الأثير السليلوز في المنتجات القائمة على الأسمنت

الأثير السليلوز هو نوع من المضافة متعددة الأغراض التي يمكن استخدامها في منتجات الأسمنت. تقدم هذه الورقة الخواص الكيميائية للسلولوز الميثيل (MC) و Hydroxypropyl Methyl Cellulose (HPMC /) شائعة الاستخدام في منتجات الأسمنت ، وطريقة ومبدأ الحل الصافي والخصائص الرئيسية للمحلول. تمت مناقشة انخفاض درجة حرارة الهلام الحرارية واللزوجة في منتجات الأسمنت بناءً على تجربة الإنتاج العملية.

الكلمات الرئيسية:الأثير السليلوز. الميثيل السليلوز.هيدروكسي بروبيل الميثيل السليلوز؛ درجة حرارة هلام ساخنة. اللزوجة

1. نظرة عامة

الأثير السليلوز (CE للاختصار) مصنوع من السليلوز من خلال تفاعل الأثير لواحد أو عدة عوامل الأثير والطحن الجاف. يمكن تقسيم CE إلى أنواع أيونية وغير أيونية ، من بينها CE من النوع غير الأيوني بسبب خصائصه الهلامية الحرارية الفريدة وقابليتها للذوبان ، ومقاومة الملح ، ومقاومة الحرارة ، ولها نشاط سطحي مناسب. يمكن استخدامه كعامل الاحتفاظ بالمياه ، وكيل التعليق ، والمستحلب ، وكيل تشكيل الأفلام ، ومواد التشحيم ، والمواد اللاصقة ، والتحسينات الريولوجية. مناطق الاستهلاك الأجنبية الرئيسية هي الطلاء اللاتكس ومواد البناء وحفر النفط وما إلى ذلك. بالمقارنة مع الدول الأجنبية ، لا يزال إنتاج وتطبيق CE القابل للذوبان في المياه في مهدها. مع تحسين وعي الناس ووعي البيئة. CE القابلة للذوبان في الماء ، وهو غير ضار لعلم وظائف الأعضاء ولا يلوث البيئة ، سيكون له تطور كبير.

في مجال مواد البناء عادة ما يتم اختيار CE هو السليلوز الميثيل (MC) و Hydroxypropyl Methyl Clilose (HPMC) ، يمكن استخدامه كطلاء وجص وقذائف الهاون والمنتجات الأسمنتية ، اللزوجة ، وكيل الاحتفاظ بالماء ، وكيل إدخال الهواء وعامل التخلف. يتم استخدام معظم صناعة مواد البناء في درجة الحرارة العادية ، باستخدام الظروف عبارة عن مسحوق مزيج جاف وماء ، أقل ما ينطوي على خصائص الذوبان وخصائص الهلام الساخنة لـ CE ، ولكن في الإنتاج الميكانيكي لمنتجات الأسمنت وظروف درجة الحرارة الخاصة الأخرى ، سوف تلعب CE دورًا كاملاً.

2. الخصائص الكيميائية لـ CE

يتم الحصول على CE عن طريق علاج السليلوز من خلال سلسلة من الأساليب الكيميائية والفيزيائية. وفقًا لهيكل الاستبدال الكيميائي المختلفة ، يمكن تقسيمه عادة إلى: MC ، HPMC ، هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) ، وما إلى ذلك: كل CE له بنية أساسية من السليلوز - الجلوكوز المجففة. في عملية إنتاج CE ، يتم تسخين ألياف السليلوز أولاً في محلول قلوي ثم يعامل مع عوامل الإثيرين. يتم تنقية منتجات التفاعل الليفي وسحقها لتشكيل مسحوق موحد من جودة معينة.

تستخدم عملية إنتاج MC فقط كلوريد الميثان كعامل الأثير. بالإضافة إلى استخدام كلوريد الميثان ، يستخدم إنتاج HPMC أيضًا أكسيد البروبيلين للحصول على مجموعات بديلة هيدروكسي بروبيل. مختلف CE لديها معدلات استبدال الميثيل والهيدروكسيبروبيل المختلفة ، والتي تؤثر على التوافق العضوي ودرجة حرارة الهلام الحراري لمحلول CE.

يمكن التعبير عن عدد مجموعات الاستبدال على الوحدات الهيكلية للجلوكوز المجففة من السليلوز من خلال النسبة المئوية للكتلة أو متوسط ​​عدد مجموعات الإحلال (أي ، DS - درجة الاستبدال). يحدد عدد المجموعات البديلة خصائص منتجات CE. تأثير متوسط ​​درجة الاستبدال على ذوبان منتجات الأثير هو كما يلي:

(1) درجة البديلة المنخفضة القابلة للذوبان في الغسول ؛

(2) درجة عالية قليلاً من الاستبدال القابلة للذوبان في الماء ؛

(3) درجة عالية من الاستبدال المذاب في المذيبات العضوية القطبية ؛

(4) درجة أعلى من الإحلال المذاب في المذيبات العضوية غير القطبية.

3. طريقة حل CE

CE لديها خاصية ذوبان فريدة من نوعها ، عندما ترتفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة معينة ، تكون غير قابلة للذوبان في الماء ، ولكن أقل من درجة الحرارة هذه ، ستزداد قابلية الذوبان مع انخفاض درجة الحرارة. CE قابل للذوبان في الماء البارد (وفي بعض الحالات في مذيبات عضوية محددة) من خلال عملية التورم والترطيب. لا تملك حلول CE قيود الذوبان الواضحة التي تظهر في حل الأملاح الأيونية. يقتصر تركيز CE بشكل عام على اللزوجة التي يمكن السيطرة عليها بواسطة معدات الإنتاج ، كما يختلف أيضًا وفقًا للزوجة والكيميائية المتنوعة التي يتطلبها المستخدم. يكون تركيز المحلول من انخفاض اللزوجة CE عمومًا 10 ٪ ~ 15 ٪ ، ويقتصر اللزوجة العالية بشكل عام على 2 ٪ ~ 3 ٪. يمكن أن تؤثر أنواع مختلفة من CE (مثل المسحوق أو المسحوق المعالج بالسطح أو الحبيبية) على كيفية تحضير المحلول.

3.1 م بدون علاج سطحي

على الرغم من أن CE قابل للذوبان في الماء البارد ، إلا أنه يجب أن يكون مشتتًا تمامًا في الماء لتجنب التكتل. في بعض الحالات ، يمكن استخدام خلاط أو قمع عالي السرعة في الماء البارد لتفريق مسحوق CE. ومع ذلك ، إذا تمت إضافة المسحوق غير المعالجة مباشرة إلى الماء البارد دون تحريك بما فيه الكفاية ، فستتكلت كتل كبيرة. السبب الرئيسي للكشف هو أن جزيئات مسحوق CE ليست رطبة تمامًا. عندما يتم حل جزء فقط من المسحوق ، سيتم تشكيل فيلم هلام ، مما يمنع المسحوق المتبقي من الاستمرار في الذوبان. لذلك ، قبل الذوبان ، يجب أن يتم تفريق جزيئات CE بالكامل قدر الإمكان. يتم استخدام طريقتان التشتت التاليين بشكل شائع.

3.1.1 طريقة تشتت الخليط الجاف

هذه الطريقة هي الأكثر شيوعا في منتجات الأسمنت. قبل إضافة الماء ، اخلطي مسحوق آخر بمسحوق CE بالتساوي ، بحيث يتم تفريق جزيئات مسحوق CE. الحد الأدنى لنسبة الخلط: مسحوق آخر: مسحوق CE = (3 ~ 7): 1.

في هذه الطريقة ، يتم الانتهاء من تشتت CE في الحالة الجافة ، وذلك باستخدام مسحوق آخر كوسيلة لتفريق جزيئات CE مع بعضها البعض ، وذلك لتجنب الترابط المتبادل لجزيئات CE عند إضافة الماء والتأثير على مزيد من الحل. لذلك ، لا يلزم الماء الساخن للتشتت ، ولكن معدل الذوبان يعتمد على جزيئات المسحوق وظروف التحريك.

3.1.2 طريقة تشتت المياه الساخنة

(1) أول 1/5 ~ 1/3 من تسخين الماء المطلوب إلى 90 درجة مئوية أعلاه ، إضافة CE ، ثم تحريكه حتى تشتت جميع الجزيئات رطبة ، ثم الماء المتبقي في البرد أو الماء الجليدي المضافة لتقليل درجة حرارة الحل ، بمجرد الوصول إلى درجة حرارة حل CE ، بدأ المسحوق في ترطيب ، وزيادة اللزوجة.

(2) يمكنك أيضًا تسخين كل الماء ، ثم إضافة CE إلى التحريك أثناء التبريد حتى يكتمل الترطيب. يعد التبريد الكافي مهمًا جدًا للترطيب الكامل لـ CE وتشكيل اللزوجة. من أجل اللزوجة المثالية ، يجب تبريد محلول MC إلى 0 ~ 5 ℃ ، بينما يجب تبريد HPMC فقط إلى 20 ~ 25 ℃ أو أدناه. نظرًا لأن الترطيب الكامل يتطلب تبريدًا كافيًا ، يتم استخدام حلول HPMC بشكل شائع حيث لا يمكن استخدام الماء البارد: وفقًا للمعلومات ، فإن HPMC لديها تخفيض في درجة الحرارة أقل من MC في درجات الحرارة المنخفضة لتحقيق نفس اللزوجة. تجدر الإشارة إلى أن طريقة تشتت الماء الساخن تجعل جزيئات CE تتفرق بالتساوي عند درجة حرارة أعلى ، ولكن لا يتم تشكيل محلول في هذا الوقت. للحصول على حل مع لزوجة معينة ، يجب تبريده مرة أخرى.

3.2 مسحوق CE المعالج بالسطح

في كثير من الحالات ، يتعين على CE أن يكون لكل من خصائص الترطيب السريع والسريع (تشكيل اللزوجة) في الماء البارد. CE المعالجة السطحية غير قابلة للذوبان مؤقتًا في الماء البارد بعد معالجة كيميائية خاصة ، مما يضمن أنه عند إضافة CE إلى الماء ، فلن يشكل على الفور لزوجة واضحة ويمكن تفريقه في ظل ظروف قوة القص الصغيرة نسبيًا. "وقت التأخير" للترطيب أو تكوين اللزوجة هو نتيجة لمزيج درجة المعالجة السطحية ، ودرجة الحرارة ، ودرجة الحموضة في النظام ، وتركيز محلول CE. يتم تقليل تأخير الترطيب بشكل عام بتركيزات أعلى ودرجات حرارة ومستويات الرقم الهيدروجيني. بشكل عام ، ومع ذلك ، لا يتم النظر في تركيز CE حتى يصل إلى 5 ٪ (نسبة كتلة الماء).

للحصول على أفضل النتائج والترطيب الكامل ، يجب تقليب CE المعالجة السطحية لبضع دقائق في ظل ظروف محايدة ، مع نطاق الأس الهيدروجيني من 8.5 إلى 9.0 ، حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى لزوجة (عادة 10-30 دقيقة). بمجرد أن يتغير الرقم الهيدروجيني إلى الأساسي (الرقم الهيدروجيني من 8.5 إلى 9.0) ، يذوب CE المعالجة السطحية بشكل كامل وسريع ، ويمكن أن يكون المحلول مستقرًا عند درجة الحموضة 3 إلى 11. ومع ذلك ، من المهم أن نلاحظ أن ضبط درجة الحموضة في ملاط ​​تركيز عالي التركيز سوف يتسبب في أن تكون اللزوجة مرتفعة للغاية للضخ والسكب. يجب تعديل الرقم الهيدروجيني بعد تخفيف الملاط إلى التركيز المطلوب.

خلاصة القول ، تتضمن عملية حل CE العمليتين: التشتت الفيزيائي والانحلال الكيميائي. والمفتاح هو تفريق جزيئات CE مع بعضها البعض قبل الذوبان ، وذلك لتجنب التكتل بسبب اللزوجة العالية أثناء الذوبان في درجة الحرارة المنخفضة ، مما سيؤثر على مزيد من الذوبان.

4. خصائص حل CE

أنواع مختلفة من الحلول المائية CE سوف تتخلى عن درجات حرارة محددة. الهلام قابل للعكس تمامًا ويشكل حلًا عند التبريد مرة أخرى. الجيل الحراري القابل للعكس من CE فريد من نوعه. في العديد من منتجات الأسمنت ، يكون للاستخدام الرئيسي لزوجة CE وخصائص الاحتفاظ بالماء والتشحيم المقابلة ، ودرجة حرارة اللزوجة ودرجة حرارة الهلام علاقة مباشرة ، تحت درجة حرارة الهلام ، كلما انخفضت درجة الحرارة ، كلما ارتفعت لزوجة CE ، كلما كان أداء الاحتفاظ بالماء المقابل.

التفسير الحالي لظاهرة الجل هو: في عملية الذوبان ، هذا مشابه

تواصل جزيئات البوليمر من الخيط مع الطبقة الجزيئية للماء ، مما يؤدي إلى تورم. تعمل جزيئات الماء مثل زيت التشحيم ، والذي يمكن أن يفصل السلاسل الطويلة من جزيئات البوليمر ، بحيث يكون للمحلول خصائص سائل لزج يسهل تفريغه. عندما تزداد درجة حرارة المحلول ، تفقد بوليمر السليلوز تدريجياً الماء وتنخفض لزوجة المحلول. عندما يتم الوصول إلى نقطة الهلام ، يصبح البوليمر مجففًا تمامًا ، مما يؤدي إلى الارتباط بين البوليمرات وتشكيل الهلام: تستمر قوة الهلام في الزيادة مع استمرار درجة الحرارة فوق نقطة الهلام.

عندما يبرد المحلول ، يبدأ الجل في الانعكاس وينخفض ​​اللزوجة. أخيرًا ، تعود لزوجة محلول التبريد إلى منحنى ارتفاع درجة الحرارة الأولي ويزيد مع انخفاض درجة الحرارة. قد يتم تبريد الحل إلى قيمة اللزوجة الأولية. لذلك ، فإن عملية الهلام الحرارية لـ CE قابلة للعكس.

إن الدور الرئيسي لـ CE في منتجات الأسمنت هو كوكيل لزج ، الملدنات والاحتفاظ بالمياه ، لذا فإن كيفية التحكم في اللزوجة ودرجة حرارة الهلام أصبحت عاملاً مهمًا في منتجات الأسمنت عادة ما تستخدم نقطة درجة حرارة الهلام الأولية أسفل قسم المنحنى ، وبالتالي ، كلما انخفضت درجة الحرارة ، كلما ارتفعت اللزوجة ، زادت تأثير الاحتفاظ بالمياه. تُظهر نتائج الاختبار لخط إنتاج لوحة أسمنت البثق أيضًا أنه كلما انخفضت درجة حرارة المادة تحت نفس محتوى CE ، كلما كان تأثير اللزوجة والاحتفاظ بالماء أفضل. نظرًا لأن نظام الأسمنت هو نظام خاصية فيزيائية وكيميائية معقد للغاية ، فهناك العديد من العوامل التي تؤثر على تغيير درجة حرارة هلام CE ولزوجة. وتأثير اتجاهات Taianin المختلفة وشهادة ليست هي نفسها ، لذلك وجد التطبيق العملي أيضًا أنه بعد خلط نظام الأسمنت ، نقطة درجة حرارة الهلام الفعلية لـ CE (أي انخفاض تأثير الغراء والماء واضح للغاية في هذه درجة الحرارة ) أقل من درجة حرارة الهلام التي يشار إليها بالمنتج ، وبالتالي ، في اختيار منتجات CE لمراعاة العوامل التي تسبب انخفاض درجة حرارة الهلام. فيما يلي العوامل الرئيسية التي نعتقد أنها تؤثر على اللزوجة ودرجة حرارة هلام حل CE في منتجات الأسمنت.

4.1 تأثير قيمة الرقم الهيدروجيني على اللزوجة

MC و HPMC غير يونيون ، وبالتالي فإن لزوجة المحلول من لزوجة الغراء الأيوني الطبيعي لها مجموعة واسعة من ثبات DH ، ولكن إذا تجاوزت قيمة الرقم الهيدروجيني مدى 3 ~ 11 ، فإنها ستقلل تدريجياً من اللزوجة في أ درجة حرارة أعلى أو في التخزين لفترة طويلة من الزمن ، وخاصة محلول اللزوجة العالية. تتناقص لزوجة محلول منتج CE في محلول الحمض القوي أو القاعدة القوية ، والذي يرجع أساسًا إلى جفاف CE الناجم عن القاعدة والحمض. لذلك ، عادة ما تنخفض لزوجة CE إلى حد ما في البيئة القلوية لمنتجات الأسمنت.

4.2 تأثير معدل التدفئة والتحريك على عملية الهلام

ستتأثر درجة حرارة نقطة الهلام بالتأثير المشترك لمعدل التدفئة وارتفع معدل القص. ستزيد التحريك عالي السرعة والتدفئة السريعة بشكل عام من درجة حرارة الهلام بشكل كبير ، وهو أمر مواتية لمنتجات الأسمنت التي تتكون من الخلط الميكانيكي.

4.3 تأثير التركيز على هلام ساخن

عادة ما يقلل تركيز المحلول من درجة حرارة الهلام ، ونقاط الجل المنخفضة اللزوجة CE أعلى من تلك الموجودة في ارتفاع اللزوجة CE. مثل Dow's Methocel

سيتم تخفيض درجة حرارة الهلام بمقدار 10 ℃ لكل زيادة بنسبة 2 ٪ في تركيز المنتج. زيادة 2 ٪ في تركيز منتجات F-type ستقلل من درجة حرارة الهلام بمقدار 4 ℃.

4.4 تأثير الإضافات على الجيل الحراري

في مجال مواد البناء ، العديد من المواد هي أملاح غير عضوية ، والتي سيكون لها تأثير كبير على درجة حرارة هلام محلول CE. اعتمادًا على ما إذا كان المضافة يعمل كعامل تخثر أو ذوبان ، يمكن لبعض الإضافات أن تزيد من درجة حرارة الهلام الحرارية لـ CE ، في حين أن البعض الآخر يمكن أن يقلل من درجة حرارة الهلام الحرارية لـ CE: على سبيل المثال ، الإيثانول المعزز للمذيبات ، PEG-400 (البولي إيثيلين غليكول) ، anediol ، وما إلى ذلك ، يمكن أن تزيد من نقطة الهلام. الأملاح ، الجلسرين ، السوربيتول وغيرها من المواد سوف تقلل من نقطة الهلام ، لن يتم ترسيب CE غير الأيوني بشكل عام بسبب أيونات المعادن المتعددة ، ولكن عندما يتجاوز تركيز الإلكتروليت أو غيرها الحل ، ويرجع ذلك إلى منافسة الشوارد على الماء ، مما يؤدي إلى تقليل ترطيب CE ، ومحتوى الملح لمحلول منتج CE أعلى قليلاً من منتج MC ، ومحتوى الملح مختلف قليلاً في HPMC مختلفة.

ستجعل العديد من المكونات في منتجات الأسمنت نقطة انخفاض جل CE ، وبالتالي يجب أن يأخذ اختيار الإضافات في الاعتبار أن هذا قد يتسبب في حدوث تغيير في GEL ولزوجة تغييرات CE.

5.conclusion

(1) الأثير السليلوز هو السليلوز الطبيعي من خلال تفاعل الأثير ، وله الوحدة الهيكلية الأساسية للجلوكوز المجفف ، وفقًا لنوع وعدد المجموعات المستبدلة في موضع الاستبدال وله خصائص مختلفة. يمكن استخدام الأثير غير الأيوني مثل MC و HPMC باعتباره لزجاء ، وكيل الاحتفاظ بالمياه ، وكيل إدخال الهواء وغيره من منتجات البناء.

(2) CE لها قابلية للذوبان فريدة من نوعها ، وتشكيل محلول في درجة حرارة معينة (مثل درجة حرارة الهلام) ، وتشكيل هلام صلبة أو خليط الجسيمات الصلبة عند درجة حرارة الهلام. طرق الذوبان الرئيسية هي طريقة تشتت الخلط الجاف ، وطريقة تشتت المياه الساخنة ، وما إلى ذلك ، في منتجات الأسمنت عادة ما تستخدم طريقة تشتت الخلط الجاف. المفتاح هو تفريق CE بالتساوي قبل أن يذوب ، مما يشكل محلول في درجات حرارة منخفضة.

(3) تركيز المحلول ، ودرجة الحرارة ، وقيمة الرقم الهيدروجيني ، والخصائص الكيميائية للإضافات ومعدل التحريك ، سوف تؤثر على درجة حرارة الهلام ولزوجة محلول CE ، وخاصة منتجات الأسمنت هي حلول ملح غير عضوية في بيئة القلوية ، وعادة ما تقلل من درجة حرارة الهلام ولزوجة محلول CE ، جلب الآثار الضارة. لذلك ، وفقًا لخصائص CE ، أولاً ، يجب استخدامه عند درجة حرارة منخفضة (أقل من درجة حرارة الهلام) ، وثانياً ، يجب أخذ تأثير الإضافات في الاعتبار.