Sintezo kaj propraĵoj de akvosolvebla celuloza etera superplastifikilo

Krome, kotoncelulozo estis preta por ebenigi Ling-off gradon de polimerigo kaj estis reagita kun natria hidroksido, 1,4 monobutilsulfonolato (1,4, butansultono). sulfobutilateita celuloza etero (SBC) kun bona akvosolvebleco estis akirita. La efikoj de reagtemperaturo, reagtempo kaj krudmaterialo-proporcio sur butilsulfonata celuloza etero estis studitaj. La optimumaj reakcikondiĉoj estis akiritaj, kaj la strukturo de la produkto estis karakterizita per FTIR. Studante la efikon de SBC sur la propraĵoj de cementpasto kaj pistujo, oni trovas, ke la produkto havas similan akvo-reduktantan efikon al naftalena serio akvoreduktanta agento, kaj la flueca reteno estas pli bona ol naftalena serio.akvoreduktanta agento. La SBC kun malsama karakteriza viskozeco kaj sulfurenhavo havas malsaman gradon de malfruiga propraĵo por cementpasto. Tial, SBC estas atendita iĝi malfruiga akvoreduktanta agento, malfruiga alta efikeco akvoreduktanta agento, eĉ alta efikeco akvoreduktanta agento. Ĝiaj propraĵoj estas ĉefe determinitaj de ĝia molekula strukturo.

Ŝlosilvortoj:celulozo; Ekvilibro grado de polimerigo; Butilsulfonato celuloza etero; Akvoreduktanta agento

La disvolviĝo kaj apliko de alt-efikeca betono estas proksime rilataj al la esplorado kaj disvolviĝo de betona akvo-reduktanta agento. Estas pro la aspekto de akvo-reduktanta agento, ke la betono povas certigi altan laboreblecon, bonan fortikecon kaj eĉ altan forton. Nuntempe, estas ĉefe la jenaj specoj de tre efikaj akvaj reduktantaj agentoj vaste uzataj: naftalena serio akvoreduktanta agento (SNF), sulfonata amina rezino serio akvoreduktanta agento (SMF), aminosulfonata serio akvoreduktanta agento (ASP), modifita lignosulfonato. serio akvo reduktanta agento (ML), kaj polycarboxylic acida serio akvo reduktanta agento (PC), kiu estas pli aktiva en nuna esplorado. Policarboxilacida superplastifikilo havas la avantaĝojn de malgranda tempoperdo, malalta dozo kaj alta flueco de betono. Tamen, pro alta prezo, estas malfacile popularigi en Ĉinio. Tial, naftalena superplastifikilo daŭre estas la ĉefa apliko en Ĉinio. La plej multaj el la kondensaj akvo-reduktantaj agentoj uzas formaldehidon kaj aliajn volatilajn substancojn kun malalta relativa molekula pezo, kiuj povas damaĝi la medion en la sintezo kaj uzoprocezo.

La disvolviĝo de betonaj aldonaĵoj hejme kaj eksterlande alfrontas mankon de kemiaj krudaĵoj, altiĝo de prezo kaj aliaj problemoj. Kiel uzi malmultekostajn kaj abundajn naturajn renovigeblajn rimedojn kiel krudaĵojn por disvolvi novajn altkvalitajn betonajn aldonaĵojn, fariĝos grava temo de esploro pri konkretaj aldonaĵoj. Amelo kaj celulozo estas la ĉefaj reprezentantoj de ĉi tiu speco de rimedoj. Pro ilia larĝa fonto de krudmaterialoj, renovigeblaj, facile reagi kun iuj reakciiloj, iliaj derivaĵoj estas vaste uzataj en diversaj kampoj. Nuntempe, la esplorado de sulfonata amelo kiel akvoreduktanta agento faris iom da progreso. En la lastaj jaroj, ankaŭ la esploro pri akvosolveblaj celulozaj derivaĵoj kiel akvoreduktaj agentoj altiris la atenton de homoj. Liu Weizhe et al. uzis vatonan fibron kiel krudmaterialon por sintezi celulozsulfaton kun malsama relativa molekula pezo kaj grado de anstataŭigo. Kiam ĝia grado de anstataŭigo estas en certa gamo, ĝi povas plibonigi la fluecon de cementa suspensiaĵo kaj la forton de cementa solidiga korpo. La patento diras, ke iuj polisakaridaj derivaĵoj per kemia reago por enkonduki fortajn hidrofilajn grupojn, povas esti akiritaj sur cemento kun bona disvastigo de hidrosolveblaj polisakaridaj derivaĵoj, kiel natria karboksimetil-celulozo, karboximetil-hidroksietil-celulozo, karboximetil-sulfonato-celulozo ktp. Tamen, Knaus et al. trovis ke CMHEC ŝajnas ne taŭga por uzo kiel konkreta akvoreduktanta agento. Nur kiam sulfonacido grupo estas enkondukita en CMC kaj CMHEC molekuloj, kaj ĝia relativa molekula pezo estas 1.0 × 105 ~ 1.5 × 105 g/mol, ĝi povas havi la funkcion de konkreta akvo reduktanta agento. Estas malsamaj opinioj pri tio, ĉu iuj akvosolveblaj celulozaj derivaĵoj taŭgas por uzo kiel akvoreduktaj agentoj, kaj ekzistas multaj specoj de akvosolveblaj celulozaj derivaĵoj, do necesas fari profundan kaj sisteman esploron pri la sintezo kaj apliko de novaj celulozaj derivaĵoj.

En ĉi tiu papero, kotono celulozo estis uzata kiel la komenca materialo por prepari ekvilibran polimerigo grado celulozo, kaj tiam per natria hidroksido alkalization, elektu la taŭga reago temperaturo, reago tempo kaj 1,4 monobutil sulfonolactone reago, la enkonduko de sulfona acida grupo sur celulozo molekuloj, la akirita hidrosolvebla butilsulfona acido celuloza etero (SBC) strukturo analizo kaj aplikaĵo eksperimento. La ebleco uzi ĝin kiel akvoreduktanta agento estis diskutita.

1. Eksperimento

1.1 Krudmaterialoj kaj instrumentoj

Sorba kotono; Natria hidroksido (analitika pura); Klorida acido (36% ~ 37% akva solvaĵo, analize pura); Izopropila alkoholo (analitike pura); 1,4 monobutil sulfonolaktono (industria grado, provizita de Siping Fine Chemical Plant); 32.5R ordinara Portlanda cemento (Dalian Onoda Cement Factory); Naftaleno-seria superplastikigilo (SNF, Dalian Sicca).

Spectrum One-B Fourier Transform infraruĝa spektrometro, produktita fare de Perkin Elmer.

IRIS Advantage Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometer (IcP-AEs), produktita fare de Thermo Jarrell Ash Co.

ZETAPLUS potenciala analizilo (Brookhaven Instruments, Usono) estis uzita por mezuri la potencialon de cementa suspensiaĵo miksita kun SBC.

1.2 Prepara metodo de SBC

Unue, la ekvilibra polimerigo-grada celulozo estis preparita laŭ la metodoj priskribitaj en la literaturo. Certa kvanto da kotona celulozo estis pesita kaj aldonita en tridirektan flakon. Sub la protekto de nitrogeno, diluita klorida acido kun koncentriĝo de 6% estis aldonita, kaj la miksaĵo estis forte movita. Poste ĝi estis suspendita per izopropila alkoholo en tribuŝa flakono, alkalizita dum certa tempo per 30% natria hidroksida akva solvaĵo, pezis certan kvanton da 1,4 monobutilsulfonolaktono, kaj faligita en la tribuŝa flakono, movita ĉe la sama tempo, kaj konservis la temperaturon de konstanta temperaturo akvobano stabila. Post la reago dum certa tempo, la produkto estis malvarmigita al ĉambra temperaturo, precipitate kun izopropila alkoholo, pumpita kaj filtrita, kaj la kruda produkto estis akirita. Post lavado kun metanola akva solvaĵo plurfoje, pumpita kaj filtrita, la produkto estis finfine malplena sekigita je 60℃ por uzo.

1.3 SBC-efikecmezurado

La produkto SBC estis solvita en 0.1 mol/L NaNO3 akva solvaĵo, kaj la viskozeco de ĉiu dilua punkto de la provaĵo estis mezurita per la Ustner-viskometro por kalkuli ĝian karakterizan viskozecon. La sulfura enhavo de la produkto estis determinita per ICP - AES-instrumento. SBC-provaĵoj estis ĉerpitaj per acetono, vakue sekigitaj, kaj tiam proksimume 5 mg-specimenoj estis muelitaj kaj premitaj kune kun KBr por specimena preparado. Infraruĝa spektrotesto estis farita sur SBC kaj celulozospecimenoj. Cementa suspendo estis preparita kun akvo-cementa proporcio de 400 kaj akvoreduktanta agento enhavo de 1% de cementa maso. Ĝia potencialo estis provita ene de 3 minutoj.

Cementa suspensiaĵo flueco kaj cementa mortero-akva redukto-indico estas mezuritaj laŭ GB/T 8077-2000 "Testmetodo por unuformeco de betona aldonaĵo", mw/me= 0.35. La fiksa tempo-testo de cementa pasto estas farita laŭ GB/T 1346-2001 "Testo-Metodo por Akva Konsumo, Fiksa Tempo kaj Stabileco de Cementa Norma Konsistenco". Cementa mortero kunprema forto laŭ GB/T 17671-1999 "cementa mortero-forta testo Metodo (IS0-metodo)" la metodo de determino.

2. Rezultoj kaj diskuto

2.1 IR-analizo de SBC

Infraruĝaj spektroj de kruda celulozo kaj produkto SBC. Ĉar la absorbadpinto de S — C kaj S — H estas tre malforta, ĝi ne taŭgas por identigo, dum s=o havas fortan absorbadpinton. Tial, la ekzisto de sulfonacida grupo en la molekula strukturo povas esti determinita determinante la ekziston de S=O-pinto. Laŭ la transruĝaj spektroj de krudmaterialo celulozo kaj produkto SBC, en la celulozo-spektro, estas forta sorba pinto proksime de la ondo numero 3350 cm-1, kiu estas klasifikita kiel la hidroksila streĉanta vibropinto en celulozo. La pli forta sorba pinto proksime de ondo numero 2 900 cm-1 estas metileno (CH2 1) streĉanta vibrapinto. Serio de bandoj konsistantaj el 1060, 1170, 1120 kaj 1010 cm-1 reflektas la etendiĝantajn vibrajn absorbajn pintojn de hidroksila grupo kaj la fleksiĝajn vibrajn absorbajn pintojn de etera ligo (C — o — C). La ondonumero ĉirkaŭ 1650 cm-1 reflektas la hidrogenan ligon absorbadpinton formitan de hidroksila grupo kaj libera akvo. La bando 1440~1340 cm-1 montras la kristalan strukturon de celulozo. En la IR-spektroj de SBC, la intenseco de bando 1440~1340 cm-1 estas malfortigita. La forto de la sorbadpinto proksime de 1650 cm-1 pliiĝis, indikante ke la kapablo formi hidrogenajn ligojn estis fortigita. Fortaj sorbpintoj aperis ĉe 1180,628 cm-1, kiuj ne estis reflektitaj en la infraruĝa spektroskopio de celulozo. La unua estis la karakteriza absorbadpinto de s=o ligo, dum la lasta estis la karakteriza absorbadpinto de s=o ligo. Laŭ ĉi-supra analizo, sulfonacida grupo ekzistas sur la molekula ĉeno de celulozo post eteriga reago.

2.2 Influo de reagkondiĉoj sur SBC-agado

Oni povas vidi el la rilato inter la reagkondiĉoj kaj la trajtoj de SBC ke la temperaturo, reagtempo kaj materiala proporcio influas la trajtojn de la sintezitaj produktoj. La solvebleco de SBC-produktoj estas determinita de la tempodaŭro necesa por ke 1g-produkto tute solviĝu en 100mL dejonigita akvo ĉe ĉambra temperaturo; En la akvoredukta indico de pistujo, SBC-enhavo estas 1.0% de cementomaso. Krome, ĉar celulozo estas plejparte kunmetita de anhidroglukoza unuo (AGU), la kvanto de celulozo estas kalkulita kiel AGU kiam la reaktantproporcio estas kalkulita. Kompare kun SBCl ~ SBC5, SBC6 havas pli malaltan internan viskozecon kaj pli altan sulfuran enhavon, kaj la akvoreduktorapideco de la mortero estas 11.2%. La karakteriza viskozeco de SBC povas reflekti sian relativan molekulan mason. Alta karakteriza viskozeco indikas ke ĝia relativa molekula maso estas granda. Tamen, en ĉi tiu tempo, la viskozeco de akva solvaĵo kun la sama koncentriĝo neeviteble pliiĝos, kaj la libera movado de makromolekuloj estos limigita, kio ne favoras sian adsorbadon sur la surfaco de cementaj partikloj, tiel influante la ludadon de la akvo. reduktante dispersion agado de SBC. La sulfura enhavo de SBC estas alta, indikante, ke la grado de anstataŭigo de butilsulfonato estas alta, SBC molekula ĉeno portas pli da ŝarĝo nombro, kaj cemento-partikloj surfaca efiko estas forta, do ĝia disvastigo de cementaj eroj ankaŭ estas forta.

En la eterigado de celulozo, por plibonigi la eteriggradon kaj produktan kvaliton, la metodo de multobla alkaliga eteriĝo estas ĝenerale uzata. SBC7 kaj SBC8 estas la produktoj akiritaj per ripeta alkaliga eteriĝo por 1 kaj 2 fojojn, respektive. Evidente, ilia karakteriza viskozeco estas malalta kaj sulfura enhavo estas alta, la fina akvosolvebleco estas bona, la akvoredukta indico de cementa mortero povas atingi 14,8% kaj 16,5%, respektive. Tial, en la sekvaj testoj, SBC6, SBC7 kaj SBC8 estas uzataj kiel esplorobjektoj por diskuti siajn aplikajn efikojn en cementpasto kaj mortero.

2.3 Influo de SBC sur cementaj propraĵoj

2.3.1 Influo de SBC sur la flueco de cementpasto

Influa kurbo de akvo-reduktanta agentenhavo sur flueco de cementpasto. SNF estas naftalena serio superplastikigilo. Ĝi povas esti vidita de la influkurbo de la enhavo de akvo-reduktanta agento sur la flueco de cementpasto, kiam la enhavo de SBC8 estas malpli ol 1.0%, la flueco de cementpasto iom post iom pliiĝas kun la pliigo de la enhavo, kaj la efiko. estas simila al tiu de SNF. Kiam la enhavo superas 1.0%, la kresko de la flueco de la suspensiaĵo iom post iom malrapidiĝas, kaj la kurbo eniras la platforman areon. Oni povas konsideri, ke la saturita enhavo de SBC8 estas ĉirkaŭ 1,0%. SBC6 kaj SBC7 ankaŭ havis similan tendencon al SBC8, sed ilia saturiĝenhavo estis signife pli alta ol SBC8, kaj la pliboniggrado de pura suspensiaĵoflueco ne estis same alta kiel SBC8. Tamen, la saturita enhavo de SNF estas ĉirkaŭ 0,7% ~ 0,8%. Kiam la enhavo de SNF daŭre pliiĝas, la flueco de la suspensiaĵo ankaŭ daŭre pliiĝas, sed laŭ la sangringo, oni povas konkludi, ke la pliiĝo en ĉi tiu tempo estas parte kaŭzita de la apartigo de sanganta akvo per cementa suspensiaĵo. Konklude, kvankam la saturita enhavo de SBC estas pli alta ol tiu de SNF, ankoraŭ ne estas evidenta sanganta fenomeno kiam la enhavo de SBC multe superas sian saturitan enhavon. Sekve, oni povas antaŭjuĝi, ke SBC havas la efikon redukti akvon kaj ankaŭ havas certan akvoretenon, kiu diferencas de SNF. Ĉi tiu laboro devas esti plustudita.

Oni povas vidi el la rilato kurbo inter la flueco de cementpasto kun 1.0% akvo-reduktanta agentenhavo kaj tempo, ke la flueco-perdo de cementpasto miksita kun SBC estas tre malgranda ene de 120min, precipe SBC6, kies komenca flueco estas nur ĉirkaŭ 200mm. , kaj la perdo de flueco estas malpli ol 20%. La varpperdo de suspensiaĵoflueco estis en la ordo de SNF>SBC8>SBC7>SBC6. Studoj montris, ke naftalena superplastikigilo estas ĉefe sorbita sur la surfaco de cementaj partikloj per ebena repuŝa forto. Kun la progreso de hidratado, la postrestantaj akvaj reduktantaj agentaj molekuloj en la suspensiaĵo estas reduktitaj, tiel ke la adsorbitaj akvoreduktaj agentaj molekuloj sur la surfaco de cementaj partikloj ankaŭ iom post iom malpliiĝas. La repuŝo inter partikloj estas malfortigita, kaj cementpartikloj produktas fizikan kondensadon, kiu montras malkreskon en la flueco de neta suspensiaĵo. Tial, la fluperdo de cementa suspensiaĵo miksita kun naftalena superplastikigilo estas pli granda. Tamen, la plej multaj naftalenaj serioj akvoreduktantaj agentoj uzitaj en inĝenieristiko estis konvene miksitaj por plibonigi tiun difekton. Tiel, koncerne likvidecontenadon, SBC estas pli bona ol SNF.

2.3.2 Influo de potencialo kaj fiksa tempo de cementpasto

Post aldonado de akvo-reduktanta agento al cementa miksaĵo, la cementaj partikloj adsorbis akvo-reduktantajn molekulojn, do la eblaj elektraj propraĵoj de cementaj partikloj povas esti ŝanĝitaj de pozitiva al negativa, kaj la absoluta valoro pliiĝas evidente. La absoluta valoro de partiklopotencialo de cemento miksita kun SNF estas pli alta ol tiu de SBC. Samtempe, la fiksa tempo de la cementpasto miksita kun SBC estis etendita al malsamaj gradoj kompare kun la malplena specimeno, kaj la fiksa tempo estis en la ordo de SBC6>SBC7>SBC8 de longa ĝis mallonga. Oni povas vidi, ke kun la malkresko de la karakteriza viskozeco de SBC kaj la pliiĝo de sulfura enhavo, la fiksa tempo de cementpasto iom post iom mallongiĝas. Ĉi tio estas ĉar SBC apartenas al polipolisakaridaj derivaĵoj, kaj ekzistas pli da hidroksilaj grupoj sur la molekula ĉeno, kiu havas malsamajn gradojn de malfruiga efiko al la hidratiga reago de Portlanda cemento. Estas proksimume kvar specoj de meĥanismo de malfruiga agento, kaj la malfruiga mekanismo de SBC estas proksimume jena: En la alkala medio de cementa hidratado, la hidroksila grupo kaj libera Ca2+ formas malstabilan komplekson, tiel ke la koncentriĝo de Ca2 10 en la likva fazo. malpliiĝas, sed ankaŭ povas esti adsorbitaj sur la surfaco de cementaj partikloj kaj hidrataj produktoj sur la surfaco de 02- por formi hidrogenajn ligojn, kaj aliajn hidroksilgrupojn kaj akvomolekulojn per hidrogena ligo asocio, tiel ke la surfaco de cementaj eroj formis tavolon de stabila solvata akvofilmo. Tiel, la hidratiga procezo de cemento estas malhelpita. Tamen, la nombro da hidroksilaj grupoj en la ĉeno de SBC kun malsama enhavo de sulfuro estas sufiĉe malsama, do ilia influo sur la cemento-hidratigprocezo devas esti malsama.

2.3.3 Morta akvo-redukto-indico kaj forto-testo

Ĉar la agado de pistujo povas reflekti la agadon de betono iagrade, ĉi tiu artikolo ĉefe studas la agadon de pistujo miksita kun SBC. La akvokonsumo de pistujo estis ĝustigita laŭ la normo de testado de la akvoredukta indico de pistujo, tiel ke la pistuja specimena ekspansio atingis (180±5)mm, kaj 40 mm × 40 mlTl × 160 muelejaj specimenoj estis pretaj por testi la kunpremadon. forto de ĉiu aĝo. Kompare kun malplenaj specimenoj sen akvo-reduktanta agento, la forto de pistujo specimenoj kun akvo-reduktanta agento en ĉiu aĝo estis plibonigita en malsamaj gradoj. La kunprema forto de specimenoj dopitaj kun 1.0% SNF pliiĝis je 46%, 35% kaj 20% respektive je 3, 7 kaj 28 tagoj. La influo de SBC6, SBC7 kaj SBC8 sur la kunprema forto de mortero ne estas la sama. La forto de la mortero miksita kun SBC6 pliiĝas malmulte je ĉiu aĝo, kaj la forto de la mortero ĉe 3 d, 7 d kaj 28d pliiĝas je 15%, 3% kaj 2% respektive. La kunprema forto de la pistujo miksita kun SBC8 multe pliiĝis, kaj ĝia forto je 3, 7 kaj 28 tagoj pliiĝis je 61%, 45% kaj 18%, respektive, indikante ke SBC8 havas fortan akvo-reduktantan kaj fortigan efikon sur cementa mortero.

2.3.4 Influo de molekulaj strukturoj de SBC

Kombinita kun la supra analizo pri la influo de SBC sur cementpasto kaj pistujo, ne estas malfacile trovi, ke la molekula strukturo de SBC, kiel la karakteriza viskozeco (rilata al ĝia relativa molekula pezo, ĝenerala karakteriza viskozeco estas alta, ĝia relativa molekula pezo estas alta), sulfura enhavo (rilata al la grado de anstataŭigo de fortaj hidrofilaj grupoj sur la molekula ĉeno, alta sulfura enhavo estas alta grado de anstataŭigo, Kaj inverse) determinas la aplikaĵon de SBC. Kiam la enhavo de SBC8 kun malalta interna viskozeco kaj alta enhavo de sulfuro estas malalta, ĝi povas havi fortan dispersan kapablon por cementi partiklojn, kaj la enhavo de saturiĝo ankaŭ estas malalta, ĉirkaŭ 1,0%. La plilongigo de la fiksa tempo de cementpasto estas relative mallonga. La kunprema forto de mortero kun la sama flueco pliiĝas evidente je ĉiu aĝo. Tamen, SBC6 kun alta interna viskozeco kaj malalta sulfurenhavo havas pli malgrandan fluecon kiam ĝia enhavo estas malalta. Tamen, kiam ĝia enhavo pliiĝas al proksimume 1.5%, ĝia disvastigkapablo al cementaj partikloj ankaŭ estas konsiderinda. Tamen, la fiksa tempo de la pura suspensiaĵo plilongiĝas, kio montras la karakterizaĵojn de malrapida fiksado. La plibonigo de mortero kunprema forto sub malsamaj aĝoj estas limigita. Ĝenerale, SBC estas pli bona ol SNF en mortera flueco-reteno.

3. Konkludo

1. Celulozo kun ekvilibra polimerigo grado estis preparita de celulozo, kiu estis eterigita kun 1,4 monobutil sulfonolaktono post NaOH alkaligo, kaj tiam akvo-solvebla butil sulfonolaktono estis preparita. La optimumaj reakcikondiĉoj de la produkto estas kiel sekvas: vico (Na0H); De (AGU); n(BS) -2.5:1.0:1.7, reagtempo estis 4.5h, reagtemperaturo estis 75℃. Ripeta alkaligo kaj eteriĝo povas redukti la karakterizan viskozecon kaj pliigi la sulfuran enhavon de la produkto.

2. SBC kun taŭga karakteriza viskozeco kaj sulfura enhavo povas signife plibonigi la fluecon de cementa suspensiaĵo kaj plibonigi la fluecon. Kiam la akvoredukta indico de pistujo atingas 16.5%, la kunprema forto de pistujo specimeno je ĉiu aĝo pliiĝas evidente.

3. La apliko de SBC kiel akvo-reduktanta agento montras certan gradon de malfruiĝo. Sub la kondiĉo de taŭga karakteriza viskozeco, eblas akiri altan efikan akvo-reduktantan agenton per pliigo de sulfura enhavo kaj reduktado de malfruiga grado. Aludante al la koncernaj naciaj normoj de betonaj aldonaĵoj, SBC estas atendita iĝi akvoreduktanta agento kun praktika aplika valoro, malfruiga akvoreduktanta agento, malfruiga alta efikeco akvoreduktanta agento, kaj eĉ alta efikeco akvoreduktanta agento.