三異丙醇胺在水泥助磨劑中的應用

　　異丙醇胺于20世紀80年代開始工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)和消費主要集中在德國、美國、英國等國家。由于異丙醇胺具有獨特的物理、化學性質(zhì)，在發(fā)達國家有著極為廣泛的應用。

　　性 質(zhì)

　　異丙醇胺根據(jù)羥基的構成劃分為一異丙醇胺〔1-氨基-2-丙醇，簡稱MIPA〕、二異丙醇胺〔1、1′亞氨基-2-丙醇，簡稱DIPA〕及三異丙醇胺〔1，1，1″氨基-2-丙醇,簡稱TIPA〕三種同系物產(chǎn)品。屬烷醇胺類物質(zhì)，是一種具有胺基和醇性羥基的醇胺化合物，由于它的分子中既含有氨基，又含有羥基，因此具有胺和醇的綜合性能，具有廣泛的工業(yè)用途，是一種重要的基礎性化工原料。     應 用

　　在水泥助磨劑領域，早期用于水泥助磨劑的醇胺類化合物主要是三乙醇胺，由于三異丙醇胺的分散性和后期強度均優(yōu)于三乙醇胺，隨著水泥行業(yè)的發(fā)展和競爭的加劇，三異丙醇胺在水泥助磨劑中的應用得到了飛速發(fā)展。

　　三異丙醇胺在水泥助磨劑中的應用，其特征是該水泥助磨劑中含有三異丙醇胺、三乙醇胺、助劑和水。所說的助劑是羧酸、木素磺酸鹽、烷基磺酸鹽中的一種或一種以上。根據(jù)配方要求，三異丙醇胺加一定比例水，然后加入其它原料在釜中常溫常壓下攪拌，直至產(chǎn)品各項指標合格后出料。三異丙醇胺添加量根據(jù)配方要求約為總原料的20%～60% 。添加法有兩種：一是三異丙醇胺在水泥粉磨工藝中直接加入：因溫度較低時（ < 10℃ ），含量85%的三異丙醇胺由于粘度大 ，難以輸送。添加前三異丙醇胺兌水稀釋至65 %～70%左右，用泵輸送。最佳添加量為總原料的萬分之一左右。二是三異丙醇胺在混凝土生產(chǎn)中直接加入：三異丙醇胺和高效減水劑混合使用，三異丙醇胺的摻量范圍約為水泥的0.1％，高效減水劑為水泥的0.8％（主要激發(fā)強度）。隨著三異丙醇胺摻量的增加，會逐漸增加強度，但由于其分散性提高，使得引氣量增加，從而使強度受礙。引氣量超過3％時，強度開始隨含氣量的增加而有所下降，這時可以加一定量的最好是環(huán)氧化合物的嵌段類聚合物（約為三異丙醇胺的十分之一）。

　　優(yōu) 勢

　　在水泥及水泥混凝土應用中，三異丙醇胺與三乙醇胺相比，在分散性、各齡期增強、應用條件上具有如下優(yōu)勢：

　　1、分散性更好：應用在水泥助磨劑中時，起到助磨劑作用的根本原理是二者作為表面活性劑所具有的分散性，因三異丙醇胺的烷鏈和羥基異構的空間立體結構，而使得三異丙醇胺的分散性優(yōu)于三乙醇胺；而分散性是水泥的重要指標，在實際應用中，三異丙醇胺對水泥的提產(chǎn)效果要優(yōu)于三乙醇胺，且對水泥的流動性改善也優(yōu)于三乙醇胺。

　　2、早期增強性能：二者都是早強劑，但三乙醇胺扭轉(zhuǎn)了水泥的早期凝結特性，從而達到早強的效果，而三異丙醇胺是通過促進早期凝結特性達到早強的效果。具體說就是三乙醇胺促進鋁酸鹽的早期水化，延緩硅酸鹽的水化，提高了早強，但縮短了凝結時間；三異丙醇 胺通過促進較難水化的鐵酸鹽的水化及分散性達到提高水泥礦物的水化程度，從而提高早期強度。

　　3、后期增強性能：三乙醇胺主要對早期強度有所促進，而三異丙醇胺通過促進難水化礦物的水化和提高水泥的分散性，大大提高水泥的后期強度，國外試驗表明在后期強度可提高3個兆帕以上，甚至5－12個兆帕。

　　4、應用性能穩(wěn)定：三乙醇胺的應用對其摻量有明顯的限制，當摻量超過0.1％達到超量時，有時會產(chǎn)生閃凝現(xiàn)象，影響水泥的凝結特性；三異丙醇胺的摻量范圍為0.001％到0.2％，而隨著摻量的增加，會逐漸提高增強效果。

　　在石油價格上漲和對乙烯系列產(chǎn)品需求增加的雙重作用下，乙醇胺的價格持續(xù)上漲，異丙醇胺價格與乙醇胺價格差距大大縮小，乙醇胺逐漸失去其價格優(yōu)勢，隨著世界各國對環(huán)境問題的日益重視，乙醇胺的應用正逐步受到限制，如發(fā)達國家的《污染物排放及轉(zhuǎn)移登記制度》將乙醇胺列為有害物質(zhì)而限制使用，從而加快了乙醇胺的替代步伐。

　　生 產(chǎn)

　　異丙醇胺的生產(chǎn)技術按反應原理可劃分為間歇式低壓低濃度氨水法、連續(xù)高壓高濃度氨水法、連續(xù)高壓超臨界合成法。國外公司基本以連續(xù)高壓高濃度氨水法為主，國內(nèi)公司大多以間歇式低壓低濃度氨水法為主，與國外先進工藝相比，其生產(chǎn)效率低、能耗高、產(chǎn)品純度低，不少廠家被迫停產(chǎn)。南京紅寶麗股份有限公司采用的連續(xù)高壓超 臨界合成法可生產(chǎn)全系列異丙醇胺產(chǎn)品，該公司年產(chǎn)2萬噸異丙醇胺項目于2006年初建成投產(chǎn)，通過江蘇省科技廳和國家經(jīng)貿(mào)委項目驗收，產(chǎn)品純度高，色澤純正，質(zhì)量穩(wěn)定性高，工藝達到國際先進水平。而且生產(chǎn)中做到了各系列產(chǎn)品比例可根據(jù)市場需求控制產(chǎn)出。產(chǎn)品遠銷美國、歐洲、中東、日本等多個國家和地區(qū)，從而扭轉(zhuǎn)了中國凈進口國的局面，為我國水泥、醫(yī)藥、農(nóng)藥、表面活性劑等重要化工產(chǎn)業(yè)升級提供了可靠的原料保障。      目前異丙醇胺產(chǎn)品因沒行業(yè)標準和國家標準，企業(yè)按自定標準生產(chǎn)，因產(chǎn)品規(guī)格不統(tǒng)一，各企業(yè)檢測方法不同，其它有機物（包括一異丙醇胺、二異丙醇胺、高沸物、同分異構體等）在水泥中的具體影響沒有相關的研究及報道，諸多因素制約著產(chǎn)品的廣泛應用。就拿廣泛應用于水泥助磨劑及混凝土外加劑的三異丙醇胺水溶液為例，因沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品標準，造成產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，目前市場上有以下兩種生產(chǎn)工藝為代表的產(chǎn)品：

　　1)、間歇法工藝：

　　①總含量大于85％、三異丙醇胺及其它有機物含量比例不嚴格控制的商品級；

　?、谥骱看笥?5％、其它有機物含量不控制的三異丙醇胺；

　　2)、連續(xù)法工藝：

　　以高純度三異丙醇胺加去離子水稀釋、主含量大于85％、其它有機物含量少并嚴格控制的三異丙醇胺。

　　檢 測

　　關于產(chǎn)品檢測，應用較多的是化學滴定法和氣相色譜法兩種。化學滴定法采用的是與三異丙醇胺類同的一種產(chǎn)品含量的分析測定——即三乙醇胺的國家標準；氣相色譜法利用物料固有特性，如沸點等參數(shù)之間的差異進行分析檢測，可一次性獲取各有機物含量，涉及的是一個純粹的物理過程。目前國際上普遍采用氣相色譜法檢測，該法可有效檢測出主產(chǎn)品含量、其它有機含量、同分異構體及高沸物含量數(shù)據(jù)，并根據(jù)相應檢測數(shù)據(jù)添加使用，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及生產(chǎn)成本的有效控制。現(xiàn)將兩種檢測方法的優(yōu)缺點作如下說明：

　　(1)、化學滴定法測定過程較為煩瑣，且時間較長，做一個樣需要的時間接近1小時，對生產(chǎn)中要求在短時間內(nèi)及時掌握產(chǎn)品質(zhì)量狀況的過程控制不利，而氣相色譜法所需的時間不到20分鐘。

　　(2)、化學滴定法中對三異丙醇胺的分析是先采用酸酐將其中的一異丙醇胺和二異丙醇胺轉(zhuǎn)化成酰胺以起到掩蔽作用，再利用滴定法測其中的三異丙醇胺含量。這里需要指出的是，有機化合物間的化學反應很復雜，容易產(chǎn)生一些副反應和副產(chǎn)物，這就增加了測定的不易重復性。而且化學滴定法還不能同時檢測出三異丙醇胺產(chǎn)品中含有的一異丙醇胺和二異丙醇胺的含量，氣相色譜法利用的則是產(chǎn)品中所存在的一異丙醇胺、二異丙醇胺及三異丙醇胺固有的物性，在確保組分不被分解的情況下，利用它們的物性差異進行分析檢測，并且一次性獲取它們各自的含量，重復性好。

　　(3)、從安全環(huán)保角度考慮，氣相色譜法僅使用極少的無水乙醇作溶劑，樣品量及產(chǎn)生的廢棄物極少，對安全和環(huán)境無礙，分析操作人 員工作強度較小。而化學滴定法使用較多的化學試劑特別有對人體有影響的酸酐，還具有腐蝕性的酸堿物質(zhì)等，會產(chǎn)生較多的廢棄物，存在一定的安全和環(huán)境隱患。

　　(4)、化學滴定法操作容易掌握且成本低、費用少；氣相色譜法檢測迅速、能處理大批樣品，但儀器價格昂貴、操作比較復雜。     隨著水泥新標準的實施，環(huán)境問題的日益重視，行業(yè)競爭的逐步規(guī)范，三乙醇胺在水泥助磨劑領域的主導地位已經(jīng)逐漸為三異丙醇胺所代替，異丙醇胺具有廣闊的發(fā)展前景。