Selulosa eter dalam produk berbahan dasar semen

Selulosa eter adalah sejenis aditif serbaguna yang dapat digunakan dalam produk semen. Makalah ini memperkenalkan sifat kimia metil selulosa (MC) dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC /) yang umum digunakan dalam produk semen, metode dan prinsip larutan bersih serta karakteristik utama larutan. Penurunan suhu dan viskositas gel termal pada produk semen dibahas berdasarkan pengalaman produksi praktis.

Kata kunci:selulosa eter; Metil selulosa;Hidroksipropil metil selulosa; Suhu gel panas; viskositas

1. Ikhtisar

Selulosa eter (singkatnya CE) dibuat dari selulosa melalui reaksi eterifikasi satu atau beberapa bahan eterifikasi dan penggilingan kering. CE dapat dibagi menjadi tipe ionik dan non-ionik, di antaranya CE tipe non-ionik karena karakteristik dan kelarutan gel termalnya yang unik, tahan garam, tahan panas, dan memiliki aktivitas permukaan yang sesuai. Dapat digunakan sebagai bahan penahan air, bahan suspensi, pengemulsi, bahan pembentuk film, pelumas, perekat dan perbaikan reologi. Area konsumsi utama asing adalah pelapis lateks, bahan bangunan, pengeboran minyak dan sebagainya. Dibandingkan dengan negara-negara asing, produksi dan penerapan CE yang larut dalam air masih dalam tahap awal. Dengan peningkatan kesehatan masyarakat dan kesadaran lingkungan. CE yang larut dalam air, yang tidak berbahaya bagi fisiologi dan tidak mencemari lingkungan, akan mengalami perkembangan pesat.

Di bidang bahan bangunan biasanya CE yang dipilih adalah metil selulosa (MC) dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC), dapat digunakan sebagai pemlastis produk cat, plester, mortar dan semen, viscosifier, zat penahan air, zat pemasukan udara dan zat perlambatan. Sebagian besar industri bahan bangunan digunakan pada suhu normal, menggunakan kondisi bubuk campuran kering dan air, kurang melibatkan karakteristik pembubaran dan karakteristik gel panas CE, namun dalam produksi produk semen secara mekanis dan kondisi suhu khusus lainnya, karakteristik ini CE akan memainkan peran yang lebih penuh.

2. Sifat kimia CE

CE diperoleh dengan mengolah selulosa melalui serangkaian metode kimia dan fisik. Menurut struktur substitusi kimia yang berbeda, biasanya dapat dibagi menjadi: MC, HPMC, hidroksietil selulosa (HEC), dll. : Setiap CE memiliki struktur dasar selulosa — glukosa dehidrasi. Dalam proses produksi CE, serat selulosa terlebih dahulu dipanaskan dalam larutan basa dan kemudian diolah dengan bahan eterifikasi. Produk reaksi berserat dimurnikan dan dihaluskan untuk membentuk bubuk seragam dengan kehalusan tertentu.

Proses produksi MC hanya menggunakan metana klorida sebagai bahan eterifikasi. Selain penggunaan metana klorida, produksi HPMC juga menggunakan propilen oksida untuk memperoleh gugus substituen hidroksipropil. Berbagai CE memiliki tingkat substitusi metil dan hidroksipropil yang berbeda, yang mempengaruhi kompatibilitas organik dan suhu gel termal larutan CE.

Jumlah gugus substitusi pada unit struktural glukosa dehidrasi selulosa dapat dinyatakan dengan persentase massa atau jumlah rata-rata gugus substitusi (yaitu DS — Derajat Substitusi). Jumlah gugus substituen menentukan sifat produk CE. Pengaruh rata-rata derajat substitusi terhadap kelarutan produk eterifikasi adalah sebagai berikut:

(1) tingkat substitusi rendah yang larut dalam alkali;

(2) derajat substitusi yang sedikit tinggi, larut dalam air;

(3) tingginya tingkat substitusi yang dilarutkan dalam pelarut organik polar;

(4) Tingkat substitusi yang lebih tinggi dilarutkan dalam pelarut organik non-polar.

3. Metode pembubaran CE

CE memiliki sifat kelarutan yang unik, ketika suhu naik sampai suhu tertentu, ia tidak larut dalam air, tetapi di bawah suhu tersebut, kelarutannya akan meningkat seiring dengan penurunan suhu. CE larut dalam air dingin (dan dalam beberapa kasus dalam pelarut organik tertentu) melalui proses pembengkakan dan hidrasi. Larutan CE tidak memiliki batasan kelarutan yang jelas seperti yang terlihat pada pelarutan garam ionik. Konsentrasi CE umumnya terbatas pada viskositas yang dapat dikontrol oleh peralatan produksi, dan juga bervariasi sesuai dengan viskositas dan variasi bahan kimia yang dibutuhkan oleh pengguna. Konsentrasi larutan CE dengan viskositas rendah umumnya 10% ~ 15%, dan CE dengan viskositas tinggi umumnya dibatasi hingga 2% ~ 3%. Berbagai jenis CE (seperti bubuk atau bubuk yang diolah pada permukaan atau granular) dapat memengaruhi cara pembuatan larutan.

3.1 CE tanpa perawatan permukaan

Meskipun CE larut dalam air dingin, CE harus terdispersi seluruhnya dalam air untuk menghindari penggumpalan. Dalam beberapa kasus, mixer atau corong berkecepatan tinggi dapat digunakan dalam air dingin untuk membubarkan bubuk CE. Namun, jika bubuk yang belum diolah ditambahkan langsung ke air dingin tanpa diaduk secukupnya, akan terbentuk gumpalan besar. Alasan utama terjadinya penggumpalan adalah karena partikel bubuk CE tidak sepenuhnya basah. Ketika hanya sebagian bubuk yang larut, lapisan gel akan terbentuk, yang mencegah sisa bubuk terus larut. Oleh karena itu, sebelum pembubaran, partikel CE harus terdispersi sepenuhnya sejauh mungkin. Dua metode dispersi berikut ini biasa digunakan.

3.1.1 Metode dispersi campuran kering

Cara ini paling umum digunakan pada produk semen. Sebelum menambahkan air, campurkan bubuk lain dengan bubuk CE secara merata, agar partikel bubuk CE tersebar. Rasio pencampuran minimum: Bubuk lainnya: Bubuk CE =(3 ~ 7) : 1.

Dalam metode ini, dispersi CE diselesaikan dalam keadaan kering, menggunakan bubuk lain sebagai media untuk membubarkan partikel CE satu sama lain, sehingga menghindari ikatan timbal balik partikel CE ketika air ditambahkan dan mempengaruhi pembubaran lebih lanjut. Oleh karena itu, air panas tidak diperlukan untuk dispersi, tetapi laju disolusi bergantung pada partikel serbuk dan kondisi pengadukan.

3.1.2 Metode dispersi air panas

(1) 1/5~1/3 pertama dari air yang diperlukan dipanaskan hingga 90C di atas, tambahkan CE, lalu aduk hingga semua partikel tersebar basah, lalu sisa air dalam air dingin atau es ditambahkan untuk menurunkan suhu air. larutan, setelah mencapai suhu pembubaran CE, bubuk mulai terhidrasi, viskositas meningkat.

(2) Anda juga bisa memanaskan semua air, lalu menambahkan CE, aduk sambil didinginkan hingga hidrasi sempurna. Pendinginan yang cukup sangat penting untuk hidrasi lengkap CE dan pembentukan viskositas. Untuk viskositas ideal, larutan MC harus didinginkan hingga 0~5℃, sedangkan HPMC hanya perlu didinginkan hingga 20~25℃ atau lebih rendah. Karena hidrasi penuh memerlukan pendinginan yang cukup, larutan HPMC biasanya digunakan di tempat yang tidak dapat menggunakan air dingin: menurut informasi, HPMC memiliki penurunan suhu yang lebih sedikit dibandingkan MC pada suhu yang lebih rendah untuk mencapai viskositas yang sama. Perlu dicatat bahwa metode dispersi air panas hanya membuat partikel CE terdispersi secara merata pada suhu yang lebih tinggi, namun tidak ada larutan yang terbentuk pada saat ini. Untuk memperoleh larutan dengan kekentalan tertentu harus didinginkan kembali.

3.2 Bubuk CE yang dapat didispersikan pada permukaan

Dalam banyak kasus, CE diharuskan memiliki karakteristik hidrasi yang dapat terdispersi dan cepat (membentuk viskositas) dalam air dingin. CE yang diolah di permukaan untuk sementara tidak larut dalam air dingin setelah perlakuan kimia khusus, yang memastikan bahwa ketika CE ditambahkan ke air, CE tidak akan segera membentuk viskositas yang jelas dan dapat terdispersi dalam kondisi gaya geser yang relatif kecil. “Waktu tunda” hidrasi atau pembentukan viskositas adalah hasil kombinasi derajat perlakuan permukaan, suhu, pH sistem, dan konsentrasi larutan CE. Keterlambatan hidrasi umumnya berkurang pada konsentrasi, suhu, dan tingkat pH yang lebih tinggi. Namun secara umum konsentrasi CE tidak dipertimbangkan sampai mencapai 5% (perbandingan massa air).

Untuk hasil terbaik dan hidrasi sempurna, permukaan CE yang diberi perlakuan harus diaduk selama beberapa menit dalam kondisi netral, dengan kisaran pH 8,5 hingga 9,0, hingga viskositas maksimum tercapai (biasanya 10-30 menit). Setelah pH berubah menjadi basa (pH 8,5 hingga 9,0), permukaan CE yang diberi perlakuan larut sempurna dan cepat, dan larutan dapat stabil pada pH 3 hingga 11. Namun, penting untuk diperhatikan bahwa penyesuaian pH bubur konsentrasi tinggi akan menyebabkan viskositas menjadi terlalu tinggi untuk pemompaan dan penuangan. PH harus disesuaikan setelah bubur diencerkan hingga konsentrasi yang diinginkan.

Singkatnya, proses pembubaran CE mencakup dua proses: dispersi fisik dan pembubaran kimia. Kuncinya adalah membubarkan partikel CE satu sama lain sebelum pembubaran, untuk menghindari aglomerasi karena viskositas tinggi selama pembubaran pada suhu rendah, yang akan mempengaruhi pembubaran lebih lanjut.

4. Sifat larutan CE

Berbagai jenis larutan CE akan menjadi gel pada suhu spesifiknya. Gel tersebut benar-benar reversibel dan membentuk larutan ketika didinginkan kembali. Gelasi termal CE yang dapat dibalik adalah unik. Dalam banyak produk semen, penggunaan utama viskositas CE dan sifat retensi dan pelumasan air yang sesuai, serta viskositas dan suhu gel memiliki hubungan langsung, di bawah suhu gel, semakin rendah suhu, semakin tinggi viskositas CE, semakin baik kinerja retensi airnya.

Penjelasan terkini mengenai fenomena gel adalah sebagai berikut: dalam proses pelarutan, hal ini serupa

Molekul polimer pada benang terhubung dengan lapisan molekul air, sehingga terjadi pembengkakan. Molekul air berperan seperti minyak pelumas, yang dapat memisahkan rantai panjang molekul polimer, sehingga larutan mempunyai sifat cairan kental yang mudah dibuang. Ketika suhu larutan meningkat, polimer selulosa secara bertahap kehilangan air dan viskositas larutan menurun. Ketika titik gel tercapai, polimer mengalami dehidrasi sempurna, sehingga terjadi ikatan antara polimer dan pembentukan gel: kekuatan gel terus meningkat seiring suhu tetap di atas titik gel.

Saat larutan mendingin, gel mulai terbalik dan viskositasnya menurun. Akhirnya, viskositas larutan pendingin kembali ke kurva kenaikan suhu awal dan meningkat seiring dengan penurunan suhu. Solusinya dapat didinginkan hingga nilai viskositas awalnya. Oleh karena itu, proses gel termal CE bersifat reversibel.

Peran utama CE pada produk semen adalah sebagai viscosifier, plasticizer dan water retensi agent, sehingga cara mengontrol viskositas dan temperatur gel menjadi faktor penting pada produk semen biasanya menggunakan titik temperatur gel awalnya di bawah suatu bagian kurva, jadi semakin rendah suhunya, semakin tinggi viskositasnya, semakin jelas efek retensi air viscosifier. Hasil pengujian lini produksi papan semen ekstrusi juga menunjukkan bahwa semakin rendah suhu material pada kandungan CE yang sama, semakin baik efek viskosifikasi dan retensi air. Karena sistem semen adalah sistem sifat fisik dan kimia yang sangat kompleks, ada banyak faktor yang mempengaruhi perubahan suhu dan viskositas gel CE. Dan pengaruh berbagai tren dan derajat Taianin tidak sama, sehingga penerapan praktis juga menemukan bahwa setelah sistem pencampuran semen, titik suhu gel sebenarnya adalah CE (yaitu, penurunan efek retensi lem dan air sangat jelas pada suhu ini. ) lebih rendah dari suhu gel yang ditunjukkan oleh produk, oleh karena itu, dalam pemilihan produk CE, faktor penyebab penurunan suhu gel harus diperhitungkan. Berikut ini adalah faktor-faktor utama yang kami yakini mempengaruhi viskositas dan suhu gel larutan CE dalam produk semen.

4.1 Pengaruh nilai pH terhadap viskositas

MC dan HPMC bersifat non-ionik, sehingga viskositas larutan dibandingkan dengan viskositas lem ionik alami memiliki rentang stabilitas DH yang lebih luas, tetapi jika nilai pH melebihi kisaran 3 ~ 11, viskositasnya akan berkurang secara bertahap pada a suhu yang lebih tinggi atau penyimpanan dalam jangka waktu yang lama, terutama larutan dengan viskositas tinggi. Viskositas larutan produk CE menurun dalam larutan asam kuat atau basa kuat, yang terutama disebabkan oleh dehidrasi CE yang disebabkan oleh basa dan asam. Oleh karena itu, viskositas CE biasanya menurun sampai batas tertentu pada lingkungan basa produk semen.

4.2 Pengaruh laju pemanasan dan pengadukan pada proses gel

Suhu titik gel akan dipengaruhi oleh efek gabungan dari laju pemanasan dan laju geser pengadukan. Pengadukan berkecepatan tinggi dan pemanasan cepat umumnya akan meningkatkan suhu gel secara signifikan, yang menguntungkan untuk produk semen yang dibentuk melalui pencampuran mekanis.

4.3 Pengaruh konsentrasi pada gel panas

Peningkatan konsentrasi larutan biasanya menurunkan suhu gel, dan titik gel dengan CE dengan viskositas rendah lebih tinggi dibandingkan dengan titik gel dengan CE dengan viskositas tinggi. Seperti METHOCEL A. DOW

Suhu gel akan berkurang 10℃ untuk setiap peningkatan 2% konsentrasi produk. Peningkatan konsentrasi produk tipe F sebesar 2% akan menurunkan suhu gel sebesar 4℃.

4.4 Pengaruh aditif pada gelasi termal

Di bidang bahan bangunan, banyak bahan yang merupakan garam anorganik, yang akan berdampak signifikan terhadap suhu gel larutan CE. Tergantung pada apakah aditif bertindak sebagai zat koagulan atau pelarut, beberapa aditif dapat meningkatkan suhu gel termal CE, sementara yang lain dapat menurunkan suhu gel termal CE: misalnya, etanol peningkat pelarut, PEG-400(polietilen glikol) , anediol, dll., dapat meningkatkan titik gel. Garam, gliserin, sorbitol dan zat lainnya akan menurunkan titik gel, CE non-ionik umumnya tidak akan mengendap karena ion logam polivalen, namun bila konsentrasi elektrolit atau zat terlarut lainnya melebihi batas tertentu, produk CE dapat diasinkan dalam larutan, hal ini disebabkan adanya persaingan elektrolit dengan air sehingga mengakibatkan berkurangnya hidrasi CE, Kandungan garam larutan produk CE umumnya sedikit lebih tinggi dibandingkan produk Mc, dan kandungan garamnya sedikit berbeda. di HPMC yang berbeda.

Banyaknya bahan pada produk semen yang akan menyebabkan titik gel CE turun, sehingga pemilihan bahan tambahan harus memperhatikan bahwa hal ini dapat menyebabkan titik gel dan viskositas CE berubah.

5.Kesimpulan

(1) selulosa eter merupakan selulosa alami yang melalui reaksi eterifikasi, mempunyai satuan struktur dasar glukosa dehidrasi, sesuai dengan jenis dan jumlah gugus substituen pada posisi penggantinya serta mempunyai sifat yang berbeda-beda. Eter non-ionik seperti MC dan HPMC dapat digunakan sebagai pengental, zat penahan air, zat pemasukan udara dan lainnya yang banyak digunakan dalam produk bahan bangunan.

(2) CE memiliki kelarutan yang unik, membentuk larutan pada suhu tertentu (seperti suhu gel), dan membentuk campuran gel padat atau partikel padat pada suhu gel. Metode pelarutan yang utama adalah metode dispersi pencampuran kering, metode dispersi air panas, dan lain-lain, pada produk semen yang umum digunakan adalah metode dispersi pencampuran kering. Kuncinya adalah menyebarkan CE secara merata sebelum larut, membentuk larutan pada suhu rendah.

(3) Konsentrasi larutan, suhu, nilai pH, sifat kimia aditif dan laju pengadukan akan mempengaruhi suhu gel dan viskositas larutan CE, terutama produk semen yang merupakan larutan garam anorganik dalam lingkungan basa, biasanya menurunkan suhu gel dan viskositas larutan CE. , membawa dampak buruk. Oleh karena itu, sesuai dengan karakteristik CE, pertama, harus digunakan pada suhu rendah (di bawah suhu gel), dan kedua, pengaruh aditif harus diperhitungkan.