אתר תאית במוצרים מבוססי מלט

אתר תאית הוא סוג של תוסף רב תכליתי שניתן להשתמש בו במוצרי מלט. מאמר זה מציג את המאפיינים הכימיים של מתיל תאית (MC) ושל הידרוקסיפרופיל מתיל תאית (HPMC /) הנפוצים במוצרי מלט, את השיטה והעיקרון של תמיסת הרשת ואת המאפיינים העיקריים של התמיסה. הירידה בטמפרטורת וצמיגות הג'ל התרמי במוצרי מלט נדונה בהתבסס על ניסיון ייצור מעשי.

מילות מפתח:אתר תאית; מתיל תאית;תאית מתיל הידרוקסיפרופיל; טמפרטורת ג'ל חם; צְמִיגוּת

1. סקירה כללית

אתר תאית (בקיצור CE) עשוי מתאית באמצעות תגובת אתריפיקציה של חומר מאתר אחד או כמה וטחינה יבשה. ניתן לחלק את ה-CE לסוגים יוניים ולא-יוניים, ביניהם סוג לא-יוני CE בגלל מאפייני הג'ל התרמיים הייחודיים ומסיסותו, עמידות למלח, עמידות בחום ובעלת פעילות פני השטח מתאימה. זה יכול לשמש כחומר שומר מים, חומר השעיה, מתחלב, חומר ליצירת סרטים, חומר סיכה, דבק ומשפר ריאולוגי. אזורי הצריכה הזרה העיקריים הם ציפוי לטקס, חומרי בניין, קידוחי נפט וכן הלאה. בהשוואה למדינות זרות, הייצור והיישום של CE מסיס במים עדיין בחיתוליו. עם שיפור המודעות לבריאות ולסביבה של אנשים. CE מסיס במים, שאינו מזיק לפיזיולוגיה ואינו מזהם את הסביבה, יזכה להתפתחות רבה.

בתחום חומרי הבנייה הנבחרים בדרך כלל CE הוא מתיל תאית (MC) ו- hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), יכול לשמש כחומרי צבע, טיח, טיט ומלט פלסטיזר, חומר צמיג, חומר שמירה על מים, חומר סחף אוויר וחומר מעכב. רוב תעשיית חומרי הבניין משמשת בטמפרטורה רגילה, תנאי השימוש הם אבקת תערובת יבשה ומים, פחות מערבים את מאפייני הפירוק ומאפייני הג'ל החם של CE, אך בייצור ממוכן של מוצרי מלט ותנאי טמפרטורה מיוחדים אחרים, מאפיינים אלה של CE ישחק תפקיד מלא יותר.

2. תכונות כימיות של CE

CE מתקבל על ידי טיפול בתאית באמצעות סדרה של שיטות כימיות ופיזיקליות. על פי מבנה ההחלפה הכימי השונה, ניתן לחלק בדרך כלל ל: MC, HPMC, תאית הידרוקסיאתיל (HEC) וכו': לכל CE יש את המבנה הבסיסי של תאית - גלוקוז מיובש. בתהליך ייצור CE, סיבי תאית מחוממים תחילה בתמיסה אלקלית ולאחר מכן מטופלים בחומרים מאתרים. תוצרי התגובה הסיביים מטוהרים ומפורקים ליצירת אבקה אחידה בעדינות מסוימת.

תהליך הייצור של MC משתמש רק במתאן כלוריד כחומר מאתר. בנוסף לשימוש במתאן כלוריד, בייצור HPMC נעשה שימוש גם בפרופילן אוקסיד כדי להשיג קבוצות תחליפי הידרוקסיפרופיל. ל-CE שונים יש שיעורי החלפת מתיל והידרוקסיפרופיל שונים, המשפיעים על התאימות האורגנית וטמפרטורת הג'ל התרמית של תמיסת CE.

ניתן לבטא את מספר קבוצות ההחלפה ביחידות המבנה של גלוקוז מיובשות של תאית באחוז המסה או במספר הממוצע של קבוצות החלפה (כלומר, DS - דרגת החלפה). מספר קבוצות התחליפים קובע את המאפיינים של מוצרי CE. ההשפעה של דרגת ההחלפה הממוצעת על מסיסות מוצרי האתריפיקציה היא כדלקמן:

(1) דרגת החלפה נמוכה מסיס בלוב;

(2) דרגת תחליף מעט גבוהה המסיס במים;

(3) רמה גבוהה של החלפה מומסת בממיסים אורגניים קוטביים;

(4) דרגת החלפה גבוהה יותר המומסת בממיסים אורגניים לא קוטביים.

3. שיטת פירוק של CE

ל-CE תכונת מסיסות ייחודית, כאשר הטמפרטורה עולה לטמפרטורה מסוימת, הוא אינו מסיס במים, אך מתחת לטמפרטורה זו, מסיסותו תגדל עם ירידת הטמפרטורה. CE מסיס במים קרים (ובמקרים מסוימים בממיסים אורגניים ספציפיים) בתהליך של התנפחות והידרציה. לתמיסות CE אין את מגבלות המסיסות הברורות המופיעות בהמסה של מלחים יוניים. ריכוז ה-CE מוגבל בדרך כלל לצמיגות הניתנת לשליטה על ידי ציוד הייצור, וכן משתנה בהתאם לצמיגות ולמגוון הכימי הנדרש על ידי המשתמש. ריכוז התמיסה של CE עם צמיגות נמוכה הוא בדרך כלל 10% ~ 15%, ו-CE עם צמיגות גבוהה מוגבל בדרך כלל ל-2% ~ 3%. סוגים שונים של CE (כגון אבקה או אבקה מטופלת משטח או גרגירי) יכולים להשפיע על אופן הכנת התמיסה.

3.1 CE ללא טיפול משטח

למרות ש-CE מסיס במים קרים, יש לפזר אותו לחלוטין במים כדי למנוע גושים. במקרים מסוימים, ניתן להשתמש במיקסר או במשפך במהירות גבוהה במים קרים לפיזור אבקת CE. עם זאת, אם מוסיפים את האבקה הלא מטופלת ישירות למים קרים מבלי לערבב מספיק, יווצרו גושים משמעותיים. הסיבה העיקרית לעוגה היא שחלקיקי אבקת CE אינם רטובים לחלוטין. כאשר רק חלק מהאבקה מומס, ייווצר שכבת ג'ל שמונעת מהאבקה הנותרת להמשיך ולהתמוסס. לכן, לפני הפירוק, יש לפזר את חלקיקי ה-CE במלואם ככל האפשר. שתי שיטות הפיזור הבאות משמשות בדרך כלל.

3.1.1 שיטת פיזור תערובת יבשה

שיטה זו משמשת לרוב במוצרי מלט. לפני הוספת מים, ערבבו אבקה אחרת עם אבקת CE באופן שווה, כך שחלקיקי אבקת CE יתפזרו. יחס ערבוב מינימלי: אבקה אחרת: אבקת CE =(3 ~ 7): 1.

בשיטה זו, פיזור CE הושלם במצב יבש, תוך שימוש באבקה אחרת כאמצעי לפיזור חלקיקי CE זה עם זה, כדי למנוע את ההתקשרות ההדדית של חלקיקי CE בעת הוספת מים ומשפיעה על פירוק נוסף. לכן אין צורך במים חמים לפיזור, אך קצב הפירוק תלוי בחלקיקי האבקה ובתנאי הערבול.

3.1.2 שיטת פיזור מים חמים

(1) ה-1/5~1/3 הראשון של חימום המים הנדרש ל-90C מעל, הוסף CE, ולאחר מכן ערבב עד שכל החלקיקים יתפזרו רטובים, ולאחר מכן הוסיפו את יתר המים במים קרים או קרח כדי להפחית את הטמפרטורה של תמיסה, ברגע שהגיעה לטמפרטורת פירוק CE, האבקה החלה להתייבש, הצמיגות עלתה.

(2) ניתן גם לחמם את כל המים, ולאחר מכן להוסיף CE כדי לערבב תוך כדי קירור עד להשלמת ההידרציה. קירור מספיק חשוב מאוד להידרציה מלאה של CE ויצירת צמיגות. לצמיגות אידיאלית, יש לקרר את תמיסת MC ל-0~5℃, בעוד ש-HPMC צריך להיות מקורר רק ל-20~25℃ ומטה. מכיוון שהידרציה מלאה דורשת קירור מספק, פתרונות HPMC משמשים בדרך כלל כאשר לא ניתן להשתמש במים קרים: לפי המידע, ל-HPMC יש פחות הפחתת טמפרטורה מאשר MC בטמפרטורות נמוכות יותר כדי להשיג את אותה צמיגות. ראוי לציין ששיטת פיזור מים חמים רק גורמת לחלקיקי CE להתפזר באופן שווה בטמפרטורה גבוהה יותר, אך לא נוצרת פתרון בשלב זה. כדי לקבל תמיסה עם צמיגות מסוימת, יש לקרר אותה שוב.

3.2 אבקת CE מתפזרת מטופלת על פני השטח

במקרים רבים, CE נדרש להיות בעל מאפייני הידרציה (היווצרות צמיגות) גם מתפזרים וגם מהירים במים קרים. CE מטופל על פני השטח אינו מסיס באופן זמני במים קרים לאחר טיפול כימי מיוחד, המבטיח שכאשר CE מתווסף למים, הוא לא ייצור מיד צמיגות ברורה וניתן לפזר אותו בתנאי כוח גזירה קטנים יחסית. "זמן ההשהיה" של הידרציה או היווצרות צמיגות הוא תוצאה של השילוב של מידת טיפול פני השטח, טמפרטורה, pH של המערכת וריכוז תמיסת CE. העיכוב של הידרציה מופחת בדרך כלל בריכוזים גבוהים יותר, טמפרטורות ורמות pH גבוהות יותר. אולם באופן כללי, ריכוז ה-CE אינו נחשב עד שהוא מגיע ל-5% (יחס המסה של המים).

לקבלת התוצאות הטובות ביותר והידרציה המלאה, יש לערבב את ה-CE שטופל במשטח במשך מספר דקות בתנאים ניטרליים, עם טווח ה-pH בין 8.5 ל-9.0, עד שמגיעים לצמיגות המקסימלית (בדרך כלל 10-30 דקות). ברגע שה-pH משתנה לבסיסי (pH 8.5 עד 9.0), ה-CE המטופל על פני השטח מתמוסס לחלוטין ומהיר, והתמיסה יכולה להיות יציבה ב-pH 3 עד 11. עם זאת, חשוב לציין שהתאמת ה-pH של תמיסת ריכוז גבוהה יגרום לצמיגות להיות גבוהה מדי לשאיבה ולמזיגה. יש להתאים את ה-pH לאחר דילול התרחיץ לריכוז הרצוי.

לסיכום, תהליך הפירוק של CE כולל שני תהליכים: פיזור פיזי ופירוק כימי. המפתח הוא לפזר חלקיקי CE זה בזה לפני הפירוק, כדי למנוע צבירה עקב צמיגות גבוהה במהלך פירוק בטמפרטורה נמוכה, מה שישפיע על פירוק נוסף.

4. מאפייני פתרון CE

סוגים שונים של תמיסות מימיות של CE יגלטו בטמפרטורות הספציפיות שלהן. הג'ל הפיך לחלוטין ויוצר תמיסה כאשר הוא מתקרר שוב. הג'ילה התרמית הפיכה של CE היא ייחודית. במוצרי מלט רבים, השימוש העיקרי בצמיגות של CE ותכונות החזקת המים והסיכה המתאימות, והצמיגות וטמפרטורת הג'ל יש קשר ישיר, מתחת לטמפרטורת הג'ל, ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, כך צמיגות ה-CE גבוהה יותר, ככל שהביצועים המתאימים לאגירת מים טובים יותר.

ההסבר הנוכחי לתופעת הג'ל הוא כזה: בתהליך הפירוק הדבר דומה

מולקולות הפולימר של החוט מתחברות עם השכבה המולקולרית של המים, וכתוצאה מכך נפיחות. מולקולות מים פועלות כמו שמן סיכה, שיכול לפרק שרשראות ארוכות של מולקולות פולימריות, כך שלתמיסה יש תכונות של נוזל צמיג שקל לזרוק. כאשר הטמפרטורה של התמיסה עולה, פולימר התאית מאבד בהדרגה מים וצמיגות התמיסה יורדת. כאשר מגיעים לנקודת הג'ל, הפולימר מתייבש לחלוטין, וכתוצאה מכך הקישור בין הפולימרים ויצירת הג'ל: חוזק הג'ל ממשיך לעלות ככל שהטמפרטורה נשארת מעל נקודת הג'ל.

כשהתמיסה מתקררת, הג'ל מתחיל להתהפך והצמיגות יורדת. לבסוף, הצמיגות של תמיסת הקירור חוזרת לעקומת עליית הטמפרטורה הראשונית ועולה עם ירידת הטמפרטורה. ניתן לקרר את התמיסה לערך הצמיגות הראשוני שלה. לכן, תהליך הג'ל התרמי של CE הוא הפיך.

התפקיד העיקרי של CE במוצרי מלט הוא כחומר חומר צמיג, פלטש וחומר שמירה על מים, כך שאופן השליטה בצמיגות וטמפרטורת הג'ל הפך לגורם חשוב במוצרי מלט בדרך כלל משתמשים בנקודת טמפרטורת הג'ל הראשונית שלו מתחת לקטע של העקומה, כך שככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, הצמיגות גבוהה יותר, כך ההשפעה ברורה יותר של החזקת מים מצמיג. תוצאות הבדיקה של קו ייצור לוח צמנט שחול מראות גם שככל שטמפרטורת החומר נמוכה יותר תחת אותה תוכן של CE, כך השפעת הצמיגות ואגירת המים טובה יותר. מכיוון שמערכת המלט היא מערכת מאפיינים פיזיקליים וכימיים מורכבים ביותר, ישנם גורמים רבים המשפיעים על שינוי טמפרטורת וצמיגות ג'ל CE. וההשפעה של מגמות ודרגות שונות של Taianin אינן זהות, כך שהיישום המעשי מצא גם שלאחר ערבוב מערכת מלט, נקודת טמפרטורת הג'ל בפועל של CE (כלומר, הירידה באפקט החזקת הדבק והמים ברורה מאוד בטמפרטורה זו ) נמוכות מטמפרטורת הג'ל המצוינת על ידי המוצר, לכן, בבחירת מוצרי CE כדי לקחת בחשבון את הגורמים הגורמים לירידת טמפרטורת הג'ל. להלן הגורמים העיקריים שלדעתנו משפיעים על הצמיגות וטמפרטורת הג'ל של תמיסת CE במוצרי מלט.

4.1 השפעת ערך ה-pH על הצמיגות

MC ו- HPMC הם לא יוניים, כך שלצמיגות התמיסה מאשר הצמיגות של דבק יוני טבעי יש טווח רחב יותר של יציבות DH, אך אם ערך ה-pH חורג מהטווח של 3 ~ 11, הם יפחיתו בהדרגה את הצמיגות ב- טמפרטורה גבוהה יותר או באחסון לתקופה ארוכה, במיוחד פתרון בעל צמיגות גבוהה. הצמיגות של תמיסת CE יורדת בחומצה חזקה או בתמיסת בסיס חזקה, דבר הנובע בעיקר מהתייבשות של CE הנגרמת על ידי בסיס וחומצה. לכן, הצמיגות של CE יורדת בדרך כלל במידה מסוימת בסביבה הבסיסית של מוצרי מלט.

4.2 השפעת קצב החימום והערבול על תהליך הג'ל

טמפרטורת נקודת הג'ל תושפע מההשפעה המשולבת של קצב החימום וקצב הגזירה בחישה. ערבוב במהירות גבוהה וחימום מהיר בדרך כלל יעלו את טמפרטורת הג'ל באופן משמעותי, דבר המתאים למוצרי מלט הנוצרים על ידי ערבוב מכני.

4.3 השפעת הריכוז על ג'ל חם

הגדלת ריכוז התמיסה מורידה בדרך כלל את טמפרטורת הג'ל, ונקודות הג'ל של CE בצמיגות נמוכה גבוהות מאלה של CE בצמיגות גבוהה. כמו METHOCEL A של DOW

טמפרטורת הג'ל תופחת ב-10℃ עבור כל עלייה של 2% בריכוז המוצר. עלייה של 2% בריכוז של מוצרים מסוג F תפחית את טמפרטורת הג'ל ב-4℃.

4.4 השפעת תוספים על ג'לציה תרמית

בתחום חומרי הבניין, חומרים רבים הם מלחים אנאורגניים, שתהיה להם השפעה משמעותית על טמפרטורת הג'ל של תמיסת CE. תלוי אם התוסף פועל כחומר קרישה או כמסיס, תוספים מסוימים יכולים להגביר את טמפרטורת הג'ל התרמי של CE, בעוד שאחרים יכולים להפחית את טמפרטורת הג'ל התרמי של CE: למשל, אתנול משפר ממס, PEG-400 (פוליאתילן גליקול) , אנידיול וכו' יכולים להגביר את נקודת הג'ל. מלחים, גליצרין, סורביטול וחומרים אחרים יפחיתו את נקודת הג'ל, CE לא-יוני בדרך כלל לא ייווצר עקב יוני מתכת רב-ערכיים, אך כאשר ריכוז האלקטרוליטים או חומרים מומסים אחרים חורגים מגבול מסוים, ניתן להמלח את מוצרי CE ב פתרון, זה נובע מהתחרות של אלקטרוליטים למים, וכתוצאה מכך להפחתת הידרציה של CE, תכולת המלח בתמיסת מוצר CE היא בדרך כלל מעט גבוהה מזו של מוצר Mc, ותכולת המלח שונה במקצת ב- HPMC שונים.

מרכיבים רבים במוצרי צמנט יגרמו לנקודת הג'ל של CE לרדת, ולכן בחירת התוספים צריכה לקחת בחשבון שהדבר עלול לגרום לנקודת הג'ל וצמיגות השינויים ב-CE.

5.מסקנה

(1) אתר תאית הוא תאית טבעית באמצעות תגובת אתריפיקציה, יש לו את היחידה המבנית הבסיסית של גלוקוז מיובש, בהתאם לסוג ומספר הקבוצות התחליפים במיקום ההחלפה שלו ויש לו תכונות שונות. האתר הלא-יוני כגון MC ו- HPMC יכול לשמש כחומר צמיגי, חומר שמירה על מים, חומר סחף אוויר ועוד בשימוש נרחב במוצרי חומרי בניין.

(2) ל-CE יש מסיסות ייחודית, יצירת תמיסה בטמפרטורה מסוימת (כגון טמפרטורת ג'ל), ויצירת ג'ל מוצק או תערובת חלקיקים מוצקים בטמפרטורת ג'ל. שיטות הפירוק העיקריות הן שיטת פיזור ערבוב יבש, שיטת פיזור מים חמים וכו', במוצרי מלט הנפוץ היא שיטת פיזור ערבוב יבש. המפתח הוא לפזר CE באופן שווה לפני שהוא מתמוסס, יצירת תמיסה בטמפרטורות נמוכות.

(3) ריכוז תמיסה, טמפרטורה, ערך pH, תכונות כימיות של תוספים וקצב ערבוב ישפיעו על טמפרטורת הג'ל והצמיגות של תמיסת CE, במיוחד מוצרי מלט הם תמיסות מלח אנאורגניות בסביבה אלקלית, בדרך כלל מפחיתים את טמפרטורת הג'ל והצמיגות של תמיסת CE. , מביא להשפעות שליליות. לכן, על פי המאפיינים של CE, ראשית, יש להשתמש בו בטמפרטורה נמוכה (מתחת לטמפרטורת הג'ל), ושנית, יש לקחת בחשבון את השפעת התוספים.