Синтеза и својства на суперпластификатор на целулоза етер растворлив во вода

Дополнително, памучната целулоза беше подготвена да го израмни степенот на полимеризација на Линг-оф и беше реагирана со натриум хидроксид, 1,4 монобутилсулфонолат (1,4, бутанесултон). Добиен е сулфобутилиран целулзен етер (SBC) со добра растворливост во вода. Проучени се ефектите на температурата на реакцијата, времето на реакција и односот на суровината на бутил сулфонат целулозниот етер. Добиени се оптимални услови за реакција, а структурата на производот се карактеризира со FTIR. Со проучување на ефектот на SBC врз својствата на цементната паста и малтерот, откриено е дека производот има сличен ефект на намалување на водата како средството за намалување на водата од нафталонската серија, а задржувањето на флуидноста е подобро од нафталинската серија.средство за намалување на водата. SBC со различен карактеристичен вискозитет и содржина на сулфур има различен степен на забавно својство за цементната паста. Поради тоа, се очекува SBC да стане средство за ретардирање на водата, забавно средство за намалување на водата со висока ефикасност, дури и средство за намалување на водата со висока ефикасност. Неговите својства главно се одредени од неговата молекуларна структура.

Клучни зборови:целулоза; Рамнотежен степен на полимеризација; Бутил сулфонат целулоза етер; Средство за намалување на водата

Развојот и примената на бетон со високи перформанси е тесно поврзан со истражувањето и развојот на бетонски агенс за намалување на водата. Поради појавата на средство за намалување на водата, бетонот може да обезбеди висока обработливост, добра издржливост, па дури и висока јачина. Во моментов, постојат главно следниве видови на високо ефективни средства за намалување на водата кои се широко користени: средство за намалување на водата од нафталонска серија (SNF), средство за намалување на вода од серија на сулфонирана аминска смола (SMF), средство за намалување на водата од серијата амино сулфонат (ASP), модифициран лигносулфонат сериски агенс за намалување на водата (ML) и средство за намалување на вода од серија на поликарбоксилна киселина (PC), кој е поактивен во тековните истражувања. Суперпластификаторот на поликарбоксилна киселина ги има предностите на мала загуба на време, мала доза и висока флуидност на бетонот. Сепак, поради високата цена, тешко е да се популаризира во Кина. Затоа, нафталанскиот суперпластификатор сè уште е главната примена во Кина. Повеќето од средствата за намалување на водата за кондензација користат формалдехид и други испарливи супстанции со мала релативна молекуларна тежина, што може да и наштети на животната средина во процесот на синтеза и употреба.

Развојот на бетонски примеси дома и во странство се соочува со недостиг на хемиски суровини, пораст на цените и други проблеми. Како да се користат евтините и изобилни природни обновливи ресурси како суровини за да се развијат нови бетонски примеси со високи перформанси ќе стане важен предмет на истражување на бетонските примеси. Скробот и целулозата се главните претставници на овој вид ресурси. Поради нивниот широк извор на суровини, обновливи, лесни за реагирање со некои реагенси, нивните деривати се широко користени во различни области. Во моментов, истражувањето на сулфонираниот скроб како средство за намалување на водата постигна одреден напредок. Во последниве години, вниманието на луѓето го привлече и истражувањето за деривати на целулоза растворливи во вода како агенси за намалување на водата. Лиу Веиже и сор. користеле влакна од памучна вата како суровина за синтетизирање на целулоза сулфат со различна релативна молекуларна тежина и степен на замена. Кога неговиот степен на замена е во одреден опсег, може да ја подобри флуидноста на цементната кашеста маса и јачината на телото за консолидација на цементот. Патентот вели дека некои деривати на полисахариди преку хемиска реакција за воведување силни хидрофилни групи, може да се добијат на цемент со добра дисперзија на деривати на полисахариди растворливи во вода, како што се натриум карбоксиметил целулоза, карбоксиметил хидроксиетил целулоза, карбоксиметил сулфонат целулоза и сл. Сепак, Кнаус и сор. откри дека CMHEC се чини дека не е погодна за употреба како бетонски агенс за намалување на водата. Само кога групата на сулфонска киселина се воведува во молекулите CMC и CMHEC, а нејзината релативна молекуларна тежина е 1,0 × 105 ~ 1,5 × 105 g/mol, таа може да има функција на бетонски агенс за намалување на водата. Постојат различни мислења за тоа дали некои деривати на целулоза растворливи во вода се погодни за употреба како средства за намалување на водата, а постојат и многу видови деривати на целулоза растворливи во вода, па затоа е неопходно да се спроведат длабински и систематски истражувања за синтезата и примена на нови деривати на целулоза.

Во овој труд, памучната целулоза беше искористена како почетен материјал за да се подготви избалансирана целулоза со степен на полимеризација, а потоа преку алкализација на натриум хидроксид, изберете соодветна температура на реакција, време на реакција и 1,4 монобутил сулфонолактонска реакција, воведување на група на сулфонска киселина на целулоза молекули, добиениот растворлив во вода бутил сулфонска киселина целулоза етер (SBC) структура анализа и примена експеримент. Се разговараше за можноста да се користи како средство за намалување на водата.

1. Експериментирајте

1.1 Суровини и инструменти

Апсорбирачки памук; Натриум хидроксид (аналитички чист); Хлороводородна киселина (36% ~ 37% воден раствор, аналитички чист); изопропил алкохол (аналитички чист); 1,4 монобутил сулфонолактон (индустриско одделение, обезбедено од Siping Fine Chemical Plant); 32,5R обичен Портланд цемент (Фабрика за цемент Далијан Онода); Суперпластификатор од серијата нафталин (SNF, Далиан Сика).

Инфрацрвен спектрометар Spectrum One-B Fourier Transform, произведен од Перкин Елмер.

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

Потенцијалниот анализатор ZETAPLUS (Brookhaven Instruments, САД) беше користен за мерење на потенцијалот на цементната кашеста маса измешана со SBC.

1.2 Начин на подготовка на SBC

Прво, избалансираната целулоза со степен на полимеризација беше подготвена според методите опишани во литературата. Одредена количина на памучна целулоза беше измерена и додадена во тринасочна колба. Под заштита на азот, се додава разредена хлороводородна киселина со концентрација од 6%, а смесата се меша силно. Потоа се суспендира со изопропил алкохол во колба со три усти, се алкализира одредено време со 30% воден раствор на натриум хидроксид, се мери одредена количина од 1,4 монобутил сулфонолактон и се паѓа во колбата со три усти, се меша во во исто време, и ја одржува температурата на константна температура водена бања стабилна. По реакцијата одредено време, производот се лади на собна температура, се таложи со изопропил алкохол, се испумпува и се филтрира и се добива суровиот производ. По неколку пати испирање со воден раствор на метанол, испумпуван и филтриран, производот конечно се суши со вакуум на 60℃ за употреба.

1.3 Мерење на перформансите на SBC

Производот SBC беше растворен во 0,1 mol/L воден раствор на NaNO3, а вискозноста на секоја точка на разредување на примерокот беше измерена со Ustner вискометар за да се пресмета неговата карактеристична вискозност. Содржината на сулфур во производот беше одредена со инструментот ICP – AES. Примероците на SBC беа екстрахирани со ацетон, сушени во вакуум, а потоа беа мелени примероци од околу 5 mg и беа притиснати заедно со KBr за подготовка на примерокот. Тестот на инфрацрвениот спектар беше спроведен на примероци од SBC и целулоза. Цементната суспензија е подготвена со сооднос вода-цемент од 400 и содржина на средство за намалување на водата од 1% од масата на цементот. Неговиот потенцијал беше тестиран во рок од 3 мин.

Флуидноста на цементната кашеста маса и стапката на намалување на водата од цементниот малтер се мерат според GB/T 8077-2000 „Метод на испитување за униформност на бетонска мешавина“, mw/me= 0,35. Тестот за време на стврднување на цементната паста се изведува во согласност со GB/T 1346-2001 „Метод на тестирање за потрошувачка на вода, време на стабилизација и стабилност на стандардната конзистентност на цементот“. Цврстина на притисок од цементен малтер според GB/T 17671-1999 „Метод за тестирање на цврстина на цементен малтер (метод IS0)“ методот на определување.

2. Резултати и дискусија

2.1 IR анализа на SBC

Инфрацрвени спектри на сирова целулоза и производ SBC. Бидејќи пикот на апсорпција на S — C и S — H е многу слаб, тој не е погоден за идентификација, додека s=o има силен врв на апсорпција. Според тоа, постоењето на група на сулфонска киселина во молекуларната структура може да се утврди со определување на постоењето на S=O врв. Според инфрацрвените спектри на суровината целулоза и производот SBC, во целулозните спектри, постои силен врв на апсорпција во близина на бранот број 3350 cm-1, кој е класифициран како врв на вибрации за истегнување на хидроксил во целулоза. Посилниот врв на апсорпција во близина на бранот број 2 900 cm-1 е врв на истегнување на вибрации на метилен (CH2 1). Серија ленти кои се состојат од 1060, 1170, 1120 и 1010 cm-1 ги рефлектираат врвовите на апсорпција на вибрации за истегнување на хидроксилната група и врвовите на апсорпција на вибрации на свиткување на етерската врска (C — o — C). Бројот на бранот околу 1650 cm-1 го одразува врвот на апсорпција на водородната врска формиран од хидроксилна група и слободната вода. Појасот 1440~1340 cm-1 ја покажува кристалната структура на целулозата. Во IR спектрите на SBC, интензитетот на опсегот 1440~1340 cm-1 е ослабен. Јачината на врвот на апсорпција близу 1650 cm-1 се зголеми, што покажува дека способноста за формирање на водородни врски е зајакната. Силни врвови на апсорпција се појавија на 1180.628 cm-1, кои не се рефлектираа во инфрацрвената спектроскопија на целулоза. Првиот беше карактеристичниот врв на апсорпција на s=o врската, додека вториот беше карактеристичниот врв на апсорпција на s=o врската. Според горенаведената анализа, групата на сулфонска киселина постои на молекуларниот ланец на целулоза по реакцијата на етерификација.

2.2 Влијание на условите за реакција врз перформансите на SBC

Од односот помеѓу условите на реакцијата и својствата на SBC може да се види дека температурата, времето на реакција и односот на материјалот влијаат на својствата на синтетизираните производи. Растворливоста на производите на SBC се определува со должината на времето потребно за 1 g производ целосно да се раствори во 100 ml дејонизирана вода на собна температура; Во тестот за намалување на водата кај малтерот, содржината на SBC е 1,0% од масата на цементот. Дополнително, бидејќи целулозата главно се состои од единица анхидроглукоза (AGU), количината на целулоза се пресметува како AGU кога се пресметува односот на реактантот. Во споредба со SBCl ~ SBC5, SBC6 има помал внатрешен вискозитет и поголема содржина на сулфур, а стапката на намалување на водата на малтерот е 11,2%. Карактеристичната вискозност на SBC може да ја одрази нејзината релативна молекуларна маса. Високиот карактеристичен вискозитет покажува дека неговата релативна молекуларна маса е голема. Меѓутоа, во овој момент, вискозноста на водениот раствор со иста концентрација неизбежно ќе се зголеми, а слободното движење на макромолекулите ќе биде ограничено, што не е погодно за негова адсорпција на површината на честичките на цементот, со што ќе влијае на играта на водата. намалување на дисперзивните перформанси на SBC. Содржината на сулфур во SBC е висока, што покажува дека степенот на супституција на бутил сулфонат е висок, молекуларниот синџир на SBC носи поголем број на полнеж, а површинскиот ефект на цементните честички е силен, така што неговата дисперзија на цементните честички е исто така силна.

Во етерификацијата на целулозата, со цел да се подобри степенот на етерификација и квалитетот на производот, генерално се користи методот на повеќекратна алкализација етерификација. SBC7 и SBC8 се производите добиени со повторена алкализација етерификација 1 и 2 пати, соодветно. Очигледно, нивниот карактеристичен вискозитет е низок и содржината на сулфур е висока, финалната растворливост во вода е добра, стапката на намалување на водата на цементниот малтер може да достигне 14,8% и 16,5%, соодветно. Затоа, во следните тестови, SBC6, SBC7 и SBC8 се користат како истражувачки објекти за да се дискутираат нивните ефекти на примена во цементна паста и малтер.

2.3 Влијание на SBC врз својствата на цементот

2.3.1 Влијание на SBC врз флуидноста на цементната паста

Кривата на влијание на содржината на средството за намалување на водата врз флуидноста на цементната паста. SNF е суперпластификатор од серијата нафталин. Тоа може да се види од кривата на влијание на содржината на средството за намалување на водата врз флуидноста на цементната паста, кога содржината на SBC8 е помала од 1,0%, флуидноста на цементната паста постепено се зголемува со зголемувањето на содржината, а ефектот е слична на онаа на SNF. Кога содржината надминува 1,0%, растот на флуидноста на кашеста маса постепено се забавува, а кривата влегува во областа на платформата. Може да се смета дека заситената содржина на SBC8 е околу 1,0%. SBC6 и SBC7 исто така имаа сличен тренд на SBC8, но нивната содржина на заситеност беше значително повисока од SBC8, а степенот на подобрување на флуидноста на чистата кашеста маса не беше толку висок како SBC8. Сепак, заситената содржина на SNF е околу 0,7% ~ 0,8%. Кога содржината на SNF продолжува да се зголемува, флуидноста на кашеста маса исто така продолжува да се зголемува, но според прстенот за крвавење, може да се заклучи дека зголемувањето во овој момент е делумно предизвикано од сегрегацијата на водата што крвари со цементна кашеста маса. Како заклучок, иако заситената содржина на SBC е повисока од онаа на SNF, сè уште не постои очигледен феномен на крварење кога содржината на SBC ја надминува својата заситена содржина за многу. Затоа, може прелиминарно да се процени дека SBC има ефект на намалување на водата и исто така има одредено задржување на водата, што е различно од SNF. Оваа работа треба дополнително да се проучува.

Може да се види од кривата на релација помеѓу флуидноста на цементната паста со 1,0% содржина на средство за намалување на вода и време дека загубата на флуидност на цементната паста измешана со SBC е многу мала во рок од 120 минути, особено SBC6, чија почетна флуидност е само околу 200 mm , а загубата на флуидност е помала од 20%. Загубата на искривување на флуидноста на кашеста маса беше во редот на SNF>SBC8>SBC7>SBC6. Истражувањата покажаа дека нафталанскиот суперпластификатор главно се апсорбира на површината на цементните честички со рамна одбивна сила. Со напредокот на хидратацијата, молекулите на резидуалниот агенс за намалување на водата во кашеста маса се намалуваат, така што молекулите на адсорбираното средство за намалување на водата на површината на честичките на цементот исто така постепено се намалуваат. Одбивноста помеѓу честичките е ослабена, а цементните честички произведуваат физичка кондензација, што покажува намалување на флуидноста на нето кашеста маса. Затоа, загубата на проток на цементната кашеста маса измешана со нафталински суперпластификатор е поголема. Сепак, повеќето средства за намалување на водата од серијата нафталин што се користат во инженерството се соодветно измешани за да се подобри овој дефект. Така, во однос на задржувањето на ликвидноста, SBC е супериорен во однос на SNF.

2.3.2 Влијание на потенцијалот и време на стврднување на цементната паста

По додавањето на средството за намалување на водата во цементната мешавина, цементните честички ги адсорбирале молекулите на средството за намалување на водата, така што потенцијалните електрични својства на честичките на цементот може да се променат од позитивни во негативни, а апсолутната вредност очигледно се зголемува. Апсолутната вредност на потенцијалот на честичките на цементот измешан со SNF е повисока од онаа на SBC. Во исто време, времето на стврднување на цементната паста измешана со SBC беше продолжено на различни степени во споредба со празниот примерок, а времето на стврднување беше во редот на SBC6>SBC7>SBC8 од долго до кратко. Може да се види дека со намалувањето на карактеристичниот вискозитет на SBC и зголемувањето на содржината на сулфур, времето на стврднување на цементната паста постепено се скратува. Тоа е затоа што SBC припаѓа на деривати на полисахариди, а има повеќе хидроксилни групи на молекуларниот синџир, што има различен степен на забавување на реакцијата на хидратација на Портланд цементот. Постојат приближно четири вида механизми за забавување, а механизмот за забавување на SBC е приближно следниов: Во алкалната средина на цементна хидратација, хидроксилната група и слободниот Ca2+ формираат нестабилен комплекс, така што концентрацијата на Ca210 во течната фаза се намалува, но исто така може да се адсорбира на површината на цементните честички и производите за хидратација на површината на 02- за да формираат водородни врски и други хидроксилни групи и молекули на вода преку асоцијација на водородна врска, така што површината на честичките цемент формира слој од стабилен филм со растворена вода. Така, процесот на хидратација на цементот е инхибиран. Сепак, бројот на хидроксилни групи во синџирот на SBC со различна содржина на сулфур е сосема различен, така што нивното влијание врз процесот на хидратација на цементот мора да биде различно.

2.3.3 Стапка на намалување на водата од малтер и тест за јачина

Бидејќи перформансите на малтерот може да ги одразуваат перформансите на бетонот до одреден степен, овој труд главно ги проучува перформансите на малтерот измешан со SBC. Потрошувачката на вода на малтерот беше прилагодена според стандардот за тестирање на стапката на намалување на водата на малтерот, така што експанзијата на примерокот од малтерот достигна (180±5)mm, а беа подготвени примероци од 40 mm×40 mlTl×160 мл за тестирање на компресивниот силата на секоја возраст. Во споредба со празните примероци без средство за намалување на водата, цврстината на примероците од малтер со средство за намалување на водата во секоја возраст е подобрена во различни степени. Јакоста на притисок на примероците допирани со 1,0% SNF се зголеми за 46%, 35% и 20% соодветно на 3, 7 и 28 дена. Влијанието на SBC6, SBC7 и SBC8 врз јакоста на притисок на малтерот не е исто. Јачината на малтерот измешан со SBC6 се зголемува малку на секоја возраст, а цврстината на малтерот во 3 d, 7 d и 28d се зголемува за 15%, 3% и 2% соодветно. Јакоста на притисок на малтерот измешан со SBC8 значително се зголеми, а неговата цврстина на 3, 7 и 28 дена се зголеми за 61%, 45% и 18%, соодветно, што укажува на тоа дека SBC8 има силен ефект на намалување на водата и зајакнување на цементниот малтер.

2.3.4 Влијание на својствата на молекуларната структура на SBC

Во комбинација со горенаведената анализа на влијанието на SBC врз цементната паста и малтерот, не е тешко да се открие дека молекуларната структура на SBC, како што е карактеристичниот вискозитет (поврзан со неговата релативна молекуларна тежина, општата карактеристика вискозност е висока, нејзината релативна молекуларна тежина е висока), содржината на сулфур (поврзана со степенот на замена на силните хидрофилни групи на молекуларниот синџир, високата содржина на сулфур е висок степен на замена, и обратно) ја одредува примената на SBC. Кога содржината на SBC8 со низок внатрешен вискозитет и висока содржина на сулфур е ниска, може да има силна дисперзивна способност за цементни честички, а содржината на заситеност е исто така ниска, околу 1,0%. Продолжувањето на времето на стврднување на цементната паста е релативно кратко. Јакоста на притисок на малтерот со иста флуидност очигледно се зголемува на секоја возраст. Сепак, SBC6 со висок внатрешен вискозитет и ниска содржина на сулфур има помала флуидност кога неговата содржина е мала. Меѓутоа, кога неговата содржина е зголемена на околу 1,5%, неговата способност за дисперзија на цементните честички е исто така значителна. Меѓутоа, времето на стврднување на чистата кашеста маса се продолжува повеќе, што ги покажува карактеристиките на бавното стврднување. Подобрувањето на јакоста на притисок на малтерот кај различни возрасти е ограничено. Генерално, SBC е подобар од SNF во задржувањето на флуидноста на малтерот.

3. Заклучок

1. Целулоза со избалансиран степен на полимеризација е подготвена од целулоза, која е етеризирана со 1,4 монобутил сулфонолактон по алкализација на NaOH, а потоа е подготвен бутил сулфонолактон растворлив во вода. Оптималните услови за реакција на производот се следните: ред (Na0H); Од (AGU); n(BS) -2,5:1,0:1,7, времето на реакција беше 4,5 часа, температурата на реакцијата беше 75℃. Повторената алкализација и етерификација може да го намалат карактеристичниот вискозитет и да ја зголемат содржината на сулфур во производот.

2. SBC со соодветна карактеристична вискозност и содржина на сулфур може значително да ја подобри флуидноста на цементната кашеста маса и да ја подобри загубата на флуидност. Кога стапката на намалување на водата на малтерот ќе достигне 16,5%, јакоста на притисок на примерокот од малтерот на секоја возраст очигледно се зголемува.

3. Примената на SBC како средство за намалување на водата покажува одреден степен на ретардација. Под услов на соодветна карактеристична вискозност, можно е да се добие високо ефикасно средство за намалување на водата со зголемување на содржината на сулфур и намалување на степенот на забавување. Повикувајќи се на релевантните национални стандарди за бетонски примеси, се очекува SBC да стане средство за намалување на водата со практична примена вредност, средство за ретардирање на водата, ретардирачко средство за намалување на водата со висока ефикасност, па дури и средство за намалување на водата со висока ефикасност.