Synteze en eigenskippen fan wetteroplosbere cellulose ether superplasticizer

Dêrnjonken waard katoencellulose taret om Ling-off-graad fan polymerisaasje te nivellerjen en waard reagearre mei natriumhydroxide, 1,4 monobutylsulfonolat (1,4, butanesulton). sulfobutylated cellulose ether (SBC) mei goede wetteroplosberheid waard krigen. De effekten fan reaksjetemperatuer, reaksjetiid en grûnstofferhâlding op butylsulfonate cellulose ether waarden studearre. De optimale reaksjebetingsten waarden krigen, en de struktuer fan it produkt waard karakterisearre troch FTIR. Troch it studearjen fan it effekt fan SBC op 'e eigenskippen fan semintpasta en speesje, wurdt fûn dat it produkt ferlykber wetterferminderend effekt hat as wetterreduksjemiddel fan naftaleenrige, en de fluiditeitsbehâld is better as naftaleenrige.wetter ferminderjen agent. De SBC mei ferskillende karakteristike viscosity en swevel ynhâld hat ferskillende graad fan retarding eigendom foar cement paste. Dêrom wurdt ferwachte dat SBC in fertragend wetterreduksjemiddel sil wurde, dat wetterreduksjemiddel mei hege effisjinsje fertrage, sels wetterreduksjemiddel mei hege effisjinsje. Syn eigenskippen wurde benammen bepaald troch syn molekulêre struktuer.

kaaiwurden:cellulose; lykwichtsgraad fan polymerisaasje; Butyl sulfonate cellulose ether; Wetter ferminderjen agent

De ûntwikkeling en tapassing fan hege-optreden beton is nau besibbe oan it ûndersyk en ûntwikkeling fan beton wetter-reduksje agent. It is fanwege it uterlik fan wetter-reduktearjen agent dat it beton kin soargje hege workability, goede duorsumens en sels hege sterkte. Op it stuit binne d'r benammen de folgjende soarten heul effektive wetterreduktearjende aginten in soad brûkt: naftaleen-rige wetterreduksjemiddel (SNF), sulfonated aminehars-rige wetterreduksjemiddel (SMF), aminosulfonate-rige wetterreduksjemiddel (ASP), modifisearre lignosulfonate searje wetterreduksjemiddel (ML), en wetterreduksjemiddel fan polycarboxylic acid searje (PC), dy't mear aktyf is yn aktueel ûndersyk. Polycarboxylic acid superplasticizer hat de foardielen fan lyts tiid ferlies, lege dosering en hege fluidity fan beton. Troch de hege priis is it lykwols lestich te popularisearjen yn Sina. Dêrom is naftaleen superplasticizer noch altyd de wichtichste tapassing yn Sina. De measte fan 'e kondensearjende wetterferminderende aginten brûke formaldehyde en oare flechtige stoffen mei in leech relatyf molekulêr gewicht, dy't it miljeu skea kinne yn' e synteze en gebrûksproses.

De ûntwikkeling fan konkrete tafoegings yn binnen- en bûtenlân wurdt konfrontearre mei it tekoart oan gemyske grûnstoffen, priisferheging en oare problemen. Hoe goedkeape en oerfloedige natuerlike duorsume boarnen as grûnstoffen te brûken foar it ûntwikkeljen fan nije hege prestaasjes betonnen tafoegings sil in wichtich ûnderwerp wurde fan ûndersyk nei konkrete tafoegings. Zetmeel en cellulose binne de wichtichste fertsjintwurdigers fan dit soarte fan middels. Fanwegen har brede boarne fan grûnstoffen, duorsume, maklik te reagearjen mei guon reagentia, wurde har derivaten in protte brûkt op ferskate fjilden. Op it stuit hat it ûndersyk nei sulfonated zetmeel as wetterreduksjemiddel wat foarútgong makke. De lêste jierren hat it ûndersyk nei wetteroplosbere cellulosederivaten as wetterferminderende aginten ek de oandacht fan minsken lutsen. Liu Weizhe et al. brûkte katoenwolfaser as grûnstof om cellulosesulfaat te synthetisearjen mei ferskillende relatyf molekulêre gewicht en graad fan substitúsje. As de graad fan substitúsje yn in bepaald berik is, kin it de fluiditeit fan semint slurry en de sterkte fan semintkonsolidaasjelichem ferbetterje. It oktroai seit dat guon polysaccharide derivaten troch gemyske reaksje te yntrodusearje sterke hydrophilic groepen, kinne wurde krigen op semint mei goede dispersion fan wetter-oplosber polysaccharide derivaten, lykas natrium carboxymethyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl sulfonate cellulose ensafuorthinne. Lykwols, Knaus et al. fûn dat CMHEC net geskikt liket foar gebrûk as betonwetterreduksjemiddel. Allinne as sulfonic acid groep wurdt ynfierd yn CMC en CMHEC molekulen, en syn relative molekulêre gewicht is 1,0 × 105 ~ 1,5 × 105 g / mol, it kin hawwe de funksje fan konkrete wetter ferminderjen agent. D'r binne ferskate mieningen oer de fraach oft guon wetteroplosbere cellulosederivaten geskikt binne foar gebrûk as wetterferminderende aginten, en d'r binne in protte soarten wetteroplosbere cellulosederivaten, dus it is needsaaklik om yngeand en systematysk ûndersyk te dwaan nei de synteze en tapassing fan nije cellulosederivaten.

Yn dit papier, katoen cellulose waard brûkt as it útgongspunt materiaal te meitsjen lykwichtige polymerization graad cellulose, en dan troch natrium hydroxide alkalisation, selektearje de passende reaksje temperatuer, reaksje tiid en 1,4 monobutyl sulfonolacton reaksje, de ynfiering fan sulfonic acid groep op cellulose molekulen, de krigen wetter-oplosber butyl sulfonic acid cellulose ether (SBC) struktuer analyze en tapassing eksperimint. De mooglikheid om it te brûken as wetterreduksjemiddel waard besprutsen.

1. Eksperimintearje

1.1 Grûnstoffen en ynstruminten

Absorberend katoen; Natriumhydroxide (analytysk suver); Hydrochloric acid (36% ~ 37% waterige oplossing, analytysk suvere); Isopropylalkohol (analytysk suver); 1,4 monobutyl sulfonolacton (yndustriële klasse, fersoarge troch Siping Fine Chemical Plant); 32.5R gewoane Portland cement (Dalian Onoda Cement Factory); Naphthalene rige superplasticizer (SNF, Dalian Sicca).

Spectrum One-B Fourier Transform ynfraread spektrometer, produsearre troch Perkin Elmer.

IRIS Advantage Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometer (IcP-AEs), makke troch Thermo Jarrell Ash Co.

ZETAPLUS potinsjele analyzer (Brookhaven Instruments, FS) waard brûkt om it potinsjeel te mjitten fan semint slurry mingd mei SBC.

1.2 Tarieding metoade fan SBC

As earste waard de lykwichtige polymerisaasjegraad cellulose taret neffens de metoaden beskreaun yn 'e literatuer. In beskate hoemannichte katoen cellulose waard weage en tafoege yn in trije-wei kolf. Under de beskerming fan stikstof waard tafoege verdunde sâltsoer mei in konsintraasje fan 6%, en it mingsel waard sterk roer. Dêrnei waard it mei isopropylalkohol ophongen yn in trije-mûle kolf, foar in bepaalde tiid alkalisearre mei 30% oplossing fan natriumhydroxide, in beskate hoemannichte 1,4 monobutyl sulfonolacton weage, en yn 'e trije-mûle kolf falle, roer by de deselde tiid, en hâlden de temperatuer fan konstante temperatuer wetter bad stabyl. Nei de reaksje foar in bepaalde tiid, it produkt waard ôfkuolle ta keamertemperatuer, precipitated mei isopropyl alkohol, pompt en filtrearre, en it rûge produkt waard krigen. Nei it spoelen mei methanol wetterige oplossing foar ferskate kearen, pompt en filtrearre, waard it produkt úteinlik fakuümdroech by 60 ℃ foar gebrûk.

1.3 SBC prestaasjes mjitting

It produkt SBC waard oplost yn 0,1 mol / L NaNO3 aqueous oplossing, en de viscosity fan elk verdunning punt fan de stekproef waard mjitten troch de Ustner viscometer te berekkenjen syn karakteristike viscosity. De swevelynhâld fan it produkt waard bepaald troch ICP - AES-ynstrumint. SBC-monsters waarden ekstrahearre mei aceton, fakuümdroech, en dan waarden sawat 5 mg-samples gemalen en tegearre mei KBr yndrukt foar samplefoarming. Infrarotspektrumtest waard útfierd op SBC- en cellulosemonsters. Cement suspension waard taret mei wetter-sement ratio fan 400 en wetter ferminderjen agent ynhâld fan 1% fan cement massa. It potinsjeel waard binnen 3 min hifke.

Sement slurry fluidity en semint mortel wetter reduksje taryf wurde mjitten neffens GB / T 8077-2000 "Test metoade foar uniformiteit fan beton admixture", mw / me = 0,35. De ynstellingstiidtest fan semintpasta wurdt útfierd yn oerienstimming mei GB/T 1346-2001 "Testmetoade foar wetterferbrûk, ynsteltiid en stabiliteit fan cementstandertkonsistinsje". Kompresjesterkte fan sementmortel neffens GB / T 17671-1999 "metoade foar testmetoade foar semintmortelsterkte (IS0-metoade)" de metoade foar bepaling.

2. Resultaten en diskusje

2.1 IR analyze fan SBC

Ynfraread spektra fan rauwe cellulose en produkt SBC. Om't de absorption peak fan S - C en S - H tige swak is, is it net geskikt foar identifikaasje, wylst s=o in sterke absorption peak hat. Dêrom kin it bestean fan sulfonsäuregroep yn 'e molekulêre struktuer bepaald wurde troch it bestean fan S = O-peak te bepalen. Neffens de ynfraread spektra fan grûnstof cellulose en produkt SBC, yn 'e cellulose spektra, is d'r in sterke absorption peak tichtby it golfnûmer 3350 cm-1, dat wurdt klassifisearre as de hydroxyl stretching trillingspiek yn cellulose. De sterkere absorption pyk tichtby golf nûmer 2 900 cm-1 is methylene (CH2 1) stretching trilling pyk. In searje bands besteande út 1060, 1170, 1120 en 1010 cm-1 wjerspegelje de stretching trilling absorption peaks fan hydroxyl groep en de bûgen trilling absorption peaks fan ether bond (C - o - C). It golfnûmer om 1650 cm-1 wjerspegelet de wetterstofbân-absorptionspiek foarme troch hydroxylgroep en frij wetter. De band 1440 ~ 1340 cm-1 toant de kristallijne struktuer fan cellulose. Yn 'e IR-spektra fan SBC is de yntinsiteit fan band 1440 ~ 1340 cm-1 ferswakke. De sterkte fan 'e absorption pyk tichtby 1650 cm-1 tanommen, wat oanjout dat de mooglikheid om te foarmjen wetterstof obligaasjes waard fersterke. Sterke absorption peaks ferskynden op 1180.628 cm-1, dy't net reflektearre waarden yn 'e ynfraread spektroskopy fan cellulose. De earste wie de karakteristike absorption peak fan s=o bond, wylst de lêste de karakteristike absorption peak wie fan s=o bond. Neffens de boppesteande analyze bestiet sulfonsäuregroep op 'e molekulêre keten fan cellulose nei etherifikaasjereaksje.

2.2 Ynfloed fan reaksje betingsten op SBC prestaasjes

Ut de relaasje tusken de reaksjebetingsten en de eigenskippen fan SBC kin sjoen wurde dat de temperatuer, reaksjetiid en materiaalferhâlding de eigenskippen fan de synthesisearre produkten beynfloedzje. De oplosberens fan SBC-produkten wurdt bepaald troch de lingte fan 'e tiid dy't nedich is foar 1g-produkt om folslein yn 100mL deionisearre wetter by keamertemperatuer op te lossen; Yn de wetterreduksje rate test fan mortel, SBC ynhâld is 1,0% fan cement massa. Dêrneist, om't cellulose benammen bestiet út anhydroglucose-ienheid (AGU), wurdt de hoemannichte cellulose berekkene as AGU as de reaktantferhâlding wurdt berekkene. Yn ferliking mei SBCl ~ SBC5, SBC6 hat legere yntrinsike viscosity en hegere swevel ynhâld, en it wetter reduksje taryf fan de mortier is 11,2%. De karakteristike viskositeit fan SBC kin syn relative molekulêre massa reflektearje. Hege karakteristike viskositeit jout oan dat syn relative molekulêre massa grut is. Lykwols, op dit stuit, de viscosity fan wetterige oplossing mei deselde konsintraasje sil ûnûntkomber tanimme, en de frije beweging fan makromolekulen wurdt beheind, dat is net befoarderlik foar syn adsorption op it oerflak fan semint dieltsjes, dus beynfloedet it spultsje fan it wetter ferminderjen fan dispersion prestaasjes fan SBC. De swevel ynhâld fan SBC is heech, wat oanjout dat butyl sulfonate substitúsje graad is heech, SBC molekulêre keten draacht mear lading nûmer, en semint dieltsjes oerflak effekt is sterk, sadat syn dispersion fan semint dieltsjes is ek sterk.

Yn 'e etherification fan cellulose, om de etherification graad en produkt kwaliteit te ferbetterjen, de metoade fan meardere alkalisation etherification wurdt algemien brûkt. SBC7 en SBC8 binne de produkten krigen troch werhelle alkalisaasje etherification foar 1 en 2 kear, respektivelik. Fansels, harren karakteristike viscosity is leech en swevel ynhâld is heech, de definitive wetteroplosberheid is goed, it wetter reduksje taryf fan semint speesje kin berikke 14,8% en 16,5%, respektivelik. Dêrom wurde yn 'e folgjende tests SBC6, SBC7 en SBC8 brûkt as ûndersyksobjekten om har tapassingseffekten te besprekken yn semintpasta en mortel.

2.3 Ynfloed fan SBC op semint eigenskippen

2.3.1 Ynfloed fan SBC op de fluidity fan semint paste

Ynfloedskromme fan wetterferminderende agintynhâld op fluiditeit fan semintpasta. SNF is in superplasticizer fan naftaleenrige. It kin sjoen wurde út de ynfloed kromme fan de ynhâld fan wetter ferminderjen fan agint op de fluidity fan semint paste, doe't de ynhâld fan SBC8 is minder as 1,0%, de fluidity fan semint paste stadichoan nimt ta mei de tanimming fan de ynhâld, en it effekt is gelyk oan dat fan SNF. As de ynhâld grutter is as 1,0%, wurdt de groei fan 'e fluiditeit fan' e slurry stadichoan fertrage, en komt de kromme it platfoarmgebiet yn. It kin beskôge wurde dat de verzadigde ynhâld fan SBC8 sawat 1,0% is. SBC6 en SBC7 hie ek in fergelykbere trend oan SBC8, mar harren sêding ynhâld wie signifikant heger as SBC8, en de ferbettering graad fan skjin slurry fluidity wie net sa heech as SBC8. De verzadigde ynhâld fan SNF is lykwols sawat 0,7% ~ 0,8%. Wannear't de ynhâld fan SNF trochgiet, nimt de floeiberens fan de slurry ek fierder ta, mar neffens de bleedring kin konkludearre wurde dat de ferheging op dit stuit foar in part feroarsake wurdt troch de segregaasje fan blaasd wetter troch semint slurry. As konklúzje, hoewol de verzadigde ynhâld fan SBC heger is as dy fan SNF, is d'r noch gjin dúdlik bloedfenomeen as de ynhâld fan SBC har verzadigde ynhâld mei in protte grutter is. Dêrom kin it foarôf beoardiele wurde dat SBC it effekt hat fan it ferminderjen fan wetter en hat ek bepaalde wetterbehâld, wat oars is fan SNF. Dit wurk moat fierder bestudearre wurde.

It kin sjoen wurde út de relaasje kromme tusken de floeiberens fan semint paste mei 1,0% wetter-reducing agent ynhâld en tiid dat de fluidity ferlies fan semint paste mingd mei SBC is hiel lyts binnen 120min, benammen SBC6, waans initial fluidity is mar oer 200mm , en it ferlies fan fluiditeit is minder dan 20%. It warpferlies fan slurryfluiditeit wie yn 'e folchoarder fan SNF>SBC8>SBC7>SBC6. Stúdzjes hawwe sjen litten dat naftaleen superplasticizer wurdt benammen opnomd op it oerflak fan semint dieltsjes troch fleantúch repulsive krêft. Mei de fuortgong fan hydrataasje wurde de oerbleaune wetterreduksjemiddelmolekulen yn 'e slurry fermindere, sadat de adsorbearre wetterreduksjemiddelmolekulen op it oerflak fan semintdieltsjes ek stadichoan fermindere wurde. De ôfwiking tusken dieltsjes wurdt ferswakke, en semintdieltsjes produsearje fysike kondensaasje, dy't in fermindering fan 'e fluiditeit fan netto slurry toant. Dêrom is it streamferlies fan semint slurry mingd mei naftaleen superplasticizer grutter. De measte wetterferminderende aginten fan naftaleen-searje dy't brûkt wurde yn technyk binne lykwols goed mingd om dit defekt te ferbetterjen. Sa is SBC yn termen fan liquiditeitsbehâld superieur oan SNF.

2.3.2 Ynfloed fan potinsjele en setting tiid fan cement paste

Nei it tafoegjen fan wetterferminderende agint oan semintmix, adsorbeare de semintdieltsjes molekulen fan wetterferminderende agint, sadat de potinsjele elektryske eigenskippen fan semintdieltsjes kinne wurde feroare fan posityf nei negatyf, en de absolute wearde nimt fansels ta. De absolute wearde fan dieltsjepotinsjeel fan semint mingd mei SNF is heger as dy fan SBC. Tagelyk, de ynstelling tiid fan de semint paste mingd mei SBC waard útwreide nei ferskillende graden yn ferliking mei de lege stekproef, en de ynstelling tiid wie yn 'e folchoarder fan SBC6> SBC7> SBC8 fan lang nei koart. It kin sjoen wurde dat mei de ôfnimming fan SBC karakteristike viskositeit en de tanimming fan swevel ynhâld, de ynstelling tiid fan semint paste wurdt stadichoan ynkoarte. Dit komt om't SBC heart ta polypolysaccharide derivaten, en der binne mear hydroxyl groepen op de molekulêre keten, dat hat ferskillende graden fan retarding effekt op de hydratatie reaksje fan Portland cement. Der binne rûchwei fjouwer soarten retarding agent meganisme, en de retarding meganisme fan SBC is rûchwei as folget: Yn de alkaline medium fan semint hydratation, de hydroxyl groep en frije Ca2 + foarmje instabyl kompleks, sadat de konsintraasje fan Ca2 10 yn de floeibere faze nimt ôf, mar kin ek wurde adsorbearre op it oerflak fan semint dieltsjes en hydratatie produkten op it oerflak fan 02- te foarmjen wetterstof obligaasjes, en oare hydroxyl groepen en wetter molekulen troch wetterstof bond feriening, sadat it oerflak fan semint dieltsjes foarme in laach fan stabile solvated wetter film. Sa wurdt it hydratisaasjeproses fan semint ynhibeare. It oantal hydroxylgroepen yn 'e keten fan SBC mei ferskate swevelynhâld is lykwols hiel oars, sadat har ynfloed op it seminthydrataasjeproses oars wêze moat.

2.3.3 Mortel wetter reduksje taryf en sterkte test

Om't de prestaasjes fan mortel de prestaasjes fan beton yn guon mjitte kinne reflektearje, studearret dit papier benammen de prestaasjes fan mortel mingd mei SBC. It wetterferbrûk fan mortel waard oanpast neffens de standert fan it testen fan it wetterreduksje taryf fan mortier, sadat de mortiermonsterútwreiding berikte (180 ± 5) mm, en 40 mm × 40 mlTl × 160 mûne eksimplaren waarden taret om de kompresje te testen sterkte fan elke leeftyd. Yn ferliking mei lege eksimplaren sûnder wetter-reduktearjen agent, de sterkte fan mortier eksimplaren mei wetter-ferminderjen agent yn elke leeftyd is ferbettere yn ferskillende graden. De kompresjesterkte fan eksimplaren dotearre mei 1.0% SNF ferhege mei 46%, 35% en 20% respektivelik op 3, 7 en 28 dagen. De ynfloed fan SBC6, SBC7 en SBC8 op 'e kompresjesterkte fan mortel is net itselde. De sterkte fan 'e speesje mingd mei SBC6 nimt op elke leeftyd in bytsje ta, en de sterkte fan' e speesje by 3 d, 7 d en 28d ferheget mei respektivelik 15%, 3% en 2%. De compressive sterkte fan 'e speesje mongen mei SBC8 tanommen gâns, en syn sterkte op 3, 7 en 28 dagen ferhege mei respektivelik 61%, 45% en 18%, wat oanjout dat SBC8 hat sterke wetter-ferlytsende en fersterkjen effekt op semint speesje.

2.3.4 Ynfloed fan SBC molekulêre struktuer eigenskippen

Yn kombinaasje mei de boppesteande analyze op 'e ynfloed fan SBC op semint paste en speesje, is it net dreech om te finen dat de molekulêre struktuer fan SBC, lykas de karakteristike viskositeit (relatearre oan syn relative molekulêre gewicht, algemiene karakteristike viskositeit is heech, syn relative molekulêre gewicht is heech), swevel ynhâld (besibbe oan de graad fan substitúsje fan sterke hydrophilic groepen op 'e molekulêre keten, hege swevel ynhâld is hege graad fan substitúsje, En oarsom) bepaalt de tapassing prestaasjes fan SBC. Doe't de ynhâld fan SBC8 mei lege yntinsive viscosity en hege swevel ynhâld is leech, it kin hawwe sterke dispersion fermogen te cement dieltsjes, en de sêding ynhâld is ek leech, oer 1,0%. De ferlinging fan de setting tiid fan cement paste is relatyf koart. De kompresjesterkte fan mortier mei deselde fluiditeit nimt fansels op elke leeftyd ta. SBC6 mei hege yntrinsike viskositeit en lege swevelynhâld hat lykwols in lytsere fluiditeit as syn ynhâld leech is. As syn ynhâld lykwols wurdt ferhege nei sawat 1,5%, is it dispersjonsfermogen om dieltsjes te semint ek oansjenlik. De settingtiid fan 'e suvere slurry wurdt lykwols langer ferlingd, wat de skaaimerken fan trage setting sjen lit. De ferbettering fan mortier compressive sterkte ûnder ferskillende leeftiden is beheind. Yn 't algemien is SBC better as SNF yn behâld fan mortelfluiditeit.

3. Konklúzje

1. Sellulose mei lykwichtige polymerisaasjegraad waard taret út cellulose, dy't etherisearre waard mei 1,4 monobutylsulfonolacton nei NaOH-alkalisaasje, en dan waard wetteroplosber butylsulfonolacton taret. De optimale reaksje betingsten fan it produkt binne as folget: rige (Na0H); Troch (AGU); n(BS) -2.5:1.0:1.7, reaksjetiid wie 4.5h, reaksjetemperatuer wie 75 ℃. Werhelle alkalisation en etherification kin ferminderjen de karakteristike viscosity en fergrutsjen de swevel ynhâld fan it produkt.

2. SBC mei passende karakteristike viskositeit en swevelynhâld kin de fluiditeit fan semint slurry signifikant ferbetterje en it fluiditeitsferlies ferbetterje. Wannear't de wetterreduksje taryf fan mortier berikt 16,5%, de compressive sterkte fan speesje specimen op elke leeftyd tanimt fansels.

3. De tapassing fan SBC as wetterreduksjemiddel lit in bepaalde graad fan retardaasje sjen. Under de betingst fan passende karakteristike viskositeit is it mooglik om hege effisjinsje fan wetterreduksjemiddel te krijen troch it fergrutsjen fan swevelynhâld en it ferminderjen fan retardingsgraad. Ferwizend nei de oanbelangjende nasjonale noarmen fan konkrete tafoegings, SBC wurdt ferwachte te wurden in wetter ferminderjen agint mei praktyske tapassing wearde, retarding wetter ferminderjen agent, retarding hege effisjinsje wetter ferminderjen agent, en sels hege effisjinsje wetter ferminderjen agent.