Смола древесная омыленная (СДО)

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Смола древесная омыленная (СДО) — это поверхностно-активное вещество, представляющее собой продукт частичного или полного омыления древесной смолы водными растворами щелочей (гидроксида натрия, калия или аммония). Относится к классу анионоактивных ПАВ и применяется в строительстве в качестве воздухововлекающей и пластифицирующей добавки для бетонов и строительных растворов, а также в других отраслях промышленности[1].

Введение СДО в состав бетонной смеси позволяет целенаправленно регулировать её реологические свойства, повышать морозостойкость, водонепроницаемость и прочность затвердевшего бетона, а также снижать расход цемента при сохранении заданной удобоукладываемости[2].

История и происхождение

Смола древесная омыленная является одним из старейших промышленных поверхностно-активных веществ, применяемых в строительной практике. Её производство исторически связано с развитием лесохимической промышленности и переработкой древесины.

Древесная смола, служащая сырьём для получения СДО, образуется при термической деструкции древесины (пиролизе, сухой перегонке) и представляет собой вязкую тёмно-коричневую жидкость со специфическим запахом. В её состав входят смоляные кислоты (абиетиновая, пимаровая, дегидроабиетиновая и др.), жирные кислоты, фенолы, спирты, альдегиды, кетоны и другие органические соединения[1].

Процесс омыления древесной смолы щелочами приводит к образованию солей смоляных и жирных кислот — мылоподобных веществ, обладающих выраженной поверхностной активностью. Эти вещества способны адсорбироваться на границе раздела фаз «вода — воздух», снижая поверхностное натяжение воды и способствуя образованию устойчивой пены.

Получение и производство

Сырьё

Основным сырьём для производства СДО служит древесная смола, получаемая различными методами термической переработки древесины:

  • Пиролизная жидкость — продукт быстрого или медленного пиролиза древесины хвойных и лиственных пород. Содержит до 30% фенольных соединений, смоляные и жирные кислоты, определяющие её поверхностно-активные свойства[2].
  • Сульфатное мыло — побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности, получаемый при сульфатной варке древесины.
  • Талловое масло — продукт переработки сульфатного мыла, содержащий смоляные и жирные кислоты.

Наиболее перспективным направлением является использование пиролизной жидкости из отходов деревообработки, что позволяет решать проблему утилизации крупнотоннажных отходов лесной промышленности и получать экологически чистые строительные материалы[1].

Технология омыления

Процесс получения СДО заключается в обработке древесной смолы водным раствором щёлочи при нагревании. Типичная технологическая схема включает следующие стадии:

1. Подготовка сырья: древесная смола фильтруется для удаления механических примесей и при необходимости разбавляется водой до заданной вязкости. 2. Приготовление щелочного раствора: готовится 10–30%-ный водный раствор гидроксида натрия (NaOH), калия (KOH) или аммония (NH₄OH). 3. Омыление: древесная смола смешивается с щелочным раствором при температуре 60–90 °C в течение 1–3 часов при непрерывном перемешивании. Происходит реакция нейтрализации смоляных и жирных кислот с образованием их натриевых, калиевых или аммонийных солей. 4. Отстаивание и фильтрация: полученная эмульсия отстаивается для удаления непрореагировавших компонентов и фильтруется. 5. Стандартизация: готовый продукт доводится до требуемых показателей по содержанию сухого вещества, плотности и поверхностной активности.

Оптимальное соотношение древесной смолы и щёлочи составляет примерно 2:1 по массе, что обеспечивает полноту протекания реакции омыления и стабильность готового продукта[1].

Химический состав и свойства

Химический состав

Смола древесная омыленная представляет собой сложную многокомпонентную систему, содержащую:

  • Соли смоляных кислот (резинаты): натриевые, калиевые или аммонийные соли абиетиновой, пимаровой, дегидроабиетиновой и других смоляных кислот. Составляют основную массу сухого вещества СДО (60–80%).
  • Соли жирных кислот (мыла): натриевые, калиевые или аммонийные соли олеиновой, линолевой, пальмитиновой и других жирных кислот (10–20%).
  • Неомыленные компоненты: свободные смоляные и жирные кислоты, фенолы, спирты, терпены и другие органические соединения (5–15%).
  • Минеральные примеси: непрореагировавшая щёлочь, карбонаты, хлориды и сульфаты щелочных металлов (до 5%).

Физико-химические свойства

СДО обладает следующими основными физико-химическими характеристиками:

  • Внешний вид: однородная жидкость от светло-коричневого до тёмно-коричневого цвета, допускается лёгкая опалесценция.
  • Плотность: 1,05–1,15 г/см³ при 20 °C.
  • Содержание сухого вещества: 30–50% по массе.
  • Водородный показатель (pH): 9–12 (щелочная среда).
  • Растворимость: полностью растворима в воде, образуя коллоидные растворы и мицеллы.
  • Поверхностная активность: способна снижать поверхностное натяжение воды с 72 до 30–40 мН/м.
  • Пенообразующая способность: высокая, образует устойчивую пену кратностью 5–10.
  • Эмульгирующая способность: способна стабилизировать эмульсии типа «масло в воде».

Механизм действия в бетонных смесях

При введении в бетонную смесь молекулы СДО адсорбируются на поверхности вновь образующихся пузырьков воздуха, формируя прочный адсорбционно-сольватный слой, который предотвращает их слияние (коалесценцию) и разрушение. В результате в объёме бетонной смеси формируется устойчивая дисперсная система из миллионов микроскопических воздушных пор диаметром от 10 до 300 мкм, равномерно распределённых по всему объёму[2].

Эти воздушные поры выполняют несколько важных функций:

  • Улучшение удобоукладываемости: воздушные пузырьки действуют как микроскопические «подшипники», снижая внутреннее трение между частицами заполнителя и увеличивая подвижность смеси без дополнительного введения воды.
  • Повышение морозостойкости: при замерзании свободной воды в капиллярах цементного камня воздушные поры служат «буферными резервуарами», компенсирующими гидравлическое и осмотическое давление расширяющегося льда и предотвращающими микротрещинообразование.
  • Снижение водопроницаемости: замкнутые воздушные поры прерывают непрерывную капиллярную сеть, делая путь для проникновения воды более извилистым и сложным.

Применение в строительстве

Добавка для бетонов и растворов

Смола древесная омыленная широко применяется в качестве воздухововлекающей и пластифицирующей добавки при производстве различных видов бетонов и строительных растворов:

  • Тяжёлые бетоны: введение СДО в количестве 0,01–0,05% от массы цемента позволяет увеличить содержание вовлечённого воздуха на 3–6%, повысить морозостойкость с F50 до F200–F300, снизить расход цемента на 8–12% при сохранении заданной прочности.
  • Лёгкие бетоны: СДО улучшает однородность структуры, снижает расслаиваемость и водоотделение бетонной смеси.
  • Строительные растворы: повышает пластичность, водоудерживающую способность и морозостойкость кладочных и штукатурных растворов.
  • Ячеистые бетоны: используется в качестве пенообразователя при производстве пенобетона и газобетона.

Оптимальная дозировка СДО зависит от минералогического состава цемента, тонкости его помола, содержания щелочей, водоцементного отношения и требуемых свойств бетонной смеси. Как правило, эффективная дозировка составляет 0,02–0,05% от массы цемента в пересчёте на сухое вещество[2].

Влияние на свойства бетона

Введение СДО в состав бетона оказывает комплексное влияние на его свойства:

Положительные эффекты:

Отрицательные эффекты:

  • Снижение прочности бетона на сжатие на 10–20% за счёт увеличения пористости (каждый 1% вовлечённого воздуха снижает прочность примерно на 4–6%).
  • Увеличение усадки и ползучести бетона.
  • Замедление сроков схватывания и твердения бетона (особенно в раннем возрасте).
  • Повышенная чувствительность к передозировке (избыток СДО приводит к чрезмерному воздухововлечению и резкому снижению прочности).

Для минимизации отрицательных эффектов СДО применяется в оптимальных дозировках, часто в сочетании с другими химическими добавками (ускорителями твердения, суперпластификаторами), что позволяет компенсировать снижение прочности и ускорить набор прочности в раннем возрасте.

Другие области применения

Помимо использования в качестве добавки для бетонов, СДО применяется в следующих областях:

  • Буровые растворы: в качестве эмульгатора, стабилизатора и понизителя вязкости при бурении нефтяных и газовых скважин.
  • Дорожное строительство: как добавка к асфальтобетонным смесям для улучшения их пластичности и адгезии к минеральным материалам.
  • Лакокрасочная промышленность: в качестве эмульгатора и диспергатора при производстве водно-дисперсионных красок.
  • Целлюлозно-бумажная промышленность: как проклеивающий агент и пеногаситель.
  • Сельское хозяйство: в качестве прилипателя и эмульгатора при производстве пестицидов и гербицидов.

Совместимость с другими добавками

Смола древесная омыленная совместима с большинством химических добавок для бетонов, однако при комплексном применении необходимо учитывать возможные синергетические и антагонистические эффекты:

При подборе составов бетонов с комплексным применением добавок необходимо проводить лабораторные испытания для определения оптимальных дозировок и оценки совместимости компонентов[2].

Нормативные документы

  • ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»
  • ГОСТ 30459-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Методы определения эффективности»
  • ASTM C260 (США) «Standard Specification for Air-Entraining Admixtures for Concrete»
  • EN 934-2 (Европа) «Admixtures for concrete, mortar and grout — Part 2: Concrete admixtures — Definitions, requirements, conformity, marking and labeling»

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • Доступность и низкая стоимость: СДО производится из возобновляемого сырья (древесных отходов) и является одним из самых дешёвых ПАВ для строительства.
  • Экологичность: производство СДО способствует утилизации крупнотоннажных отходов лесной промышленности и снижает нагрузку на окружающую среду.
  • Эффективность: даже в малых дозировках (0,02–0,05%) СДО обеспечивает значительное повышение морозостойкости и удобоукладываемости бетона.
  • Универсальность: может применяться в различных видах бетонов, растворов и других строительных смесей.
  • Совместимость: хорошо сочетается с большинством химических добавок и минеральных компонентов бетона.

Недостатки

  • Нестабильность состава: химический состав и свойства СДО могут варьироваться в зависимости от источника сырья и технологии производства, что требует тщательного входного контроля.
  • Снижение прочности: воздухововлекающее действие СДО приводит к снижению прочности бетона на сжатие на 10–20%.
  • Чувствительность к передозировке: превышение оптимальной дозировки приводит к чрезмерному воздухововлечению и резкому ухудшению свойств бетона.
  • Замедление твердения: СДО замедляет сроки схватывания и твердения бетона, особенно в раннем возрасте.
  • Ограниченный срок хранения: готовый продукт СДО может расслаиваться при длительном хранении, что требует периодического перемешивания.

См. также

Примечания

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Файзрахманова Г.М., Забелкин С.А., Грачев А.Н., Башкиров В.Н. Использование древесной пиролизной жидкости для получения химических продуктов // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – Т. 15, № 15. – С. 101-103.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Забелкин С.А., Файзрахманова Г.М., Герке Л.Н. и др. Синтез химических продуктов с использованием древесной пиролизной жидкости // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. – 2012. – № 7. – С. 131-135.


Литература

//

  • Файзрахманова Г.М., Забелкин С.А., Грачев А.Н., Башкиров В.Н. Использование древесной пиролизной жидкости для получения химических продуктов // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – Т. 15, № 15. – С. 101-103.
  • Забелкин С.А., Файзрахманова Г.М., Герке Л.Н. и др. Синтез химических продуктов с использованием древесной пиролизной жидкости // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. – 2012. – № 7. – С. 131-135.
  • Бутт Ю.М., Беркович Т.М., Ребиндер А.П. Вяжущие вещества с поверхностно-активными добавками. Промстройиздат, 1953. 247 с.
  • Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. Стройиздат, 1989. 188 с. ISBN 5-274-00566-7
  • Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф., Коллепарди М. Добавки в бетон. Справочное пособие. Стройиздат, 1988. 575 с. ISBN 5-274-00208-0
  • Карибаев К.К. Поверхностно-активные вещества в производстве вяжущих материалов. Наука, 1980. 336 с.
  • Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. Стройиздат, 1979. 126 с.

//