淀粉基减水剂研究现状论文

聚羧酸高性能减水剂的制备、性能与应用1、聚羧酸高性能减水剂的现状 混凝土技术发展离不开化学外加剂,如泵送混凝土、自流平混凝土、水下不分散混凝土、喷射混凝土、聚合物混凝土、高强高性能混凝土等新材料的发展,高效减水剂都起到了关键作用。高效减水剂又称超塑化剂,用于混凝土拌合物中,主要起三个不同的作用[1]: ①在不改变混凝土强度的条件下,改善混凝土工作性; ②在给定工作性条件下,减少水灰比,提高混凝土的强度和耐久性; ③在保证混凝土浇注性能和强度的条件下,减少水和水泥用量, 减少徐变、干缩、水泥水化热等引起的混凝土初始缺陷的因素。 萘系高效减水剂的应用大约有20多年历史,是目前工程应用中的主要高效减水剂品种。研究表明，聚羧酸系高效减水剂是比萘系性能更好的新型减水剂，在相同用量下，聚羧酸系减水剂能获得更好的减水率和塌落度保持能力[2-5]。日本是研究和应用聚羧酸系减水剂最多也是最成功的国家,1998年以后聚羧酸系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂[5]。近年来,北美和欧洲的一些研究者的论文中,也有许多关于研究开发具有优越性能的聚羧酸系的报道,研究重点也从磺酸系超塑化剂改性逐渐移向对聚羧酸系的研究。日本和欧美一些国家的学者发表的有关聚羧酸系减水剂的研究论文呈现大量增多趋势,大多数正在开发研究聚羧酸类减水剂,方向主要偏重于开发聚羧酸系减水剂及研究有关的新拌混凝土工作性能和硬化混凝土的力学性能及工程使用技术等。国内聚羧酸系减水剂几乎都未达到实用化阶段。合成聚羧酸系减水剂可供选择的原材料也极为有限,从减水剂原材料选择到生产工艺、降低成本、提高性能等许多方面都需要系统研究[4]。2、聚羧酸高性能减水剂的性能及作用机理聚羧酸高性能减水剂与其它高效减水剂相比，有许多突出的性能[6]： 低掺量（0.2%--0.5%）而发挥高的分散性能； 保坍性好，90分钟内坍落度基本无损失； 在相同流动度下比较时，延缓凝结时间较少； 分子结构上自由度大，外加剂制造上可控制的参数多，高性能化的潜力大； 由于合成中不使用甲醛，因而对环境不造成污染； 与水泥相容性好； 可用更多地利用矿渣或粉煤灰等混合材，从而整体上降低混凝土的成本。 聚羧酸系列高效减水剂的作用机理，国内这方面的研究较少[7]。从聚羧酸系高效减水剂的红外谱图可见[8]，有羧基、酯基、醚键,它们的波数分别是3433cm-1,1721cm-1,1110cm-1。 由于分子中同时有羧基和酯基，使其既可以亲水，又具有一定的疏水性，由于聚羧酸系列具有羧基,同萘系减水剂一样,DLVO[5]理论仍适用。羧基负离子的静电斥力对水泥粒子的分散有贡献。同样,相对分子质量的大小与羧基的含量对水泥粒子的分散效果有很大的影响。由于主链分子的疏水性和侧链的亲水性以及侧基—(OCH2CH2)—的存在,也提供了一定的立体稳定作用,即水泥粒子的表面被一种嵌段或接枝共聚物所稳定,以防发生无规则凝聚，从而有助于水泥粒子的分散。它的稳定机理是所谓的‘空间稳定理论’[9],‘空间稳定理论’是指由聚合物(减水剂)分子之间因占有空间或构象所引起的相互作用而产生的稳定能力,这种稳定作用同一般的静电稳定作用的差别在于:它不存在长程的排斥作用,而只有当聚合物构成的保护层外缘发生物理接触时,粒子之间才产生排斥力,导致粒子自动弹开,文献给出了两种不同厚度保护层的热能、距离曲线[16]，如图2，3。 在介质中,聚合物的溶解热通常大于零,因此从焓的角度看,由粒子相互靠近造成的局部分散剂浓度上升是有利的,但是,这同时又引起了熵的减小,而体系中后者往往是占主要地位的,于是,立体稳定作用主要取决于体系的熵变,因而,也有人称之为‘熵稳定作用’。 从文献[16]的2种不同厚度保护层的势能 距离曲线可以看到,分散体系中任意2个粒子之间总的相互作用能VT,是由2部分构成的,一部分是范德华吸引位能VA,另一部分是立体作用位能VS,于是有: VT=VA+VS. 当2个粒子的分散剂层外缘发生物理接触,也就是2个粒子间的距离h小于分散剂层厚度δ的2倍,即h<2δ时,由于体积效应及界面层中的溶剂分子受到‘排斥’,就会导致溶解链段的构象扰动,从而使局部的自由能上升,这时,VS可以用下式表达: VS=2πakTV2τ22(0.5-x)Smix+2πakTτ2Se1, 式中,a为粒子半径,V2为溶解链段的摩尔体积,τ2为粒子表面上单位面积分散剂链的数目,x为Flory溶液理论中聚合物/溶剂的相互作用参数,Smix和Sel分别是由粒子表面链段浓度分布所决定的函数。上式中前一项是溶剂渗透产生的混合项,后一项是由于粒子受到压缩产生的弹性项。实际上,混合项总是远远大于弹性项,而且,当混合项趋近于零时,往往导致体系不稳定,发生凝聚。混合项为零的条件是:溶解链段与分散介质构成θ溶液,此时,x=0.5.所以,实际应用中,应选择合适的聚合物,使介质大大优于θ溶剂。由上式的混合项中还可以看出,粒子表面覆盖的溶解链越多,即τ2越大,体系越稳定,因此,减水剂中的溶解链段最好是牢牢地固定在粒子表面。当然,最好的方法是将减水剂做成接枝或嵌段共聚物,使其中的锚系链段不溶于介质,且与水泥粒子有良好的相容和结合,这样,即能保证体系有足够的稳定性而又不至于产生凝聚。同时,—(OCH2CH2)—中的氧 原子可以和水分子形成强的氢键,形成立体保护膜,据估计也具有高分散性和分散稳定性。以上分析表明,可以通过调节—COO-的量和带—(OCH2CH2)—的 酯的量,以及—(OCH2CH2)—中m的数目来调节相对分子质量,而取得良好的分散效果。 另外，温度，环境，PH值，离子等，都对聚羧酸高性能减水剂的性能有影响，文献[10]对此进行了详细研究。3、聚羧酸高效减水剂的制备 根据减水剂的作用机理，通过调节酸和酯的比例，可以调节分子的亲水亲油值(HLB)，从分子设计的角度，来合成新型的聚羧酸高效减水剂。高性能减水剂的分子结构设计趋向是在分子主链或侧链上引入强极性基团羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳形结构。通过极性基与非极性基比例调节引气性,一般非极性基比例不超过30%;通过调节聚合物分子量增大减水性、质量稳定性;调节侧链分子量,增加立体位阻作用而提高分散性保持性能。从文献看目前合成聚羧酸系减水剂所选的单体主要有四种:(1) 不饱和酸———马来酸酐、马来酸和丙烯酸、甲基丙烯酸;(2) 聚链烯基物质———聚链烯基烃及其含不同官能团的衍生物;(3) 聚苯乙烯磺酸盐或酯;(4) (甲基)丙烯酸盐、酯或酰胺等。 常见的合成方法：(1) 首先,合成所需结构的单体的物质———反应性活性聚合物单体,如用壬基酚或月桂醇和烯丙醇缩水甘油醚反应制备烯丙基壬基酚或聚氧乙烯醚羧酸盐,或用环氧乙烷、聚乙二醇等合成聚链烯基物质———聚链烯基烃、醚、醇、磺酸,或合成聚苯乙烯磺酸盐、酯类物质;第二步,在油溶剂或水溶液体系引入具有负电荷的羧基、磺酸基和对水有良好亲和作用的聚合物侧链,反应最终获得所需性能的产品。实际的聚羧酸系减水剂可以是二元、三元或四元共聚物[11]。(2) 原料:丙烯酸,甲基丙烯酸,马来酸酐,衣康酸,丙烯酸羟基酯,甲基丙烯酸羟基酯,乙烯基磺酸钠,丙烯基磺酸钠,2- 丙烯酰胺 2- 甲基丙基磺酸钠(AMPS),单羟基聚乙二醇醚(PEG 600,PEG 1000,PEG 1500),过硫酸钠,过硫酸铵,双氧水等，以上原料均为市售的工业级化工产品。合成方法:按照分子设计的要求配合各种单体的比例,分步加入反应瓶中,同时加入分子量调节剂和溶剂,用氮气置换反应瓶内的空气,并在氮气保护下升温到75～90℃,同时滴加含有引发剂的溶液和其它共聚单体组分1～2h,搅拌下进行聚合反应6～8h.聚合完成后得到粘稠状共聚羧酸溶液.用稀碱溶液调整pH值到中性,并调配溶液含固量在30%左右[12，13]。(3) 聚羧酸系减水剂的分子结构呈梳型,侧链也带有亲水性的活性基团,并且链较长,数量多。根据这种原理选择了三种不同的单体,不饱和酸为马来酸酐,链烃基物质为乙烯基磺酸盐,非离子单体选的是丙烯酸甲酯,以上原料经过必要的纯化手段,引发剂为K2SO4。共聚物合成在装有温度计,滴液漏斗,回流冷凝管的四颈烧瓶中加入蒸馏水,开动搅拌器开始加热,在回流条件下,按配方混合单体加入滴液漏斗中,反应4小时,得到产品,测净浆流动度。影响共聚反应的主要因素有乙烯基磺酸盐、丙烯酸甲酯、马来酸酐及引发剂K2SO4用量[14]。(4) 原料：顺丁烯二酸酐,酰胺类单体,过硫酸铵, 30%过氧化氢,氢氧化钠,化学纯。合成方法：本合成为自由基共聚合反应,采用过硫酸铵 30%双氧水复合引发体系,水溶液聚合法,在102～110℃反应约8小时,产品为浅黄色透明溶液[15]。4、结论 系统研究新型高性能减水剂仍存在很多困难,但研究新型高性能减水剂仍具有重要的理论意义和实用价值。对聚羧酸系减水剂的合成、作用机理和应用等方面的研究都存在一些尚待进一步深入的问题:第一,由于减水剂大多数在水体系中合成,难以了解不同单体间复杂的相互作用;第二,表征对减水剂分子的方法存在局限性,尚不能清楚解释减水剂化学结构与性能的关系,缺乏从微结构方面的研究;第三,虽然聚羧酸系减水剂与水泥的相容性比其它种类减水剂更好,但在混凝土流动性方面,当水泥和外加剂共同使用时,往往发生混凝土塌落度损失太快及快硬等现象,仍存在水泥和化学外加剂相容性问题,还未完全搞清减水剂是怎样工作的;第四,在使用高性能减水剂的混凝土中,当单位水量减少,塌落度增大时,常常发生混凝土粘性太大、出现离析泌水现象等问题。 高性能减水剂的研究已成为混凝土材料科学中的一个重要分支,并推动着整个混凝土材料从低技术向高技术发展。研究聚羧酸系减水剂将更多地从混凝土的强度、工作性、耐久性、价格等方面综合考虑。接枝共聚的聚羧酸类减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚,将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上,使其同时具有高效减水、控制塌落度损失和抗收缩、不影响水泥的凝结硬化等作用。展望未来,每一项混凝土技术的特殊要求都需要开发最优的外加剂,每一系列有很多不同的化学组成。随着合成与表征聚合物减水剂及其化学结构与性能关系的研究不断深入,聚羧酸系减水剂将进一步朝高性能多功能化、生态化、国际标准化的方向发展。聚羧酸系减水剂能获得更好的减水率和更小的塌落度损失，特别是在制备高流动性和低水灰比的混凝土方面具有其它传统的高效减水剂无可比拟的优点，聚羧酸系减水剂将是21世纪减水剂系列中的主要品种。

未来的展望科技论文篇二 对生物基塑料的未来展望 摘 要：随着经济社会的迅速发展，全球已经面临巨大的资源和环境压力，各种资源匮乏、气候变暖及环境污染问题让人们不得不探寻新的材料和能源，生物基塑料成为人们减轻环境污染、缓解资源矛盾的新方式，它也因此成为人们关注的焦点。本文分析了生物基塑料的概念、当前生物基塑料发展状况及发展过程中存在的主要问题，并对生物基塑料的发展前景进行了展望，从而为减轻资环环境压力，促进人类社会更好的发展。 关键词：生物基塑料 概念 存在问题 未来展望 近年来随着生物基塑料的研发和应用，一些传统的塑料制品已经被其替代，生物基塑料已经在解决资源和环境问题上发挥了重要作用。本文分析了生物基塑料的研究状况及当前发展中遇到的主要问题，并对生物基塑料的未来发展前景进行展望，以期为经济社会的可持续发展做出贡献。 一、生物基塑料的概念 1.生物基塑料的定义 2003年11月日本的生物塑料协会将生物塑料定义为生物分解塑料和生物基塑料。所谓生物分解塑料(BDP)是指，在一定环境条件下，这类塑料能够由细菌、藻类、真菌等微生物的作用分解，而不会带来环境问题，目前生物分解塑料既来源于石油又来自可再生资源。所谓的生物基塑料(BBP)是指可再生资源例如淀粉、蛋白质、纤维素、木质纤维素、生物聚合物及二氧化碳等，以这些材料为原料加工而成的塑料，就被称为生物基塑料。所谓生物塑料就是指绿色的生物材料，它不会对环境造成污染，或能够减轻对环境的污染，是给空气带来二氧化碳负担的“碳中性”材料。 2.具有代表性生物基塑料产品的特点比较 3.生物基塑料的检测标准 对生物基塑料的检测方法主要是通过对其进行C-14分子标记，然后测量其产品中各组分的碳原子是生物碳或化石碳及含量在总有机碳中的百分比(质量分数)。例如计算以淀粉为原料制造的淀粉基塑料的生物基含量： 50%淀粉与50%聚乙烯的淀粉基塑料，其中淀粉生物C含量为41%、聚乙烯生物C含量为82%，其生物基含量的计算方法为(50%×41%)÷(50%×82%+50%×41%)=33.3%。日本的生物含量的等级分为4个：25%～50%，50%～75%，75%～90%，>90%，其中25%～50%的产品所占的比例最大。 二、当前生物基塑料发展状况 随着，公众环保意识的逐步增强，探寻资源的可再生方法已经得到了越来越多人的关注，将一些常见的可再生资源例如谷物、木材、甜菜等制造成生物聚合物，实现资源的再生。目前，生物基塑料的研究已经完成了由初级研究到商业化、规模化方向的发展，截止到2012年全球生产制造的生物基塑料产量达500Kt左右，其所能带来的能量达1060kt，根据美国Fredonia集团的研究报告表明，生物基塑料的需求量在未来的几年里其增长率仍会大幅度提高。欧洲的生物塑料协会预测在未来的几年里生物基塑料的生产规模仍然会扩大，今后可被生物分解的生物基塑料中制造业产品如儿童玩具、汽车装饰用品、汽车零件及家用电器等的需求量最大且增长速度最快，预测增长速度会超过20%。目前生物基塑料在我国的应用主要是在以下5个行业：一包装行业;二制造业;三纺织业;四农用地膜;五医学业。 三、生物基塑料使用的主要技术 1.“生物成型”技术 作为世界知名的可口可乐公司承诺在2020年，本公司所使用的所有的PET容器都将使用生物材料，该产品主要是由美国著名的生物技术公司Virent、Gevo共同研发生物合成PX工艺，实现PTA的绿色化。Virent公司已经成功的采用了“生物成型”技术，将玉米、甘蔗等含糖作物与糠醛生物共同转化为PX，实现了完全由可再生材料合成生物基PET。 2.分子重组技术 目前，国际上知名的生物化工企业Virent、Gevo、Avantium等已经成功的应用生物技术从植物、农作物的废弃物等资源中进行分子重组转化为PX，并通过氧化技术生产出PTA，从而实现了100%的PET生物基产品。 3.“YXY”技术 美国生物化工Avantium公司与美国高校共同研发了“YXY”技术，该技术将植物源获得的呋喃糖通过生物技术转化为2，5-呋喃羧酸，从而与MEG酯化聚合生成PEF，目前 已经实现了PEF聚酯瓶的商业化生产。 四、几类生物基塑料的国内外研究进展 目前国内外研究较多且开发和技术相对成熟的生物基塑料主要有：淀粉基生物降解塑料、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等。 1.淀粉基生物降解塑料 淀粉基生物降解塑料是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品， 具有投资少、成本低、方便快捷、等特点。目前共研发出填充型、光-生物双降解型、共混型及全淀粉型四种可降解塑料。经过30年的研发历史，淀粉生物降解塑料已广泛应用于化工、农业以及化妆行业等。 2.聚乳酸生物降解塑料 聚乳酸是以乳酸为原料合成的材料，具有无毒、无害、高强度、易加工成型及可全降解性能等特点。因此，聚乳酸是一种能真正达到生态和经济双重效应的环保材料，是近年来国内外着重研究和关注的生物降解塑料。但价格较高对其大规模应用有一定的限制。 3.聚丁二酸丁二醇酯生物降解塑料 丁二酸和丁二醇经缩聚形成聚丁二酸丁二醇酯， 其具有优良的力学性能和耐热性，并且其加工定型和稳定性方面也比其他生物基塑料好。总体而言，其综合性能优异， 性价比合理， 具有良好的应用推广前景，。 另外，国内外正在研究开发一些新型生物基塑料。例如：美国农业部研究由柠檬酸和丙三醇制得的生物降解聚合物，美国加州大学正在推出的利用碳水化合物和肽合成生物材料以及国内相关研究部门研究以农产品为原料制造可塑淀粉生物降解材料，显示出未来生物技术塑料发展的前景巨大。 五、生物基塑料发展中存在的主要问题 1.生物基塑料的性能较石油基塑料有差距 目前形成产业的生物基塑料的性能(力学性能、稳定性、耐热性、燃烧性、阻隔性等)较石油基塑料的性能上还存在着一定的差距，在很多要求严格的领域中，生物基塑料不能够替代石油基塑料，因此必须通过对其性能进行改造的手段，尽量使其性能达到可利用的标准。 2.生物基塑料的生产投资大、成本高 相关国外《生物基生命周期对环境影响的全面分析》调查研究表明，生物基塑料的制造所使用的农作物，较普通的农作物而言使用的农药、化肥的量更大，其产品对环境污染的影响更大，因此在投资项目时一定要全面分析，慎重做决定。 六、展望生物基塑料的发展前景 1.生物基塑料替代传统能源 随着经济社会的发展，全球面临的资源和环境问题日趋加剧，环境污染、资源匮乏、能源短缺都迫使人们急切探寻新能源来替代传统的能源。用可再生资源替代石油资源已经成为人们关注的焦点，随着人们生活水平的提高，对石油资源的需求量只会与日俱增。随着全球气候变暖问题的日益严峻，美国能源情报署2006年初预测，到2025年，世界的二氧化碳排放量将达3.88×107kt，而中国目前的二氧化碳排放量已经达到3.8×106kt，因此中国面临的减排工作还是十分严峻的，同时相关研究表明，生物基塑料的节能减排效果显著，生物基塑料的二氧化碳排放量比石油基塑料的排放量少20%～30%。因此，生物基塑料的发展有巨大的市场潜力。 2.生物化学工艺技术发展为生物基塑料发展带来新革命 生物化学工艺技术的发展为生物基塑料的性能、生产工序、生产成本等都有了突破性的改变，其不仅能够使生物基塑料的性能达到最佳状态，而且能够大幅度的降低生产成本，提高淀粉及纤维素的含量，并且还能够直接或间接的使用非粮食淀粉，节约粮食资源。 3.生物基塑料产品种类不断增加，应用领域不断扩大 随着人们生活水平的提高对生活质量的要求越来越高，绿色食品、绿色包装都是人们追求的新事物，而生物基塑料就是绿色包装的典型资材。而且今后不会单单仅仅将生物基塑料的产品种类局限于包装上，会将生物基塑料的应用领域扩大到农业领域、医药领域、纺织领域等，他们都将在各自领域发挥着巨大的作用，实现资源替代和环境资源矛盾的缓解，更加有利于国家的可持续发展。 七、结语 近年来，生物基塑料的生产技术体系目前已经得到了确立，并且随着生物材料和生物生产技术的发展，其在节能减排和缓解资源环境压力发挥着显著的优势，通过对生物基塑料的研究和应用的现状进行综合分析，生物基塑料具有巨大的市场潜力。并且当前生物基塑料作为石油基的替代品使着我国的资源利用正朝着绿色、高效、高附加值、规模化、标准化的方向发展，从而为我国走经济可持续、能源可持续、资源可持续发展的道路奠定了基础，因此生物基塑料具有十分美好的发展前景。 参考文献 [1]唐赛珍.生物基材料发展前景展望[J].新材料产业，2013(03). [2] 李洋.研究报告称生物基材料具有巨大的市场潜力[J].印刷技术，2010(04). [3]张慧君.生物塑料在汽车上的应用与展望[J].橡塑资源利用[J].2013(04). [4]杨中文.生物基塑料带来绿色革命[J].国外塑料，2006(05). [5]王战勇，张晶，苏婷婷.可生物降解塑料的研究与发展[J].辽宁城乡环境科技，2003(08). [6]关文.生物塑料有望替代90%传统树脂[J].中国石化报，2009(12). [7]杨二.佳能产品应用阻燃性生物基塑料[J].中国质量报，2008(10). 作者简介：姓名：周毅;出生年：1976年10月;性别：男;籍贯：广东省普宁市;工作单位：广东楠洋职业安全事务有限公司;职务或职称：工程师;学位：学士;研究方向：化工。 看了“未来的展望科技论文”的人还看： 1. 未来人生规划的论文范文3篇 2. 对未来的展望的话 3. 展望未来的演讲稿3篇 4. 展望未来的发言稿3篇 5. 关于科技论文2000字