Celulosa Ether en productos a base de cemento

Cellulosa Ether es un tipo de aditivo multipropósito que se puede usar en productos de cemento. Este documento introduce las propiedades químicas de la metilcelulosa (MC) y la hidroxipropil metilcelulosa (HPMC /) comúnmente utilizada en productos de cemento, el método y el principio de la solución neta y las principales características de la solución. La disminución de la temperatura del gel térmico y la viscosidad en los productos de cemento se discutió en función de la experiencia práctica de producción.

Palabras clave:éter de celulosa; Metil celulosa;Hidroxipropilo metilelulosa; Temperatura de gel caliente; viscosidad

1. Descripción general

El éter de celulosa (CE para abreviar) está hecho de celulosa a través de la reacción de eterificación de uno o varios agentes eterificantes y molienda seca. CE se puede dividir en tipos iónicos y no iónicos, entre los cuales el tipo no iónico CE debido a sus características únicas de gel térmico y solubilidad, resistencia a la sal, resistencia al calor y tiene una actividad superficial adecuada. Se puede utilizar como agente de retención de agua, agente de suspensión, emulsionante, agente de formación de películas, lubricante, adhesivo y mejoros reológicos. Las principales áreas de consumo extranjeras son recubrimientos de látex, materiales de construcción, perforación de aceite, etc. En comparación con los países extranjeros, la producción y aplicación de CE soluble en agua todavía está en su infancia. Con la mejora de la salud y la conciencia ambiental de las personas. El CE soluble en agua, que es inofensivo para la fisiología y no contamina el medio ambiente, tendrá un gran desarrollo.

En el campo de los materiales de construcción, generalmente se seleccionan CE es metilcelulosa (MC) e hidroxipropil metilcelulosa (HPMC), se pueden usar como plastificante de pintura, yeso, mortero y productos de cemento, viscosificadores, agentes de retención de agua, agente de arrastre de aire y agente de retardado. La mayoría de la industria de los materiales de construcción se usa a temperatura normal, el uso de condiciones es una mezcla seca en polvo y agua, menos que implican las características de disolución y las características de gel en caliente de CE, pero en la producción mecanizada de productos de cemento y otras condiciones especiales de temperatura, estas características de CE jugará un papel más completo.

2. Propiedades químicas de CE

CE se obtiene tratando la celulosa a través de una serie de métodos químicos y físicos. De acuerdo con la diferente estructura de sustitución química, generalmente se puede dividir en: MC, HPMC, hidroxietilelulosa (HEC), etc.: Cada CE tiene la estructura básica de la glucosa deshidratada de celulosa. En el proceso de producción de CE, las fibras de celulosa se calientan primero en una solución alcalina y luego se tratan con agentes eterificantes. Los productos de reacción fibrosos se purifican y pulverizan para formar un polvo uniforme de cierta finura.

El proceso de producción de MC solo utiliza cloruro de metano como agente de etétificación. Además del uso de cloruro de metano, la producción de HPMC también utiliza óxido de propileno para obtener grupos sustituyentes de hidroxipropilo. Varios CE tienen diferentes tasas de sustitución de metilo e hidroxipropilo, lo que afecta la compatibilidad orgánica y la temperatura del gel térmico de la solución CE.

El número de grupos de sustitución en las unidades estructurales de glucosa deshidratadas de la celulosa puede expresarse por el porcentaje de masa o el número promedio de grupos de sustitución (es decir, DS - grado de sustitución). El número de grupos sustituyentes determina las propiedades de los productos CE. El efecto del grado promedio de sustitución sobre la solubilidad de los productos de eterificación es el siguiente:

(1) bajo grado de sustitución soluble en lejía;

(2) Ligeramente alto grado de sustitución soluble en agua;

(3) alto grado de sustitución disuelto en solventes orgánicos polares;

(4) Un mayor grado de sustitución disuelto en solventes orgánicos no polares.

3. Método de disolución de CE

CE tiene una propiedad de solubilidad única, cuando la temperatura aumenta a una determinada temperatura, es insoluble en agua, pero por debajo de esta temperatura, su solubilidad aumentará con la disminución de la temperatura. CE es soluble en agua fría (y en algunos casos en solventes orgánicos específicos) a través del proceso de hinchazón e hidratación. Las soluciones CE no tienen las limitaciones obvias de solubilidad que aparecen en la disolución de sales iónicas. La concentración de CE generalmente se limita a la viscosidad que puede ser controlada por el equipo de producción, y también varía según la viscosidad y la variedad química requerida por el usuario. La concentración de solución de baja viscosidad CE es generalmente 10% ~ 15%, y la alta viscosidad CE generalmente se limita al 2% ~ 3%. Los diferentes tipos de CE (como el polvo o el polvo tratado en la superficie o granular) pueden afectar la forma en que se prepara la solución.

3.1 CE sin tratamiento de superficie

Aunque el CE es soluble en agua fría, debe dispersarse por completo en el agua para evitar el agrupamiento. En algunos casos, se puede usar un mezclador o embudo de alta velocidad en agua fría para dispersar el polvo de CE. Sin embargo, si el polvo no tratado se agrega directamente al agua fría sin que se formen los grumos sustanciales. La razón principal para el apagón es que las partículas de polvo CE no están completamente húmedas. Cuando solo se disuelve una parte del polvo, se formará una película de gel, lo que evita que el polvo restante continúe disolviendo. Por lo tanto, antes de la disolución, las partículas de CE deben estar completamente dispersas en la medida de lo posible. Los siguientes dos métodos de dispersión se usan comúnmente.

3.1.1 Método de dispersión de mezcla seca

Este método se usa más comúnmente en productos de cemento. Antes de agregar agua, mezcle otro polvo con polvo CE de manera uniforme, de modo que las partículas de polvo de CE se dispersen. Relación de mezcla mínima: otro polvo: ce polvo = (3 ~ 7): 1.

En este método, la dispersión de CE se completa en el estado seco, utilizando otro polvo como el medio para dispersar las partículas de CE entre sí, para evitar la unión mutua de las partículas de CE al agregar agua y afectar una mayor disolución. Por lo tanto, el agua caliente no es necesaria para la dispersión, pero la velocidad de disolución depende de las partículas de polvo y las condiciones de agitación.

3.1.2 Método de dispersión de agua caliente

(1) El primer 1/5 ~ 1/3 del calentamiento de agua requerido a 90 ° C arriba, agregue CE y luego revuelva hasta que todas las partículas se dispersen húmedas, y luego el agua restante en agua fría o helada agregada para reducir la temperatura del Solución, una vez alcanzó la temperatura de disolución de CE, el polvo comenzó a hidratar, la viscosidad aumentó.

(2) También puede calentar toda el agua y luego agregar CE para revolver mientras se enfría hasta que se complete la hidratación. El enfriamiento suficiente es muy importante para la hidratación completa de CE y la formación de viscosidad. Para la viscosidad ideal, la solución MC debe enfriarse a 0 ~ 5 ℃, mientras que HPMC solo necesita enfriarse a 20 ~ 25 ℃ o menos. Dado que la hidratación completa requiere suficiente enfriamiento, las soluciones de HPMC se usan comúnmente donde el agua fría no se puede usar: de acuerdo con la información, HPMC tiene menos reducción de temperatura que MC a temperaturas más bajas para lograr la misma viscosidad. Vale la pena señalar que el método de dispersión de agua caliente solo hace que las partículas de CE se dispersen de manera uniforme a una temperatura más alta, pero no se forma ninguna solución en este momento. Para obtener una solución con cierta viscosidad, debe enfriarse nuevamente.

3.2 Polvo de CE dispersable tratado con superficie

En muchos casos, se requiere que CE tenga características de hidratación dispersable y rápida (formando viscosidad) en agua fría. El CE tratado con superficie es temporalmente insoluble en agua fría después del tratamiento químico especial, lo que asegura que cuando se agrega CE al agua, no formará inmediatamente viscosidad obvia y se puede dispersar en condiciones de fuerza de corte relativamente pequeña. El "tiempo de retraso" de la formación de hidratación o viscosidad es el resultado de la combinación del grado de tratamiento de superficie, temperatura, pH del sistema y concentración de solución de CE. El retraso de la hidratación generalmente se reduce a concentraciones más altas, temperaturas y niveles de pH. En general, sin embargo, la concentración de CE no se considera hasta que alcanza el 5% (la relación de masa de agua).

Para obtener los mejores resultados y la hidratación completa, el CE tratado con la superficie debe agitarse durante unos minutos en condiciones neutras, con el rango de pH de 8.5 a 9.0, hasta que se alcance la máxima viscosidad (generalmente 10-30 minutos). Una vez que el pH cambia a BASIC (pH 8.5 a 9.0), el CE tratado con la superficie se disuelve de manera completa y rápida, y la solución puede ser estable a pH 3 a 11. Sin embargo, es importante tener en cuenta que ajustar el pH de una suspensión de alta concentración Hará que la viscosidad sea demasiado alta para bombear y verter. El pH debe ajustarse después de que la suspensión se haya diluido a la concentración deseada.

En resumen, el proceso de disolución de CE incluye dos procesos: dispersión física y disolución química. La clave es dispersar partículas entre sí antes de la disolución, para evitar la aglomeración debido a la alta viscosidad durante la disolución de baja temperatura, lo que afectará la disolución adicional.

4. Propiedades de la solución CE

Los diferentes tipos de soluciones acuosas de CE se gelificarán a sus temperaturas específicas. El gel es completamente reversible y forma una solución cuando se enfría nuevamente. La gelificación térmica reversible de CE es única. En muchos productos de cemento, el uso principal de la viscosidad de la CE y las propiedades correspondientes de retención de agua y lubricación, y la viscosidad y la temperatura del gel tienen una relación directa, bajo la temperatura del gel, cuanto menor sea la temperatura, mayor es la viscosidad de CE, Cuanto mejor sea el rendimiento de retención de agua correspondiente.

La explicación actual del fenómeno gel es esta: en el proceso de disolución, esto es similar.

Las moléculas de polímero del hilo se conectan con la capa molecular de agua, lo que resulta en hinchazón. Las moléculas de agua actúan como aceite lubricante, que puede separar las cadenas largas de moléculas de polímero, de modo que la solución tiene las propiedades de un fluido viscoso que es fácil de volcar. Cuando aumenta la temperatura de la solución, el polímero de celulosa pierde gradualmente el agua y la viscosidad de la solución disminuye. Cuando se alcanza el punto de gel, el polímero se deshidrata por completo, lo que resulta en el enlace entre los polímeros y la formación del gel: la resistencia del gel continúa aumentando a medida que la temperatura permanece por encima del punto de gel.

A medida que la solución se enfría, el gel comienza a revertirse y la viscosidad disminuye. Finalmente, la viscosidad de la solución de enfriamiento vuelve a la curva de aumento de temperatura inicial y aumenta con la disminución de la temperatura. La solución puede enfriarse a su valor de viscosidad inicial. Por lo tanto, el proceso de gel térmico de CE es reversible.

El principal papel de la CE en los productos de cemento es como un agente de retención de viscosificadores, plastificantes y retención de agua, por lo que cómo controlar la viscosidad y la temperatura del gel se ha convertido en un factor importante en los productos de cemento, generalmente usan su punto de temperatura de gel inicial debajo de una sección de la curva, Entonces, cuanto menor sea la temperatura, mayor es la viscosidad, más obvio será el efecto de la retención de agua del viscosificador. Los resultados de la prueba de la línea de producción del tablero de cemento de extrusión también muestran que cuanto menor sea la temperatura del material está bajo el mismo contenido de CE, mejor será la viscosificación y el efecto de retención de agua. Como el sistema de cemento es un sistema de propiedad física y química extremadamente complejo, hay muchos factores que afectan el cambio de la temperatura y la viscosidad del gel CE. Y la influencia de varias tendencias y grado de taianina no es la misma, por lo que la aplicación práctica también encontró que después de mezclar el sistema de cemento, el punto de temperatura real del gel de CE (es decir, la disminución del efecto de retención de pegamento y agua es muy obvio a esta temperatura ) son más bajas que la temperatura del gel indicada por el producto, por lo tanto, en la selección de productos CE para tener en cuenta los factores que causan disminución de la temperatura del gel. Los siguientes son los principales factores que creemos que afectan la viscosidad y la temperatura del gel de la solución CE en productos de cemento.

4.1 Influencia del valor de pH en la viscosidad

MC y HPMC no son iónicos, por lo que la viscosidad de la solución que la viscosidad del pegamento iónico natural tiene un rango más amplio de estabilidad de DH, pero si el valor de pH excede el rango de 3 ~ 11, reducirán gradualmente la viscosidad en un Mayor temperatura o almacenamiento durante un largo período de tiempo, especialmente una solución de alta viscosidad. La viscosidad de la solución del producto CE disminuye en ácido fuerte o una solución base fuerte, que se debe principalmente a la deshidratación de CE causada por la base y el ácido. Por lo tanto, la viscosidad de CE generalmente disminuye en cierta medida en el entorno alcalino de los productos de cemento.

4.2 Influencia de la velocidad de calentamiento y agitación en el proceso de gel

La temperatura del punto de gel se verá afectada por el efecto combinado de la velocidad de calentamiento y la velocidad de corte de agitación. La agitación de alta velocidad y el calentamiento rápido generalmente aumentarán significativamente la temperatura del gel, lo que es favorable para los productos de cemento formados por la mezcla mecánica.

4.3 Influencia de la concentración en el gel caliente

El aumento de la concentración de la solución generalmente reduce la temperatura del gel, y los puntos de gel de baja viscosidad CE son más altas que las de la alta viscosidad CE. Como Dow's Methocel A

La temperatura del gel se reducirá en 10 ℃ por cada aumento del 2% en la concentración del producto. Un aumento del 2% en la concentración de productos de tipo F reducirá la temperatura del gel en 4 ℃.

4.4 Influencia de los aditivos en la gelificación térmica

En el campo de los materiales de construcción, muchos materiales son sales inorgánicas, lo que tendrá un impacto significativo en la temperatura del gel de la solución CE. Dependiendo de si el aditivo está actuando como agente coagulante o solubilizante, algunos aditivos pueden aumentar la temperatura del gel térmico de CE, mientras que otros pueden disminuir la temperatura del gel térmico de CE: por ejemplo, etanol que mejora el solvente, PEG-400 (polietileno glicol) , anediol, etc., puede aumentar el punto de gel. Las sales, la glicerina, el sorbitol y otras sustancias reducirán el punto de gel, el CE no iónico generalmente no se precipitará debido a los iones metálicos polivalentes, pero cuando la concentración de electrolitos u otras sustancias disueltas exceden un cierto límite, los productos CE se pueden saltar en Solución, esto se debe a la competencia de los electrolitos al agua, lo que resulta en la reducción de la hidratación de CE, el contenido de sal del producto del producto CE es generalmente ligeramente mayor que el del producto MC, y el contenido de sal es ligeramente diferente. En diferentes HPMC.

Muchos ingredientes en los productos de cemento harán que el punto de gel de CE caiga, por lo que la selección de aditivos debe tener en cuenta que esto puede causar el punto de gel y la viscosidad de los cambios de CE.

5. Conclusión

(1) El éter de celulosa es celulosa natural a través de la reacción de eterificación, tiene la unidad estructural básica de glucosa deshidratada, de acuerdo con el tipo y el número de grupos sustituyentes en su posición de reemplazo y tiene diferentes propiedades. El éter no iónico, como MC y HPMC, se puede usar como viscosifier, agente de retención de agua, agente de arrastre de aire y otros productos ampliamente utilizados en productos de materiales de construcción.

(2) CE tiene una solubilidad única, formando una solución a una determinada temperatura (como la temperatura del gel) y formando una mezcla de gel sólido o partículas sólidas a temperatura del gel. Los principales métodos de disolución son el método de dispersión de mezcla en seco, método de dispersión de agua caliente, etc., en los productos de cemento comúnmente utilizados es el método de dispersión de mezcla seca. La clave es dispersarse uniformemente antes de que se disuelva, formando una solución a bajas temperaturas.

(3) La concentración de la solución, la temperatura, el valor de pH, las propiedades químicas de los aditivos y la velocidad de agitación afectarán la temperatura del gel y la viscosidad de la solución CE, especialmente los productos de cemento son soluciones de sal inorgánicas en el entorno alcalino, generalmente reducen la temperatura del gel y la viscosidad de la solución CE , trayendo efectos adversos. Por lo tanto, de acuerdo con las características de CE, en primer lugar, debe usarse a baja temperatura (por debajo de la temperatura del gel), y en segundo lugar, se debe tener en cuenta la influencia de los aditivos.