Selulosa eter dalam produk berasaskan simen

Eter selulosa adalah sejenis bahan tambahan pelbagai guna yang boleh digunakan dalam produk simen. Kertas kerja ini memperkenalkan sifat kimia metil selulosa (MC) dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC /) yang biasa digunakan dalam produk simen, kaedah dan prinsip larutan bersih dan ciri-ciri utama larutan. Penurunan suhu gel terma dan kelikatan dalam produk simen telah dibincangkan berdasarkan pengalaman pengeluaran praktikal.

Kata kunci:selulosa eter; Metil selulosa;Hidroksipropil metil selulosa; Suhu gel panas; kelikatan

1. Gambaran keseluruhan

Eter selulosa (pendek kata CE) diperbuat daripada selulosa melalui tindak balas pengeteran satu atau beberapa agen pengeteran dan pengisaran kering. CE boleh dibahagikan kepada jenis ionik dan bukan ionik, antaranya jenis CE bukan ionik kerana ciri gel terma yang unik dan keterlarutan, rintangan garam, rintangan haba, dan mempunyai aktiviti permukaan yang sesuai. Ia boleh digunakan sebagai agen penahan air, agen penggantungan, pengemulsi, agen pembentuk filem, pelincir, pelekat dan pembaikan reologi. Kawasan penggunaan asing utama ialah salutan lateks, bahan binaan, penggerudian minyak dan sebagainya. Berbanding dengan negara luar, pengeluaran dan penggunaan CE larut air masih di peringkat awal. Dengan peningkatan kesedaran kesihatan dan alam sekitar rakyat. CE larut air, yang tidak berbahaya kepada fisiologi dan tidak mencemarkan alam sekitar, akan mempunyai perkembangan yang hebat.

Dalam bidang bahan binaan yang biasanya dipilih CE ialah metil selulosa (MC) dan hidroksipropil metil selulosa (HPMC), boleh digunakan sebagai cat, plaster, mortar dan produk simen plasticizer, viscosifier, ejen penahan air, agen entraining udara dan agen retarding. Kebanyakan industri bahan binaan digunakan pada suhu biasa, menggunakan keadaan adalah serbuk campuran kering dan air, kurang melibatkan ciri-ciri pembubaran dan ciri-ciri gel panas CE, tetapi dalam pengeluaran mekanis produk simen dan keadaan suhu khas yang lain, ciri-ciri ini CE akan memainkan peranan yang lebih penuh.

2. Sifat kimia CE

CE diperoleh dengan merawat selulosa melalui satu siri kaedah kimia dan fizikal. Mengikut struktur penggantian kimia yang berbeza, biasanya boleh dibahagikan kepada: MC, HPMC, hydroxyethyl cellulose (HEC), dsb. : Setiap CE mempunyai struktur asas selulosa — glukosa dehidrasi. Dalam proses menghasilkan CE, gentian selulosa mula-mula dipanaskan dalam larutan alkali dan kemudian dirawat dengan agen pengeteran. Hasil tindak balas berserabut ditulenkan dan dihancurkan untuk membentuk serbuk seragam dengan kehalusan tertentu.

Proses penghasilan MC hanya menggunakan metana klorida sebagai agen pengeteran. Selain penggunaan metana klorida, penghasilan HPMC juga menggunakan propilena oksida untuk mendapatkan kumpulan substituen hidroksipropil. Pelbagai CE mempunyai kadar penggantian metil dan hidroksipropil yang berbeza, yang menjejaskan keserasian organik dan suhu gel terma larutan CE.

Bilangan kumpulan Penggantian pada unit struktur glukosa dehidrasi selulosa boleh dinyatakan dengan peratusan jisim atau purata bilangan kumpulan penggantian (iaitu, DS — Darjah Penggantian). Bilangan kumpulan pengganti menentukan sifat produk CE. Kesan purata darjah penggantian ke atas keterlarutan produk eterifikasi adalah seperti berikut:

(1) tahap penggantian rendah larut dalam lye;

(2) tahap penggantian yang tinggi sedikit larut dalam air;

(3) tahap penggantian tinggi terlarut dalam pelarut organik polar;

(4) Tahap penggantian yang lebih tinggi terlarut dalam pelarut organik bukan kutub.

3. Kaedah pembubaran CE

CE mempunyai sifat keterlarutan yang unik, apabila suhu meningkat kepada suhu tertentu, ia tidak larut dalam air, tetapi di bawah suhu ini, keterlarutannya akan meningkat dengan penurunan suhu. CE larut dalam air sejuk (dan dalam beberapa kes dalam pelarut organik tertentu) melalui proses pembengkakan dan penghidratan. Larutan CE tidak mempunyai had keterlarutan yang jelas yang muncul dalam pelarutan garam ionik. Kepekatan CE secara amnya terhad kepada kelikatan yang boleh dikawal oleh peralatan pengeluaran, dan juga berbeza mengikut kelikatan dan kepelbagaian kimia yang diperlukan oleh pengguna. Kepekatan penyelesaian CE kelikatan rendah biasanya 10% ~ 15%, dan CE kelikatan tinggi biasanya terhad kepada 2% ~ 3%. Jenis CE yang berbeza (seperti serbuk atau serbuk dirawat permukaan atau berbutir) boleh menjejaskan cara penyelesaian disediakan.

3.1 CE tanpa rawatan permukaan

Walaupun CE larut dalam air sejuk, ia mesti tersebar sepenuhnya di dalam air untuk mengelakkan penggumpalan. Dalam sesetengah kes, pengadun atau corong berkelajuan tinggi boleh digunakan dalam air sejuk untuk menyebarkan serbuk CE. Walau bagaimanapun, jika serbuk yang tidak dirawat ditambah terus ke dalam air sejuk tanpa dikacau secukupnya, ketulan yang besar akan terbentuk. Sebab utama untuk membuat kek ialah zarah serbuk CE tidak basah sepenuhnya. Apabila hanya sebahagian daripada serbuk dibubarkan, filem gel akan terbentuk, yang menghalang serbuk yang tinggal daripada terus larut. Oleh itu, sebelum pembubaran, zarah CE harus tersebar sepenuhnya sejauh mungkin. Dua kaedah penyebaran berikut biasanya digunakan.

3.1.1 Kaedah penyebaran campuran kering

Kaedah ini paling biasa digunakan dalam produk simen. Sebelum menambah air, campurkan serbuk lain dengan serbuk CE sama rata, supaya zarah serbuk CE tersebar. Nisbah pencampuran minimum: Serbuk lain: Serbuk CE =(3 ~ 7): 1.

Dalam kaedah ini, penyebaran CE diselesaikan dalam keadaan kering, menggunakan serbuk lain sebagai medium untuk menyebarkan zarah CE antara satu sama lain, untuk mengelakkan ikatan bersama zarah CE apabila menambah air dan menjejaskan pembubaran selanjutnya. Oleh itu, air panas tidak diperlukan untuk penyebaran, tetapi kadar pembubaran bergantung pada zarah serbuk dan keadaan kacau.

3.1.2 Kaedah penyebaran air panas

(1) 1/5~1/3 pertama pemanasan air yang diperlukan kepada 90C di atas, tambah CE, dan kemudian kacau sehingga semua zarah tersebar basah, dan kemudian air yang tinggal dalam air sejuk atau ais ditambah untuk mengurangkan suhu penyelesaian, apabila mencapai suhu pembubaran CE, serbuk mula terhidrat, kelikatan meningkat.

(2) Anda juga boleh memanaskan semua air, dan kemudian tambah CE untuk kacau sambil menyejukkan sehingga penghidratan selesai. Penyejukan yang mencukupi adalah sangat penting untuk penghidratan CE yang lengkap dan pembentukan kelikatan. Untuk kelikatan yang ideal, larutan MC hendaklah disejukkan kepada 0~5℃, manakala HPMC hanya perlu disejukkan kepada 20~25℃ atau lebih rendah. Memandangkan penghidratan penuh memerlukan penyejukan yang mencukupi, penyelesaian HPMC biasanya digunakan di mana air sejuk tidak boleh digunakan: menurut maklumat, HPMC mempunyai pengurangan suhu yang kurang daripada MC pada suhu yang lebih rendah untuk mencapai kelikatan yang sama. Perlu diingat bahawa kaedah penyebaran air panas hanya menjadikan zarah CE tersebar sama rata pada suhu yang lebih tinggi, tetapi tiada penyelesaian terbentuk pada masa ini. Untuk mendapatkan larutan dengan kelikatan tertentu, ia mesti disejukkan semula.

3.2 Serbuk CE boleh disebarkan di permukaan

Dalam kebanyakan kes, CE diperlukan untuk mempunyai kedua-dua ciri penghidratan (kelikatan membentuk) boleh tersebar dan cepat dalam air sejuk. CE yang dirawat permukaan tidak larut dalam air sejuk buat sementara waktu selepas rawatan kimia khas, yang memastikan bahawa apabila CE ditambah kepada air, ia tidak akan membentuk kelikatan yang jelas dengan serta-merta dan boleh tersebar di bawah keadaan daya ricih yang agak kecil. "Masa kelewatan" penghidratan atau pembentukan kelikatan adalah hasil gabungan tahap rawatan permukaan, suhu, pH sistem, dan kepekatan larutan CE. Kelewatan penghidratan biasanya dikurangkan pada kepekatan, suhu dan tahap pH yang lebih tinggi. Secara amnya, bagaimanapun, kepekatan CE tidak dipertimbangkan sehingga mencapai 5% (nisbah jisim air).

Untuk hasil terbaik dan penghidratan lengkap, permukaan CE yang dirawat hendaklah dikacau selama beberapa minit dalam keadaan neutral, dengan julat pH dari 8.5 hingga 9.0, sehingga kelikatan maksimum dicapai (biasanya 10-30 minit). Sebaik sahaja pH berubah kepada asas (pH 8.5 hingga 9.0), permukaan CE yang dirawat larut sepenuhnya dan cepat, dan larutan boleh stabil pada pH 3 hingga 11. Walau bagaimanapun, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa melaraskan pH buburan kepekatan tinggi akan menyebabkan kelikatan terlalu tinggi untuk mengepam dan menuang. pH perlu diselaraskan selepas buburan telah dicairkan kepada kepekatan yang dikehendaki.

Ringkasnya, proses pembubaran CE merangkumi dua proses: penyebaran fizikal dan pembubaran kimia. Kuncinya adalah untuk menyebarkan zarah CE antara satu sama lain sebelum pembubaran, untuk mengelakkan penggumpalan disebabkan oleh kelikatan yang tinggi semasa pembubaran suhu rendah, yang akan menjejaskan pembubaran selanjutnya.

4. Sifat penyelesaian CE

Pelbagai jenis larutan akueus CE akan menjadi gel pada suhu khusus mereka. Gel boleh diterbalikkan sepenuhnya dan membentuk penyelesaian apabila disejukkan semula. Penggelapan terma boleh balik CE adalah unik. Dalam banyak produk simen, penggunaan utama kelikatan CE dan pengekalan air yang sepadan dan sifat pelinciran, dan kelikatan dan suhu gel mempunyai hubungan langsung, di bawah suhu gel, semakin rendah suhu, semakin tinggi kelikatan CE, lebih baik prestasi pengekalan air yang sepadan.

Penjelasan semasa untuk fenomena gel adalah ini: dalam proses pembubaran, ini adalah serupa

Molekul polimer benang bersambung dengan lapisan molekul air, mengakibatkan bengkak. Molekul air bertindak seperti minyak pelincir, yang boleh menarik rantai panjang molekul polimer, supaya larutan mempunyai sifat bendalir likat yang mudah dibuang. Apabila suhu larutan meningkat, polimer selulosa secara beransur-ansur kehilangan air dan kelikatan larutan berkurangan. Apabila titik gel dicapai, polimer menjadi dehidrasi sepenuhnya, mengakibatkan hubungan antara polimer dan pembentukan gel: kekuatan gel terus meningkat apabila suhu kekal di atas titik gel.

Apabila larutan menjadi sejuk, gel mula terbalik dan kelikatan berkurangan. Akhirnya, kelikatan larutan penyejuk kembali ke lengkung kenaikan suhu awal dan meningkat dengan penurunan suhu. Penyelesaian boleh disejukkan kepada nilai kelikatan awalnya. Oleh itu, proses gel terma CE boleh diterbalikkan.

Peranan utama CE dalam produk simen adalah sebagai pelikat, plasticizer dan ejen pengekalan air, jadi bagaimana untuk mengawal kelikatan dan suhu gel telah menjadi faktor penting dalam produk simen biasanya menggunakan titik suhu gel awalnya di bawah bahagian lengkung, jadi semakin rendah suhu, semakin tinggi kelikatan, semakin jelas kesan pengekalan air viscosifier. Keputusan ujian barisan pengeluaran papan simen penyemperitan juga menunjukkan bahawa semakin rendah suhu bahan di bawah kandungan CE yang sama, semakin baik kelikatan dan kesan pengekalan air. Oleh kerana sistem simen adalah sistem sifat fizikal dan kimia yang sangat kompleks, terdapat banyak faktor yang mempengaruhi perubahan suhu dan kelikatan gel CE. Dan pengaruh pelbagai trend dan tahap Taianin tidak sama, jadi aplikasi praktikal juga mendapati bahawa selepas mencampurkan sistem simen, titik suhu gel sebenar CE (iaitu, penurunan kesan pengekalan gam dan air sangat jelas pada suhu ini. ) adalah lebih rendah daripada suhu gel yang ditunjukkan oleh produk, oleh itu, dalam pemilihan produk CE untuk mengambil kira faktor yang menyebabkan penurunan suhu gel. Berikut adalah faktor utama yang kami percaya mempengaruhi kelikatan dan suhu gel larutan CE dalam produk simen.

4.1 Pengaruh nilai pH terhadap kelikatan

MC dan HPMC adalah bukan ionik, jadi kelikatan larutan daripada kelikatan gam ionik semulajadi mempunyai julat kestabilan DH yang lebih luas, tetapi jika nilai pH melebihi julat 3 ~ 11, ia akan mengurangkan kelikatan secara beransur-ansur pada suhu yang lebih tinggi atau dalam simpanan untuk jangka masa yang lama, terutamanya larutan kelikatan tinggi. Kelikatan penyelesaian produk CE berkurangan dalam asid kuat atau larutan bes kuat, yang terutamanya disebabkan oleh dehidrasi CE yang disebabkan oleh bes dan asid. Oleh itu, kelikatan CE biasanya berkurangan ke tahap tertentu dalam persekitaran alkali produk simen.

4.2 Pengaruh kadar pemanasan dan kacau pada proses gel

Suhu titik gel akan dipengaruhi oleh kesan gabungan kadar pemanasan dan kadar ricih kacau. Pengadukan berkelajuan tinggi dan pemanasan pantas secara amnya akan meningkatkan suhu gel dengan ketara, yang sesuai untuk produk simen yang dibentuk oleh pencampuran mekanikal.

4.3 Pengaruh kepekatan pada gel panas

Meningkatkan kepekatan larutan biasanya menurunkan suhu gel, dan titik gel kelikatan rendah CE lebih tinggi daripada kelikatan tinggi CE. Seperti METHOCEL A DOW

Suhu gel akan dikurangkan sebanyak 10 ℃ untuk setiap peningkatan 2% dalam kepekatan produk. Peningkatan 2% dalam kepekatan produk jenis F akan mengurangkan suhu gel sebanyak 4 ℃.

4.4 Pengaruh bahan tambahan terhadap geli terma

Dalam bidang bahan binaan, banyak bahan adalah garam bukan organik, yang akan memberi kesan yang ketara pada suhu gel larutan CE. Bergantung pada sama ada bahan tambahan itu bertindak sebagai agen koagulan atau pelarut, sesetengah bahan tambahan boleh meningkatkan suhu gel terma CE, manakala yang lain boleh mengurangkan suhu gel terma CE: contohnya, etanol meningkatkan pelarut, PEG-400(polietilena glikol) , anediol, dsb., boleh meningkatkan titik gel. Garam, gliserin, sorbitol dan bahan lain akan mengurangkan titik gel, CE bukan ionik secara amnya tidak akan dimendakan disebabkan oleh ion logam polivalen, tetapi apabila kepekatan elektrolit atau bahan terlarut lain melebihi had tertentu, produk CE boleh diasinkan dalam penyelesaian, ini disebabkan oleh persaingan elektrolit kepada air, mengakibatkan pengurangan penghidratan CE, Kandungan garam larutan produk CE biasanya lebih tinggi sedikit daripada produk Mc, dan kandungan garam sedikit berbeza. dalam HPMC yang berbeza.

Banyak bahan dalam produk simen akan menjadikan titik gel CE jatuh, jadi pemilihan bahan tambahan harus mengambil kira bahawa ini boleh menyebabkan titik gel dan kelikatan CE berubah.

5. Kesimpulan

(1) selulosa eter adalah selulosa semula jadi melalui tindak balas etherifikasi, mempunyai unit struktur asas glukosa dehidrasi, mengikut jenis dan bilangan kumpulan pengganti pada kedudukan penggantiannya dan mempunyai sifat yang berbeza. Eter bukan ionik seperti MC dan HPMC boleh digunakan sebagai pelikat, ejen pengekalan air, ejen pemerangkap udara dan lain-lain yang digunakan secara meluas dalam produk bahan binaan.

(2) CE mempunyai keterlarutan yang unik, membentuk larutan pada suhu tertentu (seperti suhu gel), dan membentuk gel pepejal atau campuran zarah pepejal pada suhu gel. Kaedah pembubaran utama adalah kaedah penyebaran campuran kering, kaedah penyebaran air panas, dan lain-lain, dalam produk simen yang biasa digunakan ialah kaedah penyebaran campuran kering. Kuncinya adalah untuk menyebarkan CE secara sama rata sebelum ia larut, membentuk larutan pada suhu rendah.

(3) Kepekatan larutan, suhu, nilai pH, sifat kimia bahan tambahan dan kadar kacau akan menjejaskan suhu gel dan kelikatan larutan CE, terutamanya produk simen adalah larutan garam tak organik dalam persekitaran beralkali, biasanya mengurangkan suhu gel dan kelikatan larutan CE. , membawa kesan buruk. Oleh itu, mengikut ciri-ciri CE, pertama, ia harus digunakan pada suhu rendah (di bawah suhu gel), dan kedua, pengaruh aditif harus diambil kira.