Éter de celulosa en produtos a base de cemento

O éter de celulosa é un tipo de aditivo multiusos que se pode usar en produtos de cemento. Este artigo presenta as propiedades químicas da metil celulosa (MC) e da hidroxipropil metil celulosa (HPMC/) comúnmente utilizadas nos produtos de cemento, o método e o principio da solución neta e as principais características da solución. A diminución da temperatura do xel térmico e da viscosidade nos produtos de cemento foi discutida en base á experiencia práctica de produción.

Palabras clave:éter de celulosa; Metil celulosa;Hidroxipropil metil celulosa; Temperatura do xel quente; viscosidade

1. Visión xeral

O éter de celulosa (CE para abreviar) está feito de celulosa mediante a reacción de eterificación dun ou varios axentes eterificantes e a moenda en seco. CE pódese dividir en tipos iónicos e non iónicos, entre os cales o tipo non iónico CE polas súas características únicas de xel térmico e solubilidade, resistencia á sal, resistencia á calor e unha actividade superficial adecuada. Pódese usar como axente de retención de auga, axente de suspensión, emulsionante, axente formador de película, lubricante, adhesivo e mellorador reolóxico. As principais áreas de consumo estranxeiro son revestimentos de látex, materiais de construción, perforacións petrolíferas, etc. En comparación con países estranxeiros, a produción e aplicación de CE soluble en auga aínda está na súa infancia. Coa mellora da saúde das persoas e da concienciación ambiental. O CE soluble en auga, que é inofensivo para a fisioloxía e non contamina o medio ambiente, terá un gran desenvolvemento.

No campo dos materiais de construción xeralmente seleccionados CE é metil celulosa (MC) e hidroxipropil metil celulosa (HPMC), pode ser usado como pintura, xeso, morteiro e produtos de cemento plastificante, viscosificante, axente de retención de auga, axente de arrastre de aire e axente retardador. A maioría da industria de materiais de construción úsase a temperatura normal, as condicións de uso son mestura seca en po e auga, menos implicando as características de disolución e as características do xel quente do CE, pero na produción mecanizada de produtos de cemento e outras condicións especiais de temperatura, estas características de CE xogará un papel máis completo.

2. Propiedades químicas da CE

O CE obtense tratando a celulosa mediante unha serie de métodos químicos e físicos. Segundo a estrutura de substitución química diferente, normalmente pódese dividir en: MC, HPMC, hidroxietil celulosa (HEC), etc.: Cada CE ten a estrutura básica de celulosa - glicosa deshidratada. No proceso de produción de CE, as fibras de celulosa quéntanse primeiro nunha solución alcalina e despois trátanse con axentes eterificantes. Os produtos fibrosos da reacción son purificados e pulverizados para formar un po uniforme de certa finura.

O proceso de produción de MC só usa cloruro de metano como axente eterificante. Ademais do uso de cloruro de metano, a produción de HPMC tamén utiliza óxido de propileno para obter grupos substituíntes de hidroxipropilo. Varios CE teñen diferentes taxas de substitución de metilo e hidroxipropilo, o que afecta a compatibilidade orgánica e a temperatura do xel térmico da solución de CE.

O número de grupos de substitución nas unidades estruturais de glicosa deshidratada da celulosa pódese expresar pola porcentaxe de masa ou o número medio de grupos de substitución (é dicir, DS - Grao de substitución). O número de grupos substituíntes determina as propiedades dos produtos CE. O efecto do grao medio de substitución sobre a solubilidade dos produtos de eterificación é o seguinte:

(1) baixo grao de substitución soluble en lixivia;

(2) grao de substitución lixeiramente alto soluble en auga;

(3) alto grao de substitución disolto en disolventes orgánicos polares;

(4) Maior grao de substitución disolto en disolventes orgánicos non polares.

3. Método de disolución de CE

CE ten unha propiedade única de solubilidade, cando a temperatura aumenta a unha determinada temperatura, é insoluble en auga, pero por debaixo desta temperatura, a súa solubilidade aumentará coa diminución da temperatura. O CE é soluble en auga fría (e nalgúns casos en disolventes orgánicos específicos) a través do proceso de inchazo e hidratación. As solucións de CE non teñen as limitacións de solubilidade evidentes que aparecen na disolución de sales iónicas. A concentración de CE está xeralmente limitada á viscosidade que pode ser controlada polo equipo de produción, e tamén varía segundo a viscosidade e a variedade química requirida polo usuario. A concentración da solución de CE de baixa viscosidade é xeralmente do 10% ~ 15%, e a CE de alta viscosidade adoita limitarse ao 2% ~ 3%. Diferentes tipos de CE (como po ou po tratado de superficie ou granulado) poden afectar a forma en que se prepara a solución.

3.1 CE sen tratamento de superficie

Aínda que o CE é soluble en auga fría, debe estar completamente disperso na auga para evitar aglomeracións. Nalgúns casos, pódese usar un mesturador ou funil de alta velocidade en auga fría para dispersar o po CE. Non obstante, se o po sen tratar se engade directamente á auga fría sen axitar o suficiente, formaranse grumos substanciais. O principal motivo do aglomerado é que as partículas de po CE non están completamente molladas. Cando só se disolve unha parte do po, formarase unha película de xel, que impide que o po restante siga disolvendo. Polo tanto, antes da disolución, as partículas de CE deben estar totalmente dispersas na medida do posible. Os dous métodos de dispersión seguintes úsanse habitualmente.

3.1.1 Método de dispersión da mestura seca

Este método úsase máis habitualmente en produtos de cemento. Antes de engadir auga, mestura outro po con po CE uniformemente, para que as partículas de po CE se dispersen. Relación de mestura mínima: outro po: po CE = (3 ~ 7): 1.

Neste método, a dispersión de CE complétase en estado seco, utilizando outro po como medio para dispersar as partículas de CE entre si, para evitar a unión mutua das partículas de CE ao engadir auga e afectar a unha maior disolución. Polo tanto, a auga quente non é necesaria para a dispersión, pero a velocidade de disolución depende das partículas de po e das condicións de axitación.

3.1.2 Método de dispersión de auga quente

(1) O primeiro 1/5 ~ 1/3 do quecemento de auga necesario ata 90 °C por riba, engade CE e despois mexa ata que todas as partículas se dispersen molladas, e despois engade a auga restante en auga fría ou xeada para reducir a temperatura do solución, unha vez alcanzada a temperatura de disolución CE, o po comezou a hidratarse, aumentou a viscosidade.

(2) Tamén pode quentar toda a auga e, a continuación, engadir CE para remover mentres se arrefría ata completar a hidratación. O arrefriamento suficiente é moi importante para a hidratación completa do CE e a formación de viscosidade. Para unha viscosidade ideal, a solución MC debe arrefriarse a 0 ~ 5 ℃, mentres que o HPMC só debe arrefriarse a 20 ~ 25 ℃ ou menos. Dado que a hidratación completa require un arrefriamento suficiente, as solucións HPMC úsanse habitualmente onde non se pode usar auga fría: segundo a información, a HPMC ten menos redución de temperatura que a MC a temperaturas máis baixas para acadar a mesma viscosidade. Paga a pena notar que o método de dispersión de auga quente só fai que as partículas de CE se dispersen uniformemente a unha temperatura máis alta, pero non se forma ningunha solución neste momento. Para obter unha solución cunha certa viscosidade, débese arrefriar de novo.

3.2 Po CE dispersable tratado en superficie

En moitos casos, o CE debe ter características dispersables e de hidratación rápida (formando viscosidade) en auga fría. O CE tratado en superficie é temporalmente insoluble en auga fría despois dun tratamento químico especial, o que garante que cando se engade CE á auga, non formará inmediatamente viscosidade evidente e se pode dispersar en condicións de forza de cizallamento relativamente pequenas. O "tempo de atraso" da formación de hidratación ou viscosidade é o resultado da combinación do grao de tratamento da superficie, a temperatura, o pH do sistema e a concentración da solución CE. O atraso da hidratación redúcese xeralmente a maiores concentracións, temperaturas e niveis de pH. En xeral, non obstante, a concentración de CE non se considera ata que chega ao 5% (a relación de masas da auga).

Para obter os mellores resultados e unha hidratación completa, a superficie tratada CE debe ser axitada durante uns minutos en condicións neutras, cun rango de pH de 8,5 a 9,0, ata alcanzar a viscosidade máxima (normalmente 10-30 minutos). Unha vez que o pH cambia a básico (pH 8,5 a 9,0), a superficie tratada CE disólvese completamente e rapidamente, e a solución pode ser estable a pH 3 a 11. Non obstante, é importante ter en conta que se axusta o pH dunha suspensión de alta concentración. fará que a viscosidade sexa demasiado alta para bombear e verter. O pH debe ser axustado despois de que a suspensión se diluíu ata a concentración desexada.

En resumo, o proceso de disolución do CE inclúe dous procesos: dispersión física e disolución química. A clave é dispersar as partículas CE entre si antes da disolución, para evitar a aglomeración debido á alta viscosidade durante a disolución a baixa temperatura, o que afectará á disolución.

4. Propiedades da solución CE

Diferentes tipos de solucións acuosas de CE xelaranse ás súas temperaturas específicas. O xel é completamente reversible e forma unha solución cando se arrefría de novo. A xelación térmica reversible de CE é única. En moitos produtos de cemento, o uso principal da viscosidade de CE e as correspondentes propiedades de retención de auga e lubricación, e a viscosidade e a temperatura do xel teñen unha relación directa, baixo a temperatura do xel, canto menor sexa a temperatura, maior será a viscosidade de CE, canto mellor sexa o rendemento de retención de auga correspondente.

A explicación actual para o fenómeno do xel é a seguinte: no proceso de disolución, isto é similar

As moléculas de polímero do fío conéctanse coa capa molecular de auga, producindo un inchazo. As moléculas de auga actúan como aceite lubricante, que pode separar longas cadeas de moléculas de polímero, polo que a solución ten as propiedades dun fluído viscoso que é fácil de verter. Cando a temperatura da solución aumenta, o polímero de celulosa perde gradualmente auga e a viscosidade da solución diminúe. Cando se alcanza o punto de xel, o polímero deshidrata-se completamente, o que resulta na unión entre os polímeros e a formación do xel: a forza do xel segue aumentando a medida que a temperatura permanece por riba do punto de xel.

A medida que a solución se arrefría, o xel comeza a reverter e a viscosidade diminúe. Finalmente, a viscosidade da solución de arrefriamento volve á curva de aumento da temperatura inicial e aumenta coa diminución da temperatura. A solución pódese arrefriar ata o seu valor de viscosidade inicial. Polo tanto, o proceso de xel térmico de CE é reversible.

O papel principal do CE nos produtos de cemento é como viscosificador, plastificante e axente de retención de auga, polo que como controlar a viscosidade e a temperatura do xel converteuse nun factor importante nos produtos de cemento que adoitan usar o seu punto de temperatura inicial do xel por debaixo dunha sección da curva. polo que canto máis baixa sexa a temperatura, maior será a viscosidade, máis evidente será o efecto da retención de auga do viscosificador. Os resultados das probas da liña de produción de placas de cemento de extrusión tamén mostran que canto menor sexa a temperatura do material baixo o mesmo contido de CE, mellor será o efecto de viscosificación e retención de auga. Como o sistema de cemento é un sistema de propiedade física e química extremadamente complexo, hai moitos factores que afectan o cambio da temperatura e da viscosidade do xel CE. E a influencia de varias tendencias e graos de Taianin non son os mesmos, polo que a aplicación práctica tamén descubriu que despois de mesturar o sistema de cemento, o punto de temperatura real do xel de CE (é dicir, o descenso do efecto de retención de auga e cola é moi obvio a esta temperatura). ) son inferiores á temperatura do xel indicada polo produto, polo tanto, na selección de produtos CE hai que ter en conta os factores que provocan o descenso da temperatura do xel. Os seguintes son os principais factores que cremos que afectan a viscosidade e a temperatura do xel da solución CE nos produtos de cemento.

4.1 Influencia do valor do pH na viscosidade

MC e HPMC son non iónicos, polo que a viscosidade da solución que a viscosidade da cola iónica natural ten un rango máis amplo de estabilidade DH, pero se o valor de pH supera o rango de 3 ~ 11, reducirán gradualmente a viscosidade nun temperatura máis alta ou almacenada durante un longo período de tempo, especialmente unha solución de alta viscosidade. A viscosidade da solución do produto CE diminúe na solución de ácido forte ou base forte, que se debe principalmente á deshidratación de CE causada pola base e o ácido. Polo tanto, a viscosidade do CE normalmente diminúe ata certo punto no ambiente alcalino dos produtos de cemento.

4.2 Influencia da velocidade de quecemento e axitación no proceso do xel

A temperatura do punto de xel verase afectada polo efecto combinado da velocidade de quecemento e da velocidade de cizallamento de axitación. A axitación a alta velocidade e o quecemento rápido xeralmente aumentarán significativamente a temperatura do xel, o que é favorable para os produtos de cemento formados por mestura mecánica.

4.3 Influencia da concentración no xel quente

O aumento da concentración da solución adoita baixar a temperatura do xel, e os puntos de xel de baixa viscosidade CE son máis altos que os de alta viscosidade CE. Como o METHOCEL A de DOW

A temperatura do xel reducirase 10 ℃ por cada aumento do 2 % da concentración do produto. Un aumento do 2% na concentración de produtos de tipo F reducirá a temperatura do xel en 4 ℃.

4.4 Influencia dos aditivos na xelación térmica

No campo dos materiais de construción, moitos materiais son sales inorgánicas, o que terá un impacto significativo na temperatura do xel da solución CE. Dependendo de que o aditivo actúe como axente coagulante ou solubilizante, algúns aditivos poden aumentar a temperatura do xel térmico de CE, mentres que outros poden diminuír a temperatura do xel térmico de CE: por exemplo, etanol potenciador de disolventes, PEG-400 (polietilenglicol) , anediol, etc., poden aumentar o punto de xel. As sales, a glicerina, o sorbitol e outras substancias reducirán o punto de xel, o CE non iónico xeralmente non se precipitará debido a ións metálicos polivalentes, pero cando a concentración de electrólitos ou outras substancias disoltas superan un determinado límite, os produtos CE pódense salgar. solución, isto débese á competencia dos electrólitos coa auga, o que resulta na redución da hidratación do CE, o contido en sal da solución do produto CE é xeralmente lixeiramente superior ao do produto Mc e o contido en sal é lixeiramente diferente. en diferentes HPMC.

Moitos ingredientes dos produtos de cemento farán caer o punto de xel do CE, polo que a selección de aditivos debe ter en conta que isto pode provocar cambios no punto de xel e na viscosidade do CE.

5.Conclusión

(1) éter de celulosa é celulosa natural a través da reacción de eterificación, ten a unidade estrutural básica de glicosa deshidratada, segundo o tipo e número de grupos substituíntes na súa posición de substitución e ten diferentes propiedades. O éter non iónico como MC e HPMC pódese usar como viscosificador, axente de retención de auga, axente de arrastre de aire e outros moi utilizados en produtos de materiais de construción.

(2) CE ten unha solubilidade única, formando solución a unha determinada temperatura (como a temperatura do xel) e formando xel sólido ou mestura de partículas sólidas a temperatura do xel. Os principais métodos de disolución son o método de dispersión de mestura en seco, o método de dispersión de auga quente, etc. En produtos de cemento que se usan habitualmente é o método de dispersión de mestura en seco. A clave é dispersar o CE uniformemente antes de que se disolve, formando unha solución a baixas temperaturas.

(3) A concentración da solución, a temperatura, o valor de pH, as propiedades químicas dos aditivos e a velocidade de axitación afectarán a temperatura do xel e a viscosidade da solución CE, especialmente os produtos de cemento son solucións de sal inorgánica en ambiente alcalino, normalmente reducen a temperatura do xel e a viscosidade da solución CE. , traendo efectos adversos. Polo tanto, segundo as características de CE, en primeiro lugar, debe usarse a baixa temperatura (por debaixo da temperatura do xel) e, en segundo lugar, debe terse en conta a influencia dos aditivos.