[发明专利]一种基于秸秆改性的酯醚磺化型复合减水剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于秸秆改性的酯醚磺化型复合减水剂的制备方法及其应用，该减水剂由农作物秸秆水解粉料通过秸秆木质纤维素的一次氧化‑磺化酯化改性、二次氧化‑磺化酯化改性和一次羟甲基化‑醚化改性制得。秸秆水解粉料是农作物秸秆经初碎、清洗、干燥、细碎、微碎预处理后对秸秆粉料水解得到。本发明通过对农作物秸秆原料的粉碎、水解预处理，并对秸秆木质素和纤维素先进行分步磺化改性形成磺酸酯，再进行木质纤维素醚化改性，得到秸秆基酯醚磺化型复合减水剂，改善了秸秆基减水剂的减水率10~15%偏低的问题，所得减水剂可直接用于减水率在25%左右且缓凝时间适中的情况，工艺连续紧凑、易于操作、成本低、防沉淀和易于产业化。

技术领域

本发明涉及农作物秸秆改性制备生物质基减水剂，具体涉及一种基于秸秆改性的酯醚磺化型复合减水剂的制备方法及其应用。

背景技术

目前，伴随着制备混凝土外加剂的新一代高性能的石油基聚羧酸减水剂所需石化原料的日益匮乏，导致价格一路攀升的突出问题，制约了新一代高性能的聚羧酸减水剂的快速发展，使其生产成本不断攀升，使得本具有比萘系、脂肪族系、氨基磺酸盐系、木质素系等减水剂的更高性能优势的聚羧酸减水剂不能在建筑行业的大力推广应用。国内外学者近几年开始研究低成本、高性能的减水剂。减水剂是一种重要的混凝土外加剂，目前在我国应用比较广泛的是木质素磺酸盐类减水剂和萘系减水剂，这两种减水剂均存在很多不足，开发新的减水剂品种势在必行。同时，我国减水剂工业的发展面临着提高性能、降低成本以及环境友好等诸多方面的问题。随着环保标准的提高，包括萘系减水剂等一些工艺将会逐渐淘汰，而且高性能聚羧酸减水剂的价格因素使得其在我国的推广应用前景不容乐观。因此，研究和开发环境友好、性能达标而且符合我国经济发展水平的新型高效减水剂成为一个重要的研究课题。

关于低成本聚羧酸减水剂的研究进展，主要体现在使用生物质基可再生原料作为降低聚羧酸减水剂的主要方法，目前报道的主要由纤维素、半纤维素、淀粉、单多糖等改性后在减水剂中的应用，对其改性方法主要有磺化、酯化、醚化、酰胺化等。

农作物秸秆是未能充分利用的廉价生物质原料，包括小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后的剩余部分。我国是农业大国，每年产农作物秸秆7亿多吨，大部分仍被焚烧处理，造成资源浪费和环境污染。国际上已将农作物秸秆利用作为21世纪发展可再生能源资源的战略性产业，农作物秸秆的资源化利用主要侧重于化工和建筑材料的开发。目前农作物秸秆作为建筑材料应用研究是一个热点，但直接作为减水剂的原料的研究很少。秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素等生物基大分子，分子中含有醚基、碳-碳双键、丙烯醇羟基、酚羟基、羰基、甲氧基、羧基、苯环等多种官能团和化学键，可进行醚化、酯化、磺化、酰胺化等接枝共聚和交联共聚反应，所得产品具有特殊性能。

随着环境保护逐渐受到重视，人们在追求建筑材料性能的同时还关心自身及环境的安全问题，这就急需探索合成方法，研究开发一种新的高效减水剂。秸秆生物基减水剂的出现，适应了国家政策及市场的需求，但是对于这方面的研究还处于实验室阶段，未进入工程应用阶段。秸秆生物基减水剂具有较好的减水作用和缓凝、保坍作用，而且农作物秸秆资源丰富，价格低廉，本身无毒，可降解。具有较好的工业前景，但目前刚处于研究初步阶段，并未得到广泛应用。近两年，学者通过对秸秆进行改性，不断探索秸秆生物基减水剂的合成方法。

目前，直接把生物质秸秆用于减水剂的研究报道很少，大多是从秸秆中提取分离出纤维素、木质素，或用秸秆生产造纸、乙醇所得黑液废水为原料，用于减水剂的改性研究或与聚羧酸减水剂复配研究。