Sintésis jeung sipat superplasticizer selulosa éter cai-leyur

Sajaba ti éta, kapas selulosa disiapkeun pikeun level Ling-off darajat polimérisasi sarta diréaksikeun jeung natrium hidroksida, 1,4 monobutylsulfonolate (1,4, butanasultone). sulfobutylated selulosa éter (SBC) kalawan kaleyuran cai alus dicandak. Épék suhu réaksi, waktos réaksi sareng rasio bahan baku dina éter selulosa butil sulfonat ditalungtik. Kaayaan réaksi optimal dicandak, sareng struktur produk dicirikeun ku FTIR. Ku diajar pangaruh SBC dina sipat némpelkeun semén jeung mortir, éta kapanggih yén produk nu boga pangaruh ngurangan cai sarupa naphthalene runtuyan agén ngurangan cai, sarta ingetan fluidity leuwih hade tinimbang runtuyan naphthalene.agén réduksi cai. SBC kalawan viskositas karakteristik béda jeung eusi walirang boga darajat béda sipat retarding pikeun némpelkeun semén. Ku alatan éta, SBC diperkirakeun jadi retarding agén ngurangan cai, retarding efisiensi tinggi agén ngurangan cai, malah efisiensi tinggi agén ngurangan cai. Sipatna utamana ditangtukeun ku struktur molekulna.

kecap konci:selulosa; darajat kasatimbangan polimérisasi; Butil sulfonate selulosa éter; Agén réduksi cai

Ngembangkeun sareng aplikasi beton berkinerja tinggi raket patalina sareng panalungtikan sareng pamekaran agén pangurangan cai beton. Kusabab penampilan agén pangurangan cai anu beton tiasa mastikeun workability tinggi, durability alus komo kakuatan tinggi. Ayeuna, aya utamana di handap rupa agén ngurangan cai kacida mujarab loba dipaké: naphthalene runtuyan cai ngurangan agén (SNF), sulfonated amina résin runtuyan agén ngurangan cai (SMF), amino sulfonate runtuyan agén ngurangan cai (ASP), dirobah lignosulfonate séri agén réduksi cai (ML), sareng asam polikarboksilat séri agén réduksi cai (PC), anu langkung aktip dina panalungtikan ayeuna. Superplasticizer asam polycarboxylic boga kaunggulan tina leungitna waktu leutik, dosage low jeung fluidity tinggi beton. Nanging, kusabab harga anu luhur, sesah ngapopulérkeun di Cina. Ku alatan éta, naphthalene superplasticizer masih aplikasi utama di Cina. Kalolobaan agén pangurangan cai condensing ngagunakeun formaldehida jeung zat volatile séjén kalawan beurat molekul relatif low, nu bisa ngarugikeun lingkungan dina sintésis jeung prosés pamakéan.

Ngembangkeun campuran beton di bumi sareng di luar negeri disanghareupan ku kakurangan bahan baku kimia, naékna harga sareng masalah sanésna. Kumaha ngagunakeun sumberdaya renewable alam murah tur loba pisan salaku bahan baku pikeun ngembangkeun admixtures beton kinerja tinggi anyar bakal jadi subyek penting panalungtikan admixtures beton. Aci sareng selulosa mangrupikeun wawakil utama sumber daya ieu. Kusabab sumber bahan baku anu lega, tiasa diperbaharui, gampang diréaksikeun sareng sababaraha réagen, turunanna seueur dianggo dina sagala rupa widang. Ayeuna, panalungtikan pati sulfonated salaku agén réduksi cai geus nyieun sababaraha kamajuan. Dina taun-taun ayeuna, panalungtikan ngeunaan turunan selulosa larut cai salaku agén pangurangan cai ogé narik perhatian masarakat. Liu Weizhe et al. dipaké serat katun wol salaku bahan baku pikeun nyintésis selulosa sulfat kalawan beurat molekul relatif béda jeung darajat substitusi. Nalika gelar substitusi na aya dina kisaran anu tangtu, éta tiasa ningkatkeun fluidity slurry semén sareng kakuatan awak konsolidasi semén. Patén nyebutkeun yén sababaraha turunan polisakarida ngaliwatan réaksi kimia pikeun ngawanohkeun gugus hidrofilik kuat, bisa didapet dina semén kalawan dispersi alus tina turunan polisakarida larut cai, kayaning natrium carboxymethyl selulosa, carboxymethyl hydroxyethyl selulosa, carboxymethyl sulfonate selulosa jeung saterusna. Sanajan kitu, Knaus et al. kapanggih yén CMHEC sigana teu cocog pikeun pamakéan salaku agén ngurangan cai beton. Ngan nalika gugus asam sulfonat diwanohkeun kana molekul CMC sareng CMHEC, sareng beurat molekul relatifna nyaéta 1,0 × 105 ~ 1,5 × 105 g / mol, éta tiasa gaduh fungsi agén réduksi cai beton. Aya béda pendapat ngeunaan naha sababaraha turunan selulosa larut cai cocog pikeun dianggo salaku agén pangurangan cai, sareng aya seueur jinis turunan selulosa larut cai, ku kituna perlu ngalaksanakeun panalungtikan anu jero sareng sistematis ngeunaan sintésis sareng aplikasi turunan selulosa anyar.

Dina makalah ieu, katun selulosa ieu dipaké salaku bahan awal nyiapkeun saimbang polimérisasi darajat selulosa, lajeng ngaliwatan natrium hidroksida alkalization, pilih suhu réaksi luyu, waktu réaksi jeung 1,4 réaksi monobutyl sulfonolactone, bubuka gugus asam sulfonic on selulosa. molekul, nu diala cai-leyur butil sulfonic asam selulosa éter (SBC) analisis struktur jeung percobaan aplikasi. Kamungkinan ngagunakeun éta salaku agén pangurangan cai dibahas.

1. ékspérimén

1.1 Bahan baku jeung instrumen

katun nyerep; Natrium hidroksida (murni analitik); asam hidroklorat (36% ~ 37% leyuran cai, analytically murni); Isopropil alkohol (analitik murni); 1,4 monobutyl sulfonolactone (kelas industri, disadiakeun ku Siping Fine Chemical Plant); 32,5R semén Portland biasa (Pabrik semén Dalian Onoda); Superplasticizer runtuyan naphthalene (SNF, Dalian Sicca).

Spéktrum Hiji-B Fourier Transform spéktrométer infra red, dihasilkeun ku Perkin Elmer.

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

Analisa potensi ZETAPLUS (Brookhaven Instruments, USA) digunakeun pikeun ngukur potensi slurry semén dicampurkeun jeung SBC.

1.2 Métode persiapan SBC

Anu mimiti, selulosa gelar polimérisasi saimbang disiapkeun dumasar kana metode anu dijelaskeun dina literatur. Sajumlah kapas selulosa ditimbang terus diasupkeun kana labu tilu arah. Dina panangtayungan nitrogén, éncér asam hidroklorat kalayan konsentrasi 6% ditambahkeun, sarta campuran ieu diaduk kuat. Saterusna ditunda jeung isopropil alkohol dina flask tilu sungut, alkalized pikeun waktu nu tangtu jeung 30% larutan natrium hidroksida cai, ditimbang jumlah nu tangtu 1,4 monobutyl sulfonolactone, jeung turun kana flask tilu sungut, diaduk dina waktos anu sami, sareng ngajaga suhu cai mandi suhu konstan stabil. Sanggeus réaksi pikeun sababaraha waktu, produk ieu leuwih tiis kana suhu kamar, precipitated kalawan isopropil alkohol, ngompa jeung disaring, sarta produk atah dicandak. Sanggeus rinsing jeung solusi cai métanol sababaraha kali, ngompa jeung disaring, produk ieu tungtungna vakum garing dina 60 ℃ pikeun pamakéan.

1.3 Pangukuran kinerja SBC

SBC produk ieu leyur dina 0,1 mol / L NaNO3 leyuran cai, sarta viskositas unggal titik éncér sampel diukur ku viscometer Ustner keur ngitung viskositas ciri na. Eusi walirang produk ditangtukeun ku ICP - instrumen AES. Sampel SBC diekstrak ku aseton, dikeringkeun ku vakum, teras kira-kira 5 mg sampel digiling sareng dipencet sareng KBr kanggo persiapan sampel. Uji spéktrum infra red dilaksanakeun dina sampel SBC sareng selulosa. Suspénsi semén disiapkeun kalawan rasio cai-semén 400 sarta kandungan agén réduksi cai 1% tina massa semén. Poténsina diuji dina 3 mnt.

Fluidity slurry semén sarta laju réduksi cai mortir semén diukur nurutkeun GB / T 8077-2000 "Metoda Test pikeun uniformity of admixture beton", mw / kuring = 0,35. Uji setting waktos témpél semén dilaksanakeun luyu sareng GB / T 1346-2001 "Metode Uji Konsumsi Cai, Nyetel Waktu sareng Stabilitas Konsistensi Standar Semén". Kakuatan compressive mortir semén nurutkeun GB / T 17671-1999 "Metode uji kakuatan mortir semén (metoda IS0)" metoda tekad.

2. Hasil jeung diskusi

2.1 Analisis IR tina SBC

spéktra infra red selulosa atah jeung produk SBC. Kusabab puncak serepan S — C sareng S — H lemah pisan, teu cocog kanggo identifikasi, sedengkeun s=o gaduh puncak serepan anu kuat. Ku kituna, ayana gugus asam sulfonat dina struktur molekul bisa ditangtukeun ku nangtukeun ayana puncak S=O. Numutkeun spéktra infra red tina selulosa bahan baku sarta produk SBC, dina spéktra selulosa, aya puncak nyerep kuat deukeut nomer gelombang 3350 cm-1, nu digolongkeun kana hidroksil manjang puncak Geter dina selulosa. Puncak serapan anu leuwih kuat deukeut gelombang nomer 2 900 cm-1 nyaéta métilén (CH2 1) puncak geter manjang. Runtuyan pita nu diwangun ku 1060, 1170, 1120 jeung 1010 cm-1 ngagambarkeun puncak nyerep geter manjang gugus hidroksil jeung puncak nyerep geter bending beungkeut éter (C - o - C). Jumlah gelombang sakitar 1650 cm-1 ngagambarkeun puncak nyerep beungkeut hidrogén anu dibentuk ku gugus hidroksil sareng cai bébas. Pita 1440 ~ 1340 cm-1 nunjukkeun struktur kristalin selulosa. Dina spéktra IR SBC, inténsitas pita 1440 ~ 1340 cm-1 dilempengkeun. Kakuatan puncak nyerep deukeut 1650 cm-1 ngaronjat, nunjukkeun yén kamampuhan pikeun ngabentuk beungkeut hidrogén ieu strengthened. Puncak nyerep kuat muncul dina 1180.628 cm-1, nu teu reflected dina spéktroskopi infra red selulosa. Nu kahiji nya éta puncak serepan karakteristik beungkeut s=o, sedengkeun nu kadua nya éta puncak serep karakteristik beungkeut s=o. Numutkeun analisis di luhur, gugus asam sulfonat aya dina ranté molekular selulosa sanggeus réaksi éterifikasi.

2.2 Pangaruh kaayaan réaksi kana kinerja SBC

Ieu tiasa ditingali tina hubungan antara kaayaan réaksi sareng sipat SBC yén suhu, waktos réaksi sareng rasio bahan mangaruhan sipat produk anu disintésis. Kaleyuran produk SBC ditangtukeun ku lilana waktu nu diperlukeun pikeun produk 1g pikeun sakabéhna ngaleyurkeun dina 100mL cai deionized dina suhu kamar; Dina uji laju réduksi cai mortir, eusi SBC nyaéta 1,0% tina massa semén. Sajaba ti éta, saprak selulosa utamana diwangun ku unit anhydroglucose (AGU), jumlah selulosa diitung salaku AGU nalika rasio réaktan diitung. Dibandingkeun sareng SBCl ~ SBC5, SBC6 ngagaduhan viskositas intrinsik anu langkung handap sareng eusi walirang anu langkung luhur, sareng tingkat réduksi cai mortir nyaéta 11,2%. Viskositas karakteristik SBC tiasa ngagambarkeun massa molekul relatif na. Viskositas ciri anu luhur nunjukkeun yén massa molekul relatifna ageung. Nanging, dina waktos ieu, viskositas larutan cai kalayan konsentrasi anu sami pasti bakal ningkat, sareng gerakan bébas makromolekul bakal dugi, anu henteu kondusif pikeun adsorpsi na dina permukaan partikel semén, sahingga mangaruhan maén cai. ngurangan kinerja dispersi SBC. Eusi walirang tina SBC tinggi, nunjukkeun yén gelar substitusi butil sulfonate tinggi, ranté molekul SBC mawa jumlah muatan leuwih, sarta pangaruh permukaan partikel semén kuat, jadi dispersi partikel semén ogé kuat.

Dina éterifikasi selulosa, pikeun ningkatkeun darajat éterifikasi sareng kualitas produk, metode éterifikasi alkalisasi sababaraha umumna dianggo. SBC7 sareng SBC8 mangrupikeun produk anu dicandak ku éterifikasi alkalisasi anu diulang masing-masing 1 sareng 2 kali. Jelas, viskositas karakteristikna rendah sareng eusi walirang luhur, kaleyuran cai ahirna saé, tingkat réduksi cai mortir semén tiasa ngahontal 14,8% sareng 16,5% masing-masing. Ku alatan éta, dina tés handap, SBC6, SBC7 jeung SBC8 dipaké salaku objék panalungtikan pikeun ngabahas épék aplikasi maranéhanana dina némpelkeun semén jeung mortir.

2.3 Pangaruh SBC kana sipat semén

2.3.1 Pangaruh SBC dina fluidity némpelkeun semén

Kurva pangaruh eusi agén réduksi cai dina fluiditas némpelkeun semén. SNF mangrupikeun superplasticizer séri naftalena. Ieu bisa ditempo ti kurva pangaruh eusi agén pangurangan cai dina fluidity némpelkeun semén, nalika eusi SBC8 kirang ti 1,0%, fluidity némpelkeun semén laun-laun naek kalawan ngaronjatna eusi, sarta pangaruh. sarua jeung SNF. Nalika eusi ngaleuwihan 1,0%, tumuwuhna fluidity of slurry laun slows turun, sarta kurva asup kana aréa platform. Ieu bisa dianggap yén eusi jenuh SBC8 nyaeta ngeunaan 1,0%. SBC6 na SBC7 ogé miboga trend sarupa SBC8, tapi eusi jenuh maranéhanana éta nyata leuwih luhur ti SBC8, sarta darajat perbaikan fluidity slurry bersih teu saluhur SBC8. Sanajan kitu, eusi jenuh SNF nyaeta ngeunaan 0,7% ~ 0,8%. Nalika kandungan SNF terus ningkat, fluiditas slurry ogé terus ningkat, tapi numutkeun cincin perdarahan, bisa dicindekkeun yén paningkatan dina waktos ieu sabagean disababkeun ku segregasi cai perdarahan ku slurry semén. Kasimpulanana, sanajan eusi jenuh SBC leuwih luhur batan SNF, masih teu aya fenomena perdarahan atra lamun eusi SBC ngaleuwihan eusi jenuh na ku loba. Ku alatan éta, bisa preliminarily judged yén SBC boga pangaruh ngurangan cai sarta ogé mibanda ingetan cai tangtu, nu béda ti SNF. Karya ieu perlu ditalungtik satuluyna.

Ieu bisa ditempo ti kurva hubungan antara fluidity némpelkeun semén kalawan 1.0% eusi agén ngurangan cai jeung waktu yén leungitna fluidity némpelkeun semén dicampurkeun jeung SBC leutik pisan dina 120min, utamana SBC6, anu fluidity awal téh ngan ngeunaan 200mm. , sarta leungitna fluidity kirang ti 20%. Leungitna lungsin fluidity slurry éta dina urutan SNF> SBC8> SBC7> SBC6. Studi geus ditémbongkeun yén superplasticizer naphthalene utamana diserep dina beungeut partikel semén ku gaya repulsive pesawat. Kalayan kamajuan hidrasi, molekul agén pangurangan cai sésa dina slurry diréduksi, ku kituna molekul agén pangréduksi cai anu diserep dina permukaan partikel semén ogé laun-laun diréduksi. Repulsion antara partikel ieu ngaruksak, sarta partikel semén ngahasilkeun kondensasi fisik, nu nembongkeun panurunan dina fluidity of slurry net. Ku alatan éta, leungitna aliran slurry semén dicampurkeun jeung naphthalene superplasticizer leuwih gede. Tapi, kalolobaan agén pangurangan cai séri naftalena anu dianggo dina rékayasa parantos dicampur leres pikeun ningkatkeun cacad ieu. Ku kituna, dina hal ingetan likuiditas, SBC punjul ti SNF.

2.3.2 Pangaruh poténsi jeung waktu setting némpelkeun semén

Saatos nambahkeun agén pangurangan cai kana campuran semén, partikel semén adsorbed molekul agén pangurangan cai, jadi sipat listrik poténsi partikel semén bisa dirobah tina positif kana négatif, sarta nilai mutlak naek écés. Nilai mutlak poténsi partikel semén dicampurkeun jeung SNF leuwih luhur batan SBC. Dina waktos anu sami, waktos setting tina némpelkeun semén dicampurkeun sareng SBC diperpanjang ka derajat anu béda dibandingkeun sareng sampel kosong, sareng waktos setting dina urutan SBC6> SBC7> SBC8 tina panjang ka pondok. Ieu bisa ditempo yén kalayan turunna viskositas karakteristik SBC jeung ngaronjatna kandungan walirang, waktos setting némpelkeun semén saeutik demi saeutik disingget. Ieu kusabab SBC milik turunan polypolysaccharide, sarta aya leuwih gugus hidroksil dina ranté molekul, nu boga tingkat béda pangaruh retarding dina réaksi hidrasi semén Portland. Aya kira-kira opat rupa mékanisme agén retarding, sarta mékanisme retarding of SBC kasarna saperti kieu: Dina medium basa hidrasi semén, gugus hidroksil jeung Ca2 + bébas ngabentuk kompléks stabil, sahingga konsentrasi Ca2 10 dina fase cair. nurun, tapi ogé bisa jadi adsorbed dina beungeut partikel semén jeung produk hidrasi dina beungeut 02- pikeun ngabentuk beungkeut hidrogén, sarta gugus hidroksil sejen tur molekul cai ngaliwatan asosiasi beungkeut hidrogén, ku kituna beungeut partikel semén kabentuk lapisan film cai solvated stabil. Ku kituna, prosés hidrasi semén dihambat. Sanajan kitu, jumlah gugus hidroksil dina ranté SBC kalawan eusi walirang béda rada béda, jadi pangaruh maranéhanana dina prosés hidrasi semén kudu béda.

2.3.3 Laju ngurangan cai mortir jeung test kakuatan

Kusabab kinerja mortir bisa ngagambarkeun kinerja beton ka extent sababaraha, makalah ieu utamana ngulik kinerja mortir dicampurkeun jeung SBC. Konsumsi cai mortir ieu disaluyukeun nurutkeun standar nguji laju ngurangan cai mortir, ku kituna ékspansi sampel mortir ngahontal (180±5) mm, sarta 40 mm × 40 mlTl × 160 ngagiling spésimén disiapkeun pikeun nguji compressive. kakuatan unggal umur. Dibandingkeun sareng spésimén kosong tanpa agén pangurangan cai, kakuatan spésimén mortir sareng agén pangurangan cai dina unggal umur parantos ningkat dina derajat anu béda. Kakuatan compressive spésimén doped kalawan 1,0% SNF ngaronjat ku 46%, 35% jeung 20% ​​mungguh dina 3, 7 jeung 28 poé. Pangaruh SBC6, SBC7 na SBC8 dina kakuatan compressive of mortir teu sarua. Kakuatan mortir anu dicampurkeun sareng SBC6 ningkat sakedik dina unggal umur, sareng kakuatan mortir dina 3 d, 7 d sareng 28d ningkat masing-masing 15%, 3% sareng 2%. Kakuatan compressive tina mortir dicampurkeun jeung SBC8 ngaronjat pisan, sarta kakuatan na di 3, 7 jeung 28 poé ngaronjat ku 61%, 45% jeung 18% masing-masing, nunjukkeun yén SBC8 boga kuat cai-ngurangan sarta strengthening pangaruh dina mortir semén.

2.3.4 Pangaruh sipat struktur molekul SBC

Digabungkeun jeung analisis di luhur dina pangaruh SBC on némpelkeun semén jeung mortir, teu hese manggihan yén struktur molekul SBC, kayaning viskositas karakteristik (patali jeung beurat molekul relatif na, viskositas ciri umum tinggi, relatif na. beurat molekul tinggi), eusi walirang (patali jeung darajat substitusi gugus hidrofilik kuat dina ranté molekular, eusi walirang tinggi nyaéta gelar luhur substitusi, Jeung sabalikna) nangtukeun kinerja aplikasi SBC. Lamun eusi SBC8 kalawan viskositas intrinsik lemah sareng eusi walirang tinggi nyaéta low, éta bisa mibanda kamampuhan dispersi kuat pikeun partikel semén, sarta eusi jenuh oge low, ngeunaan 1,0%. Perpanjangan waktu netepkeun némpelkeun semén relatif pondok. Kakuatan compressive mortir jeung fluidity sarua naek écés dina unggal umur. Sanajan kitu, SBC6 kalawan viskositas intrinsik tinggi jeung eusi walirang low ngabogaan fluidity leutik lamun eusi na low. Nanging, nalika eusina ningkat sakitar 1,5%, kamampuan dispersi pikeun partikel semén ogé lumayan. Sanajan kitu, waktu setelan tina slurry murni leuwih berkepanjangan, nu nembongkeun karakteristik setting slow. Perbaikan kakuatan compressive mortir dina umur béda diwatesan. Sacara umum, SBC leuwih hade tinimbang SNF dina ingetan fluidity mortir.

3. Kacindekan

1. Selulosa kalayan gelar polimérisasi saimbang ieu disiapkeun ti selulosa, nu ieu etherized kalawan 1,4 monobutyl sulfonolactone sanggeus NaOH alkaliization, lajeng larut cai-leyur sulfonolactone butil ieu disiapkeun. Kaayaan réaksi optimum produk nyaéta kieu: baris (Na0H); Ku (AGU); n (BS) -2.5: 1.0: 1.7, waktos réaksi éta 4.5h, suhu réaksi éta 75 ℃. Alkalisasi sareng éterifikasi anu diulang tiasa ngirangan viskositas karakteristik sareng ningkatkeun eusi walirang produk.

2. SBC kalawan viskositas ciri luyu jeung eusi walirang bisa nyata ngaronjatkeun fluidity of slurry semén sarta ngaronjatkeun leungitna fluidity. Lamun laju ngurangan cai mortir ngahontal 16,5%, kakuatan compressive of mortir specimen dina unggal umur naek écés.

3. Aplikasi SBC salaku agén pangurangan cai nunjukkeun tingkat retardasi anu tangtu. Dina kaayaan viskositas karakteristik anu pas, mungkin pikeun kéngingkeun agén pangurangan cai efisiensi tinggi ku cara ningkatkeun eusi walirang sareng ngirangan darajat retarding. Ngarujuk kana standar nasional anu relevan pikeun campuran beton, SBC diperkirakeun janten agén pangurangan cai kalayan nilai aplikasi praktis, ngalambatkeun agén pangurangan cai, ngalambatkeun agén pangurangan cai efisiensi tinggi, bahkan agén pangurangan cai efisiensi tinggi.