ประเภทและหน้าที่ของสารช่วยกระจายตัวสำหรับหล่อวัสดุทนไฟ

สารช่วยกระจายตัวใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุหล่อแบบทนไฟ โดยทั่วไป รูปแบบการก่อสร้างของวัสดุทนไฟที่หล่อได้ ได้แก่ การขึ้นรูปแบบสั่นสะเทือนและการขึ้นรูปด้วยปืน โดยการปรับปรุงคุณสมบัติรีโอโลจีของวัสดุหล่อแบบทนไฟ สามารถลดเวลาการก่อสร้างวัสดุหล่อแบบทนไฟและความเข้มแรงงานของพนักงานได้ วิธีที่ตรงและมีประสิทธิภาพที่สุดในการปรับปรุงคุณสมบัติการไหลของวัสดุหล่อและลดความต้องการน้ำของวัสดุหล่อคือการเลือกสารช่วยกระจายตัวที่เหมาะสมในวัสดุหล่อวัสดุทนไฟของระบบที่เกี่ยวข้อง
การใช้สารช่วยกระจายตัวในวัสดุหล่อแบบทนไฟนั้นเริ่มต้นจากประสบการณ์ในด้านคอนกรีต ในปี 1950 สารลดน้ำลิกโนซัลโฟเนตและโซเดียมโพลีฟอสเฟตเริ่มถูกนำมาใช้ในวัสดุหล่อทนไฟสำหรับการก่อสร้างการสั่นสะเทือน 10 เปอร์เซ็นต์ ~ 15 เปอร์เซ็นต์ ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ถึง 1980 สารประกอบโพลีซัลโฟเนตเริ่มถูกใช้เป็นสารลดน้ำรุ่นที่สองในหล่อแบบไหลได้เอง และอัตราการลดน้ำอาจสูงถึง 20 เปอร์เซ็นต์ -25 เปอร์เซ็นต์ สารลดน้ำพิเศษพิเศษรุ่นที่สามส่วนใหญ่เป็นสารประกอบโพลีคาร์บอกซิเลต ซึ่งสามารถทำให้อัตราการลดน้ำถึง 20 เปอร์เซ็นต์ -30 เปอร์เซ็นต์ผ่านเอฟเฟกต์สเตอริกขัดขวางหลังจากถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาค วังและคณะ ศึกษาผลของสารช่วยกระจายตัว 3 ชนิด ได้แก่ แนพทาลีน ซัลโฟเนต โซเดียม ไตรโพลีฟอสเฟต และอะคริลิกโพลิเมอร์ ต่อสัณฐานวิทยาของไฮเดรตและคุณสมบัติหล่อได้ของซีเมนต์ CMA
เขาพบว่าสารช่วยกระจายตัวในวัสดุหล่อที่มีพันธะด้วยซีเมนต์ไม่เพียงแต่สามารถกระจายอนุภาคซีเมนต์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อสัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์ซีเมนต์ไฮเดรชัน ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุหล่อ โลเปส และคณะ ใช้โซเดียมโพลีฟอสเฟตและกรดซิตริกเป็นสารช่วยกระจายตัวเพื่อเตรียมสารหล่อผสมกรดฟอสฟอริกที่ไหลได้เอง เขาเชื่อว่าการไฮโดรไลซิสของฟอสเฟตสายยาวโมเลกุลขนาดเล็กในโซเดียมโพลีฟอสเฟตสามารถเร่งและปรับปรุงค่าการไหลของตัวเองของแคสต์ได้ Badiee และ Otroj และคณะ พยายามปรับปรุงคุณสมบัติการไหลโดยการควบคุมปริมาณซิลิกาโซลในวัสดุหล่อ ผลการวิจัยพบว่าการเติมเศษส่วนมวลของซิลิกาโซล 9 เปอร์เซ็นต์ -11 เปอร์เซ็นต์สามารถปรับปรุงค่าการไหลของตัวเองของวัสดุที่หล่อได้อย่างมีนัยสำคัญขึ้น 80-110 เปอร์เซ็นต์ Anjos และคณะ ศึกษาผลของสารช่วยกระจายตัวชนิดต่างๆ (พอลิเมอร์ที่มีโพลิเอทิลีนไกลคอล, กรดซิตริก (CA) และโซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต (STPP)) ต่อคุณสมบัติทางรีโอโลยีของสารหล่อสำหรับระบบอะลูมิเนียม-ซิลิกาโซล เขาพบว่าสารช่วยกระจายตัวทั้งสี่นี้ สารเติมแต่งทั้งหมดสามารถลดความหนืดของระบบได้ และจากการทดสอบแรงกระแทก พบว่ามีเพียง FS10 เท่านั้นที่สามารถลดโมดูลัสการจัดเก็บและโมดูลัสการสูญเสียของระบบได้ ซึ่งจะเป็นการปรับปรุงประสิทธิภาพการสร้างของตัวอย่าง จู้ และคณะ เชื่อว่าการหล่อแบบรวมโซลไม่จำเป็นต้องใช้สารช่วยกระจายตัว ที่ pH=10 ซิลิกาโซลสามารถทำหน้าที่เป็นสารช่วยกระจายตัวเพื่อกระจายอนุภาคอลูมินาผ่านการกระทำทางไฟฟ้าสถิตเพื่อสร้างพฤติกรรมของของไหลแบบนิวตัน
1. การจำแนกประเภทของสารช่วยกระจายตัว
มีวิธีจำแนกประเภทสารช่วยกระจายตัวหลายวิธี ซึ่งตามประเภทของกลุ่มชอบน้ำ สามารถแบ่งออกได้เป็นห้าประเภท: สารช่วยกระจายตัวประจุลบ สารช่วยกระจายตัวประจุบวก สารช่วยกระจายตัวแบบสวิตเตอร์ไอออน สารช่วยกระจายตัวแบบไม่มีประจุ และสารช่วยกระจายตัวแบบผสม
สารช่วยกระจายตัวประจุลบส่วนใหญ่อาศัยประจุลบในตัวเองเพื่อให้เกิดไฟฟ้าสถิต กลุ่มไอออนที่แยกออกจากกันจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคที่มีประจุ เปลี่ยนโครงสร้างชั้นอิเล็กทรอนิกส์สองชั้นเดิม เพิ่มค่าศักย์ซีตาของอนุภาคคอลลอยด์ และปรับปรุงความเสถียรของสารละลายในที่สุด ตัวอย่างเช่น โซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต (STPP) กรดซิตริก (CA) คาร์บอกซิเลต และโซเดียมแนพทาลีนซัลโฟเนตฟอร์มัลดีไฮด์คอนเดนเสท (FDN)
โซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต:
STPP เป็นสารช่วยกระจายประจุลบอนินทรีย์ที่มีความหนาแน่น 0.3-0.9g/cm3 และสูตรทางเคมีคือ Na5P3O10 ปลายทั้งสองถูกยกเลิกโดย Na2PO4 โครงสร้างของสารช่วยกระจายตัวทั้งหมดเป็นแบบเส้นตรง ความสามารถในการละลายของมันสูง ค่า pH ของสารละลายที่เป็นน้ำอยู่ระหว่าง 8-10 และถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่าย และผลิตภัณฑ์ที่ไฮโดรไลซ์คือโซเดียมไพโรฟอสเฟต โซเดียมโมโนไฮโดรเจนฟอสเฟต โซเดียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต และโซเดียมฟอสเฟต
ข กรดซิตริก:
CA เป็นสารประกอบของกรดไตรคาร์บอกซิลิก สูตรทางเคมีคือ H3C6H5O7 มี H บวกสามตัวที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ และมีน้ำคริสตัลหนึ่งโมเลกุล กรดซิตริกค่อนข้างแรง
โพลีคาร์บอกซิเลตเป็นสารช่วยกระจายตัวชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างแบบ "หวี" เกิดขึ้นจากการออกแบบโมเลกุล ในสายโซ่หลักของโพลีคาร์บอกซิเลต มีสายโซ่แตกแขนงจำนวนมากที่มีความยาวและความแข็งระดับหนึ่ง และกลุ่มซัลโฟเนตบางกลุ่มที่สามารถประจุอนุภาคได้ ส่วนใหญ่บรรลุผลการกระจายตัวของ castable โดยทำให้เกิด steric อุปสรรคระหว่างอนุภาค ข้อดีของการใช้โพลีคาร์บอกซิเลตเป็นสารช่วยกระจายตัวคือผลการลดน้ำนั้นชัดเจน และผลการลดน้ำนั้นแข็งแกร่ง
ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ของ FDN คือผงสีขาวซึ่งได้มาจากการซัลโฟเนชันของแนฟทาลีนและการทำให้เป็นกลางด้วยเกลือของโซเดียมไฮดรอกไซด์ สูตรโมเลกุลคือ C10H7SO3Na และน้ำหนักโมเลกุลคือ 230.22 ตรงกันข้ามกับสารช่วยกระจายประจุลบ หลังจากแยกตัวในน้ำ สารช่วยกระจายตัวประจุบวกสามารถสร้างกลุ่มประจุบวกที่มีฤทธิ์รุนแรงได้ กลุ่มสองกลุ่มในสารช่วยกระจายแอมโฟเทอริกเป็นทั้งกลุ่มที่ชอบน้ำ โดยกลุ่มหนึ่งมีประจุบวก (กลุ่มอะมิโน) และอีกกลุ่มหนึ่งมีประจุลบ (กลุ่มคาร์บอกซิลหรือกลุ่มกรดซัลโฟนิก) เนื่องจากกลุ่มต่างๆ มีค่า pH ต่างกัน มันมีอยู่ในรูปแบบไอออนิกที่แตกต่างกันที่ค่าที่ต่ำกว่า ดังนั้นจึงมีจุดไอโซอิเล็กทริกสำหรับสารออกฤทธิ์ประเภทนี้ สารช่วยกระจายตัวที่ไม่ใช่ไอออนิกไม่แยกตัวออกจากสารละลายที่เป็นน้ำ กลุ่มที่ชอบน้ำส่วนใหญ่เป็นกลุ่มโพลีเอทิลีนไกลคอล และขั้วของสารออกฤทธิ์ถูกควบคุมโดยจำนวนของกลุ่มที่ชอบน้ำ