[发明专利]一种醇胺-羧酸系聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及醇胺-羧酸系聚合物、其制备方法及其作为水泥助磨剂在改善水泥与减水剂相容性中的应用。

背景技术

在水泥工业中，大部分电能都被消耗在物料（包括生料和熟料）的粉磨过程中，为了提高这种能源利用效率，在水泥粉磨过程中添加助磨剂成为提高水泥粉磨效率的一种有效措施。助磨剂通常是一种极性较强的表面活性剂，这些有机分子在水泥粉磨过程中能吸附于水泥颗粒表面和微裂缝中，降低表面自由能和界面张力，并提供外来离子中和颗粒断裂面未饱和的电荷，减少或消除颗粒间的粘附和团聚，从而起到助磨分散、提高粉磨效率，改善水泥颗粒级配，达到节能降耗的作用效果。

目前，国内外水泥助磨剂基本上都是多羟基醇胺（如三乙醇胺、三异丙醇胺）、多元醇（如乙二醇、二乙二醇、丙三醇等）、羧酸和无机盐等小分子复配而成。

然而，研究和应用表明这些小分子复配而成的助磨剂虽然助磨增强效果较好，但是在使用中普遍存在性能不稳定、掺量敏感、价格昂贵，对诸如水泥凝结时间、标准稠度用水量和水泥与外加剂适应性等性能有影响，尤其以水泥与减水剂相容性的问题最为突出。目前，小分子助磨剂已经不能完全适应市场需求和企业的要求，所以有必要对助磨剂分子进行结构优化设计，充分发挥助磨剂分子中功能基团的作用，从而提高助磨剂的综合性能。高分子有机分子由于其分子结构的优良特性，故研发应用高分子水泥助磨剂变得十分必要和迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种可改善水泥与减水剂相容性的醇胺-羧酸系聚合物。

本发明的另一个目的是提供上述醇胺-羧酸系聚合物的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述醇胺-羧酸系聚合物作为水泥助磨剂应用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种醇胺-羧酸系聚合物，其主要成分的分子结构式为：

其中，a,b=2-20；n=20-60。

进一步地，所述主要成分的分子量为3000-10000。

上述醇胺-羧酸系聚合物的制备方法，包括以下步骤：

A、酯化工艺：将N-甲基二乙醇胺、马来酸酐进行酯化反应制备N-甲基二乙醇胺马来酸酯，酯化反应中还加入催化剂、脱水剂和阻聚剂；所述N-甲基二乙醇胺马来酸酯的分子结构式如下：

B、聚合工艺：将N-甲基二乙醇胺马来酸酯、异戊烯醇聚氧乙烯醚与引发剂在水溶液中以滴加方式共聚。

进一步地，所述步骤A具体包括：向反应容器中依次加入N-甲基二乙醇胺、马来酸酐、催化剂、脱水剂和阻聚剂，加热升温并不断搅拌，控制反应温度在110-120℃，脱水反应数小时后，减压蒸馏并回收脱水剂和未反应的原料，分离提纯后制得N-甲基二乙醇胺马来酸酯；其中，各反应原料所占的质量百分比为：所述N-甲基二乙醇胺59.6-65.4%，马来酸酐33.4-39.1%；所述催化剂为反应物总质量的1.0-1.6%，脱水剂为反应物总质量的15.0-100.0%，阻聚剂为反应物总质量的0.4-0.6%；所述步骤B具体包括：将所述N-甲基二乙醇胺马来酸酯用去离子水稀释至15.0-30.0%浓度，保持温度至80-90℃时，滴加稀释后浓度5.0-10.0%的引发剂溶液和稀释后浓度40.0-50.0%的异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液，所述滴加速度控制在5小时内滴加完毕，保持2-4小时后，将所得产物冷却到40℃以下，用NaOH溶液调至中性，获得橘黄色或橘红色液体；其中，各反应原料所占的质量百分比为：所述N-甲基二乙醇胺马来酸酯溶液43.6-48.0%，引发剂溶液11.8-12.4%，异戊烯醇聚氧乙烯醚溶液38.7-44.6%。

进一步地，步骤A中所述催化剂为对甲苯磺酸或浓硫酸，所述脱水剂为甲苯或乙酸丁酯，所述阻聚剂为对苯二酚。

进一步地，步骤B中所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种。

进一步地，步骤B中所述异戊烯醇聚氧乙烯醚单体的分子量为1200-2400。

上述醇胺-羧酸系聚合物可作为水泥助磨剂来应用。

进一步地，所述水泥助磨剂的含固量为30-40%。

进一步地，所述水泥助磨剂用于水泥生产时的掺量为0.02-0.08%。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：