Syntéza a vlastnosti celulózového etheru rozpustného ve vodě

Kromě toho byla bavlněná celulóza připravena na vyrovnání stupně polymerace a byla reagována s hydroxidem sodným, 1,4 monobutylsulfonolát (1,4, butanesulton). Byl získán sulfobutylovaný celulózový ether (SBC) s dobrou rozpustností vody. Byly studovány účinky reakční teploty, doby reakce a poměru suroviny na butylsulfonát celulózový ether. Byly získány optimální reakční podmínky a struktura produktu byla charakterizována FTIR. Studiem vlivu SBC na vlastnosti cementové pasty a malty se zjistí, že produkt má podobný účinek snižování vody na činidlo snižující voda naftalen a retence tekutosti je lepší než série naftalenučinidlo snižující vodu. SBC s různou charakteristickou viskozitou a obsahem síry má odlišný stupeň retardování vlastnosti pro cementovou pastu. Očekává se proto, že se SBC stane retardovacím činidlem pro redukující vodu, což zpomaluje vysoce účinné činidlo pro redukující vodu, dokonce i vysoce účinné činidlo pro redukující vodu. Jeho vlastnosti jsou určeny hlavně jeho molekulární strukturou.

Klíčová slova:celulóza; Rovnovážný stupeň polymerace; Butylsulfonát celulóza ether; Činidlo snižující vodu

Vývoj a aplikace vysoce výkonného betonu úzce souvisí s výzkumem a vývojem betonového činidla snižování vody. Beton může zajistit vysokou zpracovatelnost, dobrou trvanlivost a dokonce i vysokou pevnost. V současné době existují hlavně následující druhy vysoce účinných činidel pro snižování vody: naftalen série série redukující voda (SNF), sulfonované činidlo pro redukující vodu aminovou vodou (SMF), činidlo pro redukci vody amino sulfonátu (ASP), modifikovaný lignosul Sériové činidlo pro redukci vody (ML) a polykarboxylové kyseliny série série redukujícího voda (PC), které je aktivnější v současném výzkumu. Superplastizátor kyseliny polykarboxylové má výhody malé časové ztráty, nízké dávky a vysokou tekutost betonu. Vzhledem k vysoké ceně je však v Číně obtížné popularizovat. Proto je naftalen superplastizer stále hlavní aplikací v Číně. Většina kondenzačních látek snižujících voda používá formaldehyd a další těkavé látky s nízkou relativní molekulovou hmotností, což může poškodit prostředí v procesu syntézy a používání.

Rozvoj betonových příměsí doma i v zahraničí čelí nedostatku chemických surovin, zvýšení ceny a dalších problémů. Jak používat levné a hojné přírodní obnovitelné zdroje, protože suroviny k vývoji nových vysoce výkonných betonových příměsí se stane důležitým předmětem výzkumu betonových příměsí. Hlavními zástupci tohoto druhu zdrojů jsou škrob a celulóza. Díky jejich širokému zdroji surovin, obnovitelných a snadno reagujících s některými činidly se jejich deriváty široce používají v různých oborech. V současné době dosáhl výzkum sulfonovaného škrobu jako činidla pro snižování vody. V posledních letech přitahoval výzkum derivátů celulózy rozpustných ve vodě rozpustné ve vodě, jako je činidla snižující voda. Liu Weizhe et al. Používá se vlákna v bavlněné vlněné vlněné jako suroviny k syntetizaci celulózového sulfátu s různou relativní molekulovou hmotností a stupněm substituce. Když je jeho stupeň substituce v určitém rozmezí, může zlepšit plynulost cementového kaše a sílu konsolidačního těla cementu. Patent říká, že některé deriváty polysacharidů prostřednictvím chemické reakce na zavedení silných hydrofilních skupin, lze získat na cementu s dobrou disperzí derivátů polysacharidů rozpustné ve vodě, jako je karboxymethyllulóza sodíku, karboxymethylhydroxyethyllylóza, karboxymethylfonátová celulóza a tak. Knaus a kol. zjistili, že se zdá, že CMHEC není vhodná pro použití jako činidlo snižující betonovou vodu. Pouze v případě, že je do molekul CMC a CMHEC zavedena skupina kyseliny sulfonové a její relativní molekulová hmotnost je 1,0 × 105 ~ 1,5 × 105 g/mol, může mít funkci činidla pro snižování betonu. Existují různé názory na to, zda jsou některé deriváty celulózy rozpustné ve vodě vhodné pro použití jako činidla snižující voda, a existuje mnoho druhů derivátů celulózy rozpustných ve vodě, takže je nutné provádět hloubkový a systematický výzkum syntézy a provést syntézu a systematický výzkum a systematický výzkum syntézy a Aplikace nových derivátů celulózy.

V tomto článku byla bavlněná celulóza použita jako výchozí materiál k přípravě celulózy vyváženého polymerace a poté prostřednictvím alkalizace hydroxidu sodného vyberte příslušnou reakční teplotu, reakční doba a 1,4 monobutylsulfonolaktonová reakce, zavedení skupiny kyseliny sulfonové na celulóze na celulóze na celulózu na celulóze na celulózu na celulóze na celulózu Molekuly, získaná analýza struktury a aplikačního experimentu a aplikačního experimentu na analýze struktury kyseliny (SBC) rozpustné ve vodě rozpustné ve vodě. Byla diskutována možnost použití jako činidla pro redukci vody.

1. experiment

1.1 Suroviny a nástroje

Absorpční bavlna; Hydroxid sodný (analytický čistý); Kyselina chlorovodíková (36% ~ 37% vodného roztoku, analyticky čistý); Isopropylalkohol (analyticky čistý); 1,4 monobutylsulfonolakton (průmyslový stupeň, poskytovaný doušek jemné chemické rostliny); 32.5r Obyčejný portlandský cement (Dalian Onoda Cement Factory); Naftalen Series Superplastizer (SNF, Dalian Sicca).

Spectrum One-B Fourierovy transformační infračervené spektrometr, produkovaný Perkin Elmer.

Iris Advantage Indukčně vázaný emisní spektrometr s plazmou (ICP-AES), vyrobený společností Thermo Jarrell Ash Co.

Zetaplus potenciální analyzátor (Brookhaven Instruments, USA) byl použit k měření potenciálu cementové kaše smíchané s SBC.

1.2 Metoda přípravy SBC

Za prvé, celulóza vyvážená polymerace byla připravena podle metod popsaných v literatuře. Určité množství bavlněné celulózy bylo zváženo a přidáno do třícestné baňky. Pod ochranou dusíku byla přidána zředěná kyselina chlorovodíková koncentrace 6% a směs byla silně míchána. Potom byl suspendován isopropylalkoholem ve třetí baňce, alkalizovaný na určitou dobu s 30% vodným roztokem sodným, vážil určité množství 1,4 monobutylsulfonolaktonu a spadl do tří ústní baňky, zamíchal se na do ní stejný čas a udržoval teplotu konstantní teplotní vody stabilní. Po reakci na určitou dobu byl produkt ochlazen na teplotu místnosti, vysrážen isopropylalkoholem, čerpán a filtrován a byl získán surový produkt. Po několikanásobném opláchnutí methanolovým vodným roztokem byl produkt pro použití konečně vysunut při 60 ℃.

1.3 Měření výkonu SBC

Produkt SBC byl rozpuštěn ve vodném roztoku 0,1 mol/l nano3 a viskozita každého zředěného bodu vzorku byla měřena viskozimetrem USTNER pro výpočet jeho charakteristické viskozity. Obsah síry produktu byl stanoven nástrojem ICP - AES. Vzorky SBC byly extrahovány acetonem, vysušeny vakuové a poté bylo asi 5 mg vzorků uzemněno a propláceno s KBR pro přípravu vzorku. Infračervené spektrum test byl proveden na vzorcích SBC a celulózy. Cementová suspenze byla připravena s poměrem cementu vody 400 a obsahem činidla s redukcí vody 1% cementové hmoty. Jeho potenciál byl testován do 3 minut.

Hymní tekutost cementové kaše a míra snižování cementové malty se měří podle GB/T 8077-2000 „Zkušební metoda pro uniformitu betonového příměstu“, MW/ME = 0,35. Zkouška na nastavení cementové pasty se provádí v souladu s GB/T 1346-2001 „Zkušební metoda pro spotřebu vody, čas nastavení a stabilitu cementové standardní konzistence“. Pevnost v tlaku cementu podle GB/T 17671-1999 „Metoda testovací metody cementové malty (metoda IS0)“ Metoda stanovení.

2. výsledky a diskuse

2.1 IR analýza SBC

Infračervená spektra surové celulózy a produktu SBC. Protože absorpční pík S - C a S - H je velmi slabý, není vhodný pro identifikaci, zatímco S = O má silný absorpční pík. Existence skupiny kyseliny sulfonové v molekulární struktuře proto může být stanovena stanovením existence S = O píku. Podle infračerveného spektra suroviny celulózy a produktu SBC je v celulózové spektru v blízkosti vlny 3350 cm-1 silný absorpční pík, který je klasifikován jako hydroxylový protahovací vibrační vrchol v celulóze. Silnější absorpční pík poblíž vlny číslo 2 900 cm-1 je methylen (CH2 1) protahovací vibrační pík. Řada pásů sestávajících z 1060, 1170, 1120 a 1010 cm-1 odráží vrcholy absorpce vibrací hydroxylové skupiny a vrcholy absorpce vibrací ohybu (C-O-C). Číslo vlny kolem 1650 cm-1 odráží vrchol absorpce vodíkové vazby vytvořený hydroxylovou skupinou a volnou vodou. Pás 1440 ~ 1340 cm-1 ukazuje krystalickou strukturu celulózy. V IR spektrech SBC je intenzita pásma 1440 ~ 1340 cm-1 oslabena. Síla absorpčního píku poblíž 1650 cm-1 se zvýšila, což naznačuje, že byla posílena schopnost vytvářet vodíkové vazby. Silné absorpční píky se objevily na 1180 628 cm-1, které se neodrážely v infračervené spektroskopii celulózy. První z nich byl charakteristický absorpční pík S = O vazby, zatímco druhý byl charakteristickým absorpčním vrcholem S = O vazby. Podle výše uvedené analýzy existuje skupina kyseliny sulfonové na molekulárním řetězci celulózy po etherifikační reakci.

2.2 Vliv reakčních podmínek na výkon SBC

Z vztahu mezi reakčními podmínkami a vlastnostmi SBC je vidět, že teplota, doba reakce a materiály ovlivňují vlastnosti syntetizovaných produktů. Rozpustnost produktů SBC je určena délkou potřebné pro 1g produkt, aby se zcela rozpustila ve 100 ml deionizované vody při teplotě místnosti; Při testu míry snižování vody na maltě je obsah SBC 1,0% cementové hmoty. Kromě toho, protože celulóza je složena hlavně z anhydroglukózové jednotky (AGU), množství celulózy se počítá jako AGU, když se vypočítá poměr reaktantů. Ve srovnání s SBCL ~ SBC5 má SBC6 nižší vnitřní viskozitu a vyšší obsah síry a míra snižování vody malty je 11,2%. Charakteristická viskozita SBC může odrážet její relativní molekulární hmotu. Vysoká charakteristická viskozita naznačuje, že její relativní molekulární hmota je velká. V této době se však viskozita vodného roztoku se stejnou koncentrací nevyhnutelně zvýší a volný pohyb makromolekul bude omezen, což nevede k jeho adsorpci na povrchu cementových částic, což ovlivňuje hru vody Snižování disperzního výkonu SBC. Obsah síry v SBC je vysoký, což naznačuje, že stupeň substituce butylsulfonátu je vysoký, molekulární řetězec SBC nese větší počet náboje a povrchový účinek cementu je silný, takže jeho rozptyl cementových částic je také silný.

Při etherifikaci celulózy se obecně používá metoda více alkalizačních etherifikace, aby se zlepšil stupeň etherifikace a kvality produktu. SBC7 a SBC8 jsou produkty získané opakovanou alkalizační etherifikací po dobu 1 a 2krát. Je zřejmé, že jejich charakteristická viskozita je nízká a obsah síry je vysoký, konečná rozpustnost vody je dobrá, rychlost snižování cementu vody může dosáhnout 14,8% a 16,5%. Proto se v následujících testech používají SBC6, SBC7 a SBC8 jako výzkumné objekty k diskusi o jejich aplikačních účincích v cementové pastě a maltě.

2.3 Vliv SBC na cementové vlastnosti

2.3.1 Vliv SBC na plynulost cementové pasty

Vliv křivky obsahu činidla snižující voda na plynulost cementové pasty. SNF je superplastizátor série naftalenu. Je vidět z vlivové křivky obsahu činidla pro snižování vody na plynulost cementové pasty, když je obsah SBC8 menší než 1,0%, plynulost cementové pasty se postupně zvyšuje se zvyšováním obsahu a účinek je podobný jako u SNF. Když obsah přesáhne 1,0%, růst plynulosti kalu se postupně zpomaluje a křivka vstupuje do oblasti platformy. Lze se domnívat, že nasycený obsah SBC8 je asi 1,0%. SBC6 a SBC7 také měly podobný trend jako SBC8, ale jejich nasycený obsah byl výrazně vyšší než SBC8 a stupeň zlepšení čisté kaše nebyla tak vysoká jako SBC8. Nasycený obsah SNF je však asi 0,7% ~ 0,8%. Když se obsah SNF stále zvyšuje, plynulost kaše se také stále zvyšuje, ale podle krvácejícího prstence lze dojít k závěru, že nárůst v této době je částečně způsoben segregací krvácející vody cementovou kaše. Závěrem lze říci, že ačkoli je nasycený obsah SBC vyšší než obsah SNF, stále neexistuje zjevný fenomén krvácení, když obsah SBC hodně převyšuje jeho nasycený obsah. Lze proto předběžně posoudit, že SBC má vliv na snižování vody a má také určitou retenci vody, která se liší od SNF. Tuto práci je třeba dále studovat.

Z relatentní křivky je vidět mezi plynulovou cementovou pasta s 1,0% obsahem činidla snižujícího vodu a časem, že ztráta tekutosti cementové pasty smíchané s SBC je velmi malá do 120 minut, zejména SBC6, jejíž počáteční tekutost je jen asi 200 mm a ztráta plynulosti je menší než 20%. Ztráta warp wath -tekulosti byla v pořadí SNF> SBC8> SBC7> SBC6. Studie ukázaly, že naftalen superplasticér je absorbován hlavně na povrchu cementových částic odpudivou silou roviny. S postupem hydratace se redukují molekuly zbytkového snižování vody v kalu, takže postupně se také snižují molekuly redukujícího vodu s redukcí vody na povrchu cementových částic. Odpuštění mezi částicemi je oslabeno a částice cementu vytvářejí fyzickou kondenzaci, což ukazuje na snížení plynulosti čisté kaše. Ztráta průtoku cementu kaše v směsi s naftalenovým superplastizátorem je proto větší. Většina činidel pro snižování vody naftalenu používané ve strojírenství však byla správně smíchána pro zlepšení této vady. Pokud jde o retenci likvidity, SBC je tedy lepší než SNF.

2.3.2 Vliv potenciálu a nastavení doby cementu

Po přidání činidla redukujícího vodu do cementové směsi se cementové částice adsorbovaly molekuly činidla redukujícího vodu, takže potenciální elektrické vlastnosti cementových částic mohou být změněny z pozitivní na negativní a absolutní hodnota se zjevně zvyšuje. Absolutní hodnota potenciálu částic cementu smíchaného s SNF je vyšší než hodnota SBC. Současně byla doba nastavení cementové pasty smíchaná s SBC prodloužena na různé stupně ve srovnání s prázdným vzorkem a doba nastavení byla v pořadí SBC6> SBC7> SBC8 z dlouhého na krátké. Je vidět, že se snížením charakteristické viskozity SBC a zvýšením obsahu síry se doba nastavení cementové pasty postupně zkrátí. Je to proto, že SBC patří do derivátů polypolysacharidů a v molekulárním řetězci je více hydroxylových skupin, který má různé stupně retardačního účinku na hydratační reakci portlandského cementu. Existují zhruba čtyři druhy mechanismu retardačního činidla a mechanismus retardingu SBC je zhruba následovně: v alkalickém médiu hydratace cementu, hydroxylová skupina a volný CA2+ nestabilní komplex, takže koncentrace Ca2 10 v kapalné fázi tvoří snižuje, ale také může být adsorbováno na povrchu cementových částic a hydratačních produktů na povrchu 02- za vzniku vodíkových vazeb a dalších hydroxylových skupin a molekul vody prostřednictvím asociace vodíkových vazeb, takže povrch cementových částic vytvořil vrstvu of Stabilní solvatovaný vodní film. Hydratační proces cementu je tedy inhibován. Počet hydroxylových skupin v řetězci SBC s různým obsahem síry je však zcela odlišný, takže jejich vliv na proces hydratace cementu musí být odlišný.

2.3.3 Test redukce vody a pevnosti malty

Vzhledem k tomu, že výkon malty může do jisté míry odrážet výkon betonu, tento dokument studuje hlavně výkon malty smíchané s SBC. Spotřeba vody malty byla upravena podle standardu testování rychlosti snižování vody na maltě, takže expanze vzorku malty dosáhla (180 ± 5) mm a 40 mm x 40 MLTL × 160 mlýna byla připravena pro testování kompresního tlaku síla každého věku. Ve srovnání s prázdnými vzorky bez činidla snižujícího vodu byla síla maltových vzorků s činidlem snižování vody v každém věku zlepšena v různých stupních. Pevnost v tlaku vzorků dopovaných 1,0% SNF se zvýšila o 46%, 35% a 20% po 3, 7 a 28 dnech. Vliv SBC6, SBC7 a SBC8 na pevnost v tlaku malty není stejný. Síla malty smíchané s SBC6 se v každém věku zvyšuje jen málo a síla malty při 3 d, 7 d a 28D se zvyšuje o 15%, 3% a 2%. Pevnost v tlaku malty smíchaná s SBC8 se výrazně zvýšila a její pevnost ve 3, 7 a 28 dnech se zvýšila o 61%, 45%a 18%, což naznačuje, že SBC8 má silný účinek snižování vody a posilování na cementovou maltu.

2.3.4 Vliv vlastností molekulární struktury SBC

V kombinaci s výše uvedenou analýzou vlivu SBC na cementovou pastu a maltu není obtížné zjistit, že molekulární struktura SBC, jako je charakteristická viskozita (související s jeho relativní molekulovou váhou, je obecná charakteristická viskozita vysoká, její relativní je relativní Molekulová hmotnost je vysoká), obsah síry (související se stupněm substituce silných hydrofilních skupin na molekulárním řetězci, vysoký obsah síry je vysoký stupeň substituce a naopak) určuje aplikační výkon SBC. Když je obsah SBC8 s nízkou vnitřní viskozitou a vysokým obsahem síry nízký, může mít silnou schopnost disperze v cementu částic a obsah nasycení je také nízký, asi 1,0%. Prodloužení doby nastavení cementové pasty je relativně krátké. Pevnost v tlaku malty se stejnou tekutou se zjevně zvyšuje v každém věku. SBC6 s vysokou vnitřní viskozitou a nízkým obsahem síry však má menší plynulost, když je jeho obsah nízký. Když se však jeho obsah zvýší na přibližně 1,5%, je jeho disperzní schopnost cementových částic také značná. Doba nastavení čisté kaše je však prodloužena více, což ukazuje charakteristiky pomalého nastavení. Zlepšení síly tlaku malty za různých věků je omezené. Obecně je SBC lepší než SNF v retenci plynulosti malty.

3. závěr

1. celulóza s vyváženým stupněm polymerace byla připravena z celulózy, která byla etherována 1,4 monobutylsulfonolaktonem po alkalizaci NaOH a poté byl připraven ve vodě rozpustný butylsulfonolacton. Optimální reakční podmínky produktu jsou následující: řádek (NA0H); Autor: (Agu); N (BS) -2,5: 1,0: 1,7, reakční doba byla 4,5 h, reakční teplota byla 75 ℃. Opakovaná alkalizace a etherifikace mohou snížit charakteristickou viskozitu a zvýšit obsah síry produktu.

2. SBC s vhodnou charakteristickou viskozitou a obsahem síry může výrazně zlepšit plynulost cementové kaše a zlepšit ztrátu tekutosti. Když míra snižování vody malty dosáhne 16,5%, pevnost v tlaku vzorku malty v každém věku zjevně zvyšuje.

3. Aplikace SBC jako činidla pro snížení vody vykazuje určitý stupeň retardace. Za podmínky vhodné charakteristické viskozity je možné získat vysoce účinné činidlo pro snižování vody zvýšením obsahu síry a snížením retardového stupně. Očekává se, že s odkazem na příslušné národní standardy betonových příměsů se SBC stane činidlem pro redukující vodu s praktickou hodnotou aplikací, zpomaluje činidlo snižující vodu, zpomaluje vysoce účinné činidlo pro snižování vody a dokonce s vysokou účinnou činidlem vody.