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發(fā)布時(shí)間:2021-12-18 17:57:09 人氣:6103 來(lái)源:
分散劑在耐火澆注料當(dāng)中有著較為廣泛的應(yīng)用。通常,耐火澆注料的施工模式有振動(dòng)成型和噴補(bǔ)成型兩種方式。通過(guò)提高耐火澆注料的流變性能,能夠減少耐火澆注料的施工時(shí)間和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而在相應(yīng)體系的耐火澆注料當(dāng)中選擇合適的分散劑是提高澆注料流變性能,降低澆注料需水量直接有效的方式。
分散劑在耐火澆注料中的應(yīng)用初是借鑒混凝土領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),在20世紀(jì)五十年代,真空分散機(jī)木質(zhì)素磺酸鹽和聚磷酸鈉減水劑開始在振動(dòng)施工的耐火澆注料中使用,減水效果為10%~15%。從20世紀(jì)60年代~80年代,聚磺酸鹽類化合物開始作為更二代減水劑應(yīng)用在自流澆注料當(dāng)中,其減水率可達(dá)20%-25%。真空分散機(jī)更三代減水劑主要是聚羧酸鹽系化合物,它吸附在顆粒表面之后通過(guò)空間位阻效應(yīng)能夠使減水率達(dá)到20%-30%。Wang等研究了萘系磺酸鹽、三聚磷酸鈉、丙烯酸聚合物這三種分散劑對(duì)CMA水泥水合物形態(tài)和澆注料性能的影響。他發(fā)現(xiàn)分散劑在水泥結(jié)合的澆注料當(dāng)中,不僅僅能夠分散水泥顆粒,而且還能夠影響水泥水化產(chǎn)物的形貌,進(jìn)而影響澆注料的力學(xué)性能。
Lopes等人使用多磷酸鈉、檸檬酸作為分散劑,制了自流磷酸結(jié)合澆注料,他認(rèn)為多磷酸鈉中磷酸鹽小分子長(zhǎng)鏈的水解作用,可以加速和提高澆注料的自流值。Badiee和Otroj等人通過(guò)在澆注料當(dāng)中控制硅溶膠的含量來(lái)嘗試改善它的流變性能,結(jié)果顯示添加9%-11%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅溶膠能夠顯著提升澆注料80-110%的自流值。Anjos等研究了不同分散劑(聚乙二醇基聚合物、檸檬酸(CA)和三聚磷酸鈉(STPP))對(duì)鋁-硅溶膠體系澆注料流變性能的影響,他發(fā)現(xiàn)這四種分散劑都能夠降低體系的粘度;而通過(guò)震蕩測(cè)試發(fā)現(xiàn),只有FS10能夠降低體系的儲(chǔ)能模量和損耗模量,從而提高試樣的施工性能。Zhu等人認(rèn)為,溶膠結(jié)合澆注料也可以不必使用分散劑,在pH=10左右,硅溶膠可以充當(dāng)分散劑,通過(guò)靜電作用分散氧化鋁顆粒從而形成一個(gè)典型的牛頓流體行為。
分散劑的分類方式繁多,其中,以親水基的類型為標(biāo)準(zhǔn)可以分為陰離子分散劑、陽(yáng)離子分散劑、兩性離子型分散劑、非離子型分散劑、混合型分散劑五種。
陰離子型分散劑主要是靠其本身所攜帶的負(fù)電荷來(lái)提供靜電作用。離解之后的離子團(tuán)吸附在帶電粒子表面,改變其原有的雙電子層結(jié)構(gòu),提高膠粒的zeta電位值,后使溶液的穩(wěn)定性提高。例如三聚磷酸鈉(sodiumtripolyphosphate,STPP)、檸檬酸(citricacid,CA)、羧酸鹽類和萘磺酸鈉甲醛縮合物(FDN)。
STPP是一種無(wú)機(jī)陰離子型分散劑,密度為0.3-0.9g/cm3,化學(xué)式為Na5P3O10,兩端以Na2PO4終止,整個(gè)分散劑的結(jié)構(gòu)呈線性。其溶解度較大,水溶液的pH值介于8-10之間,且極易水解,水解產(chǎn)物分別為焦磷酸鈉、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉和磷酸鈉,化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
CA是一種三羧酸類化合物,化學(xué)式為H3C6H5O7,有三個(gè)H+可以電離,含有一分子結(jié)晶水。檸檬酸酸性比較強(qiáng),其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
聚羧酸鹽是人們通過(guò)分子設(shè)計(jì),人為形成的一種具有“梳型”結(jié)構(gòu)的分散劑。在聚羧酸鹽的主鏈上既有很多具有一定長(zhǎng)度和剛性的支鏈,還有著一些能使顆粒帶電的磺酸鹽基團(tuán)。真空分散機(jī)其主要是通過(guò)使顆粒之間產(chǎn)生位阻效應(yīng)來(lái)使?jié)沧⒘线_(dá)到分散效果的。采用聚羧酸鹽充當(dāng)分散劑的優(yōu)點(diǎn)為減水效果明顯,且減水時(shí)效性較強(qiáng),聚羧酸鹽的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
FDN的純品為一種白色粉末,它是通過(guò)萘的磺化和氫氧化鈉的中合鹽析得到。分子式為C10H7SO3Na,分子量為230.22,化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
與陰離子型分散劑相反。陽(yáng)離子型分散劑在水中離解之后,可以產(chǎn)生活性較強(qiáng)的帶正電荷基團(tuán)。兩性分散劑中所帶有的兩個(gè)基團(tuán)都為親水基團(tuán),它們分別一個(gè)帶正電荷(氨基),一個(gè)帶負(fù)電荷(羧基或者磺酸基),因?yàn)椴煌幕鶊F(tuán)在不同的pH值下以不同的離子形式存在,因而此類活性劑存在著等電點(diǎn)。非離子型分散劑在水溶液中不發(fā)生離解,親水基團(tuán)主要為聚乙二醇基,活性劑的極性由親水基團(tuán)的數(shù)目控制。
分散劑的吸附作用一般可分為兩種情況,一類是在溶液界面的吸附,另一類則是在固液界面的吸附,而分散劑在澆注料中的分散作用主要是分散劑在顆粒表面進(jìn)行固液吸附的結(jié)果。
分散劑在固-液界面上吸附主要是利用分散劑分子固有的雙親結(jié)構(gòu),在顆粒表面形成具有特征結(jié)構(gòu)的吸附層,以改變固體表面的性質(zhì)。分散劑在顆粒表面的吸附性有三個(gè)影響因素,個(gè)是顆粒表面的特性,例如帶電性、極性或者非極性;更二個(gè)是分散劑的分子結(jié)構(gòu),例如分散劑的碳?xì)滏滈L(zhǎng)度,一般而言,碳?xì)滏溤介L(zhǎng),越容易吸附;更三個(gè)影響因素是分散劑的類型,表面帶負(fù)電荷的顆粒比較容易吸附陽(yáng)離子型分散劑。另外,溶液的性質(zhì),例如pH值、溫度、電解質(zhì)含量對(duì)分散劑的吸附特性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。
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