I lignosolfonati sono utilizzati come additivi per il calcestruzzo da quasi un secolo come fluidificanti e riduttori d'acqua. Il loro utilizzo nel calcestruzzo ha effetti positivi come il ritardo della presa e la riduzione dell'acqua necessaria.

I lignosolfonati, processo di produzione e parametri chiave delle loro prestazioni

I lignosolfonati come additivi per il calcestruzzo:

I lignosolfonati sono utilizzati come fluidificanti e riduttori d'acqua nel calcestruzzo da quasi un secolo. Il loro utilizzo nel calcestruzzo ha effetti positivi come il ritardo della presa e la riduzione dell'acqua necessaria. Inoltre, l'uso di questa sostanza aumenta l'efficienza del calcestruzzo e aumenta la permeabilità dell'aria. Poiché questa sostanza è un sottoprodotto delle industrie del legno e della carta, ha un prezzo basso e conveniente rispetto ad altri additivi per calcestruzzo e nonostante le limitate prestazioni negli additivi per calcestruzzo, è riuscita a ottenere una considerevole quota di consumo nell'industria chimica edilizia.

Processo di produzione:

Il materiale principale per la produzione di lignosolfonati è la lignina. La lignina costituisce circa il 20-30% del legno dopo la cellulosa ed è effettivamente la seconda molecola organica più abbondante sulla terra. Nella produzione di cellulosa nelle cartiere, la lignina viene separata. Poiché la lignina non si scioglie in acqua e il processo di separazione non è possibile solo con acqua, vengono utilizzati metodi speciali. Uno dei metodi di separazione più comuni è il metodo di cottura al solfato. Nel processo di cottura al solfato, che coinvolge sali solfati (-SO۳۲) e/o bisolfati (-HSO۳) (di solito sodio, magnesio, ammonio o calcio) e una temperatura di 140-170 gradi Celsius, i legami interni della lignina e i suoi legami con i polisaccaridi vengono spezzati, il peso molecolare diminuisce e contemporaneamente viene solfonato. Il prodotto separato (chiamato in inglese Black Liquor) che è in fase liquida contiene lignosolfonati, sali, zuccheri e loro derivati. Successivamente, anche questa sostanza viene purificata e si ottiene il prodotto finale dei lignosolfonati. Il peso molecolare dei lignosolfonati varia da 103 a 106 grammi per molecola, a seconda della fonte (legno tenero o legno duro), del processo di produzione e del grado di solfonazione, esistono diversi tipi. È importante notare che il Black Liquor viene principalmente utilizzato per la produzione di energia e solo una piccola parte viene utilizzata per la produzione di lignosolfonati.

Parametri chiave nel comportamento e nelle prestazioni dei lignosolfonati:

Nell'utilizzo dei lignosolfonati come additivi per il calcestruzzo, diversi parametri influenzano il comportamento. Tra questi, due fattori giocano un ruolo significativo e chiave.

1- Grado e tipo di sali di solfonazione

2- Purificazione e separazione degli zuccheri

Grado e tipo di sali di solfonazione:

L'aumento del grado di solfonazione, che comporta una diminuzione del peso molecolare, migliora la solubilità del prodotto finale in acqua. Inoltre, come accennato, questa sostanza viene prodotta durante il processo di solfonazione con diversi tipi di sali, di solito tre tipi di lignosolfonati al calcio, sodio e magnesio vengono utilizzati negli additivi per calcestruzzo. Il tipo sodico ha un maggiore grado di ionizzazione rispetto agli altri due tipi, ha una maggiore solubilità anche a basse temperature (sotto i 10 gradi Celsius) e nella formulazione con altri polimeri come i polinaftalensolfonati, il tipo sodico è preferito per la minore formazione di depositi. Al contrario, test con pesi molecolari diversi mostrano che maggiore è il peso molecolare, migliori sono gli effetti in termini di fluidità e efficienza nel calcestruzzo e aumenta anche la permeabilità dell'aria nel calcestruzzo. Inoltre, il tipo sodico ha un prezzo maggiore rispetto agli altri due tipi, il che ha un impatto significativo sui costi finali. Per questo motivo, il grado e il tipo di sali di solfonazione e in generale il processo di solfonazione hanno un'enorme influenza sull'ottimizzazione del prodotto finale.

Purificazione e separazione degli zuccheri:

Un altro parametro molto importante nei lignosolfonati è la purificazione e la separazione degli zuccheri. Gli zuccheri possono causare ritardi e indesiderati nella presa del calcestruzzo. D'altra parte, questo ritardo può essere utile soprattutto in condizioni meteorologiche fredde. Per questo motivo, il processo di purificazione è molto influente e la separazione degli zuccheri in modo appropriato migliora il prodotto finale, anche se questo ritardo non è solo dovuto allo zucchero e i lignosolfonati stessi hanno questa proprietà nel calcestruzzo. Tra i vari metodi di purificazione ci sono la sedimentazione, l'ultrafiltrazione e...

In generale, i lignosolfonati sono più economici rispetto ad altre materie prime come i polinaftalensolfonati, i policarbossilati e... e sebbene non siano ampiamente utilizzati in progetti di calcestruzzo speciali, hanno un alto consumo negli additivi per calcestruzzo. Ogni anno vengono prodotte circa 1,8 milioni di tonnellate di lignosolfonati e secondo studi approfonditi il loro consumo è principalmente negli additivi per calcestruzzo.

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