Selluloosaeetteri sementtipohjaisissa tuotteissa

Selluloosaeetteri on eräänlainen monikäyttöinen lisäaine, jota voidaan käyttää sementtituotteissa. Tämä artikkeli esittelee metyyliselluloosan (MC) ja hydroksipropyylimetyyliselluloosan (HPMC /) kemialliset ominaisuudet, joita käytetään yleisesti sementtituotteissa, nettoliuoksen menetelmässä ja periaatteessa sekä liuoksen pääominaisuuksissa. Lämpögeelin lämpötilan ja viskositeetin alenemisesta sementtituotteissa keskusteltiin käytännön tuotantokokemuksen perusteella.

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

1. Yleiskatsaus

Selluloosaeetteri (lyhyt CE) tehdään selluloosasta yhden tai useamman eteerfrifiointien eetterireaktion kautta ja kuivan jauhamisen. CE voidaan jakaa ionisiin ja ei-ionisiin tyyppeihin, joista ei ole ionista tyyppiä CE: tä sen ainutlaatuisten lämpögeeliominaisuuksien ja liukoisuuden, suolankestävyyden, lämmönkestävyyden vuoksi ja sillä on sopiva pinta-aktiivisuus. Sitä voidaan käyttää veden pidätysaineena, suspensioaineena, emulgoijana, kalvonmuodostusaineena, voiteluaineena, liima -aineen ja reologisen parantajan. Tärkeimmät ulkomaisten kulutusalueet ovat lateksipinnoitteet, rakennusmateriaalit, öljyporaus ja niin edelleen. Verrattuna ulkomaille, vesiliukoisen CE: n tuotanto ja levitys on vielä alkuvaiheessa. Ihmisten terveys- ja ympäristötietoisuuden parantamisen myötä. Vesiliukoisella CE: llä, joka on vaaraton fysiologialle ja joka ei saastuta ympäristöä, on suuri kehitys.

Rakennusmateriaalien alalla, joka on yleensä valittu CE, on metyyliselluloosa (MC) ja hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC), voidaan käyttää maalina, kipsi-, laasti- ja sementtituotteiden pehmittimenä, viskosiferinä, vedenpidätyslääkkeinä, ilma -aineena ja hidastamisainetta. Suurinta osaa rakennusmateriaalialan teollisuudesta käytetään normaalissa lämpötilassa, olosuhteet ovat kuivasekoitusjauhetta ja vettä, jotka sisältävät vähemmän CE: n liukenemisominaisuudet ja kuumat geeliominaisuudet, mutta sementtituotteiden ja muiden erityisten lämpötilaolosuhteiden mekanisoidussa tuotannossa nämä ominaisuudet CE: llä on täydellisempi rooli.

2. CE: n kemialliset ominaisuudet

CE saadaan käsittelemällä selluloosa kemiallisten ja fysikaalisten menetelmien sarjan avulla. Eri kemiallisen substituutiorakenteen mukaan yleensä voidaan jakaa: MC, HPMC, hydroksietyyliselluloosa (HEC) jne.: Jokaisella CE: llä on selluloosan emäksinen rakenne - dehydratoitu glukoosi. CE: n tuottamisprosessissa selluloosakuidut lämmitetään ensin emäksisessä liuoksessa ja käsitellään sitten eetterfrifiointiaineilla. Kuitumaiset reaktiotuotteet puhdistetaan ja jauhetaan tietyn hienoisuuden tasaisen jauheen muodostamiseksi.

MC: n tuotantoprosessi käyttää vain metaanikloridia eetterfrifiointina. Metaanikloridin käytön lisäksi HPMC: n tuotanto käyttää myös propeenioksidia hydroksipropyylisubstituentiryhmien saamiseksi. Eri CE: llä on erilaisia ​​metyyli- ja hydroksipropyylisubstituutioasteita, mikä vaikuttaa CE -liuoksen orgaaniseen yhteensopivuuteen ja lämpögeelin lämpötilaan.

Selluloosan dehydratoiduissa glukoosirakenteisten rakenteellisten yksiköiden substituutioryhmien lukumäärä voidaan ilmaista massaprosentilla tai substituutioryhmien keskimääräisellä lukumäärällä (ts. DS - substituutioaste). Substituenttiryhmien lukumäärä määrittää CE -tuotteiden ominaisuudet. Keskimääräisen korvaamisen asteen vaikutus eetterifikaatiotuotteiden liukoisuuteen on seuraava:

(1) alhainen korvausaste liukoinen liitu;

(2) hiukan korkea korvausaste, joka liukenee veteen;

(3) korkea substituutiotaso liuennettuna polaarisiin orgaanisiin liuottimiin;

(4) korkeampi substituutioaste liuenneen ei-polaarisiin orgaanisiin liuottimiin.

3. CE: n liukenemismenetelmä

CE: llä on ainutlaatuinen liukoisuusominaisuus, kun lämpötila nousee tiettyyn lämpötilaan, se on liukenematon veteen, mutta tämän lämpötilan alapuolella sen liukoisuus kasvaa lämpötilan laskun myötä. CE on liukoinen kylmässä vedessä (ja joissakin tapauksissa tietyissä orgaanisissa liuottimissa) turvotuksen ja nesteytyksen kautta. CE -ratkaisuilla ei ole ilmeisiä liukoisuusrajoituksia, jotka ilmenevät ionisten suolojen liukenemisessa. CE: n pitoisuus rajoittuu yleensä viskositeettiin, jota tuotantolaitteet voivat hallita, ja se vaihtelee myös käyttäjän vaatiman viskositeetin ja kemiallisen lajikkeen mukaan. Alhaisen viskositeetin CE liuoskonsentraatio on yleensä 10% ~ 15% ja korkea viskositeetti CE on yleensä 2% ~ 3%. Erityyppiset CE (kuten jauhe tai pintakäsitetty jauhe tai rakeinen) voivat vaikuttaa liuoksen valmistukseen.

3.1 CE ilman pintakäsittelyä

Vaikka CE on liukoinen kylmään veteen, se on dispergoitu kokonaan veteen rypistymisen välttämiseksi. Joissakin tapauksissa nopeaa vettä voidaan käyttää nopeaa sekoittimia tai suppiloa CE -jauheen leviämiseen. Jos käsittelemätön jauhe lisätään suoraan kylmään veteen ilman riittävästi sekoittamista, muodostuu huomattavia kokkareita. Tärkein syy katoamiseen on, että CE -jauhehiukkaset eivät ole täysin märkiä. Kun vain osa jauhetta liuentuu, muodostuu geelikalvo, mikä estää jäljellä olevan jauheen jatkamisen liukenemisesta. Siksi ennen liukenemista CE -hiukkaset tulisi dispergoitua täysin niin pitkälle kuin mahdollista. Seuraavia kahta dispersiomenetelmää käytetään yleisesti.

3.1.1 Kuivasekoitusten dispersiomenetelmä

Tätä menetelmää käytetään yleisimmin sementtituotteissa. Ennen veden lisäämistä sekoita muu jauhe CE -jauheen tasaisesti, jotta CE -jauhehiukkaset ovat dispergoituneita. Minimi sekoitussuhde: Muu jauhe: CE -jauhe = (3 ~ 7): 1.

Tässä menetelmässä CE -dispersio saadaan päätökseen kuivassa tilassa käyttämällä muuta jauhetta väliaineena CE -hiukkasten leviämiseksi toisiinsa, jotta vältetään CE -hiukkasten keskinäinen sidos lisäämällä vettä ja vaikuttaen edelleen liukenemiseen. Siksi kuumaa vettä ei tarvita dispersioon, mutta liukenemisnopeus riippuu jauhehiukkasista ja sekoittavista olosuhteista.

3.1.2 Kuumavesien dispersiomenetelmä

(1) vaaditun veden lämmityksen ensimmäiset 1/5 ~ 1/3 yläpuolella, lisäävät CE: tä ja sekoitavat sitten, kunnes kaikki hiukkaset dispergoivat märkä, ja sitten jäljellä oleva vesi kylmässä tai jäävedessä lisätään Liuos, saavutettuaan CE -liukenemislämpötilan, jauhe alkoi hydratoida, viskositeetti kasvoi.

(2) Voit myös lämmittää kaiken veden ja lisätä sitten CE: tä sekoittamiseen jäähdytyksen aikana, kunnes nesteytys on valmis. Riittävä jäähdytys on erittäin tärkeää CE: n täydelliselle nesteytykselle ja viskositeetin muodostumiselle. Ihanteellisen viskositeetin vuoksi MC -liuos on jäähdytettävä arvoon 0 ~ 5 ℃, kun taas HPMC on jäähdytettävä vain 20 ~ 25 ℃ tai alle. Koska täydellinen nesteytys vaatii riittävän jäähdytyksen, HPMC -liuosta käytetään yleisesti, jos kylmää vettä ei voida käyttää: tietojen mukaan HPMC: n lämpötilan väheneminen on vähemmän kuin MC: ssä alhaisemmissa lämpötiloissa saman viskositeetin saavuttamiseksi. On syytä huomata, että kuuman veden dispersiomenetelmä saa CE -hiukkaset leviämään tasaisesti korkeammassa lämpötilassa, mutta ratkaisua ei muodosteta tällä hetkellä. Jotta liuoksella on tietyllä viskositeetti, se on jäähdytettävä uudelleen.

3.2 Pintakäsitellyt dispergoitava CE -jauhe

Monissa tapauksissa CE: tä vaaditaan sekä dispergoivissa että nopean nesteytysominaisuuksien (muodostaen viskositeetin) ominaisuudet kylmässä vedessä. Pintakäsitetty CE on väliaikaisesti liukenematon kylmään veteen erityisen kemiallisen käsittelyn jälkeen, mikä varmistaa, että kun CE lisätään veteen, se ei muodosta välittömästi ilmeistä viskositeettia ja se voidaan dispergoitu suhteellisen pienissä leikkausvoimaolosuhteissa. Hydraation tai viskositeetin muodostumisen ”viiveaika” on seurausta pintakäsittelyn, lämpötilan, järjestelmän pH: n ja CE -liuoskonsentraation yhdistelmästä. Hydraation viivästyminen vähenee yleensä korkeammilla pitoisuuksilla, lämpötiloissa ja pH -tasoilla. Yleensä CE: n pitoisuutta ei kuitenkaan oteta huomioon, ennen kuin se saavuttaa 5% (veden massasuhde).

Parhaiden tulosten ja täydellisen nesteytyksen saavuttamiseksi pintakäsitettyä CE: tä on sekoitettava muutaman minuutin ajan neutraaleissa olosuhteissa, pH-alueen välillä 8,5-9,0, kunnes suurin viskositeetti saavutetaan (yleensä 10-30 minuuttia). Kun pH muuttuu emäksiseksi (pH 8,5 - 9,0), pintakäsitelty CE liukenee kokonaan ja nopeasti, ja liuos voi olla stabiili pH: ssa 3 - 11. On kuitenkin tärkeää huomata, että korkean pitoisuuden lietteen pH: n säätäminen aiheuttaa viskositeetin olevan liian korkea pumppaamiseen ja kaatamiseen. PH on säädettävä sen jälkeen, kun lietteen on laimennettu haluttuun pitoisuuteen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että CE: n liukenemisprosessi sisältää kaksi prosessia: fysikaalinen dispersio ja kemiallinen liukeneminen. Tärkeintä on hajauttaa CE -hiukkaset toisiinsa ennen liukenemista, jotta vältetään agglomeraatio korkeasta viskositeetista johtuen matalan lämpötilan liukenemisen aikana, mikä vaikuttaa lisää liukenemiseen.

4. CE -liuoksen ominaisuudet

Erityyppiset CE -vesiliuokset gelatoivat niiden erityisissä lämpötiloissa. Geeli on täysin palautuva ja muodostaa ratkaisun, kun se jäähdytetään uudelleen. CE: n palautuva lämpögeeliytyminen on ainutlaatuinen. Monissa sementtituotteissa CE: n viskositeetin ja vastaavan vedenpidätys- ja voiteluominaisuuksien pääkäyttö sekä viskositeetti ja geelilämpötila on suora suhde geelin lämpötilassa, sitä pienempi lämpötila, sitä suurempi CE: n viskositeetti, CE: n viskositeetti sitä parempi vastaava vedenpidätyskyky.

Nykyinen selitys geeliilmiölle on seuraava: liukenemisprosessissa tämä on samanlainen

Langan polymeerimolekyylit kytkeytyvät vesimolekyylikerrokseen, mikä johtaa turvotukseen. Vesimolekyylit toimivat kuin voiteluöljy, joka voi vetää erikseen polymeerimolekyylien pitkiä ketjuja, joten liuoksessa on helpon kaatopaikan viskoosisen nesteen ominaisuudet. Kun liuoksen lämpötila nousee, selluloosapolymeeri menettää vähitellen vettä ja liuoksen viskositeetti vähenee. Kun geelipiste saavutetaan, polymeeri kuivuu täysin, mikä johtaa polymeerien ja geelin muodostumisen väliseen yhteyteen: geelin lujuus kasvaa edelleen, kun lämpötila pysyy geelipisteen yläpuolella.

Liuoksen jäähtyessä geeli alkaa kääntyä ja viskositeetti pienenee. Lopuksi jäähdytysliuoksen viskositeetti palaa alkuperäiseen lämpötilan nousukäyrään ja kasvaa lämpötilan laskun myötä. Liuos voidaan jäähtyä sen alkuperäiseen viskositeettiarvoon. Siksi CE: n lämpögeeliprosessi on palautuva.

CE: n päärooli sementtituotteissa on viskosifer-, pehmittimen ja vedenpidätysasiamiehenä, joten viskositeetin ja geelin lämpötilan hallitsemiseksi on tullut tärkeä tekijä sementtituotteissa käyttää yleensä alkuperäistä geelilämpötilaa käyrän osan alapuolella, käyrän osan alapuolella, Joten mitä alhaisempi lämpötila, sitä suurempi viskositeetti, sitä ilmeisempi viskosifer -vedenpidätyksen vaikutus on. Ekstruusiosementtilevyn tuotantolinjan testitulokset osoittavat myös, että mitä alhaisempi materiaalin lämpötila on saman CE: n pitoisuuden alla, sitä parempi viskosifikaatio ja vedenpidätysvaikutus on. Koska sementtijärjestelmä on erittäin monimutkainen fysikaalinen ja kemiallinen ominaisuusjärjestelmä, CE -geelin lämpötilan ja viskositeetin muutokseen vaikuttavat monet tekijät. Ja erilaisten Taianin -trendin ja asteen vaikutus eivät ole samat, joten käytännöllinen sovellus havaittiin myös, että sementtijärjestelmän sekoittamisen jälkeen CE: n todellinen geelin lämpötila (ts. Liiman ja vedenpidätysvaikutuksen lasku on erittäin ilmeinen tässä lämpötilassa tässä lämpötilassa ) ovat alhaisemmat kuin tuotteen osoittama geelilämpötila CE -tuotteiden valinnassa ottaen huomioon geelin lämpötilan laskun aiheuttamat tekijät. Seuraavat ovat tärkeimmät tekijät, jotka uskomme vaikuttavat sementtituotteiden CE -liuoksen viskositeettiin ja geelilämpötilaan.

4.1 PH -arvon vaikutus viskositeettiin

MC ja HPMC ovat ei-ionisia, joten liuoksen viskositeetti kuin luonnollisen ionisen liiman viskositeetti on laajempi DH-stabiilisuus, mutta jos pH-arvo ylittää alueen 3 ~ 11, ne vähenevät vähitellen viskositeettia A: ssa korkeampi lämpötila tai varastossa pitkän ajanjakson ajan, etenkin korkea viskositeettiliuos. CE -tuoteliuoksen viskositeetti vähenee vahvan happo- tai vahvan emäsliuoksen, joka johtuu pääasiassa emäksen ja hapon aiheuttamasta CE: n kuivumisesta. Siksi CE: n viskositeetti vähenee yleensä tietyssä määrin sementtituotteiden alkalisessa ympäristössä.

4.2 Lämmitysnopeuden ja sekoittamisen vaikutus geeliprosessiin

Geelipisteen lämpötilaan vaikuttaa lämmitysnopeuden yhdistelmävaikutus ja leikkausnopeuden sekoittaminen. Nopea sekoittaminen ja nopea lämmitys lisäävät yleensä geelin lämpötilaa merkittävästi, mikä on suotuisa mekaanisella sekoituksella muodostetuille sementtituotteille.

4.3 Pitoisuuden vaikutus kuumaan geeliin

Liuoksen pitoisuuden lisääminen yleensä alentaa geelin lämpötilaa, ja matalan viskositeetin CE -geelipisteet ovat korkeammat kuin korkean viskositeetin CE. Kuten Dow's Metocel a

Geelilämpötila alennetaan 10 ℃: llä jokaista 2%: n nousua tuotteen pitoisuudessa. F-tyypin tuotteiden pitoisuuden 2%: n nousu alentaa geelin lämpötilaa 4 ℃.

4.4 Lisäaineiden vaikutus lämpögeeliytymiseen

Rakennusmateriaalien alalla monet materiaalit ovat epäorgaanisia suoloja, joilla on merkittävä vaikutus CE -liuoksen geelilämpötilaan. Jotkin lisäaineet voivat nostaa CE: n lämpögeelin lämpötilaa, kun taas lisäaineet toimivat koagulanttina tai liuenneena aineena, kun taas toiset voivat vähentää CE: n lämpögeelin lämpötilaa: esimerkiksi liuotinta parantavaa etanolia, PEG-400 (polyeteeniglykoli)) , anedioli jne. Voi lisätä geelipistettä. Suolat, glyseriini, sorbitoli ja muut aineet vähentävät geelipistettä, ei-ionista CE: tä ei yleensä saosteta polyvalenttisten metalli-ionien takia, mutta kun elektrolyyttipitoisuus tai muut liuenneen aineet ylittävät tietyn rajan, CE-tuotteet voidaan suolata Liuos, tämä johtuu veden elektrolyyttien kilpailusta, mikä johtaa CE: n nesteytyksen vähentämiseen, CE -tuotteen liuoksen suolapitoisuus on yleensä hiukan korkeampi kuin MC -tuotteen ja suolapitoisuus on hiukan erilainen eri HPMC: ssä.

Monet sementtituotteiden ainesosat tekevät geelipisteestä CE -pudotuspistettä, joten lisäaineiden valinnassa on otettava huomioon, että tämä voi aiheuttaa CE -muutosten geelipisteen ja viskositeetin.

5. Konselaatio

(1) Selluloosaeetteri on luonnollinen selluloosa eetterifikaatioreaktiolla, siinä on dehydratoituneen glukoosin perusyksikkö, joka on korvaavien asennon tyypin ja substituentiryhmien lukumäärä ja sillä on erilaiset ominaisuudet. Ei-ionista eetteriä, kuten MC: tä ja HPMC: tä, voidaan käyttää viskosiferina, vedenpidätysmiehenä, ilmankiinnitysaineena ja muita laajasti rakennusmateriaalituotteissa käytettyjä.

(2) CE: llä on ainutlaatuinen liukoisuus, muodostava liuos tietyssä lämpötilassa (kuten geelilämpötila) ja muodostetaan kiinteä geeli tai kiinteä hiukkasseos geelilämpötilassa. Tärkeimmät liukenemismenetelmät ovat kuivasekoituksen dispersiomenetelmä, kuuman veden dispersiomenetelmä jne. Yleisesti käytetyissä sementtituotteissa on kuiva sekoittumisen dispersiomenetelmä. Tärkeintä on hajauttaa CE tasaisesti ennen kuin se liukenee, muodostaen liuoksen alhaisissa lämpötiloissa.

(3) Liuoskonsentraatio, lämpötila, pH -arvo, lisäaineiden kemialliset ominaisuudet ja sekoitusnopeus vaikuttavat CE -liuoksen geelin lämpötilaan ja viskositeettiin, erityisesti sementtituotteet ovat epäorgaanisia suolaliuoksia alkaliympäristössä, yleensä vähentävät geelin lämpötilaa ja viskositeettia CE -liuoksen liuoksen lämpötilaa ja viskositeettia , tuoda haitallisia vaikutuksia. Siksi CE: n ominaisuuksien mukaan sitä tulisi ensinnäkin käyttää matalassa lämpötilassa (geelin lämpötilan alapuolella), ja toiseksi lisäaineiden vaikutus on otettava huomioon.