氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水泥混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型聚羧酸高效減水劑及其制備方法。本發(fā)明提供了一種制備新型高效聚羧酸減水劑的原料來源：引入天然可降解的淀粉原料取代了大部分石油化工原料，其原料來源廣泛可持續(xù)，不僅可降低成本且綠色環(huán)保。
【專利說明】氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑及其制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于水泥混凝土外加劑【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型聚羧酸高效減水劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】[0003]近年來，隨著我國城市化進(jìn)程加快，商品混凝土成為用量最大和用途最廣的建筑材料。減水劑作為混凝土必不可少的“第五元素”之一，用量也逐年呈遞增趨勢。僅2012年，全國減水劑消費(fèi)總量就超過500萬噸，包括萘系減水劑、聚羧酸系減水劑、脂肪族減水劑、氨基磺酸鹽減水劑和木質(zhì)素減水劑等。其中，聚羧酸系高性能減水劑是目前世界上最前沿、科技含量最高、應(yīng)用前景最好、綜合性能最優(yōu)的一種混凝土超塑化劑(減水劑)。
[0004]然而，包括聚羧酸減水劑在內(nèi)，90%以上的減水劑是通過石油化工、煤化工制備的工業(yè)萘、聚醚、丙酮、苯酚、不飽和酸、硫酸、甲醛等化工原料制成，能源消耗大、碳排放高、適應(yīng)性差。特別是萘系減水劑，產(chǎn)品中還殘余甲醛、雜環(huán)等致癌物質(zhì)，應(yīng)用在居住建筑物中將產(chǎn)生嚴(yán)重污染，是危害人們生命健康的“隱形殺手”。開發(fā)天然材料為基材的綠色環(huán)保型減水劑勢在必行。
[0005]現(xiàn)有天然基材的減水劑有單糖或低聚糖接枝聚羧酸減水劑、纖維素基減水劑及磺化淀粉減水劑。其中單糖或低聚糖基材相對淀粉成本高，且現(xiàn)有合成工藝比較復(fù)雜，目前尚無市場化。而磺化淀粉減水劑和纖維素基減水劑由于淀粉和纖維素品種多，分子結(jié)構(gòu)差異大，即使同品種產(chǎn)地不同，分子量分布也不同，不像化工產(chǎn)品，具有定量明確的分子結(jié)構(gòu)、分子量和反應(yīng)活性，使得制備中淀粉反應(yīng)效率低、合成工藝繁瑣、性能低等問題凸顯，難以形成市場化產(chǎn)品。但眾所周知，淀粉是地球上的第二大生物質(zhì)，僅玉米淀粉每年就有2500萬噸的產(chǎn)量，是人類取之不盡的生物資源，具有完全可降解、綠色無污染、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。通過合理的分子設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件，開發(fā)基于淀粉的新型混凝土減水劑，提高天然高分子的利用效率，擴(kuò)大天然高分子應(yīng)用領(lǐng)域非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型氧化降解淀粉接枝聚羧酸高效減水劑。本發(fā)明還提供一種超聲波攪拌下，可方便控制的氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑制備方法，該方法采用工業(yè)上常用的超聲波攪拌器反應(yīng)釜或普通反應(yīng)釜中插入超聲波攪拌器，超聲波輻射可使過氧化氫與淀粉在無催化劑存在下進(jìn)行氧化降解，產(chǎn)生氧化降解淀粉大分子自由基，進(jìn)而無引發(fā)劑存在，能與不飽和單體進(jìn)行接枝共聚合反應(yīng)，從而獲得氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑。該工藝過程簡便更節(jié)能，產(chǎn)品高效穩(wěn)定用量少，原料易得可持續(xù)，原子經(jīng)濟(jì)更環(huán)保?？娠@著降低混凝土的綜合成本，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式表達(dá)為:
【權(quán)利要求】
1.氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑，其特征在于:它的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式表達(dá)為:
2.氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)制備糊化淀粉溶液:在連有超聲波攪拌器的反應(yīng)釜中，加入100質(zhì)量份的淀粉，同時加水配制成質(zhì)量濃度5-30%的淀粉溶液，在超聲波攪拌器攪拌下，50-90°C糊化至反應(yīng)物成為透明或半透明溶液； 2)氧化降解與接枝共聚合反應(yīng):將糊化淀粉溶液溫度控制在60-100°C，加入淀粉總質(zhì)量5-20%的過氧化氫，超聲波攪拌5-30min后，邊超聲攪拌邊滴加單體，單體的滴加量為淀粉質(zhì)量的20-50%，滴加完畢，繼續(xù)反應(yīng)0.5-3h，得到接枝共聚產(chǎn)物； 3)中和處理:將步驟2) 所得接枝共聚產(chǎn)物冷卻，加入堿溶液調(diào)節(jié)pH值至7-8，加水稀釋至總質(zhì)量濃度為20%，即得氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于:所述淀粉為普通玉米淀粉、糯玉米淀粉、小麥淀粉、大米淀粉，高粱淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉、紅薯淀粉中的任一種或兩種以上以任意比例混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于:所述過氧化氫純度為30%的工業(yè)級,水為普通自來水。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中的單體為丙烯酰胺與丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯磺酸鈉和馬來酸酐的任意兩種按1:3-5的摩爾比混合，所述丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯磺酸鈉和馬來酸酐中任意兩種的比例為任意比。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)釜是連接有超聲波攪拌器，也可以將單獨(dú)超聲波攪拌器插入普通反應(yīng)釜中使用，所用頻率為20-100KHz，功率為500-3000W。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化降解淀粉接枝聚羧酸減水劑的制備方法，其特征在于:所涉及的氧化降解淀粉制備和自由基接枝共聚合反應(yīng)包括如下機(jī)理:
【文檔編號】C04B103/30GK103864338SQ201410076544
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】孟平蕊, 李良波, 胡麗芳, 林家耀, 張鐵 申請人:濟(jì)南大學(xué)