一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法
【專利摘要】本文公開了一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，屬于混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】。它是利用微波輻射的特殊熱效應(yīng)，在淀粉分子上引入強極性親水基團制備出生物基減水劑。該種材料包括淀粉20～75wt％、酯化劑0～25wt％、磺化劑3～30wt％、反應(yīng)介質(zhì)0～45wt％、催化劑0～5wt％、蒸餾水30～70wt％和液堿(30％濃度)1～5wt％。其優(yōu)點在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有操作工藝簡單、反應(yīng)效率高、能耗低和綠色無污染等特點。通過所述方法制備的生物基減水劑性能穩(wěn)定、減水率高、成本低、對水泥適應(yīng)性強，并與萘系、聚羧酸減水劑具有良好的匹配性和協(xié)同增效作用。
【專利說明】一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種綠色安全的微波輻射法制備生物基減水劑的方法。
技術(shù)背景
[0002]減水劑是水泥、砂、石、水之外混凝土的第五個組成部分，使用摻量小，但作用大。未來幾十年內(nèi)，我國在大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，混凝土作為現(xiàn)代城市建設(shè)最大宗的建筑材料，而混凝土外加劑是混凝土的核心材料。發(fā)展綠色減水劑應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)對于提升綠色建筑、耐久建筑和節(jié)能建筑有著重大的推動作用。
[0003]目前市場上占90%的減水劑是通過石油化工和煤化工來源的化工原材料產(chǎn)生，主要有工業(yè)萘、聚醚、甲醛、硫酸、丙烯酸等原材料，這類減水劑在生產(chǎn)過程中消耗大量的化石原料和化石能源，生產(chǎn)過程中能耗大，碳排放較高，特別是萘系減水劑，產(chǎn)品中殘余甲醛、雜環(huán)等致癌物質(zhì)，特別是在居住建筑物中，具有居住環(huán)境污染性。
[0004]淀粉是地球上的第二大生物質(zhì)，也是一種可再生的資源，在自然界中儲量非常豐富，具有完全可降解，對環(huán)境無污染、價格低廉等優(yōu)點。2009年，中國僅玉米淀粉產(chǎn)量超過了2500萬噸。2010~2015年，中國玉米淀粉產(chǎn)量平均年增5~10%。在當(dāng)今普遍面臨石化資源日益減少，以及石油化工產(chǎn)品原料成本迅速上漲的壓力下，有效地利用淀粉獲取混凝土外加劑具有廣闊的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種原料可再生、制備工藝簡單、綠色無污染、性能優(yōu)異的生物基減水劑制備方法。按照本制備方法得到的產(chǎn)品成本低，與現(xiàn)有萘系減水劑配伍使用，具有良好的協(xié)同增效作用，既可以提高減水率，又能改善和易性。同時它與聚羧酸減水劑復(fù)配相容性好，能夠降低聚羧酸減水劑敏感性，增加黏聚性，有效解決聚羧酸在混凝土中出現(xiàn)的離析、泌水等問題。
[0006]為了達到上述設(shè)計目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種微波輻射法制備的生物基減水劑包括:淀粉:20~75wt% ;酯化劑:0~25wt % ;磺化劑:3~30wt% ;反應(yīng)介質(zhì):0~45wt% ;催化劑:0~5wt % ;蒸懼水:30~70wt% ;液喊:1 ~5wt%。
[0008]針對一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其具體步驟如下:
[0009]1、將20~75wt%淀粉在80~110°C烘干至含水率小于8%，得到預(yù)處理淀粉；
[0010]2、稱取O~25wt%酯化劑、3~30wt%磺化劑、O~5wt%催化劑，加入O~45wt%反應(yīng)介質(zhì)中攪拌均勻，再加入步驟I的預(yù)處理淀粉，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?br> [0011]3、將步驟2混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，微波輻射反應(yīng)I~60min ；
[0012]4、待物料降溫至60°C以下,加入30~70wt%蒸懼水,并加入I~5wt%液堿調(diào)節(jié)pH值至5~7，攪拌10~30min，得到所述的生物基減水劑。[0013]優(yōu)選地，其具體操作步驟為:
[0014]其中，步驟I中的優(yōu)選范圍為:淀粉:20~50wt%，烘干溫度:90~110°C，含水率小于5% ；
[0015]步驟2中的優(yōu)選范圍為:酯化劑:0~15wt%，磺化劑:3~20wt%，催化劑:0~3wt %,反應(yīng)介質(zhì):0~30wt % ；
[0016]步驟3中的優(yōu)選范圍為:微波輻射反應(yīng)I~45min ；
[0017]步驟4中的優(yōu)選范圍為:蒸餾水:50~70wt%，液堿2~5wt%。
[0018]該材料的制備原理為:所述的酯化劑、磺化劑在配方體系中與淀粉分子結(jié)構(gòu)中的羥基進行酯化和磺化反應(yīng)，從而在淀粉分子中引入強極性親水基團羧基、磺酸基，提高淀粉的水溶性及其在水泥顆粒表面的吸附能力，起到減水的作用。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0020]1、選用價格低廉、可再生的淀粉作為主要原材料，采用綠色安全的微波輻射工藝，制備出的產(chǎn)品屬于一種綠色混凝土外加劑。因此，低成本是它的最大競爭優(yōu)勢。
[0021]2、通過該方法制備的生物基減水劑，單獨作為減水劑使用時，性能穩(wěn)定、減水率可達15~20%，提高摻量可以適當(dāng)增加緩凝性。與萘系、聚羧酸減水劑相容性好。它與萘系減水劑具有良好的協(xié)同作用，能大大提高混凝土的減水和工作性能。在聚羧酸減水劑中摻入少量的生物基減水劑即可改善混凝土的工作狀態(tài)，包括其和易性、黏聚性，兼具輔助減水作用。
[0022]3、本發(fā)明在生產(chǎn)、使用過程中無毒、無味，無三廢排放。`【具體實施方式】
[0023]實施例1:
[0024]一種微波輻射法制備的生物基減水劑包括:玉米淀粉:20Wt% ;丁二酸酐:3wt% ；氨基磺酸:5.3wt% ;二甲基亞砜:llwt% ;尿素:2.5wt% ;蒸餾水:55wt% ;液堿(30%濃度):3.2wt% ο
[0025]針對一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其具體步驟如下:
[0026]1、稱取20g玉米淀粉，置于烘箱中100~110°C下烘干2h，得到預(yù)處理淀粉；
[0027]2、分別稱取3g 丁二酸酐、5.3g氨基磺酸、2.5g尿素于反應(yīng)容器中，加入Ilg 二甲基亞砜作為反應(yīng)介質(zhì)，攪拌均勻，再加入步驟I的預(yù)處理淀粉，充分混合均勻；
[0028]3、將上述混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)功率350W，微波輻射反應(yīng)12min ；
[0029]4、待物料降溫至60 iO以下，加入55g蒸懼水，攪拌30min使之完全溶解，再加入
3.2g液堿(30%濃度)中和，調(diào)節(jié)pH值至6.5，得到生物基減水劑。
[0030]實施例2
[0031]一種微波輻射法制備的生物基減水劑包括:土豆淀粉:23wt% ;順丁烯二酸酐:
4.2wt% ;氯磺酸:5wt% ;二氯甲燒:10wt% ;對氨基苯磺酸:2wt% ;蒸懼水:66wt% ;液堿(30%濃度):4wt%0
[0032]針對一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其具體步驟如下:
[0033]1、稱取23g 土豆淀粉，置于烘箱中100~110°C下烘干2h，得到預(yù)處理淀粉；[0034]2、分別稱取4.2g順丁烯二酸酐、5g氯磺酸、2g對氨基苯磺酸于反應(yīng)容器中，加入IOg 二氯甲烷作為反應(yīng)介質(zhì)，攪拌均勻，再加入步驟I的預(yù)處理淀粉，充分混合均勻；
[0035]3、將上述混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)功率400W，微波輻射反應(yīng)9min ；
[0036]4、待物料降溫至60°C以下,加入66g蒸懼水,攪拌30min使之完全溶解,再加入4g液堿(30%濃度)中和，調(diào)節(jié)pH值至7.0，得到生物基減水劑。
[0037]實施例3
[0038]一種微波輻射法制備的生物基減水劑包括:紅薯淀粉:22wt% ;乙二酸:4.8wt% ；濃硫酸:5wt% ; 異丙醇:14wt% ;對氨基苯磺酸:lwt% ;蒸懼水:51wt% ;液堿(30%濃度):4.2wt % ο
[0039]1、稱取22g紅薯淀粉，置于烘箱中100~110°C下烘干2h，得到預(yù)處理淀粉；
[0040]2、分別稱取4.8g乙二酸、5g濃硫酸、Ig對氨基苯磺酸于反應(yīng)容器中，加入14g異丙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，攪拌均勻，再加入步驟I的預(yù)處理淀粉，充分混合均勻；
[0041]3、將上述混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)功率400W，微波輻射反應(yīng)8min ；
[0042]4、待物料降溫至60°C以下，加入51g蒸餾水，攪拌30min使之完全溶解，再加入4.2g液堿(30%濃度)中和，調(diào)節(jié)pH值至6.8，得到生物基減水劑。
[0043]實施例4
[0044]—種微波輻射法制備的生物基減水劑包括:糊精:20wt% ;順丁烯二酸酐:
4.8wt% ;氨基磺酸:5wt% ；N, N-二甲基乙酰胺:14wt% ;尿素:2wt% ;蒸懼水:54wt% ;液堿(30% 濃度):3.5wt% ο
[0045]1、稱取20g糊精，置于烘箱中100~110°C下烘干2h，得到預(yù)處理糊精；
[0046]2、分別稱取4.8g順丁烯二酸酐、5g氨基磺酸、2g尿素于反應(yīng)容器中，加入14gN，N-二甲基乙酰胺作為反應(yīng)介質(zhì)，攪拌均勻，再加入步驟I的預(yù)處理糊精，充分混合均勻；
[0047]3、將上述混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)功率350W，微波輻射反應(yīng)12min ；
[0048]4、待物料降溫至60°C以下，加入54g蒸餾水，攪拌30min使之完全溶解，再加入
3.5g液堿(30%濃度)中和，調(diào)節(jié)pH值至6.6，得到生物基減水劑。
[0049]實施例5
[0050]一種微波輻射法制備的生物基減水劑包括:氧化淀粉:24wt% ;磷酸二氫鈉:
2.3wt% ;氯磺酸:6.5wt% ；N, N- 二甲基甲酰胺:13wt% ;碳酸鉀:1.8wt% ;蒸懼水:51wt% ；液堿(30%濃度):3.1wt % ο
[0051]1、稱取24g氧化淀粉，置于烘箱中100~110°C下烘干2h，得到預(yù)處理氧化淀粉；
[0052]2、分別稱取2.3g磷酸二氫鈉、6.5g氯磺酸、1.8g碳酸鉀于反應(yīng)容器中，加入13gN，N-二甲基甲酰胺作為反應(yīng)介質(zhì)，攪拌均勻，再加入步驟I的預(yù)處理氧化淀粉，充分混合均勻；
[0053]3、將上述混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)功率350W，微波輻射反應(yīng)IOmin ；
[0054]4、待物料降溫至60°C以下，加入51g蒸餾水，攪拌30min使之完全溶解，再加入3.1g液堿(30%濃度)中和，調(diào)節(jié)pH值至6.7，得到生物基減水劑。
[0055]應(yīng)用實例:
[0056]本發(fā)明制備的生物基減水劑可以單獨使用，也可以與萘系、聚羧酸系減水劑配合使用。單獨作為減水劑使用時其性能穩(wěn)定、對水泥適應(yīng)性強、與其它添加劑相容性好，水泥凈漿流動度可達240mm以上，混凝土減水率可達18~25 %，保坍時間為2~4h。按照GB8076-2008《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)中高效減水劑測試要求，測試本發(fā)明制備的生物基減水劑的性能。試驗材料為琉璃河P.0.42.5水泥，砂為河砂，石子為雙級配碎石，試驗結(jié)果見表
1
[0057]表1生物基減水劑的混凝土性能
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于，包括淀粉:20~75被％;酯化劑:0~25wt% ;磺化劑:3~30wt% ;反應(yīng)介質(zhì):0~45wt% ;催化劑:0~5wt% ;蒸懼水:30~70wt% ;液堿(30%濃度):1~5wt%。生物基減水劑通過下述工藝步驟及條件制備得到: (1)將淀粉在80~110°C烘干至含水率小于8%，得到預(yù)處理淀粉； (2)稱取酯化劑、磺化劑、催化劑，加入反應(yīng)介質(zhì)中攪拌均勻，再加入步驟(1)的預(yù)處理淀粉，充分?jǐn)嚢杈鶆颍? (3)將步驟(2)混合好的反應(yīng)物料置于微波反應(yīng)器中，微波輻射反應(yīng)I~60min； (4)待物料降溫至60°C以下，加入蒸餾水，并加入液堿調(diào)節(jié)pH值至5~7，攪拌10~30min,得到所述的生物基減水劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉、土豆淀粉、小麥淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和糊精中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的淀粉:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20~50wt%，烘干溫度:90~110°C，含水率小于5%。
4.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的酯化劑是丁二酸酐、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸、乙二酸和磷酸二氫鈉中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的磺化劑是SO3、濃硫酸、氯磺酸、氨基磺酸和亞硫酸氫鈉中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的反應(yīng)介質(zhì)是水、乙醇、異丙醇、正丁醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、二氯甲烷、氯仿和吡啶中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的催化劑是對甲苯磺酸、尿素、過硫酸銨、碳酸鈉和碳酸鉀中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射法制備生物基減水劑的方法，其特征在于:所述的微波反應(yīng)器是小型微波爐、工業(yè)微波爐和微波反應(yīng)釜中的一種。
【文檔編號】C04B24/16GK103833255SQ201210485196
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】王萬金, 賀奎, 賴振峰, 馬強, 李曉飛 申請人:北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司