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L(fng)两性表面活性剂cȝ子液体作为水泥助剂的研I?
助磨剂杂志社 水惔助磨剂技? 2018-05-04
L(fng)两性表面活性剂cȝ子液体作为水泥助剂的研I?
?林, ?娟, 李斌斌, 周小_(d) 李金青, ?涛, 崔取?
( 华东交通大学材料科学与工程学院Q?
?要:(x)首次以磷p表面活性剂制备出离子液体ƈ研究其作为水泥助剂的性能。利用烷Z苯基溴化膦等四种阳离子表面活性剂与十二烷酸钠阴d表面zL剂(SDBS)反应制备Z(jin)四种d液体型磷pM性表面活性剂。水泥助效果显C,单纯的阴、阳d表面zL剂都没有明昑֊效果,但由L(fng)表面zL剂与SDBS反应制备的离子液体都表现出卓的助磨效果。其中,甌Ӏ乙、丙、丁基四U磷pȝ子液体的80μm{余量减率都超q?0% 四种d剂最x(chng)量均?Q?3%。从整体看,四种d液体随烷基链长的增加其助效果有增大势。对同种化合物,球磨旉大于50minӞ45μm{余量减率增加Q?0μm{余量减率却变。通过实验表明Q其休止角均于_体工业上规定的最大?0Q这4U助剂降低?jin)水泥标准稠度。由此可见,新制备出的四U离子液体都h较优异的助磨性能?
关键词:(x)d液体; d液体助磨? L(fng)d液体; L(fng)表面zL剂; 烷基cM苯基溴化?
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助磨剂是一U在水惔_磨q程中能够减粉颗_粒径,提高_磨效率的微量添加剂Q?Q,其对于水泥粉的重要性如同润滑a(b)之于轮uq行。中国是水惔大国Q?水惔的粉过E耗能巨大Q?-5Q,但是却只有不?%的能量是用于提高水惔物料l度的机械功上,_磨效率很低Q?Q。助剂能够改变颗粒表面的物化性质Q减自pQ?减弱表面强度Q有效抑刉_的重新聚集、减ȝ球现象从而得粉效率得以提高E7-10Q。提高粉效率,q不仅是水惔企业提升生效率的重要思\Q也是关pd_磨行业节能减排的关键D措。助剂的用有效地提高?sh)(jin)粉效率和能量的利用率Qؓ(f)_磨物的品质提高奠定?jin)基Q同时社?x)意义深q、经效益明显E11Q。因此, 国内外的许多学者均对助剂q行?jin)一pd的研IӞE12-13Q。现有的l大多数商业化助剂的主要活性成分大多是以TEA、DEG、DEA、EGZ表的{化工原料E14-15Q,q些助磨剂原?/a>大多属于x(chng)a(b)工业的下业E16Q。卫晓慧{以 MA、TEA、MA、APEG为原料,合成?jin)羧酸类产物Qƈ试?jin)助效果,实验l果表明Q在同等条g下,与空白水泥相比,助磨效果良好Q?5μm{余量下降了(jin)19Q?%Q?80μm{余量下降了(jin)30Q?%Q?7Q。Zhao{研I了(jin)未经加工的甘油作为粒犉?a href="http://goaj.cn/supply/10.html" target="_blank">矿渣助磨?/a>的助效果。实验结果表明,掺入矿渣质量0Q?8%的此U助剂可以使得矿渣的筛余量得到显著下降Q比表面U显著增大,_径分布变窄(jing)Q小?2μm_径的矿渣粒子增多E18Q。他们还研究?jin)三乙醇胺和乙二醇复合助剂对粉灰的粉煤效果?
l果表明Q掺入粉煤灰质量?Q?5%可以使得比表面积提高104m2/kgQ?d?d?8d的抗压强度分别提高(sh)(jin)1Q?%?Q?%?Q?%Q?9Q?
管对助剂的研I一直都在持l着Q但一般都是以现有的助剂为基Q新的助剂的开发很~慢Q在理论斚w也没有大的突_(d)因此Q当前助剂领域亟需q行创新H破Q寻扑ֈ不同于以往助磨剂化学结构的新型助磨剂是当前的学术研I和工业实践上的当务之急。本文首ơ以L(fng)表面zL剂制备出离子液体ƈ研究其作为水泥助剂的助效果,利用4U磷p阳d表面zL剂和十二烷酸钠表面活性剂分别合成得到4 U离子液体助剂Q将其作Z要研I对象,研究?jin)该cd剂的掺量与助磨效果、球时间与助磨效果{的对应变化Q寻求分子结构的变化与助能力之间的潜在联系?
1 ??
1Q? 主要试剂
甲基三苯基溴化膦Q乙Z苯基溴化膦,丙基三苯基溴化膦Q丁Z苯基溴化膦,均ؓ(f)分析U,均来自上阿拉丁生化U技股䆾有限公司;十二烷基苯磺酔RQ?分析U,来自致远化工股䆾有限公司Q实验用水均为实验室自制的双重蒸馏水; 水惔熟料来自江西万年青水泥股份有限公司?
1Q? L(fng)两性表面活性剂cȝ子液体的合成
步骤一: 配制一定质量分数的十二烷基苯磺酔R阴离子表面活性剂溶液Q代号ؓ(f)LAS?
步骤? 分别配制一定质量分数的甲基三苯基溴化膦Q乙Z苯基溴化膦,丙基三苯基溴化膦Q丁Z苯基溴化膦阳d表面zL剂溶液Q代号分别ؓ(f)P1+QP2+QP3+QP4+?
步骤? 分别配制四种L(fng)两性表面活性剂Q?代号分别为P1QP2QP3QP4。取2Q?62g的丁Z苯基溴化于25g的蒸馏水中,按照摩尔??计算Q加入稍E过量的十二烷基苯磺酔RQ置于磁力搅拌器中,快速搅?hQ静(rn)|分Ԍ取下层黏E液体,U重?Q?02gQ率ؓ(f)99Q?25%Q合成物为十二烷酸丁基三苯基磷Q?代号为P4。以P4ZQ先后合成了(jin)十二烷基苯磺酸甲Z苯基P十二烷基苯磺怹Z苯基P十二烷基苯磺怸Z苯基P分别代号?P1QP2QP3。鉴于四U两性表面活性剂的合成机理和q程cMQ因此以十二烷基苯磺怸Z苯基L(fng)合成Z做简要说明,相关的化学方E式如下:
合成产物为阴阳离子型化合物,且在常温下ؓ(f)液体Q符合离子液体的定义?
1.3 L(fng)两性表面活性剂cȝ子液体的U外图谱表征试
对合成的十二烷基苯磺酸甲Z苯基?P1)Q?十二烷基苯磺怹Z苯基?P2)Q十二烷酸两项三苯基磷(P3)Q十二烷酸丁基三苯基磷(P4)q行U外图谱表征试l果如图1所C,以十二烷酸甲基三苯基磷(P1)的红外图׃ؓ(f)例进行说明,1600cmQ??466cmQ?处有Cؓ(f)-C=C的~振动,1250~1150cmQ?Q?132cmQ?Q?046cmQ??S=O变Ş振动的三个谱带,693cmQ?Q?76cmQ?变Ş振动的小峰?
2918cmQ?处ؓ(f)C-H反对UC~振动,1450cmQ?处ؓ(f)C-P 的~振动,可以证明是十二烷酸甲基三苯基磷?
1Q? 助磨性能试
1.4.1球磨q程讄
使用的粉机来自长沙天创_末技术有限公司生产的XQMpd行星球磨机,为验证助效果,辑ֈ使水泥熟料粒径减的目的Q球机的参数设|ؓ(f):转?800r/minQ无特别说明_磨旉均ؓ(f)40min?
1.1.2助磨效果定
使用的负压筛析AZ宜昌A器纱{厂生的,型号为FYS-150B环保型水泥细度负压筛析A。负压筛析A上的参数控制?{析旉?20sQ负压ؓ(f)5kPa。进?5μm{余量筛析实验的_磨量ؓ(f)10Q?00gQ?0μm{余量筛析实验时的粉量?5Q?00g?
1.1.3休止角测?
使用的是上虞探矿仪器厂公司生产的Q型号ؓ(f)DSY-2休止角测定A?
1.4.4标准E度Q初、终凝时?
成品水惔?2Q?5R普通硅酸盐水惔Q用水ؓ(f)蒔R水。成品水泥用量ؓ(f)300gQ根据GB/T1346-2011《水泥净标准稠度用水量Q凝l时_(d)安定性检验方法》,q行标准E度的测定,以及(qing)初凝旉、终凝时间的实验?
1.4.5水惔胶砂动度测?
由无锡市(jng)建工实验仪器有限公司生的NLD-3?
水惔胶砂动度测定A和绍兴市(jng)新能仪器讑֤有限公司生的水泥净流动模l成?
2 l果与讨?
2Q? 助磨效果
首先考察甲基三苯基溴化膦、乙Z苯基溴化膦、丙Z苯基溴化膦、丁Z苯基溴化膦等四种阳离子表面活性剂以及(qing)十二烷基苯磺酔R阴离子表面活性剂各自的助效果。再分别利用甲基三苯基溴化膦、乙Z苯基溴化膦、丙Z苯基溴化膦、丁Z苯基溴化膦与十二烷基苯磺酔R反应Q合成相应的两性表面活性剂d液体Q考察其掺量与助磨效果、粉时间与助磨效果的关pR?
2Q?Q? L(fng)阳离子表面活性剂与阴d表面zL剂Ҏ(gu)泥的助磨作用
甲基三苯基溴化膦、乙Z苯基溴化膦、丙Z苯基溴化膦、丁Z苯基溴化膦四U阳d表面zL剂以及(qing)十二烷基苯磺酔R阴离子表面活性剂各自的助效果如?所C,?(a)Q图2(b)中阳d表面zL剂自n的助效果有限,?5μm{余量减率?0μm{余量减率都随着掺量的增加呈现出单调递减的特点,也就是掺量和助磨效果呈现?gu)相关。四U阳d表面zL剂?5μm{余量减率最大g?Q?%Q?0μm{余量减率最大g?0%Q显C四种阳离子表面活性剂q不适合作ؓ(f)助磨剂。由?(c)中可以看出,十二烷基苯磺酔R的助效果也非常不理惻I45μm{余量减率最大g过2%Q?0μm{余量减率最大g过2%。可以确定的是,十二烷基苯磺酔R作ؓ(f)助磨剂是不合适的?
2Q?Q? 不同d量的L(fng)两性表面活性剂d液体的助效?
对合成的十二烷基苯磺酸甲Z苯基?P1)Q?十二烷基苯磺怹Z苯基?P2)Q十二烷酸两项三苯基磷(P3)Q十二烷酸丁基三苯基磷(P4) 的助效果进行测定。实验用的水泥熟料ؓ(f)30gQ按一定质量梯度分别加入P1、P2、P3、P4得l果如图3中所C,作ؓ(f)阴阳d表面zL剂合成后得到的d液体型两性表面活性剂的助效果优异,低添加量下,45μm {余量减率最大值均?5%左右Q?0μm{余量减率最大值均?0%左右Q这明显不同于反应物之一的阴d表面zL剂或者阳d表面zL剂?
4U合成之后的两性表面活性剂其助能?5 μm{余量减率?0μm{余量减率均随着掺量的增加均呈现先不断升高达到最高值后Q出C降的势?U合成的两性表面活性剂助磨效果最x(chng)量均对应?Q?3%。就四种助磨剂的比较Q助剂的助效果随着烷基N的增加有增大的趋ѝ?
2Q?Q?不同球磨旉下磷pM性表面活性剂d液体的助效?
对合成的P1、P2、P3、P4的助效果进行测定。实验用的水泥熟料ؓ(f)30gQ在最x(chng)?Q?3%的条件下分别加入P1、P2、P3、P4Q球时间分别设|ؓ(f)20min?0min?0min?0min?0min时测得结果如?所C, 合成的离子液体型两性表面活性剂的助效?5μm {余量减率随着_磨旉的g长在呈现不断增大的趋势,但是80μm{余量减率先是不断增长Q在50min 时出现最高|随即下降Q说?0min后,_磨旉?80μm的粒径变化媄(jing)响减弱,?5μm{余量减率没有出现转折点可能与其粒径大有兟?
2Q? 休止角的定
合成得到的d液体型两性表面活性剂P1、P2、P3、P4作ؓ(f)助磨剂按照一定的质量梯度加入到水泥熟料中Q粉后定_体的休止角l果如图5中所C,加入不同量的助磨剂后Q粉体的休止角随着掺量的增加先不断的增加,C(jin)最高值后Q此后随着掺量的增加,休止角开始减。所得的最大休止角均小于粉体工业上规定的最大?0Q满_业上的要求?
2Q? 标准E度Q初、终凝时间的定
2Q?Q? 标准E度的测?
在不掺入助磨剂的条g下,分别向质量ؓ(f)300g的成品水泥中加入92g?6g?00g?04g?08g的蒸馏水Q测定标准稠度试件的下降距离随用水量的变化关p, 得l果如图6所C。对于一定量的水泥,当用水量不断的增加时Q水泥净的E度小Q标准试件的下降距离大。图6中可以看出,当用水量辑ֈ?04gӞ 标准试杆的所能达到的下降距离最大,Ҏ(gu)国标要求Q?标准试g的下降距d33~35mmӞ用水量ؓ(f)标准E度用水量。故用水量ؓ(f)96g时达C(jin)标准E度Q且标准E度?2%?
?(a)是在用水量ؓ(f)96g的条件下Q向300g的成品水泥中分别加入不同质量?P1、P2、P3、P4Q测定标准稠度试件的下降距离所得的l果。从?中可知,随着掺入量的增加Q准E度试g的下降距L一个增大的势Q表明合成的d液体型两性表面活性剂?x)降低水泥净的E度。在最x(chng)?Q?3%条g下,改变用水量测定标准稠度试杆的下降距离的结果如?(b)所C, 可知Q当用水量ؓ(f)94g时下降距d国标范围之内Q与I白l的96g相比有所下降。因此,掺入助磨剂后Q水泥的标准E度有所下降Qؓ(f)31Q?3%
本实验首ơ发现离子液体型L(fng)两性表面活性剂作ؓ(f)助磨剂具有很好的助磨性能。利用甲Z苯基溴化膦、乙Z苯基溴化膦、丙Z苯基溴化膦、丁Z苯基溴化膦四U阳d表面zL剂分别与十二烷酸钠阴d表面zL剂合成得到十二烷基苯磺酸甲Z苯基?P1)Q十二烷酸乙基三苯基磷(P2)Q十二烷酸两项三苯基磷(P3)Q十二烷酸丁基三苯基磷(P4)四种d液体型磷pM性表面活性剂。与作ؓ(f)反应物的阴子表面zL剂或者阳d表面zL剂相比Q?h优异的助效果。目前猜可能的原因可以用“双?sh)子层”来解释。水泥在_磨q程中,_径分布朝着更小方向UdQ同时也?x)生带늚阴阳dQ因带电(sh)的阴阳离子之间的强烈吸引?x)发生团聚现象,加入作?f)助磨剂的d液体型磷pM性表面活性剂后会(x)产生体积较大的阴阳离子,分别与水泥中带电(sh)的离子相l合Q由于磷pM性表面活性剂产生的阴阳离子的体积都比较大Q且正负?sh)荷因离子中存在大π键?sh)荷得到了(jin)有效分散,当结合相反?sh)L(fng)d后因使电(sh)荷得到有效分散,正负?sh)荷的引力减弱,可以有效地减弱团聚现象,辑ֈ分散的效果。然而加入单一阴子表面zL剂或者阳d表面zL剂p不到q样的效果,单独加入阳离子表面活性剂后会(x)产生一体积较大的带?sh)荷阴离子与一体积的带电(sh)荷阳dQ分别与水惔中的异性离子结合,׃带电(sh)L(fng)阳离子的体积,正电(sh)h法得到有效的分散Q因而会(x)与其他原本已与水泥中阳离子结合的带电(sh)荷阴d再次l合在一P从而加强团聚现象,达不到分散的效果。以此类推, 单独加入阴离子表面活性剂也会(x)起到相反的作用。因此, d液体型磷pM性表面活性剂h优异的助性能。本文给?jin)助剂领域的研I学者极大的思维启发Q扩展了(jin)助磨剂的研究领域Q同时在理论斚w也有?jin)新的突_(d)q一步促(j)q了(jin)_磨工业的发展?
3 l??
(1)烷基cM苯基溴化膦等4U阳d表面zL剂助磨效果很不理想Q?5μm{余量减率均低?%Q而且无论?5μm{余量,q是80μm{余量都随着掺量的加大而变大,助磨效果变差。阴d助磨剂十二烷酸钠也没有明显的助效果?
(2)烷基cM苯基溴化膦等4U阳d表面zL剂分别与十二烷酸钠阴d表面zL剂反应之后制备?U两性表面活性剂cȝ子液体的助磨能力却比较突出,丙基cd合物和丁基类化合物在60min?5μm{余量减率分别辑ֈ?2%?2%Q从整体上来看,化合物随着烷基N的增加有一个增大的势。对同一U化合物而言Q球时间大?0minӞ80μm{余量减率变小Q最x(chng)量均?Q?3% ?
(3)对于同一U助剂而言Q休止角随着掺量的增大有一个最大|随后Q随着掺量的增大,休止角反而减,但是均小于粉体工业上规定的最?0Q符合要求?
(4)不掺入助剂的成品水泥的标准E度?2%Q复合后的两性助剂使得水惔的标准稠度有所降低Qؓ(f)31Q?3%Q但对初凝时间和l凝旉影响不显著?
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