Celluloseeter i sementbaserte produkter

Celluloseeter er et slags flerbrukstilsetningsstoff som kan brukes i sementprodukter. Denne artikkelen introduserer de kjemiske egenskapene til metylcellulose (MC) og hydroksypropylmetylcellulose (HPMC /) som vanligvis brukes i sementprodukter, metoden og prinsippet for nettløsningen og hovedegenskapene til løsningen. Nedgangen i termisk geltemperatur og viskositet i sementprodukter ble diskutert basert på praktisk produksjonserfaring.

Stikkord:cellulose eter; Metylcellulose;Hydroksypropylmetylcellulose; Varm gel temperatur; viskositet

1. Oversikt

Celluloseeter (forkortet CE) er laget av cellulose gjennom foretringsreaksjon av ett eller flere foretringsmidler og tørrmaling. CE kan deles inn i ioniske og ikke-ioniske typer, blant annet ikke-ionisk type CE på grunn av dens unike termiske gelegenskaper og løselighet, saltmotstand, varmebestandighet og har passende overflateaktivitet. Den kan brukes som vannholdende middel, suspensjonsmiddel, emulgator, filmdannende middel, smøremiddel, lim og reologisk forbedringsmiddel. De viktigste utenlandske forbruksområdene er lateksbelegg, byggematerialer, oljeboring og så videre. Sammenlignet med andre land er produksjonen og bruken av vannløselig CE fortsatt i sin spede begynnelse. Med forbedring av folks helse- og miljøbevissthet. Vannløselig CE, som er ufarlig for fysiologien og ikke forurenser miljøet, vil ha stor utvikling.

Innenfor byggematerialer som vanligvis velges CE er metylcellulose (MC) og hydroksypropylmetylcellulose (HPMC), kan brukes som maling, gips, mørtel og sementprodukter mykner, viskositetsmiddel, vannretensjonsmiddel, luftinndragende middel og retarderingsmiddel. Det meste av byggematerialeindustrien brukes ved normal temperatur, bruksforholdene er tørrblandingspulver og vann, mindre involverer oppløsningsegenskapene og varmgelegenskapene til CE, men i mekanisert produksjon av sementprodukter og andre spesielle temperaturforhold, er disse egenskapene til CE vil spille en mer fullverdig rolle.

2. Kjemiske egenskaper til CE

CE oppnås ved å behandle cellulose gjennom en rekke kjemiske og fysiske metoder. I henhold til de forskjellige kjemiske substitusjonsstrukturene, kan de vanligvis deles inn i: MC, HPMC, hydroksyetylcellulose (HEC), etc. : Hver CE har den grunnleggende strukturen til cellulose - dehydrert glukose. I prosessen med å produsere CE blir cellulosefibre først oppvarmet i en alkalisk løsning og deretter behandlet med foretringsmidler. De fibrøse reaksjonsproduktene renses og pulveriseres for å danne et jevnt pulver med en viss finhet.

Produksjonsprosessen til MC bruker kun metanklorid som foretringsmiddel. I tillegg til bruken av metanklorid, bruker produksjonen av HPMC også propylenoksid for å oppnå hydroksypropylsubstituentgrupper. Ulike CE har forskjellige metyl- og hydroksypropylsubstitusjonshastigheter, noe som påvirker den organiske kompatibiliteten og den termiske geltemperaturen til CE-løsningen.

Antall substitusjonsgrupper på de dehydrerte glukosestrukturenhetene til cellulose kan uttrykkes ved prosentandelen av masse eller gjennomsnittlig antall substitusjonsgrupper (dvs. DS – Substitusjonsgrad). Antall substituentgrupper bestemmer egenskapene til CE-produkter. Effekten av gjennomsnittlig grad av substitusjon på løseligheten av foretringsprodukter er som følger:

(1) lav substitusjonsgrad løselig i lut;

(2) litt høy grad av substitusjon oppløselig i vann;

(3) høy grad av substitusjon oppløst i polare organiske løsningsmidler;

(4) Høyere grad av substitusjon oppløst i ikke-polare organiske løsemidler.

3. Oppløsningsmetode for CE

CE har en unik løselighetsegenskap, når temperaturen stiger til en viss temperatur, er den uløselig i vann, men under denne temperaturen vil løseligheten øke med temperaturnedgangen. CE er løselig i kaldt vann (og i noen tilfeller i spesifikke organiske løsningsmidler) gjennom prosessen med svelling og hydrering. CE-løsninger har ikke de åpenbare løselighetsbegrensningene som vises ved oppløsning av ioniske salter. Konsentrasjonen av CE er generelt begrenset til viskositeten som kan kontrolleres av produksjonsutstyret, og varierer også i henhold til viskositeten og den kjemiske variasjonen som kreves av brukeren. Løsningskonsentrasjonen av lavviskositet CE er vanligvis 10% ~ 15%, og høyviskositet CE er generelt begrenset til 2% ~ 3%. Ulike typer CE (som pulver eller overflatebehandlet pulver eller granulat) kan påvirke hvordan løsningen tilberedes.

3.1 CE uten overflatebehandling

Selv om CE er løselig i kaldt vann, må det være fullstendig dispergert i vann for å unngå klumping. I noen tilfeller kan en høyhastighetsblander eller trakt brukes i kaldt vann for å spre CE-pulver. Imidlertid, hvis det ubehandlede pulveret tilsettes direkte til kaldt vann uten tilstrekkelig omrøring, vil det dannes betydelige klumper. Hovedårsaken til kaking er at CE-pulverpartiklene ikke er helt våte. Når bare en del av pulveret er oppløst, vil det dannes en gelfilm, som hindrer det gjenværende pulveret i å fortsette å løse seg opp. Derfor, før oppløsning, bør CE-partiklene være fullstendig dispergert så langt som mulig. Følgende to dispersjonsmetoder er ofte brukt.

3.1.1 Tørrblandingsdispersjonsmetode

Denne metoden er mest brukt i sementprodukter. Før du tilsetter vann, bland annet pulver med CE-pulver jevnt, slik at CE-pulverpartikler blir spredt. Minimum blandingsforhold: Annet pulver: CE-pulver =(3 ~ 7) : 1.

I denne metoden fullføres CE-dispergering i tørr tilstand, ved å bruke annet pulver som medium for å spre CE-partikler med hverandre, for å unngå gjensidig binding av CE-partikler når vann tilsettes og påvirker videre oppløsning. Derfor er det ikke nødvendig med varmt vann for dispergering, men oppløsningshastigheten avhenger av pulverpartiklene og omrøringsforholdene.

3.1.2 Varmtvannsspredningsmetode

(1) Den første 1/5~1/3 av nødvendig vannoppvarming til 90C over, tilsett CE, og rør deretter til alle partiklene har spredt seg våte, og deretter tilsettes det gjenværende vannet i kaldt vann eller isvann for å redusere temperaturen på oppløsning, når CE-oppløsningstemperaturen nådde, begynte pulveret å hydrere, viskositeten økte.

(2) Du kan også varme opp alt vannet, og deretter tilsette CE for å røre mens det avkjøles til hydreringen er fullført. Tilstrekkelig kjøling er svært viktig for fullstendig hydrering av CE og dannelse av viskositet. For ideell viskositet bør MC-løsning avkjøles til 0~5 ℃, mens HPMC bare trenger å avkjøles til 20~25 ℃ eller lavere. Siden full hydrering krever tilstrekkelig kjøling, brukes HPMC-løsninger ofte der kaldt vann ikke kan brukes: ifølge informasjonen har HPMC mindre temperaturreduksjon enn MC ved lavere temperaturer for å oppnå samme viskositet. Det er verdt å merke seg at varmtvannsdispersjonsmetoden bare gjør at CE-partikler spres jevnt ved høyere temperatur, men det dannes ingen løsning på dette tidspunktet. For å få en løsning med en viss viskositet må den avkjøles igjen.

3.2 Overflatebehandlet dispergerbart CE-pulver

I mange tilfeller kreves det at CE har både dispergerbare og raske hydreringsegenskaper (dannende viskositet) i kaldt vann. Overflatebehandlet CE er midlertidig uløselig i kaldt vann etter spesiell kjemisk behandling, som sikrer at når CE tilsettes vann, vil det ikke umiddelbart danne tydelig viskositet og kan dispergeres under relativt små skjærkraftforhold. "Forsinkelsestiden" for hydrering eller viskositetsdannelse er resultatet av kombinasjonen av graden av overflatebehandling, temperatur, pH i systemet og CE-løsningskonsentrasjon. Forsinkelsen av hydrering reduseres generelt ved høyere konsentrasjoner, temperaturer og pH-nivåer. Generelt vurderes imidlertid ikke konsentrasjonen av CE før den når 5 % (masseforholdet til vann).

For best resultat og fullstendig hydrering bør overflatebehandlet CE røres i noen minutter under nøytrale forhold, med pH-området fra 8,5 til 9,0, til maksimal viskositet er nådd (vanligvis 10-30 minutter). Når pH endres til basisk (pH 8,5 til 9,0), oppløses den overflatebehandlede CE fullstendig og raskt, og løsningen kan være stabil ved pH 3 til 11. Det er imidlertid viktig å merke seg at justering av pH i en høykonsentrasjonsoppslemming vil føre til at viskositeten blir for høy for pumping og helling. pH bør justeres etter at slurryen er fortynnet til ønsket konsentrasjon.

For å oppsummere inkluderer oppløsningsprosessen til CE to prosesser: fysisk dispersjon og kjemisk oppløsning. Nøkkelen er å spre CE-partikler med hverandre før oppløsning, for å unngå agglomerering på grunn av høy viskositet under lavtemperaturoppløsning, noe som vil påvirke videre oppløsning.

4. Egenskaper til CE-løsning

Ulike typer CE vandige løsninger vil gelere ved deres spesifikke temperaturer. Gelen er fullstendig reversibel og danner en løsning når den avkjøles igjen. Den reversible termiske geldannelsen til CE er unik. I mange sementprodukter har hovedbruken av viskositeten til CE og de tilsvarende vannretensjons- og smøreegenskapene, og viskositeten og geltemperaturen et direkte forhold, under geltemperaturen, jo lavere temperatur, jo høyere viskositet til CE, jo bedre er tilsvarende vannretensjonsytelse.

Den nåværende forklaringen på gelfenomenet er denne: i oppløsningsprosessen er dette likt

Trådens polymermolekyler forbinder med vannmolekyllaget, noe som resulterer i hevelse. Vannmolekyler fungerer som smøreolje, som kan trekke fra hverandre lange kjeder av polymermolekyler, slik at løsningen har egenskapene til en viskøs væske som er lett å dumpe. Når temperaturen på løsningen øker, mister cellulosepolymeren gradvis vann og viskositeten til løsningen synker. Når gelpunktet er nådd, blir polymeren fullstendig dehydrert, noe som resulterer i koblingen mellom polymerene og dannelsen av gelen: styrken til gelen fortsetter å øke når temperaturen forblir over gelpunktet.

Når løsningen avkjøles, begynner gelen å reversere og viskositeten avtar. Til slutt går viskositeten til kjøleløsningen tilbake til den opprinnelige temperaturøkningskurven og øker med temperaturnedgangen. Løsningen kan avkjøles til sin opprinnelige viskositetsverdi. Derfor er den termiske gelprosessen til CE reversibel.

Hovedrollen til CE i sementprodukter er som et viskositetsmiddel, mykner og vannretensjonsmiddel, så hvordan man kontrollerer viskositeten og geltemperaturen har blitt en viktig faktor i sementprodukter som vanligvis bruker det opprinnelige geltemperaturpunktet under en del av kurven, så jo lavere temperatur, jo høyere viskositet, desto tydeligere er effekten av vannretensjon av viskositetsmiddel. Testresultatene fra produksjonslinjen for ekstruderingssementplater viser også at jo lavere materialtemperaturen er under samme innhold av CE, desto bedre er viskosifiserings- og vannretensjonseffekten. Siden sementsystemet er et ekstremt komplekst fysisk og kjemisk egenskapssystem, er det mange faktorer som påvirker endringen av CE-gelens temperatur og viskositet. Og påvirkningen av forskjellige Taianin-trender og grader er ikke den samme, så den praktiske applikasjonen fant også at etter blanding av sementsystem, er det faktiske geltemperaturpunktet til CE (det vil si at lim- og vannretensjonseffekten er veldig tydelig ved denne temperaturen ) er lavere enn geltemperaturen angitt av produktet, derfor, i valget av CE-produkter for å ta hensyn til faktorene som forårsaker geltemperaturnedgang. Følgende er hovedfaktorene som vi tror påvirker viskositeten og geltemperaturen til CE-løsning i sementprodukter.

4.1 Påvirkning av pH-verdi på viskositet

MC og HPMC er ikke-ioniske, så viskositeten til løsningen enn viskositeten til naturlig ionisk lim har et bredere område av DH-stabilitet, men hvis pH-verdien overstiger området 3 ~ 11, vil de gradvis redusere viskositeten ved en høyere temperatur eller lagring over lengre tid, spesielt høyviskositetsløsning. Viskositeten til CE-produktløsningen avtar i sterk syre eller sterk baseløsning, noe som hovedsakelig skyldes dehydrering av CE forårsaket av base og syre. Derfor avtar viskositeten til CE vanligvis til en viss grad i det alkaliske miljøet til sementprodukter.

4.2 Påvirkning av oppvarmingshastighet og omrøring på gelprosessen

Temperaturen på gelpunktet vil bli påvirket av den kombinerte effekten av oppvarmingshastighet og omrøringsskjærhastighet. Høyhastighets omrøring og rask oppvarming vil generelt øke geltemperaturen betydelig, noe som er gunstig for sementprodukter dannet ved mekanisk blanding.

4.3 Påvirkning av konsentrasjon på varm gel

Å øke konsentrasjonen av løsningen senker vanligvis geltemperaturen, og gelpunktene for lavviskositet CE er høyere enn de for høyviskositet CE. Slik som DOWs METHOCEL A

Geltemperaturen vil reduseres med 10 ℃ for hver 2 % økning i konsentrasjonen av produktet. En 2% økning i konsentrasjonen av F-type produkter vil redusere geltemperaturen med 4 ℃.

4.4 Påvirkning av tilsetningsstoffer på termisk gelering

Innen byggematerialer er mange materialer uorganiske salter, som vil ha en betydelig innvirkning på geltemperaturen til CE-løsningen. Avhengig av om tilsetningsstoffet fungerer som koaguleringsmiddel eller solubiliseringsmiddel, kan noen tilsetningsstoffer øke den termiske geltemperaturen til CE, mens andre kan redusere den termiske geltemperaturen til CE: for eksempel løsemiddelforbedrende etanol, PEG-400 (polyetylenglykol) , anediol, etc., kan øke gelpunktet. Salter, glyserin, sorbitol og andre stoffer vil redusere gelpunktet, ikke-ionisk CE vil generelt ikke bli utfelt på grunn av flerverdige metallioner, men når elektrolyttkonsentrasjonen eller andre oppløste stoffer overskrider en viss grense, kan CE-produkter saltes ut i løsning, dette skyldes konkurransen mellom elektrolytter og vann, noe som resulterer i reduksjon av hydratisering av CE. Saltinholdet i løsningen av CE-produktet er generelt litt høyere enn Mc-produktet, og saltinnholdet er litt annerledes i forskjellige HPMC.

Mange ingredienser i sementprodukter vil få gelpunktet til CE til å falle, så valget av tilsetningsstoffer bør ta hensyn til at dette kan føre til at gelpunktet og viskositeten til CE-endringer.

5.Konklusjon

(1) celluloseeter er naturlig cellulose gjennom foretringsreaksjon, har den grunnleggende strukturelle enheten av dehydrert glukose, i henhold til type og antall substituentgrupper på dens erstatningsposisjon og har forskjellige egenskaper. Den ikke-ioniske eteren som MC og HPMC kan brukes som viskosifikator, vannretensjonsmiddel, luftinnblandingsmiddel og annet mye brukt i byggematerialeprodukter.

(2) CE har unik løselighet, danner løsning ved en viss temperatur (som geltemperatur), og danner fast gel eller fast partikkelblanding ved geltemperatur. De viktigste oppløsningsmetodene er tørrblandingsdispersjonsmetode, varmtvannsdispersjonsmetoden, etc., i sementprodukter som vanligvis brukes er tørrblandingsdispersjonsmetoden. Nøkkelen er å spre CE jevnt før det løses opp, og danner en løsning ved lave temperaturer.

(3) Løsningskonsentrasjon, temperatur, pH-verdi, kjemiske egenskaper til tilsetningsstoffer og omrøringshastighet vil påvirke geltemperaturen og viskositeten til CE-løsningen, spesielt sementprodukter er uorganiske saltløsninger i alkalisk miljø, reduserer vanligvis geltemperaturen og viskositeten til CE-løsningen , som gir negative effekter. Derfor, i henhold til egenskapene til CE, bør den for det første brukes ved lav temperatur (under geltemperaturen), og for det andre bør påvirkningen av tilsetningsstoffer tas i betraktning.