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煙臺德賽機械制造有限公司

以淀粉制環保減水劑


近年來,隨著我國城市化進程加快,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素減水劑等。其中,有90%以上的減水劑是通過石油化工、煤化工制備的工業萘、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、適應性差。特別是萘系減水劑,產品中還殘余甲醛、雜環等致癌物質,應用在居住建筑物中將產生嚴重污染,是危害人們生命健康的“隱形殺手”。

  “如何讓減水劑高效又環!笔潜本┙üぴ嚎萍脊ぷ髡唛L期思考的問題。在40多年混凝土外加劑研究開發和應用的基礎上,北京建工院和北京市功能性高分子建筑材料工程技術研究中心的混凝土外加劑科研項目組另辟蹊徑,通過研究減水劑分子結構與功能的構效關系基礎理論,在反復對比葡聚糖、半纖維素、纖維素等多種具有長鏈結構的天然高分子聚醚替代品后,將研究重點放在“淀粉”上。

  作為一種天然高分子化合物,淀粉可以說隨處可見。玉米、馬鈴薯、小麥、稻谷等多種物質中都有淀粉的“身影”,可謂是地球上的第二大生物質,僅玉米淀粉每年就有2500萬噸的產量,是人類取之不盡的生物資源,具有完全可降解、綠色無污染、價格低廉等優點。

  當然,以淀粉為原材料制備減水劑并非首創,國內外部分研發機構之前就有從事相關研究。但由于淀粉是天然產物,品種多,分子結構差異大,即使同品種產地不同,分子量分布也不同,不像化工產品,具有定量明確的分子結構、分子量和反應活性,使得制備中淀粉反應效率低、合成工藝繁瑣、性能低等問題凸顯,難以形成市場化產品。

  “科技成果只有走出試驗室,才能成為第一生產力!北本┙üぴ簩⒌矸刍鶞p水劑的產業化作為攻關要點,從淀粉改性技術創新和工藝制備技術創新出發,通過制備磺化劑和催化劑,將淀粉分子鏈進行定量分割,并接枝強極性親水基團和功能鏈,徹底改變淀粉分子結構。

  同時,該院還在優化減水劑制備工藝上進行大膽創新和優化,首次將塑料、尼龍等生產中常用的工藝——雙螺桿反應擠出工藝引入減水劑制備過程,極大地提高干物料混合效果和溫度控制穩定性,實現連續化操作,提高生產效率;并利用微波輻射的特殊熱效應代替傳統反應釜加熱,提高淀粉反應效率,使生物質高效減水劑從理想走向實際。

  通過這種工藝制備出的淀粉基生物質高效減水劑對水泥顆粒的分散性能好,減水率高,0.5%的摻量就可達到35%的減水效果;堿含量低,可大大降低混凝土堿骨料反應的危害程度;成本價格低,僅為聚羧酸系減水劑的50%、萘系減水劑的90%,且可與萘系減水劑、聚羧酸系減水劑復配使用,協同增效作用明顯,對各種砂石料質量、砂含泥量適應性很強。

  攪拌出的混凝土流動性、和易性、可泵性好,保塌時間長,對溫度不敏感,即使在南方夏季高溫時節也可正常使用,能對我國建筑環保性能、耐久性能和節能性能提升起到積極推動作用。

  值得一提的是,該減水劑在生產過程中,不使用有毒化學原料和溶劑,不產生廢氣、廢渣和廢水,對環境友好無污染,特別適合在居民住宅工程中使用。再者,以淀粉為原料,也就使減水劑擺脫了對石油化工資源的過度依賴,減少碳排放和環境污染。假設以年產50萬噸減水劑計算,每年就可節省近15萬噸石油資源,人類環境中也可減少約20萬噸工業萘和18萬噸甲醛,符合生態文明社會對建筑材料發展的基本要求。

  目前,該生物質高效減水劑及制備工藝已通過由北京市科委組織的專家組評審,成果達國際領先水平。相關成果也已實現工業化生產,產品在北京、河南、湖南等多家商混攪拌站及南方個別城市的地鐵工程中得到實際應用,經濟效益和社會效益顯著,市場反饋良好。

  據介紹,北京建工院未來還將從分子結構的角度深入研究生物質減水劑的減水特性和吸附性能,進一步開發出不同種類淀粉的減水劑,如木薯淀粉、紅薯淀粉,避免與人類“搶糧食”,并對生物質減水劑的復配技術進行完善,擴展其應用范圍,讓綠色科技影響并改變我們生活的空間,為支持建筑行業發展、構建資源節約型和環境友好型社會作出新的貢獻。

2013/9/17

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