Синтеза и својства суперпластификатора целулозног етра растворљивог у води

Поред тога, припремљена је памучна целулоза да се изједначи Линг-офф степен полимеризације и реагује са натријум хидроксидом, 1,4 монобутилсулфонолатом (1,4, бутансултон). Добијен је сулфобутиловани етар целулозе (СБЦ) са добром растворљивошћу у води. Проучавани су ефекти реакционе температуре, времена реакције и односа сировина на бутил сулфонат целулозни етар. Добијени су оптимални услови реакције, а структура производа је окарактерисана ФТИР. Проучавањем утицаја СБЦ на својства цементне пасте и малтера, утврђено је да производ има сличан ефекат редукције воде као средство за редукцију воде из серије нафталена, а задржавање течности је боље од серије нафталена.средство за редукцију воде. СБЦ са различитим карактеристичним вискозитетом и садржајем сумпора има различит степен успоравања цементне пасте. Стога се очекује да СБЦ постане средство за смањење воде, успоравајуће средство за смањење воде високе ефикасности, чак и високо ефикасно средство за редукцију воде. Његова својства су углавном одређена његовом молекуларном структуром.

Кључне речи:целулоза; Равнотежни степен полимеризације; Бутил сулфонат целулозни етар; Средство за редукцију воде

Развој и примена бетона високих перформанси уско је повезана са истраживањем и развојем бетона за смањење воде. Управо због појаве средства за смањење воде, бетон може да обезбеди високу обрадивост, добру издржљивост, па чак и високу чврстоћу. Тренутно се углавном користе следеће врсте високо ефикасних агенаса за редукцију воде: агенс за редукцију воде из серије нафталена (СНФ), агенс за редукцију воде из серије сулфонираних амин смола (СМФ), агенс за редукцију воде из серије амино сулфоната (АСП), модификовани лигносулфонат серија средства за редукцију воде (МЛ) и средства за редукцију воде серије поликарбоксилне киселине (ПЦ), која је активнија у тренутним истраживањима. Суперпластификатор поликарбоксилне киселине има предности малог губитка времена, ниске дозе и високе флуидности бетона. Међутим, због високе цене, тешко је популарисати у Кини. Стога је нафтален суперпластификатор и даље главна примена у Кини. Већина средстава за редукцију кондензоване воде користи формалдехид и друге испарљиве супстанце ниске релативне молекулске тежине, које могу штетити животној средини у процесу синтезе и употребе.

Развој додатака бетону у земљи и иностранству суочен је са недостатком хемијских сировина, растом цена и другим проблемима. Како искористити јефтине и богате природне обновљиве ресурсе као сировине за развој нових бетонских додатака високих перформанси постаће важан предмет истраживања адитива за бетон. Скроб и целулоза су главни представници ове врсте ресурса. Због широког извора сировина, обновљивих, лако реагујућих са неким реагенсима, њихови деривати се широко користе у разним областима. Тренутно је истраживање сулфонираног скроба као средства за редукцију воде постигло одређени напредак. Последњих година пажњу људи привлачи и истраживање деривата целулозе растворљивих у води као средстава за редукцију воде. Лиу Веизхе и др. коришћено влакно памучне вуне као сировина за синтезу целулозног сулфата са различитом релативном молекулском тежином и степеном супституције. Када је његов степен супституције у одређеном опсегу, може побољшати флуидност цементне суспензије и чврстоћу тела за консолидацију цемента. Патент каже да се неки деривати полисахарида кроз хемијску реакцију за увођење јаких хидрофилних група могу добити на цементу са добром дисперзијом у води растворљивих деривата полисахарида, као што су натријум карбоксиметил целулоза, карбоксиметил хидроксиетил целулоза, карбоксиметил сулфонат целулоза и тако даље. Међутим, Кнаус ет ал. открио да ЦМХЕЦ изгледа није погодан за употребу као средство за редукцију воде у бетону. Само када је група сулфонске киселине уведена у молекуле ЦМЦ и ЦМХЕЦ, а њена релативна молекулска тежина је 1,0 × 105 ~ 1,5 × 105 г/мол, може имати функцију средства за смањење воде у бетону. Постоје различита мишљења о томе да ли су неки водорастворни деривати целулозе погодни за употребу као средства за редукцију воде, а постоји много врста деривата целулозе растворљивих у води, па је неопходно спровести дубинска и систематска истраживања синтезе и примена нових деривата целулозе.

У овом раду, памучна целулоза је коришћена као полазни материјал за припрему целулозе уравнотеженог степена полимеризације, а затим се алкализацијом натријум хидроксида одабере одговарајућа температура реакције, време реакције и реакција 1,4 монобутил сулфонолактона, увођење групе сулфонске киселине на целулозу. молекула, анализа структуре и експеримент примене добијене у води растворљиве бутил сулфонске киселине целулозног етра (СБЦ). Разговарано је о могућности његове употребе као средства за редукцију воде.

1. Експеримент

1.1 Сировине и инструменти

Упијајући памук; Натријум хидроксид (аналитички чист); Хлороводонична киселина (36% ~ 37% водени раствор, аналитички чист); Изопропил алкохол (аналитички чист); 1,4 монобутил сулфонолактон (индустријска класа, обезбеђен од Сипинг Фине Цхемицал Плант); 32.5Р обични портланд цемент (Фабрика цемента Далиан Онода); Суперпластификатор серије нафталена (СНФ, Далиан Сицца).

Спецтрум Оне-Б Фоуриер Трансформ инфрацрвени спектрометар, произвођача Перкин Елмер.

ИРИС Адвантаге индуктивно спрегнути емисиони спектрометар плазме (ИцП-АЕс), произвођача Тхермо Јаррелл Асх Цо.

ЗЕТАПЛУС потенцијални анализатор (Броокхавен Инструментс, САД) је коришћен за мерење потенцијала цементне суспензије помешане са СБЦ.

1.2 Начин припреме СБЦ-а

Прво је припремљена целулоза уравнотеженог степена полимеризације према методама описаним у литератури. Одређена количина памучне целулозе је измерена и додата у тросмерни балон. Под заштитом азота додата је разблажена хлороводонична киселина у концентрацији 6% и смеша је снажно мешана. Затим је суспендован са изопропил алкохолом у боцу са три отвора, алкализован одређено време са 30% воденим раствором натријум хидроксида, измерена одређена количина 1,4 монобутил сулфонолактона и убачен у балон са три отвора, мешан на у исто време, и одржава стабилну температуру воденог купатила са константном температуром. После реакције током одређеног времена, производ је охлађен до собне температуре, исталожен изопропил алкохолом, пумпан и филтриран, и добијен је сирови производ. Након испирања воденим раствором метанола неколико пута, пумпања и филтрирања, производ је коначно осушен у вакууму на 60 ℃ за употребу.

1.3 Мерење перформанси СБЦ

Производ СБЦ је растворен у 0,1 мол/Л воденог раствора НаНО3, а вискозитет сваке тачке разблажења узорка је измерен Устнеровим вискозиметром да би се израчунао његов карактеристични вискозитет. Садржај сумпора у производу је одређен ИЦП – АЕС инструментом. СБЦ узорци су екстраховани ацетоном, осушени у вакууму, а затим су око 5 мг узорака млевени и пресовани заједно са КБр за припрему узорка. Испитивање инфрацрвеног спектра је спроведено на узорцима СБЦ и целулозе. Цементна суспензија је припремљена са водоцементним односом од 400 и садржајем средства за редукцију воде од 1% масе цемента. Његов потенцијал је тестиран у року од 3 мин.

Флуидност цементне суспензије и брзина редукције воде у цементном малтеру мере се према ГБ/Т 8077-2000 „Метода испитивања уједначености додатка бетону“, мв/ме= 0,35. Тест времена везивања цементне пасте се спроводи у складу са ГБ/Т 1346-2001 „Метода испитивања потрошње воде, времена везивања и стабилности стандардне конзистенције цемента“. Чврстоћа цементног малтера на притисак према ГБ/Т 17671-1999 „Метода испитивања чврстоће цементног малтера (метода ИС0)” метода одређивања.

2. Резултати и дискусија

2.1 ИР анализа СБЦ

Инфрацрвени спектри сирове целулозе и производа СБЦ. Пошто је апсорпциони врх С — Ц и С — Х веома слаб, није погодан за идентификацију, док с=о има јак апсорпциони врх. Због тога се постојање групе сулфонске киселине у молекуларној структури може утврдити одређивањем постојања С=О пика. Према инфрацрвеним спектрима целулозе сировине и производа СБЦ, у спектрима целулозе постоји јак апсорпциони пик у близини таласног броја 3350 цм-1, који је класификован као пик вибрације хидроксилног истезања у целулози. Јачи апсорпциони врх у близини таласног броја 2 900 цм-1 је метилен (ЦХ2 1) истезање вибрација. Низ трака које се састоје од 1060, 1170, 1120 и 1010 цм-1 одражавају врхове апсорпције вибрација истезања хидроксилне групе и врхове апсорпције вибрација савијања етарске везе (Ц — о — Ц). Таласни број око 1650 цм-1 одражава пик апсорпције водоничне везе формиран од хидроксилне групе и слободне воде. Трака 1440~1340 цм-1 показује кристалну структуру целулозе. У ИР спектру СБЦ, интензитет траке 1440~1340 цм-1 је ослабљен. Снага апсорпционог врха близу 1650 цм-1 се повећала, што указује да је ојачана способност формирања водоничних веза. Јаки апсорпциони врхови су се појавили на 1180,628 цм-1, који се нису одразили на инфрацрвену спектроскопију целулозе. Први је био карактеристични апсорпциони врх с=о везе, док је други био карактеристични апсорпциони пик с=о везе. Према горњој анализи, група сулфонске киселине постоји на молекулском ланцу целулозе након реакције етерификације.

2.2 Утицај реакционих услова на перформансе СБЦ

Из односа између реакционих услова и особина СБЦ-а може се видети да температура, време реакције и однос материјала утичу на својства синтетизованих производа. Растворљивост СБЦ производа је одређена дужином времена потребног да се 1 г производа потпуно раствори у 100 мЛ дејонизоване воде на собној температури; У тесту редукције воде малтера, садржај СБЦ је 1,0% масе цемента. Поред тога, пошто се целулоза углавном састоји од анхидроглукозне јединице (АГУ), количина целулозе се израчунава као АГУ када се израчуна однос реактаната. У поређењу са СБЦл ~ СБЦ5, СБЦ6 има нижи својствени вискозитет и већи садржај сумпора, а степен редукције воде у малтеру је 11,2%. Карактеристична вискозност СБЦ може одражавати његову релативну молекулску масу. Висок карактеристични вискозитет указује да је његова релативна молекулска маса велика. Међутим, у овом тренутку ће се неминовно повећати вискозитет воденог раствора исте концентрације, а слободно кретање макромолекула ће бити ограничено, што не погодује његовој адсорпцији на површини честица цемента, што утиче на игру воде. смањење перформанси дисперзије СБЦ. Садржај сумпора у СБЦ је висок, што указује да је степен супституције бутил сулфоната висок, СБЦ молекуларни ланац носи већи број наелектрисања, а површински ефекат честица цемента је јак, тако да је његова дисперзија честица цемента такође јака.

У етерификацији целулозе, у циљу побољшања степена етерификације и квалитета производа, углавном се користи метода вишеструке алкализације етерификације. СБЦ7 и СБЦ8 су производи добијени поновљеном алкализацијом етерификацијом 1 и 2 пута, респективно. Очигледно, њихов карактеристични вискозитет је низак, а садржај сумпора висок, коначна растворљивост у води је добра, брзина редукције воде цементног малтера може да достигне 14,8% и 16,5%, респективно. Стога, у следећим тестовима, СБЦ6, СБЦ7 и СБЦ8 се користе као истраживачки објекти за дискусију о њиховим ефектима примене у цементној пасти и малтеру.

2.3 Утицај СБЦ на својства цемента

2.3.1 Утицај СБЦ-а на течност цементне пасте

Крива утицаја садржаја средства за редукцију воде на флуидност цементне пасте. СНФ је суперпластификатор серије нафталена. То се види из криве утицаја садржаја средства за редукцију воде на течност цементне пасте, када је садржај СБЦ8 мањи од 1,0%, течност цементне пасте постепено расте са повећањем садржаја, а ефекат је сличан оном код СНФ-а. Када садржај пређе 1,0%, раст флуидности суспензије се постепено успорава, а крива улази у подручје платформе. Може се сматрати да је засићени садржај СБЦ8 око 1,0%. СБЦ6 и СБЦ7 су такође имали сличан тренд као СБЦ8, али је њихов садржај засићења био знатно већи од СБЦ8, а степен побољшања течности чисте суспензије није био тако висок као СБЦ8. Међутим, засићени садржај СНФ је око 0,7% ~ 0,8%. Када садржај СНФ настави да расте, течност суспензије такође наставља да расте, али према прстену за одзрачивање може се закључити да је повећање у овом тренутку делимично узроковано сегрегацијом одводне воде цементном суспензијом. У закључку, иако је засићени садржај СБЦ већи од садржаја СНФ-а, још увек не постоји очигледан феномен крварења када садржај СБЦ знатно премашује његов засићени садржај. Дакле, прелиминарно се може проценити да СБЦ има ефекат смањења воде и такође има извесно задржавање воде, што се разликује од СНФ. Овај рад треба даље проучавати.

Из криве релације између течности цементне пасте са 1,0% садржаја средства за смањење воде и времена може се видети да је губитак течности цементне пасте помешане са СБЦ веома мали у року од 120 минута, посебно СБЦ6, чија је почетна флуидност само око 200 мм. , а губитак течности је мањи од 20%. Губитак течности суспензије у основи био је редоследа СНФ>СБЦ8>СБЦ7>СБЦ6. Истраживања су показала да се нафталенски суперпластификатор углавном апсорбује на површини честица цемента раван одбојном силом. Са напретком хидратације, молекули заосталог средства за редукцију воде у суспензији се смањују, тако да се молекули адсорбованог средства за редукцију воде на површини честица цемента такође постепено смањују. Одбијање између честица је ослабљено, а честице цемента производе физичку кондензацију, што показује смањење флуидности мрежасте суспензије. Због тога је губитак протока цементне суспензије помешане са нафталенским суперпластификатором већи. Међутим, већина средстава за редукцију воде из серије нафталена који се користе у инжењерингу су правилно помешани да би се побољшао овај недостатак. Дакле, у погледу задржавања ликвидности, СБЦ је супериорнији од СНФ-а.

2.3.2 Утицај потенцијала и времена везивања цементне пасте

Након додавања средства за редукцију воде у цементну мешавину, честице цемента су адсорбовале молекуле средства за редукцију воде, тако да се потенцијална електрична својства честица цемента могу променити од позитивних до негативних, а апсолутна вредност се очигледно повећава. Апсолутна вредност потенцијала честица цемента помешаног са СНФ је већа од вредности СБЦ. У исто време, време везивања цементне пасте помешане са СБЦ је продужено у различитим степенима у поређењу са празним узорком, а време везивања је било у редоследу СБЦ6>СБЦ7>СБЦ8 од дугог до кратког. Види се да се смањењем карактеристичног вискозитета СБЦ и повећањем садржаја сумпора постепено скраћује време везивања цементне пасте. То је зато што СБЦ припада дериватима полисахарида, а у молекуларном ланцу има више хидроксилних група, што има различите степене успоравања реакције хидратације портланд цемента. Постоје отприлике четири врсте механизама успоравања агенса, а механизам успоравања СБЦ је отприлике следећи: У алкалном медијуму хидратације цемента, хидроксилна група и слободни Ца2+ формирају нестабилан комплекс, тако да концентрација Ца2 10 у течној фази смањује, али се такође може адсорбовати на површини честица цемента и продуката хидратације на површини 02- да формира водоничне везе, а друге хидроксилне групе и молекуле воде кроз асоцијацију водоничне везе, тако да је површина честица цемента формирала слој од стабилан филм растворене воде. На тај начин се инхибира процес хидратације цемента. Међутим, број хидроксилних група у ланцу СБЦ са различитим садржајем сумпора је прилично различит, па њихов утицај на процес хидратације цемента мора бити различит.

2.3.3 Брзина редукције воде у малтеру и испитивање чврстоће

Како перформансе малтера могу донекле одражавати перформансе бетона, овај рад углавном проучава перформансе малтера помешаног са СБЦ. Потрошња воде малтера је прилагођена стандарду испитивања брзине редукције воде малтера, тако да је експанзија узорка малтера достигла (180±5)мм, а припремљени су млински узорци 40 мм×40 мл Тл×160 за испитивање притиска. снага сваког доба. У поређењу са празним узорцима без средства за редукцију воде, јачина узорака малтера са средством за редукцију воде у сваком узрасту је побољшана у различитим степенима. Чврстоћа на притисак узорака допираних са 1,0% СНФ порасла је за 46%, 35% и 20% респективно за 3, 7 и 28 дана. Утицај СБЦ6, СБЦ7 и СБЦ8 на тлачну чврстоћу малтера није исти. Чврстоћа малтера помешаног са СБЦ6 мало се повећава у сваком узрасту, а чврстоћа малтера на 3 д, 7 д и 28 д расте за 15%, 3% и 2% респективно. Чврстоћа на притисак малтера помешаног са СБЦ8 је значајно порасла, а његова чврстоћа на 3, 7 и 28 дана порасла је за 61%, 45% и 18%, респективно, што указује да СБЦ8 има снажан ефекат редукције воде и учвршћивања на цементни малтер.

2.3.4 Утицај особина молекуларне структуре СБЦ

У комбинацији са горњом анализом о утицају СБЦ на цементну пасту и малтер, није тешко открити да је молекуларна структура СБЦ, као што је карактеристични вискозитет (везано за његову релативну молекулску масу, општа карактеристична вискозност је висока, његова релативна молекулска тежина је висока), садржај сумпора (везан за степен супституције јаких хидрофилних група на молекуларном ланцу, висок садржај сумпора је висок степен супституције, И обрнуто) одређује перформансе примене СБЦ. Када је садржај СБЦ8 са ниским интринзичним вискозитетом и високим садржајем сумпора низак, може имати јаку дисперзиону способност да цементира честице, а садржај засићења је такође низак, око 1,0%. Продужење времена везивања цементне пасте је релативно кратко. Чврстоћа на притисак малтера са истом флуидношћу се очигледно повећава у сваком узрасту. Међутим, СБЦ6 са високим унутрашњим вискозитетом и ниским садржајем сумпора има мању флуидност када је његов садржај низак. Међутим, када се његов садржај повећа на око 1,5%, његова дисперзиона способност да цементира честице је такође значајна. Међутим, време везивања чисте суспензије се више продужава, што показује карактеристике спорог везивања. Побољшање тлачне чврстоће малтера у различитим узрастима је ограничено. Генерално, СБЦ је бољи од СНФ у задржавању флуидности малтера.

3. Закључак

1. Од целулозе је припремљена целулоза са избалансираним степеном полимеризације, која је након алкализације НаОХ етеризована са 1,4 монобутил сулфонолактоном, а затим је припремљен бутил сулфонолактон растворљив у води. Оптимални реакциони услови производа су следећи: ред (НаОХ); Би (АГУ); н(БС) -2,5:1,0:1,7, време реакције је било 4,5 х, температура реакције је била 75 ℃. Поновљена алкализација и етерификација могу смањити карактеристични вискозитет и повећати садржај сумпора у производу.

2. СБЦ са одговарајућим карактеристичним вискозитетом и садржајем сумпора може значајно побољшати флуидност цементне суспензије и побољшати губитак флуидности. Када степен редукције воде малтера достигне 16,5%, чврстоћа на притисак малтера у сваком узрасту се очигледно повећава.

3. Примена СБЦ као средства за редукцију воде показује одређени степен ретардације. Под условом одговарајуће карактеристичне вискозности, могуће је добити високоефикасно средство за редукцију воде повећањем садржаја сумпора и смањењем степена успоравања. Позивајући се на релевантне националне стандарде додатака бетону, очекује се да СБЦ постане средство за редукцију воде са вредношћу практичне примене, средство за смањење воде, успоравајуће средство за смањење воде високе ефикасности, па чак и високо ефикасно средство за редукцију воде.