Celulozes ēteris cementa izstrādājumos

Celulozes ēteris ir sava veida daudzfunkcionāla piedeva, ko var izmantot cementa izstrādājumos. Šis raksts iepazīstina ar cementa izstrādājumos plaši izmantotās metilcelulozes (MC) un hidroksipropilmetilcelulozes (HPMC /) ķīmiskajām īpašībām, neto šķīduma metodi un principu un šķīduma galvenajām īpašībām. Termiskās gēla temperatūras un viskozitātes samazināšanās cementa izstrādājumos tika apspriesta, balstoties uz praktisko ražošanas pieredzi.

Atslēgas vārdi:celulozes ēteris; Metilceluloze;Hidroksipropilmetilceluloze; Karstā želejas temperatūra; viskozitāte

1. Pārskats

Celulozes ēteris (īsumā CE) ir izgatavots no celulozes, izmantojot viena vai vairāku ēterēšanas aģentu ēterizācijas reakciju un sausu slīpēšanu. CE var iedalīt jonu un nejonu tipos, starp kuriem ir nejonu tips CE, jo tam ir unikālas termiskās gēla īpašības un šķīdība, sāls izturība, karstumizturība un atbilstoša virsmas aktivitāte. To var izmantot kā ūdeni aizturošu līdzekli, suspensijas līdzekli, emulgatoru, plēvi veidojošu līdzekli, smērvielu, līmi un reoloģisko uzlabotāju. Galvenās ārvalstu patēriņa jomas ir lateksa pārklājumi, būvmateriāli, naftas urbšana un tā tālāk. Salīdzinot ar ārvalstīm, ūdenī šķīstošā CE ražošana un pielietošana joprojām ir sākuma stadijā. Līdz ar cilvēku veselības un vides apziņas uzlabošanos. Lieliski attīstīsies ūdenī šķīstošais CE, kas ir nekaitīgs fizioloģijai un nepiesārņo vidi.

Būvmateriālu jomā parasti tiek izvēlēts CE metilceluloze (MC) un hidroksipropilmetilceluloze (HPMC), var tikt izmantota kā krāsu, apmetuma, javas un cementa izstrādājumu plastifikators, viskozifikators, ūdens aiztures līdzeklis, gaisa aizvadīšanas līdzeklis un palēninātājs. Lielākā daļa būvmateriālu rūpniecības tiek izmantota normālā temperatūrā, izmantojot sauso pulvera un ūdens maisījumu, mazāk ietekmējot CE šķīdināšanas īpašības un karstās gēla īpašības, bet cementa izstrādājumu mehanizētajā ražošanā un citos īpašos temperatūras apstākļos šīs īpašības CE spēlēs pilnīgāku lomu.

2. CE ķīmiskās īpašības

CE iegūst, apstrādājot celulozi, izmantojot vairākas ķīmiskas un fizikālas metodes. Saskaņā ar atšķirīgo ķīmisko aizstāšanas struktūru parasti var iedalīt: MC, HPMC, hidroksietilceluloze (HEC) utt.: Katram CE ir celulozes pamatstruktūra - dehidrēta glikoze. CE ražošanas procesā celulozes šķiedras vispirms karsē sārmainā šķīdumā un pēc tam apstrādā ar ēterēšanas līdzekļiem. Šķiedrainie reakcijas produkti tiek attīrīti un pulverizēti, veidojot viendabīgu noteiktas smalkuma pulveri.

MC ražošanas procesā kā ēterēšanas līdzekli izmanto tikai metāna hlorīdu. Papildus metāna hlorīda izmantošanai HPMC ražošanā izmanto arī propilēna oksīdu, lai iegūtu hidroksipropilaizvietotāju grupas. Dažādiem CE ir dažādi metila un hidroksipropila aizstāšanas ātrumi, kas ietekmē CE šķīduma organisko saderību un termiskās gēla temperatūru.

Aizvietošanas grupu skaitu dehidrētās celulozes glikozes struktūrvienībās var izteikt ar masas procentuālo daudzumu vai vidējo aizvietotāju grupu skaitu (ti, DS — aizstāšanas pakāpe). Aizvietotāju grupu skaits nosaka CE produktu īpašības. Vidējās aizvietošanas pakāpes ietekme uz ēterizācijas produktu šķīdību ir šāda:

(1) zema aizstāšanas pakāpe, šķīst sārmā;

(2) nedaudz augsta ūdenī šķīstoša aizstāšanas pakāpe;

(3) augsta aizvietošanas pakāpe, kas izšķīdināta polāros organiskajos šķīdinātājos;

(4) Augstāka aizvietošanas pakāpe, kas izšķīdināta nepolārajos organiskajos šķīdinātājos.

3. CE šķīdināšanas metode

CE ir unikāla šķīdības īpašība, kad temperatūra paaugstinās līdz noteiktai temperatūrai, tas nešķīst ūdenī, bet zem šīs temperatūras tā šķīdība palielināsies līdz ar temperatūras pazemināšanos. CE šķīst aukstā ūdenī (un dažos gadījumos īpašos organiskajos šķīdinātājos) pietūkuma un hidratācijas procesā. CE šķīdumiem nav acīmredzamu šķīdības ierobežojumu, kas parādās jonu sāļu šķīdināšanā. CE koncentrācija parasti ir ierobežota līdz viskozitātei, ko var kontrolēt ar ražošanas aprīkojumu, kā arī mainās atkarībā no lietotāja pieprasītās viskozitātes un ķīmiskās daudzveidības. Zemas viskozitātes CE šķīduma koncentrācija parasti ir 10% ~ 15%, un augstas viskozitātes CE parasti ir ierobežota līdz 2% ~ 3%. Dažādi CE veidi (piemēram, pulveris vai virsmas apstrādāts pulveris vai granulas) var ietekmēt šķīduma pagatavošanu.

3.1 CE bez virsmas apstrādes

Lai gan CE šķīst aukstā ūdenī, tas ir pilnībā jāizkliedē ūdenī, lai izvairītos no salipšanas. Dažos gadījumos aukstā ūdenī var izmantot ātrgaitas maisītāju vai piltuvi, lai izkliedētu CE pulveri. Tomēr, ja neapstrādāto pulveri pievieno tieši aukstam ūdenim, pietiekami nemaisot, veidosies pamatīgi kunkuļi. Galvenais salipšanas iemesls ir tas, ka CE pulvera daļiņas nav pilnībā mitras. Kad izšķīst tikai daļa pulvera, izveidosies želejas plēve, kas neļauj atlikušajam pulverim turpināt šķīst. Tāpēc pirms izšķīdināšanas CE daļiņas pēc iespējas pilnībā jāizkliedē. Parasti tiek izmantotas šādas divas izkliedēšanas metodes.

3.1.1. Sausā maisījuma dispersijas metode

Šo metodi visbiežāk izmanto cementa izstrādājumos. Pirms ūdens pievienošanas pārējo pulveri vienmērīgi samaisiet ar CE pulveri, lai CE pulvera daļiņas izkliedētos. Minimālā sajaukšanas attiecība: Cits pulveris: CE pulveris = (3 ~ 7): 1.

Šajā metodē CE dispersija tiek pabeigta sausā stāvoklī, izmantojot citu pulveri kā barotni, lai izkliedētu CE daļiņas savā starpā, lai izvairītos no CE daļiņu savstarpējas saistīšanās, pievienojot ūdeni un ietekmējot turpmāku šķīšanu. Tāpēc dispersijai nav nepieciešams karsts ūdens, bet šķīdināšanas ātrums ir atkarīgs no pulvera daļiņām un maisīšanas apstākļiem.

3.1.2. Karstā ūdens dispersijas metode

(1) Pirmo 1/5–1/3 no nepieciešamā ūdens uzsildiet līdz 90 C augstākai temperatūrai, pievienojiet CE un pēc tam samaisiet, līdz visas daļiņas ir izkliedētas slapjas, un pēc tam pievieno atlikušo ūdeni aukstā vai ledus ūdenī, lai samazinātu ierīces temperatūru. šķīdums, sasniedzot CE šķīšanas temperatūru, pulveris sāka hidratēties, palielinājās viskozitāte.

(2) Varat arī uzsildīt visu ūdeni un pēc tam pievienot CE, lai maisītu, kamēr hidratācija ir pabeigta. Pietiekama dzesēšana ir ļoti svarīga pilnīgai CE hidratācijai un viskozitātes veidošanai. Ideālai viskozitātei MC šķīdums jāatdzesē līdz 0 ~ 5 ℃, savukārt HPMC jāatdzesē tikai līdz 20 ~ 25 ℃ vai zemākam. Tā kā pilnīgai hidratācijai ir nepieciešama pietiekama dzesēšana, HPMC šķīdumus parasti izmanto vietās, kur nevar izmantot aukstu ūdeni: saskaņā ar informāciju HPMC ir mazāks temperatūras samazinājums nekā MC zemākā temperatūrā, lai sasniegtu tādu pašu viskozitāti. Ir vērts atzīmēt, ka karstā ūdens dispersijas metode tikai liek CE daļiņām vienmērīgi izkliedēties augstākā temperatūrā, bet šķīdums šajā laikā neveidojas. Lai iegūtu šķīdumu ar noteiktu viskozitāti, tas atkal jāatdzesē.

3.2. Disperģējamais CE pulveris, kas apstrādāts ar virsmu

Daudzos gadījumos CE ir jābūt gan disperģējamām, gan ātras hidratācijas (veidojot viskozitāti) īpašībām aukstā ūdenī. Virsmas apstrādātā CE pēc speciālas ķīmiskās apstrādes īslaicīgi nešķīst aukstā ūdenī, kas nodrošina, ka, pievienojot CE ūdenim, tas uzreiz neveidos acīmredzamu viskozitāti un var tikt izkliedēts salīdzinoši maza bīdes spēka apstākļos. Hidratācijas vai viskozitātes veidošanās “aizkavēšanās laiks” ir virsmas apstrādes pakāpes, temperatūras, sistēmas pH un CE šķīduma koncentrācijas kombinācijas rezultāts. Hidratācijas aizkavēšanās parasti tiek samazināta pie augstākām koncentrācijām, temperatūrām un pH līmeņiem. Tomēr kopumā CE koncentrāciju ņem vērā tikai tad, kad tā sasniedz 5% (ūdens masas attiecība).

Lai iegūtu labākos rezultātus un pilnīgu hidratāciju, apstrādātā CE ir jāmaisa dažas minūtes neitrālos apstākļos ar pH diapazonu no 8,5 līdz 9,0, līdz tiek sasniegta maksimālā viskozitāte (parasti 10-30 minūtes). Tiklīdz pH mainās uz bāzisku (pH no 8,5 līdz 9,0), apstrādātā CE pilnībā un ātri izšķīst, un šķīdums var būt stabils pie pH 3 līdz 11. Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka augstas koncentrācijas vircas pH regulēšana. viskozitāte būs pārāk augsta sūknēšanai un ieliešanai. PH jānoregulē pēc tam, kad virca ir atšķaidīta līdz vajadzīgajai koncentrācijai.

Rezumējot, CE šķīdināšanas process ietver divus procesus: fizisko dispersiju un ķīmisko šķīdināšanu. Galvenais ir pirms izšķīdināšanas izkliedēt CE daļiņas savā starpā, lai izvairītos no aglomerācijas augstās viskozitātes dēļ šķīdināšanas laikā zemā temperatūrā, kas ietekmēs turpmāku šķīšanu.

4. CE risinājuma īpašības

Dažāda veida CE ūdens šķīdumi saželēs to īpašajās temperatūrās. Gēls ir pilnībā atgriezenisks un atkal atdzesējot veido šķīdumu. CE atgriezeniskā termiskā želeja ir unikāla. Daudzos cementa izstrādājumos CE viskozitātes un atbilstošo ūdens aiztures un eļļošanas īpašību, kā arī viskozitātes un želejas temperatūras galvenais lietojums ir tieša saistība ar gēla temperatūru, jo zemāka temperatūra, jo augstāka ir CE viskozitāte, jo labāka atbilstošā ūdens aiztures veiktspēja.

Pašreizējais gēla fenomena skaidrojums ir šāds: šķīšanas procesā tas ir līdzīgi

Vītnes polimēru molekulas savienojas ar ūdens molekulāro slāni, kā rezultātā veidojas pietūkums. Ūdens molekulas darbojas kā smēreļļa, kas var izjaukt garas polimēru molekulu ķēdes, tādējādi šķīdumam piemīt viskoza šķidruma īpašības, ko ir viegli izgāzt. Palielinoties šķīduma temperatūrai, celulozes polimērs pakāpeniski zaudē ūdeni un samazinās šķīduma viskozitāte. Kad tiek sasniegts želejas punkts, polimērs kļūst pilnībā dehidrēts, kā rezultātā veidojas saikne starp polimēriem un gēla veidošanos: gēla stiprums turpina palielināties, temperatūrai paliekot virs želejas punkta.

Šķīdumam atdziestot, gēls sāk mainīties un viskozitāte samazinās. Visbeidzot, dzesēšanas šķīduma viskozitāte atgriežas sākotnējā temperatūras pieauguma līknē un palielinās līdz ar temperatūras pazemināšanos. Šķīdumu var atdzesēt līdz tā sākotnējai viskozitātes vērtībai. Tāpēc CE termiskā gēla process ir atgriezenisks.

CE galvenā loma cementa izstrādājumos ir viskozizētājs, plastifikators un ūdens aiztures līdzeklis, tāpēc viskozitātes un želejas temperatūras kontrole ir kļuvusi par svarīgu faktoru cementa izstrādājumos, kas parasti izmanto sākotnējo gēla temperatūras punktu zem līknes sadaļas, tātad, jo zemāka temperatūra, jo augstāka viskozitāte, jo acīmredzamāka ir viskozizētāja ūdens aiztures ietekme. Ekstrūzijas cementa plātņu ražošanas līnijas testa rezultāti arī parāda, ka jo zemāka materiāla temperatūra ir zem tāda paša CE satura, jo labāka ir viskozifikācija un ūdens aiztures efekts. Tā kā cementa sistēma ir ārkārtīgi sarežģīta fizikālo un ķīmisko īpašību sistēma, ir daudz faktoru, kas ietekmē CE gēla temperatūras un viskozitātes izmaiņas. Un dažādu Taianīna tendenču un pakāpes ietekme nav vienāda, tāpēc praktiskais pielietojums arī atklāja, ka pēc cementa sistēmas sajaukšanas faktiskais gēla temperatūras punkts CE (tas ir, līmes un ūdens aiztures efekta samazināšanās šajā temperatūrā ir ļoti acīmredzama. ) ir zemākas par produkta norādīto gēla temperatūru, tāpēc, izvēloties CE produktus, jāņem vērā faktori, kas izraisa gēla temperatūras pazemināšanos. Tālāk ir norādīti galvenie faktori, kas, mūsuprāt, ietekmē cementa izstrādājumos esošā CE šķīduma viskozitāti un gēla temperatūru.

4.1. pH vērtības ietekme uz viskozitāti

MC un HPMC ir nejoniskas, tāpēc šķīduma viskozitātei nekā dabiskās jonu līmes viskozitātei ir plašāks DH stabilitātes diapazons, bet, ja pH vērtība pārsniedz diapazonu no 3 līdz 11, tie pakāpeniski samazinās viskozitāti pie a. augstākā temperatūrā vai uzglabāšanā ilgu laiku, īpaši augstas viskozitātes šķīdumam. CE produkta šķīduma viskozitāte samazinās stipras skābes vai stipras bāzes šķīdumā, kas galvenokārt ir saistīts ar CE dehidratāciju, ko izraisa bāze un skābe. Tāpēc cementa izstrādājumu sārmainā vidē CE viskozitāte parasti zināmā mērā samazinās.

4.2. Sildīšanas ātruma un maisīšanas ietekme uz želejas procesu

Gēla punkta temperatūru ietekmēs sildīšanas ātruma un maisīšanas bīdes ātruma kombinācija. Liela ātruma maisīšana un ātra karsēšana kopumā ievērojami paaugstinās gēla temperatūru, kas ir labvēlīgi cementa izstrādājumiem, kas veidojas mehāniski sajaucot.

4.3. Koncentrācijas ietekme uz karstu želeju

Šķīduma koncentrācijas palielināšana parasti samazina gēla temperatūru, un zemas viskozitātes CE gēla punkti ir augstāki nekā augstas viskozitātes CE. Piemēram, DOW METHOCEL A

Gēla temperatūra tiks pazemināta par 10 ℃ par katru 2% produkta koncentrācijas pieaugumu. F-veida produktu koncentrācijas palielināšana par 2% samazina želejas temperatūru par 4℃.

4.4. Piedevu ietekme uz termisko želeju

Būvmateriālu jomā daudzi materiāli ir neorganiskie sāļi, kas būtiski ietekmēs CE šķīduma gēla temperatūru. Atkarībā no tā, vai piedeva darbojas kā koagulants vai šķīdinātājs, dažas piedevas var paaugstināt CE termiskās gēla temperatūru, bet citas var pazemināt CE termiskās gēla temperatūru: piemēram, šķīdinātāju pastiprinošs etanols, PEG-400 (polietilēnglikols) , anediols utt., var palielināt želejas punktu. Sāļi, glicerīns, sorbīts un citas vielas samazina želejas temperatūru, nejonu CE parasti neizgulsnējas daudzvērtīgo metālu jonu dēļ, bet, ja elektrolītu vai citu izšķīdušu vielu koncentrācija pārsniedz noteiktu robežu, CE produkti var tikt izsālīti. šķīdumā, tas ir saistīts ar elektrolītu konkurenci ar ūdeni, kā rezultātā samazinās CE hidratācija, CE produkta sāls saturs parasti ir nedaudz augstāks nekā Mc produkta šķīdumā, un sāls saturs ir nedaudz atšķirīgs. dažādos HPMC.

Daudzas cementa izstrādājumu sastāvdaļas pazeminās CE želejas punktu, tāpēc, izvēloties piedevas, jāņem vērā, ka tas var izraisīt CE želejas punkta un viskozitātes izmaiņas.

5.Secinājums

(1) celulozes ēteris ir dabiska celuloze ēterizācijas reakcijas rezultātā, un tai ir dehidrētas glikozes pamatstruktūrvienība atbilstoši aizvietotāju grupu veidam un skaitam tā aizstāšanas pozīcijā, un tam ir dažādas īpašības. Nejonu ēteri, piemēram, MC un HPMC, var izmantot kā viskozifikatoru, ūdens aiztures līdzekli, gaisa piesaistes līdzekli un citus plaši izmantotus būvmateriālu izstrādājumos.

(2) CE ir unikāla šķīdība, veidojot šķīdumu noteiktā temperatūrā (piemēram, želejas temperatūrā) un veidojot cietu želeju vai cieto daļiņu maisījumu želejas temperatūrā. Galvenās šķīdināšanas metodes ir sausās sajaukšanas dispersijas metode, karstā ūdens dispersijas metode utt., Cementa izstrādājumos parasti izmanto sausās sajaukšanas dispersijas metodi. Galvenais ir vienmērīgi izkliedēt CE, pirms tas izšķīst, veidojot šķīdumu zemā temperatūrā.

(3) Šķīduma koncentrācija, temperatūra, pH vērtība, piedevu ķīmiskās īpašības un maisīšanas ātrums ietekmēs CE šķīduma gēla temperatūru un viskozitāti, jo īpaši cementa produkti ir neorganiskie sāls šķīdumi sārmainā vidē, parasti samazina CE šķīduma gēla temperatūru un viskozitāti. , radot negatīvas sekas. Tāpēc atbilstoši CE īpašībām, pirmkārt, tas jālieto zemā temperatūrā (zem želejas temperatūras), otrkārt, jāņem vērā piedevu ietekme.