Celluloseether i cementbaserede produkter

Celluloseether er en slags multifunktionsadditiv, der kan bruges i cementprodukter. Dette papir introducerer de kemiske egenskaber ved methylcellulose (MC) og hydroxypropylmethylcellulose (HPMC /), der ofte anvendes i cementprodukter, metoden og princippet for nettoopløsningen og de vigtigste egenskaber for opløsningen. Faldet i termisk geltemperatur og viskositet i cementprodukter blev diskuteret baseret på praktisk produktionsoplevelse.

Nøgleord:Celluloseether; Methylcellulose;Hydroxypropylmethylcellulose; Varm geltemperatur; Viskositet

1. oversigt

Celluloseether (CE for kort) er lavet af cellulose gennem æterificeringsreaktion af et eller flere æterificerende midler og tør slibning. CE kan opdeles i ioniske og ikke-ioniske typer, blandt hvilke ikke-ionisk type CE på grund af dets unikke termiske gelegenskaber og opløselighed, saltresistens, varmemodstand og har passende overfladeaktivitet. Det kan bruges som vandbeholdningsmiddel, ophængsmiddel, emulgator, filmformende middel, smøremiddel, klæbemiddel og reologisk impresser. De vigtigste udenlandske forbrugsområder er latexbelægninger, byggematerialer, olieboring og så videre. Sammenlignet med udlandet er produktionen og anvendelsen af ​​vandopløselig CE stadig i sin spædbarn. Med forbedring af folks sundheds- og miljøbevidsthed. Vandopløselig CE, som er ufarlig for fysiologi og ikke forurener miljøet, vil have stor udvikling.

Inden for byggematerialer, der normalt er valgt Ce, er methylcellulose (MC) og hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), kan anvendes som maling, gips, mørtel og cementprodukter blødgøringsmiddel, viskosifier, vandopbevaringsagent, luftindtrængende middel og retarderingsmiddel. De fleste af byggematerialindustrien bruges ved normal temperatur, ved hjælp af forhold er tørblandingspulver og vand, mindre involverer opløsningsegenskaber og varme gelegenskaber ved CE, men i den mekaniserede produktion af cementprodukter og andre specielle temperaturforhold, disse egenskaber ved CE vil spille en mere fuld rolle.

2. Kemiske egenskaber ved CE

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

Produktionsprocessen for MC bruger kun metanchlorid som æterificeringsmiddel. Ud over brugen af ​​methanchlorid bruger produktionen af ​​HPMC også propylenoxid til at opnå hydroxypropylsubstituentgrupper. Forskellige CE har forskellige methyl- og hydroxypropylsubstitutionshastigheder, hvilket påvirker den organiske kompatibilitet og termisk geltemperatur for CE -opløsning.

Antallet af substitutionsgrupper på dehydreret glukosestrukturelle enheder af cellulose kan udtrykkes med procentdelen af ​​masse eller det gennemsnitlige antal substitutionsgrupper (dvs. DS - grad af substitution). Antallet af substituentgrupper bestemmer egenskaberne ved CE -produkter. Effekten af ​​gennemsnitlig grad af substitution på opløselighed af æterificeringsprodukter er som følger:

(1) Lav substitutionsgrad opløselig i lut;

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

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

(4) højere grad af substitution opløst i ikke-polære organiske opløsningsmidler.

3. opløsningsmetode til CE

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

3.1 CE uden overfladebehandling

Selvom CE er opløselig i koldt vand, skal den være fuldstændig spredt i vand for at undgå klumpning. I nogle tilfælde kan en mixer eller tragt med høj hastighed bruges i koldt vand til at sprede Ce -pulver. Men hvis det ubehandlede pulver tilsættes direkte til koldt vand uden tilstrækkelig omrøring, dannes der betydelige klumper. Hovedårsagen til at kaste sig er, at CE -pulverpartiklerne ikke er helt våde. Når kun en del af pulveret opløses, dannes en gelfilm, hvilket forhindrer, at det resterende pulver fortsætter med at opløses. Derfor skal CE -partiklerne før opløsning være fuldt ud som muligt. De følgende to spredningsmetoder anvendes ofte.

3.1.1 Tør blandet spredningsmetode

Denne metode anvendes oftest i cementprodukter. Før du tilsætter vand, skal du blandes andet pulver med Ce -pulver jævnt, så CE -pulverpartikler spredes. Minimumsblandingsforhold: Andet pulver: CE -pulver = (3 ~ 7): 1.

I denne metode afsluttes CE -spredning i tør tilstand ved anvendelse af andet pulver som medium til at sprede CE -partikler med hinanden for at undgå gensidig binding af CE -partikler, når man tilsætter vand og påvirker yderligere opløsning. Derfor er varmt vand ikke nødvendigt for spredning, men opløsningshastigheden afhænger af pulverpartiklerne og omrøringsbetingelser.

3.1.2 Metode til varmt vanddispersion

(1) Den første 1/5 ~ 1/3 af den krævede vandopvarmning til 90C ovenfor, tilsæt CE, og omrør derefter, indtil alle partikler spredte vådt, og derefter tilsat det resterende vand i koldt eller isvand for at reducere temperaturen på den Opløsning, når CE -opløsningstemperaturen først nåede CE -opløsning, begyndte pulveret at hydratere, viskositeten steg.

(2) Du kan også opvarme alt vandet og derefter tilføje CE for at omrøre under afkøling, indtil hydrering er afsluttet. Tilstrækkelig afkøling er meget vigtig til fuldstændig hydrering af CE og dannelsen af ​​viskositet. For ideel viskositet skal MC -opløsningen afkøles til 0 ~ 5 ℃, mens HPMC kun skal afkøles til 20 ~ 25 ℃ eller nedenfor. Da fuld hydrering kræver tilstrækkelig afkøling, bruges HPMC -opløsninger ofte, hvor koldt vand ikke kan bruges: I henhold til informationen har HPMC mindre temperaturreduktion end MC ved lavere temperaturer for at opnå den samme viskositet. Det er værd at bemærke, at metoden med varmt vand kun får CE -partikler til at spredes jævnt ved en højere temperatur, men der dannes ingen opløsning på dette tidspunkt. For at opnå en løsning med en bestemt viskositet skal den afkøles igen.

3.2 Overfladebehandlet spredeligt CE -pulver

I mange tilfælde er CE påkrævet at have både dispergerbare og hurtig hydrering (danner viskositet) egenskaber i koldt vand. Overfladebehandlet CE er midlertidigt uopløselig i koldt vand efter speciel kemisk behandling, hvilket sikrer, at når CE tilsættes til vand, vil den ikke umiddelbart danne åbenlyst viskositet og kan spredes under relativt små forskydningsstyrkeforhold. "Forsinkelsestid" af hydration eller viskositetsdannelse er resultatet af kombinationen af ​​graden af ​​overfladebehandling, temperatur, pH i systemet og CE -opløsningskoncentrationen. Forsinkelsen af ​​hydrering reduceres generelt ved højere koncentrationer, temperaturer og pH -niveauer. Generelt overvejes imidlertid koncentrationen af ​​CE ikke, før den når 5% (masseforholdet mellem vand).

For de bedste resultater og komplet hydrering skal den overfladebehandlede CE omrøres i et par 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 ændrer sig til basis (pH 8,5 til 9,0), opløses den overfladebehandlede CE helt og hurtigt, og opløsningen kan være stabil ved pH 3 til 11. Det er dog vigtigt at bemærke, at justering af pH i en opslæmning med høj koncentration vil få viskositeten til at være for høj til pumpning og hældning. PH -værdien skal justeres, efter at opslæmningen er blevet fortyndet til den ønskede koncentration.

For at opsummere inkluderer opløsningsprocessen for CE to processer: fysisk spredning og kemisk opløsning. Nøglen er at sprede CE -partikler med hinanden før opløsning, for at undgå agglomerering på grund af høj viskositet under opløsning af lav temperatur, hvilket vil påvirke yderligere opløsning.

4. Egenskaber ved CE -løsning

Forskellige slags CE -vandige opløsninger gelerer ved deres specifikke temperaturer. Gelen er fuldstændig reversibel og danner en løsning, når den afkøles igen. Den reversible termiske gelering af CE er unik. I mange cementprodukter har den vigtigste anvendelse af viskositeten af ​​CE og den tilsvarende vandopbevaring og smøregenskaber, og viskositeten og geltemperaturen har et direkte forhold, under geltemperaturen, jo lavere temperaturen er, jo højere er viskositeten af ​​CE, Jo bedre den tilsvarende vandopbevaringsydelse.

Den nuværende forklaring på gelfænomenet er dette: I processen med opløsning er dette ens

Polymermolekylerne af tråden forbinder vandmolekylærlaget, hvilket resulterer i hævelse. Vandmolekyler fungerer som smøreolie, som kan trække lange kæder af polymermolekyler fra hinanden, så opløsningen har egenskaberne ved en tyktflydende væske, der er let at dumpe. Når temperaturen på opløsningen øges, mister cellulosepolymeren gradvist vand, og opløsningens viskositet falder. Når gelpunktet er nået, bliver polymeren fuldstændig dehydreret, hvilket resulterer i sammenhængen mellem polymererne og dannelsen af ​​gelen: gelens styrke fortsætter med at stige, når temperaturen forbliver over gelpunktet.

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

CE's vigtigste rolle i cementprodukter er som en viskosifier, blødgører og vandopbevaringsmiddel, så hvordan man kontrollerer viskositeten og geltemperaturen er blevet en vigtig faktor i cementprodukter bruger normalt sit oprindelige geltemperaturpunkt under et afsnit af kurven, Så jo lavere temperatur, jo højere viskositet, jo mere åbenlyst er virkningen af ​​viskosifier vandopbevaring. Testresultaterne af produktionslinjen for ekstrudering af cementtavle viser også, at jo lavere materialetemperaturen er under det samme indhold af CE, jo bedre er viskosificerings- og vandopbevaringseffekten. Da cementsystemet er et ekstremt komplekst fysisk og kemisk egenskabssystem, er der mange faktorer, der påvirker ændringen af ​​CE -geltemperatur og viskositet. Og indflydelsen fra forskellige taianin -tendenser og grad er ikke den samme, så den praktiske anvendelse fandt også, at efter at have blandet cementsystem ) er lavere end den geltemperatur, der er indikeret af produktet, derfor i udvælgelsen af ​​CE -produkter til at tage hensyn til de faktorer, der forårsager nedfald af geltemperatur. Følgende er de vigtigste faktorer, som vi mener påvirker viskositeten og geltemperaturen for 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 ​​den naturlige ioniske lim har en bredere række DH-stabilitet, men hvis pH-værdien overstiger området 3 ~ 11, vil de gradvist reducere viskositeten ved en Højere temperatur eller opbevaring i lang tid, især høj viskositetsopløsning. Viskositeten af ​​CE -produktopløsningen falder i stærk syre eller stærk basisopløsning, 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 for cementprodukter.

4.2 Indflydelse af opvarmningshastighed og omrøring på gelprocessen

Temperaturen på gelpunktet vil blive påvirket af den kombinerede virkning af opvarmningshastighed og omrøring af forskydningshastighed. Røring af høj hastighed og hurtig opvarmning vil generelt øge geltemperaturen markant, hvilket er gunstigt for cementprodukter dannet ved mekanisk blanding.

4.3 Koncentrationens indflydelse på varm gel

Forøgelse af koncentrationen af ​​opløsningen sænker normalt geltemperaturen, og gelpunkterne med lav viskositet CE er højere end dem med høj viskositet CE. Såsom Dows methocel a

Geltemperaturen reduceres med 10 ℃ for hver 2% stigning i koncentrationen af ​​produktet. En stigning på 2% i koncentrationen af ​​F-type produkter reducerer geltemperaturen med 4 ℃.

4.4 Indflydelse af tilsætningsstoffer på termisk gelering

Inden for byggematerialer er mange materialer uorganiske salte, som vil have en betydelig indflydelse på geltemperaturen på CE -opløsningen. Afhængigt af om tilsætningsstoffet fungerer som koagulant eller solubiliseringsmiddel, kan nogle tilsætningsstoffer øge den termiske geltemperatur i CE, mens andre kan reducere den termiske geltemperatur i CE: for eksempel opløsningsmiddelforbedrende ethanol, PEG-400 (polyethylenglycol) , anediol osv., Kan øge gelpunktet. Salt, glycerin, sorbitol og andre stoffer vil reducere gelpunktet, ikke-ionisk CE generelt ikke udfældes på grund af polyvalente metalioner, men når elektrolytkoncentrationen eller andre opløste stoffer overstiger en bestemt grænse, kan CE-produkter saltes ud i Løsning, dette skyldes konkurrencen fra elektrolytter til vand, hvilket resulterer i reduktion af hydrering af CE, saltindholdet i opløsningen af ​​CE -produktet er generelt lidt højere end MC -produktet, og saltindholdet er lidt anderledes I forskellige HPMC.

Mange ingredienser i cementprodukter vil gøre gelpunktet til CE -fald, så valg af tilsætningsstoffer skal tage højde for, at dette kan forårsage gelpunkt og viskositet af CE -ændringer.

5. Konklusion

(1) Celluloseether er naturlig cellulose gennem æterificeringsreaktion, har den grundlæggende strukturelle enhed af dehydreret glukose i henhold til typen og antallet af substituentgrupper på dens udskiftningsposition og har forskellige egenskaber. Den ikke-ioniske ether, såsom MC og HPMC, kan bruges som viskosifier, vandopbevaringsagent, luftindtastningsagent og andre vidt brugt i byggematerialer.

(2) CE har unik opløselighed, danner opløsning ved en bestemt temperatur (såsom geltemperatur) og danner fast gel eller fast partikelblanding ved geltemperatur. De vigtigste opløsningsmetoder er tørblanding af blanding af spredning, varmvandsdispersionsmetode osv. I cementprodukter er almindeligt anvendt tør blanding af blanding af dispersion. Nøglen er at sprede CE jævnt, før den opløses, hvilket danner en opløsning ved lave temperaturer.

(3) Opløsningskoncentration, temperatur, pH -værdi, kemiske egenskaber ved tilsætningsstoffer og omrøringshastighed vil påvirke geltemperaturen og viskositeten af ​​CE -opløsning, især cementprodukter er uorganiske saltopløsninger i alkalisk miljø, reducerer normalt geltemperaturen og viskositeten af ​​CE -opløsning hvilket bringer bivirkninger. I henhold til Egenskaberne ved CE skal det for det første bruges ved en lav temperatur (under geltemperaturen), og for det andet skal der tages hensyn til tilsætningsstoffer.