摘要:

近年來，隨著國內水泥行業的蓬勃發展，對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、胺或氨基醇類物質簡單復配而得。但是，隨著水泥助磨劑向高性能化方向發展，此類水泥助磨劑已經不能完全滿足市場的多元化、高層次需求。而隨著石油等化工原材料的價格上漲，復配助磨劑的價格也不斷上漲，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。該產品在性能和價格方面，具有傳統以醇胺類物質為主的復配助磨劑所不可比擬的優點（如性能穩定、適應性強、摻加量低、助磨及增強效果顯著等），可通過分子結構的靈活設計滿足不同水泥企業的需求，因而在世界范圍內得到廣泛關注。新型高性能聚羧酸水泥助磨劑項目，綜合考慮原料來源、生產成本、分子結構活動自由度等因素，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、適應性強、助磨效果好、增強作用明顯的新一代有機合成高分子水泥助磨劑，即聚羧酸水泥助磨劑。

1.研究內容在了解國內外聚羧酸共聚物的性能特點、合成原理與制備方法的基礎上，通過分子設計與合成的方法，制備了具有梳形分子結構的聚羧酸水泥助磨劑。具體流程如下：

（1）國內外相關資料的收集、整理、分析與總結，確定研究的內容及技術方案。

（2）通過多次前期試驗，確定原材料的種類、配比及各參數的合理取值范圍，進行篩選。

（3）采用正交設計方法進行試驗，并在滿足高性能的前提下，本著經濟性、可操作性的原則，對聚合溫度、聚合時間、單體品種及用量、引發劑用量等進行單因素影響試驗，確定最佳合成工藝，合成出聚羧酸高性能水泥助磨劑。

（4）進行聚羧酸高性能水泥助磨劑的水泥粉磨效果測試及水泥凈漿流動性測試和混凝土性能測試，并與其他類型高效助磨劑的性能進行比較分析。

（5）進行助磨和增強機理的分析和綜合性能評價。

2.技術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，較少出現凝膠效應。而且由于溶液聚合單體濃度較低及鏈轉移，使聚合物分子量較低，既有利于分子量的控制，也有利于生產操作和設備維護，故在試驗中選擇溶液聚合。此外，高性能水泥助磨劑要求是水溶性的，我們若采用水作為聚合溶劑，聚合完成后可直接應用，不必進行溶劑的分離和產品的提純，這樣就避免了溶劑分離困難及溶劑回收費用高等問題，簡化了生產過程，使所得助磨劑的性能穩定，無毒害，符合環保的要求。

綜合考慮原料來源、生產成本、分子結構活動自由度等因素，采用大單體直接共聚法，在引發劑的作用下，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.技術創新點助磨劑分子結構中的強極性陰離子型磺酸基和羧酸基，非離子型的聚氧化乙烯基，以及弱極性陽離子或非離子型的羥基、醚鍵等結構單元對助磨劑性能有重要影響。由于單體材料的聚合活性差異大，稍微改變分子設計比例，結果變動幅度就會很大。比如丙烯基磺酸鈉對助磨劑溶液的黏度影響很大，間接反映在助磨劑分子量發生的變化上。此外，盡管單體材料的分子設計控制在比較合理的比例上，為使所設計的減水劑效果達到最佳狀態，需要適當提高減水劑分子的平均分子量，而反應溫度、合成濃度等對減水劑的平均分子量特別敏感，可能使助磨劑的分子結構和性能產生巨大變化。因此，選擇合適的反應單體及嚴格控制原材料的摩爾比、反應溫度、反應時間、合成濃度等參數，才能合成出具有一定的相對構成比例的極性基與非極性基、一定比例的聚氧化乙烯基長側鏈的梳形結構的高性能水泥助磨劑。

本項目的創新點主要包括：（1）采用大單體直接共聚法，在引發劑的作用下，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）合成工藝簡單，易于控制；（3）深入研究各種因素對助磨性能的影響，并對助磨機理進行分析和綜合性能評價；（4）合成過程中不使用甲醛等環境污染物，酯化反應也不涉及有機溶劑的使用，綠色無污染，對環境影響小。

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的聚羧酸水泥助磨劑，并編制了相應的技術規范。

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

（3）形成了一套技術資料，并已申請國家專利。

5.總體評價2009年12月22日，受山東省經貿委委托，臨沂市經貿委組織有關專家組成鑒定委員會，對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目進行了鑒定。會議聽取了項目承擔單位的匯報，審查了有關資料，考察了生產現場，經認真討論，形成如下意見：

（1）提供的鑒定材料齊全、完整、規范，符合鑒定要求。

（2）該項目根據助磨原理，分析影響水泥助磨劑助磨的因素，克服現有簡單有機、無機復配助磨劑的不足，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。該助磨劑應用于水泥粉磨系統，可提高磨機產量、多利用工業廢渣、有效改善水泥性能，能夠使水泥企業達到節能降耗和清潔生產的目的。整個項目原理清楚，原料選取科學，工藝路線合理。

（3）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、易推廣等特點，能夠產生良好的經濟效益和社會效益。

（4）經查新，國內尚未見有與本項目研究成果相同的報道，屬國內首創，其整體技術居國內領先水平。

作者：趙洪義