高效水泥助磨剂的合成技术

第31卷第6期2009年11月南　京　工　业　大　学　学　报　(自然科学版)

JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY (Natural Science Editi on )Vol .31No .6

Nov .2009

doi:10.3969/j .issn .1671-7627.2009.06.016

聚羧酸盐系水泥助磨剂的合成

张　昀1

,徐正华2

,黄世伟3

,严　生

1,2

(1.南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009;2.南京化工大学化工建材设计研究所,江苏南京210009;

3.厦门腾远资源科技有限公司,福建厦门361004)

收稿日期:2009-01-14

作者简介:张　昀(1979—),男,江苏阜宁人,硕士,主要研究方向为水泥助磨剂;严　生(联系人),教授,E 2mail:syan6635667@vi p.sina .com.

摘　要:通过马来酸酐(MA )和聚乙二醇(PEG )酯化,再与丙烯酸缩聚的技术路线,研究水泥助磨剂的合成工艺及其助磨效果.结果表明:在n (MA )∶n (PEG )=114∶110、合成反应温度90℃、反应3h 、保温1h 、引发剂的质量为单体质量的2%时,合成的助磨剂助磨效果最佳.在<500mm ×500mm 实验磨、助磨剂掺量0105%、粉磨时间36m in 的条件下,水泥的0108mm 方孔筛筛余降低74%,勃氏比表面积提高1918%,水泥砂浆3d 抗压强度提高1015%,

28d 抗压强度提高813%.

关键词:聚羧酸;助磨剂;聚乙二醇2马来酸酐;助磨效果

中图分类号:T Q17214+63 文献标志码:A 文章编号:1671-7627(2009)06-0073-04

Syn thesis of poly 2carboxyli c cem en t gr i n d i n g 2a i ds

ZHANG Yun 1

,XU Zheng 2hua 2

,HUANG Shi 2wei 3

,Y AN Sheng

1,2

(1.College ofM aterials Science and Engineering,Nanjing University of Technol ogy,Nanjing 210009,China;

2.Design and Research I nstitute of Che m ical BuildingMaterials,Nanjing University of Che m ical Technol ogy,Nanjing 210009,China;

3.Xia men Tengyuan L td .of Res ources Science &Technol ogy,Xiamen 361004,China )

Abstract:I n order t o synthesize ho mogeneous and efficient ce ment grinding aids,the f oll o wing reacti on r outes were taken:maleic anhydride (MA )and polyethylene glycol (PEG )esterificati on;and the synthesis of a ne w ty pe of ce ment grinding aids .The synthetic pr ocess of ce ment grinding aids and their grinding effect were dis 2cussed .Results sho wed that the opti m un conditi ons were as f oll o ws :the mole rati o of MA t o PEG 114∶110,reacti on te mperature 90℃,reacti on ti m e 3h,incubati on 1h,and initiat or of mono mer 2%,the obtained synthetic grinding aids were better .Under the conditi ons of <500mm ×500mm grinder,grinding aids rati o 0105%,grinding ti m e 36m in,the fineness of ce ment (0108mm sieve ),Bo ′s s pecific surface area,3d co m 2pressive strength of ce ment mortar,and 28d co mp ressive strength was increased by 74%,1918%,1015%,and 813%.

Key words:poly 2carboxylic;grinding aids;PEG 2MA;grinding effect

在水泥生产过程中,用于粉磨的电力消耗很高,有资料表明,水泥粉磨阶段能量的利用率极低,有

95%～99%的能量损失,国内外还没有彻底解决这个问题的方法.因此助磨剂的应用已成为当今水泥工业生产中用来提高粉磨效率、改善水泥性能、节能降耗、降低成本的主要手段之一[1-4].近年来出现了能源危机,国家对节能技术更加重视.同时,助磨剂市场庞大、品种繁多,加之我国助磨剂发展走了好多弯路,存在许多问题,使得大多数水泥企业对其望而却步,形成抵触情绪,不利于助磨剂的推广和使用[5-10].市售助磨剂主要采用有机、无机材料复配而成,并不是严格意义上的有机合成的产品.其产品的主要缺点是稳定性差、成本较高.因此,对水泥助磨剂的深入研究和应用势在必行.

早期实验发现,采用马来酸酐(MA)和丙烯酸类物质直接合成的路线,在不同的配比、时间、反应温度条件下,所得成品均有沉淀产生,不符合产品均一性的使用要求,因此,首先考虑均一成品的合成方法.

本文采用MA和聚乙二醇(PEG)进行酯化反应得到亲水性产物,再用该产物与相应比例的丙烯酸(AA)进行缩合反应得到合成助磨剂,同时研究不同比例的MA、PEG在一定条件下合成助磨剂的助磨效果,并确定水泥助磨剂的最佳合成工艺参数.

1　实验部分

111　主要原料

马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、引发剂,北京益利精细化学品有限公司;聚乙二醇(PEG),陶氏化学;白凡士林,南京金陵石油化工公司化工一厂; K OH,上海实意化学试剂有限公司;水泥熟料,安徽乌江水泥厂;标准砂,厦门艾思欧标准砂有限公司. 112　仪器

电子天平BS110S,北京赛多利斯天平有限公司;DF21集热式磁力搅拌器,常州国华电器有限公司;电热鼓风干燥箱HG10121,南京实验仪器厂; HH21型恒温水浴箱,金坛市新一佳仪器有限公司;抗压强度实验机用夹具、NY L2600型压力试验机、<500mm×500mm实验磨,无锡建筑材料仪器厂; 0163mm、0108mm筛子,上虞县筛具厂;DBT2127型勃氏透气式比表面积仪,无锡建筑材料仪器厂.113　实验方法

11311　酯化反应

酯化反应是合成助磨剂的第一步,也是决定助磨剂性能的关键因素.酯化反应中催化剂用量为MA的210%(质量分数),将MA与PEG按照一定的摩尔比放入油浴加热的圆底烧瓶中进行酯化反应,在85～95℃下反应3h,用酸值衡量酯收率. 11312　合成反应

助磨剂是通过自由基引发聚合而成,是由酯化反应制备的亲水性产物与丙烯酸在引发剂的作用下进行聚合反应,阻聚剂的掺量为丙烯酸质量的014%. 11313　助磨效果的实验方法

1)水泥砂浆强度按照G B/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》(I S O法)进行测定.

2)水泥相对密度按照G B208—63《水泥比重测定方法》进行;凝结时间和安定性按照G B/ T1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定.

3)水泥细度按照G B1345—91《水泥细度检验方法》(80μm筛筛析法)中的水筛法测定.

4)水泥比表面积采用DBT—127型勃氏透气比表面积仪进行测定.

2　结果与讨论

211　MA与PEG摩尔比对酯化率的影响

为了合成成分均一的聚合物,需要对聚合物中各官能团的相对比例、主链和侧链接枝的位置以及数量进行调整,所以采用先酯化后合成的技术路线[11].

由于本实验合成单酯,MA与PEG摩尔比不小于1∶1.因此,以n(MA)∶n(PEG)=1∶1为基点,等间隔选取摩尔比,测定酯化率.酯化反应中固定反应温度和反应时间不变,改变MA与PEG的摩尔比,研究产物的酯化率,用酸值衡量酯收率.酯化反应的配比与转化率如表1所示.

由表1可看出:随着MA与PEG的摩尔比的增大,酯化率先增大后减小,MA与PEG的摩尔比为118∶110时的酯化率最高,达到了9914%.但当MA 与PEG的摩尔比为210∶110时,酯化率反而降低.因此,选择编号MZ23、MZ24和MZ25这3组酯化产物与丙烯酸进行合成试验.

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