Etere di cellulosa in i prudutti di cimentu

L'etere di cellulosa hè un tipu d'additivu multipurpose chì pò esse usatu in i prudutti di cimentu. Stu document presenta e proprietà chimichi di metil cellulosa (MC) è hydroxypropyl metil cellulosa (HPMC /) cumunimenti usatu in i prudutti di cimentu, u metudu è u principiu di a suluzione reta è e caratteristiche principali di a suluzione. A diminuzione di a temperatura di u gelu termale è a viscosità in i prudutti di cimentu hè statu discutitu basatu annantu à l'esperienza pratica di produzzione.

Parolle chjave:etere di cellulosa; metil cellulosa;Idrossipropilmetilcellulosa; temperatura di gel caldu; viscosità

1. Panoramica

L'etere di cellulosa (CE in breve) hè fattu di cellulosa per a reazione di eterificazione di unu o parechji agenti eterificanti è di macinazione secca. CE pò esse divisu in tipi ionicu è micca ionicu, trà i quali u tipu non ionicu CE per via di e so caratteristiche uniche di gel termale è solubilità, resistenza à u sali, resistenza à u calore, è hà una attività superficiale adatta. Pò esse usatu cum'è agenti di ritenzione d'acqua, agenti di sospensione, emulsionanti, agenti di furmazione di film, lubrificanti, adesivi è migliurà reologicu. I principali spazii di cunsumu straneru sò rivestimenti di lattice, materiali di custruzzione, perforazione d'oliu è cusì. Comparatu cù i paesi stranieri, a produzzione è l'applicazione di CE soluble in acqua hè sempre in a so infanzia. Cù u migliuramentu di a salute di e persone è a cuscenza ambientale. U CE soluble in acqua, chì hè innocu à a fisiologia è ùn contamina micca l'ambiente, avarà un grande sviluppu.

In u campu di i materiali di custruzzione di solitu selezziunati CE hè metil cellulosa (MC) è hydroxypropyl metil cellulosa (HPMC), pò ièssiri usatu comu vernice, gesso, mortar è prudutti di cimentu plasticizer, viscosifier, agenti di ritenzione d'acqua, agenti aria trainining è agenti ritardanti. A maiò parte di l'industria di i materiali di custruzzione hè aduprata à a temperatura nurmale, cù e cundizioni sò mischii secchi in polvere è acqua, menu chì implicanu e caratteristiche di dissoluzione è e caratteristiche di u gel caldu di CE, ma in a produzzione mecanizzata di prudutti di cimentu è altre cundizioni di temperatura speciale, queste caratteristiche di CE hà da ghjucà un rolu più cumpletu.

2. Pruprietà chimica di CE

CE hè ottenuta da u trattamentu di a cellulosa attraversu una seria di metudi chimichi è fisichi. Sicondu a struttura di sustituzione chimica differente, di solitu pò esse divisu in: MC, HPMC, hydroxyethyl cellulosa (HEC), etc. : Ogni CE hà a struttura basica di cellulosa - glucose disidratatu. In u prucessu di pruducia CE, fibre di cellulosa sò prima riscaldate in una suluzione alkaline è poi trattate cù agenti eterificanti. I prudutti di reazzione fibru sò purificati è pulverizzati per furmà un polveru uniforme di una certa finezza.

U prucessu di pruduzzione di MC usa solu u cloruru di metanu cum'è agente eterificante. In più di l'usu di clorur di metanu, a produzzione di HPMC usa ancu l'ossidu di propilenu per ottene gruppi di sustituenti idrossipropil. Diversi CE anu diverse tassi di sostituzione di metile è idrossipropile, chì affettanu a cumpatibilità organica è a temperatura di gel termale di a suluzione CE.

U numaru di gruppi di sustituzzioni nantu à l'unità strutturale di glucose disidratatu di cellulosa pò esse spressione da u percentuale di massa o u numeru mediu di gruppi di sustituzzioni (ie, DS - Grau di Sustituzione). U numaru di gruppi di sustituenti determina e proprietà di i prudutti CE. L'effettu di u gradu mediu di sustituzione nantu à a solubilità di i prudutti di eterificazione hè u seguente:

(1) bassu gradu di sustituzione soluble in lye;

(2) un pocu altu gradu di sustituzione soluble in acqua;

(3) altu gradu di sustituzione dissoluta in solventi organici polari;

(4) U più altu gradu di sustituzione dissolutu in solventi organici non polari.

3. Metudu dissoluzione di CE

CE hà una pruprietà di solubilità unica, quandu a temperatura s'eleva à una certa temperatura, hè insoluble in acqua, ma sottu à sta temperatura, a so solubilità aumenta cù a diminuzione di a temperatura. CE hè soluble in acqua fridda (è in certi casi in solventi organici specifichi) per via di u prucessu di gonfiore è idratazione. E soluzioni CE ùn anu micca i limiti di solubilità evidenti chì si prisentanu in a dissoluzione di i sali ionici. A cuncentrazione di CE hè generalmente limitata à a viscosità chì pò esse cuntrullata da l'equipaggiu di produzzione, è varieghja ancu secondu a viscosità è a varietà chimica dumandata da l'utilizatore. A cuncentrazione di suluzione di bassa viscosità CE hè generalmente 10% ~ 15%, è alta viscosità CE hè generalmente limitata à 2% ~ 3%. Diversi tipi di CE (cum'è u polveru o u polveru trattatu in superficia o granulare) ponu influenzà cumu a suluzione hè preparata.

3.1 CE senza trattamentu di superficia

Ancu se u CE hè soluble in acqua fridda, deve esse dispersatu cumplettamente in l'acqua per evità l'agglutinazione. In certi casi, un mixer o funnel d'alta velocità pò esse usatu in acqua fridda per disperse u polu CE. In ogni casu, se u pezzu micca trattatu hè aghjuntu direttamente à l'acqua fridda senza sbulicà abbastanza, si formanu grumi sustanziali. U mutivu principale di caking hè chì i particeddi di polvere CE ùn sò micca cumplettamente bagnati. Quandu solu una parte di u polu hè dissolutu, un film di gel serà furmatu, chì impedisce à u polu restante di cuntinuà à dissolve. Dunque, prima di dissoluzione, i particeddi CE duveranu esse dispersi in tuttu u più pussibule. I seguenti dui metudi di dispersione sò cumunimenti usati.

3.1.1 Metudu dispersion mischia secca

Stu metudu hè più comunmente utilizatu in i prudutti di cimentu. Prima di aghjunghje l'acqua, mischjà l'altru polveru cù u polveru CE uniformemente, perchè e particelle di polveri CE sò disperse. Rapportu minimu di mischju: Altra polvere: polvere CE = (3 ~ 7): 1.

In questu metudu, a dispersione di CE hè cumpleta in u statu seccu, utilizendu altre polvera cum'è u mediu per disperse particelle CE cun l'altri, per evità u ligame mutuale di particelle CE quandu aghjunghje l'acqua è affettendu più dissoluzione. Per quessa, l'acqua calda ùn hè micca necessariu per a dispersione, ma a tarifa di dissoluzione dipende da e particelle di polvere è e cundizioni di agitazione.

3.1.2 Metudu dispersion acqua calda

(1) U primu 1/5 ~ 1/3 di u riscaldamentu di l'acqua necessariu à 90C sopra, aghjunghje CE, è poi mischjà finu à chì tutte e particelle disperse umitu, è dopu l'acqua restante in acqua fredda o ghiacciata aghjunta per riduce a temperatura di l'acqua. suluzione, una volta ghjunta à a temperatura di dissoluzione CE, a polvera hà cuminciatu à idratà, a viscosità aumenta.

(2) Pudete ancu calà tutta l'acqua, è dopu aghjunghje CE à stir while cooling finu à l'idratazione hè cumpleta. Un rinfrescante abbastanza hè assai impurtante per l'idratazione cumpleta di CE è a furmazione di viscosità. Per a viscosità ideale, a suluzione MC deve esse rinfriscata à 0 ~ 5 ℃, mentri HPMC solu deve esse rinfriscata à 20 ~ 25 ℃ o sottu. Siccomu l'idratazione cumpleta richiede un rinfrescante abbastanza, e soluzioni HPMC sò cumunimenti aduprate induve l'acqua fredda ùn pò micca esse usata: secondu l'infurmazioni, HPMC hà menu riduzzione di temperatura cà MC à temperature più basse per ottene a stessa viscosità. Vale a pena nutà chì u metudu di dispersione di l'acqua calda face solu i particeddi CE disperse uniformly à una temperatura più alta, ma ùn si forma micca suluzione à questu tempu. Per ottene una suluzione cù una certa viscosità, deve esse rinfriscata di novu.

3.2 Polvere CE dispersibile trattata in superficie

In parechji casi, CE hè necessariu d'avè caratteristiche di idratazione dispersibile è rapida (formazione di viscosità) in acqua fredda. Superficie trattata CE hè temporaneamente insoluble in acqua fridda dopu à trattamentu chimicu spiciali, chì assicura chì quandu CE hè aghjuntu à l 'acqua, ùn sarà subitu furmari viscosità evidenti è pò esse disperse in cundizioni di forza di taglioli relativamente chjuchi. U "tempu di ritardu" di l'idratazione o a furmazione di viscosità hè u risultatu di a cumminazione di u gradu di trattamentu di a superficia, a temperatura, u pH di u sistema è a cuncentrazione di suluzione CE. U ritardu di l'idratazione hè generalmente ridutta à cuncentrazione più altu, temperature è livelli di pH. In generale, però, a cuncentrazione di CE ùn hè micca cunsiderata finu à ch'ella righjunghji 5% (a proporzione di massa di l'acqua).

Per u megliu risultati è l'idratazione cumpleta, a superficia trattata CE deve esse agitata per uni pochi di minuti in cundizioni neutri, cù a gamma di pH da 8,5 à 9,0, finu à chì a viscosità massima hè righjunta (in solitu 10-30 minuti). Na vota ca lu pH cambia a basica (pH 8,5 à 9,0), a superficia trattata CE dissolves cumplitamenti è rapidamente, è a suluzione pò esse stabile à pH 3 à 11. Tuttavia, hè impurtante à nutà chì aghjustà u pH di una alta concentrazione slurry. pruvucarà a viscosità per esse troppu alta per u pumping and pouring. U pH deve esse aghjustatu dopu chì a slurry hè stata diluita à a cuncentrazione desiderata.

In sintesi, u prucessu di dissoluzione di CE include dui prucessi: dispersione fisica è dissoluzione chimica. A chjave hè di disperse particeddi CE cù l'altri prima di dissoluzione, in modu per evità l'agglomerazione per via di a viscosità alta durante a dissoluzione di a bassa temperatura, chì affetterà a dissoluzione più.

4. Pruprietà di suluzione CE

Diversi tipi di suluzione acquosa CE si gelate à e so temperature specifiche. U gel hè cumpletamente reversibile è forma una suluzione quandu si rinfriscà di novu. A gelazione termale reversibile di CE hè unica. In parechji prudutti di cimentu, l'usu principale di a viscosità di CE è di e proprietà di ritenzione di l'acqua è di lubrificazione currispondente, è a viscosità è a temperatura di u gel hà una relazione diretta, sottu à a temperatura di u gel, u più bassu hè a temperatura, u più altu hè a viscosità di CE. u megliu u funziunamentu di ritenzione d'acqua currispundenti.

A spiegazione attuale per u fenomenu di gel hè questu: in u prucessu di dissoluzione, questu hè simili

E molécule di polimeru di u filu cunnettanu cù a capa molekulari di l'acqua, risultatu in inzucchera. E molécule d'acqua agiscenu cum'è oliu lubrificante, chì pò sguassate catene longu di molécule polimeru, cusì chì a suluzione hà e proprietà di un fluidu viscosu chì hè faciule di scaccià. Quandu a temperatura di a suluzione aumenta, u polimeru di cellulosa perde gradualmente l'acqua è a viscosità di a suluzione diminuite. Quandu u puntu di gel hè ghjuntu, u polimeru diventa cumplettamente desidratatu, risultatu in u ligame trà i polimeri è a furmazione di u gelu: a forza di u gelu cuntinueghja à aumentà cum'è a temperatura ferma sopra à u puntu di gel.

Quandu a suluzione si rinfriscà, u gelu principia à reverse è a viscosità diminuisce. Infine, a viscosità di a suluzione di rinfrescante torna à a curva iniziale di crescita di a temperatura è aumenta cù a diminuzione di a temperatura. A suluzione pò esse rinfriscata à u so valore di viscosità iniziale. Dunque, u prucessu di gel termale di CE hè reversibile.

U rolu principali di CE in i prudutti di cimentu hè cum'è viscosificante, plastificante è agenti di ritenzione di l'acqua, cusì cumu per cuntrullà a viscosità è a temperatura di u gelu hè diventatu un fattore impurtante in i prudutti di cimentu di solitu aduprà u so puntu iniziale di temperatura di gel sottu à una sezione di a curva. cusì u più bassu a temperatura, u più altu a viscosità, u più ovvi l'effettu di ritenzione acqua viscosifier. I risultati di a prova di a linea di produzzione di pannelli di cimentu di estrusione mostranu ancu chì u più bassu a temperatura di u materiale hè sottu à u listessu cuntenutu di CE, u megliu l'effettu di a viscosificazione è a ritenzione d'acqua hè. Cume u sistema di cimentu hè un sistema di pruprietà fisicu è chimicu estremamente cumplessu, ci sò parechji fatturi chì afectanu u cambiamentu di a temperatura di u gel CE è a viscosità. È l'influenza di varii tendenza Taianin è gradu ùn sò micca listessi, cusì l'applicazioni pratiche truvaru ancu chì dopu à mischjà u sistema di cimentu, u puntu di temperatura di u gelu attuale di CE (vale à dì, a calata di l'effettu di ritenzione di l'acqua è a cola hè assai evidenti à sta temperatura). ) sò più bassu di a temperatura di gel indicata da u pruduttu, per quessa, in a selezzione di i prudutti CE per piglià in contu i fatturi chì causanu a calata di a temperatura di u gel. I seguenti sò i fatturi principali chì credemu chì affettanu a viscosità è a temperatura di u gelu di a suluzione CE in i prudutti di cimentu.

4.1 Influenza di u valore di pH nantu à a viscosità

MC è HPMC ùn sò micca ionici, cusì a viscosità di a suluzione chì a viscosità di a cola ionica naturali hà una gamma più larga di stabilità DH, ma se u valore di pH supera a gamma di 3 ~ 11, riduceranu gradualmente a viscosità à un temperatura più altu o in u almacenamentu per un longu periodu di tempu, in particulare suluzione di viscosità alta. A viscosità di a suluzione di u produttu CE diminuisce in a suluzione forte di l'acidu o di a basa forte, chì hè principalmente dovuta à a desidratazione di CE causata da a basa è l'acidu. Per quessa, a viscosità di CE di solitu diminuisce à una certa misura in l'ambienti alkaline di i prudutti di cimentu.

4.2 Influenza di a freccia di riscaldamentu è agitazione nantu à u prucessu di gel

A temperatura di u puntu di gel serà affettata da l'effettu cumminatu di a velocità di riscaldamentu è a velocità di cisura di agitazione. L'agitazione d'alta velocità è u riscaldamentu rapidu generalmente aumentanu significativamente a temperatura di u gelu, chì hè favurevule per i prudutti di cimentu furmati da a mistura meccanica.

4.3 Influenza di a cuncentrazione nantu à u gel caldu

Aumentà a cuncentrazione di a suluzione di solitu abbassa a temperatura di u gel, è i punti di gel di bassa viscosità CE sò più altu ch'è quelli di alta viscosità CE. Cum'è METHOCEL A di DOW

A temperatura di u gel serà ridutta di 10 ℃ per ogni 2% d'aumentu di a cuncentrazione di u pruduttu. Un aumentu di 2% in a cuncentrazione di i prudutti di u tipu F riduce a temperatura di u gel di 4 ℃.

4.4 Influenza di l'additivi nantu à a gelazione termale

In u campu di i materiali di custruzzione, assai materiali sò sali inorganici, chì anu un impattu significativu nantu à a temperatura di u gelu di a suluzione CE. Sicondu s'ellu l'additivu agisce cum'è coagulante o solubilizzante, certi additivi ponu aumentà a temperatura di u gelu termale di CE, mentri àutri ponu diminuite a temperatura di u gelu termale di CE: per esempiu, etanol chì aumenta i solventi, PEG-400 (glicol di polietilene) , anediol, etc., ponu aumentà u puntu di gel. Sali, glicerina, sorbitol è altre sustanzi riduzzione di u puntu di gel, u CE non ionicu generalmente ùn serà micca precipitatu per via di ioni di metalli polivalenti, ma quandu a cuncentrazione di l'elettroliti o altre sustanzi dissoluti supera un certu limitu, i prudutti CE ponu esse salati suluzione, chistu è duvuta à a cumpetizione di l'elettroliti à l'acqua, risultatu in a riduzzione di idratazione di CE, U cuntenutu sali di a suluzione di u produttu CE hè generalmente ligeramente più altu ch'è quellu di u produttu Mc, è u cuntenutu di sali hè pocu sfarente. in diverse HPMC.

Parechje ingredienti in i prudutti di cimentu farà u puntu di gelu di a goccia di CE, cusì a selezzione di l'additivi deve piglià in contu chì questu pò causà u puntu di gel è a viscosità di i cambiamenti CE.

5.Conclusioni

(1) l'etere di cellulosa hè a cellulosa naturali per a reazione di eterificazione, hà l'unità strutturale di basa di glucose disidratatu, secondu u tipu è u numeru di gruppi sustituenti nantu à a so pusizione di rimpiazzamentu è hà diverse proprietà. L'etere non-ionicu, cum'è MC è HPMC, pò esse usatu cum'è viscosifier, agenti di retenzioni d'acqua, agenti di trascinamentu di l'aria è altri assai usati in i prudutti di materiali di custruzzione.

(2) CE hà solu solubilità unica, furmendu a suluzione à una certa temperatura (cum'è a temperatura di u gel), è furmendu un gel solidu o una mistura di particella solida à a temperatura di u gel. I metudi di dissoluzione principali sò u metudu di dispersione di mischju seccu, u metudu di dispersione d'acqua calda, etc., in i prudutti di cimentu cumunimenti usati hè u metudu di dispersione di mischju seccu. A chjave hè di disperse CE uniformemente prima di dissolve, furmendu una suluzione à bassu temperature.

(3) A cuncentrazione di a suluzione, a temperatura, u valore di pH, e proprietà chimiche di l'additivi è a velocità di agitazione affettanu a temperatura di u gelu è a viscosità di a suluzione CE, in particulare i prudutti di cimentu sò solu suluzione inorganica in ambienti alkalini, di solitu riduce a temperatura di u gel è a viscosità di a suluzione CE. , purtendu effetti avversi. Dunque, secondu e caratteristiche di CE, prima, deve esse usatu à una temperatura bassu (sottu à a temperatura di u gelu), è secondu, l'influenza di l'additivi deve esse cunsideratu.