Celluloseether i cementbaserede produkter

Celluloseether er en slags multifunktionelt additiv, som kan bruges i cementprodukter. Dette papir introducerer de kemiske egenskaber af methylcellulose (MC) og hydroxypropylmethylcellulose (HPMC /), der almindeligvis anvendes i cementprodukter, metoden og princippet for netopløsningen og opløsningens vigtigste egenskaber. Faldet i termisk geltemperatur og viskositet i cementprodukter blev diskuteret baseret på praktiske produktionserfaringer.

Nøgleord:cellulose ether; Methylcellulose;Hydroxypropylmethylcellulose; Hot gel temperatur; viskositet

1. Overblik

Celluloseether (forkortet CE) er fremstillet af cellulose gennem etherificeringsreaktion af et eller flere etherificerende midler og tørformaling. CE kan opdeles i ioniske og ikke-ioniske typer, blandt hvilke ikke-ionisk type CE på grund af dets unikke termiske gelegenskaber og opløselighed, saltbestandighed, varmebestandighed og har passende overfladeaktivitet. Det kan bruges som vandtilbageholdende middel, suspensionsmiddel, emulgator, filmdannende middel, smøremiddel, klæbemiddel og rheologisk forbedringsmiddel. De vigtigste udenlandske forbrugsområder er latexbelægninger, byggematerialer, olieboring og så videre. Sammenlignet med andre lande er produktionen og anvendelsen af ​​vandopløseligt CE stadig i sin vorden. Med forbedring af folks sundhed og miljøbevidsthed. Vandopløseligt CE, som er uskadeligt for fysiologien og ikke forurener miljøet, vil have stor udvikling.

Inden for byggematerialer, der normalt vælges, er CE methylcellulose (MC) og hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), kan bruges som maling, puds, mørtel og cementprodukter blødgører, viskositetsmiddel, vandtilbageholdelsesmiddel, luftinddragende middel og retarderingsmiddel. Det meste af byggematerialeindustrien bruges ved normal temperatur, brugsbetingelser er tørblanding af pulver og vand, mindre involverer opløsningsegenskaberne og varmgelegenskaberne for CE, men i den mekaniserede produktion af cementprodukter og andre specielle temperaturforhold, er disse egenskaber ved CE vil spille en mere fuldgyldig rolle.

2. Kemiske egenskaber af CE

CE opnås ved at behandle cellulose gennem en række kemiske og fysiske metoder. I henhold til de forskellige kemiske substitutionsstrukturer kan de normalt opdeles i: MC, HPMC, hydroxyethylcellulose (HEC) osv.: Hver CE har den grundlæggende struktur af cellulose - dehydreret glukose. I processen med at fremstille CE opvarmes cellulosefibre først i en alkalisk opløsning og behandles derefter med etherificerende midler. De fibrøse reaktionsprodukter renses og pulveriseres til et ensartet pulver af en vis finhed.

Produktionsprocessen af ​​MC bruger kun methanchlorid som etherificerende middel. Ud over brugen af ​​methanchlorid bruger produktionen af ​​HPMC også propylenoxid til at opnå hydroxypropylsubstituentgrupper. Forskellige CE har forskellige substitutionshastigheder for methyl og hydroxypropyl, hvilket påvirker CE-opløsningens organiske kompatibilitet og termiske geltemperatur.

Antallet af substitutionsgrupper på de dehydrerede glucosestrukturenheder af cellulose kan udtrykkes ved masseprocenten eller det gennemsnitlige antal substitutionsgrupper (dvs. DS - Substitutionsgrad). Antallet af substituentgrupper bestemmer CE-produkternes egenskaber. Effekten af ​​den gennemsnitlige grad af substitution på opløseligheden af ​​etherificeringsprodukter er som følger:

(1) lav substitutionsgrad opløselig i lud;

(2) lidt høj grad af substitution opløselig i vand;

(3) høj grad af substitution opløst i polære organiske opløsningsmidler;

(4) Højere substitutionsgrad opløst i ikke-polære organiske opløsningsmidler.

3. Opløsningsmetode for CE

CE har en unik opløselighedsegenskab, når temperaturen stiger til en vis temperatur, er den uopløselig i vand, men under denne temperatur vil dens opløselighed stige med faldet i temperaturen. CE er opløseligt i koldt vand (og i nogle tilfælde i specifikke organiske opløsningsmidler) gennem processen med kvældning og hydrering. CE-opløsninger har ikke de åbenlyse opløselighedsbegrænsninger, som forekommer ved opløsning af ioniske salte. Koncentrationen af ​​CE er generelt begrænset til den viskositet, der kan kontrolleres af produktionsudstyret, og varierer også i henhold til den viskositet og den kemiske variation, der kræves af brugeren. Opløsningskoncentrationen af ​​lavviskositet CE er generelt 10% ~ 15%, og høj viskositet CE er generelt begrænset til 2% ~ 3%. Forskellige typer CE (såsom pulver eller overfladebehandlet pulver eller granulat) kan påvirke, hvordan opløsningen fremstilles.

3.1 CE uden overfladebehandling

Selvom CE er opløseligt i koldt vand, skal det være fuldstændigt dispergeret i vand for at undgå klumpning. I nogle tilfælde kan en højhastighedsblander eller tragt bruges i koldt vand til at sprede CE-pulver. Men hvis det ubehandlede pulver tilsættes direkte til koldt vand uden tilstrækkelig omrøring, vil der dannes betydelige klumper. Hovedårsagen til kagning er, at CE-pulverpartiklerne ikke er helt våde. Når kun en del af pulveret er opløst, vil der dannes en gelfilm, som forhindrer det resterende pulver i at blive ved med at opløses. Derfor bør CE-partiklerne så vidt muligt være fuldstændigt dispergeret før opløsning. De følgende to spredningsmetoder er almindeligt anvendte.

3.1.1 Tørblandingsdispergeringsmetode

Denne metode er mest almindeligt anvendt i cementprodukter. Før tilsætning af vand blandes andet pulver med CE-pulver jævnt, så CE-pulverpartiklerne spredes. Minimum blandingsforhold: Andet pulver: CE-pulver =(3 ~ 7) : 1.

I denne metode afsluttes CE-dispergering i tør tilstand ved at bruge andet pulver som medium til at dispergere CE-partikler med hinanden, for at undgå den gensidige binding af CE-partikler, når der tilsættes vand og påvirker yderligere opløsning. Derfor er der ikke behov for varmt vand til dispergering, men opløsningshastigheden afhænger af pulverpartiklerne og omrøringsbetingelserne.

3.1.2 Varmtvandsspredningsmetode

(1) Den første 1/5~1/3 af den påkrævede vandopvarmning til 90C over, tilsæt CE, og omrør derefter, indtil alle partikler er spredt våde, og derefter tilsættes det resterende vand i koldt vand eller isvand for at reducere temperaturen på Når opløsningen først nåede CE-opløsningstemperaturen, begyndte pulveret at hydrere, viskositeten steg.

(2) Du kan også opvarme alt vandet og derefter tilføje CE for at omrøre under afkøling, indtil hydreringen er fuldført. Tilstrækkelig afkøling er meget vigtig for fuldstændig hydrering af CE og dannelse af viskositet. For ideel viskositet skal MC-opløsning afkøles til 0~5 ℃, mens HPMC kun skal afkøles til 20~25 ℃ eller derunder. Da fuld hydrering kræver tilstrækkelig afkøling, anvendes HPMC-løsninger almindeligvis, hvor koldt vand ikke kan bruges: ifølge oplysningerne har HPMC mindre temperaturreduktion end MC ved lavere temperaturer for at opnå samme viskositet. Det er værd at bemærke, at varmtvandsdispergeringsmetoden kun får CE-partikler til at spredes jævnt ved en højere temperatur, men der dannes ingen opløsning på dette tidspunkt. For at opnå en opløsning med en vis viskositet skal den afkøles igen.

3.2 Overfladebehandlet dispergerbart CE-pulver

I mange tilfælde kræves det, at CE har både dispergerbare og hurtige hydreringsegenskaber (dannende viskositet) i koldt vand. Overfladebehandlet CE er midlertidigt uopløseligt i koldt vand efter særlig kemisk behandling, som sikrer, at når CE tilsættes vand, vil det ikke umiddelbart danne tydelig viskositet og kan spredes under relativt små forskydningskraftforhold. "Forsinkelsestiden" for hydrering eller viskositetsdannelse er resultatet af kombinationen af ​​graden af ​​overfladebehandling, temperatur, systemets pH og CE-opløsningskoncentration. Forsinkelsen af ​​hydrering reduceres generelt ved højere koncentrationer, temperaturer og pH-niveauer. Generelt betragtes koncentrationen af ​​CE dog ikke, før den når 5 % (masseforholdet mellem vand).

For de bedste resultater og fuldstændig hydrering bør den overfladebehandlede CE omrøres i nogle få minutter under neutrale forhold, med pH-området fra 8,5 til 9,0, indtil den maksimale viskositet er nået (normalt 10-30 minutter). Når pH-værdien ændres til basisk (pH 8,5 til 9,0), opløses det overfladebehandlede CE fuldstændigt og hurtigt, og opløsningen kan være stabil ved pH 3 til 11. Det er dog vigtigt at bemærke, at justering af pH-værdien af ​​en højkoncentrationsslam vil medføre, at viskositeten bliver for høj til at pumpe og hælde. pH-værdien skal justeres, efter at gyllen er blevet fortyndet til den ønskede koncentration.

For at opsummere omfatter opløsningsprocessen af ​​CE to processer: fysisk dispersion og kemisk opløsning. Nøglen er at sprede CE-partikler med hinanden før opløsning, for at undgå agglomeration på grund af høj viskositet under lavtemperaturopløsning, hvilket vil påvirke yderligere opløsning.

4. Egenskaber ved CE-løsning

Forskellige slags vandige CE-opløsninger gelerer ved deres specifikke temperaturer. Gelen er fuldstændig reversibel og danner en opløsning, når den afkøles igen. Den reversible termiske gelering af CE er unik. I mange cementprodukter har hovedanvendelsen af ​​viskositeten af ​​CE og de tilsvarende vandretentions- og smøreegenskaber, og viskositeten og geltemperaturen et direkte forhold, under geltemperaturen, jo lavere temperatur, jo højere viskositet af CE, jo bedre er den tilsvarende vandretentionsydelse.

Den nuværende forklaring på gel-fænomenet er denne: i opløsningsprocessen ligner dette

Trådens polymermolekyler forbinder sig med det vandmolekylære lag, hvilket resulterer i hævelse. Vandmolekyler fungerer som smøreolie, der kan trække lange kæder af polymermolekyler fra hinanden, så opløsningen har egenskaberne som en tyktflydende væske, der er let at dumpe. Når opløsningens temperatur stiger, mister cellulosepolymeren gradvist vand, og opløsningens viskositet falder. Når gelpunktet er nået, bliver polymeren fuldstændig dehydreret, hvilket resulterer i bindingen mellem polymererne og dannelsen af ​​gelen: Gelens styrke fortsætter med at stige, når temperaturen forbliver over gelpunktet.

Når opløsningen afkøles, begynder gelen at vende om, og viskositeten falder. Endelig vender viskositeten af ​​køleopløsningen tilbage til den oprindelige temperaturstigningskurve og stiger med faldet i temperaturen. Opløsningen kan afkøles til dens oprindelige viskositetsværdi. Derfor er den termiske gelproces af CE reversibel.

Hovedrollen for CE i cementprodukter er som et viskositetsmiddel, blødgører og vandtilbageholdelsesmiddel, så hvordan man kontrollerer viskositeten og geltemperaturen er blevet en vigtig faktor i cementprodukter, der normalt bruger dets initiale geltemperaturpunkt under en sektion af kurven, så jo lavere temperatur, jo højere viskositet, jo mere indlysende er effekten af ​​viskosifikatorvandretention. Testresultaterne af ekstruderingscementpladeproduktionslinjen viser også, at jo lavere materialetemperaturen er under det samme indhold af CE, jo bedre er viskosificerings- og vandretentionseffekten. Da cementsystemet er et ekstremt komplekst fysisk og kemisk egenskabssystem, er der mange faktorer, der påvirker ændringen af ​​CE-gelens temperatur og viskositet. Og indflydelsen af ​​forskellige Taianin-trends og -grader er ikke den samme, så den praktiske anvendelse fandt også, at efter blanding af cementsystem, er det faktiske geltemperaturpunkt for CE (det vil sige, at lim- og vandretentionseffekten falder meget tydeligt ved denne temperatur ) er lavere end geltemperaturen angivet af produktet, derfor ved udvælgelsen af ​​CE-produkter for at tage hensyn til de faktorer, der forårsager geltemperaturfald. Følgende er de vigtigste faktorer, som vi mener påvirker viskositeten og geltemperaturen af ​​CE-opløsning i cementprodukter.

4.1 Indflydelse af pH-værdi på viskositet

MC og HPMC er ikke-ioniske, så viskositeten af ​​opløsningen end viskositeten af ​​naturlig ionisk lim har et bredere område af DH-stabilitet, men hvis pH-værdien overstiger området 3 ~ 11, vil de gradvist reducere viskositeten ved en højere temperatur eller opbevares i længere tid, især opløsning med høj viskositet. Viskositeten af ​​CE-produktopløsning falder i stærk syre eller stærk baseopløsning, hvilket hovedsageligt skyldes dehydrering af CE forårsaget af base og syre. Derfor falder viskositeten af ​​CE normalt til en vis grad i det alkaliske miljø af cementprodukter.

4.2 Indflydelse af opvarmningshastighed og omrøring på gelprocessen

Temperaturen af ​​gelpunktet vil blive påvirket af den kombinerede effekt af opvarmningshastighed og omrøringsforskydningshastighed. Højhastighedsomrøring og hurtig opvarmning vil generelt øge geltemperaturen betydeligt, hvilket er gunstigt for cementprodukter dannet ved mekanisk blanding.

4.3 Indflydelse af koncentration på varm gel

Forøgelse af koncentrationen af ​​opløsningen sænker sædvanligvis geltemperaturen, og gelpunkterne for lavviskositet CE er højere end dem for højviskositet CE. Såsom DOW's METHOCEL A

Geltemperaturen vil blive reduceret med 10 ℃ for hver 2 % stigning i koncentrationen af ​​produktet. En stigning på 2 % i koncentrationen af ​​F-type produkter vil reducere geltemperaturen med 4 ℃.

4.4 Indflydelse af tilsætningsstoffer på termisk gelering

Inden for byggematerialer er mange materialer uorganiske salte, hvilket vil have en betydelig indvirkning på geltemperaturen af ​​CE-opløsning. Afhængigt af om tilsætningsstoffet virker som koaguleringsmiddel eller solubiliseringsmiddel, kan nogle additiver øge den termiske geltemperatur for CE, mens andre kan sænke den termiske geltemperatur for CE: for eksempel opløsningsmiddelforbedrende ethanol, PEG-400 (polyethylenglycol) , anediol osv., kan øge gelpunktet. Salte, glycerin, sorbitol og andre stoffer vil reducere gelpunktet, ikke-ionisk CE vil generelt ikke blive udfældet på grund af polyvalente metalioner, men når elektrolytkoncentrationen eller andre opløste stoffer overstiger en vis grænse, kan CE-produkter udsaltes i opløsning, dette skyldes elektrolytters konkurrence til vand, hvilket resulterer i reduktion af hydratisering af CE. Saltindholdet i opløsningen af ​​CE-produktet er generelt lidt højere end Mc-produktets, og saltindholdet er lidt anderledes i forskellige HPMC.

Mange ingredienser i cementprodukter vil få CE's gelpunkt til at falde, så valget af tilsætningsstoffer bør tage højde for, at dette kan forårsage ændringer i CE's gelpunkt og viskositet.

5.Konklusion

(1) celluloseether er naturlig cellulose gennem etherificeringsreaktion, har den grundlæggende strukturelle enhed af dehydreret glucose i henhold til typen og antallet af substituentgrupper på dens erstatningsposition og har forskellige egenskaber. Den ikke-ioniske ether, såsom MC og HPMC, kan bruges som viskositetsforøgende middel, vandtilbageholdelsesmiddel, luftindtagsmiddel og andet, der er meget udbredt i byggematerialeprodukter.

(2) CE har enestående opløselighed, danner opløsning ved en bestemt temperatur (såsom geltemperatur) og danner fast gel eller fast partikelblanding ved geltemperatur. De vigtigste opløsningsmetoder er tørblandingsdispergeringsmetode, varmtvandsdispergeringsmetode osv., i cementprodukter, der almindeligvis anvendes, er tørblandingsdispergeringsmetoden. Nøglen er at sprede CE jævnt, før det opløses, og danner en opløsning ved lave temperaturer.

(3) Opløsningskoncentration, temperatur, pH-værdi, kemiske egenskaber af tilsætningsstoffer og omrøringshastighed vil påvirke geltemperaturen og viskositeten af ​​CE-opløsningen, især cementprodukter er uorganiske saltopløsninger i alkalisk miljø, reducerer normalt geltemperaturen og viskositeten af ​​CE-opløsningen , hvilket medfører negative virkninger. Derfor, i henhold til egenskaberne for CE, skal det for det første bruges ved en lav temperatur (under geltemperaturen), og for det andet skal påvirkningen af ​​tilsætningsstoffer tages i betragtning.