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(qiáng)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(qiáng)對堿木素的開發(fā)和利用顯得極為重要[1 ] 。對其進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(jī)物和無機(jī)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(jī)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)性能的影響
混凝土減水劑的性能主要由減水率和抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(dá)到13.6 % ，混凝土前期抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(xiàn)
[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
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