Tsellulooseeter tsemendipõhistes toodetes

Tsellulooseeter on omamoodi mitmeotstarbeline lisand, mida saab kasutada tsemenditoodetes. Käesolevas artiklis tutvustatakse tsemenditoodetes tavaliselt kasutatava metüültselluloosi (MC) ja hüdroksüpropüülmetüültselluloosi (HPMC /) keemilisi omadusi, netolahuse meetodit ja põhimõtet ning lahuse põhiomadusi. Termilise geeli temperatuuri ja viskoossuse langust tsemenditoodetes käsitleti praktilise tootmiskogemuse põhjal.

Võtmesõnad:tselluloosi eeter; Metüültselluloos;Hüdroksüpropüülmetüültselluloos; Kuuma geeli temperatuur; viskoossus

1. Ülevaade

Tsellulooseeter (lühidalt CE) valmistatakse tselluloosist ühe või mitme eeterdava aine eeterdamisreaktsiooni ja kuivjahvatamise teel. CE võib jagada ioonseks ja mitteioonseks tüüpideks, mille hulgas on mitteioonne tüüp CE selle ainulaadsete termiliste geeliomaduste ja lahustuvuse, soolakindluse, kuumakindluse ja sobiva pinnaaktiivsuse tõttu. Seda saab kasutada vett hoidva ainena, suspensioonina, emulgaatorina, kilet moodustava ainena, määrdeainena, liimina ja reoloogilise parandajana. Peamised välismaised tarbimisvaldkonnad on latekskatted, ehitusmaterjalid, naftapuurimine ja nii edasi. Võrreldes välisriikidega on vees lahustuva CE tootmine ja rakendamine alles lapsekingades. Inimeste tervise- ja keskkonnateadlikkuse paranemisega. Vees lahustuv CE, mis on füsioloogiale kahjutu ja ei saasta keskkonda, saab suure arengu.

Ehitusmaterjalide valdkonnas valitakse tavaliselt CE-ks metüültselluloos (MC) ja hüdroksüpropüülmetüültselluloos (HPMC), mida saab kasutada värvi, krohvi, mördi ja tsemenditoodete plastifikaatorina, viskoosijana, vett kinnihoidva ainena, õhku kaasahaarava ainena ja aeglustajana. Enamikku ehitusmaterjalide tööstusest kasutatakse normaaltemperatuuril, kuivsegu pulbri ja vee tingimustes, mis ei hõlma CE lahustumisomadusi ja kuuma geeli omadusi, kuid tsemenditoodete mehhaniseeritud tootmisel ja muudel eritemperatuuritingimustel on need omadused CE mängib täielikumat rolli.

2. CE keemilised omadused

CE saadakse tselluloosi töötlemisel mitmete keemiliste ja füüsikaliste meetodite abil. Vastavalt erinevale keemilisele asendusstruktuurile võib selle tavaliselt jagada: MC, HPMC, hüdroksüetüültselluloos (HEC) jne: Igal CE-l on tselluloosi põhistruktuur - dehüdreeritud glükoos. CE tootmise käigus kuumutatakse tsellulooskiude esmalt leeliselises lahuses ja seejärel töödeldakse eeterdavate ainetega. Kiulised reaktsiooniproduktid puhastatakse ja pulbristatakse, et moodustada teatud peensusega ühtlane pulber.

MC tootmisprotsessis kasutatakse eeterdava ainena ainult metaankloriidi. Lisaks metaankloriidi kasutamisele kasutatakse HPMC tootmisel hüdroksüpropüülasendusrühmade saamiseks ka propüleenoksiidi. Erinevatel CE-del on erinev metüüli ja hüdroksüpropüüli asendusaste, mis mõjutab CE lahuse orgaanilist ühilduvust ja termilise geeli temperatuuri.

Asendusrühmade arvu tselluloosi dehüdreeritud glükoosi struktuuriüksustel saab väljendada massiprotsendi või asendusrühmade keskmise arvuga (st DS — asendusaste). Asendusrühmade arv määrab CE-toodete omadused. Keskmise asendusastme mõju eeterdamisproduktide lahustuvusele on järgmine:

(1) leelis lahustuv madal asendusaste;

(2) vees lahustuv veidi kõrge asendusaste;

(3) polaarsetes orgaanilistes lahustites lahustatud kõrge asendusaste;

(4) Mittepolaarsetes orgaanilistes lahustites lahustunud suurem asendusaste.

3. CE lahustamismeetod

CE-l on ainulaadne lahustuvusomadus, kui temperatuur tõuseb teatud temperatuurini, on see vees lahustumatu, kuid allpool seda temperatuuri selle lahustuvus suureneb koos temperatuuri langusega. CE lahustub külmas vees (ja mõnel juhul ka spetsiifilistes orgaanilistes lahustites) pundumis- ja hüdratatsiooniprotsessi kaudu. CE lahustel ei ole ilmseid lahustuvuse piiranguid, mis ilmnevad ioonsoolade lahustumisel. CE kontsentratsioon on üldiselt piiratud viskoossusega, mida saab tootmisseadmetega reguleerida, ning see varieerub ka vastavalt viskoossusele ja kasutaja nõutavale keemilisele mitmekesisusele. Madala viskoossusega CE lahuse kontsentratsioon on tavaliselt 10% ~ 15% ja kõrge viskoossusega CE on üldiselt piiratud 2% ~ 3%. Erinevat tüüpi CE (nt pulber või pinnaga töödeldud pulber või graanulid) võivad mõjutada lahuse valmistamist.

3.1 CE ilma pinnatöötluseta

Kuigi CE lahustub külmas vees, tuleb see klompide vältimiseks vees täielikult dispergeerida. Mõnel juhul võib CE-pulbri dispergeerimiseks kasutada külmas vees kiiret mikserit või lehtrit. Kui aga töötlemata pulber lisatakse ilma piisavalt segamata otse külma vette, tekivad olulised tükid. Peamine paakumispõhjus on see, et CE-pulbri osakesed ei ole täielikult märjad. Kui ainult osa pulbrist on lahustunud, moodustub geelikiht, mis ei lase ülejäänud pulbril lahustuda. Seetõttu tuleks CE-osakesed enne lahustumist võimalikult täielikult hajutada. Tavaliselt kasutatakse kahte järgmist dispersioonimeetodit.

3.1.1 Kuivsegu dispersioonimeetod

Seda meetodit kasutatakse kõige sagedamini tsemenditoodetes. Enne vee lisamist sega muu pulber ühtlaselt CE-pulbriga, et CE-pulbri osakesed hajuksid. Minimaalne segamissuhe: muu pulber: CE pulber = (3 ~ 7): 1.

Selle meetodi puhul viiakse CE dispersioon lõpule kuivas olekus, kasutades CE-osakeste omavaheliseks dispergeerimiseks keskkonnana teist pulbrit, et vältida CE-osakeste omavahelist sidumist vee lisamisel ja edasist lahustumist. Seetõttu pole dispergeerimiseks vaja kuuma vett, kuid lahustumiskiirus sõltub pulbri osakestest ja segamistingimustest.

3.1.2 Kuuma vee dispersioonimeetod

(1) Esimene 1/5–1/3 vajalikust veest kuumutatakse temperatuurini 90 °C, lisatakse CE ja seejärel segatakse, kuni kõik osakesed on märjaks dispergeerunud, ja seejärel lisatakse ülejäänud vesi külmas või jääses vees, et vähendada vee temperatuuri. Pärast CE lahustumistemperatuuri saavutamist hakkas pulber hüdraatuma ja viskoossus suurenes.

(2) Võite ka kogu vee soojendada ja seejärel lisada CE-d, et segada ja jahutada, kuni hüdratsioon on lõppenud. CE täielikuks hüdratatsiooniks ja viskoossuse kujunemiseks on väga oluline piisav jahutus. Ideaalse viskoossuse saavutamiseks tuleb MC lahus jahutada temperatuurini 0–5 ℃, samas kui HPMC tuleb jahutada ainult temperatuurini 20–25 ℃ või alla selle. Kuna täielik hüdratsioon nõuab piisavat jahutamist, kasutatakse HPMC lahendusi tavaliselt seal, kus külma vett ei saa kasutada: teabe kohaselt vähendab HPMC temperatuur madalamatel temperatuuridel vähem kui MC, et saavutada sama viskoossus. Väärib märkimist, et kuuma vee dispersioonimeetod laseb CE-osakesed ühtlaselt hajutada ainult kõrgemal temperatuuril, kuid lahust sel ajal ei teki. Teatud viskoossusega lahuse saamiseks tuleb see uuesti jahutada.

3.2 Pinnatöödeldud dispergeeruv CE pulber

Paljudel juhtudel nõutakse, et CE-l oleks külmas vees nii dispergeeritavad kui ka kiire hüdratatsiooni (moodustava viskoossuse) omadused. Pinnatöödeldud CE on pärast spetsiaalset keemilist töötlust külmas vees ajutiselt lahustumatu, mis tagab, et CE lisamisel veele ei moodusta see kohe ilmset viskoossust ja seda saab dispergeerida suhteliselt väikese nihkejõu tingimustes. Hüdratsiooni või viskoossuse moodustumise "viivitusaeg" on pinnatöötlusastme, temperatuuri, süsteemi pH ja CE-lahuse kontsentratsiooni kombinatsiooni tulemus. Hüdratatsiooni viivitus väheneb üldiselt kõrgemate kontsentratsioonide, temperatuuride ja pH tasemete korral. Üldiselt aga ei võeta CE kontsentratsiooni arvesse enne, kui see jõuab 5%-ni (vee massisuhe).

Parimate tulemuste ja täieliku hüdratatsiooni saavutamiseks tuleks pinnaga töödeldud CE-d segada mõned minutid neutraalsetes tingimustes pH vahemikus 8,5 kuni 9,0, kuni saavutatakse maksimaalne viskoossus (tavaliselt 10-30 minutit). Kui pH muutub aluseliseks (pH 8,5 kuni 9,0), lahustub töödeldud pinnaga CE täielikult ja kiiresti ning lahus võib olla stabiilne pH 3 kuni 11 juures. Siiski on oluline märkida, et kõrge kontsentratsiooniga suspensiooni pH reguleerimine põhjustab pumpamiseks ja valamiseks liiga kõrge viskoossuse. PH-d tuleb reguleerida pärast seda, kui suspensioon on lahjendatud soovitud kontsentratsioonini.

Kokkuvõtteks võib öelda, et CE lahustumisprotsess hõlmab kahte protsessi: füüsikalist dispersiooni ja keemilist lahustumist. Võti on hajutada CE-osakesed omavahel enne lahustumist, et vältida madalal temperatuuril lahustumisel kõrge viskoossuse tõttu tekkivat aglomeratsiooni, mis mõjutab edasist lahustumist.

4. CE lahenduse omadused

Erinevat tüüpi CE vesilahused geelistuvad oma kindlatel temperatuuridel. Geel on täielikult pöörduv ja uuesti jahutamisel moodustab lahuse. CE pöörduv termiline geelistumine on ainulaadne. Paljudes tsemenditoodetes on CE viskoossuse ja vastavate veepeetus- ja määrimisomaduste ning viskoossuse ja geeli temperatuuri põhikasutus otsene seos, geeli temperatuuri all, mida madalam on temperatuur, seda kõrgem on CE viskoossus, seda parem on vastav veepidavus.

Geeli nähtuse praegune seletus on järgmine: lahustumisprotsessis on see sarnane

Keerme polümeerimolekulid ühenduvad vee molekulaarkihiga, mille tulemuseks on turse. Veemolekulid toimivad nagu määrdeõli, mis võib pikki polümeerimolekulide ahelaid laiali tõmmata, nii et lahusel on viskoosse vedeliku omadused, mida on lihtne ära visata. Kui lahuse temperatuur tõuseb, kaotab tselluloosi polümeer järk-järgult vett ja lahuse viskoossus väheneb. Kui geelipunkt on saavutatud, dehüdreerub polümeer täielikult, mille tulemuseks on side polümeeride vahel ja geeli moodustumine: geeli tugevus kasvab jätkuvalt, kui temperatuur püsib geelipunktist kõrgemal.

Kui lahus jahtub, hakkab geel pöörduma ja viskoossus väheneb. Lõpuks naaseb jahutuslahuse viskoossus algse temperatuuritõusu kõvera juurde ja tõuseb temperatuuri langedes. Lahuse võib jahutada esialgse viskoossuse väärtuseni. Seetõttu on CE termiline geeliprotsess pöörduv.

CE peamine roll tsemenditoodetes on viskoossuse suurendajana, plastifikaatorina ja vee kinnihoidjana, seega on viskoossuse ja geeli temperatuuri reguleerimine muutunud oluliseks teguriks, kui tsemenditooted kasutavad tavaliselt oma esialgset geeli temperatuuripunkti allpool kõvera lõiku. nii et mida madalam on temperatuur, seda suurem on viskoossus, seda ilmsem on viskoossusaine veepeetuse mõju. Ekstrusioontsementplaatide tootmisliini katsetulemused näitavad ka, et mida madalam on materjali temperatuur sama CE-sisalduse all, seda parem on viskoossuse ja veepeetuse efekt. Kuna tsemendisüsteem on äärmiselt keeruline füüsikaliste ja keemiliste omaduste süsteem, on CE-geeli temperatuuri ja viskoossuse muutumist palju mõjutavaid tegureid. Ja erinevate Taianini suundumuste ja kraadide mõju ei ole sama, nii et praktiline rakendus leidis ka, et pärast tsemendisüsteemi segamist on CE tegelik geelitemperatuuri punkt (st liimi ja veepeetuse efekti langus sellel temperatuuril väga ilmne. ) on toote poolt näidatud geeli temperatuurist madalamad, mistõttu tuleb CE-toodete valikul arvestada geeli temperatuuri langust põhjustavate teguritega. Järgmised on peamised tegurid, mis meie arvates mõjutavad tsemenditoodetes kasutatava CE-lahuse viskoossust ja geeli temperatuuri.

4.1 pH väärtuse mõju viskoossusele

MC ja HPMC on mitteioonsed, seega on lahuse viskoossusel suurem DH stabiilsuse vahemik kui loodusliku ioonliimi viskoossusel, kuid kui pH väärtus ületab vahemikku 3–11, vähendavad need viskoossust järk-järgult. kõrgemal temperatuuril või pikaajalisel ladustamisel, eriti kõrge viskoossusega lahusel. CE tootelahuse viskoossus langeb tugeva happe või tugeva aluse lahuses, mis on peamiselt tingitud aluse ja happe poolt põhjustatud CE dehüdratsioonist. Seetõttu tsemenditoodete aluselises keskkonnas CE viskoossus tavaliselt teatud määral väheneb.

4.2 Kuumutuskiiruse ja segamise mõju geeliprotsessile

Geelipunkti temperatuuri mõjutab kuumutamiskiiruse ja segamise nihkekiiruse koosmõju. Kiire segamine ja kiire kuumutamine tõstavad üldiselt oluliselt geeli temperatuuri, mis on soodne mehaanilisel segamisel moodustunud tsemenditoodetele.

4.3 Kontsentratsiooni mõju kuumale geelile

Lahuse kontsentratsiooni suurendamine alandab tavaliselt geeli temperatuuri ja madala viskoossusega CE geelipunktid on kõrgemad kui kõrge viskoossusega CE omad. Näiteks DOW METHOCEL A

Geeli temperatuur väheneb 10 ℃ võrra iga 2% toote kontsentratsiooni suurenemise korral. F-tüüpi toodete kontsentratsiooni 2% suurenemine vähendab geeli temperatuuri 4 ℃ võrra.

4.4 Lisandite mõju termilisele geelistumisele

Ehitusmaterjalide valdkonnas on paljud materjalid anorgaanilised soolad, mis mõjutavad oluliselt CE-lahuse geeli temperatuuri. Sõltuvalt sellest, kas lisand toimib koagulandi või solubiliseeriva ainena, võivad mõned lisandid tõsta CE termilise geeli temperatuuri, teised aga alandada CE termilise geeli temperatuuri: näiteks lahustit võimendav etanool, PEG-400 (polüetüleenglükool) , anediool jne võivad geelipunkti tõsta. Soolad, glütseriin, sorbitool ja muud ained vähendavad geelistumistemperatuuri, mitteioonset CE-d tavaliselt mitmevalentsete metalliioonide tõttu ei sadestu, kuid kui elektrolüüdi või muude lahustunud ainete kontsentratsioon ületab teatud piiri, saab CE-tooteid välja soolata. See on tingitud elektrolüütide konkurentsist veega, mille tulemuseks on CE hüdratatsiooni vähenemine, CE toote lahuse soolasisaldus on üldiselt veidi kõrgem kui Mc toote lahuse soolasisaldus ja soolasisaldus veidi erinev erinevates HPMC-des.

Paljud tsemenditoodete koostisained muudavad CE tarretumispunkti langema, seega tuleks lisandite valikul arvestada sellega, et see võib põhjustada CE tarnepunkti ja viskoossuse muutusi.

5.Järeldus

(1) tsellulooseeter on eeterdamisreaktsiooni kaudu looduslik tselluloos, mille põhistruktuuriüksus on dehüdreeritud glükoos, vastavalt asenduspositsioonil olevate asendusrühmade tüübile ja arvule ning sellel on erinevad omadused. Mitteioonset eetrit, nagu MC ja HPMC, saab kasutada viskoossusainetena, veepeetusainetena, õhku kaasahaaravate ainetena ja muude ehitusmaterjalide toodetes laialdaselt kasutatavate ainetena.

(2) CE-l on ainulaadne lahustuvus, moodustades lahuse teatud temperatuuril (näiteks geelitemperatuuril) ja moodustades geeli temperatuuril tahke geeli või tahkete osakeste segu. Peamised lahustamismeetodid on kuivsegamise dispersioonimeetod, kuuma vee dispersioonimeetod jne, tsemenditoodetes kasutatakse tavaliselt kuivsegamisdispersiooni meetodit. Võti on hajutada CE ühtlaselt enne lahustumist, moodustades lahuse madalal temperatuuril.

(3) Lahuse kontsentratsioon, temperatuur, pH väärtus, lisandite keemilised omadused ja segamiskiirus mõjutavad CE-lahuse geeli temperatuuri ja viskoossust, eriti tsemenditooted on leeliselises keskkonnas anorgaanilised soolalahused, mis tavaliselt vähendavad CE-lahuse geeli temperatuuri ja viskoossust. , mis toob kaasa kahjulikke mõjusid. Seetõttu tuleks CE omaduste kohaselt esiteks seda kasutada madalal temperatuuril (alla geeli temperatuuri) ja teiseks tuleks arvestada lisandite mõjuga.