摘要:

近年来，随着国内水泥行业的蓬勃发展，对水泥助磨剂的需求也逐年增加。目前，水泥助磨剂多是选用多元醇、胺或氨基醇类物质简单复配而得。但是，随着水泥助磨剂向高性能化方向发展，此类水泥助磨剂已经不能完全满足市场的多元化、高层次需求。而随着石油等化工原材料的价格上涨，复配助磨剂的价格也不断上涨，因而催生了新一代高分子合成水泥助磨剂的研究。高性能聚羧酸水泥助磨剂即是其中的一种。该产品在性能和价格方面，具有传统以醇胺类物质为主的复配助磨剂所不可比拟的优点（如性能稳定、适应性强、掺加量低、助磨及增强效果显著等），可通过分子结构的灵活设计满足不同水泥企业的需求，因而在世界范围内得到广泛关注。新型高性能聚羧酸水泥助磨剂项目，综合考虑原料来源、生产成本、分子结构活动自由度等因素，采用水相自由基共聚制备聚羧酸共聚物，然后配合部分助剂及溶剂得到掺加量低、适应性强、助磨效果好、增强作用明显的新一代有机合成高分子水泥助磨剂，即聚羧酸水泥助磨剂。

1.研究内容在了解国内外聚羧酸共聚物的性能特点、合成原理与制备方法的基础上，通过分子设计与合成的方法，制备了具有梳形分子结构的聚羧酸水泥助磨剂。具体流程如下：

（1）国内外相关资料的收集、整理、分析与总结，确定研究的内容及技术方案。

（2）通过多次前期试验，确定原材料的种类、配比及各参数的合理取值范围，进行筛选。

（3）采用正交设计方法进行试验，并在满足高性能的前提下，本着经济性、可操作性的原则，对聚合温度、聚合时间、单体品种及用量、引发剂用量等进行单因素影响试验，确定最佳合成工艺，合成出聚羧酸高性能水泥助磨剂。

（4）进行聚羧酸高性能水泥助磨剂的水泥粉磨效果测试及水泥净浆流动性测试和混凝土性能测试，并与其他类型高效助磨剂的性能进行比较分析。

（5）进行助磨和增强机理的分析和综合性能评价。

2.技术方案由于溶液聚合体系黏度较低、混合和传热较容易、温度易控制，可以避免局部过热，较少出现凝胶效应。而且由于溶液聚合单体浓度较低及链转移，使聚合物分子量较低，既有利于分子量的控制，也有利于生产操作和设备维护，故在试验中选择溶液聚合。此外，高性能水泥助磨剂要求是水溶性的，我们若采用水作为聚合溶剂，聚合完成后可直接应用，不必进行溶剂的分离和产品的提纯，这样就避免了溶剂分离困难及溶剂回收费用高等问题，简化了生产过程，使所得助磨剂的性能稳定，无毒害，符合环保的要求。

综合考虑原料来源、生产成本、分子结构活动自由度等因素，采用大单体直接共聚法，在引发剂的作用下，将一定配比的不饱和羧酸单体按特定工艺采用水溶液共聚得到聚羧酸高性能水泥助磨剂。

3.技术创新点助磨剂分子结构中的强极性阴离子型磺酸基和羧酸基，非离子型的聚氧化乙烯基，以及弱极性阳离子或非离子型的羟基、醚键等结构单元对助磨剂性能有重要影响。由于单体材料的聚合活性差异大，稍微改变分子设计比例，结果变动幅度就会很大。比如丙烯基磺酸钠对助磨剂溶液的黏度影响很大，间接反映在助磨剂分子量发生的变化上。此外，尽管单体材料的分子设计控制在比较合理的比例上，为使所设计的减水剂效果达到最佳状态，需要适当提高减水剂分子的平均分子量，而反应温度、合成浓度等对减水剂的平均分子量特别敏感，可能使助磨剂的分子结构和性能产生巨大变化。因此，选择合适的反应单体及严格控制原材料的摩尔比、反应温度、反应时间、合成浓度等参数，才能合成出具有一定的相对构成比例的极性基与非极性基、一定比例的聚氧化乙烯基长侧链的梳形结构的高性能水泥助磨剂。

本项目的创新点主要包括：（1）采用大单体直接共聚法，在引发剂的作用下，将一定配比的不饱和羧酸单体按特定工艺，采用水溶液共聚得到聚羧酸高性能水泥助磨剂；（2）合成工艺简单，易于控制；（3）深入研究各种因素对助磨性能的影响，并对助磨机理进行分析和综合性能评价；（4）合成过程中不使用甲醛等环境污染物，酯化反应也不涉及有机溶剂的使用，绿色无污染，对环境影响小。

4.取得的成果（1）选择最佳合成工艺路线合成了以聚乙二醇醚、不饱和羧酸等为基质的聚羧酸水泥助磨剂，并编制了相应的技术规范。

（2）成功开发出新一代高分子合成水泥助磨剂，经部分水泥企业试用，得到一致好评。在此基础上，开发了一系列具有助磨、增强、缓凝及减水等功能的水泥及混凝土外加剂。

（3）形成了一套技术资料，并已申请国家专利。

5.总体评价2009年12月22日，受山东省经贸委委托，临沂市经贸委组织有关专家组成鉴定委员会，对山东宏艺科技股份有限公司完成的新型高性能聚羧酸水泥助磨剂项目进行了鉴定。会议听取了项目承担单位的汇报，审查了有关资料，考察了生产现场，经认真讨论，形成如下意见：

（1）提供的鉴定材料齐全、完整、规范，符合鉴定要求。

（2）该项目根据助磨原理，分析影响水泥助磨剂助磨的因素，克服现有简单有机、无机复配助磨剂的不足，以不饱和羧酸单体为原料合成了聚羧酸共聚物，配合部分助剂及溶剂制备了新型高性能聚羧酸水泥助磨剂。该助磨剂应用于水泥粉磨系统，可提高磨机产量、多利用工业废渣、有效改善水泥性能，能够使水泥企业达到节能降耗和清洁生产的目的。整个项目原理清楚，原料选取科学，工艺路线合理。

（3）新型高性能聚羧酸水泥助磨剂，具有成本低、掺量少、高助磨增强、易推广等特点，能够产生良好的经济效益和社会效益。

（4）经查新，国内尚未见有与本项目研究成果相同的报道，属国内首创，其整体技术居国内领先水平。

作者：赵洪义