Sintesis lan sifat superplasticizer selulosa eter larut banyu

Kajaba iku, selulosa kapas disiapake kanggo tingkat polimerisasi Ling-off lan direaksikake karo natrium hidroksida, 1,4 monobutylsulfonolate (1,4, butanasulton). sulfobutylated cellulose ether (SBC) kanthi kelarutan banyu sing apik. Efek saka suhu reaksi, wektu reaksi lan rasio bahan mentah ing eter selulosa butil sulfonat diteliti. Kondisi reaksi sing optimal ditampa, lan struktur produk kasebut ditondoi dening FTIR. Kanthi nyinaoni efek SBC ing sifat tempel semen lan mortir, ditemokake yen produk kasebut nduweni efek ngurangi banyu sing padha karo agen ngurangi banyu seri naftalena, lan retensi fluiditas luwih apik tinimbang seri naftalena.agen ngurangi banyu. SBC kanthi viskositas karakteristik lan isi belerang beda nduweni sifat retarding beda kanggo tempel semen. Mulane, SBC wis samesthine kanggo dadi retarding agen ngurangi banyu, retarding dhuwur efficiency banyu ngurangi agen, malah efficiency dhuwur banyu ngurangi agen. Sifat-sifat kasebut utamane ditemtokake dening struktur molekul.

tembung kunci:selulosa; tingkat keseimbangan polimerisasi; Eter selulosa butil sulfonat; Agen ngurangi banyu

Pangembangan lan aplikasi beton kinerja dhuwur raket banget karo riset lan pangembangan agen pengurangan banyu beton. Iku amarga saka katon agen ngurangi banyu sing beton bisa njamin workability dhuwur, kekiatan apik lan malah kekuatan dhuwur. Ing saiki, ana utamané ing ngisor iki jinis Highly efektif agen ngurangi banyu digunakake digunakake: naftalena seri banyu ngurangi agen (SNF), sulfonated amine resin seri agen ngurangi banyu (SMF), amino sulfonate seri banyu ngurangi agen (ASP), dipunéwahi lignosulfonate seri banyu ngurangi agen (ML), lan polycarboxylic asam seri banyu ngurangi agen (PC), kang luwih aktif ing riset saiki. Superplasticizer asam polycarboxylic nduweni kaluwihan saka mundhut wektu cilik, dosis kurang lan fluidity dhuwur saka beton. Nanging, amarga rega dhuwur, iku angel kanggo popularize ing China. Mulane, superplasticizer naphthalene isih aplikasi utama ing China. Umume agen nyuda banyu kondensasi nggunakake formaldehida lan zat molah malih liyane kanthi bobot molekul sing relatif murah, sing bisa ngrusak lingkungan sajrone proses sintesis lan panggunaan.

Pangembangan admixture beton ing omah lan ing luar negeri ngadhepi kekurangan bahan mentah kimia, kenaikan rega lan masalah liyane. Cara nggunakake sumber daya sing bisa dianyari alam sing murah lan akeh minangka bahan mentah kanggo ngembangake admixture beton kinerja dhuwur anyar bakal dadi subyek penting riset admixtures beton. Pati lan selulosa minangka wakil utama sumber daya iki. Amarga sumber bahan mentah sing akeh, bisa dianyari, gampang ditanggepi karo sawetara reagen, turunan kasebut akeh digunakake ing macem-macem lapangan. Ing saiki, riset pati sulfonated minangka agen ngurangi banyu wis digawe sawetara kemajuan. Ing taun-taun pungkasan, riset babagan turunan selulosa sing larut ing banyu minangka agen nyuda banyu uga narik perhatian masarakat. Liu Weizhe et al. digunakake serat katun minangka bahan mentahan kanggo sintesis selulosa sulfat karo bobot molekul relatif beda lan tingkat substitusi. Nalika jurusan substitusi ing sawetara tartamtu, iku bisa nambah fluidity saka slurry semen lan kekuatan saka awak consolidation semen. Paten kasebut nyatakake yen sawetara turunan polisakarida liwat reaksi kimia kanggo ngenalake gugus hidrofilik sing kuwat, bisa diduweni ing semen kanthi dispersi apik saka turunan polisakarida sing larut banyu, kayata natrium karboksimetil selulosa, karboksimetil hidroksietil selulosa, karboksimetil sulfonat selulosa lan liya-liyane. Nanging, Knaus et al. ketemu sing CMHEC misale jek ora cocok kanggo nggunakake minangka agen nyuda banyu beton. Mung nalika gugus asam sulfonat dilebokake ing molekul CMC lan CMHEC, lan bobot molekul relatife yaiku 1.0 × 105 ~ 1.5 × 105 g / mol, bisa uga nduweni fungsi agen pereduksi banyu beton. Ana macem-macem panemu manawa sawetara turunan selulosa sing larut ing banyu cocog kanggo digunakake minangka agen nyuda banyu, lan ana macem-macem jinis turunan selulosa sing larut banyu, mula kudu ditindakake riset sing jero lan sistematis babagan sintesis lan aplikasi saka turunan selulosa anyar.

Ing makalah iki, selulosa katun digunakake minangka bahan wiwitan kanggo nyiapake selulosa gelar polimerisasi imbang, lan banjur liwat alkalisasi natrium hidroksida, pilih suhu reaksi sing cocok, wektu reaksi lan reaksi 1,4 monobutyl sulfonolactone, introduksi gugus asam sulfonat ing selulosa. molekul, asil analisis struktur butyl sulfonic acid cellulose ether (SBC) larut banyu lan eksperimen aplikasi. Kamungkinan nggunakake minangka agen nyuda banyu wis dibahas.

1. Eksperimen

1.1 Bahan mentah lan instrumen

Kapas nyerep; Natrium hidroksida (analitik murni); Asam klorida (36% ~ 37% larutan banyu, murni analitik); Isopropil alkohol (analitik murni); 1,4 monobutyl sulfonolactone (kelas industri, diwenehake dening Pabrik Kimia Halus Siping); 32.5R semen Portland biasa (Pabrik Semen Dalian Onoda); Superplasticizer seri naftalena (SNF, Dalian Sicca).

Spectrum One-B Fourier Transform infrared spectrometer, diprodhuksi dening Perkin Elmer.

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

Analisa potensial ZETAPLUS (Brookhaven Instruments, USA) digunakake kanggo ngukur potensial slurry semen dicampur karo SBC.

1.2 Metode persiapan SBC

Kaping pisanan, selulosa gelar polimerisasi imbang disiapake miturut metode sing diterangake ing literatur. Kapas selulosa jumlah tartamtu ditimbang lan ditambahake ing labu telung arah. Ing pangayoman nitrogen, asam hidroklorat encer kanthi konsentrasi 6% ditambahake, lan campuran kasebut diaduk kanthi kuat. Banjur dilereni soko tugas karo isopropil alkohol ing flask telung tutuk, alkalized kanggo wektu tartamtu karo 30% larutan natrium hidroksida banyu, ditimbang jumlah tartamtu saka 1,4 monobutyl sulfonolactone, lan dropped menyang telung tutuk flask, diaduk ing wektu sing padha, lan katahan suhu adus banyu suhu pancet stabil. Sawise reaksi kanggo wektu tartamtu, prodhuk wis digawe adhem nganti suhu kamar, precipitated karo isopropyl alkohol, dipompa lan disaring, lan produk crude dijupuk. Sawise mbilas nganggo larutan banyu metanol kaping pirang-pirang, dipompa lan disaring, produk kasebut pungkasane dikeringake kanthi vakum kanthi suhu 60 ℃ kanggo digunakake.

1.3 Pengukuran kinerja SBC

Produk SBC dibubarake ing larutan banyu 0,1 mol / L NaNO3, lan viskositas saben titik pengenceran sampel diukur nganggo viskometer Ustner kanggo ngitung viskositas karakteristik. Isi sulfur produk ditemtokake dening instrumen ICP - AES. Sampel SBC diekstraksi nganggo aseton, dikeringake kanthi vakum, banjur kira-kira 5 mg sampel digiling lan dipencet bebarengan karo KBr kanggo persiapan sampel. Tes spektrum inframerah ditindakake ing sampel SBC lan selulosa. Suspensi semen disiapake kanthi rasio banyu-semen 400 lan kandungan zat pereduksi banyu 1% saka massa semen. Potensial dites ing 3 menit.

Fluiditas slurry semen lan tingkat reduksi banyu mortar semen diukur miturut GB / T 8077-2000 "Metode tes kanggo keseragaman campuran beton", mw / me = 0,35. Uji setelan wektu tempel semen ditindakake miturut GB / T 1346-2001 "Metode Uji Konsumsi Banyu, Wektu Nyetel lan Stabilitas Konsistensi Standar Semen". Kekuwatan tekan mortar semen miturut GB / T 17671-1999 "Metode uji kekuatan mortar semen (metode IS0)" metode penentuan.

2. Asil lan diskusi

2.1 Analisis IR saka SBC

Spektrum infra merah selulosa mentah lan produk SBC. Amarga puncak panyerepan S - C lan S - H banget banget, mula ora cocok kanggo identifikasi, dene s=o nduweni puncak panyerepan sing kuwat. Mula, anane gugus asam sulfonat ing struktur molekul bisa ditemtokake kanthi nemtokake anane puncak S=O. Miturut spektrum inframerah saka selulosa bahan mentah lan produk SBC, ing spektrum selulosa, ana puncak panyerepan sing kuat cedhak nomer gelombang 3350 cm-1, sing diklasifikasikake minangka puncak getaran peregangan hidroksil ing selulosa. Puncak panyerepan sing luwih kuat ing cedhak gelombang nomer 2 900 cm-1 yaiku puncak getaran regangan metilena (CH2 1). Rangkaian pita sing dumadi saka 1060, 1170, 1120 lan 1010 cm-1 nggambarake puncak panyerepan getaran regangan gugus hidroksil lan puncak panyerepan getaran mlengkung saka ikatan eter (C - o - C). Nomer gelombang watara 1650 cm-1 nggambarake puncak panyerepan ikatan hidrogen sing dibentuk dening gugus hidroksil lan banyu bebas. Pita 1440~1340 cm-1 nuduhake struktur kristal selulosa. Ing spektrum IR SBC, intensitas pita 1440 ~ 1340 cm-1 dikurangi. Kekuwatan puncak panyerepan cedhak 1650 cm-1 mundhak, nuduhake yen kemampuan kanggo mbentuk ikatan hidrogen wis dikuatake. Puncak panyerepan sing kuat katon ing 1180.628 cm-1, sing ora katon ing spektroskopi inframerah selulosa. Puncak serapan karakteristik ikatan s=o, dene puncak serapan karakteristik ikatan s=o. Miturut analisis ing ndhuwur, gugus asam sulfonat ana ing rantai molekul selulosa sawise reaksi eterifikasi.

2.2 Pengaruh kondisi reaksi ing kinerja SBC

Bisa dideleng saka hubungan antarane kondisi reaksi lan sifat SBC yen suhu, wektu reaksi lan rasio materi mengaruhi sifat produk sing disintesis. Kelarutan produk SBC ditemtokake dening suwene wektu sing dibutuhake kanggo produk 1g rampung larut ing 100mL banyu deionisasi ing suhu kamar; Ing uji tingkat reduksi banyu mortir, kandungan SBC yaiku 1,0% saka massa semen. Kajaba iku, amarga selulosa utamane kasusun saka unit anhydroglucose (AGU), jumlah selulosa diitung minangka AGU nalika rasio reaktan diitung. Dibandhingake karo SBCl ~ SBC5, SBC6 nduweni viskositas intrinsik sing luwih murah lan kandungan sulfur sing luwih dhuwur, lan tingkat pengurangan banyu mortir yaiku 11,2%. Viskositas karakteristik SBC bisa nggambarake massa molekul relatif. Viskositas karakteristik dhuwur nuduhake yen massa molekul relatif gedhe. Nanging, ing wektu iki, viskositas larutan banyu kanthi konsentrasi sing padha mesthi bakal nambah, lan gerakan bebas makromolekul bakal diwatesi, sing ora kondusif kanggo adsorpsi ing permukaan partikel semen, saéngga mengaruhi dolanan banyu. nyuda kinerja sawur saka SBC. Isi belerang saka SBC dhuwur, nuduhake yen jurusan substitusi butyl sulfonate dhuwur, chain molekul SBC kaleksanane nomer daya liyane, lan efek lumahing partikel semen kuwat, supaya sawur saka partikel semen uga kuwat.

Ing eterifikasi selulosa, kanggo nambah derajat eterifikasi lan kualitas produk, cara eterifikasi alkalisasi kaping pirang-pirang digunakake. SBC7 lan SBC8 minangka produk sing dipikolehi kanthi eterifikasi alkalisasi sing diulang kaping 1 lan 2. Temenan, viskositas karakteristik kurang lan isi belerang dhuwur, kelarutan banyu final apik, tingkat reduksi banyu saka mortir semen bisa tekan 14,8% lan 16,5%. Mulane, ing tes ing ngisor iki, SBC6, SBC7 lan SBC8 digunakake minangka obyek riset kanggo ngrembug efek aplikasi ing tempel semen lan mortir.

2.3 Pengaruh SBC ing sifat semen

2.3.1 Pengaruh SBC marang fluiditas tempel semen

Kurva pengaruh kandungan zat pereduksi banyu ing fluiditas pasta semen. SNF minangka superplasticizer seri naftalena. Bisa dideleng saka kurva pengaruh isi agen ngurangi banyu ing fluiditas tempel semen, nalika isi SBC8 kurang saka 1,0%, fluiditas tempel semen saya mundhak kanthi nambah isi, lan efek padha karo SNF. Nalika isi ngluwihi 1,0%, wutah saka fluidity slurry mboko sithik mudhun, lan kurva lumebu ing area platform. Bisa dianggep yen isi jenuh SBC8 kira-kira 1,0%. SBC6 lan SBC7 uga duwe gaya sing padha karo SBC8, nanging isi jenuh sing luwih dhuwur tinimbang SBC8, lan tingkat paningkatan fluiditas slurry sing resik ora kaya SBC8. Nanging, isi jenuh SNF kira-kira 0,7% ~ 0,8%. Nalika isi SNF terus mundhak, fluiditas slurry uga terus mundhak, nanging miturut ring bleeding, bisa disimpulake yen mundhak ing wektu iki saperangan disebabake segregasi banyu getihen dening slurry semen. Kesimpulane, sanajan isi jenuh SBC luwih dhuwur tinimbang SNF, isih ora ana fenomena pendarahan sing jelas nalika isi SBC ngluwihi isi jenuh kanthi akeh. Mulane, bisa ditemtokake kanthi preliminarily yen SBC nduweni efek ngurangi banyu lan uga nduweni retensi banyu tartamtu, sing beda karo SNF. Karya iki kudu disinaoni luwih lanjut.

Bisa dideleng saka kurva hubungan antarane fluiditas tempel semen karo 1,0% isi agen ngurangi banyu lan wektu yen mundhut fluiditas tempel semen dicampur karo SBC cilik banget sajrone 120min, utamane SBC6, sing fluiditas awal mung udakara 200mm. , lan mundhut fluiditas kurang saka 20%. Kerugian luntur saka fluiditas slurry ana ing urutan SNF>SBC8>SBC7>SBC6. Panliten nuduhake manawa superplasticizer naftalena utamane diserap ing permukaan partikel semen kanthi gaya repulsive bidang. Kanthi kemajuan hidrasi, molekul-molekul agen pengurangan banyu sing isih ana ing slurry dikurangi, saengga molekul-molekul agen pengurangan banyu sing diserap ing permukaan partikel semen uga dikurangi. Repulsion antarane partikel wis weakened, lan partikel semen gawé kondensasi fisik, kang nuduhake nyuda ing fluidity saka slurry net. Mulane, mundhut aliran slurry semen pipis naphthalene superplasticizer luwih. Nanging, umume agen nyuda banyu seri naftalena sing digunakake ing teknik wis dicampur kanthi bener kanggo nambah cacat iki. Mangkono, babagan retensi likuiditas, SBC luwih unggul tinimbang SNF.

2.3.2 Pengaruh potensial lan wektu nyetel tempel semen

Sawise nambahake agen ngurangi banyu kanggo campuran semen, partikel semen adsorbed molekul agen ngurangi banyu, supaya sifat electrical potensial partikel semen bisa diganti saka positif kanggo negatif, lan Nilai Absolute mundhak temenan. Nilai absolut potensial partikel semen dicampur karo SNF luwih dhuwur tinimbang SBC. Ing wektu sing padha, wektu setelan saka tempel semen dicampur karo SBC wis lengkap kanggo derajat beda dibandhingake karo sampel kosong, lan wektu setelan ing urutan SBC6> SBC7> SBC8 saka dawa kanggo cendhak. Bisa dideleng yen kanthi nyuda viskositas karakteristik SBC lan nambah kandungan belerang, wektu nyetel pasta semen saya suwe saya cendhak. Iki amarga SBC belongs kanggo turunan polypolysaccharide, lan ana luwih akeh klompok hidroksil ing chain molekul, kang beda derajat saka efek retarding ing reaksi hidrasi semen Portland. Ana kira-kira papat jinis mekanisme retarding agen, lan mekanisme retarding saka SBC kira-kira minangka nderek: Ing medium alkalin saka hidrasi semen, klompok hidroksil lan Ca2 + free mbentuk Komplek boten stabil, supaya konsentrasi Ca2 10 ing phase Cairan. sudo, nanging uga bisa adsorbed ing lumahing partikel semen lan produk hidrasi ing lumahing 02- kanggo mbentuk ikatan hidrogen, lan klompok hidroksil liyane lan molekul banyu liwat asosiasi ikatan hidrogen, supaya lumahing partikel semen kawangun lapisan saka film banyu larut stabil. Mangkono, proses hidrasi semen dicegah. Nanging, jumlah gugus hidroksil ing rantai SBC kanthi kandungan sulfur sing beda-beda cukup beda, mula pengaruhe ing proses hidrasi semen kudu beda.

2.3.3 Tingkat ngurangi banyu mortir lan test kekuatan

Amarga kinerja mortir bisa nggambarake kinerja beton nganti sawetara, makalah iki utamane nyinaoni kinerja mortir sing dicampur karo SBC. Konsumsi banyu saka mortir disetel miturut standar kanggo nguji tingkat pengurangan banyu mortir, supaya ekspansi sampel mortir tekan (180±5)mm, lan spesimen 40 mm × 40 mlTl × 160 pabrik disiapake kanggo nguji kompresif. kekuatan saben umur. Dibandhingake karo spesimen kosong tanpa agen ngurangi banyu, kekuatan spesimen mortir karo agen ngurangi banyu ing saben umur wis apik ing derajat beda. Kekuwatan tekan saka spesimen doped karo 1,0% SNF mundhak dening 46%, 35% lan 20% mungguh ing 3, 7 lan 28 dina. Pengaruh SBC6, SBC7 lan SBC8 ing kekuatan tekan mortir ora padha. Kekuwatan saka mortir dicampur karo SBC6 mundhak sethitik ing saben umur, lan kekuatan saka mortir ing 3 d, 7 d lan 28d mundhak mungguh 15%, 3% lan 2%. Kekuwatan tekan saka mortir sing dicampur karo SBC8 tambah akeh, lan kekuatane ing 3, 7 lan 28 dina tambah 61%, 45% lan 18%, nuduhake yen SBC8 nduweni efek ngurangi banyu lan penguatan ing mortir semen.

2.3.4 Pengaruh sifat struktur molekul SBC

Digabungake karo analisis ing ndhuwur babagan pengaruh SBC ing tempel semen lan mortir, ora angel ditemokake yen struktur molekul SBC, kayata viskositas karakteristik (gegandhengan karo bobot molekul relatif, viskositas karakteristik umum dhuwur, relatif). bobot molekul dhuwur), isi belerang (related kanggo jurusan substitusi kelompok hidrofilik kuwat ing chain molekul, isi belerang dhuwur jurusan substitusi, lan kosok balene) nemtokake kinerja aplikasi saka SBC. Nalika isi SBC8 karo viskositas intrinsik kurang lan isi belerang dhuwur kurang, bisa duwe kemampuan sawur kuwat kanggo semen partikel, lan isi jenuh uga kurang, bab 1,0%. Perpanjangan wektu nyetel tempel semen relatif cendhak. Kekuwatan compressive saka mortir karo fluidity padha mundhak temenan ing saben umur. Nanging, SBC6 kanthi viskositas intrinsik dhuwur lan kandungan sulfur sing kurang nduweni fluiditas sing luwih cilik nalika isine kurang. Nanging, nalika isine tambah nganti 1,5%, kemampuan dispersi kanggo semen partikel uga cukup gedhe. Nanging, wektu setelan saka slurry murni dipun danguaken luwih, kang nuduhake karakteristik setelan alon. Peningkatan kekuatan tekan mortir ing umur sing beda-beda diwatesi. Umumé, SBC luwih apik tinimbang SNF ing retensi fluiditas mortir.

3. Kesimpulan

1. Selulosa kanthi gelar polimerisasi imbang disiapake saka selulosa, sing dieterisasi karo 1,4 monobutyl sulfonolactone sawise alkaliisasi NaOH, lan banjur butil sulfonolactone sing larut ing banyu disiapake. Kondisi reaksi paling optimal saka prodhuk kaya ing ngisor iki: baris (Na0H); Miturut (AGU); n(BS) -2,5: 1,0: 1,7, wektu reaksi 4,5 jam, suhu reaksi 75 ℃. Alkalisasi lan eterifikasi sing bola-bali bisa nyuda viskositas karakteristik lan nambah isi belerang produk.

2. SBC karo viskositas karakteristik cocok lan isi belerang bisa Ngartekno nambah fluidity saka slurry semen lan nambah mundhut fluidity. Nalika tingkat abang banyu saka mortir tekan 16,5%, kekuatan compressive saka mortir spesimen ing saben umur mundhak temenan.

3. Aplikasi SBC minangka agen ngurangi banyu nuduhake tingkat retardasi tartamtu. Ing kawontenan viskositas karakteristik cocok, iku bisa kanggo njupuk dhuwur efficiency banyu ngurangi agen dening nambah isi belerang lan ngurangi tingkat retarding. Ngarujuk marang standar nasional sing cocog kanggo campuran beton, SBC samesthine bakal dadi agen pengurangan banyu kanthi nilai aplikasi praktis, agen pengurangan banyu retarding, agen pengurangan banyu efisiensi dhuwur, lan uga agen pengurangan banyu kanthi efisiensi dhuwur.