Цемент негизиндеги продукциядагы целлюлоза эфири

Целлюлоза эфири цемент продукциясында колдонула турган көп максаттуу кошумчанын бир түрү. Бул эмгекте цемент буюмдарында кеңири колдонулган метил целлюлозанын (МК) жана гидроксипропил метил целлюлозасынын (HPMC/) химиялык касиеттери, таза эритменин ыкмасы жана принциби жана эритменин негизги мүнөздөмөлөрү менен тааныштырат. Цемент продукциясында термикалык гелдин температурасынын жана илешкектүүлүгүнүн төмөндөшү практикалык өндүрүштүк тажрыйбанын негизинде талкууланды.

Негизги сөздөр:целлюлоза эфири; метил целлюлоза;Гидроксипропил метил целлюлоза; ысык гел температурасы; илешкектүүлүк

1. Обзор

Целлюлоза эфири (кыскача CE) целлюлозадан бир же бир нече эфирлештирүүчү заттардын эфирлештирүү реакциясы жана кургак майдалоо аркылуу жасалат. CE иондук жана иондук эмес түрлөргө бөлүнөт, алардын арасында иондук эмес түрү CE, анткени анын уникалдуу жылуулук гели мүнөздөмөлөрү жана эригичтиги, тузга туруктуулугу, ысыкка туруктуулугу жана тиешелүү беттик активдүүлүгү бар. Бул сууну кармоочу агент, суспензия агенти, эмульгатор, пленка түзүүчү, майлоочу, жабышчаак жана реологиялык жакшыртуучу катары колдонулушу мүмкүн. Негизги чет элдик керектөө аймактары латекс каптоо, курулуш материалдары, мунай бургулоо жана башкалар. Чет өлкөлөр менен салыштырганда, сууда эрүүчү CE өндүрүү жана колдонуу али башталгыч баскычында. Адамдардын ден соолугун жана экологиялык аң-сезимин жакшыртуу менен. Физиологияга зыяны жок жана айлана-чөйрөнү булгабаган сууда эрүүчү СЭ чоң өнүгүүгө ээ болот.

Курулуш материалдары тармагында, адатта, CE тандалган метил целлюлоза (МК) жана гидроксипропил метил целлюлоза (HPMC), боёк, гипс, эритме жана цемент буюмдарын пластификатор, илештирүүчү, сууну кармап туруучу агент, абаны тартуучу агент жана басаңдатуучу агент катары колдонулушу мүмкүн. Курулуш материалдары өнөр жайынын көпчүлүк бөлүгү кадимки температурада колдонулат, кургак аралашма порошок жана суу болуп саналат, CE эрүү мүнөздөмөлөрү жана ысык гель мүнөздөмөсү азыраак, бирок цемент буюмдарын механикалаштырылган өндүрүштө жана башка өзгөчө температуралык шарттарда, бул мүнөздөмөлөр CE көбүрөөк ролду ойнойт.

2. CE химиялык касиеттери

CE бир катар химиялык жана физикалык ыкмалар аркылуу целлюлозаны дарылоо аркылуу алынат. Ар кандай химиялык алмаштыруу түзүлүшү боюнча, адатта, бөлүүгө болот: MC, HPMC, hydroxyethyl целлюлоза (HEC), ж.б. CE өндүрүү процессинде целлюлоза жипчелери алгач щелочтуу эритмеде ысытылат, андан кийин эфирдик агенттер менен иштетилет. Фиброздуу реакция продуктылары тазаланып, майдаланып, белгилүү бир майдалыктагы бирдей порошок пайда болот.

MC өндүрүш процессинде этерификациялоочу агент катары метан хлориди гана колдонулат. Метан хлориди колдонуудан тышкары, HPMC өндүрүшүндө гидроксипропилди алмаштыруучу топторду алуу үчүн пропилен оксиди да колдонулат. Ар кандай CE ар кандай метил жана гидроксипропил алмаштыруу ылдамдыгына ээ, бул органикалык шайкештикке жана CE эритмесинин термикалык гелинин температурасына таасир этет.

Целлюлозанын суусузданган глюкоза структуралык бирдиктери боюнча алмаштыруу топторунун саны массанын пайызы же алмаштыруу топторунун орточо саны менен көрсөтүлүшү мүмкүн (б.а., DS — Алмаштыруу даражасы). Орун алмаштыруучу топтордун саны CE продукциясынын касиеттерин аныктайт. Этерификация продуктуларынын эригичтигине алмаштыруунун орточо даражасынын таасири төмөнкүдөй:

(1) лайда эрүүчү төмөн алмаштыруу даражасы;

(2) сууда эрүүчү алмаштыруунун бир аз жогору даражасы;

(3) полярдык органикалык эриткичтерде эриген алмаштыруунун жогорку даражасы;

(4) полярдуу эмес органикалык эриткичтерде эриген алмаштыруунун жогорку даражасы.

3. CE эритүү ыкмасы

CE уникалдуу эригичтик касиетке ээ, температура белгилүү бир температурага чейин көтөрүлгөндө, ал сууда эрибейт, бирок бул температурадан төмөн, анын эригичтиги температуранын төмөндөшү менен жогорулайт. CE муздак сууда (айрым учурларда белгилүү бир органикалык эриткичтерде) шишик жана гидратация процесси аркылуу эрийт. CE эритмелери иондук туздардын эригенде пайда болгон ачык эригичтик чектөөлөрүнө ээ эмес. CE концентрациясы жалпысынан өндүрүш жабдуулары тарабынан башкарылуучу илешкектүүлүк менен чектелет, ошондой эле колдонуучу талап кылган илешкектүүлүккө жана химиялык түргө жараша өзгөрөт. Төмөн илешкектүүлүктөгү CE эритмесинин концентрациясы жалпысынан 10% ~ 15%, ал эми жогорку илешкектүүлүк CE жалпысынан 2% ~ 3% менен чектелет. Ар кандай типтеги CE (мисалы, порошок же бети менен иштетилген порошок же гранул сыяктуу) эритменин кантип даярдалганына таасир этиши мүмкүн.

3.1 CE беттик тазалоо жок

CE муздак сууда эрийт да, ал толугу менен топтолуп калбаш үчүн сууга чачырап керек. Кээ бир учурларда, жогорку ылдамдыктагы аралаштыргыч же воронка CE порошок таркатууга муздак сууда колдонулушу мүмкүн. Бирок, тазаланбаган порошок муздак сууга жетишерлик аралаштырбай эле кошулса, анда олуттуу кесек пайда болот. Торттун негизги себеби - CE порошок бөлүкчөлөрү толугу менен нымдуу эмес. Порошоктун бир бөлүгү гана эригенде, калган порошоктун эришин улантууга жол бербеген гель пленкасы пайда болот. Ошондуктан, эригенге чейин, CE бөлүкчөлөрү мүмкүн болушунча толук таркатылышы керек. Төмөнкү эки дисперсия ыкмасы көбүнчө колдонулат.

3.1.1 Кургак аралашма дисперсия ыкмасы

Бул ыкма көбүнчө цемент буюмдарында колдонулат. Сууну кошуудан мурун, CE порошок бөлүкчөлөрү таркатылышы үчүн, башка порошокту CE порошок менен бирдей аралаштырыңыз. Минималдуу аралаштыруу катышы: Башка порошок: CE порошок =(3 ~ 7) : 1.

Бул ыкмада CE бөлүкчөлөрүнүн өз ара байланышын болтурбоо үчүн CE бөлүкчөлөрүн бири-бири менен таркатуучу чөйрө катары башка порошокту колдонуп, кургак абалда CE дисперсиясы сууну кошуп, андан ары эритүүсүнө таасир этпейт. Ошондуктан, ысык суу дисперсия үчүн керек эмес, бирок эрүү ылдамдыгы порошок бөлүкчөлөрүнүн жана аралаштыруу шарттарына көз каранды.

3.1.2 Ысык сууну дисперсиялоо ыкмасы

(1) Керектүү суунун биринчи 1/5 ~ 1/3 бөлүгүн 90С чейин ысытыңыз, CE кошуп, андан кийин бардык бөлүкчөлөр нымдуу тараганга чейин аралаштырыңыз, андан кийин муздак же муздак суудагы калган сууну температурасын төмөндөтүү үчүн кошот. эритме, CE эрүү температурасына жеткенде, порошок гидратлана баштады, илешкектүүлүгү жогорулады.

(2) Сиз ошондой эле бардык сууну жылытып, андан кийин гидратация аяктаганга чейин муздатуу үчүн CE кошо аласыз. Жетиштүү муздатуу CE толук гидратация жана илешкектүүлүктүн пайда болушу үчүн абдан маанилүү. Идеалдуу илешкектүүлүк үчүн MC эритмени 0 ~ 5 ℃ чейин муздатуу керек, ал эми HPMC 20 ~ 25 ℃ же андан төмөн муздатуу керек. Толук гидратация жетиштүү муздатууну талап кылгандыктан, муздак сууну колдонууга мүмкүн болбогон жерде HPMC чечимдери көбүнчө колдонулат: маалыматка ылайык, HPMC бирдей илешкектүүлүккө жетүү үчүн төмөнкү температураларда MCга караганда азыраак температураны төмөндөтөт. Белгилей кетчү нерсе, ысык сууну дисперсия ыкмасы CE бөлүкчөлөрүн жогорку температурада бир калыпта таркатат, бирок бул учурда эч кандай чечим пайда болбойт. Белгилүү илешкектүүлүктөгү эритмени алуу үчүн аны кайра муздатуу керек.

3.2 Surface иштетилген дисперсиялык CE порошок

Көпчүлүк учурларда, CE муздак сууда дисперстүү жана тез гидратация (илешкектүүлүк) мүнөздөмөсүнө ээ болушу керек. Беттик иштетилген CE атайын химиялык тазалоодон кийин муздак сууда убактылуу эрибейт, бул CE сууга кошулганда, ал дароо ачык илешкектүүлүктү пайда кылбай тургандыгын жана салыштырмалуу аз кесүү күчүнүн шарттарында чачырап кетишин камсыз кылат. Гидратациянын же илешкектүүлүктүн пайда болушунун "кечигип калуу убактысы" беттик тазалоо даражасынын, температуранын, системанын рНсынын жана CE эритмесинин концентрациясынын айкалышынын натыйжасы. Гидратациянын кечигүүсү көбүнчө жогорку концентрацияларда, температураларда жана рН деңгээлинде азаят. Бирок, жалпысынан алганда, CE концентрациясы 5% жеткенге чейин каралбайт (суунун массалык катышы).

Эң жакшы натыйжаларга жана толук гидратацияга жетишүү үчүн, CE менен иштетилген бетти нейтралдуу шарттарда, рН диапазону 8,5тен 9,0го чейин, максималдуу илешкектүүлүккө жеткенге чейин (көбүнчө 10-30 мүнөт) бир нече мүнөткө аралаштыруу керек. рН негизгиге өзгөргөндөн кийин (рН 8,5тен 9,0го чейин), иштетилген CE толук жана тез эрийт жана эритме рН 3 тен 11ге чейин туруктуу боло алат. Бирок, жогорку концентрациядагы суспензиянын рНын тууралоо маанилүү экенин белгилей кетүү керек. илешкектүүлүгү насостук жана куюу үчүн өтө жогору болушуна алып келет. Каалаган концентрацияга суюлтулгандан кийин рН жөнгө салынышы керек.

Жыйынтыктап айтканда, CE эрүү процесси эки процессти камтыйт: физикалык дисперсия жана химиялык эрүү. Негизгиси, CE бөлүкчөлөрүн эритүү алдында бири-бири менен дисперсациялоо болуп саналат, андыктан төмөнкү температурадагы эрүү учурунда жогорку илешкектүүлүктөн улам агломерацияны болтурбоо үчүн, бул андан ары эрүү процессине таасир этет.

4. CE чечиминин касиеттери

CE суулуу эритмелердин ар кандай түрлөрү, алардын белгилүү бир температурада желет болот. Гель толугу менен кайтуучу жана кайра муздаганда эритмени түзөт. CE кайтуу термикалык гели уникалдуу болуп саналат. Көптөгөн цемент буюмдарында CE илешкектүүлүгүнүн негизги колдонулушу жана тиешелүү сууну кармап туруу жана майлоо касиеттери жана илешкектүүлүк жана гелдин температурасы түздөн-түз байланышка ээ, гелдин температурасы астында, температура канчалык төмөн болсо, CE илешкектүүлүгү ошончолук жогору болот, тиешелүү суу сактоо көрсөткүчтөрү жакшыраак.

Гель кубулушунун учурдагы түшүндүрмөсү бул: эрүү процессинде бул окшош

Жиптин полимердик молекулалары суунун молекулалык катмары менен байланышып, натыйжада шишик пайда болот. Суу молекулалары майлоочу май сыяктуу иштешет, ал полимер молекулаларынын узун чынжырларын ажырата алат, ошондуктан эритме илешкектүү суюктуктун касиетине ээ, аны төгүүгө оңой. Эритменин температурасы жогорулаганда целлюлоза полимери акырындык менен сууну жоготот жана эритменин илешкектүүлүгү төмөндөйт. Гель чекитине жеткенде, полимер толугу менен суусузданат, натыйжада полимерлердин ортосундагы байланыш жана гелдин пайда болушуна алып келет: гелдин күчү гелдин чекитинен жогору болгон сайын жогорулай берет.

Эритме муздаган сайын гель тескери иштей баштайт жана илешкектүүлүгү төмөндөйт. Акыр-аягы, муздатуу эритмесинин илешкектүүлүгү температуранын көтөрүлүшүнүн баштапкы ийри сызыгына кайтып келет жана температуранын төмөндөшү менен жогорулайт. Эритмени илешкектүүлүктүн баштапкы маанисине чейин муздатса болот. Ошондуктан, CE жылуулук гел жараяны кайра болот.

Цемент продуктуларында CEнин негизги ролу илешкектөөчү, пластификатор жана сууну кармап туруучу агент болуп саналат, ошондуктан илешкектүүлүгүн жана гелдин температурасын кантип көзөмөлдөө цемент буюмдарында маанилүү фактор болуп калды, адатта, ийри сызыктын төмөнкү бөлүгүндө гель температурасынын баштапкы чекити колдонулат, ошондуктан төмөн температура, илешкектүүлүгү жогору, илешкектүү суу кармап таасири айкын көрүнүп турат. Экструзия цемент тактасынын өндүрүштүк линиясынын сыноо натыйжалары, ошондой эле материалдын температурасы CEнин бирдей мазмунунда канчалык төмөн болсо, илешкектүүлүк жана сууну кармоо эффектиси ошончолук жакшы экенин көрсөтүп турат. Цемент системасы өтө татаал физикалык жана химиялык касиеттер системасы болгондуктан, CE гелинин температурасынын жана илешкектүүлүгүнүн өзгөрүшүнө таасир этүүчү көптөгөн факторлор бар. Жана ар кандай Taianin тенденциясынын жана даражасынын таасири бирдей эмес, ошондуктан практикалык колдонуу цемент тутумун аралаштыргандан кийин, CEнин иш жүзүндө гель температурасынын чекити (б.а., бул температурада клей жана сууну кармап туруу эффектинин төмөндөшү абдан айкын экенин аныктады. ) буюм көрсөткөн гел температурасынан төмөн, ошондуктан CE продукциясын тандоодо гелдин температурасынын төмөндөшүнө алып келген факторлорду эске алуу керек. Төмөнкүлөр цемент продукциясындагы CE эритмесинин илешкектүүлүгүнө жана гелдин температурасына таасир этүүчү негизги факторлор болуп саналат.

4.1 Илешкектүүлүккө рН маанисинин таасири

MC жана HPMC иондук эмес, ошондуктан табигый иондук желимдин илешкектүүлүгүнө караганда эритменин илешкектүүлүгү DH туруктуулугунун кеңири диапазонуна ээ, бирок рН мааниси 3 ~ 11 диапазонунан ашса, алар акырындык менен илешкектүүлүгүн төмөндөтөт. жогорку температурада же узак мөөнөткө сактоодо, өзгөчө жогорку илешкектүүлүктөгү эритме. CE продукт эритмесинин илешкектүүлүгү күчтүү кислота же күчтүү базалык эритмеде төмөндөйт, бул негизинен базанын жана кислотанын таасиринен улам СЕнин суусузданышына байланыштуу. Демек, CE илешкектүүлүгү адатта цемент азыктарынын щелочтуу чөйрөсүндө белгилүү бир деңгээлде төмөндөйт.

4.2 Гель процессине ысытуу ылдамдыгынын жана аралаштыруунун таасири

Гель чекитинин температурасына ысытуу ылдамдыгынын жана аралаштыруу ылдамдыгынын биргелешкен эффектиси таасир этет. Жогорку ылдамдыкта аралаштыруу жана тез ысытуу гельдин температурасын бир топ жогорулатат, бул механикалык аралаштыруу менен түзүлгөн цемент продукциясы үчүн жагымдуу.

4.3 Концентрациянын ысык гелге тийгизген таасири

Эритменин концентрациясын жогорулатуу адатта гелдин температурасын төмөндөтөт, ал эми илешкектүүлүгү төмөн CE гел чекиттери жогорку илешкектүүлүктөгү CEге караганда жогору. Мисалы, DOW компаниясынын METHOCEL А

Продукттун концентрациясынын ар бир 2% жогорулашы үчүн гелдин температурасы 10℃ төмөндөйт. F-түрү азыктарынын концентрациясынын 2% га жогорулашы гелдин температурасын 4℃ төмөндөтөт.

4.4 Кошумчалардын термикалык гелацияга тийгизген таасири

Курулуш материалдары тармагында көптөгөн материалдар органикалык эмес туздар болуп саналат, бул CE эритмесинин гел температурасына олуттуу таасирин тийгизет. Коагулянттын же эритүүчү агенттин ролун аткарып жатканына жараша, кээ бир кошумчалар CEнин термикалык гелинин температурасын жогорулата алат, ал эми башкалары CEнин термикалык гелинин температурасын төмөндөтүшү мүмкүн: мисалы, эриткичти күчөтүүчү этанол, PEG-400 (полиэтиленгликол) , anediol, ж.б., гел чекити жогорулатууга болот. Туздар, глицерин, сорбитол жана башка заттар гел чекитинин төмөндөшүнө алып келет, иондук эмес CE көбүнчө поливаленттүү металл иондорунун таасиринен чөкпөйт, бирок электролит концентрациясы же башка эриген заттар белгилүү бир чектен ашып кеткенде, CE продуктуларын туздаса болот. эритме, бул электролиттердин сууга атаандашуусунан келип чыгат, натыйжада CE гидратациясынын азайышы, CE продуктунун эритмесиндеги туздун курамы негизинен Mc продуктусуна караганда бир аз жогору, ал эми туздун курамы бир аз башкача ар кандай HPMC.

Цемент буюмдарындагы көптөгөн ингредиенттер гель чекитинин CE төмөндөшүнө алып келет, ошондуктан кошумчаларды тандоодо бул гел чекитинин жана СЕнин илешкектүүлүгүнүн өзгөрүшүнө алып келиши мүмкүн экенин эске алуу керек.

5. Корутунду

(1) целлюлоза эфири этерификация реакциясы аркылуу табигый целлюлоза болуп саналат, анын ордун алмаштыруучу топтун түрүнө жана санына жараша суусузданган глюкозанын негизги структуралык бирдигине ээ жана ар кандай касиеттерге ээ. MC жана HPMC сыяктуу иондук эмес эфирди илештирүүчү, сууну кармап туруучу агент, абаны тартуучу агент жана курулуш материалдарынын буюмдарында кеңири колдонулат.

(2) CE уникалдуу эригичтиги бар, белгилүү бир температурада (мисалы, гелдин температурасы) эритме түзүүчү жана гел температурасында катуу гелди же катуу бөлүкчөлөрдүн аралашмасын түзөт. Негизги эритүү ыкмалары кургак аралаштыруу дисперсия ыкмасы, ысык суу менен дисперсия ыкмасы ж. Негизги нерсе CE төмөн температурада эритме түзүү, эригенге чейин бир калыпта таратуу болуп саналат.

(3) Эритме концентрациясы, температура, рН мааниси, кошумчалардын химиялык касиеттери жана аралаштыруу ылдамдыгы гелдин температурасына жана CE эритмесинин илешкектүүлүгүнө таасир этет, айрыкча цемент буюмдары щелочтук чөйрөдө органикалык эмес туз эритмелери болуп саналат, адатта CE эритмесинин гел температурасын жана илешкектүүлүгүн азайтат. , терс таасирлерин алып келет. Ошондуктан, СЭ мүнөздөмөлөрү боюнча, биринчиден, аны төмөнкү температурада (гель температурасынан төмөн) колдонуу керек, экинчиден, кошумчалардын таасирин эске алуу керек.