Эфір цэлюлозы ў прадуктах на аснове цэменту

Эфір цэлюлозы - гэта шматфункцыянальная дабаўка, якую можна выкарыстоўваць у цэментавых вырабах. У гэтым артыкуле прадстаўлены хімічныя ўласцівасці метылацэлюлозы (MC) і гідраксіпрапілметылацэлюлозы (HPMC /), якія звычайна выкарыстоўваюцца ў вырабах з цэменту, метад і прынцып чыстага раствора і асноўныя характарыстыкі раствора. Зніжэнне тэмпературы тэрмічнага геля і глейкасці ў вырабах з цэменту абмяркоўвалася на аснове практычнага вопыту вытворчасці.

Ключавыя словы:эфір цэлюлозы; Метылцэлюлоза;Гидроксипропилметилцеллюлоза; Тэмпература гарачага геля; глейкасць

1. Агляд

Эфір цэлюлозы (скарочана CE) вырабляецца з цэлюлозы шляхам рэакцыі этэрыфікацыі аднаго або некалькіх этэрыфікатараў і сухога драбнення. CE можна падзяліць на іённыя і неіённыя тыпы, сярод якіх неіённы тып CE з-за яго унікальных характарыстык тэрмічнага геля і растваральнасці, солеўстойлівасці, тэрмаўстойлівасці і адпаведнай павярхоўнай актыўнасці. Ён можа быць выкарыстаны ў якасці водаўтрымліваючага агента, суспензійнага агента, эмульгатора, пленкообразующего агента, змазкі, клею і рэалагічнага паляпшальніка. Асноўныя напрамкі замежнага спажывання - латексные пакрыцця, будаўнічыя матэрыялы, здабыча нафты і гэтак далей. У параўнанні з замежнымі краінамі, вытворчасць і прымяненне водарастваральных CE ўсё яшчэ знаходзіцца ў зачаткавым стане. З паляпшэннем здароўя людзей і экалагічнай свядомасці. Вялікае развіццё атрымае вадараспушчальны КЭ, які бясшкодны для фізіялогіі і не забруджвае навакольнае асяроддзе.

У галіне будаўнічых матэрыялаў звычайна выбіраюць CE - гэта метылацэлюлоза (MC) і гідраксіпрапілметылацэлюлоза (HPMC), якія могуць выкарыстоўвацца ў якасці пластыфікатара фарбы, тынкоўкі, раствора і цэменту, пластыфікатара, загушчальніка, водаўтрымлівальніка, паветраўцягвальніка і запавольвальніка. Большая частка прамысловасці будаўнічых матэрыялаў выкарыстоўваецца пры нармальнай тэмпературы, з выкарыстаннем умоў сухой сумесі, парашка і вады, менш з удзелам характарыстык растварэння і характарыстык гарачага геля CE, але ў механізаванай вытворчасці цэментавых вырабаў і іншых спецыяльных тэмпературных умовах, гэтыя характарыстыкі CE будзе гуляць больш паўнавартасную ролю.

2. Хімічныя ўласцівасці ХЭ

CE атрымліваюць шляхам апрацоўкі цэлюлозы шэрагам хімічных і фізічных метадаў. Згодна з рознай хімічнай структурай замяшчэння, звычайна можна падзяліць на: MC, HPMC, гідраксіэтылцэлюлоза (HEC) і г.д.: Кожны CE мае асноўную структуру цэлюлозы — дэгідратаваную глюкозу. У працэсе вытворчасці CE цэлюлозныя валокны спачатку награваюць у шчолачным растворы, а затым апрацоўваюць этэрыфікуючымі агентамі. Кудзелістыя прадукты рэакцыі ачышчаюцца і здрабнеюць з адукацыяй аднастайнага парашка пэўнай дробнасці.

У працэсе вытворчасці МС у якасці этэрыфікатара выкарыстоўваецца толькі хларыд метану. У дадатак да выкарыстання хларыду метану ў вытворчасці ГПМЦ таксама выкарыстоўваецца аксід прапілену для атрымання гидроксипропильных груп замяшчальнікаў. Розныя CE маюць розную хуткасць замяшчэння метыла і гідраксіпрапілу, што ўплывае на арганічную сумяшчальнасць і тэмпературу тэрмічнага геля раствора CE.

Колькасць груп замяшчэння на абязводжанай глюкозы структурных адзінак цэлюлозы можа быць выказана ў працэнтах па масе або сярэдняй колькасці груп замяшчэння (г.зн. DS — Degree of Substitution). Колькасць груп замяшчальнікаў вызначае ўласцівасці прадуктаў CE. Уплыў сярэдняй ступені замяшчэння на растваральнасць прадуктаў этэрыфікацыі выглядае наступным чынам:

(1) нізкая ступень замяшчэння, растваральны ў шчолаку;

(2) трохі высокая ступень замяшчэння, растваральныя ў вадзе;

(3) высокая ступень замяшчэння, растворанага ў палярных арганічных растваральніках;

(4) Больш высокая ступень замяшчэння, раствораная ў непалярных арганічных растваральніках.

3. Метад растварэння КЭ

CE мае унікальную ўласцівасць растваральнасці: пры павышэнні тэмпературы да пэўнай тэмпературы ён нерастваральны ў вадзе, але ніжэй за гэтую тэмпературу яго растваральнасць будзе павялічвацца з паніжэннем тэмпературы. CE раствараецца ў халоднай вадзе (і ў некаторых выпадках у спецыяльных арганічных растваральніках) праз працэс набракання і гідратацыі. Растворы CE не маюць відавочных абмежаванняў па растваральнасці, якія з'яўляюцца пры растварэнні іённых соляў. Канцэнтрацыя CE, як правіла, абмяжоўваецца глейкасцю, якую можна кантраляваць з дапамогай вытворчага абсталявання, а таксама вар'іруецца ў залежнасці ад глейкасці і разнастайнасці хімічных рэчываў, неабходных карыстальніку. Канцэнтрацыя раствора CE з нізкай глейкасцю звычайна складае 10% ~ 15%, а CE з высокай вязкасцю звычайна абмежаваная 2% ~ 3%. Розныя тыпы CE (напрыклад, парашок або парашок з апрацаванай паверхняй або гранулят) могуць паўплываць на падрыхтоўку раствора.

3.1 CE без апрацоўкі паверхні

Хоць CE раствараецца ў халоднай вадзе, ён павінен быць цалкам диспергирован ў вадзе, каб пазбегнуць зліпання. У некаторых выпадках можна выкарыстоўваць высакахуткасны міксер або варонку ў халоднай вадзе для распылення парашка CE. Аднак, калі неапрацаваны парашок дадаць непасрэдна ў халодную ваду без дастатковага мяшання, утворацца значныя камякі. Асноўная прычына слежвання заключаецца ў тым, што часціцы парашка CE не цалкам вільготныя. Калі толькі частка парашка раствараецца, утворыцца гелевая плёнка, якая прадухіляе далейшае растварэнне астатняга парашка. Такім чынам, перад растварэньнем часціцы CE павінны быць цалкам дыспергаваныя, наколькі гэта магчыма. Звычайна выкарыстоўваюцца два наступныя метады дысперсіі.

3.1.1 Метад распылення сухі сумесі

Гэты метад часцей за ўсё выкарыстоўваецца ў вырабах з цэменту. Перш чым дадаваць ваду, раўнамерна змяшайце іншы парашок з парашком CE, каб часціцы парашка CE рассейваліся. Мінімальная прапорцыя змешвання: іншы парашок: парашок CE = (3 ~ 7) : 1.

У гэтым метадзе дысперсія CE завяршаецца ў сухім стане з выкарыстаннем іншага парашка ў якасці асяроддзя для дысперсіі часціц CE адзін з адным, каб пазбегнуць узаемнага злучэння часціц CE пры даданні вады і ўплыве на далейшае растварэнне. Такім чынам, гарачая вада не патрэбна для дысперсіі, але хуткасць растварэння залежыць ад часціц парашка і ўмоў мяшання.

3.1.2 Метад дысперсіі ў гарачай вадзе

(1) Першую 1/5~1/3 неабходнай вады для нагрэву да 90C вышэй, дадайце CE, а затым змяшайце, пакуль усе часціцы не стануць вільготнымі, а затым дадайце астатнюю ваду ў халоднай або ледзяной вадзе, каб знізіць тэмпературу раствор, пасля дасягнення тэмпературы растварэння CE, парашок пачаў гідратацыю, глейкасць павялічылася.

(2) Вы таксама можаце нагрэць усю ваду, а затым дадаць CE, каб памешваць пры астуджэнні да завяршэння гідратацыі. Дастатковае астуджэнне вельмі важна для поўнай гідратацыі CE і адукацыі глейкасці. Для ідэальнай глейкасці раствор MC трэба астудзіць да 0 ~ 5 ℃, у той час як HPMC трэба астудзіць толькі да 20 ~ 25 ℃ або ніжэй. Паколькі поўная гідратацыя патрабуе дастатковага астуджэння, растворы HPMC звычайна выкарыстоўваюцца там, дзе нельга выкарыстоўваць халодную ваду: згодна з інфармацыяй, HPMC мае меншае зніжэнне тэмпературы, чым MC пры больш нізкіх тэмпературах для дасягнення такой жа глейкасці. Варта адзначыць, што метад дысперсіі ў гарачай вадзе прымушае часціцы CE раўнамерна рассейвацца толькі пры больш высокай тэмпературы, але ў гэты час раствор не ўтворыцца. Каб атрымаць раствор з пэўнай глейкасцю, яго неабходна яшчэ раз астудзіць.

3.2 Диспергируемый парашок CE з апрацаванай паверхняй

У многіх выпадках патрабуецца, каб CE меў характарыстыкі як дыспергаванай, так і хуткай гідратацыі (утвараючы глейкасць) у халоднай вадзе. CE з апрацаванай паверхняй часова не раствараецца ў халоднай вадзе пасля спецыяльнай хімічнай апрацоўкі, якая гарантуе, што калі CE дадаецца ў ваду, ён не будзе адразу ствараць відавочную глейкасць і можа быць дыспергаваны пры адносна невялікіх умовах зруху. «Час затрымкі» гідратацыі або адукацыі глейкасці з'яўляецца вынікам камбінацыі ступені апрацоўкі паверхні, тэмпературы, pH сістэмы і канцэнтрацыі раствора CE. Затрымка гідратацыі звычайна памяншаецца пры больш высокіх канцэнтрацыях, тэмпературах і ўзроўню pH. У цэлым, аднак, канцэнтрацыя CE не ўлічваецца, пакуль яна не дасягне 5% (суадносіны масы вады).

Для дасягнення найлепшых вынікаў і поўнага ўвільгатнення апрацаваную паверхню CE трэба памешваць на працягу некалькіх хвілін у нейтральных умовах з дыяпазонам pH ад 8,5 да 9,0 да дасягнення максімальнай глейкасці (звычайна 10-30 хвілін). Як толькі рн змяняецца на асноўны (рн ад 8,5 да 9,0), апрацаваная паверхня CE цалкам і хутка раствараецца, і раствор можа быць стабільным пры рн ад 3 да 11. Аднак важна адзначыць, што рэгуляванне рн суспензіі высокай канцэнтрацыі прывядзе да таго, што глейкасць будзе занадта высокай для перапампоўкі і залівання. Пасля таго, як завісь будзе разведзена да жаданай канцэнтрацыі, трэба адрэгуляваць pH.

Падводзячы вынік, працэс растварэння CE ўключае два працэсы: фізічную дысперсію і хімічнае растварэнне. Галоўнае - дыспергаваць часціцы CE адзін з адным перад растварэньнем, каб пазбегнуць агламерацыі з-за высокай глейкасці падчас растварэння пры нізкай тэмпературы, што паўплывае на далейшае растварэнне.

4. Уласцівасці раствора КЭ

Розныя віды водных раствораў CE будуць гелеутварацца пры сваіх пэўных тэмпературах. Гель цалкам зварачальны і пры паўторным астуджэнні ўтварае раствор. Зварачальнае тэрмічнае гелеўтварэнне CE з'яўляецца унікальным. У многіх цэментавых прадуктах асноўнае выкарыстанне глейкасці CE і адпаведных уласцівасцей ўтрымання вады і змазкі, а таксама глейкасці і тэмпературы геля маюць прамую залежнасць, пры тэмпературы геля, чым ніжэй тэмпература, тым вышэй глейкасць CE, тым лепш адпаведная прадукцыйнасць ўтрымання вады.

Сучаснае тлумачэнне феномена геля наступнае: у працэсе растварэння гэта падобна

Палімерныя малекулы ніткі злучаюцца з малекулярным пластом вады, што прыводзіць да набракання. Малекулы вады дзейнічаюць як змазачны алей, які можа разрываць доўгія ланцужкі малекул палімера, так што раствор мае ўласцівасці вязкай вадкасці, якую лёгка скінуць. Пры павышэнні тэмпературы раствора палімер цэлюлозы паступова губляе ваду і глейкасць раствора зніжаецца. Калі кропка геля дасягнута, палімер цалкам абязводжваецца, што прыводзіць да сувязі паміж палімерамі і адукацыі геля: трываласць геля працягвае павялічвацца, калі тэмпература застаецца вышэй кропкі геля.

Калі раствор астывае, гель пачынае адварочвацца, і глейкасць памяншаецца. Нарэшце, глейкасць астуджальнага раствора вяртаецца да пачатковай крывой павышэння тэмпературы і павялічваецца з паніжэннем тэмпературы. Раствор можна астудзіць да пачатковага значэння глейкасці. Такім чынам, працэс тэрмічнага геля CE зварачальны.

Асноўная роля CE ў цэментавых вырабах - гэта загушчальнік, пластыфікатар і сродак для ўтрымання вады, таму, як кантраляваць глейкасць і тэмпературу геля, стаў важным фактарам, у цэментавых вырабах звычайна выкарыстоўваюць кропку пачатковай тэмпературы геля ніжэй часткі крывой, такім чынам, чым ніжэй тэмпература, тым вышэй глейкасць, тым больш відавочны эфект затрымкі вады ў загустителе. Вынікі выпрабаванняў лініі па вытворчасці экструзійнай цэментнай пліты таксама паказваюць, што чым ніжэй тэмпература матэрыялу пры аднолькавым утрыманні CE, тым лепшы эфект глейкасці і ўтрымання вады. Паколькі цэментная сістэма з'яўляецца надзвычай складанай сістэмай фізічных і хімічных уласцівасцяў, ёсць шмат фактараў, якія ўплываюць на змяненне тэмпературы і глейкасці геля CE. І ўплыў розных тэндэнцый і ступені Taianin не аднолькавы, таму практычнае прымяненне таксама выявіла, што пасля змешвання цэментнай сістэмы фактычная кропка тэмпературы геля CE (гэта значыць зніжэнне эфекту ўтрымання клею і вады вельмі відавочнае пры гэтай тэмпературы ) ніжэй, чым тэмпература геля, паказаная прадуктам, таму пры выбары прадуктаў CE трэба ўлічваць фактары, якія выклікаюць зніжэнне тэмпературы геля. Ніжэй прыведзены асноўныя фактары, якія, на нашу думку, уплываюць на глейкасць і тэмпературу геля раствора CE у цэментавых вырабах.

4.1 Уплыў значэння pH на глейкасць

MC і HPMC неіённыя, таму глейкасць раствора, чым глейкасць натуральнага іённага клею, мае больш шырокі дыяпазон стабільнасці DH, але калі значэнне pH перавышае дыяпазон 3 ~ 11, яны будуць паступова зніжаць глейкасць пры больш высокая тэмпература або захоўванне на працягу доўгага перыяду часу, асабліва высокая глейкасць раствора. Глейкасць раствора прадукту CE зніжаецца ў растворы моцнай кіслаты або моцнай асновы, што ў асноўным звязана з дэгідратацыяй CE, выкліканай асновай і кіслатой. Такім чынам, глейкасць CE звычайна да пэўнай ступені зніжаецца ў шчолачным асяроддзі цэментавых вырабаў.

4.2 Уплыў хуткасці нагрэву і мяшання на працэс геля

Тэмпература кропкі геля будзе залежаць ад сумеснага ўздзеяння хуткасці нагрэву і хуткасці зруху пры мяшанні. Высокая хуткасць мяшання і хуткі нагрэў, як правіла, значна павялічваюць тэмпературу геля, што з'яўляецца спрыяльным для цэментавых вырабаў, атрыманых механічным змешваннем.

4.3 Уплыў канцэнтрацыі на гарачы гель

Павелічэнне канцэнтрацыі раствора звычайна зніжае тэмпературу геля, і кропкі геля з нізкай глейкасцю CE вышэй, чым з высокай глейкасцю CE. Такія, як METHOCEL A ад DOW

Тэмпература геля будзе зніжацца на 10 ℃ пры кожным павелічэнні канцэнтрацыі прадукту на 2%. Павелічэнне канцэнтрацыі прадуктаў тыпу F на 2% знізіць тэмпературу геля на 4 ℃.

4.4 Уплыў дабавак на тэрмічнае гелеўтварэнне

У галіне будаўнічых матэрыялаў многія матэрыялы ўяўляюць сабой неарганічныя солі, якія акажуць значны ўплыў на тэмпературу геля раствора CE. У залежнасці ад таго, дзейнічае дабаўка як каагулянт або солюбилизирующий агент, некаторыя дабаўкі могуць павышаць тэмпературу тэрмічнага геля CE, а іншыя могуць зніжаць тэмпературу тэрмічнага геля CE: напрыклад, этанол, які ўзмацняе растваральнік, PEG-400 (поліэтыленгліколь) , анедыёл і г.д., можа павялічыць кропку геля. Солі, гліцэрына, сарбіт і іншыя рэчывы зніжаюць кропку гелеўтварэння, неіённыя CE звычайна не выпадаюць у асадак з-за іёнаў полівалентных металаў, але калі канцэнтрацыя электраліта або іншых раствораных рэчываў перавышае пэўную мяжу, прадукты CE могуць быць высалены ў раствор, гэта адбываецца з-за канкурэнцыі электралітаў з вадой, што прыводзіць да памяншэння гідратацыі CE. Утрыманне солі ў растворы прадукту CE звычайна крыху вышэйшае, чым у прадукце Mc, а ўтрыманне солі крыху адрозніваецца у розных HPMC.

Многія інгрэдыенты ў цэментных вырабах прыводзяць да зніжэння кропкі гелеўтварэння CE, таму пры выбары дадаткаў варта ўлічваць, што гэта можа выклікаць змены кропкі гелеўтварэння і глейкасці CE.

5.Заключэнне

(1) Эфір цэлюлозы з'яўляецца натуральнай цэлюлозай праз рэакцыю этерификации, мае асноўную структурную адзінку абязводжанай глюкозы, у залежнасці ад тыпу і колькасці груп замяшчальнікаў на яго пазіцыі замены і мае розныя ўласцівасці. Неіённыя эфіры, такія як MC і HPMC, могуць быць выкарыстаны ў якасці загушчальніка, агента ўтрымання вады, агента зацягвання паветра і іншых шырока выкарыстоўваюцца ў прадуктах будаўнічых матэрыялаў.

(2) CE валодае унікальнай растваральнасцю, утвараючы раствор пры пэўнай тэмпературы (напрыклад, тэмпературы геля) і ўтвараючы цвёрды гель або сумесь цвёрдых часціц пры тэмпературы геля. Асноўнымі метадамі растварэння з'яўляюцца метад дысперсіі сухім змешваннем, метад дысперсіі гарачай вадой і г.д., у цэментавых вырабах звычайна выкарыстоўваецца метад дысперсіі сухога змешвання. Галоўнае - раўнамерна дыспергаваць CE, перш чым ён растворыцца, утвараючы раствор пры нізкіх тэмпературах.

(3) Канцэнтрацыя раствора, тэмпература, значэнне pH, хімічныя ўласцівасці дабавак і хуткасць мяшання будуць уплываць на тэмпературу геля і глейкасць раствора CE, асабліва прадукты з цэменту ўяўляюць сабой растворы неарганічнай солі ў шчолачным асяроддзі, звычайна зніжаюць тэмпературу геля і глейкасць раствора CE. , прыносячы негатыўныя наступствы. Такім чынам, у адпаведнасці з характарыстыкамі CE, па-першае, яго трэба выкарыстоўваць пры нізкай тэмпературы (ніжэй тэмпературы геля), а па-другое, трэба ўлічваць уплыў дабавак.