Éther de cellulose dans des produits à base de ciment

L'éther de cellulose est une sorte d'additif polyvalent qui peut être utilisé dans les produits de ciment. Cet article présente les propriétés chimiques de la méthyl-cellulose (MC) et de l'hydroxypropyl méthyl-cellulose (HPMC /) couramment utilisé dans les produits de ciment, la méthode et le principe de la solution nette et les principales caractéristiques de la solution. La diminution de la température du gel thermique et de la viscosité dans les produits de ciment ont été discutées sur la base d'une expérience de production pratique.

Mots clés:éther de cellulose; Méthyl-cellulose;Hydroxypropyl méthyl-cellulose; Température du gel chaud; viscosité

1. Présentation

L'éther de cellulose (CE pour les courts) est en cellulose par une réaction d'éthérification d'un ou plusieurs agents étherifiants et du broyage sec. Le CE peut être divisé en types ioniques et non ioniques, parmi lesquels de type non ionique CE en raison de ses caractéristiques et de sa solubilité du gel thermique uniques, de sa résistance au sel, de la résistance à la chaleur et de son activité de surface appropriée. Il peut être utilisé comme agent de retenue en eau, agent de suspension, émulsifiant, agent de formation de film, lubrifiant, adhésif et améliorant rhéologique. Les principales zones de consommation étrangère sont les revêtements en latex, les matériaux de construction, le forage d'huile, etc. Par rapport aux pays étrangers, la production et l'application de CE soluble dans l'eau en sont encore à ses balbutiements. Avec l'amélioration de la santé des personnes et de la sensibilisation à l'environnement. Le CE soluble dans l'eau, qui est inoffensif à la physiologie et ne pollue pas l'environnement, aura un grand développement.

Dans le domaine des matériaux de construction, le CE est généralement sélectionné par la méthyl-cellulose (MC) et l'hydroxypropyl méthyl-cellulose (HPMC), peut être utilisé comme peinture, plâtre, mortier et produits de ciment, viscosifier, agent de rétention d'eau, agent d'entraînement à l'air et agent de retard. La majeure partie de l'industrie des matériaux de construction est utilisée à température normale, en utilisant des conditions est la poudre de mélange sèche et l'eau, impliquant moins les caractéristiques de dissolution et les caractéristiques du gel chaud de CE, mais dans la production mécanisée de produits de ciment et d'autres conditions de température spéciales, ces caractéristiques de CE jouera un rôle plus complet.

2. Propriétés chimiques de CE

CE est obtenu en traitant la cellulose par une série de méthodes chimiques et physiques. Selon la structure de substitution chimique différente, peut généralement être divisée en: MC, HPMC, hydroxyéthyl cellulose (HEC), etc .: Chaque CE a la structure de base de la cellulose - glucose déshydratée. Dans le processus de production de CE, les fibres de cellulose sont d'abord chauffées dans une solution alcaline, puis traitées avec des agents étherifiants. Les produits de réaction fibreux sont purifiés et pulvérisés pour former une poudre uniforme d'une certaine finesse.

Le processus de production de MC n'utilise que le chlorure de méthane comme agent étherifiante. En plus de l'utilisation du chlorure de méthane, la production de HPMC utilise également l'oxyde de propylène pour obtenir des groupes de substituants hydroxypropyles. Divers CE ont différents taux de substitution méthyle et hydroxypropyle, ce qui affecte la compatibilité organique et la température du gel thermique de la solution CE.

Le nombre de groupes de substitution sur les unités structurales de glucose déshydraté de la cellulose peut être exprimée par le pourcentage de masse ou le nombre moyen de groupes de substitution (c.-à-d. DS - degré de substitution). Le nombre de groupes de substituants détermine les propriétés des produits CE. L'effet du degré moyen de substitution sur la solubilité des produits d'éthérification est le suivant:

(1) un faible degré de substitution soluble dans la lave;

(2) degré légèrement élevé de substitution soluble dans l'eau;

(3) un degré élevé de substitution dissous dans des solvants organiques polaires;

(4) un degré plus élevé de substitution dissous dans des solvants organiques non polaires.

3. Méthode de dissolution de CE

CE a une propriété de solubilité unique, lorsque la température augmente à une certaine température, elle est insoluble dans l'eau, mais en dessous de cette température, sa solubilité augmentera avec la diminution de la température. Le CE est soluble dans l'eau froide (et dans certains cas dans des solvants organiques spécifiques) par le processus de gonflement et d'hydratation. Les solutions CE n'ont pas les limitations de solubilité évidentes qui apparaissent dans la dissolution des sels ioniques. La concentration de CE est généralement limitée à la viscosité qui peut être contrôlée par l'équipement de production, et varie également en fonction de la viscosité et de la variété chimique requise par l'utilisateur. La concentration en solution de faible viscosité CE est généralement de 10% ~ 15%, et une viscosité élevée CE est généralement limitée à 2% ~ 3%. Différents types de CE (comme la poudre ou la poudre traitée en surface ou granulaires) peuvent affecter la façon dont la solution est préparée.

3.1 CE sans traitement de surface

Bien que CE soit soluble dans l'eau froide, il doit être complètement dispersé dans l'eau pour éviter les agglomérations. Dans certains cas, un mélangeur ou un entonnoir à grande vitesse peut être utilisé dans l'eau froide pour disperser la poudre. Cependant, si la poudre non traitée est ajoutée directement à l'eau froide sans remuer suffisamment, des grumeaux substantiels se formeront. La principale raison de la tâche est que les particules de poudre CE ne sont pas complètement humides. Lorsque seule une partie de la poudre est dissoute, un film de gel sera formé, ce qui empêche la poudre restante de continuer à se dissoudre. Par conséquent, avant la dissolution, les particules CE doivent être complètement dispersées autant que possible. Les deux méthodes de dispersion suivantes sont couramment utilisées.

3.1.1 Méthode de dispersion du mélange à sec

Cette méthode est le plus souvent utilisée dans les produits de ciment. Avant d'ajouter de l'eau, mélangez également une autre poudre avec la poudre CE, afin que les particules de poudre CE soient dispersées. Rapport de mélange minimum: autre poudre: CE Powder = (3 ~ 7): 1.

Dans cette méthode, la dispersion de CE est achevée à l'état sec, en utilisant une autre poudre comme moyen pour disperser les particules CE les unes avec les autres, afin d'éviter la liaison mutuelle des particules CE lors de l'ajout d'eau et affectant une dissolution supplémentaire. Par conséquent, l'eau chaude n'est pas nécessaire pour la dispersion, mais le taux de dissolution dépend des particules de poudre et des conditions d'agitation.

3.1.2 Méthode de dispersion de l'eau chaude

(1) le premier 1/5 ~ 1/3 du chauffage de l'eau requis à 90 ° C ci-dessus, ajouter CE, puis remuer jusqu'à ce que toutes les particules se dispersent humides, puis l'eau restante dans de l'eau froide ou glacée ajoutée pour réduire la température de la température de la Solution, une fois atteint la température de dissolution CE, la poudre a commencé à hydrater, la viscosité a augmenté.

(2) Vous pouvez également chauffer toute l'eau, puis ajouter CE pour remuer pendant le refroidissement jusqu'à ce que l'hydratation soit terminée. Un refroidissement suffisant est très important pour l'hydratation complète de la CE et la formation de viscosité. Pour une viscosité idéale, la solution MC doit être refroidie à 0 ~ 5 ℃, tandis que le HPMC n'a besoin que de refroidir à 20 ~ 25 ℃ ou moins. Étant donné que l'hydratation complète nécessite un refroidissement suffisant, les solutions HPMC sont couramment utilisées lorsque l'eau froide ne peut pas être utilisée: selon les informations, le HPMC a moins de réduction de la température que MC à des températures plus basses pour atteindre la même viscosité. Il convient de noter que la méthode de dispersion de l'eau chaude ne fait que les particules de CE se disperser uniformément à une température plus élevée, mais aucune solution n'est formée à ce moment. Pour obtenir une solution avec une certaine viscosité, elle doit être refroidie à nouveau.

3.2 poudre CE dispersible traitée en surface

Dans de nombreux cas, CE doit avoir des caractéristiques à la fois dispersibles et à hydratation rapide (formant la viscosité) dans l'eau froide. La CE traitée en surface est temporairement insoluble dans l'eau froide après un traitement chimique spécial, qui garantit que lorsque la CE est ajoutée à l'eau, elle ne formera pas immédiatement une viscosité évidente et peut être dispersée dans des conditions de force de cisaillement relativement petites. Le «temps de retard» de la formation d'hydratation ou de viscosité est le résultat de la combinaison du degré de traitement de surface, de la température, du pH du système et de la concentration de solution CE. Le retard de l'hydratation est généralement réduit à des concentrations, des températures et des niveaux de pH plus élevés. En général, cependant, la concentration de CE n'est pas prise en compte jusqu'à ce qu'elle atteigne 5% (le rapport de masse de l'eau).

Pour les meilleurs résultats et l'hydratation complète, la CE traitée en surface doit être agitée pendant quelques minutes dans des conditions neutres, la plage de pH de 8,5 à 9,0, jusqu'à ce que la viscosité maximale soit atteinte (généralement 10-30 minutes). Une fois que le pH passe en basique (pH 8,5 à 9,0), la CE traitée en surface se dissout complètement et rapidement, et la solution peut être stable à pH 3 à 11. Cependant, il est important de noter que l'ajustement du pH d'une suspension de concentration élevée Rendra la viscosité trop élevée pour le pompage et le versement. Le pH doit être ajusté après que la suspension a été diluée à la concentration souhaitée.

Pour résumer, le processus de dissolution de CE comprend deux processus: la dispersion physique et la dissolution chimique. La clé est de disperser les particules CE les unes avec les autres avant la dissolution, afin d'éviter l'agglomération en raison d'une viscosité élevée pendant la dissolution à basse température, ce qui affectera une dissolution supplémentaire.

4. Propriétés de la solution CE

Différents types de solutions aqueuses CE se gélifieront à leurs températures spécifiques. Le gel est complètement réversible et forme une solution à nouveau refroidie. La gélification thermique réversible de CE est unique. Dans de nombreux produits de ciment, l'utilisation principale de la viscosité de la CE et des propriétés de rétention et de lubrification de l'eau correspondantes, et la viscosité et la température du gel ont une relation directe, sous la température du gel, plus la température est faible, plus la viscosité de CE est élevée, Plus les performances correspondantes de la rétention d'eau.

L'explication actuelle du phénomène de gel est la suivante: dans le processus de dissolution, c'est similaire

Les molécules de polymère du fil se connectent avec la couche moléculaire d'eau, entraînant un gonflement. Les molécules d'eau agissent comme de l'huile de lubrification, qui peut séparer de longues chaînes de molécules de polymère, afin que la solution ait les propriétés d'un fluide visqueux facile à vider. Lorsque la température de la solution augmente, le polymère de cellulose perd progressivement l'eau et la viscosité de la solution diminue. Lorsque le point de gel est atteint, le polymère devient complètement déshydraté, entraînant la liaison entre les polymères et la formation du gel: la résistance du gel continue d'augmenter à mesure que la température reste au-dessus du point de gel.

À mesure que la solution se refroidit, le gel commence à s'inverser et la viscosité diminue. Enfin, la viscosité de la solution de refroidissement revient à la courbe de montée de température initiale et augmente avec la diminution de la température. La solution peut être refroidie à sa valeur de viscosité initiale. Par conséquent, le processus de gel thermique de CE est réversible.

Le rôle principal de l'EC dans les produits de ciment est en tant que viscosificateur, plastifiant et agent de rétention d'eau, de sorte que la façon de contrôler la viscosité et la température du gel est devenue un facteur important dans les produits de ciment utilise généralement son point de température initial de gel en dessous d'une section de la courbe, Ainsi, plus la température est faible, plus la viscosité est élevée, plus l'effet de la rétention d'eau des viscosificateurs. Les résultats des tests de la ligne de production de la carte de ciment d'extrusion montrent également que plus la température du matériau est faible sous le même contenu de CE, meilleur est l'effet de viscosification et de rétention d'eau. Comme le système de ciment est un système de propriété physique et chimique extrêmement complexe, il existe de nombreux facteurs affectant le changement de température et de viscosité du gel CE. Et l'influence de diverses tendances et degrés de taianin n'est pas la même, donc l'application pratique a également constaté qu'après le système de ciment de mélange, le point de température réel du gel de CE (c'est-à-dire que la baisse de l'effet de colle et de rétention d'eau est très évidente à cette température ) sont inférieurs à la température du gel indiqué par le produit, par conséquent, dans la sélection des produits CE pour prendre en compte les facteurs entraînant la baisse de la température du gel. Voici les principaux facteurs qui, selon nous, affectent la viscosité et la température du gel de la solution CE dans les produits de ciment.

4.1 Influence de la valeur du pH sur la viscosité

MC et HPMC sont non ioniques, donc la viscosité de la solution que la viscosité de la colle ionique naturelle a une gamme plus large de stabilité DH, mais si la valeur de pH dépasse la plage de 3 à 11, ils réduiront progressivement la viscosité à un température plus élevée ou stockage pendant une longue période, en particulier une solution de viscosité élevée. La viscosité de la solution du produit CE diminue dans une forte solution de base acide ou forte, ce qui est principalement dû à la déshydratation de CE causée par la base et l'acide. Par conséquent, la viscosité de CE diminue généralement dans une certaine mesure dans l'environnement alcalin des produits de ciment.

4.2 Influence du taux de chauffage et de l'agitation sur le processus de gel

La température du point de gel sera affectée par l'effet combiné du taux de chauffage et de la vitesse de cisaillement d'agitation. L'agitation à grande vitesse et le chauffage rapide augmenteront généralement considérablement la température du gel, ce qui est favorable aux produits de ciment formés par le mélange mécanique.

4.3 Influence de la concentration sur le gel chaud

L'augmentation de la concentration de la solution abaisse généralement la température du gel, et les points de gel de la faible viscosité CE sont plus élevés que ceux de la viscosité élevée CE. Comme le méthocel de Dow A

La température du gel sera réduite de 10 ℃ pour chaque augmentation de 2% de la concentration du produit. Une augmentation de 2% de la concentration de produits de type F réduira la température du gel de 4 ℃.

4.4 Influence des additifs sur la gélification thermique

Dans le domaine des matériaux de construction, de nombreux matériaux sont des sels inorganiques, ce qui aura un impact significatif sur la température du gel de la solution CE. Selon que l'additif agisse en tant qu'agent coagulant ou solubilisant, certains additifs peuvent augmenter la température du gel thermique de CE, tandis que d'autres peuvent diminuer la température du gel thermique de CE: par exemple, l'éthanol améliorant les solvants, PEG-400 (polyéthylène glycol) , anediol, etc., peut augmenter le point de gel. Les sels, la glycérine, le sorbitol et d'autres substances réduiront le point de gel, le CE non ionique ne sera généralement pas précipité en raison des ions métalliques polyvalents, mais lorsque la concentration d'électrolyte ou d'autres substances dissoutes dépassent une certaine limite, les produits CE peuvent être salés dans Solution, cela est dû à la concurrence des électrolytes à l'eau, entraînant la réduction de l'hydratation de la CE, la teneur en sel de la solution du produit CE est généralement légèrement supérieure à celle du produit MC, et la teneur en sel est légèrement différente dans différents HPMC.

De nombreux ingrédients dans les produits de ciment feront la chute du point de gel de CE, de sorte que la sélection des additifs devrait prendre en compte que cela peut provoquer le point de gel et la viscosité des changements de CE.

5.Concexion

(1) L'éther de cellulose est la cellulose naturelle par réaction d'éthérification, a l'unité structurelle de base de glucose déshydraté, selon le type et le nombre de groupes de substituants sur sa position de remplacement et possède différentes propriétés. L'éther non ionique tel que MC et HPMC peut être utilisé comme viscosificateur, agent de rétention d'eau, agent d'entraînement d'air et autres produits largement utilisés dans les matériaux de construction.

(2) CE a une solubilité unique, formant une solution à une certaine température (telle que la température du gel) et formant un mélange de gel solide ou de particules solides à la température du gel. Les principales méthodes de dissolution sont la méthode de dispersion de mélange à sec, la méthode de dispersion de l'eau chaude, etc., dans les produits de ciment couramment utilisés est la méthode de dispersion de mélange à sec. La clé est de se disperser uniformément avant qu'elle ne se dissout, formant une solution à basse température.

(3) La concentration en solution, la température, la valeur du pH, les propriétés chimiques des additifs et le taux d'agitation affecteront la température du gel et la viscosité de la solution CE, en particulier les produits de ciment sont des solutions de sel inorganiques dans un environnement alcalin, réduisent généralement la température du gel et la viscosité de la solution CE , apportant des effets néfastes. Par conséquent, selon les caractéristiques de CE, d'abord, il doit être utilisé à basse température (en dessous de la température du gel), et deuxièmement, l'influence des additifs doit être prise en compte.