Selluloosaeetteri sementtipohjaisissa tuotteissa

Selluloosaeetteri on eräänlainen monikäyttöinen lisäaine, jota voidaan käyttää sementtituotteissa. Tässä artikkelissa esitellään sementtituotteissa yleisesti käytetyn metyyliselluloosan (MC) ja hydroksipropyylimetyyliselluloosan (HPMC /) kemialliset ominaisuudet, verkkoliuoksen menetelmä ja periaate sekä liuoksen pääominaisuudet. Sementtituotteiden lämpögeelin lämpötilan ja viskositeetin laskua käsiteltiin käytännön tuotantokokemuksen perusteella.

Avainsanat:selluloosaeetteri; Metyyliselluloosa;Hydroksipropyylimetyyliselluloosa; Kuuma geelin lämpötila; viskositeetti

1. Yleiskatsaus

Selluloosaeetteri (lyhennettynä CE) valmistetaan selluloosasta yhden tai useamman eetteröintiaineen eetteröintireaktiolla ja kuivajauhatuksella. CE voidaan jakaa ionisiin ja ei-ionisiin tyyppeihin, joista ioniton tyyppinen CE sen ainutlaatuisten lämpögeeliominaisuuksien ja liukoisuuden, suolakestävyyden, lämmönkestävyyden ja sopivan pinta-aktiivisuuden vuoksi. Sitä voidaan käyttää vettä pidättävänä aineena, suspensioaineena, emulgaattorina, kalvon muodostavana aineena, voiteluaineena, liimana ja reologisena parantajana. Pääasialliset ulkomaiset kulutusalueet ovat lateksipinnoitteet, rakennusmateriaalit, öljynporaus ja niin edelleen. Ulkomaihin verrattuna vesiliukoisen CE:n tuotanto ja käyttö ovat vielä lapsenkengissään. Ihmisten terveys- ja ympäristötietoisuuden parantamisen myötä. Vesiliukoisella CE:llä, joka on vaaraton fysiologialle ja joka ei saastuta ympäristöä, tulee olemaan suuri kehitys.

Rakennusmateriaalien alalla tavallisesti valittu CE on metyyliselluloosa (MC) ja hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC), jota voidaan käyttää maalin-, rappaus-, laastin- ja sementtituotteiden pehmittimenä, viskositeettina, vedenpidätysaineena, ilmaa sitovana aineena ja hidastusaineena. Suurin osa rakennusmateriaaliteollisuudesta käytetään normaaleissa lämpötiloissa, olosuhteet ovat kuivasekoitusjauhe ja vesi, vähemmän CE:n liukenemisominaisuudet ja kuumageeliominaisuudet, mutta sementtituotteiden koneellisessa tuotannossa ja muissa erityisissä lämpötilaolosuhteissa nämä ominaisuudet CE tulee olemaan täysipainoisempi.

2. CE:n kemialliset ominaisuudet

CE:tä saadaan käsittelemällä selluloosaa useilla kemiallisilla ja fysikaalisilla menetelmillä. Erilaisen kemiallisen korvausrakenteen mukaan se voidaan yleensä jakaa: MC, HPMC, hydroksietyyliselluloosa (HEC) jne. : Jokaisella CE:llä on selluloosan perusrakenne - dehydratoitu glukoosi. CE:n valmistusprosessissa selluloosakuidut kuumennetaan ensin alkalisessa liuoksessa ja käsitellään sitten eetteröintiaineilla. Kuituiset reaktiotuotteet puhdistetaan ja jauhetaan tasalaatuisen jauheen muodostamiseksi, jolla on tietty hienous.

MC:n tuotantoprosessissa käytetään vain metaanikloridia eetteröintiaineena. HPMC:n valmistuksessa käytetään metaanikloridin käytön lisäksi myös propyleenioksidia hydroksipropyylisubstituenttiryhmien saamiseksi. Eri CE:illä on erilaiset metyyli- ja hydroksipropyylisubstituutionopeudet, mikä vaikuttaa CE-liuoksen orgaaniseen yhteensopivuuteen ja lämpögeelin lämpötilaan.

Selluloosan dehydratoidun glukoosin rakenneyksiköiden substituutioryhmien lukumäärä voidaan ilmaista massaprosentteina tai substituutioryhmien keskimääräisenä lukumääränä (eli DS — substituutioaste). Substituenttiryhmien lukumäärä määrää CE-tuotteiden ominaisuudet. Keskimääräisen substituutioasteen vaikutus eetteröintituotteiden liukoisuuteen on seuraava:

(1) lipeään liukeneva alhainen substituutioaste;

(2) hieman korkea veteen liukeneva substituutioaste;

(3) korkea substituutioaste liuotettuna polaarisiin orgaanisiin liuottimiin;

(4) Korkeampi substituutioaste liuotettuna ei-polaarisiin orgaanisiin liuottimiin.

3. CE:n liukenemismenetelmä

CE:llä on ainutlaatuinen liukoisuusominaisuus, kun lämpötila nousee tiettyyn lämpötilaan, se on veteen liukenematon, mutta tämän lämpötilan alapuolella sen liukoisuus kasvaa lämpötilan laskun myötä. CE liukenee kylmään veteen (ja joissakin tapauksissa tiettyihin orgaanisiin liuottimiin) turpoamis- ja hydratoitumisprosessin kautta. CE-liuoksilla ei ole ilmeisiä liukoisuusrajoituksia, joita ilmenee ionisten suolojen liukenemisessa. CE:n pitoisuus rajoittuu yleensä tuotantolaitteistolla säädettävään viskositeettiin, ja se vaihtelee myös käyttäjän vaatiman viskositeetin ja kemiallisen vaihtelun mukaan. Alhaisen viskositeetin CE:n liuospitoisuus on yleensä 10 % ~ 15 %, ja korkeaviskositeettinen CE on yleensä rajoitettu 2 % - 3 %:iin. Erilaiset CE-tyypit (kuten jauhe tai pintakäsitelty jauhe tai rakeinen) voivat vaikuttaa liuoksen valmistamiseen.

3.1 CE ilman pintakäsittelyä

Vaikka CE liukenee kylmään veteen, se on dispergoitava kokonaan veteen paakkuuntumisen välttämiseksi. Joissakin tapauksissa nopeaa sekoitinta tai suppiloa voidaan käyttää kylmässä vedessä CE-jauheen dispergoimiseen. Kuitenkin, jos käsittelemätön jauhe lisätään suoraan kylmään veteen riittävästi sekoittamatta, muodostuu huomattavia kokkareita. Pääasiallinen syy paakkuuntumiseen on se, että CE-jauhehiukkaset eivät ole täysin märkiä. Kun vain osa jauheesta on liuennut, muodostuu geelikalvo, joka estää jäljellä olevan jauheen liukenemisen. Siksi ennen liukenemista CE-hiukkasten tulee olla täysin dispergoituneet niin pitkälle kuin mahdollista. Yleisesti käytetään seuraavia kahta dispersiomenetelmää.

3.1.1 Kuivasekoitusdispersiomenetelmä

Tätä menetelmää käytetään yleisimmin sementtituotteissa. Ennen kuin lisäät vettä, sekoita muu jauhe tasaisesti CE-jauheen kanssa, jotta CE-jauhehiukkaset hajaantuvat. Minimi sekoitussuhde: Muu jauhe: CE-jauhe =(3 ~ 7): 1.

Tässä menetelmässä CE-dispersio saadaan valmiiksi kuivassa tilassa käyttämällä väliaineena muuta jauhetta CE-hiukkasten dispergoimiseksi keskenään, jotta vältetään CE-hiukkasten keskinäinen sitoutuminen vettä lisättäessä ja vaikuttaa edelleen liukenemiseen. Siksi dispergointiin ei tarvita kuumaa vettä, vaan liukenemisnopeus riippuu jauhehiukkasista ja sekoitusolosuhteista.

3.1.2 Kuumavesidispersiomenetelmä

(1) Ensimmäinen 1/5 ~ 1/3 vaaditusta vedestä lämmitetään 90 C:een, lisää CE ja sekoita sitten, kunnes kaikki hiukkaset ovat dispergoituneet märkiksi, ja sitten loput vedestä kylmään tai jääveteen lisätään alentamaan keittimen lämpötilaa. CE:n liukenemislämpötilan saavuttua jauhe alkoi hydratoitua ja viskositeetti kasvoi.

(2) Voit myös lämmittää kaiken veden ja lisätä sitten CE:tä sekoittaen samalla jäähdyttäen, kunnes nesteytys on täydellinen. Riittävä jäähdytys on erittäin tärkeää CE:n täydelliselle hydratoitumiselle ja viskositeetin muodostumiselle. Ihanteellisen viskositeetin saavuttamiseksi MC-liuos tulee jäähdyttää 0–5 ℃:seen, kun taas HPMC tarvitsee vain jäähdyttää 20–25 ℃:seen tai sen alle. Koska täysi hydrataatio vaatii riittävää jäähdytystä, HPMC-ratkaisuja käytetään yleisesti siellä, missä kylmää vettä ei voida käyttää: tietojen mukaan HPMC:llä on vähemmän lämpötilan laskua kuin MC:llä alhaisemmissa lämpötiloissa saman viskositeetin saavuttamiseksi. On syytä huomata, että kuumavesidispersiomenetelmä saa CE-hiukkaset dispergoimaan tasaisesti vain korkeammassa lämpötilassa, mutta liuosta ei muodostu tässä vaiheessa. Tietyn viskositeetin omaavan liuoksen saamiseksi se on jäähdytettävä uudelleen.

3.2 Pintakäsitelty dispergoituva CE-jauhe

Monissa tapauksissa CE:ltä vaaditaan sekä dispergoituvia että nopean hydratoitumisen (muodostavan viskositeetin) ominaisuuksia kylmässä vedessä. Pintakäsitelty CE on väliaikaisesti liukenematon kylmään veteen erikoiskemiallisen käsittelyn jälkeen, mikä varmistaa, että kun CE:tä lisätään veteen, se ei heti muodosta selvää viskositeettia ja se voidaan dispergoida suhteellisen pienellä leikkausvoimalla. Nesteytymisen tai viskositeetin muodostumisen "viive" johtuu pintakäsittelyn asteen, lämpötilan, järjestelmän pH:n ja CE-liuoksen pitoisuuden yhdistelmästä. Hydraation viivästyminen vähenee yleensä korkeammilla pitoisuuksilla, lämpötiloilla ja pH-tasoilla. Yleensä CE:n pitoisuutta ei kuitenkaan oteta huomioon ennen kuin se saavuttaa 5 % (veden massasuhde).

Parhaan tuloksen ja täydellisen kosteutuksen saavuttamiseksi pintakäsiteltyä CE:tä tulee sekoittaa muutaman minuutin ajan neutraaleissa olosuhteissa pH-alueella 8,5-9,0, kunnes maksimiviskositeetti on saavutettu (yleensä 10-30 minuuttia). Kun pH muuttuu emäksiseksi (pH 8,5 - 9,0), pintakäsitelty CE liukenee täydellisesti ja nopeasti, ja liuos voi olla stabiili pH:ssa 3 - 11. On kuitenkin tärkeää huomata, että korkean pitoisuuden lietteen pH:ta säädellään. aiheuttaa viskositeetin olevan liian korkea pumppaamista ja kaatamista varten. pH on säädettävä sen jälkeen, kun liete on laimennettu haluttuun pitoisuuteen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että CE:n liukenemisprosessi sisältää kaksi prosessia: fysikaalisen dispergoinnin ja kemiallisen liukenemisen. Tärkeintä on dispergoida CE-hiukkaset keskenään ennen liukenemista, jotta vältetään korkeasta viskositeetista johtuva agglomeroituminen matalan lämpötilan liukenemisen aikana, mikä vaikuttaa edelleen liukenemiseen.

4. CE-liuoksen ominaisuudet

Erilaiset CE-vesiliuokset geeliytyvät tietyissä lämpötiloissaan. Geeli on täysin palautuva ja muodostaa liuoksen, kun se jäähdytetään uudelleen. CE:n palautuva lämpögeeliytys on ainutlaatuinen. Monissa sementtituotteissa CE:n viskositeetilla ja vastaavilla vedenpidätys- ja voiteluominaisuuksilla sekä viskositeetilla ja geelin lämpötilalla on suora yhteys geelin lämpötilaan, mitä alhaisempi lämpötila, sitä korkeampi CE:n viskositeetti, sitä parempi vastaava vedenpidätyskyky.

Geeliilmiön nykyinen selitys on tämä: liukenemisprosessissa tämä on samanlainen

Langan polymeerimolekyylit yhdistyvät vesimolekyylikerroksen kanssa, mikä johtaa turpoamiseen. Vesimolekyylit toimivat kuten voiteluöljy, joka voi irrottaa pitkiä polymeerimolekyyliketjuja, jolloin liuoksella on helposti tyhjennettävän viskoosin nesteen ominaisuuksia. Kun liuoksen lämpötila nousee, selluloosapolymeeri menettää vähitellen vettä ja liuoksen viskositeetti laskee. Kun geeliytymispiste saavutetaan, polymeeri dehydratoituu täysin, mikä johtaa polymeerien väliseen sidokseen ja geelin muodostumiseen: geelin lujuus kasvaa edelleen lämpötilan pysyessä geeliytymispisteen yläpuolella.

Liuoksen jäähtyessä geeli alkaa kääntyä ja viskositeetti laskee. Lopuksi jäähdytysliuoksen viskositeetti palaa alkuperäiseen lämpötilan nousukäyrään ja kasvaa lämpötilan laskun myötä. Liuos voidaan jäähdyttää alkuperäiseen viskositeettiarvoonsa. Siksi CE:n lämpögeeliprosessi on palautuva.

CE:n päärooli sementtituotteissa on viskositeetin, pehmittimen ja vedenpidätysaineena, joten viskositeetin ja geelin lämpötilan säätelystä on tullut tärkeä tekijä sementtituotteissa, jotka käyttävät yleensä geelin alkulämpötilaa käyrän osan alapuolella. joten mitä alhaisempi lämpötila, sitä korkeampi viskositeetti, sitä selvempi on viskositeettiaineen vedenpidätyskyky. Ekstruusiosementtilevyjen tuotantolinjan testitulokset osoittavat myös, että mitä alhaisempi materiaalin lämpötila on saman CE-pitoisuuden alapuolella, sitä parempi on viskositeetti- ja vedenpidätysvaikutus. Koska sementtijärjestelmä on erittäin monimutkainen fysikaalinen ja kemiallinen ominaisuusjärjestelmä, CE-geelin lämpötilan ja viskositeetin muutoksiin vaikuttavat monet tekijät. Ja eri Taianin-trendin ja -asteen vaikutus ei ole sama, joten käytännön sovelluksessa havaittiin myös, että sementtijärjestelmän sekoittamisen jälkeen todellinen geelin lämpötilapiste CE (eli liiman ja vedenpidätysvaikutuksen lasku on hyvin ilmeinen tässä lämpötilassa ) ovat alhaisemmat kuin tuotteen ilmoittama geelilämpötila, joten CE-tuotteiden valinnassa on otettava huomioon geelin lämpötilan laskua aiheuttavat tekijät. Seuraavat ovat tärkeimmät tekijät, joiden uskomme vaikuttavan sementtituotteiden CE-liuoksen viskositeettiin ja geelilämpötilaan.

4.1 pH-arvon vaikutus viskositeettiin

MC ja HPMC ovat ei-ionisia, joten liuoksen viskositeetilla kuin luonnollisen ionisen liiman viskositeetilla on laajempi DH-stabiilisuusalue, mutta jos pH-arvo ylittää alueen 3 ~ 11, ne vähentävät viskositeettia vähitellen korkeammassa lämpötilassa tai pitkään varastoituna, erityisesti korkeaviskositeettinen liuos. CE-tuoteliuoksen viskositeetti laskee vahvassa hapossa tai vahvassa emäsliuoksessa, mikä johtuu pääasiassa emäksen ja hapon aiheuttamasta CE:n kuivumisesta. Siksi CE:n viskositeetti yleensä laskee tietyssä määrin sementtituotteiden alkalisessa ympäristössä.

4.2 Kuumennusnopeuden ja sekoituksen vaikutus geeliprosessiin

Geelipisteen lämpötilaan vaikuttaa kuumennusnopeuden ja sekoituksen leikkausnopeuden yhteisvaikutus. Nopea sekoitus ja nopea kuumennus nostavat yleensä geelin lämpötilaa merkittävästi, mikä on edullista mekaanisella sekoituksella muodostetuille sementtituotteille.

4.3 Pitoisuuden vaikutus kuumaan geeliin

Liuoksen pitoisuuden lisääminen alentaa yleensä geelin lämpötilaa ja alhaisen viskositeetin CE:n geeliytymispisteet ovat korkeammat kuin korkean viskositeetin CE:n. Kuten DOW:n METHOCEL A

Geelin lämpötila laskee 10 ℃ jokaista 2 %:n lisäystä tuotteen pitoisuudessa. 2 %:n lisäys F-tyypin tuotteiden pitoisuuteen laskee geelin lämpötilaa 4 ℃.

4.4 Lisäaineiden vaikutus lämpögeeliytymiseen

Rakennusmateriaalien alalla monet materiaalit ovat epäorgaanisia suoloja, joilla on merkittävä vaikutus CE-liuoksen geelilämpötilaan. Riippuen siitä, toimiiko lisäaine koagulanttina vai liukoisena aineena, jotkut lisäaineet voivat nostaa CE:n lämpögeelin lämpötilaa, kun taas toiset voivat laskea CE:n lämpögeelin lämpötilaa: esimerkiksi liuotinta tehostava etanoli, PEG-400 (polyetyleeniglykoli) , anedioli jne., voivat lisätä geeliytyspistettä. Suolat, glyseriini, sorbitoli ja muut aineet alentavat geeliytymispistettä, ioniton CE ei yleensä saostu moniarvoisten metalli-ionien takia, mutta kun elektrolyyttipitoisuus tai muut liuenneet aineet ylittävät tietyn rajan, CE-tuotteet voidaan suolata ulos Tämä johtuu elektrolyyttien kilpailusta veteen, mikä johtaa CE:n hydratoitumisen vähenemiseen, CE-tuotteen liuoksen suolapitoisuus on yleensä hieman korkeampi kuin Mc-tuotteen ja suolapitoisuus on hieman erilainen eri HPMC:issä.

Monet sementtituotteiden ainesosat saavat CE:n geeliytymispisteen putoamaan, joten lisäaineita valittaessa tulee huomioida, että tämä voi aiheuttaa CE:n geeliytymispisteen ja viskositeetin muutoksia.

5. Johtopäätös

(1) Selluloosaeetteri on luonnollista selluloosaa eetteröintireaktion kautta, sillä on dehydratoidun glukoosin perusrakenneyksikkö korvausasemassa olevien substituenttiryhmien tyypin ja lukumäärän mukaan ja sillä on erilaisia ​​ominaisuuksia. Ionitonta eetteriä, kuten MC:tä ja HPMC:tä, voidaan käyttää viskositeettiaineena, vettä pidättävänä aineena, ilmaa sitovana aineena ja muuna laajalti rakennusmateriaalituotteissa.

(2) CE:llä on ainutlaatuinen liukoisuus, se muodostaa liuoksen tietyssä lämpötilassa (kuten geelin lämpötilassa) ja muodostaa kiinteää geeliä tai kiinteiden hiukkasten seosta geelin lämpötilassa. Tärkeimmät liukenemismenetelmät ovat kuivasekoitusdispersiomenetelmä, kuumavesidispersiomenetelmä jne., sementtituotteissa yleisesti käytetty on kuivasekoitusdispersiomenetelmä. Tärkeintä on dispergoida CE tasaisesti ennen kuin se liukenee muodostaen liuoksen matalissa lämpötiloissa.

(3) Liuospitoisuus, lämpötila, pH-arvo, lisäaineiden kemialliset ominaisuudet ja sekoitusnopeus vaikuttavat CE-liuoksen geelin lämpötilaan ja viskositeettiin, erityisesti sementtituotteet ovat epäorgaanisia suolaliuoksia emäksisessä ympäristössä, yleensä vähentävät CE-liuoksen geelin lämpötilaa ja viskositeettia. aiheuttaen haittavaikutuksia. Siksi CE:n ominaisuuksien mukaan sitä tulee ensinnäkin käyttää alhaisessa lämpötilassa (geelilämpötilan alapuolella) ja toiseksi lisäaineiden vaikutus tulee ottaa huomioon.