以淀粉制環(huán)保減水劑

　　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，有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”。

　　“如何讓減水劑高效又環(huán)?！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(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，北京建工院和北京市功能性高分子建筑材料工程技術(shù)研究中心的混凝土外加劑科研項(xiàng)目組另辟蹊徑，通過研究減水劑分子結(jié)構(gòu)與功能的構(gòu)效關(guān)系基礎(chǔ)理論，在反復(fù)對比葡聚糖、半纖維素、纖維素等多種具有長鏈結(jié)構(gòu)的天然高分子聚醚替代品后，將研究重點(diǎn)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(zhì)中都有淀粉的“身影”，可謂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)。

　　當(dāng)然，以淀粉為原材料制備減水劑并非首創(chuàng)，國內(nèi)外部分研發(fā)機(jī)構(gòu)之前就有從事相關(guān)研究。但由于淀粉是天然產(chǎn)物，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。

　　“科技成果只有走出試驗(yàn)室，才能成為第一生產(chǎn)力?！北本┙üぴ簩⒌矸刍鶞p水劑的產(chǎn)業(yè)化作為攻關(guān)要點(diǎn)，從淀粉改性技術(shù)創(chuàng)新和工藝制備技術(shù)創(chuàng)新出發(fā)，通過制備磺化劑和催化劑，將淀粉分子鏈進(jìn)行定量分割，并接枝強(qiáng)極性親水基團(tuán)和功能鏈，徹底改變淀粉分子結(jié)構(gòu)。

　　同時(shí)，該院還在優(yōu)化減水劑制備工藝上進(jìn)行大膽創(chuàng)新和優(yōu)化，首次將塑料、尼龍等生產(chǎn)中常用的工藝——雙螺桿反應(yīng)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(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，提高生產(chǎn)效率；并利用微波輻射的特殊熱效應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)反應(yīng)釜加熱，提高淀粉反應(yīng)效率，使生物質(zhì)高效減水劑從理想走向?qū)嶋H。

　　通過這種工藝制備出的淀粉基生物質(zhì)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(dá)到35%的減水效果；堿含量低，可大大降低混凝土堿骨料反應(yīng)的危害程度；成本價(jià)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(fù)配使用，協(xié)同增效作用明顯，對各種砂石料質(zhì)量、砂含泥量適應(yīng)性很強(qiáng)。

　　攪拌出的混凝土流動性、和易性、可泵性好，保塌時(shí)間長，對溫度不敏感，即使在南方夏季高溫時(shí)節(jié)也可正常使用，能對我國建筑環(huán)保性能、耐久性能和節(jié)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(chǎn)過程中，不使用有毒化學(xué)原料和溶劑，不產(chǎn)生廢氣、廢渣和廢水，對環(huán)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(huán)境污染。假設(shè)以年產(chǎn)50萬噸減水劑計(jì)算，每年就可節(jié)省近15萬噸石油資源，人類環(huán)境中也可減少約20萬噸工業(yè)萘和18萬噸甲醛，符合生態(tài)文明社會對建筑材料發(fā)展的基本要求。

　　目前，該生物質(zhì)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(dá)國際領(lǐng)先水平。相關(guān)成果也已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品在北京、河南、湖南等多家商混攪拌站及南方個(gè)別城市的地鐵工程中得到實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，市場反饋良好。

　　據(jù)介紹，北京建工院未來還將從分子結(jié)構(gòu)的角度深入研究生物質(zhì)減水劑的減水特性和吸附性能，進(jìn)一步開發(fā)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(zhì)減水劑的復(fù)配技術(shù)進(jìn)行完善，擴(kuò)展其應(yīng)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(yè)發(fā)展、構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會作出新的貢獻(xiàn)。