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三异丙醇胺在水泥助磨剂中的应用

  异丙醇胺于20世纪80年代开始工业化生产，生产和消费主要集中在德国、美国、英国等国家。由于异丙醇胺具有独特的物理、化学性质，在发达国家有着极为广泛的应用。
    性 质
    异丙醇胺根据羟基的构成划分为一异丙醇胺〔1-氨基-2-丙醇，简称MIPA〕、二异丙醇胺〔1、1′亚氨基-2-丙醇，简称DIPA〕及三异丙醇胺〔1，1，1″氨基-2-丙醇,简称TIPA〕三种同系物产品。属烷醇胺类物质，是一种具有胺基和醇性羟基的醇胺化合物，由于它的分子中既含有氨基，又含有羟基，因此具有胺和醇的综合性能，具有广泛的工业用途，是一种重要的基础性化工原料。
    应 用
    在水泥助磨剂领域，早期用于水泥助磨剂的醇胺类化合物主要是三乙醇胺，由于三异丙醇胺的分散性和后期强度均优于三乙醇胺，随着水泥行业的发展和竞争的加剧，三异丙醇胺在水泥助磨剂中的应用得到了飞速发展。
    三异丙醇胺在水泥助磨剂中的应用，其特征是该水泥助磨剂中含有三异丙醇胺、三乙醇胺、助剂和水。所说的助剂是羧酸、木素磺酸盐、烷基磺酸盐中的一种或一种以上。根据配方要求，三异丙醇胺加一定比例水，然后加入其它原料在釜中常温常压下搅拌，直至产品各项指标合格后出料。三异丙醇胺添加量根据配方要求约为总原料的20%～60% 。添加法有两种：一是三异丙醇胺在水泥粉磨工艺中直接加入：因温度较低时（ < 10℃ ），含量85%的三异丙醇胺由于粘度大 ，难以输送。添加前三异丙醇胺兑水稀释至65 %～70%左右，用泵输送。最佳添加量为总原料的万分之一左右。二是三异丙醇胺在混凝土生产中直接加入：三异丙醇胺和高效减水剂混合使用，三异丙醇胺的掺量范围约为水泥的0.1％，高效减水剂为水泥的0.8％（主要激发强度）。随着三异丙醇胺掺量的增加，会逐渐增加强度，但由于其分散性提高，使得引气量增加，从而使强度受碍。引气量超过3％时，强度开始随含气量的增加而有所下降，这时可以加一定量的最好是环氧化合物的嵌段类聚合物（约为三异丙醇胺的十分之一）。
    优 势
    在水泥及水泥混凝土应用中，三异丙醇胺与三乙醇胺相比，在分散性、各龄期增强、应用条件上具有如下优势：
     1、分散性更好：应用在水泥助磨剂中时，起到助磨剂作用的根本原理是二者作为表面活性剂所具有的分散性，因三异丙醇胺的烷链和羟基异构的空间立体结构，而使得三异丙醇胺的分散性优于三乙醇胺；而分散性是水泥的重要指标，在实际应用中，三异丙醇胺对水泥的提产效果要优于三乙醇胺，且对水泥的流动性改善也优于三乙醇胺。
     2、早期增强性能：二者都是早强剂，但三乙醇胺扭转了水泥的早期凝结特性，从而达到早强的效果，而三异丙醇胺是通过促进早期凝结特性达到早强的效果。具体说就是三乙醇胺促进铝酸盐的早期水化，延缓硅酸盐的水化，提高了早强，但缩短了凝结时间；三异丙醇胺通过促进较难水化的铁酸盐的水化及分散性达到提高水泥矿物的水化程度，从而提高早期强度。
     3、后期增强性能：三乙醇胺主要对早期强度有所促进，而三异丙醇胺通过促进难水化矿物的水化和提高水泥的分散性，大大提高水泥的后期强度，国外试验表明在后期强度可提高3个兆帕以上，甚至5－12个兆帕。
     4、应用性能稳定：三乙醇胺的应用对其掺量有明显的限制，当掺量超过0.1％达到超量时，有时会产生闪凝现象，影响水泥的凝结特性；三异丙醇胺的掺量范围为0.001％到0.2％，而随着掺量的增加，会逐渐提高增强效果。
    在石油价格上涨和对乙烯系列产品需求增加的双重作用下，乙醇胺的价格持续上涨，异丙醇胺价格与乙醇胺价格差距大大缩小，乙醇胺逐渐失去其价格优势，随着世界各国对环境问题的日益重视，乙醇胺的应用正逐步受到限制，如发达国家的《污染物排放及转移登记制度》将乙醇胺列为有害物质而限制使用，从而加快了乙醇胺的替代步伐。
    生 产
    异丙醇胺的生产技术按反应原理可划分为间歇式低压低浓度氨水法、连续高压高浓度氨水法、连续高压超临界合成法。国外公司基本以连续高压高浓度氨水法为主，国内公司大多以间歇式低压低浓度氨水法为主，与国外先进工艺相比，其生产效率低、能耗高、产品纯度低，不少厂家被迫停产。南京红宝丽股份有限公司采用的连续高压超临界合成法可生产全系列异丙醇胺产品，该公司年产2万吨异丙醇胺项目于2006年初建成投产，通过江苏省科技厅和国家经贸委项目验收，产品纯度高，色泽纯正，质量稳定性高，工艺达到国际先进水平。而且生产中做到了各系列产品比例可根据市场需求控制产出。产品远销美国、欧洲、中东、日本等多个国家和地区，从而扭转了中国净进口国的局面，为我国水泥、医药、农药、表面活性剂等重要化工产业升级提供了可靠的原料保障。
    目前异丙醇胺产品因没行业标准和国家标准，企业按自定标准生产，因产品规格不统一，各企业检测方法不同，其它有机物（包括一异丙醇胺、二异丙醇胺、高沸物、同分异构体等）在水泥中的具体影响没有相关的研究及报道，诸多因素制约着产品的广泛应用。就拿广泛应用于水泥助磨剂及混凝土外加剂的三异丙醇胺水溶液为例，因没有统一的产品标准，造成产品质量良莠不齐，目前市场上有以下两种生产工艺为代表的产品：
    1)、间歇法工艺：
     ①总含量大于85％、三异丙醇胺及其它有机物含量比例不严格控制的商品级；②主含量大于85％、其它有机物含量不控制的三异丙醇胺；
    2)、连续法工艺：
    以高纯度三异丙醇胺加去离子水稀释、主含量大于85％、其它有机物含量少并严格控制的三异丙醇胺。
    检 测
    关于产品检测，应用较多的是化学滴定法和气相色谱法两种。化学滴定法采用的是与三异丙醇胺类同的一种产品含量的分析测定——即三乙醇胺的国家标准；气相色谱法利用物料固有特性，如沸点等参数之间的差异进行分析检测，可一次性获取各有机物含量，涉及的是一个纯粹的物理过程。目前国际上普遍采用气相色谱法检测，该法可有效检测出主产品含量、其它有机含量、同分异构体及高沸物含量数据，并根据相应检测数据添加使用，以确保产品质量的稳定及生产成本的有效控制。现将两种检测方法的优缺点作如下说明：
     (1)、化学滴定法测定过程较为烦琐，且时间较长，做一个样需要的时间接近1小时，对生产中要求在短时间内及时掌握产品质量状况的过程控制不利，而气相色谱法所需的时间不到20分钟。
     (2)、化学滴定法中对三异丙醇胺的分析是先采用酸酐将其中的一异丙醇胺和二异丙醇胺转化成酰胺以起到掩蔽作用，再利用滴定法测其中的三异丙醇胺含量。这里需要指出的是，有机化合物间的化学反应很复杂，容易产生一些副反应和副产物，这就增加了测定的不易重复性。而且化学滴定法还不能同时检测出三异丙醇胺产品中含有的一异丙醇胺和二异丙醇胺的含量，气相色谱法利用的则是产品中所存在的一异丙醇胺、二异丙醇胺及三异丙醇胺固有的物性，在确保组分不被分解的情况下，利用它们的物性差异进行分析检测，并且一次性获取它们各自的含量，重复性好。
     (3)、从安全环保角度考虑，气相色谱法仅使用极少的无水乙醇作溶剂，样品量及产生的废弃物极少，对安全和环境无碍，分析操作人员工作强度较小。而化学滴定法使用较多的化学试剂特别有对人体有影响的酸酐，还具有腐蚀性的酸碱物质等，会产生较多的废弃物，存在一定的安全和环境隐患。
     (4)、化学滴定法操作容易掌握且成本低、费用少；气相色谱法检测迅速、能处理大批样品，但仪器价格昂贵、操作比较复杂。
    随着水泥新标准的实施，环境问题的日益重视，行业竞争的逐步规范，三乙醇胺在水泥助磨剂领域的主导地位已经逐渐为三异丙醇胺所代替，异丙醇胺具有广阔的发展前景。