一种钢渣功能剂及其制备方法和使用方法与流程

1.本发明涉及功能改性剂技术领域，尤其涉及一种钢渣功能剂及其制备方法和使用方法。


背景技术：

2.钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，约占炼钢产量的15％～20％。钢渣主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁等。上述矿物相的存在导致钢渣的易磨性差且相容性差，极大的限制了钢渣的利用，导致大量钢渣的堆存，不仅占用宝贵土地，而且还会对周围环境和地下水造成污染。因此，如何改性钢渣的性质，提高钢渣的利用规模，是一个迫切需要解决的问题。要使钢渣能够作为功能填料添加于防锈涂料、水泥等组分中，必须要使钢渣成为粒径合适、易分散的微粉，而钢渣磨粉过程中微粉极易团聚，机械磨粉后的微粒也难以分散在常见的水性体系中，因而钢渣磨粉工艺中功能助剂的选择至关重要。
3.一种具有结构助磨和表面包裹作用的钢渣改性剂及其制备方法(专利授权号：201911095395.7)公开了一种以乙二醇、三乙丙醇胺、三乙醇胺、液体石蜡、焦油制备钢渣改性剂，其虽然对钢渣有优良的助磨效果，但是助磨后钢渣微粉的亲水性差，不能溶于水性体系。利用结构助磨技术与表面改性技术实现钢渣颗粒的超微粉化与表面的亲水改性是提高钢渣高附加值利用的主要研究方向，尤其是改善钢渣易磨性差且实现与水性体系相容的问题。面对上述问题，利用材料复合化技术制备具有结构助磨
‑
表面亲水改性作用的钢渣功能剂，提高钢渣颗粒的超微粉化和表面的亲水改性，实现钢渣的高附加值应用，尤其是水性涂料中的应用，促进钢铁企业增效。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可提高钢渣的易磨性，且磨后钢渣微粉与水性体系的相容性良好的钢渣功能剂，以及该钢渣功能剂的制备方法和使用方法。
5.本发明是通过以下技术方案来实现的：
6.一种钢渣功能剂，其包括下列按重量百分比计量的原料：
[0007][0008]
水性醇酸树脂为一种亲水性高分子树脂，由于其具有一定黏性和黏度，一方面可以充当分散剂，防止无机微粒团聚，另一方面由于其水溶性好，亲水性好，可以改善无机粒子的亲水性。水性醇酸树脂一般作为涂料的主体树脂来使用，在涂料中，水性醇酸树脂必须在分散系统中的良好亲水性和干燥固化后的抗水性之间寻求平衡，但基于本技术中水性醇酸树脂的特殊功用，本技术中水性醇酸树脂需要其具备较好的亲水性，同时具有合适的黏度，黏度太大或太小均不有利于微粉的分散，而且黏度大意味着分子量大，影响其水溶性。
[0009]
为使本技术的钢渣功能剂具有最优性能，进一步地，所述水性醇酸树脂的固含量为50％，酸值≥50，黏度为100～400mpa
·
s，可据此选用工业纯的工业成品。
[0010]
由于工业成品的水性醇酸树脂大多用于水性漆中，其各项参数性能以满足水性漆的使用要求为目的，进一步地，所述水性醇酸树脂也可根据需要自行生产制备，制备原料包括下列重量份数的组分：偏苯三酸酐5～20份，邻苯二甲酸酐5～10份、氢化蓖麻油20～50份、三羟甲基丙烷10～20份、聚乙二醇2～5份、三乙胺适量、乙二醇丁醚10～25份。
[0011]
上述水性醇酸树脂可由如下步骤制备而成：按照配方量将邻苯二甲酸酐、氢化蓖麻油、三羟甲基丙烷、聚乙二醇加入反应装置中，加热通氮气，升温至200～230℃，搅拌反应2h；其间间隔一定时间测试体系的酸值，当酸值降至10mgkoh/g以下时，停止加热，降温至180℃时，加入偏苯三酸酐，保持温度在160～180℃下反应1h；1h后间隔一定时间测试体系的酸值，当酸值降至80～60mgkoh/g时，停止加热，降温至100℃左右时加入适量三乙胺和配方量的乙二醇丁醚；待温度降至60℃时加入蒸馏水稀释至50％，搅拌均匀后出料。由此得到的水性醇酸树脂用于本发明中具有较优的综合性能。
[0012]
进一步地，所述磷酸的质量分数为80％。
[0013]
一种上述钢渣功能剂的制备方法，包括如下步骤：
[0014]
s1、将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺混合，得到混合液ⅰ；
[0015]
s2、将磷酸与水混合，得到混合液ⅱ；
[0016]
s3、将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂混合，即得钢渣功能剂。
[0017]
进一步地，步骤s1中的混合条件为：在30～40℃的温度下以300～500r/min的转速
搅拌60～90min；
[0018]
步骤s2中的混合条件为：在30～40℃的温度下以300～500r/min的转速搅拌60～90min；
[0019]
步骤s3中的混合条件为：在温度20～30℃下以750～1000r/min的转速搅拌30～60min。
[0020]
一种上述钢渣功能剂的使用方法，在钢渣磨粉工艺中，所述的钢渣功能剂与钢渣的重量比例为1:50～250。
[0021]
经试验，本发明得到的钢渣功能剂在钢渣磨粉过程中发挥良好的作用，且使得到的钢渣微粉具有较好的使用性能，究其原理，主要如下：
[0022]
(1)钢渣功能剂中的丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺和三乙醇胺为具有一定吸附性的表面活性剂分子，可在待磨钢渣表面形成单分子吸附薄膜，在粉碎过程中钢渣断裂，钢渣断裂面上产生的游离电价键与钢渣功能剂提供的离子或分子进行中和，以达到消除或减弱钢渣微粉聚集的趋势，以及阻止断裂面复合。
[0023]
(2)钢渣功能剂中的磷酸去除钢渣中的游离石灰(f
‑
cao)，从而提高钢渣的比表面积、孔体积和孔径，进一步形成多孔体系，也有利于钢渣功能剂对钢渣的润湿作用和吸附作用，降低钢渣表面自由能，削弱钢渣晶粒间合力，产生挤开裂缝应力，以达到破坏钢渣硬度的作用。同时磷酸可以降低钢渣超微粉的碱性，解决由于碱性高而导致水性树脂快速凝结的问题，从而提高与水性树脂的相容性。
[0024]
(3)钢渣功能剂中的水性醇酸树脂在钢渣超微粉表面形成亲水性包裹层，一方面可以隔绝与水发生反应，降低钢渣超微粉的团聚，提高改性钢渣超微粉的分散效果，另一方面创新性地实现改性钢渣超微粉与水性体系的相容，有利于其在水性漆等水性体系中的应用。另外，助磨剂作为钢渣的助磨剂而残留在最终的钢渣微粉中，水性醇酸树脂附着在钢渣微粉的表面上，该钢渣微粉在包含有醇酸树脂等组分的涂料中时具有良好的分散性和相容性，无需额外添加偶联剂等助剂对填充料进行处理。
[0025]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026]
1、本发明利用具有结构助磨和表面亲水改性作用的钢渣功能剂对钢渣进行处理，不仅改善了钢渣的易磨性差且实现了与水性体系的相容，有利于改性钢渣超微粉在水性漆等水性体系中的高附加值应用。
[0027]
2、本发明钢渣功能剂中丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺为助磨剂，磷酸为造孔剂，水性醇酸树脂主要作为分散剂，这些助剂相互协同作用实现了钢渣的超微粉化及在水性体系中良好的分散性与相容性。对比于现有利用硅烷偶联剂、廉价有机物(如液体石蜡和煤油)对钢渣进行改性处理技术，本发明的钢渣复合剂中的水性醇酸树脂具有更好的亲水性，一方面包裹钢渣超微粉，隔绝与水发生反应，降低钢渣超微粉的团聚，提高改性钢渣超微粉的分散效果；另一方面改善改性钢渣超微粉与水性体系的相容性，有利于其在水性体系中的应用。
[0028]
3、本发明得到的钢渣功能剂及其制备方法符合相关节能环保、循环经济的政策要求。
具体实施方式
[0029]
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0030]
实施例1
[0031]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0032][0033][0034]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为65，黏度为228mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0035]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速400r/min搅拌80min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速300r/min搅拌90min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度20℃下以转速950r/min搅拌40min，得到本实施例的钢渣功能剂。
[0036]
实施例2
[0037]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0038]
[0039][0040]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为60，黏度为250mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0041]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速300r/min搅拌90min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速500r/min搅拌60min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速850r/min搅拌50min，获得钢渣功能剂。
[0042]
实施例3
[0043]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0044][0045][0046]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为70，黏度为325mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0047]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速500r/min搅拌60min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速400r/min搅拌70min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速750r/min搅拌60min，获得钢渣功能剂。
[0048]
实施例4
[0049]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0050][0051][0052]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为70，黏度为325mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0053]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速300r/min搅拌70min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速300r/min搅拌80min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度20℃下以转速1000r/min搅拌30min，获得钢渣功能剂。
[0054]
实施例5
[0055]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0056][0057][0058]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为70，黏度为325mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0059]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速500r/min搅拌90min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速500r/min搅拌70min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速900r/min搅拌60min，获得钢渣功能剂。
[0060]
实施例6
[0061]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0062][0063][0064]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂的固含量为50％，酸值为80，黏度为205mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0065]
上述水性醇酸树脂由包括下列重量份数的原料制备而成：偏苯三酸酐15份，邻苯二甲酸酐7份、氢化蓖麻油45份、三羟甲基丙烷18份、聚乙二醇4.5份、三乙胺适量、乙二醇丁醚22份。三乙胺适量至体系的ph值至弱碱性7.5～8.5。
[0066]
上述水性醇酸树脂由如下步骤制备而成：按照配方量将邻苯二甲酸酐、氢化蓖麻油、三羟甲基丙烷、聚乙二醇加入反应装置中，加热通氮气，升温至200～230℃，搅拌反应2h；其间间隔一定时间测试体系的酸值，当酸值降至10mgkoh/g以下时，停止加热，降温至180℃时，加入偏苯三酸酐，保持温度在160～180℃下反应1h；1h后间隔一定时间测试体系的酸值，当酸值降至80～60mgkoh/g时，停止加热，降温至100℃左右时加入三乙胺适量和乙二醇丁醚；待温度降至60℃时加入蒸馏水稀释至50％，搅拌均匀后出料。
[0067]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速400r/min搅拌60min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速400r/min搅拌90min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速800r/min搅拌50min，获得钢渣功能剂。
[0068]
实施例7
[0069]
一种钢渣功能剂，以制备本实施例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0070][0071]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为70，黏度为325mpa
·
s(gb/t 10247
‑
2008)；所述水为自来水。
[0072]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速400r/min搅拌60min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速400r/min搅拌90min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ、混合液ⅱ与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速800r/min搅拌50min，获得钢渣功能剂。
[0073]
对比例1
[0074]
一种钢渣功能剂，以制备本对比例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0075][0076]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述水性醇酸树脂为工业纯，其固含量为50％，酸值为70，黏度为325mpa
·
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‑
2008)；所述水为自来水。
[0077]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进
行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速400r/min搅拌60min，获得混合液ⅰ。其次将混合液ⅰ、水与水性醇酸树脂进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速800r/min搅拌50min，获得钢渣功能剂。
[0078]
对比例2
[0079]
一种钢渣功能剂，以制备本对比例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0080][0081]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述磷酸为分析纯，其质量分数为80％；所述水为自来水。
[0082]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速400r/min搅拌60min，获得混合液ⅰ。其次将磷酸与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速400r/min搅拌90min，获得混合液ⅱ。最后将混合液ⅰ与混合液ⅱ进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速800r/min搅拌50min，获得钢渣功能剂。
[0083]
对比例3
[0084]
一种钢渣功能剂，以制备本对比例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0085][0086][0087]
所述丙三醇为分析纯；所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述水为自来水。
[0088]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将丙三醇、乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度35℃下以转速400r/min搅拌60min，获得混合液ⅰ。最后将混合液ⅰ与水进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速800r/min搅拌
50min，获得钢渣功能剂。
[0089]
对比例4
[0090]
一种钢渣功能剂，采用现有技术cn110665626b中的技术方案，以制备本对比例产品100g为例，所用的组分及其质量配比为：
[0091][0092]
所述乙二醇为分析纯；所述三异丙醇胺为分析纯；所述三乙醇胺为分析纯；所述液体石蜡为工业纯；所述煤油为工业纯。
[0093]
上述钢渣功能剂的制备方法为：首先将乙二醇、三异丙醇胺与三乙醇胺进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度30℃下以转速600r/min搅拌80min，获得乙二醇
‑
三异丙醇胺
‑
三乙醇胺混合液。其次将液体石蜡与煤油进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度40℃下以转速500r/min搅拌90min，获得液体石蜡
‑
煤油混合液。最后将乙二醇
‑
三异丙醇胺
‑
三乙醇胺混合液与液体石蜡
‑
煤油混合液进行混合后，利用恒温磁力搅拌器在温度25℃下以转速700r/min搅拌60min，获得钢渣复合剂。
[0094]
制备实施例1～6及对比例1～4，其性能检测过程如下：
[0095]
将450g钢渣与5g钢渣功能剂进行混合后，利用变频行星式球磨机以转速800r/min进行粉磨120min，获得改性钢渣超微粉。采用ls
‑
909型激光粒度仪，其中采用湿法自动进样器、介质为水，对改性钢渣超微粉的粒度分布进行测试；采用接触角测量仪测试改性钢渣超微粉的静态接触角，以说明其亲/疏水性，即θ<90
°
，则固体表面是亲水性；若θ>90
°
，则固体表面是疏水性，θ角越小，亲水性越强。
[0096]
检测结果如表1所示。
[0097]
表1.改性钢渣超微粉的粒度分布
[0098]
[0099][0100]
由表1可看出，从粒径大小及粒径分布上看，本发明实施例1～7的改性钢渣超微粉粒径(参见d
90
、d
50
的数据)远远小于对比例1～3的改性钢渣超微粉，与对比例4的粒径相差不大，且本发明实施例1～7的改性钢渣超微粉粒度分布(参见(d
90
‑
d
10
)/d
50
的数据)也稍优于对比例1～3的改性钢渣超微粉，与对比例4的粒径相差不大。从磨后微粉的亲水性上看，本发明实施例1～7的改性钢渣超微粉的亲水性均远远大于对比例2～4，与对比例1的亲水性相差不大。综合钢渣磨后微粉的粒径大小、粒径分布及亲水性等性能指标，本发明实施例1～7的综合性能优于对比例1～4，说明本发明的技术方案在钢渣的助磨和亲水性改性方面具有显著的优势。
[0101]
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。