素，采用大單體直接共聚法，在引發(fā)劑的作用下，將一定配比的不飽和羧酸單體按特定工藝采用水溶液共聚得到聚羧酸高性能水泥助磨劑。

　　3.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)助磨劑分子結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)極性陰離子型磺酸基和羧酸基，非離子型的聚氧化乙烯基，以及弱極性陽(yáng)離子或非離子型的羥基、醚鍵等結(jié)構(gòu)單元對(duì)助磨劑性能有重要影響。由于單體材料的聚合活性差異大，稍微改變分子設(shè)計(jì)比例，結(jié)果變動(dòng)幅度就會(huì)很大。比如丙烯基磺酸鈉對(duì)助磨劑溶液的黏度影響很大，間接反映在助磨劑分子量發(fā)生的變化上。此外，盡管單體材料的分子設(shè)計(jì)控制在比較合理的比例上，為使所設(shè)計(jì)的減水劑效果達(dá)到最佳狀態(tài)，需要適當(dāng)提高減水劑分子的平均分子量，而反應(yīng)溫度、合成濃度等對(duì)減水劑的平均分子量特別敏感，可能使助磨劑的分子結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生巨大變化。因此，選擇合適的反應(yīng)單體及嚴(yán)格控制原材料的摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、合成濃度等參數(shù)，才能合成出具有一定的相對(duì)構(gòu)成比例的極性基與非極性基、一定比例的聚氧化乙烯基長(zhǎng)側(cè)鏈的梳形結(jié)構(gòu)的高性能水泥助磨劑。

　　本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括：（1）采用大單體直接共聚法，在引發(fā)劑的作用下，將一定配比的不飽和羧酸單體按特定工藝，采用水溶液共聚得到聚羧酸高性能水泥助磨劑；（2）合成工藝簡(jiǎn)單，易于控制；（3）深入研究各種因素對(duì)助磨性能的影響，并對(duì)助磨機(jī)理進(jìn)行分析和綜合性能評(píng)價(jià)；（4）合成過程中不使用甲醛等環(huán)境污染物，酯化反應(yīng)也不涉及有機(jī)溶劑的使用，綠色無污染，對(duì)環(huán)境影響小。

　　4.取得的成果（1）選擇最佳合成工藝路線合成了以聚乙二醇醚、不飽和羧酸等為基質(zhì)的聚羧酸水泥助磨劑，并編制了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

　　（2）成功開發(fā)出新一代高分子合成水泥助磨劑，經(jīng)部分水泥企業(yè)試用，得到一致好評(píng)。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列具有助磨、增強(qiáng)、緩凝及減水等功能的水泥及混凝土外加劑。

　?。?）形成了一套技術(shù)資料，并已申請(qǐng)國(guó)家專利。

　　5.總體評(píng)價(jià)2009年12月22日，受山東省經(jīng)貿(mào)委委托，臨沂市經(jīng)貿(mào)委組織有關(guān)專家組成鑒定委員會(huì)，對(duì)山東宏藝科技股份有限公司完成的新型高性能聚羧酸水泥助磨劑項(xiàng)目進(jìn)行了鑒定。會(huì)議聽取了項(xiàng)目承擔(dān)單位的匯報(bào)，審查了有關(guān)資料，考察了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)認(rèn)真討論，形成如下意見：

　　（1）提供的鑒定材料齊全、完整、規(guī)范，符合鑒定要求。

　?。?）該項(xiàng)目根據(jù)助磨原理，分析影響水泥助磨劑助磨的因素，克服現(xiàn)有簡(jiǎn)單有機(jī)、無機(jī)復(fù)配助磨劑的不足，以不飽和羧酸單體為原料合成了聚羧酸共聚物，配合部分助劑及溶劑制備了新型高性能聚羧酸水泥助磨劑。該助磨劑應(yīng)用于水泥粉磨系統(tǒng)，可提高磨機(jī)產(chǎn)量、多利用工業(yè)廢渣、有效改善水泥性能，能夠使水泥企業(yè)達(dá)到節(jié)能降耗和清潔生產(chǎn)的目的。整個(gè)項(xiàng)目原理清楚，原料選取科學(xué)，工藝路線合理。

　?。?）新型高性能聚羧酸水泥助磨劑，具有成本低、摻量少、高助磨增強(qiáng)、易推廣等特點(diǎn)，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　?。?）經(jīng)查新，國(guó)內(nèi)尚未見有與本項(xiàng)目研究成果相同的報(bào)道，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，其整體技術(shù)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。