시멘트 기반 제품의 셀룰로오스 에테르

셀룰로오스 에테르는 시멘트 제품에 사용할 수 있는 일종의 다목적 첨가제입니다. 본 논문에서는 시멘트 제품에 흔히 사용되는 메틸셀룰로오스(MC)와 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC/)의 화학적 성질, 망용액의 제조방법과 원리, 용액의 주요 특징을 소개한다. 시멘트 제품의 열겔 온도 및 점도 감소는 실제 생산 경험을 바탕으로 논의되었습니다.

핵심 단어:셀룰로오스 에테르; 메틸셀룰로오스;하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스; 뜨거운 겔 온도; 점도

1. 개요

셀룰로오스에테르(약칭 CE)는 셀룰로오스를 하나 또는 여러 가지 에테르화제의 에테르화 반응과 건식분쇄를 통해 만들어집니다. CE는 이온형과 비이온형으로 나눌 수 있는데, 그 중 비이온형 CE는 독특한 열 겔 특성과 용해도, 내염성, 내열성으로 인해 적절한 표면 활성을 가지고 있습니다. 보수제, 현탁제, 유화제, 필름 형성제, 윤활제, 접착제 및 유변학적 개선제로 사용할 수 있습니다. 주요 해외 소비 분야는 라텍스 코팅, 건축 자재, 석유 시추 등입니다. 외국과 비교하면 수용성 CE의 생산과 적용은 아직 초기 단계이다. 사람들의 건강과 환경에 대한 인식이 향상되었습니다. 생리에 무해하고 환경을 오염시키지 않는 수용성 CE는 큰 발전을 이룰 것입니다.

건축 자재 분야에서 일반적으로 선택되는 CE는 메틸 셀룰로오스(MC) 및 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스(HPMC)이며 페인트, 석고, 모르타르 및 시멘트 제품 가소제, 점성화제, 보수제, 공기 연행제 및 지연제로 사용할 수 있습니다. 건축 자재 산업의 대부분은 상온에서 사용되며 사용 조건은 건조 혼합 분말과 물이며 CE의 용해 특성 및 핫 겔 특성과 관련이 적지 만 시멘트 제품의 기계화 생산 및 기타 특수 온도 조건에서는 이러한 특성이 CE는 더욱 완전한 역할을 수행할 것입니다.

2. CE의 화학적 성질

CE는 일련의 화학적, 물리적 방법을 통해 셀룰로오스를 처리하여 얻습니다. 다양한 화학적 치환 구조에 따라 일반적으로 MC, HPMC, 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC) 등으로 나눌 수 있습니다. 각 CE는 셀룰로오스(탈수 포도당)의 기본 구조를 가지고 있습니다. CE를 생산하는 과정에서 셀룰로오스 섬유는 먼저 알칼리성 용액에서 가열된 후 에테르화제로 처리됩니다. 섬유상 반응 생성물을 정제하고 분쇄하여 일정한 미세함을 갖는 균일한 분말을 형성합니다.

MC의 생산 공정에서는 염화메탄을 에테르화제로만 사용합니다. 염화메탄을 사용하는 것 외에도 HPMC 생산에서는 프로필렌 옥사이드를 사용하여 하이드록시프로필 치환기를 얻습니다. 다양한 CE는 메틸 및 하이드록시프로필 치환율이 다르며 이는 CE 용액의 유기 호환성 및 열 겔 온도에 영향을 미칩니다.

셀룰로오스의 탈수된 포도당 구조 단위의 치환기 수는 질량 백분율 또는 평균 치환기 수(즉, DS — 치환도)로 표현될 수 있습니다. 치환기의 수는 CE 제품의 특성을 결정합니다. 에테르화 생성물의 용해도에 대한 평균 치환도의 효과는 다음과 같습니다:

(1) 잿물에 용해되는 낮은 치환도;

(2) 물에 용해되는 치환도가 약간 높음;

(3) 극성 유기 용매에 용해된 높은 치환도;

(4) 비극성 유기 용매에 용해되는 치환도가 더 높습니다.

3. CE의 용해방법

CE는 독특한 용해도 특성을 가지고 있습니다. 온도가 특정 온도까지 상승하면 물에 녹지 않지만, 이 온도 이하에서는 온도가 감소함에 따라 용해도가 증가합니다. CE는 팽윤 및 수화 과정을 통해 냉수(경우에 따라 특정 유기 용매)에 용해됩니다. CE 용액에는 이온염의 용해에서 나타나는 명백한 용해도 제한이 없습니다. CE 농도는 일반적으로 생산 장비에서 제어할 수 있는 점도로 제한되며, 사용자가 요구하는 점도 및 화학적 다양성에 따라 달라집니다. 저점도 CE의 용액 농도는 일반적으로 10%~15%이고, 고점도 CE의 용액 농도는 일반적으로 2%~3%로 제한됩니다. 다양한 유형의 CE(예: 분말, 표면 처리 분말 또는 과립)는 용액 준비 방법에 영향을 미칠 수 있습니다.

3.1 표면 처리가 없는 CE

CE는 찬물에 용해되기는 하지만 뭉치는 것을 방지하려면 물에 완전히 분산되어야 합니다. 어떤 경우에는 CE 분말을 분산시키기 위해 고속 혼합기 또는 깔때기를 냉수에 사용할 수 있습니다. 그러나 처리되지 않은 분말을 충분히 저어주지 않고 바로 찬물에 넣으면 덩어리가 많이 생길 수 있습니다. 굳어지는 주된 이유는 CE 분말 입자가 완전히 젖지 않았기 때문입니다. 분말의 일부만 용해되면 젤막이 형성되어 남은 분말이 계속 용해되는 것을 방지합니다. 따라서 용해되기 전에 CE 입자는 가능한 한 완전히 분산되어야 합니다. 일반적으로 다음 두 가지 분산 방법이 사용됩니다.

3.1.1 건식혼합분산법

이 방법은 시멘트 제품에 가장 일반적으로 사용됩니다. 물을 첨가하기 전에 CE 분말과 다른 분말을 균일하게 혼합하여 CE 분말 입자가 분산되도록 하십시오. 최소 혼합 비율: 기타 분말: CE 분말 =(3 ~ 7) : 1.

이 방법에서는 물을 추가할 때 CE 입자의 상호 결합을 방지하고 추가 용해에 영향을 미치기 위해 다른 분말을 매체로 사용하여 CE 입자를 서로 분산시켜 건조 상태에서 CE 분산이 완료됩니다. 따라서 분산을 위해 뜨거운 물이 필요하지 않지만 용해 속도는 분말 입자 및 교반 조건에 따라 달라집니다.

3.1.2 열수분산방식

(1) 필요한 물의 처음 1/5~1/3을 90C 이상으로 가열하고 CE를 첨가한 다음 모든 입자가 젖어 분산될 때까지 저어주고 찬물이나 얼음물에 남은 물을 첨가하여 온도를 낮춥니다. 용액이 CE 용해 온도에 도달하면 분말이 수화되기 시작하고 점도가 증가했습니다.

(2) 물을 모두 가열한 다음 CE를 추가하여 수화가 완료될 때까지 냉각하면서 저어줄 수도 있습니다. CE의 완전한 수화와 점도 형성을 위해서는 충분한 냉각이 매우 중요합니다. 이상적인 점도를 위해서는 MC용액을 0~5℃로 냉각해야 하며, HPMC는 20~25℃ 이하로만 냉각하면 됩니다. 완전한 수화에는 충분한 냉각이 필요하기 때문에 냉수를 사용할 수 없는 곳에서는 HPMC 솔루션이 일반적으로 사용됩니다. 정보에 따르면 HPMC는 동일한 점도를 달성하기 위해 더 낮은 온도에서 MC보다 온도 감소가 적습니다. 열수 분산 방법은 더 높은 온도에서 CE 입자를 고르게 분산시킬 뿐이지만 이때는 용액이 형성되지 않는다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 특정 점도의 용액을 얻으려면 다시 냉각해야 합니다.

3.2 표면 처리된 분산성 CE 분말

많은 경우 CE는 냉수에서 분산성과 빠른 수화(점도 형성) 특성을 모두 갖추어야 합니다. 표면 처리된 CE는 특수 화학 처리 후 냉수에 일시적으로 불용성이므로 CE를 물에 첨가하면 즉시 뚜렷한 점도를 형성하지 않고 상대적으로 작은 전단력 조건에서 분산될 수 있습니다. 수화 또는 점도 형성의 "지연 시간"은 표면 처리 정도, 온도, 시스템의 pH 및 CE 용액 농도의 조합의 결과입니다. 수화 지연은 일반적으로 농도, 온도 및 pH 수준이 높을수록 감소합니다. 그러나 일반적으로 CE의 농도는 5%(물의 질량비)에 도달할 때까지 고려되지 않습니다.

최상의 결과와 완전한 수화를 위해서는 표면 처리된 CE를 pH 8.5~9.0의 중성 조건에서 최대 점도에 도달할 때까지(보통 10~30분) 몇 분 동안 교반해야 합니다. pH가 염기성(pH 8.5~9.0)으로 바뀌면 표면처리된 CE는 완전하고 빠르게 용해되어 pH 3~11에서 용액이 안정될 수 있습니다. 그러나 고농도 슬러리의 pH를 조절하는 데 주의해야 할 사항이 있습니다. 펌핑하고 붓기에는 점도가 너무 높아집니다. 슬러리를 원하는 농도로 희석한 후 pH를 조정해야 합니다.

요약하면, CE의 용해 과정에는 물리적 분산과 화학적 용해의 두 가지 과정이 포함됩니다. 핵심은 용해 전에 CE 입자를 서로 분산시켜 저온 용해 중에 점도가 높아서 추가 용해에 영향을 미치는 응집을 방지하는 것입니다.

4. CE 용액의 특성

다양한 종류의 CE 수용액은 특정 온도에서 겔화됩니다. 젤은 완전히 가역적이며 다시 냉각되면 용액을 형성합니다. CE의 가역적 열 겔화는 독특합니다. 많은 시멘트 제품에서 CE의 점도와 해당 수분 유지 및 윤활 특성의 주요 용도와 점도 및 겔 온도는 겔 온도 하에서 온도가 낮을수록 CE의 점도가 높아집니다. 해당 수분 보유 성능이 더 좋습니다.

겔 현상에 대한 현재 설명은 다음과 같습니다. 용해 과정에서 이는 유사합니다.

실의 고분자 분자가 물 분자층과 연결되어 부풀어 오르는 현상이 발생합니다. 물 분자는 고분자 분자의 긴 사슬을 분리할 수 있는 윤활유와 같은 역할을 하므로 용액은 버리기 쉬운 점성 유체의 특성을 갖습니다. 용액의 온도가 증가하면 셀룰로오스 중합체는 점차적으로 물을 잃고 용액의 점도는 감소합니다. 겔화점에 도달하면 중합체는 완전히 탈수되어 중합체 사이의 결합과 겔 형성이 발생합니다. 온도가 겔점 이상으로 유지되면 겔의 강도가 계속 증가합니다.

용액이 냉각되면 겔이 역전되기 시작하고 점도가 감소합니다. 마지막으로 냉각 용액의 점도는 초기 온도 상승 곡선으로 돌아가고 온도가 감소함에 따라 증가합니다. 용액은 초기 점도 값으로 냉각될 수 있습니다. 따라서 CE의 열 겔 과정은 가역적입니다.

시멘트 제품에서 CE의 주요 역할은 점성화제, 가소제 및 보수제이므로 점도 및 겔 온도를 제어하는 ​​방법은 시멘트 제품에서 중요한 요소가 되었습니다. 일반적으로 곡선 섹션 아래의 초기 겔 온도 지점을 사용합니다. 따라서 온도가 낮을수록 점도가 높을수록 점성화제 수분 유지 효과가 더욱 분명해집니다. 압출 시멘트 보드 생산 라인의 테스트 결과에 따르면 동일한 CE 함량에서 재료 온도가 낮을수록 점성화 및 보수 효과가 더 좋아지는 것으로 나타났습니다. 시멘트 시스템은 매우 복잡한 물리적, 화학적 특성 시스템이므로 CE 겔 온도 및 점도 변화에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다. 그리고 다양한 타이아닌 경향과 정도의 영향은 동일하지 않으므로 실제 적용에서는 시멘트 시스템을 혼합한 후 CE의 실제 겔 온도 지점(즉, 이 온도에서 접착제 및 보수 효과 감소가 매우 명백함)이 발견되었습니다. )은 제품에 표시된 겔 온도보다 낮으므로 CE 제품 선택 시 겔 온도 저하 요인을 고려하시기 바랍니다. 다음은 시멘트 제품의 CE 용액의 점도와 겔 온도에 영향을 미치는 주요 요인입니다.

4.1 점도에 대한 pH 값의 영향

MC와 HPMC는 비이온성이므로 천연 이온성 글루의 점도보다 용액의 점도가 DH 안정성의 범위가 더 넓지만, pH 값이 3~11의 범위를 초과하면 1점에서 점도가 점차 감소합니다. 더 높은 온도 또는 장기간 보관 시, 특히 고점도 용액. CE 제품 용액의 점도는 강산 또는 강염기 용액에서 감소하는데, 이는 주로 염기와 산으로 인한 CE의 탈수로 인해 발생합니다. 따라서 CE의 점도는 일반적으로 시멘트 제품의 알칼리성 환경에서 어느 정도 감소합니다.

4.2 가열 속도와 교반이 겔 공정에 미치는 영향

겔화점 온도는 가열 속도와 교반 전단 속도의 결합 효과에 의해 영향을 받습니다. 고속 교반 및 급속 가열은 일반적으로 겔 온도를 크게 증가시키며 이는 기계적 혼합으로 형성된 시멘트 제품에 유리합니다.

4.3 핫 젤에 대한 농도의 영향

용액의 농도를 높이면 일반적으로 겔 온도가 낮아지고, 저점도 CE의 겔점은 고점도 CE의 겔점보다 높습니다. DOW의 METHOCEL A와 같은

제품 농도가 2% 증가할 때마다 겔 온도는 10℃씩 감소합니다. F타입 제품의 농도를 2% 증가시키면 겔온도가 4℃ 낮아집니다.

4.4 열겔화에 대한 첨가제의 영향

건축 자재 분야에서 많은 재료는 무기염이며, 이는 CE 용액의 겔 온도에 상당한 영향을 미칩니다. 첨가제가 응고제 또는 용해제 역할을 하는지 여부에 따라 일부 첨가제는 CE의 열 겔 온도를 높일 수 있는 반면, 다른 첨가제는 CE의 열 겔 온도를 낮출 수 있습니다(예: 용매 강화 에탄올, PEG-400(폴리에틸렌 글리콜)) , anediol 등은 겔점을 증가시킬 수 있습니다. 염, 글리세린, 소르비톨 및 기타 물질은 겔화점을 감소시키며, 비이온성 CE는 일반적으로 다가 금속 이온으로 인해 침전되지 않지만 전해질 농도 또는 기타 용해 물질이 특정 한도를 초과하면 CE 제품이 염석화될 수 있습니다. 용액의 경우 전해질과 물의 경쟁으로 인해 CE의 수화가 감소합니다. CE 제품 용액의 염 함량은 일반적으로 Mc 제품의 염 함량보다 약간 높으며 염 함량도 약간 다릅니다. 다른 HPMC에서.

시멘트 제품의 많은 성분은 CE의 겔점을 떨어뜨리므로 첨가제 선택 시 CE의 겔점과 점도 변화를 일으킬 수 있다는 점을 고려해야 합니다.

5.결론

(1) 셀룰로오스에테르는 에테르화 반응에 의한 천연 셀룰로오스로서 탈수포도당의 기본구조단위를 가지며 치환위치에 있는 치환기의 종류와 수에 따라 각기 다른 성질을 갖는다. MC 및 HPMC와 같은 비이온성 에테르는 점성화제, 보수제, 공기 연행제 및 기타 건축 자재 제품에 널리 사용되는 물질로 사용될 수 있습니다.

(2) CE는 특정 온도(예: 겔 온도)에서 용액을 형성하고 겔 온도에서 고체 겔 또는 고체 입자 혼합물을 형성하는 독특한 용해도를 가지고 있습니다. 주요 용해방법으로는 건식혼합분산법, 열수분산법 등이 있으며, 시멘트 제품에 흔히 사용되는 건식혼합분산법이 있다. 핵심은 CE가 용해되기 전에 균일하게 분산시켜 저온에서 용액을 형성하는 것입니다.

(3) 용액 농도, 온도, pH 값, 첨가제의 화학적 특성 및 교반 속도는 CE 용액의 겔 온도 및 점도에 영향을 미칩니다. 특히 시멘트 제품은 알칼리성 환경의 무기 염 용액이며 일반적으로 CE 용액의 겔 온도 및 점도를 감소시킵니다. , 부작용을 가져옵니다. 따라서 CE의 특성상 첫째로 저온(겔온도 이하)에서 사용하여야 하며, 둘째로 첨가물의 영향을 고려해야 한다.