Sement əsaslı məhsullarda selüloz efiri

Sellüloza efiri sement məmulatlarında istifadə oluna bilən bir növ çoxməqsədli əlavədir. Bu yazıda sement məmulatlarında geniş istifadə olunan metilselülozun (MC) və hidroksipropil metilselülozun (HPMC/) kimyəvi xassələri, xalis məhlulun metodu və prinsipi və məhlulun əsas xüsusiyyətləri təqdim edilir. Sement məmulatlarında termal gel temperaturunun və özlülüyünün azalması praktiki istehsal təcrübəsinə əsaslanaraq müzakirə edilmişdir.

Açar sözlər:sellüloza efiri; metil selüloz;Hidroksipropil metil selüloz; isti gel temperaturu; özlülük

1. Ümumi baxış

Sellüloza efiri (qısaca CE) bir və ya bir neçə efirləşdirici agentin eterləşmə reaksiyası və quru üyüdülmə yolu ilə sellülozadan hazırlanır. CE unikal termal gel xüsusiyyətlərinə və həll olunma qabiliyyətinə, duza davamlılığına, istiliyə davamlılığına və müvafiq səth aktivliyinə görə qeyri-ion tipli CE tipini ion və qeyri-ion növlərə bölmək olar. Su saxlayan, suspenziya agenti, emulqator, film əmələ gətirən, sürtkü, yapışdırıcı və reoloji yaxşılaşdırıcı kimi istifadə edilə bilər. Əsas xarici istehlak sahələri lateks örtüklər, tikinti materialları, neft qazma və s. Xarici ölkələrlə müqayisədə suda həll olunan CE-nin istehsalı və tətbiqi hələ başlanğıc mərhələsindədir. İnsanların sağlamlığı və ətraf mühit şüurunun yaxşılaşdırılması ilə. Fiziologiya üçün zərərsiz və ətraf mühiti çirkləndirməyən suda həll olunan CE böyük inkişafa sahib olacaq.

Tikinti materialları sahəsində adətən seçilən CE metilsellüloza (MC) və hidroksipropil metilsellülozadır (HPMC), boya, suvaq, məhlul və sement məmulatlarının plastifikatoru, viskozifikatoru, su tutma maddəsi, hava tutma maddəsi və gecikdirici kimi istifadə edilə bilər. Tikinti materialları sənayesinin əksəriyyəti normal temperaturda istifadə olunur, istifadə şərtləri quru qarışıq toz və sudur, daha az həll olma xüsusiyyətlərini və CE-nin isti gel xüsusiyyətlərini əhatə edir, lakin sement məhsullarının mexanikləşdirilmiş istehsalında və digər xüsusi temperatur şəraitlərində bu xüsusiyyətlər CE daha dolğun rol oynayacaq.

2. CE-nin kimyəvi xassələri

CE bir sıra kimyəvi və fiziki üsullarla sellülozun müalicəsi ilə əldə edilir. Müxtəlif kimyəvi əvəzetmə quruluşuna görə, adətən bölünə bilər: MC, HPMC, hidroksietilselüloz (HEC) və s.: Hər bir CE sellülozun əsas quruluşuna malikdir - susuzlaşdırılmış qlükoza. CE istehsalı prosesində selüloz lifləri əvvəlcə qələvi məhlulda qızdırılır və sonra eterləşdirici maddələrlə müalicə olunur. Lifli reaksiya məhsulları müəyyən incəlikdə vahid bir toz yaratmaq üçün təmizlənir və toz halına salınır.

MC-nin istehsal prosesində yalnız efirləşdirici agent kimi metan xlorid istifadə olunur. Metan xloriddən istifadə etməklə yanaşı, HPMC istehsalında hidroksipropil əvəzedici qrupları əldə etmək üçün propilen oksidindən də istifadə olunur. Müxtəlif CE müxtəlif metil və hidroksipropil əvəzetmə dərəcələrinə malikdir, bu da CE məhlulunun üzvi uyğunluğuna və termal gel temperaturuna təsir göstərir.

Selülozanın susuzlaşdırılmış qlükoza struktur vahidlərində Əvəzedici qrupların sayı kütlə faizi və ya əvəzedici qrupların orta sayı ilə ifadə edilə bilər (yəni, DS - Əvəzetmə Dərəcəsi). Əvəzedici qrupların sayı CE məhsullarının xüsusiyyətlərini müəyyən edir. Orta əvəzetmə dərəcəsinin eterləşmə məhsullarının həllinə təsiri aşağıdakı kimidir:

(1) aşağı əvəzetmə dərəcəsi lyedə həll olunur;

(2) suda həll olunan bir qədər yüksək əvəzetmə dərəcəsi;

(3) qütb üzvi həlledicilərdə həll olunan yüksək əvəzetmə dərəcəsi;

(4) Qütb olmayan üzvi həlledicilərdə həll olunan daha yüksək əvəzetmə dərəcəsi.

3. CE-nin həll üsulu

CE unikal bir həll olma xüsusiyyətinə malikdir, temperatur müəyyən bir temperatura yüksəldikdə suda həll olunmur, lakin bu temperaturdan aşağı olduqda, temperaturun azalması ilə həllolma qabiliyyəti artacaqdır. CE soyuq suda (və bəzi hallarda xüsusi üzvi həlledicilərdə) şişmə və nəmləndirmə prosesi ilə həll olunur. CE məhlullarında ion duzlarının həllində görünən açıq həll məhdudiyyətləri yoxdur. CE konsentrasiyası ümumiyyətlə istehsal avadanlığı tərəfindən idarə oluna bilən özlülüklə məhdudlaşır və həmçinin istifadəçinin tələb etdiyi özlülük və kimyəvi müxtəlifliyə görə dəyişir. Aşağı özlülüklü CE-nin məhlul konsentrasiyası ümumiyyətlə 10% ~ 15%, yüksək özlülüklü CE isə ümumiyyətlə 2% ~ 3% ilə məhdudlaşır. Müxtəlif növ CE (toz və ya səthlə işlənmiş toz və ya dənəvər kimi) məhlulun necə hazırlanacağına təsir göstərə bilər.

3.1 CE səthi müalicə olmadan

CE soyuq suda həll olmasına baxmayaraq, yığılmamaq üçün suda tamamilə dağılmalıdır. Bəzi hallarda, CE tozunu dağıtmaq üçün soyuq suda yüksək sürətli qarışdırıcı və ya huni istifadə edilə bilər. Bununla belə, təmizlənməmiş toz kifayət qədər qarışdırmadan birbaşa soyuq suya əlavə edilərsə, əhəmiyyətli topaklar əmələ gələcək. Pişirmənin əsas səbəbi CE toz hissəciklərinin tam yaş olmamasıdır. Tozun yalnız bir hissəsi həll edildikdə, qalan tozun həllini davam etdirməsinə mane olan bir gel filmi meydana gələcək. Buna görə də, həll edilməzdən əvvəl, CE hissəcikləri mümkün qədər tamamilə dağılmalıdır. Aşağıdakı iki dispersiya üsulu adətən istifadə olunur.

3.1.1 Quru qarışığın dispersiya üsulu

Bu üsul ən çox sement məhsullarında istifadə olunur. Su əlavə etməzdən əvvəl digər tozları CE tozu ilə bərabər şəkildə qarışdırın ki, CE toz hissəcikləri dağılsın. Minimum qarışdırma nisbəti: Digər toz: CE tozu =(3 ~ 7) : 1.

Bu üsulda CE dispersiyası quru vəziyyətdə tamamlanır, CE hissəciklərini bir-biri ilə dağıtmaq üçün vasitə kimi digər tozdan istifadə edilir, beləliklə su əlavə edərkən CE hissəciklərinin qarşılıqlı bağlanmasının qarşısını almaq və daha da həll olunmağa təsir göstərir. Buna görə də, dispersiya üçün isti su lazım deyil, lakin həll sürəti toz hissəciklərindən və qarışdırma şəraitindən asılıdır.

3.1.2 İsti suyun dispersiyası üsulu

(1) Tələb olunan suyun ilk 1/5 ~ 1/3 hissəsini 90C-dən yuxarı qızdırın, CE əlavə edin və sonra bütün hissəciklər yaşlanana qədər qarışdırın, sonra soyuq və ya buzlu suda qalan suyun temperaturunu azaltmaq üçün əlavə edin. məhlul, CE həll temperaturuna çatdıqdan sonra toz nəmlənməyə başladı, özlülük artdı.

(2) Siz həmçinin bütün suyu qızdıra və sonra nəmləndirmə tamamlanana qədər soyudarkən qarışdırmaq üçün CE əlavə edə bilərsiniz. CE-nin tam nəmləndirilməsi və özlülüyün formalaşması üçün kifayət qədər soyutma çox vacibdir. İdeal özlülük üçün MC məhlulu 0 ~ 5 ℃, HPMC isə yalnız 20 ~ 25 ℃ və ya aşağıda soyudulmalıdır. Tam nəmləndirmə kifayət qədər soyutma tələb etdiyindən, HPMC məhlulları adətən soyuq suyun istifadə oluna bilməyəcəyi yerlərdə istifadə olunur: məlumata görə, HPMC eyni özlülük əldə etmək üçün aşağı temperaturlarda MC ilə müqayisədə daha az temperaturun azalmasına malikdir. Qeyd etmək lazımdır ki, isti su dispersiyası üsulu yalnız CE hissəciklərinin daha yüksək temperaturda bərabər şəkildə yayılmasını təmin edir, lakin bu zaman heç bir həll əmələ gəlmir. Müəyyən bir viskoziteli bir həll əldə etmək üçün yenidən soyudulmalıdır.

3.2 Səthlə işlənmiş dispersləşən CE tozu

Bir çox hallarda CE soyuq suda həm dispersiya, həm də sürətli nəmləndirmə (özlülük əmələ gətirən) xüsusiyyətlərinə malik olması tələb olunur. Səthlə işlənmiş CE, xüsusi kimyəvi emaldan sonra soyuq suda müvəqqəti olaraq həll olunmur və bu, CE suya əlavə edildikdə dərhal aşkar özlülük əmələ gətirməyəcəyini və nisbətən kiçik kəsmə qüvvəsi şəraitində səpələnə biləcəyini təmin edir. Nəmləndirmə və ya özlülük əmələ gəlməsinin “gecikmə vaxtı” səthi müalicə dərəcəsinin, temperaturun, sistemin pH-sının və CE məhlulunun konsentrasiyasının birləşməsinin nəticəsidir. Nəmlənmənin gecikməsi ümumiyyətlə daha yüksək konsentrasiyalarda, temperaturda və pH səviyyələrində azalır. Ümumiyyətlə, CE konsentrasiyası 5%-ə çatana qədər nəzərə alınmır (suyun kütlə nisbəti).

Ən yaxşı nəticələr və tam nəmləndirmə üçün, CE ilə işlənmiş səth maksimum özlülük əldə olunana qədər (adətən 10-30 dəqiqə) pH 8,5-dən 9,0-a qədər olan neytral şəraitdə bir neçə dəqiqə qarışdırılmalıdır. pH əsas səviyyəyə (pH 8,5-dən 9,0-a) dəyişdikdən sonra CE ilə işlənmiş səth tamamilə və sürətlə həll olunur və məhlul pH 3-dən 11-ə qədər sabit ola bilər. Bununla belə, yüksək konsentrasiyalı məhlulun pH-nın tənzimlənməsinin vacib olduğunu qeyd etmək lazımdır. nasos və tökmə üçün özlülüyün çox yüksək olmasına səbəb olacaq. Bulamaç istənilən konsentrasiyaya qədər seyreltildikdən sonra pH tənzimlənməlidir.

Xülasə etmək üçün, CE-nin həlli prosesi iki prosesi əhatə edir: fiziki dispersiya və kimyəvi həll. Əsas odur ki, həll edilməzdən əvvəl CE hissəciklərini bir-biri ilə dağıtsınlar, beləliklə, aşağı temperaturda həll olunma zamanı yüksək özlülük səbəbindən yığılmanın qarşısını almaq üçün, sonrakı həllə təsir edəcək.

4. CE məhlulunun xüsusiyyətləri

Müxtəlif növ CE sulu məhlulları öz xüsusi temperaturlarında gelləşəcək. Gel tamamilə geri çevrilir və yenidən soyuduqda məhlul əmələ gətirir. CE-nin geri çevrilə bilən termal gelləşməsi unikaldır. Bir çox sement məhsulunda, CE-nin özlülüyünün əsas istifadəsi və müvafiq su tutma və yağlama xüsusiyyətləri və özlülük və gel temperaturu birbaşa əlaqəyə malikdir, gel temperaturu altında, temperatur nə qədər aşağı olarsa, CE-nin özlülüyü bir o qədər yüksəkdir, müvafiq su tutma performansı daha yaxşı olar.

Gel fenomeninin hazırkı izahı belədir: həll olunma prosesində bu oxşardır

İpin polimer molekulları suyun molekulyar təbəqəsi ilə birləşərək şişməyə səbəb olur. Su molekulları, polimer molekullarının uzun zəncirlərini ayıra bilən sürtkü yağı kimi fəaliyyət göstərir, beləliklə, məhlul asanlıqla atılan özlü maye xüsusiyyətlərinə malikdir. Məhlulun temperaturu yüksəldikdə sellüloza polimeri tədricən su itirir və məhlulun özlülüyü azalır. Gel nöqtəsinə çatdıqda, polimer tamamilə susuzlaşır, nəticədə polimerlər arasında əlaqə və gel əmələ gəlir: temperatur gel nöqtəsindən yuxarı qaldıqda gelin gücü artmağa davam edir.

Məhlul soyuduqca gel tərs dönməyə başlayır və özlülük azalır. Nəhayət, soyuducu məhlulun özlülüyü ilkin temperatur artımı əyrisinə qayıdır və temperaturun azalması ilə artır. Məhlul ilkin özlülük dəyərinə qədər soyudula bilər. Buna görə də, CE-nin termal gel prosesi geri çevrilir.

Sement məhsullarında CE-nin əsas rolu bir viskozifikator, plastifikator və su tutma agenti kimidir, buna görə də özlülük və gel temperaturunun necə idarə edilməsi sement məhsullarında mühüm amilə çevrilmişdir, adətən əyrinin bir hissəsinin altındakı ilk gel temperatur nöqtəsini istifadə edir, belə ki, temperatur nə qədər aşağı olarsa, özlülük bir o qədər yüksək olarsa, özlüləşdirici suyun tutulmasının təsiri bir o qədər aydın görünür. Ekstruziya sement lövhəsi istehsal xəttinin sınaq nəticələri də göstərir ki, materialın temperaturu CE-nin eyni məzmunu altında nə qədər aşağı olarsa, özlülük və su tutma effekti bir o qədər yaxşı olar. Sement sistemi olduqca mürəkkəb fiziki və kimyəvi xüsusiyyət sistemi olduğundan, CE gel temperaturu və özlülüyünün dəyişməsinə təsir edən bir çox amil var. Və müxtəlif Taianin tendensiyası və dərəcəsinin təsiri eyni deyil, buna görə praktik tətbiq də tapdı ki, sement sistemini qarışdırdıqdan sonra CE-nin faktiki gel temperatur nöqtəsi (yəni, yapışqan və su tutma effektinin azalması bu temperaturda çox açıqdır. ) məhsulun göstərdiyi gel temperaturundan aşağıdır, buna görə də CE məhsullarının seçimində gel temperaturunun azalmasına səbəb olan amillər nəzərə alınmalıdır. Aşağıdakılar sement məhsullarında CE məhlulunun özlülüyünə və gel temperaturuna təsir etdiyinə inandığımız əsas amillərdir.

4.1 pH dəyərinin özlülüyünə təsiri

MC və HPMC qeyri-iondur, buna görə də məhlulun özlülüyü təbii ion yapışqanın özlülüyündən daha geniş DH sabitliyinə malikdir, lakin pH dəyəri 3 ~ 11 diapazonunu keçərsə, onlar tədricən özlülüyünü azaldacaqlar. daha yüksək temperaturda və ya uzun müddət saxlamada, xüsusilə yüksək özlülüklü məhlulda. Güclü turşu və ya güclü əsas məhlulunda CE məhsulunun məhlulunun özlülüyü azalır ki, bu da əsasən əsas və turşunun yaratdığı CE-nin susuzlaşması ilə əlaqədardır. Buna görə də, CE-nin özlülüyü adətən sement məhsullarının qələvi mühitində müəyyən dərəcədə azalır.

4.2 Qızdırma sürətinin və qarışdırmanın gel prosesinə təsiri

Gel nöqtəsinin temperaturu qızdırma sürətinin və qarışdırma kəsmə sürətinin birgə təsiri ilə təsirlənəcəkdir. Yüksək sürətli qarışdırma və sürətli qızdırma ümumiyyətlə gel temperaturunu əhəmiyyətli dərəcədə artıracaq, bu da mexaniki qarışdırma nəticəsində yaranan sement məhsulları üçün əlverişlidir.

4.3 Konsentrasiyanın isti gelə təsiri

Məhlulun konsentrasiyasının artırılması adətən gel temperaturunu aşağı salır və aşağı özlülüklü CE-nin gel nöqtələri yüksək özlülüklü CE-dən daha yüksəkdir. Məsələn, DOW-un METHOCEL A

Məhsulun konsentrasiyasında hər 2% artım üçün gel temperaturu 10°C azalacaq. F tipli məhsulların konsentrasiyasının 2% artması gel temperaturunu 4℃ azaldacaq.

4.4 Aşqarların termal gelləşməyə təsiri

Tikinti materialları sahəsində bir çox material qeyri-üzvi duzlardır ki, bu da CE məhlulunun gel temperaturuna əhəmiyyətli təsir göstərəcəkdir. Əlavənin koaqulyant və ya həlledici kimi fəaliyyət göstərməsindən asılı olaraq bəzi əlavələr CE-nin termal gel temperaturunu artıra bilər, digərləri isə CE-nin termal gel temperaturunu azalda bilər: məsələn, həlledicini gücləndirən etanol, PEG-400(polietilenqlikol) , anediol və s. gel nöqtəsini artıra bilər. Duzlar, qliserin, sorbitol və digər maddələr gel nöqtəsini azaldacaq, qeyri-ionlu CE ümumiyyətlə polivalent metal ionlarına görə çökməyəcək, lakin elektrolit konsentrasiyası və ya digər həll olunmuş maddələr müəyyən həddi aşdıqda, CE məhsulları duzlana bilər. həll, bu elektrolitlərin suya rəqabəti ilə əlaqədardır, nəticədə CE-nin nəmləndirilməsinin azalması ilə nəticələnir, CE məhsulunun məhlulunun duz tərkibi ümumiyyətlə Mc məhsulundan bir qədər yüksəkdir və duzun tərkibi bir qədər fərqlidir müxtəlif HPMC-lərdə.

Sement məhsullarının tərkibindəki bir çox inqrediyent gel nöqtəsini CE-nin aşağı salmasına səbəb olacaq, ona görə də əlavələrin seçilməsi nəzərə alınmalıdır ki, bu, gel nöqtəsinin və CE-nin özlülüyünün dəyişməsinə səbəb ola bilər.

5. Nəticə

(1) sellüloz efiri efirləşmə reaksiyası ilə təbii sellülozadır, əvəzedici mövqedə olan əvəzedici qrupların növünə və sayına görə susuzlaşdırılmış qlükozanın əsas struktur vahidinə malikdir və müxtəlif xassələrə malikdir. MC və HPMC kimi qeyri-ion eter, özlüləşdirici, su tutma agenti, hava udma agenti və digər tikinti materialları məhsullarında geniş istifadə edilə bilər.

(2) CE unikal həll qabiliyyətinə malikdir, müəyyən bir temperaturda (məsələn, gel temperaturunda) məhlul əmələ gətirir və gel temperaturunda bərk gel və ya bərk hissəcik qarışığı əmələ gətirir. Əsas həll üsulları quru qarışdırma dispersiya üsulu, isti su dispersiyası üsulu və s., sement məmulatlarında quru qarışdırma dispersiya üsulu geniş istifadə olunur. Əsas odur ki, aşağı temperaturda məhlul əmələ gətirərək CE-ni həll etməzdən əvvəl bərabər şəkildə yaymaqdır.

(3) Həll konsentrasiyası, temperatur, pH dəyəri, aşqarların kimyəvi xassələri və qarışdırma dərəcəsi CE məhlulunun gel temperaturu və özlülüyünə təsir edəcək, xüsusilə sement məhsulları qələvi mühitdə qeyri-üzvi duz məhlullarıdır, adətən CE məhlulunun gel temperaturunu və özlülüyünü azaldır. , mənfi təsirlər gətirir. Buna görə də, CE xüsusiyyətlərinə görə, birincisi, aşağı temperaturda (gel temperaturundan aşağı) istifadə edilməli, ikincisi, əlavələrin təsiri nəzərə alınmalıdır.