Éter de celulosa en productos a base de cemento.

El éter de celulosa es un tipo de aditivo multiuso que se puede utilizar en productos de cemento. Este artículo presenta las propiedades químicas de la metilcelulosa (MC) y la hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC/) comúnmente utilizadas en productos de cemento, el método y principio de la solución neta y las principales características de la solución. La disminución de la temperatura y la viscosidad del gel térmico en los productos de cemento se discutió basándose en la experiencia práctica de producción.

Palabras clave:éter de celulosa; Metilcelulosa;Hidroxipropilmetilcelulosa; Temperatura del gel caliente; viscosidad

1. Descripción general

El éter de celulosa (CE para abreviar) se elabora a partir de celulosa mediante una reacción de eterificación de uno o varios agentes eterificantes y molienda en seco. El CE se puede dividir en tipos iónicos y no iónicos, entre los cuales el CE de tipo no iónico debido a sus características y solubilidad únicas de gel térmico, resistencia a la sal, resistencia al calor y tiene una actividad superficial adecuada. Puede usarse como agente retenedor de agua, agente de suspensión, emulsionante, agente formador de película, lubricante, adhesivo y mejorador reológico. Las principales áreas de consumo extranjero son los revestimientos de látex, los materiales de construcción, la extracción de petróleo, etc. En comparación con países extranjeros, la producción y aplicación de CE soluble en agua aún está en su infancia. Con la mejora de la salud de las personas y la conciencia ambiental. La CE soluble en agua, que es inofensiva para la fisiología y no contamina el medio ambiente, tendrá un gran desarrollo.

En el campo de los materiales de construcción, la CE generalmente seleccionada es metilcelulosa (MC) e hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC), que se pueden usar como plastificantes, viscosificantes, agentes de retención de agua, agentes incorporadores de aire y agentes retardantes de productos de pintura, yeso, mortero y cemento. La mayor parte de la industria de materiales de construcción se utiliza a temperatura normal, las condiciones de uso son mezcla seca de polvo y agua, lo que implica menos las características de disolución y las características de gel caliente de CE, pero en la producción mecanizada de productos de cemento y otras condiciones de temperatura especiales, estas características de La CE desempeñará un papel más pleno.

2. Propiedades químicas de la CE

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

El proceso de producción de MC sólo utiliza cloruro de metano como agente eterificante. Además del uso de cloruro de metano, la producción de HPMC también utiliza óxido de propileno para obtener grupos sustituyentes 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 de CE.

El número de grupos de sustitución en las unidades estructurales de glucosa deshidratada de la celulosa se puede expresar mediante el porcentaje de masa o el número medio 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 medio de sustitución sobre la solubilidad de los productos de eterificación es el siguiente:

(1) bajo grado de sustitución soluble en lejía;

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

(3) alto grado de sustitución disuelta en disolventes orgánicos polares;

(4) Mayor grado de sustitución disuelto en disolventes orgánicos apolares.

3. Método de disolución de CE

CE tiene una propiedad de solubilidad única, cuando la temperatura aumenta a cierta temperatura, es insoluble en agua, pero por debajo de esta temperatura, su solubilidad aumentará con la disminución de la temperatura. La CE es soluble en agua fría (y en algunos casos en disolventes orgánicos específicos) mediante el proceso de hinchamiento e hidratación. Las soluciones de 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 controlar el equipo de producción, y también varía según la viscosidad y variedad química requerida por el usuario. La concentración de la solución de CE de baja viscosidad es generalmente del 10% al 15%, y la de alta viscosidad generalmente se limita al 2% al 3%. Los diferentes tipos de CE (como polvo o polvo o granulado con superficie tratada) pueden afectar la forma en que se prepara la solución.

3.1 CE sin tratamiento superficial

Aunque el CE es soluble en agua fría, debe dispersarse completamente en agua para evitar que se formen grumos. En algunos casos, se puede utilizar un mezclador de alta velocidad o un embudo en agua fría para dispersar el polvo de CE. Sin embargo, si el polvo sin tratar se añade directamente al agua fría sin agitarlo lo suficiente, se formarán grumos sustanciales. La razón principal del apelmazamiento es que las partículas de polvo de CE no están completamente húmedas. Cuando solo se disuelve una parte del polvo, se formará una película de gel, que impide que el polvo restante se siga disolviendo. Por lo tanto, antes de la disolución, las partículas de CE deben estar completamente dispersas en la medida de lo posible. Los dos métodos de dispersión siguientes se utilizan habitualmente.

3.1.1 Método de dispersión de mezcla seca

Este método se utiliza más comúnmente en productos de cemento. Antes de agregar agua, mezcle el otro polvo con el polvo CE de manera uniforme, para que las partículas de polvo CE se dispersen. Proporción mínima de mezcla: Otro polvo: Polvo CE =(3 ~ 7): 1.

En este método, la dispersión de CE se completa en estado seco, utilizando otro polvo como medio para dispersar las partículas de CE entre sí, a fin de evitar la unión mutua de las partículas de CE al agregar agua y afectar una mayor disolución. Por lo tanto, no se necesita agua caliente 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 en agua caliente

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

(2) También puede calentar toda el agua y luego agregar CE para revolver mientras se enfría hasta que se complete la hidratación. Un enfriamiento suficiente es muy importante para la hidratación completa del CE y la formación de viscosidad. Para obtener una 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 cuando no se puede usar agua fría: según la información, la HPMC tiene menos reducción de temperatura que la MC a temperaturas más bajas para lograr la misma viscosidad. Vale la pena señalar que el método de dispersión en agua caliente solo hace que las partículas de CE se dispersen uniformemente a una temperatura más alta, pero no se forma ninguna solución en este momento. Para obtener una solución con cierta viscosidad es necesario volver a enfriarla.

3.2 Polvo CE dispersable con tratamiento superficial

En muchos casos, se requiere que el CE tenga características tanto dispersables como de hidratación rápida (viscosidad de formación) en agua fría. El CE tratado en la superficie es temporalmente insoluble en agua fría después de un tratamiento químico especial, lo que garantiza que cuando se agrega CE al agua, no formará inmediatamente una viscosidad obvia y se puede dispersar en condiciones de fuerza de corte relativamente pequeñas. El “tiempo de retraso” de la hidratación o formación de viscosidad es el resultado de la combinación del grado de tratamiento de la superficie, la temperatura, el pH del sistema y la concentración de la solución CE. El retraso de la hidratación generalmente se reduce a concentraciones, temperaturas y niveles de pH más altos. Sin embargo, en general, la concentración de CE no se considera hasta que alcanza el 5% (la proporción másica de agua).

Para obtener mejores resultados y una hidratación completa, la superficie tratada con CE debe agitarse durante unos minutos en condiciones neutras, con un rango de pH de 8,5 a 9,0, hasta alcanzar la viscosidad máxima (normalmente de 10 a 30 minutos). Una vez que el pH cambia a básico (pH de 8,5 a 9,0), el CE tratado en la superficie se disuelve completa y rápidamente, y la solución puede ser estable a un pH de 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 las partículas de CE entre sí antes de la disolución, para evitar la aglomeración debido a la alta viscosidad durante la disolución a baja temperatura, lo que afectará la disolución posterior.

4. Propiedades de la solución CE

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

La explicación actual para el fenómeno del gel es la siguiente: en el proceso de disolución, esto es similar

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

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

El papel principal de CE en los productos de cemento es como viscosificante, plastificante y agente de 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 que generalmente usan su punto de temperatura de gel inicial debajo de una sección de la curva. Por lo tanto, cuanto más baja es la temperatura, mayor es la viscosidad y más evidente es el efecto de la retención de agua del viscosificador. Los resultados de las pruebas de la línea de producción de tableros de cemento por extrusión también muestran que cuanto menor sea la temperatura del material bajo el mismo contenido de CE, mejor será el efecto de viscosificación y retención de agua. Como el sistema de cemento es un sistema de propiedades físicas y químicas extremadamente complejo, existen muchos factores que afectan el cambio de temperatura y viscosidad del gel CE. Y la influencia de varias tendencias y grados de Taianin no son los mismos, por lo que la aplicación práctica también encontró que después de mezclar el sistema de cemento, el punto de temperatura de gel real de CE (es decir, la disminución del efecto de retención de agua y pegamento es muy obvia a esta temperatura). ) son inferiores a la temperatura del gel indicada por el producto, por lo tanto, al seleccionar productos CE se deben tener en cuenta los factores que provocan la 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 los productos de cemento.

4.1 Influencia del valor del pH en la viscosidad

MC y HPMC son no iónicos, por lo que la viscosidad de la solución que la viscosidad del pegamento iónico natural tiene un rango más amplio de estabilidad DH, pero si el valor de pH excede el rango de 3 ~ 11, reducirán gradualmente la viscosidad a un temperatura más alta o en almacenamiento durante un largo período de tiempo, especialmente soluciones de alta viscosidad. La viscosidad de la solución del producto CE disminuye en una solución ácida o básica fuerte, lo que se debe principalmente a la deshidratación del CE causada por la base y el ácido. Por lo tanto, la viscosidad del CE suele disminuir hasta cierto punto en el ambiente 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 gelificación se verá afectada por el efecto combinado de la velocidad de calentamiento y la velocidad de agitación. La agitación a alta velocidad y el calentamiento rápido generalmente aumentarán significativamente la temperatura del gel, lo que es favorable para los productos de cemento formados mediante mezcla mecánica.

4.3 Influencia de la concentración sobre el gel caliente.

El aumento de la concentración de la solución generalmente reduce la temperatura del gel y los puntos de gel del CE de baja viscosidad son más altos que los del CE de alta viscosidad. Como METHOCEL A de DOW

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 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 actúa como coagulante o agente 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 potenciador de disolventes, PEG-400 (polietilenglicol). , anediol, etc., pueden aumentar el punto de gelificación. Las sales, la glicerina, el sorbitol y otras sustancias reducirán el punto de gelificación, los CE no iónicos generalmente no precipitarán debido a los iones metálicos polivalentes, pero cuando la concentración de electrolitos u otras sustancias disueltas exceden un cierto límite, los productos CE pueden quedar salados en solución, esto se debe a la competencia de los electrolitos con el agua, lo que resulta en la reducción de la hidratación de CE. El contenido de sal de la solución 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 del CE disminuya, por lo que la selección de aditivos debe tener en cuenta que esto puede causar cambios en el punto de gel y la viscosidad del CE.

5.Conclusión

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

(2) CE tiene una solubilidad única, forma una solución a una temperatura determinada (como la temperatura del gel) y forma un gel sólido o una mezcla de partículas sólidas a la temperatura del gel. Los principales métodos de disolución son el método de dispersión de mezcla seca, el método de dispersión de agua caliente, etc., en productos de cemento comúnmente utilizados es el método de dispersión de mezcla seca. La clave es dispersar el CE de manera uniforme 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 de CE, especialmente los productos de cemento son soluciones de sales inorgánicas en un ambiente alcalino, generalmente reducen la temperatura del gel y la viscosidad de la solución de CE. , trayendo efectos adversos. Por tanto, de acuerdo con las características del CE, en primer lugar, se debe utilizar a baja temperatura (por debajo de la temperatura del gel) y, en segundo lugar, se debe tener en cuenta la influencia de los aditivos.