Celulozni eter u proizvodima na bazi cementa

Celulozni eter je vrsta višenamjenskog aditiva koji se može koristiti u cementnim proizvodima. Ovaj rad predstavlja kemijska svojstva metil celuloze (MC) i hidroksipropil metil celuloze (HPMC /) koje se obično koriste u cementnim proizvodima, metodu i princip neto otopine te glavne karakteristike otopine. O smanjenju temperature termalnog gela i viskoznosti u cementnim proizvodima raspravljalo se na temelju praktičnih proizvodnih iskustava.

Ključne riječi:celulozni eter; Metil celuloza;Hidroksipropil metil celuloza; Temperatura vrućeg gela; viskoznost

1. Pregled

Celulozni eter (skraćeno CE) nastaje od celuloze reakcijom eterifikacije jednog ili više sredstava za eterifikaciju i suhim mljevenjem. CE se može podijeliti na ionske i neionske tipove, među kojima je neionski tip CE zbog svojih jedinstvenih karakteristika toplinskog gela i topivosti, otpornosti na sol, otpornosti na toplinu i ima odgovarajuću površinsku aktivnost. Može se koristiti kao sredstvo za zadržavanje vode, sredstvo za suspenziju, emulgator, sredstvo za stvaranje filma, mazivo, ljepilo i reološki poboljšivač. Glavna područja inozemne potrošnje su premazi od lateksa, građevinski materijali, bušenje nafte i tako dalje. U usporedbi s inozemstvom, proizvodnja i primjena vodotopivih CE još je u povojima. Uz unapređenje zdravlja i ekološke svijesti ljudi. Vodotopivi CE, koji je neškodljiv za fiziologiju i ne zagađuje okoliš, imat će veliki razvoj.

U području građevinskih materijala obično se odabire CE metil celuloza (MC) i hidroksipropil metil celuloza (HPMC), može se koristiti kao plastifikator boja, žbuke, morta i cementnih proizvoda, viskozifikator, sredstvo za zadržavanje vode, sredstvo za uvlačenje zraka i sredstvo za usporavanje. Većina industrije građevinskih materijala koristi se na normalnoj temperaturi, uvjeti uporabe su suha mješavina praha i vode, manje uključuju karakteristike otapanja i karakteristike vrućeg gela CE, ali u mehaniziranoj proizvodnji cementnih proizvoda i drugim posebnim temperaturnim uvjetima, ove karakteristike CE će igrati potpuniju ulogu.

2. Kemijska svojstva CE

CE se dobiva obradom celuloze nizom kemijskih i fizikalnih metoda. Prema različitoj kemijskoj supstitucijskoj strukturi, obično se može podijeliti na: MC, HPMC, hidroksietil celulozu (HEC), itd. : Svaki CE ima osnovnu strukturu celuloze — dehidrirane glukoze. U procesu proizvodnje CE, celulozna vlakna se prvo zagrijavaju u alkalnoj otopini, a zatim se tretiraju eteričnim agensima. Vlaknasti reakcijski produkti se pročišćavaju i usitnjavaju u jednoličan prah određene finoće.

Proizvodni proces MC-a koristi samo metan klorid kao sredstvo za eterifikaciju. Osim upotrebe metan klorida, proizvodnja HPMC također koristi propilen oksid za dobivanje hidroksipropilnih supstituentskih skupina. Razni CE imaju različite stope supstitucije metila i hidroksipropila, što utječe na organsku kompatibilnost i temperaturu toplinskog gela otopine CE.

Broj supstitucijskih skupina na dehidriranim glukoznim strukturnim jedinicama celuloze može se izraziti postotkom mase ili prosječnim brojem supstitucijskih skupina (tj. DS — stupanj supstitucije). Broj supstituentskih skupina određuje svojstva CE proizvoda. Učinak prosječnog stupnja supstitucije na topljivost proizvoda eterifikacije je sljedeći:

(1) nizak stupanj supstitucije topljiv u lužini;

(2) blago visok stupanj supstitucije topiv u vodi;

(3) visok stupanj supstitucije otopljen u polarnim organskim otapalima;

(4) Viši stupanj supstitucije otopljen u nepolarnim organskim otapalima.

3. Metoda otapanja CE

CE ima jedinstveno svojstvo topljivosti, kada temperatura poraste do određene temperature, on je netopljiv u vodi, ali ispod te temperature, njegova topljivost će se povećati s padom temperature. CE je topiv u hladnoj vodi (i u nekim slučajevima u određenim organskim otapalima) kroz proces bubrenja i hidratacije. CE otopine nemaju očita ograničenja topljivosti koja se pojavljuju kod otapanja ionskih soli. Koncentracija CE općenito je ograničena na viskozitet koji se može kontrolirati proizvodnom opremom, a također varira ovisno o viskoznosti i kemijskoj raznolikosti koju zahtijeva korisnik. Koncentracija otopine CE niske viskoznosti općenito je 10% ~ 15%, a CE visoke viskoznosti općenito je ograničena na 2% ~ 3%. Različite vrste CE (kao što je prah ili površinski tretirani prah ili granule) mogu utjecati na način pripreme otopine.

3.1 CE bez površinske obrade

Iako je CE topiv u hladnoj vodi, mora biti potpuno dispergiran u vodi kako bi se izbjeglo stvaranje grudica. U nekim slučajevima, mikser ili lijevak velike brzine mogu se koristiti u hladnoj vodi za raspršivanje CE praha. Međutim, ako se neobrađeni prah doda izravno u hladnu vodu bez dovoljnog miješanja, stvorit će se znatne grudice. Glavni razlog za stvrdnjavanje je taj što čestice CE praha nisu potpuno mokre. Kada se samo dio praha otopi, formirat će se gel film koji sprječava da se preostali prah dalje otapa. Stoga, prije otapanja, čestice CE trebaju biti potpuno raspršene što je više moguće. Sljedeće dvije metode disperzije se obično koriste.

3.1.1 Metoda disperzije suhe mješavine

Ova metoda se najčešće koristi u cementnim proizvodima. Prije dodavanja vode, ravnomjerno pomiješajte drugi prah s CE prahom, tako da se čestice CE praha rasprše. Minimalni omjer miješanja: Ostali prah: CE prah = (3 ~ 7) : 1.

U ovoj metodi, CE disperzija se dovršava u suhom stanju, koristeći drugi prah kao medij za međusobno dispergiranje CE čestica, kako bi se izbjeglo međusobno vezivanje CE čestica prilikom dodavanja vode i utjecaja na daljnje otapanje. Dakle, za disperziju nije potrebna vruća voda, već brzina otapanja ovisi o česticama praha i uvjetima miješanja.

3.1.2 Metoda disperzije toplom vodom

(1) Prva 1/5~1/3 potrebnog zagrijavanja vode na 90C iznad, dodajte CE, a zatim miješajte dok se sve čestice ne pokvase, a zatim dodajte preostalu vodu u hladnoj ili ledenoj vodi kako biste smanjili temperaturu otopina, kada je dosegla CE temperaturu otapanja, prašak se počeo hidratizirati, viskoznost se povećala.

(2) Također možete zagrijati svu vodu, a zatim dodati CE i miješati dok se hladi dok hidratacija ne završi. Dovoljno hlađenje je vrlo važno za potpunu hidrataciju CE i stvaranje viskoznosti. Za idealnu viskoznost, MC otopinu treba ohladiti na 0~5 ℃, dok HPMC treba ohladiti samo na 20~ 25 ℃ ili niže. Budući da potpuna hidratacija zahtijeva dovoljno hlađenje, HPMC otopine se obično koriste tamo gdje se ne može koristiti hladna voda: prema informacijama, HPMC ima manje smanjenje temperature od MC na nižim temperaturama kako bi se postigla ista viskoznost. Vrijedno je napomenuti da metoda disperzije vrućom vodom samo čini da se čestice CE ravnomjerno raspršuju na višoj temperaturi, ali u ovom trenutku ne nastaje otopina. Da bi se dobila otopina s određenom viskoznošću, mora se ponovno ohladiti.

3.2 Površinski tretirani disperzibilni CE prah

U mnogim slučajevima, od CE se zahtijeva da ima karakteristike dispergiranja i brze hidratacije (stvaranje viskoznosti) u hladnoj vodi. Površinski tretirani CE privremeno je netopljiv u hladnoj vodi nakon posebne kemijske obrade, što osigurava da kada se CE doda u vodu, neće odmah stvoriti očiglednu viskoznost i može se raspršiti pod uvjetima relativno male sile smicanja. "Vrijeme kašnjenja" hidratacije ili stvaranja viskoznosti rezultat je kombinacije stupnja površinske obrade, temperature, pH sustava i koncentracije otopine CE. Odgoda hidratacije općenito se smanjuje pri višim koncentracijama, temperaturama i pH razinama. Međutim, općenito se koncentracija CE ne uzima u obzir dok ne dosegne 5% (maseni omjer vode).

Za najbolje rezultate i potpunu hidrataciju, površinski tretirani CE treba miješati nekoliko minuta u neutralnim uvjetima, s pH rasponom od 8,5 do 9,0, dok se ne postigne maksimalna viskoznost (obično 10-30 minuta). Nakon što se pH promijeni u bazični (pH 8,5 do 9,0), površinski tretirani CE se potpuno i brzo otapa, a otopina može biti stabilna na pH 3 do 11. Međutim, važno je napomenuti da podešavanje pH vrijednosti kaše visoke koncentracije uzrokovat će viskoznost previsoku za pumpanje i izlijevanje. pH treba podesiti nakon što se kaša razrijedi do željene koncentracije.

Ukratko, proces otapanja CE-a uključuje dva procesa: fizičku disperziju i kemijsko otapanje. Ključ je međusobno dispergirati CE čestice prije otapanja, kako bi se izbjegla aglomeracija zbog visoke viskoznosti tijekom otapanja na niskoj temperaturi, što će utjecati na daljnje otapanje.

4. Svojstva CE otopine

Različite vrste CE vodenih otopina će želirati na svojim specifičnim temperaturama. Gel je potpuno reverzibilan i stvara otopinu kada se ponovno ohladi. Reverzibilna toplinska gelacija CE-a je jedinstvena. U mnogim cementnim proizvodima, glavna upotreba viskoznosti CE i odgovarajućih svojstava zadržavanja vode i podmazivanja, a viskoznost i temperatura gela imaju izravan odnos, ispod temperature gela, što je niža temperatura, to je viskoznost CE veća, to je bolja odgovarajuća izvedba zadržavanja vode.

Trenutno objašnjenje fenomena gela je sljedeće: u procesu otapanja, to je slično

Polimerne molekule niti spajaju se s vodenim molekularnim slojem, što rezultira bubrenjem. Molekule vode djeluju poput ulja za podmazivanje, koje može rastaviti dugačke lance polimernih molekula, tako da otopina ima svojstva viskozne tekućine koju je lako ispustiti. Kada se temperatura otopine poveća, polimer celuloze postupno gubi vodu i viskoznost otopine se smanjuje. Kada se dosegne točka geliranja, polimer postaje potpuno dehidriran, što rezultira povezivanjem između polimera i stvaranjem gela: čvrstoća gela nastavlja rasti kako temperatura ostaje iznad točke geliranja.

Kako se otopina hladi, gel se počinje mijenjati i viskoznost se smanjuje. Konačno, viskoznost rashladne otopine vraća se na početnu krivulju porasta temperature i raste s padom temperature. Otopina se može ohladiti do početne vrijednosti viskoznosti. Stoga je proces toplinskog gela CE reverzibilan.

Glavna uloga CE u cementnim proizvodima je viskozifikator, plastifikator i sredstvo za zadržavanje vode, tako da je način kontrole viskoznosti i temperature gela postao važan čimbenik u cementnim proizvodima koji obično koriste početnu točku temperature gela ispod dijela krivulje, pa što je niža temperatura, što je viskoznost veća, to je očitiji učinak zadržavanja vode u viskozifikatoru. Rezultati ispitivanja linije za proizvodnju cementnih ploča ekstruzijom također pokazuju da što je niža temperatura materijala pod istim sadržajem CE, to je bolji učinak viskozifikacije i zadržavanja vode. Kako je cementni sustav izuzetno složen sustav fizičkih i kemijskih svojstava, postoje mnogi čimbenici koji utječu na promjenu temperature i viskoznosti CE gela. Utjecaj različitih Taianin trendova i stupnja nije isti, tako da je praktična primjena također otkrila da nakon miješanja cementnog sustava, stvarna temperatura gela CE (to jest, učinak zadržavanja ljepila i vode opada vrlo je očigledan na ovoj temperaturi ) su niže od temperature gela koju navodi proizvod, stoga pri odabiru CE proizvoda treba uzeti u obzir čimbenike koji uzrokuju pad temperature gela. Sljedeći su glavni čimbenici za koje vjerujemo da utječu na viskoznost i temperaturu gela CE otopine u cementnim proizvodima.

4.1 Utjecaj pH vrijednosti na viskoznost

MC i HPMC su neionski, tako da viskoznost otopine od viskoznosti prirodnog ionskog ljepila ima širi raspon DH stabilnosti, ali ako pH vrijednost prelazi raspon od 3 ~ 11, oni će postupno smanjiti viskoznost na višoj temperaturi ili u skladištu dulje vrijeme, posebno otopina visoke viskoznosti. Viskoznost otopine CE proizvoda smanjuje se u otopini jake kiseline ili jake baze, što je uglavnom zbog dehidracije CE uzrokovane bazom i kiselinom. Stoga se viskoznost CE obično smanjuje do određene mjere u alkalnom okruženju cementnih proizvoda.

4.2 Utjecaj brzine zagrijavanja i miješanja na proces geliranja

Na temperaturu točke geliranja utjecat će kombinirani učinak brzine zagrijavanja i brzine smicanja miješanja. Miješanje velikom brzinom i brzo zagrijavanje općenito će značajno povećati temperaturu gela, što je povoljno za cementne proizvode nastale mehaničkim miješanjem.

4.3 Utjecaj koncentracije na vrući gel

Povećanje koncentracije otopine obično snižava temperaturu gela, a točke gela niske viskoznosti CE više su od onih visoke viskoznosti CE. Kao što je DOW-ov METHOCEL A

Temperatura gela će se smanjiti za 10 ℃ za svakih 2% povećanja koncentracije proizvoda. Povećanje koncentracije proizvoda tipa F od 2% smanjit će temperaturu gela za 4 ℃.

4.4 Utjecaj aditiva na toplinsko geliranje

U području građevinskih materijala, mnogi materijali su anorganske soli, što će imati značajan utjecaj na temperaturu gela CE otopine. Ovisno o tome djeluje li aditiv kao koagulant ili sredstvo za solubilizaciju, neki aditivi mogu povećati temperaturu toplinskog gela CE, dok drugi mogu smanjiti temperaturu toplinskog gela CE: na primjer, etanol koji poboljšava otapalo, PEG-400 (polietilen glikol) , andiol, itd., mogu povećati točku geliranja. Soli, glicerin, sorbitol i druge tvari smanjit će točku geliranja, neionski CE općenito se neće istaložiti zbog polivalentnih metalnih iona, ali kada koncentracija elektrolita ili drugih otopljenih tvari prijeđe određenu granicu, CE proizvodi se mogu isoliti u otopine, to je zbog natjecanja elektrolita u vodi, što rezultira smanjenjem hidratacije CE. Sadržaj soli u otopini CE produkta općenito je nešto veći od onog u Mc produktu, a sadržaj soli malo je drugačiji u različitim HPMC.

Mnogi sastojci u cementnim proizvodima uzrokovat će pad točke geliranja CE, tako da pri odabiru aditiva treba uzeti u obzir da to može uzrokovati promjene točke geliranja i viskoznosti CE.

5. Zaključak

(1) celulozni eter je prirodna celuloza kroz reakciju eterifikacije, ima osnovnu strukturnu jedinicu dehidrirane glukoze, prema vrsti i broju supstituentskih skupina na svom zamjenskom položaju i ima različita svojstva. Neionski eter kao što su MC i HPMC može se koristiti kao sredstvo za viskoziranje, sredstvo za zadržavanje vode, sredstvo za uvlačenje zraka i drugo koje se široko koristi u proizvodima građevinskog materijala.

(2) CE ima jedinstvenu topljivost, stvara otopinu na određenoj temperaturi (kao što je temperatura gela) i stvara čvrsti gel ili smjesu čvrstih čestica na temperaturi gela. Glavne metode otapanja su disperzijska metoda suhog miješanja, disperzijska metoda vrućom vodom itd., u cementnim proizvodima obično se koristi disperzijska metoda suhog miješanja. Ključ je ravnomjerno raspršiti CE prije nego što se otopi, stvarajući otopinu na niskim temperaturama.

(3) Koncentracija otopine, temperatura, pH vrijednost, kemijska svojstva aditiva i brzina miješanja utjecat će na temperaturu gela i viskoznost CE otopine, posebno cementni proizvodi su otopine anorganske soli u alkalnom okruženju, obično smanjuju temperaturu gela i viskoznost CE otopine , donoseći štetne učinke. Dakle, prema karakteristikama CE, prvo, treba ga koristiti na niskoj temperaturi (ispod temperature gela), a drugo, treba uzeti u obzir utjecaj aditiva.