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

Lignosulfonati, processo di produzione e parametri importanti nel loro funzionamento

I lignosulfonati negli additivi per calcestruzzo:

I lignosulfonati sono utilizzati come additivi e riduttori d'acqua nel calcestruzzo da quasi un secolo. Il loro utilizzo nel calcestruzzo ha effetti positivi come il ritardo nel tempo di presa e la riduzione dell'acqua necessaria. Inoltre, l'uso di questo materiale aumenta l'efficienza del calcestruzzo e aumenta anche la permeabilità dell'aria. Poiché questo materiale è un sottoprodotto dell'industria del legno e della carta, ha un prezzo basso e conveniente rispetto ad altri additivi per calcestruzzo e, nonostante l'efficacia limitata, è riuscito a conquistare una quota significativa nel settore chimico delle costruzioni.

Processo di produzione:

Il materiale principale per la produzione dei lignosulfonati è la lignina. La lignina costituisce circa il ۲۰-۳۰٪ del legno dopo la cellulosa ed è, in termini di abbondanza, la seconda molecola organica presente sulla terra. Nel processo di produzione della cellulosa negli impianti di produzione della carta, la lignina viene separata. Poiché la lignina non si dissolve in acqua e il processo di separazione non è possibile solo con acqua, vengono utilizzati metodi specifici. Uno dei metodi di separazione più comuni è il processo di cottura sulfitica. Nel processo di cottura sulfitica, che include sali sulfitici (-SO۳۲) o bisolfiti (-HSO۳) (solitamente sodio, magnesio, ammonio o calcio) e temperature di ۱۴۰-۱۷۰ gradi Celsius, i legami interni della lignina e i suoi legami con i polisaccaridi vengono rotti, il peso molecolare diminuisce e contemporaneamente avviene la solfonazione. Il prodotto separato (nome inglese: Black Liquor), che è in fase liquida, include lignosulfonati, sali, zuccheri e i loro derivati. Successivamente, questo materiale viene nuovamente purificato e si ottiene il prodotto finale dei lignosulfonati. Il peso molecolare dei lignosulfonati varia da ۱۰۳ a ۱۰۶ grammi per mole, a seconda della fonte (legno tenero o legno duro), del processo di produzione e del grado di solfonazione. È importante notare che il Black Liquor è principalmente utilizzato per la produzione di energia e solo una piccola parte di esso è utilizzata per la produzione di lignosulfonati.

Parametri importanti nel comportamento e nelle prestazioni dei lignosulfonati:

Nel meccanismo dei lignosulfonati negli additivi per calcestruzzo, ci sono diversi parametri che influenzano. Tra questi, due fattori giocano un ruolo chiave e significativo.

۱- Grado e tipo di sale di solfonazione

۲- Purificazione e separazione degli zuccheri

Grado e tipo di sale di solfonazione:

Aumentare il grado di solfonazione, che è accompagnato da una diminuzione del peso molecolare, migliora la solubilità del prodotto finale in acqua. Inoltre, come accennato, questo materiale viene prodotto nel processo di solfonazione con diversi sali, di cui solitamente tre tipi di lignosulfonato (calcio, sodio e magnesio) vengono utilizzati negli additivi per calcestruzzo. Il tipo sodico ha un grado di ionizzazione più elevato rispetto agli altri due tipi, una maggiore solubilità anche a basse temperature (sotto ۱۰ gradi Celsius) e nella formulazione con altri polimeri, come i polinftalinsolfonati, il tipo sodico è preferito a causa della sua bassa tendenza a sedimentare. Al contrario, esperimenti con pesi molecolari diversi mostrano che maggiore è il peso molecolare, migliori sono gli effetti in termini di fluidificazione e prestazioni nel calcestruzzo, aumentando anche la permeabilità dell'aria nel calcestruzzo. Inoltre, il prezzo del tipo sodico è più alto rispetto agli altri due tipi, il che ha un impatto significativo sui costi finali. Pertanto, il grado e il tipo di sale di solfonazione e, in generale, il processo di solfonazione sono molto influenti nell'ottimizzazione del prodotto finale.

Purificazione e separazione degli zuccheri:

Un altro parametro molto importante nei lignosulfonati è la purificazione e la separazione degli zuccheri. Gli zuccheri possono causare un ritardo eccessivo e indesiderato nel tempo di presa del calcestruzzo. D'altra parte, questo ritardo può essere utile, soprattutto in climi freddi. Pertanto, il processo di purificazione è molto influente e la separazione degli zuccheri in quantità adeguate migliora il prodotto finale, anche se questo ritardo non è solo legato agli zuccheri, ma anche i lignosulfonati stessi possono avere questa proprietà nel calcestruzzo. Tra i vari metodi di purificazione, si possono citare la sedimentazione, l'ultrafiltrazione e altri.

In generale, i lignosulfonati sono più economici rispetto ad altre materie prime come i polinftalinsolfonati, i policarbossilati e altri, e sebbene non vengano utilizzati molto nella progettazione di calcestruzzi speciali, hanno un alto consumo negli additivi per calcestruzzo. Ogni anno vengono prodotti quasi ۱.۸ milioni di tonnellate di lignosulfonati e secondo studi, il loro principale utilizzo è negli additivi per calcestruzzo.

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