Celiuliozės eteris cemento pagrindo gaminiuose

Celiuliozės eteris yra universalus priedas, kuris gali būti naudojamas cemento gaminiuose. Šiame darbe supažindinama su cemento gaminiuose dažniausiai naudojamų metilceliuliozės (MC) ir hidroksipropilmetilceliuliozės (HPMC /) cheminėmis savybėmis, grynojo tirpalo metodu ir principu bei pagrindinėmis tirpalo charakteristikomis. Remiantis praktine gamybos patirtimi, buvo aptartas terminio gelio temperatūros ir klampumo mažinimas cemento gaminiuose.

Pagrindiniai žodžiai:celiuliozės eteris; metilceliuliozė;Hidroksipropilmetilceliuliozė; Karšto gelio temperatūra; klampumas

1. Apžvalga

Celiuliozės eteris (sutrumpintai CE) gaminamas iš celiuliozės, vykstant vieno ar kelių eterinimo agentų eterinimo reakcijai ir sausam malimui. CE galima suskirstyti į joninius ir nejoninius tipus, tarp kurių yra nejoninis CE dėl savo unikalių šiluminio gelio savybių ir tirpumo, atsparumo druskai, atsparumo karščiui ir tinkamo paviršiaus aktyvumo. Jis gali būti naudojamas kaip vandenį sulaikanti medžiaga, suspensijos medžiaga, emulsiklis, plėvelę formuojantis agentas, tepalas, klijai ir reologinis geriklis. Pagrindinės užsienio vartojimo sritys yra latekso dangos, statybinės medžiagos, naftos gręžimas ir pan. Lyginant su užsienio šalimis, vandenyje tirpaus CE gamyba ir taikymas dar tik prasideda. Gerinant žmonių sveikatos ir aplinkosauginį sąmoningumą. Puikiai vystysis vandenyje tirpus CE, kuris yra nekenksmingas fiziologijai ir neteršia aplinkos.

Statybinių medžiagų srityje dažniausiai pasirenkama CE yra metilceliuliozė (MC) ir hidroksipropilmetilceliuliozė (HPMC), gali būti naudojama kaip dažų, gipso, skiedinio ir cemento gaminių plastifikatorius, klampumo didinimo medžiaga, vandenį sulaikanti medžiaga, orą sutraukianti medžiaga ir lėtinanti medžiaga. Didžioji dalis statybinių medžiagų pramonės naudojama normalioje temperatūroje, naudojant sauso mišinio miltelius ir vandenį, mažiau įtakojančios CE tirpimo ir karšto gelio charakteristikas, tačiau mechanizuotai cemento gaminių gamyboje ir kitose specialiose temperatūros sąlygose šios savybės CE vaidins visapusiškesnį vaidmenį.

2. Cheminės CE savybės

CE gaunamas apdorojant celiuliozę įvairiais cheminiais ir fiziniais metodais. Pagal skirtingą cheminio pakeitimo struktūrą paprastai galima suskirstyti į: MC, HPMC, hidroksietilceliuliozę (HEC) ir kt.: Kiekvienas CE turi pagrindinę celiuliozės struktūrą - dehidratuotą gliukozę. CE gamybos procese celiuliozės pluoštai pirmiausia kaitinami šarminiame tirpale, o po to apdorojami eterinančiomis medžiagomis. Pluoštiniai reakcijos produktai išvalomi ir susmulkinami, kad susidarytų vienodi tam tikros smulkumo milteliai.

MC gamybos procese kaip eterinimo agentas naudojamas tik metano chloridas. Be metano chlorido naudojimo, HPMC gamyboje taip pat naudojamas propileno oksidas hidroksipropilo pakaitų grupėms gauti. Įvairūs CE turi skirtingą metilo ir hidroksipropilo pakeitimo greitį, o tai turi įtakos CE tirpalo organiniam suderinamumui ir terminio gelio temperatūrai.

Pakaitinių grupių skaičius dehidratuotose celiuliozės gliukozės struktūriniuose vienetuose gali būti išreikštas masės procentine dalimi arba vidutiniu pakaitinių grupių skaičiumi (ty DS – pakeitimo laipsnis). Pakaitinių grupių skaičius lemia CE produktų savybes. Vidutinio pakeitimo laipsnio poveikis eterinimo produktų tirpumui yra toks:

(1) mažas pakeitimo laipsnis, tirpus šarme;

(2) šiek tiek didelis pakeitimo laipsnis, tirpus vandenyje;

(3) didelis pakeitimo laipsnis, ištirpintas poliniuose organiniuose tirpikliuose;

(4) Didesnis pakeitimo laipsnis, ištirpintas nepoliniuose organiniuose tirpikliuose.

3. CE tirpinimo metodas

CE turi unikalią tirpumo savybę, kai temperatūra pakyla iki tam tikros temperatūros, jis netirpus vandenyje, tačiau žemiau šios temperatūros jo tirpumas padidės mažėjant temperatūrai. CE tirpsta šaltame vandenyje (o kai kuriais atvejais specifiniuose organiniuose tirpikliuose) dėl brinkimo ir hidratacijos. CE tirpalai neturi akivaizdžių tirpumo apribojimų, atsirandančių tirpstant joninėms druskoms. CE koncentracija paprastai apsiriboja klampumu, kurį galima valdyti gamybos įranga, taip pat skiriasi priklausomai nuo klampumo ir cheminės medžiagos, kurios reikalauja naudotojas. Mažo klampumo CE tirpalo koncentracija paprastai yra 10–15%, o didelio klampumo CE paprastai ribojama iki 2–3%. Skirtingi CE tipai (pvz., milteliai arba paviršius apdoroti milteliai arba granulės) gali turėti įtakos tirpalo paruošimui.

3.1 CE be paviršiaus apdorojimo

Nors CE tirpsta šaltame vandenyje, jis turi būti visiškai disperguotas vandenyje, kad nesusidarytų gumulėlių. Kai kuriais atvejais CE milteliams išsklaidyti gali būti naudojamas didelio greičio maišytuvas arba piltuvas šaltame vandenyje. Tačiau jei neapdoroti milteliai dedami tiesiai į šaltą vandenį, pakankamai nemaišant, susidarys dideli gabalėliai. Pagrindinė sukepimo priežastis yra ta, kad CE miltelių dalelės nėra visiškai šlapios. Kai ištirpsta tik dalis miltelių, susidaro gelio plėvelė, kuri neleidžia toliau tirpti likusiems milteliams. Todėl prieš ištirpinant, CE dalelės turi būti kiek įmanoma visiškai išsklaidytos. Dažniausiai naudojami du dispersijos metodai.

3.1.1 Sauso mišinio dispersijos metodas

Šis metodas dažniausiai naudojamas cemento gaminiuose. Prieš pildami vandenį, kitus miltelius tolygiai sumaišykite su CE milteliais, kad CE miltelių dalelės išsisklaidytų. Minimalus maišymo santykis: Kiti milteliai: CE milteliai = (3 ~ 7): 1.

Taikant šį metodą, CE dispersija užbaigiama sausoje būsenoje, naudojant kitus miltelius kaip terpę CE dalelėms disperguoti tarpusavyje, kad būtų išvengta abipusio CE dalelių susiejimo pridedant vandens ir paveiktų tolesnį tirpimą. Todėl dispersijai karšto vandens nereikia, tačiau tirpimo greitis priklauso nuo miltelių dalelių ir maišymo sąlygų.

3.1.2 Karšto vandens dispersijos metodas

(1) Pirmą 1/5–1/3 reikiamo vandens pašildykite iki 90 °C aukščiau, įpilkite CE ir maišykite, kol visos dalelės išsisklaidys šlapi, o tada įpilkite likusį vandenį šaltame arba lediniame vandenyje, kad sumažintumėte tirpalo, pasiekus CE tirpimo temperatūrą, milteliai pradėjo hidratuotis, padidėjo klampumas.

(2) Taip pat galite pašildyti visą vandenį, tada pridėti CE, kad maišytumėte, kol vėsinsite, kol hidratacija baigsis. Pilnai CE hidratacijai ir klampumo susidarymui labai svarbus pakankamas aušinimas. Norint pasiekti idealų klampumą, MC tirpalas turi būti atvėsintas iki 0 ~ 5 ℃, o HPMC tereikia atvėsinti iki 20 ~ 25 ℃ arba žemesnės. Kadangi pilnai hidratacijai reikalingas pakankamas aušinimas, HPMC tirpalai dažniausiai naudojami ten, kur negalima naudoti šalto vandens: remiantis informacija, HPMC temperatūra sumažinama mažiau nei MC esant žemesnei temperatūrai, kad būtų pasiektas toks pat klampumas. Verta paminėti, kad naudojant karšto vandens dispersijos metodą CE dalelės tolygiai pasiskirsto tik aukštesnėje temperatūroje, tačiau šiuo metu tirpalas nesusidaro. Norint gauti tam tikro klampumo tirpalą, jį reikia dar kartą atvėsinti.

3.2 Paviršius apdorotas disperguojamas CE milteliai

Daugeliu atvejų reikalaujama, kad CE šaltame vandenyje pasižymėtų ir disperguojamomis, ir greito hidratavimo (sudarančiomis klampomis) charakteristikomis. Paviršius apdorotas CE po specialaus cheminio apdorojimo laikinai netirpsta šaltame vandenyje, o tai užtikrina, kad pridėjus CE į vandenį, jis iš karto nesudarys akivaizdaus klampumo ir gali būti išsklaidytas santykinai mažos šlyties jėgos sąlygomis. Hidratacijos arba klampos susidarymo „delsimo laikas“ yra paviršiaus apdorojimo laipsnio, temperatūros, sistemos pH ir CE tirpalo koncentracijos derinio rezultatas. Hidratacijos uždelsimas paprastai sumažėja esant didesnei koncentracijai, esant aukštesnei temperatūrai ir pH lygiui. Tačiau apskritai į CE koncentraciją neatsižvelgiama, kol ji nepasiekia 5% (vandens masės santykis).

Norint pasiekti geriausių rezultatų ir visišką hidrataciją, apdorotą paviršių CE reikia maišyti keletą minučių neutraliomis sąlygomis, kai pH yra nuo 8,5 iki 9,0, kol bus pasiektas didžiausias klampumas (paprastai 10-30 minučių). Kai pH pasikeičia į bazinį (pH nuo 8,5 iki 9,0), apdorotas paviršius CE visiškai ir greitai ištirpsta, o tirpalas gali būti stabilus esant pH nuo 3 iki 11. Tačiau svarbu pažymėti, kad reguliuojant didelės koncentracijos srutų pH Dėl to klampumas bus per didelis siurbti ir pilti. Atskiedus suspensiją iki norimos koncentracijos, reikia sureguliuoti pH.

Apibendrinant galima pasakyti, kad CE tirpimo procesas apima du procesus: fizinį dispersiją ir cheminį tirpimą. Svarbiausia yra išsklaidyti CE daleles viena su kita prieš ištirpinant, kad būtų išvengta aglomeracijos dėl didelio klampumo tirpstant žemoje temperatūroje, o tai turės įtakos tolesniam tirpimui.

4. CE tirpalo savybės

Įvairių rūšių CE vandeniniai tirpalai sustings tam tikroje temperatūroje. Gelis yra visiškai grįžtamasis ir vėl atvėsus sudaro tirpalą. CE grįžtamasis terminis geliavimas yra unikalus. Daugelyje cemento gaminių pagrindinis naudojamas CE klampumas ir atitinkamos vandens sulaikymo bei tepimo savybės, klampumas ir gelio temperatūra yra tiesiogiai susiję su gelio temperatūra, kuo žemesnė temperatūra, tuo didesnis CE klampumas, tuo geresnis atitinkamas vandens sulaikymo rodiklis.

Dabartinis gelio reiškinio paaiškinimas yra toks: tirpimo procese tai yra panašiai

Siūlo polimerinės molekulės jungiasi su vandens molekuliniu sluoksniu, todėl išbrinksta. Vandens molekulės veikia kaip tepalinė alyva, kuri gali ištraukti ilgas polimerų molekulių grandines, todėl tirpalas turi klampaus skysčio, kurį lengva išpilti, savybes. Kylant tirpalo temperatūrai, celiuliozės polimeras palaipsniui netenka vandens ir tirpalo klampumas mažėja. Kai pasiekiama gelio temperatūra, polimeras visiškai išsausėja, todėl polimerai susijungia ir susidaro gelis: gelio stiprumas ir toliau didėja, kai temperatūra išlieka aukštesnė už gelio tašką.

Tirpalui vėsstant, gelis pradeda keistis, o klampumas mažėja. Galiausiai aušinimo tirpalo klampumas grįžta į pradinę temperatūros kilimo kreivę ir didėja mažėjant temperatūrai. Tirpalas gali būti atvėsintas iki pradinės klampos vertės. Todėl CE terminio gelio procesas yra grįžtamas.

Pagrindinis CE vaidmuo cemento gaminiuose yra klampumas, plastifikatorius ir vandenį sulaikanti medžiaga, todėl klampumo ir gelio temperatūros kontrolė tapo svarbiu veiksniu, kai cemento gaminiai paprastai naudoja pradinį gelio temperatūros tašką žemiau kreivės dalies, taigi kuo žemesnė temperatūra, tuo didesnis klampumas, tuo ryškesnis klampiklio vandens sulaikymo efektas. Ekstruzinių cemento plokščių gamybos linijos bandymų rezultatai taip pat rodo, kad kuo žemesnė medžiagos temperatūra yra pagal tą patį CE kiekį, tuo geresnis klampumo ir vandens sulaikymo efektas. Kadangi cemento sistema yra labai sudėtinga fizinių ir cheminių savybių sistema, yra daug veiksnių, turinčių įtakos CE gelio temperatūros ir klampumo pokyčiams. Įvairių Taianino tendencijų ir laipsnio įtaka nėra vienoda, todėl praktinis pritaikymas taip pat nustatė, kad sumaišius cemento sistemą, tikrasis CE gelio temperatūros taškas (ty klijų ir vandens sulaikymo efekto sumažėjimas yra labai akivaizdus šioje temperatūroje. ) yra žemesnės už produkto nurodytą gelio temperatūrą, todėl renkantis CE gaminius reikia atsižvelgti į veiksnius, sukeliančius gelio temperatūros mažėjimą. Toliau pateikiami pagrindiniai veiksniai, kurie, mūsų nuomone, turi įtakos cemento gaminių CE tirpalo klampumui ir gelio temperatūrai.

4.1 pH reikšmės įtaka klampumui

MC ir HPMC yra nejoniniai, todėl tirpalo klampumas nei natūralių joninių klijų klampumas turi platesnį DH stabilumo diapazoną, tačiau jei pH vertė viršija 3–11 diapazoną, jie palaipsniui mažins klampumą aukštesnėje temperatūroje arba sandėliuojamas ilgą laiką, ypač didelio klampumo tirpalas. CE produkto tirpalo klampumas mažėja stiprios rūgšties arba stiprios bazės tirpale, o tai daugiausia lemia CE dehidratacija, kurią sukelia bazė ir rūgštis. Todėl šarminėje cemento gaminių aplinkoje CE klampumas paprastai tam tikru mastu sumažėja.

4.2 Kaitinimo greičio ir maišymo įtaka gelio procesui

Gelio taško temperatūrai turės įtakos bendras šildymo greičio ir maišymo šlyties greičio poveikis. Didelio greičio maišymas ir greitas kaitinimas paprastai žymiai padidina gelio temperatūrą, o tai palanku cemento gaminiams, susidarantiems mechaninio maišymo būdu.

4.3 Koncentracijos įtaka karštam geliui

Didinant tirpalo koncentraciją, paprastai sumažėja gelio temperatūra, o mažo klampumo CE gelio taškai yra aukštesni nei didelio klampumo CE. Tokie kaip DOW METHOCEL A

Gelio temperatūra bus sumažinta 10 ℃ kas 2 % padidinus produkto koncentraciją. 2 % padidinus F tipo produktų koncentraciją, gelio temperatūra sumažės 4 ℃.

4.4. Priedų įtaka terminei geliacijai

Statybinių medžiagų srityje daugelis medžiagų yra neorganinės druskos, kurios turės didelę įtaką CE tirpalo gelio temperatūrai. Priklausomai nuo to, ar priedas veikia kaip koaguliantas, ar kaip tirpiklis, kai kurie priedai gali padidinti CE terminio gelio temperatūrą, o kiti gali sumažinti CE terminio gelio temperatūrą: pavyzdžiui, tirpiklius gerinantis etanolis, PEG-400 (polietilenglikolis) , anediolis ir kt., gali padidinti gelio tašką. Druskos, glicerinas, sorbitolis ir kitos medžiagos sumažins stingimo tašką, nejoninis CE paprastai nenusėda dėl daugiavalenčių metalų jonų, tačiau kai elektrolitų ar kitų ištirpusių medžiagų koncentracija viršija tam tikrą ribą, CE produktai gali būti išsūdomi. tirpalo, taip yra dėl elektrolitų konkurencijos su vandeniu, dėl to sumažėja CE hidratacija, CE produkto tirpalo druskos kiekis paprastai yra šiek tiek didesnis nei Mc produkto, o druskos kiekis šiek tiek skiriasi skirtinguose HPMC.

Dėl daugelio cemento gaminių sudedamųjų dalių sumažės CE gelio temperatūra, todėl renkantis priedus reikia atsižvelgti į tai, kad dėl to gali pakisti CE gelio temperatūra ir klampumas.

5.Išvada

(1) celiuliozės eteris yra natūrali celiuliozė, gauta eterinimo reakcijos metu, jos pagrindinis struktūrinis vienetas yra dehidratuota gliukozė, atsižvelgiant į pakaitų grupių tipą ir skaičių pakaitinėje padėtyje ir turi skirtingas savybes. Nejoninis eteris, pvz., MC ir HPMC, gali būti naudojamas kaip klampus, vandenį sulaikantis agentas, oro įtraukimo agentas ir kiti plačiai naudojami statybinių medžiagų gaminiuose.

(2) CE turi unikalų tirpumą, sudarydamas tirpalą tam tikroje temperatūroje (pvz., gelio temperatūroje), o gelio temperatūroje sudaro kietą gelį arba kietųjų dalelių mišinį. Pagrindiniai tirpinimo metodai yra sauso maišymo dispersijos metodas, karšto vandens dispersijos metodas ir kt., Cemento gaminiuose dažniausiai naudojamas sauso maišymo dispersijos metodas. Svarbiausia yra tolygiai paskirstyti CE, kol jis ištirps, sudarydamas tirpalą žemoje temperatūroje.

(3) Tirpalo koncentracija, temperatūra, pH vertė, cheminės priedų savybės ir maišymo greitis turės įtakos gelio temperatūrai ir CE tirpalo klampumui, ypač cemento produktai yra neorganiniai druskų tirpalai šarminėje aplinkoje, paprastai sumažina CE tirpalo gelio temperatūrą ir klampumą. , sukeliantis neigiamą poveikį. Todėl pagal CE charakteristikas, pirma, jis turėtų būti naudojamas žemoje temperatūroje (žemesnėje už gelio temperatūrą), antra, reikia atsižvelgti į priedų įtaką.