[发明专利]2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法、应用及水泥添加剂

说明书

本发明公开了2,5‑二甲基哌嗪衍生物在作为水泥添加剂中的应用。本申请中，2,5‑二甲基哌嗪衍生物具有既可以单独使用，也可以与其它种类的水泥添加剂制作成水泥复合添加剂等优点，具有较强的协同效应，可以发挥各种水泥添加剂的优势，最大限度地降低水泥添加剂的用量，以及提高水泥制品的质量。在掺量不变的情况下，本发明水泥添加剂与羟烷基胺相比，可提高水泥的早期强度，由此可有效地提高水泥制品的施工效率。本申请还公开了2,5‑二甲基哌嗪衍生物的制备方法。该制备方法具有流程减化的优势。在本申请中，还公开了使用上述方法制备的2,5‑二甲基哌嗪衍生物所形成的水泥添加剂。该水泥添加剂可有效地提高水泥制品的施工效率。

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及2,5-二甲基哌嗪衍生物作为水泥添加剂的应用以及2,5-二甲基哌嗪衍生物的制备方法，以及包含采用上述制备方法所制备的水泥添加剂。

背景技术

水泥添加剂是一种改善水泥粉磨效果和性能的化学添加剂，是由一种或几种表面活性物质组成。不仅可以显著提高水泥台时产量、各龄期水泥强度，改善其流动性，还能够大幅度降低粉磨过程中形成的静电吸附包球现象，并可以降低粉磨过程中形成的超细颗粒的再次聚结趋势。同时，在降低能耗和生产成本等方面都有着十分重要的作用。

目前，市面上大量使用的液体助磨剂多是醇胺类、醇类等化工原料的单一或复配产品，虽具有较好的助磨效果，但其价格成本高，性能稳定性差，普适性不高。由于该类助磨剂都存在一些局限性，所以通过合成反应，将目标官能团自由组装嫁接到主分子骨架上直接进行末端改性和修饰，使其具有明显的优势。如可以通过其表面活性的分散性能和功能基团同时达到助磨分散和水化诱导作用；如增加各种极性基团，增强了助磨剂对细颗粒吸附能力；调整各亲水、亲油等功能基团的比例，可使聚合物兼有减水、引气等功能；增加螯合基团，使聚合物拥有与金属离子螯合的能力，诱导水泥水化，突出助磨剂增强能力；扩大空间位阻基团，可直接减缓水泥细颗粒的团聚趋势，具有更优秀的助磨性能。

哌嗪的两个氮端易与其它官能团发生化学反应，哌嗪的胺基氢被长链烷基或烷氧基取代的衍生物，可以作润湿剂、乳化剂、分散剂和清洁剂。如N,N’-二羟基哌嗪与各种脂肪酸的单酯可作为改进脂肪酸皂抗硬水性能的添加剂；N,N’-二羟基哌嗪的单酯和单醚可用作润肤剂的乳化剂。

目前上述的2,5-二甲基哌嗪衍生物均采用间接合成的方式进行生产，流程较长，过程控制较难。

发明内容

本发明的目的首先在于将2,5-二甲基哌嗪衍生物作为添加剂应用到水泥行业，以扩大添加剂的品种，使在选择添加剂时具有更大的选择范围，本申请的技术方案是：

2,5-二甲基哌嗪衍生物在作为水泥添加剂中的应用。

在作为水泥添加剂时，2,5-二甲基哌嗪衍生物在水泥中的掺量优选为水泥质量的0.001～0.1％。进一步地优选，2,5-二甲基哌嗪衍生物在水泥中的掺量为水泥质量的0.02～0.04％。

本申请中，2,5-二甲基哌嗪衍生物具有既可以单独使用，也可以与其它种类的水泥添加剂制作成水泥复合添加剂等优点，具有较强的协同效应，可以发挥各种水泥添加剂的优势，最大限度地降低水泥添加剂的用量，以及提高水泥制品的质量。

在掺量不变的情况下，本发明水泥添加剂与羟烷基胺相比，可提高水泥的早期强度，由此可有效地提高水泥制品的施工效率。

具体地，2,5-二甲基哌嗪衍生物具有式(I)的结构：

R₁为选自氢、羟乙基、羟丙基；R₂为选自氢、羟乙基、羟丙基。

优选地，2,5-二甲基哌嗪衍生物为1,4-二(2-羟乙基)-2,5-二甲基哌嗪或1,4-二(2-羟丙基)-2,5-二甲基哌嗪。