Цемент негізіндегі өнімдердегі целлюлоза эфирі

Целлюлоза эфирі цемент өнімдерінде қолдануға болатын көп мақсатты қоспаның бір түрі болып табылады. Бұл жұмыста цемент өнімдерінде жиі қолданылатын метилцеллюлоза (MC) және гидроксипропилметилцеллюлозаның (HPMC/) химиялық қасиеттері, таза ерітіндінің әдісі мен принципі және ерітіндінің негізгі сипаттамалары берілген. Цемент өнімдеріндегі термиялық гель температурасы мен тұтқырлығының төмендеуі практикалық өндірістік тәжірибе негізінде талқыланды.

Негізгі сөздер:целлюлоза эфирі; метилцеллюлоза;Гидроксипропилметилцеллюлоза; Ыстық гель температурасы; тұтқырлық

1. Шолу

Целлюлоза эфирі (қысқаша CE) бір немесе бірнеше эфирлеуші ​​агенттердің эфирлену реакциясы және құрғақ ұнтақтау арқылы целлюлозадан жасалады. CE иондық және иондық емес түрлерге бөлуге болады, олардың арасында иондық емес түрі CE, өйткені оның бірегей термиялық гель сипаттамалары мен ерігіштігі, тұзға төзімділігі, ыстыққа төзімділігі және тиісті беттік белсенділігі бар. Ол суды сақтайтын агент, суспензия агенті, эмульгатор, қабық түзетін агент, майлаушы, желім және реологиялық жақсартқыш ретінде қолданылуы мүмкін. Шетелдік тұтынудың негізгі бағыттары латекс жабындары, құрылыс материалдары, мұнай бұрғылау және т.б. Шет елдермен салыстырғанда суда еритін СЭ өндіру және қолдану әлі бастапқы сатысында. Адамдардың денсаулығы мен қоршаған ортаны қорғау санасын жақсартумен. Физиологияға зиянсыз және қоршаған ортаны ластамайтын суда еритін СЭ үлкен дамуға ие болады.

Құрылыс материалдары саласында әдетте CE таңдалған метилцеллюлоза (MC) және гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC), бояу, сылақ, ерітінді және цемент өнімдерін пластификатор, тұтқыр, су ұстағыш, ауа сіңіргіш және баяулататын агент ретінде пайдаланылуы мүмкін. Құрылыс материалдары өнеркәсібінің көпшілігі қалыпты температурада қолданылады, құрғақ қоспа ұнтағы мен суды пайдалану жағдайлары, CE-нің еру сипаттамалары мен ыстық гель сипаттамаларын азырақ қамтиды, бірақ цемент өнімдерін механикаландырылған өндірісте және басқа да ерекше температуралық жағдайларда бұл сипаттамалар CE толық рөл атқаратын болады.

2. CE химиялық қасиеттері

CE бірқатар химиялық және физикалық әдістер арқылы целлюлозаны өңдеу арқылы алынады. Әртүрлі химиялық алмастыру құрылымына сәйкес әдетте мыналарға бөлуге болады: MC, HPMC, гидроксиэтил целлюлоза (HEC) және т. СЭ алу процесінде целлюлоза талшықтары алдымен сілтілі ерітіндіде қыздырылады, содан кейін эфирлеуші ​​заттармен өңделеді. Талшықты реакция өнімдері тазартылады және белгілі бір нәзіктіктегі біркелкі ұнтақ түзеді.

МК өндірісі тек эфирлеуші ​​агент ретінде метан хлоридін пайдаланады. Метан хлоридін пайдаланудан басқа, HPMC өндірісінде гидроксипропил алмастырғыш топтарын алу үшін пропилен оксиді де қолданылады. Әртүрлі CE әртүрлі метил және гидроксипропилді алмастыру жылдамдығына ие, бұл органикалық үйлесімділікке және CE ерітіндісінің термиялық гель температурасына әсер етеді.

Сусыздандырылған глюкозаның целлюлозаның құрылымдық бөлімшелеріндегі алмастыру топтарының саны массаның пайызымен немесе алмастыру топтарының орташа санымен көрсетілуі мүмкін (яғни, DS — Ауыстыру дәрежесі). Орынбасар топтардың саны CE өнімдерінің қасиеттерін анықтайды. Орташа алмастыру дәрежесінің эфирлеу өнімдерінің ерігіштігіне әсері келесідей:

(1) қышқылда еритін төмен алмастыру дәрежесі;

(2) суда еритін алмастырудың сәл жоғары дәрежесі;

(3) полярлы органикалық еріткіштерде ерітілген алмастырудың жоғары дәрежесі;

(4) Полярлы емес органикалық еріткіштерде ерітілген алмастырудың жоғары дәрежесі.

3. CE еріту әдісі

СЭ бірегей ерігіштік қасиетіне ие, температура белгілі бір температураға дейін көтерілгенде, ол суда ерімейді, бірақ бұл температурадан төмен температураның төмендеуімен оның ерігіштігі артады. CE ісіну және ылғалдану процесі арқылы суық суда (кейбір жағдайларда арнайы органикалық еріткіштерде) ериді. CE ерітінділерінде иондық тұздарды еріту кезінде пайда болатын айқын ерігіштік шектеулері жоқ. CE концентрациясы әдетте өндірістік жабдықпен басқарылатын тұтқырлықпен шектеледі, сонымен қатар тұтқырлық пен тұтынушы талап ететін химиялық әртүрлілікке байланысты өзгереді. Тұтқырлығы төмен CE ерітіндісінің концентрациясы әдетте 10% ~ 15% құрайды, ал жоғары тұтқырлығы CE әдетте 2% ~ 3% шектеледі. CE әртүрлі түрлері (мысалы, ұнтақ немесе беті өңделген ұнтақ немесе түйіршікті) ерітіндінің дайындалуына әсер етуі мүмкін.

3.1 CE беттік өңдеусіз

СЕ суық суда еритін болса да, жиналып қалмас үшін суда толығымен дисперсті болуы керек. Кейбір жағдайларда CE ұнтағын тарату үшін суық суда жоғары жылдамдықты араластырғыш немесе шұңқыр қолданылуы мүмкін. Дегенмен, өңделмеген ұнтақты суық суға жеткілікті түрде араластырмай қоссаңыз, айтарлықтай түйіршіктер пайда болады. Кептірудің негізгі себебі - CE ұнтағының бөлшектері толығымен дымқыл емес. Ұнтақтың бір бөлігі ғана еріген кезде, қалған ұнтақтың еруін жалғастыруын болдырмайтын гельдік пленка пайда болады. Сондықтан, еріту алдында CE бөлшектері мүмкіндігінше толық дисперсті болуы керек. Төмендегі екі дисперсия әдісі жиі қолданылады.

3.1.1 Құрғақ қоспаның дисперсия әдісі

Бұл әдіс көбінесе цемент өнімдерінде қолданылады. Суды қоспас бұрын, басқа ұнтақты CE ұнтағымен біркелкі араластырыңыз, осылайша CE ұнтағы бөлшектері таралады. Ең аз араластыру коэффициенті: Басқа ұнтақ: CE ұнтағы =(3 ~ 7) : 1.

Бұл әдісте CE дисперсиясы құрғақ күйде аяқталады, суды қосқанда және одан әрі ерітуге әсер еткенде CE бөлшектерінің өзара байланысын болдырмау үшін CE бөлшектерін бір-бірімен тарату үшін орта ретінде басқа ұнтақты пайдаланады. Сондықтан дисперсия үшін ыстық су қажет емес, бірақ еру жылдамдығы ұнтақ бөлшектеріне және араластыру жағдайларына байланысты.

3.1.2 Ыстық суды дисперсиялау әдісі

(1) Қажетті судың алғашқы 1/5~1/3 бөлігін 90С жоғары қыздырыңыз, CE қосыңыз, содан кейін барлық бөлшектер дымқыл тарағанша араластырыңыз, содан кейін қалған суды салқын немесе мұзды судағы температураны төмендету үшін қосыңыз. ерітінді, CE еріту температурасына жеткенде, ұнтақ гидратлана бастады, тұтқырлығы жоғарылады.

(2) Сондай-ақ барлық суды жылытуға болады, содан кейін ылғалдандыру аяқталғанша салқындату кезінде араластыру үшін CE қосыңыз. СЭ толық гидратация және тұтқырлықтың қалыптасуы үшін жеткілікті салқындату өте маңызды. Идеал тұтқырлық үшін MC ерітіндісін 0~5℃ дейін салқындату керек, ал HPMC тек 20~25℃ немесе одан төмен салқындату керек. Толық ылғалдандыру жеткілікті салқындатуды қажет ететіндіктен, HPMC ерітінділері әдетте суық суды пайдалану мүмкін емес жерлерде қолданылады: ақпаратқа сәйкес, HPMC бірдей тұтқырлыққа жету үшін төмен температураларда MC-ге қарағанда температураны төмендетеді. Айта кету керек, ыстық су дисперсиясы әдісі тек CE бөлшектерін жоғары температурада біркелкі дисперсті етеді, бірақ бұл уақытта ерітінді түзілмейді. Белгілі бір тұтқырлығы бар ерітінді алу үшін оны қайтадан салқындату керек.

3.2 Беткі өңделген дисперсиялық CE ұнтағы

Көптеген жағдайларда CE суық суда дисперсті және жылдам ылғалдану (тұтқырлықты құрайтын) сипаттамаларға ие болуы керек. Беткі өңдеуден өткен CE арнайы химиялық өңдеуден кейін суық суда уақытша ерімейді, бұл CE суға қосылған кезде бірден айқын тұтқырлықты қалыптастырмайтынын және салыстырмалы түрде аз ығысу күші жағдайында дисперсті болуын қамтамасыз етеді. Гидратация немесе тұтқырлықтың пайда болуының «кідіріс уақыты» беттік өңдеу дәрежесінің, температураның, жүйенің рН және CE ерітіндісінің концентрациясының үйлесімінің нәтижесі болып табылады. Гидратацияның кешігуі әдетте жоғары концентрацияларда, температураларда және рН деңгейінде азаяды. Жалпы алғанда, CE концентрациясы 5% (судың массалық қатынасы) жеткенше ескерілмейді.

Ең жақсы нәтиже және толық ылғалдандыру үшін бетті өңделген CE бейтарап жағдайда, рН 8,5-тен 9,0-ге дейінгі диапазонмен максималды тұтқырлыққа жеткенше (әдетте 10-30 минут) бірнеше минут бойы араластырылуы керек. рН негізгіге өзгергеннен кейін (рН 8,5-тен 9,0-ге дейін), өңделген CE беті толығымен және тез ериді және ерітінді рН 3-тен 11-ге дейін тұрақты болуы мүмкін. Дегенмен, жоғары концентрациялы суспензияның рН деңгейін реттеу маңызды екенін ескеру қажет. айдау және құю үшін тұтқырлықтың тым жоғары болуына әкеледі. Шламды қажетті концентрацияға дейін сұйылтқаннан кейін рН реттеу керек.

Қорытындылай келе, CE еріту процесі екі процесті қамтиды: физикалық дисперсия және химиялық еру. Ең бастысы, төмен температурада еріту кезінде жоғары тұтқырлыққа байланысты агломерацияны болдырмау үшін CE бөлшектерін еріту алдында бір-бірімен тарату, бұл әрі қарай ерітуге әсер етеді.

4. CE ерітіндісінің қасиеттері

CE су ерітінділерінің әртүрлі түрлері өздерінің арнайы температураларында гельденеді. Гель толығымен қайтымды және қайтадан салқындаған кезде ерітінді құрайды. CE қайтымды термиялық гельденуі бірегей. Көптеген цемент өнімдерінде CE тұтқырлығының негізгі қолданылуы және сәйкес суды ұстау және майлау қасиеттері және тұтқырлық пен гель температурасы тікелей байланысқа ие, гель температурасының астында температура неғұрлым төмен болса, CE тұтқырлығы соғұрлым жоғары болады, сәйкес суды сақтау өнімділігі соғұрлым жақсырақ.

Гель құбылысының қазіргі түсіндірмесі мынада: еріту процесінде бұл ұқсас

Жіптің полимерлі молекулалары судың молекулалық қабатымен байланысады, нәтижесінде ісіну пайда болады. Су молекулалары майлау майы сияқты әрекет етеді, ол полимер молекулаларының ұзын тізбектерін ажырата алады, сондықтан ерітіндіде оңай төгілетін тұтқыр сұйықтық қасиеттері болады. Ерітінді температурасы жоғарылағанда целлюлоза полимері суды біртіндеп жоғалтады және ерітіндінің тұтқырлығы төмендейді. Гель нүктесіне жеткенде, полимер толығымен сусызданады, нәтижесінде полимерлер арасындағы байланыс пен гельдің түзілуі орын алады: температура гель нүктесінен жоғары болған сайын гельдің беріктігі арта береді.

Ерітінді салқындаған сайын гель кері айнала бастайды және тұтқырлығы төмендейді. Соңында, салқындатқыш ерітіндінің тұтқырлығы бастапқы температураның көтерілу қисығына оралады және температураның төмендеуімен артады. Ерітіндіні бастапқы тұтқырлық мәніне дейін салқындатуға болады. Сондықтан CE термиялық гель процесі қайтымды.

Цемент өнімдерінде CE негізгі рөлі тұтқырлық, пластификатор және суды ұстап тұру агенті болып табылады, сондықтан тұтқырлық пен гель температурасын қалай бақылау цемент өнімдерінде маңызды факторға айналды, әдетте оның бастапқы гель температурасының нүктесі қисық кесіндінің астына қолданылады, сондықтан температура неғұрлым төмен болса, тұтқырлық соғұрлым жоғары болса, тұтқыр суды ұстаудың әсері соғұрлым айқын болады. Экструзиялық цемент тақтасын өндіру желісінің сынақ нәтижелері сонымен қатар материалдың температурасы CE бірдей мазмұнда неғұрлым төмен болса, тұтқырлық пен суды ұстау әсері соғұрлым жақсы болатындығын көрсетеді. Цемент жүйесі өте күрделі физикалық және химиялық қасиет жүйесі болғандықтан, CE гелінің температурасы мен тұтқырлығының өзгеруіне әсер ететін көптеген факторлар бар. Әр түрлі Taianin үрдісі мен дәрежесінің әсері бірдей емес, сондықтан практикалық қолдану цемент жүйесін араластырғаннан кейін CE нақты гель температурасының нүктесі (яғни, бұл температурада желім мен суды ұстау әсерінің төмендеуі өте айқын екенін анықтады. ) өнім көрсеткен гель температурасынан төмен, сондықтан CE өнімдерін таңдауда гель температурасының төмендеуіне әкелетін факторларды ескеру қажет. Төменде цемент өнімдеріндегі CE ерітіндісінің тұтқырлығы мен гель температурасына әсер ететін негізгі факторлар болып табылады.

4.1 РН мәнінің тұтқырлыққа әсері

MC және HPMC иондық емес, сондықтан табиғи иондық желімнің тұтқырлығына қарағанда ерітіндінің тұтқырлығы DH тұрақтылығының кең диапазонына ие, бірақ рН мәні 3 ~ 11 диапазонынан асып кетсе, олар тұтқырлықты бірте-бірте төмендетеді. жоғарырақ температурада немесе ұзақ уақыт сақтауда, әсіресе тұтқырлығы жоғары ерітінді. CE өнімінің ерітіндісінің тұтқырлығы күшті қышқыл немесе күшті негіз ерітіндісінде төмендейді, бұл негізінен негіз мен қышқылдан туындаған СЭ сусыздануымен байланысты. Сондықтан CE тұтқырлығы әдетте цемент өнімдерінің сілтілі ортасында белгілі бір дәрежеде төмендейді.

4.2 Гель процесіне қыздыру жылдамдығының және араластырудың әсері

Гель нүктесінің температурасына қыздыру жылдамдығы мен араластырудың ығысу жылдамдығының бірлескен әсері әсер етеді. Жоғары жылдамдықпен араластыру және жылдам қыздыру, әдетте, гель температурасын айтарлықтай арттырады, бұл механикалық араластыру арқылы түзілетін цемент өнімдері үшін қолайлы.

4.3 Ыстық гельге концентрацияның әсері

Ерітінді концентрациясын жоғарылату әдетте гель температурасын төмендетеді, ал төмен тұтқырлығы CE гель нүктелері жоғары тұтқырлығы СЕ-ге қарағанда жоғары. Мысалы, DOW METHOCEL A

Өнім концентрациясының әрбір 2%-ға жоғарылауы үшін гель температурасы 10℃ төмендейді. F-типті өнімдер концентрациясының 2%-ға артуы гель температурасын 4℃-ге төмендетеді.

4.4 Қоспалардың термиялық гельденуге әсері

Құрылыс материалдары саласында көптеген материалдар бейорганикалық тұздар болып табылады, олар СЕ ерітіндісінің гель температурасына айтарлықтай әсер етеді. Қоспаның коагулянт немесе еріткіш ретінде әрекет етуіне байланысты кейбір қоспалар CE термиялық гель температурасын жоғарылатуы мүмкін, ал басқалары CE термиялық гель температурасын төмендетуі мүмкін: мысалы, еріткішті жақсартатын этанол, PEG-400 (полиэтиленгликоль) , андиол және т.б. гель нүктесін жоғарылатуы мүмкін. Тұздар, глицерин, сорбит және басқа заттар гель нүктесін төмендетеді, иондық емес CE әдетте поливалентті металл иондарына байланысты тұнба болмайды, бірақ электролит концентрациясы немесе басқа еріген заттар белгілі бір шектен асқанда, CE өнімдерін тұздауға болады. ерітінді, бұл электролиттердің суға бәсекелестігіне байланысты, нәтижесінде CE гидратациясының төмендеуіне әкеледі, СЕ өнімінің ерітіндісіндегі тұз мөлшері әдетте Mc өніміне қарағанда сәл жоғары, ал тұз мөлшері сәл өзгеше. әртүрлі HPMC-де.

Цемент өнімдеріндегі көптеген ингредиенттер гель нүктесін CE төмендетеді, сондықтан қоспаларды таңдауда бұл гель нүктесі мен CE тұтқырлығының өзгеруіне әкелуі мүмкін екенін ескеру керек.

5. Қорытынды

(1) целлюлоза эфирі эфирлену реакциясы арқылы табиғи целлюлоза болып табылады, оның алмастыру позициясы бойынша алмастырғыш топтардың түрі мен санына сәйкес сусыздандырылған глюкозаның негізгі құрылымдық бірлігіне ие және әртүрлі қасиеттерге ие. MC және HPMC сияқты иондық емес эфирді тұтқыр, суды ұстайтын агент, ауа сіңіргіш агент және құрылыс материалдарында кеңінен қолданылатын басқалар ретінде пайдалануға болады.

(2) CE белгілі бір температурада (мысалы, гель температурасы) ерітінді түзетін және гель температурасында қатты гель немесе қатты бөлшектер қоспасын құрайтын бірегей ерігіштікке ие. Ерітудің негізгі әдістері құрғақ араластыру дисперсия әдісі, ыстық су дисперсия әдісі және т.б., цемент өнімдерінде әдетте құрғақ араластыру дисперсия әдісі қолданылады. Ең бастысы - төмен температурада ерітінді құра отырып, CE ерігенге дейін біркелкі тарату.

(3) Ерітінді концентрациясы, температура, рН мәні, қоспалардың химиялық қасиеттері және араластыру жылдамдығы гель температурасына және CE ерітіндісінің тұтқырлығына әсер етеді, әсіресе цемент өнімдері сілтілі ортадағы бейорганикалық тұз ерітінділері болып табылады, әдетте CE ерітіндісінің гель температурасы мен тұтқырлығын төмендетеді. , жағымсыз әсерлер әкеледі. Сондықтан СЭ сипаттамаларына сәйкес, біріншіден, оны төмен температурада (гель температурасынан төмен) пайдалану керек, екіншіден, қоспалардың әсерін ескеру керек.