微波-H2O2耦合活化草浆碱木素减水剂合成与性能研究

论文摘要

本文从减水机理、减水剂结构与性能的关系出发,采用微波-H2O2耦合活化技术对草浆碱木素的分子结构进行化学修饰,然后分别用草浆碱木素和改性草浆碱木素合成两个系列7个品种的减水剂。第一系列是以草浆碱木素为原料,改性合成3种草浆碱木素系减水剂;第二个系列是利用草浆碱木素和萘为原料合成4个品种的草浆碱木素-萘系减水剂。重点研究了产品合成工艺条件;研究了产品结构与性能的关系,初步探讨了减水机理;并从中筛选出2个减水率高、具有潜在工业化价值的的品种Ⅰ-1和Ⅱ-2,优化了其工艺条件。首先利用微波-H2O2耦合活化技术对草浆碱木素进行预处理,然后磺化合成一种高磺化度、高减水率的磺化草浆碱木素减水剂Ⅰ-1,从傅立叶红外光谱图可以看出微波-H2O2耦合活化技术确实使碱木素分子结构发生了变化;从磺化度来看,产品Ⅰ-1比未经过耦合技术预处理的减水剂具有更高的磺化度;同时水泥净浆流动度也增加了8.63%,减水率也增加了8.24%。将产品Ⅱ-2与产品Ⅱ-1,以及产品Ⅱ-3与产品Ⅱ-4的分别比较可以看出,经过耦合技术预处理的草浆碱木素为原料合成的产品比没有处理过的草浆碱木素为原料制成的产品减水性能都要好,产品Ⅱ-2的水泥净浆流动度达到了264mm,比纯萘系减水剂的245mm显然有所提高,减水率方面增加了近6%。由此可见微波-H2O2耦合活化技术预处理在过程中所起的作用。产品Ⅱ-2是一种新型的减水剂,具有减水效率高,生产成本低的优点;以廉价草浆碱木素为原料,既为环境减轻了污染,又为工业化生产增添了新原料,实现了资源综合利用;合成原料成本降低了20%左右。产品Ⅱ-3与产品Ⅱ-4两种物理复配的产物,具有一定的减水性能,并且值得一提的是它们的残留甲醛含量较低,有其自身的优点。本论文以结构与性能的关系理论为基础,指导减水剂的合成,具有重要的理论意义;合成出高性能的减水剂,具有潜在的经济价值和社会效益;本文采用微波H2O2耦合活化新技术对草浆碱木素进行预处理,对今后活化方面的研究具有一定理论和实际意义;为草浆碱木素的资源综合利用、科学发展开辟了新途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 混凝土及混凝土外加剂
• 1.2 减水剂在混凝土中的重要作用
• 1.3 减水剂的分类
• 1.4 减水剂的研究进展
• 1.4.1 国外
• 1.4.2 国内
• 1.4.3 减水剂的发展趋势
• 1.5 木质素系减水剂
• 1.5.1 木质素的来源与种类
• 1.5.2 工业木素的利用
• 1.5.3 木质素的结构及化学性质
• 1.5.4 木质素系减水剂的研究进展
• 1.6 减水机理
• 1.6.1 降低水泥颗粒固液界面能
• 1.6.2 静电斥力作用
• 1.6.3 空间位阻作用
• 1.6.4 水化膜润滑作用
• 1.6.5 引气隔离/滚珠作用
• 1.7 减水剂结构与性能的关系
• 1.7.1 极性基结构与其性能关系
• 1.7.2 非极性基结构与性能的关系
• 1.8 本论文的研究内容及意义
• 1.9 本论文的创新点
• 2 磺化草浆碱木素减水剂的合成与性能
• 2.1 引言
• 2.1.1 超声波活化
• 2.1.2 微波活化
• 2.1.3 氧化反应
• 2.1.4 磺化反应
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 技术路线
• 2.2.3 工艺流程
• 2.2.4 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 正交实验设计及结果
• 2.3.2 正交实验结果分析
• 2.3.3 最佳工艺条件的确定
• 2.3.4 磺化度的比较
• 2.3.5 产品物理指标
• 2.3.6 产物红外谱图
• 2.4 本章小结
• 3 接枝型磺化草浆碱木素减水剂的合成与性能
• 3.1 引言
• 3.1.1 自由基引发聚合
• 3.1.2 酶催化聚合
• 3.1.3 辐射引发聚合
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 技术路线
• 3.2.3 工艺流程
• 3.2.4 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 正交实验设计
• 3.3.2 正交实验结果及分析
• 3.3.3 水泥净浆流动度的测定
• 3.3.4 产品物理指标
• 3.3.5 产物红外谱图
• 3.4 本章小结
• 4 缩合型磺化草浆碱木素减水剂的合成与性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 技术路线
• 4.2.3 工艺流程
• 4.2.4 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 正交实验设计及结果
• 4.3.2 正交实验结果分析
• 4.3.3 产品物理指标
• 4.3.4 产物红外谱图
• 4.4 本章小结
• 5 草浆碱木素-萘新型减水剂的合成与性能
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 技术路线
• 5.2.3 工艺流程
• 5.2.4 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 工艺优化
• 5.3.2 产物性能比较
• 5.3.3 产品物理指标
• 5.3.4 产物红外谱图
• 5.4 本章小结
• 6 草浆碱木素与萘系减水剂物理复配物的合成与性能
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 工艺流程
• 6.2.2 实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 物理复配以及性能的比较
• 6.3.2 残留甲醛含量的测定结果与分析
• 6.3.3 表面张力的测定结果
• 6.3.4 产品红外谱图
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢