Los lignosulfonatos se han utilizado como plastificantes y reductores de agua en el concreto durante casi un siglo. Su uso en el concreto tiene efectos positivos como retrasar el fraguado y reducir la cantidad de agua necesaria.

Lignosulfonatos, proceso de producción y parámetros importantes en su rendimiento

Lignosulfonatos en aditivos de concreto:

Los lignosulfonatos se han utilizado como plastificantes y reductores de agua en el concreto durante casi un siglo. Su uso en el concreto tiene efectos positivos como retrasar el fraguado y reducir la cantidad de agua necesaria. Además, su uso aumenta la eficiencia del concreto y la permeabilidad al aire. Dado que este material es un subproducto de las industrias de la madera y papel, tiene un precio bajo y competitivo en comparación con otros aditivos de concreto, y a pesar de su eficacia limitada en los aditivos de concreto, ha logrado atraer una cantidad considerable de consumo en la industria química de la construcción.

Proceso de producción:

El material principal para la producción de lignosulfonatos es la lignina. La lignina constituye aproximadamente el 20-30% de la madera después de la celulosa y, de hecho, es la segunda molécula orgánica más abundante en la tierra. En el proceso de producción de celulosa en las fábricas de papel, se separa la lignina. Dado que la lignina no se disuelve en agua y el proceso de separación no es posible solo con agua, se utilizan métodos especiales. Uno de los métodos de separación más comunes es el método de cocción con sulfito. En el proceso de cocción con sulfito, que incluye sales de sulfito (-SO۳۲) y/o bisulfito (-HSO۳) (generalmente sodio, magnesio, amonio o calcio) y una temperatura de 140-170 grados centígrados, los enlaces internos de la lignina y sus enlaces con polisacáridos se rompen, su peso molecular disminuye y al mismo tiempo se sulfatan. El producto separado (llamado licor negro en inglés) que está en fase líquida incluye lignosulfonatos, sales, azúcares y sus derivados. Luego, este material también se purifica y se produce el producto final de lignosulfonatos. El peso molecular de los lignosulfonatos varía de 103 a 106 gramos por mol, y dependiendo de la fuente (madera blanda o dura), el proceso de producción y el grado de sulfonación, existen diferentes tipos. Es importante mencionar que el licor negro se utiliza principalmente para la producción de energía y solo una pequeña parte se utiliza para la producción de lignosulfonatos.

Parámetros importantes en el comportamiento y rendimiento de los lignosulfonatos:

En el funcionamiento de los lignosulfonatos en los aditivos de concreto, varios parámetros tienen un impacto significativo. Entre ellos, dos factores desempeñan un papel destacado y clave.

1- Grado y tipo de sal de sulfonación

2- Purificación y separación de azúcares

Grado y tipo de sal de sulfonación:

El aumento en el grado de sulfonación, que va acompañado de una disminución en el peso molecular, mejora la solubilidad del producto final en agua. Además, como se mencionó, este material se produce en el proceso de sulfonación con diferentes sales, generalmente se utilizan tres tipos de lignosulfonatos: calcio, sodio y magnesio en los aditivos de concreto. El tipo de sodio tiene un mayor grado de ionización en comparación con los otros dos tipos, tiene una mayor solubilidad incluso a bajas temperaturas (por debajo de 10 grados centígrados) y en formulaciones con otros polímeros como polinaftaleno sulfonatos, se prefiere el tipo de sodio debido a su menor tendencia a la precipitación y sedimentación. Por otro lado, los experimentos con diferentes pesos moleculares muestran que cuanto mayor sea el peso molecular, mejores efectos tendrá en términos de plasticidad y eficiencia en el concreto, lo que también aumentará la permeabilidad al aire en el concreto. Además, el precio del tipo de sodio es mayor en comparación con los otros dos tipos, lo cual tiene un impacto significativo en los costos finales. Por esta razón, el grado y tipo de sal de sulfonación, o en general, el proceso de sulfonación, tiene un gran impacto en la optimización del producto final.

Purificación y separación de azúcares:

Otro parámetro muy importante en los lignosulfonatos es la purificación y separación de azúcares. Los azúcares pueden causar retrasos excesivos e indeseables en el fraguado del concreto. Por otro lado, este retraso puede ser útil, especialmente en climas fríos. Por esta razón, el proceso de purificación es muy efectivo y la separación adecuada de los azúcares mejora el producto final, aunque este retraso no se debe únicamente al azúcar y los lignosulfonatos en sí mismos también tienen esta propiedad en el concreto. Entre los métodos de purificación se pueden mencionar la sedimentación, ultrafiltración, etc.

En general, los lignosulfonatos son más económicos en comparación con otros materiales primarios como polinaftaleno sulfonatos, policarboxilatos, etc., y aunque no tienen mucho uso en diseños de concreto especiales, tienen un alto consumo en aditivos de concreto. Cada año se producen cerca de 1.8 millones de toneladas de lignosulfonatos y, según estudios importantes, su consumo se encuentra en los aditivos de concreto.

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