Synteza i właściwości rozpuszczalnego w wodzie superplastyki eteru celulozowego

Ponadto bawełniany celuloza została przygotowana do wyrównania stopnia polimeryzacji i poddano reakcji z wodorotlenkiem sodu, 1,4 monobutylosulfonolanu (1,4, butanezulton). Uzyskano sulfobutylowany eter celulozowy (SBC) z dobrą rozpuszczalnością wody. Badano wpływ temperatury reakcji, czasu reakcji i stosunku surowca na eter celulozowy butylu sulfonian. Uzyskano optymalne warunki reakcji, a strukturę produktu scharakteryzowano za pomocą FTIR. Badając wpływ SBC na właściwości pasty cementowej i zaprawy, stwierdzono, że produkt ma podobny efekt zmniejszający wodę do środka redukującego wodę z serii naftalenu, a retencja płynności jest lepsza niż seria naftalenuśrodek redukujący wodę. SBC o różnej charakterystycznej lepkości i zawartości siarki ma inny stopień opóźniającego właściwości dla pasty cementowej. Dlatego oczekuje się, że SBC stanie się opóźniającym środkiem redukującym wodę, opóźniając środek redukujący wodę o wysokiej wydajności, nawet środek redukujący wodę o wysokiej wydajności. Jego właściwości są głównie określone przez jego strukturę molekularną.

Słowa kluczowe:celuloza; Stopień równowagi polimeryzacji; Eter celulozowy butylosulfonian; Środek redukujący wodę

Opracowanie i zastosowanie konkretnego betonu jest ściśle związane z badaniami i rozwojem konkretnego środka redukującego wodę. To z powodu pojawienia się środka redukującego wodę beton może zapewnić wysoką wykonalność, dobrą trwałość, a nawet wysoką wytrzymałość. Obecnie istnieją głównie następujące rodzaje wysoce skutecznych środków redukujących wodę: czynnik redukujący wodę z serii naftalenu (SNF), środek redukujący wodę z serii stawu sulfonicznego (SMF), środek redukujący wodę z serii sulfonianu aminowo Środek redukujący wodę z szeregiem (ML) i środek redukujący wodę z kwasem polikarboksylowym (PC), który jest bardziej aktywny w obecnych badaniach. Superplastyzer kwasu poliwokboksylowego ma zalety małej utraty czasu, niskiej dawki i wysokiej płynności betonu. Jednak ze względu na wysoką cenę trudno jest popularyzować w Chinach. Dlatego superplastyzer naftalenu jest nadal głównym zastosowaniem w Chinach. Większość kondensujących środków redukujących wodę stosuje formaldehyd i inne substancje lotne o niskiej względnej masie cząsteczkowej, co może zaszkodzić środowisku w procesie syntezy i użytkowania.

Rozwój betonowych domieszek w kraju i za granicą jest w obliczu braku surowców chemicznych, wzrostu cen i innych problemów. Jak wykorzystywać tanie i obfite naturalne zasoby odnawialne jako surowce do opracowania nowych domieszek betonowych o wysokiej wydajności, stanie się ważnym przedmiotem konkretnych badań domieszek. Skrobia i celuloza są głównymi przedstawicielami tego rodzaju zasobów. Ze względu na szerokie źródło surowców, odnawialne, łatwe do reakcji z niektórymi odczynnikami, ich pochodne są szeroko stosowane w różnych dziedzinach. Obecnie badania skrobi sulfonowanej jako środka redukującego wodę poczyniły pewne postępy. W ostatnich latach badania dotyczące rozpuszczalnych w wodzie pochodnych celulozy, ponieważ środki redukujące wodę również przyciągnęły uwagę ludzi. Liu Weizhe i in. Zastosował błonnik wełny bawełnianej jako surowca do syntezy siarczanu celulozy o różnej względnej masie cząsteczkowej i stopniu podstawienia. Gdy jego stopień podstawienia jest w pewnym zakresie, może poprawić płynność zawiesiny cementu i siłę ciała konsolidacji cementu. Patent mówi, że niektóre pochodne polisacharydów poprzez reakcję chemiczną w celu wprowadzenia silnych grup hydrofilowych można uzyskać na cementu z dobrą dyspersją rozpuszczalnych w wodzie pochodnych polisacharydowych, takich jak karboksymetyloceluloza sodu, karboksymetylo-hydroksyetyloksylowa celluloza, a tak samo. Jednak Knaus i in. stwierdził, że CMHEC wydaje się nie nadający się do stosowania jako środek redukujący wodę betonową. Dopiero gdy grupa kwasu sulfonowego jest wprowadzana do cząsteczek CMC i CMHEC, a jej względna masa cząsteczkowa wynosi 1,0 × 105 ~ 1,5 × 105 g/mol, może mieć funkcję środka redukującego betonową wodę. Istnieją różne opinie na temat tego, czy niektóre rozpuszczalne w wodzie pochodne celulozy są odpowiednie do stosowania jako środki redukujące wodę, i istnieje wiele rodzajów rozpuszczalnych w wodzie pochodnych celulozy, dlatego konieczne jest przeprowadzenie dogłębnych i systematycznych badań nad syntezy i syntezą i Zastosowanie nowych pochodnych celulozy.

W tym artykule zastosowano celulozę bawełnianą jako materiał początkowy do przygotowania zrównoważonego stopnia polimeryzacji celulozy, a następnie przez alkalizację wodorotlenku sodu, wybierz odpowiednią temperaturę reakcji, czas reakcji i reakcję 1,4 monobutylosulfonolaktonu, wprowadzenie grupy kwasu sulfonowego na celulozę celulozową Cząsteczki, uzyskany rozpuszczalny w wodzie butylosulfonowy eter celulozy (SBC) Analiza i eksperyment zastosowania. Omówiono możliwość wykorzystania go jako środka redukującego wodę.

1. Eksperyment

1.1 Surowce i instrumenty

Chłonna bawełna; Wodorotlenek sodu (analityczny czysty); Kwas chlorowodorowy (36% ~ 37% roztworu wodnego, analitycznie czysty); Alkohol izopropylowy (analitycznie czysty); 1,4 monobutylosulfonolakton (ocena przemysłowa, dostarczona przez popijanie drobnej rośliny chemicznej); 32.5R Zwykła cement portland (Dalian Onoda Cement Factory); Superplastyzer z serii naftalenu (SNF, Dalian Sicca).

Spectrum One-B Fourier Transform Emerred Spektrometr wytwarzany przez Perkin Elmer.

Przewaga IRIS Advantage indukcyjnie spektrometr emisji plazmy (ICP-AES), wyprodukowany przez Thermo Jarrell Ash Co.

Do pomiaru potencjału zawiesiny cementu zmieszanego z SBC zastosowano analizator potencjałów Zetaplus (Brookhaven Instruments, USA).

1.2 Metoda przygotowania SBC

Po pierwsze, zrównoważona celuloza polimeryzacji przygotowano zgodnie z metodami opisanymi w literaturze. Pewna ilość bawełnianej celulozy została zważona i dodana do trójstronnej kolby. Przy ochronie azotu dodano rozcieńczony kwas solny o stężeniu 6%, a mieszaninę silnie mieszano. Następnie zawieszono go alkoholem izopropylowym w kolbie trzech ust, alkalizowany przez pewien czas z 30% wodorotlenkiem sodu wodnym, zważył pewną ilość 1,4 monobutylosulfonolaktonu i spadł do trzech ust, mieszany w kolbie, mieszanej w kolbie, mieszanej w kolbie trzech ust, mieszany w tym samym czasie i utrzymywał temperaturę stabilnej kąpieli wodnej o stałej temperaturze. Po reakcji przez określony czas produkt ochłodzono do temperatury pokojowej, wytrącono izopropylową alkoholem, pompowano i filtrowano, a prymitywne produkt. Po kilkukrotnym spłukaniu roztworem wodnym metanolu, pompowanym i przefiltrowanym, produkt ostatecznie suszono próżniowo przy 60 ℃ do użycia.

1.3 SBC Pomiar wydajności

Produkt SBC rozpuszczono w roztworze wodnym 0,1 mol/L nano3, a lepkość każdego punktu rozcieńczenia próbki zmierzono za pomocą widowiska Ustnera w celu obliczenia jego charakterystycznej lepkości. Zawartość siarki w produkcie określono za pomocą instrumentu ICP - AES. Próbki SBC ekstrahowano za pomocą acetonu, suszono próżniowo, a następnie około 5 mg próbek mielono i naciśnięto razem z KBR w celu przygotowania próbki. Test spektrum podczerwieni przeprowadzono na próbkach SBC i celulozy. Zawiesinę cementową przygotowano przy stosunku wody cementowej 400 i zawartości środka zmniejszającego wodę 1% masy cementowej. Jego potencjał został przetestowany w ciągu 3 minut.

Płynność zawiesiny cementowej i szybkość redukcji wody zaprawy zapięcia są mierzone zgodnie z GB/T 8077-2000 „Metoda testowa jednorodności domieszki betonu”, MW/Me = 0,35. Test czasowy wklejania cementowego jest przeprowadzany zgodnie z GB/T 1346-2001 „Metoda testowa zużycia wody, ustalania czasu i stabilności standardowej spójności cementu”. Siła ściskająca zaprawy cementowej zgodnie z GB/T 17671-1999 „Metoda testu siły moździerza cementowego (metoda IS0)” Metoda oznaczania.

2. Wyniki i dyskusja

2.1 Analiza IR SBC

Widma w podczerwieni surowej celulozy i produktu SBC. Ponieważ szczyt absorpcji S - C i S - H jest bardzo słaby, nie nadaje się do identyfikacji, podczas gdy S = O ma silny pik absorpcji. Dlatego istnienie grupy kwasu sulfonowego w strukturze molekularnej można określić poprzez określenie istnienia piku S = O. Zgodnie z widmami w podczerwieni surowca celulozy i produktu SBC, w widmach celulozy, istnieje silny pik absorpcji w pobliżu liczby fali 3350 cm-1, który jest klasyfikowany jako pik wibracji rozciągania hydroksylu w celulozie. Silniejszy pik absorpcji w pobliżu liczby fali 2 900 cm-1 jest pik wibracyjny rozciągania metylenowego (CH2 1). Seria pasm składających się z 1060, 1170, 1120 i 1010 cm-1 odzwierciedla piki absorpcji wibracji rozciągania grupy hydroksylowej i pików absorpcji wibracji wibracji zginającego (C-O-C). Liczba fali około 1650 cm-1 odzwierciedla pik absorpcji wiązań wodorowych utworzony przez grupę hydroksylową i wolną wodę. Pasmo 1440 ~ 1340 cm-1 pokazuje krystaliczną strukturę celulozy. W widmach IR SBC intensywność pasma 1440 ~ 1340 cm-1 jest osłabiona. Wzrosła wytrzymałość piku absorpcji w pobliżu 1650 cm-1, co wskazuje, że zdolność do tworzenia wiązań wodorowych została wzmocniona. Silne piki absorpcji pojawiły się przy 1180 628 cm-1, które nie zostały odzwierciedlone w spektroskopii celulozy w podczerwieni. Ten pierwszy był charakterystycznym pikiem absorpcji wiązania S = O, podczas gdy drugi był charakterystycznym pikiem absorpcji wiązania S = O. Zgodnie z powyższą analizą grupa kwasu sulfonowego istnieje na łańcuchu molekularnym celulozy po reakcji eteryfikacji.

2.2 Wpływ warunków reakcji na wydajność SBC

Z związku między warunkami reakcji i właściwości SBC, że temperatura, czas reakcji i stosunek materiału wpływają na właściwości zsyntetyzowanych produktów. Rozpuszczalność produktów SBC jest określana przez czas wymagany, aby produkt 1 g do całkowitego rozpuszczenia w 100 ml wody dejonizowanej w temperaturze pokojowej; W teście szybkości redukcji wody zawartość SBC wynosi 1,0% masy cementowej. Ponadto, ponieważ celuloza składa się głównie z jednostki anhydroglukozy (AGU), ilość celulozy oblicza się jako AGU, gdy obliczany jest stosunek reagenta. W porównaniu z SBCL ~ SBC5, SBC6 ma niższą lepkość wewnętrzną i wyższą zawartość siarki, a szybkość redukcji wody wynosi 11,2%. Charakterystyczna lepkość SBC może odzwierciedlać jego względną masę cząsteczkową. Wysoka charakterystyczna lepkość wskazuje, że jej względna masa cząsteczkowa jest duża. Jednak w tej chwili lepkość roztworu wodnego o tym samym stężeniu nieuchronnie wzrośnie, a swobodny ruch makrocząsteczek będzie ograniczony, co nie sprzyja jej adsorpcji na powierzchni cząstek cementu, co wpływa na zabawę wody wodnej Zmniejszenie wydajności dyspersji SBC. Zawartość siarki w SBC jest wysoka, co wskazuje, że stopień podstawienia butylu sulfonian jest wysoki, łańcuch molekularny SBC przenosi większą liczbę ładunku, a efekt powierzchni cząstek cementu jest silny, więc jego dyspersja cząstek cementu jest silna.

W eteryfikacji celulozy, w celu poprawy stopnia eteryfikacji i jakości produktu, ogólnie stosuje się metodę eteryfikacji wielokrotnej alkalizacji. SBC7 i SBC8 są produktami uzyskanymi przez powtarzającą się eteryfikację alkalizacyjną odpowiednio dla 1 i 2 razy. Oczywiście ich charakterystyczna lepkość jest niska, a zawartość siarki jest wysoka, końcowa rozpuszczalność wody jest dobra, szybkość redukcji wody w zaprawie cementowej może osiągnąć odpowiednio 14,8% i 16,5%. Dlatego w poniższych testach SBC6, SBC7 i SBC8 są wykorzystywane jako obiekty badawcze w celu omówienia ich efektów zastosowania w pastach cementowych i zaprawach.

2.3 Wpływ SBC na właściwości cementu

2.3.1 Wpływ SBC na płynność pasty cementowej

Wpływ krzywej zawartości środka zmniejszającego wodę na płynność pasty cementowej. SNF jest superplastyką serii naftalenu. Można to zobaczyć na podstawie krzywej wpływu zawartości środka redukującego wodę na płynność pasty cementowej, gdy zawartość SBC8 jest mniejsza niż 1,0%, płynność pasty cementowej stopniowo wzrasta wraz ze wzrostem zawartości i efektem jest podobny do SNF. Gdy zawartość przekracza 1,0%, wzrost płynności zawiesiny stopniowo spowalnia, a krzywa wchodzi w obszar platformy. Można uznać, że nasycona zawartość SBC8 wynosi około 1,0%. SBC6 i SBC7 również miały podobny trend jak SBC8, ale ich zawartość nasycenia była znacznie wyższa niż SBC8, a stopień poprawy czystej płynności zawiesiny nie był tak wysoki jak SBC8. Jednak nasycona zawartość SNF wynosi około 0,7% ~ 0,8%. Gdy zawartość SNF stale rośnie, płynność zawiesiny również również rośnie, ale zgodnie z pierścieniem krwawienia można stwierdzić, że wzrost ten jest częściowo spowodowany segregacją wody krwawiącej przez zawiesinę cementu. Podsumowując, chociaż nasycona zawartość SBC jest wyższa niż w SNF, nadal nie ma oczywistego zjawiska krwawienia, gdy zawartość SBC przekracza jej treść nasyconą o wiele. Dlatego można wstępnie ocenić, że SBC ma wpływ na zmniejszenie wody, a także ma pewną retencję wody, która różni się od SNF. Ta praca musi być dalej badana.

Można to zobaczyć na podstawie krzywej relacji między płynnością pasty cementowej z zawartością środka zmniejszającego 1,0% i czasem, że utrata płynności pasty cementowej zmieszanej z SBC jest bardzo mała w ciągu 120 minut, zwłaszcza SBC6, którego początkowa płynność wynosi tylko około 200 mm , a utrata płynności jest mniejsza niż 20%. Utrata płynności zawiesiny przez warp była w kolejności SNF> SBC8> SBC7> SBC6. Badania wykazały, że superplastyzer naftalenu jest wchłaniany głównie na powierzchni cząstek cementu za pomocą płaskiej siły odpychającej. Wraz z postępem nawodnienia resztkowe cząsteczki środka redukującego wodę w zawiesinie są zmniejszone, tak że stopniowo zmniejszane są również cząsteczki środka redukującego wodę na powierzchni cząstek cementu. Odpulsja między cząsteczkami jest osłabiona, a cząstki cementu wytwarzają fizyczną kondensację, co wykazuje spadek płynności zawiesiny netto. Dlatego utrata przepływu zawiesiny cementowej zmieszana z superplastyzatorem naftalenu jest większa. Jednak większość środków redukujących wodę z serii naftalenu stosowanych w inżynierii została odpowiednio wymieszana w celu poprawy tej wady. Zatem pod względem zatrzymywania płynności SBC jest lepszy od SNF.

2.3.2 Wpływ potencjału i ustalanie czasu pasty cementowej

Po dodaniu środka redukującego wodę do mieszanki cementowej cząsteczki cementu zaadsorbowane cząsteczki środka redukujące wodę, więc potencjalne właściwości elektryczne cząstek cementu można zmienić z dodatnich na ujemne, a wartość bezwzględna wzrasta oczywiście. Bezwzględna wartość potencjału cząstek cementu zmieszanego z SNF jest wyższa niż w SBC. Jednocześnie czas ustalania pasty cementowej zmieszanej z SBC rozszerzono na różne stopnie w porównaniu z pustą próbką, a czas ustawienia był rzędu SBC6> SBC7> SBC8 od długich do krótkich. Można zauważyć, że wraz ze spadkiem lepkości charakterystycznej SBC i wzrostem zawartości siarki czas ustalania pasty cementowej jest stopniowo skracany. Wynika to z faktu, że SBC należy do pochodnych polipolisacharydów i istnieje więcej grup hydroksylowych na łańcuchu molekularnym, który ma różne stopnie opóźniającego wpływu na reakcję nawodnienia cementu portlandzkiego. Istnieją około cztery rodzaje mechanizmu środka opóźniającego, a mechanizm opóźniający SBC jest z grubsza następujący: w środowisku alkalicznym hydratacji cementowej grupa hydroksylowa i swobodny kompleks Ca2+, tak że stężenie Ca2 10 w fazie ciekłej zmniejsza się, ale może być również adsorbowany na powierzchni cząstek cementu i produktów nawodnienia na powierzchni 02- w celu utworzenia wiązań wodorowych oraz innych grup hydroksylowych i cząsteczek wody poprzez powiązanie wiązań wodorowych, tak że powierzchnia cząstek cement Stabilny solwowany folia wodna. Zatem proces nawodnienia cementu jest hamowany. Jednak liczba grup hydroksylowych w łańcuchu SBC o różnej zawartości siarki jest zupełnie inna, więc ich wpływ na proces nawodnienia cementu musi być różny.

2.3.3 Test szybkości redukcji wody i wytrzymałości moździerza

Ponieważ wydajność zaprawy może w pewnym stopniu odzwierciedlać wydajność betonu, ten artykuł bada głównie wydajność zapraw zmieszaną z SBC. Zużycie wody zaprawy skorygowano zgodnie ze standardem testowania szybkości redukcji wody w moździerzu, tak że wyrównano próbkę próbki zaprawy (180 ± 5) mm i 40 mm × 40 mltl × 160 młynów przygotowano do przetestowania ściskającej siła każdego wieku. W porównaniu z pustymi próbkami bez środka redukującego wodę, wytrzymałość próbek zaprawy z czynnikiem redukującym wodę w każdym wieku uległa poprawie w różnym stopniu. Wytrzymałość na ściskanie próbek domieszkowanych 1,0% SNF wzrosła odpowiednio o 46%, 35% i 20% po 3, 7 i 28 dniach. Wpływ SBC6, SBC7 i SBC8 na wytrzymałość na ściskanie zaprawy nie jest taki sam. Siła moździerza zmieszana z SBC6 niewiele wzrasta w każdym wieku, a siła zaprawy po 3 d, 7 d i 28d wzrasta odpowiednio o 15%, 3% i 2%. Wytrzymałość na ściskanie moździerza zmieszanego z SBC8 znacznie wzrosła, a jego wytrzymałość po 3, 7 i 28 dniach wzrosła odpowiednio o 61%, 45%i 18%, co wskazuje, że SBC8 ma silny wpływ na redukowanie wody i wzmacnianie na zaprawę cementową.

2.3.4 Wpływ właściwości struktury molekularnej SBC

W połączeniu z powyższą analizą wpływu SBC na pastę cementową i zaprawę, nie jest trudno stwierdzić, że struktura molekularna SBC, taka jak charakterystyczna lepkość (związana z jego względną masą cząsteczkową, lepkość ogólna jest wysoka, jej względna Masa cząsteczkowa jest wysoka), zawartość siarki (związana ze stopniem zastępowania silnych grup hydrofilowych na łańcuchu molekularnym, wysoka zawartość siarki jest wysoki stopień podstawienia i odwrotnie) określa wydajność zastosowania SBC. Gdy zawartość SBC8 o niskiej lepkości wewnętrznej i wysokiej zawartości siarki jest niska, może mieć silną zdolność dyspersji do cementowania cząstek, a zawartość nasycenia jest również niska, około 1,0%. Przedłużenie czasu ustalania pasty cementowej jest stosunkowo krótkie. Wytrzymałość na ściskanie zaprawy o tej samej płynności wzrasta oczywiście w każdym wieku. Jednak SBC6 o wysokiej lepkości wewnętrznej i niskiej zawartości siarki ma mniejszą płynność, gdy jej zawartość jest niska. Jednak gdy jego zawartość jest zwiększona do około 1,5%, jego zdolność dyspersji do cementu cząstek jest również znaczna. Jednak czas ustalania czystej zawiesiny jest przedłużony, co pokazuje charakterystykę powolnego ustawienia. Poprawa siły ściskającej zaprawy w różnym wieku jest ograniczona. Ogólnie rzecz biorąc, SBC jest lepszy niż SNF w retencji płynności zapraw.

3. Wniosek

1. Celluloza o zrównoważonym stopniu polimeryzacji przygotowano z celulozy, która została etylizowana za pomocą 1,4 monobutylosulfonolaktonu po alkalizacji NaOH, a następnie przygotowano rozpuszczalny w wodzie butyloulfonolakton. Optymalne warunki reakcji produktu są następujące: Row (Na0H); Przez (agu); N (BS) -2,5: 1,0: 1,7, czas reakcji wynosił 4,5 godziny, temperatura reakcji wynosiła 75 ℃. Powtarzająca się alkalizacja i eteryfikacja mogą zmniejszyć charakterystyczną lepkość i zwiększyć zawartość siarki produktu.

2. SBC o odpowiedniej charakterystycznej lepkości i zawartości siarki może znacznie poprawić płynność zawiesiny cementu i poprawić utratę płynności. Gdy wskaźnik redukcji wody w moździerzu osiąga 16,5%, wytrzymałość na ściskanie okazów zaprawy w każdym wieku wzrasta oczywiście.

3. Zastosowanie SBC jako środka redukującego wodę wykazuje pewien stopień opóźnienia. Pod warunkiem odpowiedniej charakterystycznej lepkości możliwe jest uzyskanie środka o wysokiej wydajności zmniejszającej wodę poprzez zwiększenie zawartości siarki i zmniejszenie stopnia opóźnienia. Odnosząc się do odpowiednich krajowych standardów betonowych domieszek, SBC powinien stanie się agentem redukującym wodę o praktycznej wartości zastosowania, opóźnianiu środka redukującego wodę, opóźnianiu środka o wysokiej wydajności zmniejszającej wodę, a nawet środka redukującego wodę o wysokiej wydajności.