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發布時間:2021-12-18 17:57:09 人氣:6090 來源:
分散劑在耐火澆注料當中有著較為廣泛的應用。通常,耐火澆注料的施工模式有振動成型和噴補成型兩種方式。通過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間和工人的勞動強度。而在相應體系的耐火澆注料當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用初是借鑒混凝土領域的經驗,在20世紀五十年代,真空分散機木質素磺酸鹽和聚磷酸鈉減水劑開始在振動施工的耐火澆注料中使用,減水效果為10%~15%。從20世紀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用在自流澆注料當中,其減水率可達20%-25%。真空分散機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空間位阻效應能夠使減水率達到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CMA水泥水合物形態和澆注料性能的影響。他發現分散劑在水泥結合的澆注料當中,不僅僅能夠分散水泥顆粒,而且還能夠影響水泥水化產物的形貌,進而影響澆注料的力學性能。
Lopes等人使用多磷酸鈉、檸檬酸作為分散劑,制了自流磷酸結合澆注料,他認為多磷酸鈉中磷酸鹽小分子長鏈的水解作用,可以加速和提高澆注料的自流值。Badiee和Otroj等人通過在澆注料當中控制硅溶膠的含量來嘗試改善它的流變性能,結果顯示添加9%-11%質量分數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))對鋁-硅溶膠體系澆注料流變性能的影響,他發現這四種分散劑都能夠降低體系的粘度;而通過震蕩測試發現,只有FS10能夠降低體系的儲能模量和損耗模量,從而提高試樣的施工性能。Zhu等人認為,溶膠結合澆注料也可以不必使用分散劑,在pH=10左右,硅溶膠可以充當分散劑,通過靜電作用分散氧化鋁顆粒從而形成一個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準可以分為陰離子分散劑、陽離子分散劑、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電荷來提供靜電作用。離解之后的離子團吸附在帶電粒子表面,改變其原有的雙電子層結構,提高膠粒的zeta電位值,后使溶液的穩定性提高。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是一種無機陰離子型分散劑,密度為0.3-0.9g/cm3,化學式為Na5P3O10,兩端以Na2PO4終止,整個分散劑的結構呈線性。其溶解度較大,水溶液的pH值介于8-10之間,且極易水解,水解產物分別為焦磷酸鈉、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉和磷酸鈉,化學結構式如下:
CA是一種三羧酸類化合物,化學式為H3C6H5O7,有三個H+可以電離,含有一分子結晶水。檸檬酸酸性比較強,其化學結構式如下:
聚羧酸鹽是人們通過分子設計,人為形成的一種具有“梳型”結構的分散劑。在聚羧酸鹽的主鏈上既有很多具有一定長度和剛性的支鏈,還有著一些能使顆粒帶電的磺酸鹽基團。真空分散機其主要是通過使顆粒之間產生位阻效應來使澆注料達到分散效果的。采用聚羧酸鹽充當分散劑的優點為減水效果明顯,且減水時效性較強,聚羧酸鹽的化學結構式如下:
FDN的純品為一種白色粉末,它是通過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,化學結構式如下:
與陰離子型分散劑相反。陽離子型分散劑在水中離解之后,可以產生活性較強的帶正電荷基團。兩性分散劑中所帶有的兩個基團都為親水基團,它們分別一個帶正電荷(氨基),一個帶負電荷(羧基或者磺酸基),因為不同的基團在不同的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。非離子型分散劑在水溶液中不發生離解,親水基團主要為聚乙二醇基,活性劑的極性由親水基團的數目控制。
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行固液吸附的結果。
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構,在顆粒表面形成具有特征結構的吸附層,以改變固體表面的性質。分散劑在顆粒表面的吸附性有三個影響因素,個是顆粒表面的特性,例如帶電性、極性或者非極性;更二個是分散劑的分子結構,例如分散劑的碳氫鏈長度,一般而言,碳氫鏈越長,越容易吸附;更三個影響因素是分散劑的類型,表面帶負電荷的顆粒比較容易吸附陽離子型分散劑。另外,溶液的性質,例如pH值、溫度、電解質含量對分散劑的吸附特性也會產生一定的影響。
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