Cellulóz-éter cement alapú termékekben

A cellulóz-éter egyfajta többcélú adalékanyag, amely cementtermékekben használható. Ez a cikk bemutatja a cementtermékekben általánosan használt metil-cellulóz (MC) és hidroxipropil-metil-cellulóz (HPMC /) kémiai tulajdonságait, a hálóoldat módszerét és elvét, valamint az oldat főbb jellemzőit. A cementtermékek termikus gél hőmérsékletének és viszkozitásának csökkentését a gyakorlati gyártási tapasztalatok alapján tárgyaltuk.

Kulcsszavak:cellulóz-éter; metil-cellulóz;Hidroxipropil-metil-cellulóz; Forró gél hőmérséklete; viszkozitás

1. Áttekintés

A cellulóz-étert (röviden CE) cellulózból állítják elő egy vagy több éterezőszer éterezési reakciójával és száraz őrléssel. A CE ionos és nemionos típusokra osztható, amelyek közül a nemionos típusú CE egyedi termikus gél tulajdonságai és oldhatósága, sóállósága, hőállósága és megfelelő felületi aktivitása miatt. Használható vízmegtartó szerként, szuszpenziós szerként, emulgeálószerként, filmképző szerként, kenőanyagként, ragasztóként és reológiai javítóként. A fő külföldi fogyasztási területek a latexbevonatok, az építőanyagok, az olajfúrás és így tovább. A vízben oldódó CE előállítása és alkalmazása a külföldi országokhoz képest még gyerekcipőben jár. Az emberek egészség- és környezettudatosságának fejlesztésével. A vízben oldódó CE, amely ártalmatlan a fiziológiára és nem szennyezi a környezetet, nagy fejlődést fog elérni.

Az építőanyagok területén általában a CE-t választják a metil-cellulóz (MC) és a hidroxi-propil-metil-cellulóz (HPMC), felhasználható festékként, vakolatként, habarcsként és cementtermékek lágyítójaként, viszkozitásnövelőként, vízvisszatartó szerként, levegőelvonó és késleltető anyagként. Az építőanyagipar nagy részét normál hőmérsékleten használják, száraz por és víz felhasználásával, kevésbé befolyásolja a CE oldódási jellemzőit és forró gél tulajdonságait, de a cementtermékek gépesített gyártásánál és egyéb speciális hőmérsékleti viszonyok között ezek a jellemzők A CE teljesebb szerepet fog játszani.

2. A CE kémiai tulajdonságai

A CE-t a cellulóz számos kémiai és fizikai módszerrel történő kezelésével nyerik. A különböző kémiai szubsztitúciós szerkezetek szerint általában a következőkre osztható: MC, HPMC, hidroxi-etil-cellulóz (HEC) stb.: Mindegyik CE rendelkezik a cellulóz – dehidratált glükóz – alapvető szerkezetével. A CE előállítása során a cellulózszálakat először lúgos oldatban hevítik, majd éterezőszerekkel kezelik. A rostos reakciótermékeket megtisztítják és porrá törik, hogy egy bizonyos finomságú egyenletes port kapjanak.

Az MC gyártási folyamata csak metán-kloridot használ éterezőszerként. A HPMC gyártása során a metán-klorid alkalmazása mellett propilén-oxidot is használnak hidroxi-propil szubsztituens csoportok előállítására. A különböző CE-k eltérő metil- és hidroxi-propil-szubsztitúciós sebességgel rendelkeznek, ami befolyásolja a CE-oldat szerves kompatibilitását és termikus gél hőmérsékletét.

A cellulóz dehidratált glükóz szerkezeti egységein lévő szubsztitúciós csoportok száma tömegszázalékkal vagy a helyettesítő csoportok átlagos számával fejezhető ki (azaz DS – Degree of Substitution). A szubsztituens csoportok száma határozza meg a CE termékek tulajdonságait. Az átlagos helyettesítési fok hatása az éterezési termékek oldhatóságára a következő:

(1) alacsony szubsztitúciós fokú lúgban oldódik;

(2) enyhén magas fokú szubsztitúció, vízben oldódik;

(3) nagyfokú szubsztitúció poláris szerves oldószerekben oldva;

(4) Magasabb fokú szubsztitúció nem poláros szerves oldószerekben oldva.

3. A CE oldási módszere

A CE egyedülálló oldhatósági tulajdonsággal rendelkezik, amikor a hőmérséklet egy bizonyos hőmérsékletre emelkedik, vízben nem oldódik, de ez alatt a hőmérséklet alatt az oldhatósága a hőmérséklet csökkenésével nő. A CE hideg vízben (és bizonyos esetekben speciális szerves oldószerekben) oldódik a duzzadási és hidratálási folyamat révén. A CE-oldatoknak nincsenek nyilvánvaló oldhatósági korlátai, amelyek az ionos sók oldódásánál jelentkeznek. A CE koncentrációja általában a gyártóberendezéssel szabályozható viszkozitásra korlátozódik, és a felhasználó által igényelt viszkozitástól és kémiai változatosságtól függően is változik. Az alacsony viszkozitású CE oldatkoncentrációja általában 10% ~ 15%, a nagy viszkozitású CE pedig általában 2% ~ 3% között van. A CE különböző típusai (például por vagy felületkezelt por vagy granulátum) befolyásolhatják az oldat elkészítését.

3.1 CE felületkezelés nélkül

Bár a CE hideg vízben oldódik, a csomósodás elkerülése érdekében vízben teljesen el kell diszpergálni. Bizonyos esetekben nagy sebességű keverőt vagy tölcsért lehet használni hideg vízben a CE-por diszpergálására. Ha azonban a kezeletlen port kellő keverés nélkül közvetlenül hideg vízhez adjuk, jelentős csomók képződnek. A csomósodás fő oka, hogy a CE porszemcsék nem teljesen nedvesek. Ha a pornak csak egy része oldódik fel, gélfilm képződik, amely megakadályozza, hogy a maradék por tovább oldódjon. Ezért feloldás előtt a CE-részecskéket a lehető legteljesebb mértékben el kell diszpergálni. A következő két diszperziós módszert használják általánosan.

3.1.1 Száraz keverék diszperziós módszer

Ezt a módszert leggyakrabban cementtermékeknél alkalmazzák. Víz hozzáadása előtt keverje össze egyenletesen a többi port a CE-porral, hogy a CE-por részecskék szétszóródjanak. Minimális keverési arány: Egyéb por: CE por =(3 ~ 7): 1.

Ennél a módszernél a CE-diszperzió száraz állapotban történik, más port használva közegként a CE-részecskék egymás közötti diszpergálására, hogy elkerüljük a CE-részecskék kölcsönös kötődését víz hozzáadásakor, és ez befolyásolja a további oldódást. Ezért a diszpergáláshoz nincs szükség forró vízre, de az oldódási sebesség a porszemcséktől és a keverési körülményektől függ.

3.1.2 Melegvizes diszperziós módszer

(1) A szükséges víz első 1/5-1/3-át 90 °C-ra melegítjük, adjunk hozzá CE-t, majd keverjük addig, amíg minden részecske nedvesen szét nem diszpergál, majd a maradék vizet hideg vagy jeges vízben adjuk hozzá a hőmérséklet csökkentése érdekében. Amikor elérte a CE oldódási hőmérsékletet, a por hidratálódni kezdett, a viszkozitás nőtt.

(2) Felmelegítheti az összes vizet, majd hozzáadhat CE-t, hogy hűtés közben keverje, amíg a hidratáció befejeződik. A megfelelő hűtés nagyon fontos a CE teljes hidratálásához és a viszkozitás kialakulásához. Az ideális viszkozitás érdekében az MC-oldatot 0-5 ℃-ra, míg a HPMC-t csak 20-25 ℃-ra vagy az alá kell hűteni. Mivel a teljes hidratálás megfelelő hűtést igényel, a HPMC-oldatokat általában ott alkalmazzák, ahol nem használható hideg víz: az információk szerint a HPMC-nél kisebb a hőmérséklet-csökkenés, mint az MC-nél alacsonyabb hőmérsékleten az azonos viszkozitás elérése érdekében. Érdemes megjegyezni, hogy a forró vizes diszperziós módszer csak magasabb hőmérsékleten teszi egyenletesen a CE-részecskéket, de ekkor nem képződik oldat. Ahhoz, hogy bizonyos viszkozitású oldatot kapjunk, újra le kell hűteni.

3.2 Felületkezelt diszpergálható CE por

Sok esetben a CE-nek diszpergálható és gyors hidratáló (viszkozitásképző) jellemzőkkel kell rendelkeznie hideg vízben. A felületkezelt CE speciális kémiai kezelést követően átmenetileg nem oldódik hideg vízben, ami biztosítja, hogy amikor CE-t adunk a vízhez, nem képződik azonnal nyilvánvaló viszkozitás, és viszonylag kis nyíróerő mellett diszpergálható. A hidratáció vagy viszkozitás kialakulásának „késleltetési ideje” a felületkezelés mértékének, a hőmérsékletnek, a rendszer pH-jának és a CE-oldat-koncentrációnak az eredménye. A hidratáció késleltetése általában csökken magasabb koncentrációknál, hőmérsékleteknél és pH-értékeknél. Általában azonban a CE koncentrációját nem veszik figyelembe, amíg el nem éri az 5%-ot (a víz tömegaránya).

A legjobb eredmény és a teljes hidratálás érdekében a felületkezelt CE-t néhány percig semleges körülmények között, 8,5 és 9,0 közötti pH-tartományban kell keverni a maximális viszkozitás eléréséig (általában 10-30 perc). Amint a pH lúgosra változik (pH 8,5-9,0), a felületkezelt CE teljesen és gyorsan feloldódik, és az oldat pH 3-11 között stabil lehet. Fontos azonban megjegyezni, hogy a nagy koncentrációjú iszap pH-jának beállításával a viszkozitás túl magas lesz a szivattyúzáshoz és az öntéshez. A pH-t be kell állítani, miután a szuszpenziót a kívánt koncentrációra hígították.

Összefoglalva, a CE oldódási folyamata két folyamatot foglal magában: a fizikai diszperziót és a kémiai oldódást. A kulcs az, hogy a CE-részecskéket szétoszlatják egymással az oldódás előtt, hogy elkerüljék az alacsony hőmérsékletű oldódás során a nagy viszkozitás miatti agglomerációt, ami befolyásolja a további oldódást.

4. A CE megoldás tulajdonságai

A különböző típusú CE vizes oldatok meghatározott hőmérsékletükön gélesednek. A gél teljesen visszafordítható, és újra lehűtve oldatot képez. A CE reverzibilis termikus gélesedése egyedülálló. Sok cementtermékben a CE viszkozitásának és a megfelelő vízvisszatartó és kenési tulajdonságoknak, valamint a viszkozitásnak és a gél hőmérsékletének fő felhasználása közvetlen összefüggésben van, a gél hőmérséklete alatt minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál nagyobb a CE viszkozitása, annál jobb a megfelelő vízvisszatartási teljesítmény.

A géljelenség jelenlegi magyarázata a következő: az oldódás folyamatában ez hasonló

A szál polimer molekulái összekapcsolódnak a vízmolekuláris réteggel, ami duzzanatot eredményez. A vízmolekulák kenőolajként működnek, amely a polimer molekulák hosszú láncait tudja széthúzni, így az oldat viszkózus folyadék tulajdonságaival rendelkezik, és könnyen leönthető. Amikor az oldat hőmérséklete emelkedik, a cellulózpolimer fokozatosan veszít vizet, és az oldat viszkozitása csökken. Amikor elérjük a gélpontot, a polimer teljesen kiszárad, ami a polimerek közötti kötést és a gél képződését eredményezi: a gél szilárdsága tovább növekszik, ahogy a hőmérséklet a gélpont felett marad.

Ahogy az oldat lehűl, a gél megfordul, és a viszkozitása csökken. Végül a hűtőoldat viszkozitása visszatér a kezdeti hőmérséklet-emelkedési görbéhez, és a hőmérséklet csökkenésével nő. Az oldatot lehűthetjük a kezdeti viszkozitási értékre. Ezért a CE termikus gél folyamata reverzibilis.

A CE fő szerepe a cementtermékekben, mint viszkozitásnövelő, lágyító és vízvisszatartó szer, így a viszkozitás és a gél hőmérsékletének szabályozása fontos tényezővé vált a cementtermékeknél, amelyek a kezdeti gél hőmérsékleti pontját általában a görbe egy szakasza alatt használják. tehát minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál nagyobb a viszkozitás, annál nyilvánvalóbb a viszkozitásnövelő vízvisszatartás hatása. Az extrudált cementlemez gyártósor vizsgálati eredményei azt is mutatják, hogy minél alacsonyabb az anyaghőmérséklet azonos CE-tartalom alatt, annál jobb a viszkozitás és a vízvisszatartó hatás. Mivel a cementrendszer egy rendkívül összetett fizikai és kémiai tulajdonságrendszer, sok tényező befolyásolja a CE gél hőmérsékletének és viszkozitásának változását. És a különböző Taianin trendek és fokok hatása nem azonos, így a gyakorlati alkalmazás azt is megállapította, hogy a cementrendszer összekeverése után a CE tényleges gél hőmérsékleti pontja (vagyis a ragasztó és a vízvisszatartó hatás csökkenése nagyon nyilvánvaló ezen a hőmérsékleten ) alacsonyabbak, mint a termék által jelzett gélhőmérséklet, ezért a CE termékek kiválasztásánál figyelembe kell venni a gél hőmérséklet csökkenését okozó tényezőket. Az alábbiakban felsoroljuk azokat a fő tényezőket, amelyek véleményünk szerint befolyásolják a cementtermékekben lévő CE-oldat viszkozitását és gélhőmérsékletét.

4.1 A pH-érték hatása a viszkozitásra

Az MC és a HPMC nem ionos, így az oldat viszkozitása a természetes ionos ragasztó viszkozitásánál szélesebb DH-stabilitási tartományt mutat, de ha a pH-érték meghaladja a 3-11 tartományt, fokozatosan csökkentik a viszkozitást magasabb hőmérsékleten vagy hosszú ideig tárolva, különösen nagy viszkozitású oldatban. A CE termékoldat viszkozitása erős savban vagy erős bázis oldatban csökken, ami főként a CE bázis és sav által okozott kiszáradása miatt következik be. Ezért a CE viszkozitása általában bizonyos mértékig csökken a cementtermékek lúgos környezetében.

4.2 A hevítési sebesség és a keverés hatása a gélesedés folyamatára

A gélpont hőmérsékletét a melegítési sebesség és a keverési nyírási sebesség együttes hatása befolyásolja. A nagy sebességű keverés és a gyors melegítés általában jelentősen növeli a gél hőmérsékletét, ami kedvező a mechanikai keveréssel előállított cementtermékek esetében.

4.3 A koncentráció hatása a forró gélre

Az oldat koncentrációjának növelése általában csökkenti a gél hőmérsékletét, és az alacsony viszkozitású CE gélpontja magasabb, mint a nagy viszkozitású CE. Ilyen például a DOW METHOCEL A

A gél hőmérséklete 10°C-kal csökken a termék koncentrációjának minden 2%-os növelésével. Az F-típusú termékek koncentrációjának 2%-os növelése 4°C-kal csökkenti a gél hőmérsékletét.

4.4 Az adalékanyagok hatása a termikus gélesedésre

Az építőanyagok területén sok anyag szervetlen só, amely jelentős hatással lesz a CE-oldat gél hőmérsékletére. Attól függően, hogy az adalékanyag koagulánsként vagy szolubilizálószerként működik, egyes adalékok növelhetik a CE termikus gél hőmérsékletét, míg mások csökkenthetik a CE termikus gél hőmérsékletét: például az oldószert fokozó etanol, a PEG-400 (polietilénglikol) , anediol stb., növelheti a gélpontot. A sók, glicerin, szorbit és egyéb anyagok csökkentik a gélesedéspontot, a nemionos CE általában nem válik ki a többértékű fémionok miatt, de ha az elektrolit koncentrációja vagy más oldott anyagok egy bizonyos határt meghaladnak, a CE termékek kisózhatók. Ez az elektrolitok vízzel való versengéséből adódik, ami a CE hidratációjának csökkenését eredményezi különböző HPMC-ben.

A cementtermékek sok összetevője csökkenti a CE gélesedéspontját, ezért az adalékanyagok kiválasztásánál figyelembe kell venni, hogy ez a CE gélpontjának és viszkozitásának változását okozhatja.

5. Következtetés

(1) A cellulóz-éter éterezési reakció révén természetes cellulóz, amelynek alapvető szerkezeti egysége a dehidratált glükóz, a helyettesítő helyén lévő szubsztituens csoportok típusának és számának megfelelően, és eltérő tulajdonságokkal rendelkezik. A nemionos éter, például az MC és a HPMC használható viszkozitásnövelőként, vízvisszatartó szerként, levegőelvonó szerként és más széles körben használt építőanyag-termékekben.

(2) A CE egyedülálló oldhatósággal rendelkezik, bizonyos hőmérsékleten (például gélhőmérsékleten) oldatot képez, és gél hőmérsékleten szilárd gélt vagy szilárd részecskekeveréket képez. A fő oldási módszerek a száraz keverési diszperziós módszer, a forró vizes diszperziós módszer stb., a cementtermékekben általában a száraz keverési diszperziós módszer. A kulcs az, hogy a CE-t egyenletesen eloszlassa, mielőtt feloldódna, és alacsony hőmérsékleten oldatot képez.

(3) Az oldat koncentrációja, hőmérséklete, pH-értéke, az adalékanyagok kémiai tulajdonságai és a keverési sebesség befolyásolja a CE-oldat gél hőmérsékletét és viszkozitását, különösen a cementtermékek szervetlen sóoldatok lúgos környezetben, általában csökkentik a CE-oldat gél hőmérsékletét és viszkozitását. , káros hatásokat hozva. Ezért a CE jellemzői szerint egyrészt alacsony hőmérsékleten (a gél hőmérséklete alatt) kell használni, másrészt figyelembe kell venni az adalékanyagok hatását.