氧化磺化堿木素用作混凝土減水劑

摘　要： 利用紅外光譜分析了氧化磺化堿木素的分子結(jié)構(gòu)，顯示其具有明顯的磺酸基特征峰；將其用于混凝土，還具有良好的減水增強效果。

關(guān)鍵詞： 麥草漿堿木素；混凝土減水劑；紅外光譜

    我國造紙行業(yè)每年副產(chǎn)大量的堿木素，加強對堿木素的開發(fā)和利用顯得極為重要[1 ] 。對其進行磺化改性是最有效的方法之一。本文以工業(yè)麥草漿堿木素為原料，在低溫的酸性條件下，利用Fenton 試劑為氧化劑先活化堿木素，然后進行羥甲基化反應(yīng)及磺化反應(yīng)，制備了水溶性的堿木素氧化磺化產(chǎn)品，并研究了其作為混凝土減水劑對混凝土的減水增強性能。

1 　實　驗

1.1 　實驗原料

    堿木素為麥草漿黑液酸析木素，其中木素含量68 % ，水分27 % ，半纖維素、戊糖、低分子質(zhì)量有機物和無機鹽為5 % ，山東某造紙廠；木素磺酸鈣： 吉林石峴造紙廠。氫氧化鈉為分析純，天津海晶精細(xì)化工廠；甲醛為工業(yè)甲醛( > 37 %) ，廣州市溶劑廠；無水亞硫酸鈉為分析純，天津紅巖試劑廠；水泥為金羊牌標(biāo)準(zhǔn)硅酸鹽水泥，廣州水泥廠。

1.2 　實驗步驟

    稱取絕干堿木素200g 加入1000mL 三口燒瓶中，再加入蒸餾水300g ，攪拌30 min 后調(diào)整溶液的pH 值，加入定量氧化劑和催化劑反應(yīng)1 h。繼續(xù)攪拌逐漸升溫至70 ℃，然后加甲醛溶液，恒溫反應(yīng)。繼續(xù)升溫至90 ℃，緩慢加入定量無水亞硫酸鈉，然后恒溫反應(yīng)一定時間，冷卻至常溫出料，液體經(jīng)高速離心分離除去不溶于水的無機鹽，得到氧化磺化產(chǎn)品。

1.3 　測試方法

    紅外吸收光譜( FT2IR) ： Auto system XL/ I2series/ Spectrum 2000 PE公司傅里葉變換全反射紅外光譜儀，采用溴化鉀壓片法測試。測定范圍： 500～4000 cm- 1 ?；腔葴y試： 利用DDB2308A 型電導(dǎo)率儀(上海雷磁儀器廠) 測試溶液電導(dǎo)的變化。水泥砂漿和混凝土性能的測定均按國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ 204 —83 及其他有關(guān)規(guī)定進行檢測。

2 　結(jié)果與討論

    影響堿木素氧化磺化改性的主要因素有：過氧化氫、硫酸亞鐵、甲醛及亞硫酸鈉的用量。綜合各種因素確定堿木素氧化磺化的優(yōu)化工藝參數(shù)：每千克堿木素需要H₂O₂ 用量為4.41 mol ，F(xiàn)e₂SO₄ 用量為0.03 mol ，HCHO 用量為6.66 mol ,Na₂SO₃ 用量為0.79 mol 。

2.1 　堿木素與氧化磺化產(chǎn)物的紅外光譜表征

    木素的分子結(jié)構(gòu)單元是對羥基苯丙烷，同時在苯環(huán)上具有甲氧基存在，形成了3 種基本構(gòu)型即愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對羥苯基結(jié)構(gòu)。堿木素被氧化磺化改性以后分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列變化。圖1 是氧化磺化產(chǎn)品的紅外光譜圖，其中3411 cm- 1為羥基的強伸縮振動峰；2937 cm- 1處有甲基、亞甲基伸縮振動的小峰；1597 cm- 1 、1502 cm- 1 、1460 cm- 1處有不飽和雙鍵的伸縮振動吸收，為芳香環(huán)的特征峰；1423 cm- 1處為甲氧基特征峰；1120 cm- 1為紫丁香基的特征吸收峰；1042 cm- 1為磺酸基的伸縮振動峰[2 ] ，堿木素氧化磺化前沒有此吸收峰。

2.2 　氧化磺化堿木素磺化度的測試

    在室溫下首先將定量的液體樣品通過陰離子交換樹脂柱，然后再通過陽離子交換樹脂柱，用NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定后用電導(dǎo)率儀測定滴定過程中溶液電導(dǎo)率的變化，測得氧化磺化堿木素和木素磺酸鈣的磺化度分別為0.92mmol/ g 和1.80 mmol/ g。氧化磺化堿木素比木素磺酸鈣的磺化度低。這是由于不同來源的木素結(jié)構(gòu)以及磺化工藝不同等因素造成的。

2.3 　氧化磺化堿木素對混凝土減水增強性能的影響

    混凝土減水劑的性能主要由減水率和抗壓強度體現(xiàn)，它們是減水劑性能優(yōu)劣的重要評價指標(biāo)。本文主要考察氧化磺化堿木素對水泥凈漿流動度、砂漿性能及混凝土性能(混凝土減水率和抗壓強度) 的影響(表1～表3) 。

    表1 是水灰比為0.4 時，減水劑在不同摻量下的凈漿流動度。當(dāng)減水劑摻量增加時，氧化磺化堿木素的凈漿流動度隨之增加，與木素磺酸鈣的變化趨勢相同，但比木素磺酸鈣的值略低。

    表2 是不同減水劑摻量下砂漿的抗壓強度。在摻量為0.1 %和0.3 %時，氧化磺化堿木素各齡期的砂漿抗壓強度均好于木素磺酸鈣；摻量為0.3 %時，氧化磺化產(chǎn)物28 天的抗壓強度比空白高出17 %～24 %。

    從表3 看到，當(dāng)堿水劑摻量為0.3 %時，各齡期氧化磺化堿木素對混凝土的減水率及抗壓強度均好于木素磺酸鈣。

3 　結(jié)　論

3.1 　以Fenton 試劑為氧化劑、少量的甲醛和亞硫酸鈉為磺化劑，制備了氧化磺化堿木素。通過紅外光譜可以看到，氧化磺化堿木素具有磺酸基的特征吸收峰，利用電導(dǎo)滴定法測得磺化度為0.92 mmol/ g。

3.2 　通過對氧化磺化堿木素的減水性能測試可知，混凝土減水率達到13.6 % ，混凝土前期抗壓強度比空白高出2.8MPa ，好于木素磺酸鈣；從其對砂漿性能的影響可知，當(dāng)其摻量為0.3 %時，28 天的抗壓強度比空白高出17 %～24 % ，比木素磺酸鈣好；但其對水泥凈漿性能的影響與木素磺酸鈣接近。

參考文獻

[1 ] 　林喬元1 我國造紙工業(yè)堿法制漿水污染的防治[J ]1 中國造紙，2003 ,22 (9) ：62

[2 ] 　Mark J Lawther ，Sun R C ,Banks W B1 Rapid isolation and structural characterization of alkali - soluble lignins during alkaline treatment and at2 mospheric refining of wheat straw [ J ] 1 Industrial Crops and Products ，