Eter celulozy w produktach na bazie cementu

Eter celulozy jest rodzajem uniwersalnego dodatku, który można stosować w wyrobach cementowych. W artykule przedstawiono właściwości chemiczne metylocelulozy (MC) i hydroksypropylometylocelulozy (HPMC/) powszechnie stosowanych w wyrobach cementowych, metodę i zasadę wytwarzania roztworu netto oraz główne właściwości roztworu. Na podstawie praktycznych doświadczeń produkcyjnych omówiono zmniejszenie temperatury i lepkości żelu termicznego w wyrobach cementowych.

Słowa kluczowe:eter celulozy; metyloceluloza;Hydroksypropylometyloceluloza; Temperatura gorącego żelu; lepkość

1. Przegląd

Eter celulozy (w skrócie CE) wytwarzany jest z celulozy w wyniku reakcji eteryfikacji jednego lub kilku środków eteryfikujących i mielenia na sucho. CE można podzielić na typy jonowe i niejonowe, wśród których znajduje się typ niejonowy CE ze względu na jego unikalne właściwości żelu termicznego i rozpuszczalność, odporność na sól, odporność na ciepło i odpowiednią aktywność powierzchniową. Może być stosowany jako środek zatrzymujący wodę, środek zawieszający, emulgator, środek błonotwórczy, smar, klej i polepszacz reologiczny. Głównymi obszarami konsumpcji zagranicznej są powłoki lateksowe, materiały budowlane, wiercenia ropy i tak dalej. W porównaniu z innymi krajami produkcja i zastosowanie rozpuszczalnego w wodzie CE jest wciąż w powijakach. Wraz z poprawą zdrowia ludzi i świadomości ekologicznej. Rozpuszczalny w wodzie CE, który jest nieszkodliwy dla fizjologii i nie zanieczyszcza środowiska, będzie miał wielki rozwój.

W dziedzinie materiałów budowlanych zwykle wybieranym CE jest metyloceluloza (MC) i hydroksypropylometyloceluloza (HPMC), mogą być stosowane jako plastyfikatory farb, tynków, zapraw i wyrobów cementowych, środki zwiększające lepkość, środki zatrzymujące wodę, środki napowietrzające i opóźniające. Większość przemysłu materiałów budowlanych wykorzystuje się w normalnej temperaturze, w warunkach suchej mieszanki proszku i wody, w mniejszym stopniu obejmujących właściwości rozpuszczania i właściwości gorącego żelu CE, ale w zmechanizowanej produkcji wyrobów cementowych i innych specjalnych warunkach temperaturowych, te właściwości CE będzie odgrywać pełniejszą rolę.

2. Właściwości chemiczne CE

CE uzyskuje się poprzez obróbkę celulozy szeregiem metod chemicznych i fizycznych. Zgodnie z inną strukturą podstawienia chemicznego, zwykle można je podzielić na: MC, HPMC, hydroksyetylocelulozę (HEC) itp.: Każda CE ma podstawową strukturę celulozy – odwodnionej glukozy. W procesie produkcji CE włókna celulozowe najpierw podgrzewa się w roztworze zasadowym, a następnie poddaje działaniu środków eteryfikujących. Włókniste produkty reakcji oczyszcza się i proszkuje w celu uzyskania jednolitego proszku o określonym rozdrobnieniu.

W procesie produkcyjnym MC jako środek eteryfikujący wykorzystuje się wyłącznie chlorek metanu. Oprócz zastosowania chlorku metanu do produkcji HPMC wykorzystuje się również tlenek propylenu w celu otrzymania podstawników hydroksypropylowych. Różne CE mają różne szybkości podstawienia metylu i hydroksypropylu, co wpływa na zgodność organiczną i temperaturę żelu termicznego roztworu CE.

Liczbę grup podstawieniowych w jednostkach strukturalnych odwodnionej glukozy celulozy można wyrazić jako procent masy lub średnią liczbę grup podstawieniowych (tj. DS – stopień podstawienia). Liczba grup podstawnikowych określa właściwości produktów CE. Wpływ średniego stopnia podstawienia na rozpuszczalność produktów eteryfikacji jest następujący:

(1) niski stopień podstawienia rozpuszczalny w ługu;

(2) nieco wysoki stopień podstawienia rozpuszczalnego w wodzie;

(3) wysoki stopień podstawienia rozpuszczony w polarnych rozpuszczalnikach organicznych;

(4) Wyższy stopień podstawienia rozpuszczony w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych.

3. Metoda rozpuszczania CE

CE ma wyjątkową właściwość rozpuszczalności, gdy temperatura wzrośnie do określonej temperatury, jest nierozpuszczalny w wodzie, ale poniżej tej temperatury jego rozpuszczalność wzrośnie wraz ze spadkiem temperatury. CE jest rozpuszczalny w zimnej wodzie (a w niektórych przypadkach w określonych rozpuszczalnikach organicznych) w procesie pęcznienia i hydratacji. Roztwory CE nie mają oczywistych ograniczeń rozpuszczalności, które pojawiają się przy rozpuszczaniu soli jonowych. Stężenie CE jest na ogół ograniczone do lepkości, którą można kontrolować za pomocą sprzętu produkcyjnego, a także zmienia się w zależności od lepkości i różnorodności chemicznej wymaganej przez użytkownika. Stężenie roztworu CE o niskiej lepkości wynosi na ogół 10% ~ 15%, a CE o wysokiej lepkości jest na ogół ograniczone do 2% ~ 3%. Różne rodzaje CE (takie jak proszek lub proszek lub granulat do obróbki powierzchniowej) mogą mieć wpływ na sposób przygotowania roztworu.

3.1 CE bez obróbki powierzchni

Chociaż CE jest rozpuszczalny w zimnej wodzie, musi zostać całkowicie zdyspergowany w wodzie, aby uniknąć zbrylania. W niektórych przypadkach można zastosować szybkoobrotowy mieszalnik lub lejek w zimnej wodzie w celu zdyspergowania proszku CE. Jeśli jednak nieobrobiony proszek zostanie dodany bezpośrednio do zimnej wody bez wystarczającego mieszania, utworzą się znaczne grudki. Główną przyczyną zbrylania jest to, że cząstki proszku CE nie są całkowicie mokre. Gdy rozpuści się tylko część proszku, utworzy się żelowa warstwa, która zapobiegnie dalszemu rozpuszczaniu się pozostałego proszku. Dlatego przed rozpuszczeniem cząstki CE powinny zostać całkowicie rozproszone w miarę możliwości. Powszechnie stosuje się następujące dwie metody dyspersji.

3.1.1 Metoda dyspersji suchej mieszanki

Ta metoda jest najczęściej stosowana w produktach cementowych. Przed dodaniem wody należy równomiernie wymieszać pozostały proszek z proszkiem CE, tak aby cząsteczki proszku CE uległy rozproszeniu. Minimalne proporcje mieszania: Inny proszek: Proszek CE = (3 ~ 7): 1.

W tej metodzie dyspersja CE jest zakończona w stanie suchym, przy użyciu innego proszku jako ośrodka do dyspergowania cząstek CE między sobą, tak aby uniknąć wzajemnego wiązania cząstek CE podczas dodawania wody i wpływania na dalsze rozpuszczanie. Dlatego do dyspersji nie jest potrzebna gorąca woda, ale szybkość rozpuszczania zależy od cząstek proszku i warunków mieszania.

3.1.2 Metoda dyspersji gorącej wody

(1) Pierwsze 1/5 ~ 1/3 wymaganej wody podgrzać do temperatury 90°C powyżej, dodać CE i następnie mieszać, aż wszystkie cząstki rozproszą się na mokro, a następnie dodać pozostałą wodę w zimnej lub lodowatej wodzie, aby obniżyć temperaturę roztworze, po osiągnięciu temperatury rozpuszczania CE, proszek zaczął się uwodniać, a lepkość wzrosła.

(2) Można także podgrzać całą wodę, a następnie dodać CE i mieszać podczas chłodzenia, aż do zakończenia uwodnienia. Wystarczające chłodzenie jest bardzo ważne dla całkowitego uwodnienia CE i wytworzenia lepkości. Aby uzyskać idealną lepkość, roztwór MC należy schłodzić do 0 ~ 5 ℃, podczas gdy HPMC należy schłodzić jedynie do 20 ~ 25 ℃ lub poniżej. Ponieważ pełne uwodnienie wymaga wystarczającego chłodzenia, roztwory HPMC są powszechnie stosowane tam, gdzie nie można zastosować zimnej wody: zgodnie z informacjami HPMC charakteryzuje się mniejszą redukcją temperatury niż MC w niższych temperaturach, aby osiągnąć tę samą lepkość. Warto zauważyć, że metoda dyspersji w gorącej wodzie powoduje jedynie, że cząsteczki CE rozpraszają się równomiernie w wyższej temperaturze, ale w tym czasie nie tworzy się żaden roztwór. Aby uzyskać roztwór o określonej lepkości, należy go ponownie schłodzić.

3.2 Powierzchniowo dyspergowalny proszek CE

W wielu przypadkach wymaga się, aby CE miał zarówno właściwości dyspergowalne, jak i szybkie uwodnienie (tworzące lepkość) w zimnej wodzie. CE obrobiony powierzchniowo jest tymczasowo nierozpuszczalny w zimnej wodzie po specjalnej obróbce chemicznej, co gwarantuje, że po dodaniu CE do wody nie uzyska on natychmiast widocznej lepkości i może zostać zdyspergowany w warunkach stosunkowo małej siły ścinającej. „Czas opóźnienia” hydratacji lub powstania lepkości jest wynikiem połączenia stopnia obróbki powierzchni, temperatury, pH układu i stężenia roztworu CE. Opóźnienie hydratacji jest ogólnie zmniejszone przy wyższych stężeniach, temperaturach i poziomach pH. Generalnie jednak stężenie CE nie jest brane pod uwagę, dopóki nie osiągnie 5% (stosunek masowy wody).

Aby uzyskać najlepsze rezultaty i całkowite nawilżenie, obrobioną powierzchnię CE należy mieszać przez kilka minut w neutralnych warunkach, w zakresie pH od 8,5 do 9,0, aż do osiągnięcia maksymalnej lepkości (zwykle 10-30 minut). Gdy pH zmieni się na zasadowe (pH 8,5 do 9,0), CE poddany obróbce powierzchniowej rozpuszcza się całkowicie i szybko, a roztwór może być stabilny przy pH 3 do 11. Należy jednak pamiętać, że dostosowanie pH zawiesiny o wysokim stężeniu spowoduje, że lepkość będzie zbyt wysoka do pompowania i nalewania. Wartość pH należy dostosować po rozcieńczeniu zawiesiny do pożądanego stężenia.

Podsumowując, proces rozpuszczania CE obejmuje dwa procesy: dyspersję fizyczną i rozpuszczanie chemiczne. Kluczem jest rozproszenie cząstek CE między sobą przed rozpuszczeniem, aby uniknąć aglomeracji spowodowanej dużą lepkością podczas rozpuszczania w niskiej temperaturze, co będzie miało wpływ na dalsze rozpuszczanie.

4. Właściwości rozwiązania CE

Różne rodzaje roztworów wodnych CE będą żelować w określonych temperaturach. Żel jest całkowicie odwracalny i po ponownym ochłodzeniu tworzy roztwór. Odwracalne żelowanie termiczne CE jest wyjątkowe. W przypadku wielu produktów cementowych głównym zastosowaniem lepkości CE i odpowiednich właściwości zatrzymywania wody i smarowania, a także lepkości i temperatury żelu ma bezpośredni związek, w przypadku temperatury żelu, im niższa temperatura, tym wyższa lepkość CE, tym lepsza jest odpowiednia wydajność zatrzymywania wody.

Obecne wyjaśnienie zjawiska żelu jest następujące: w procesie rozpuszczania jest to podobne

Cząsteczki polimeru nici łączą się z warstwą molekularną wody, powodując pęcznienie. Cząsteczki wody działają jak olej smarowy, który może rozrywać długie łańcuchy cząsteczek polimeru, dzięki czemu roztwór ma właściwości lepkiego płynu, który łatwo się wylewa. Wraz ze wzrostem temperatury roztworu polimer celulozowy stopniowo traci wodę i lepkość roztworu maleje. Po osiągnięciu punktu żelowania polimer ulega całkowitemu odwodnieniu, co powoduje połączenie między polimerami i utworzenie żelu: wytrzymałość żelu w dalszym ciągu rośnie, gdy temperatura utrzymuje się powyżej punktu żelowania.

Gdy roztwór ochładza się, żel zaczyna się odwracać, a lepkość maleje. Ostatecznie lepkość roztworu chłodzącego powraca do początkowej krzywej wzrostu temperatury i rośnie wraz ze spadkiem temperatury. Roztwór można schłodzić do początkowej wartości lepkości. Dlatego proces żelu termicznego CE jest odwracalny.

Główną rolą CE w produktach cementowych jest działanie jako środek zwiększający lepkość, plastyfikator i środek zatrzymujący wodę, więc kontrolowanie lepkości i temperatury żelu stało się ważnym czynnikiem w produktach cementowych, zwykle wykorzystuje się początkową temperaturę żelu poniżej odcinka krzywej, zatem im niższa temperatura, tym wyższa lepkość, tym bardziej oczywisty jest efekt zatrzymywania wody przez środek zwiększający lepkość. Wyniki testów linii do produkcji płyt cementowych do wytłaczania pokazują również, że im niższa temperatura materiału przy tej samej zawartości CE, tym lepszy jest efekt lepkości i zatrzymywania wody. Ponieważ system cementowy jest niezwykle złożonym systemem właściwości fizycznych i chemicznych, istnieje wiele czynników wpływających na zmianę temperatury i lepkości żelu CE. Wpływ różnych trendów i stopni Taianin nie jest taki sam, więc praktyczne zastosowanie wykazało również, że po zmieszaniu systemu cementowego rzeczywista temperatura żelu CE (to znaczy spadek efektu zatrzymywania kleju i wody jest bardzo oczywisty w tej temperaturze ) są niższe od temperatury żelu wskazywanej przez produkt, dlatego też przy wyborze produktów CE należy wziąć pod uwagę czynniki powodujące spadek temperatury żelu. Poniżej przedstawiono główne czynniki, które naszym zdaniem wpływają na lepkość i temperaturę żelu roztworu CE w produktach cementowych.

4.1 Wpływ wartości pH na lepkość

MC i HPMC są niejonowe, więc lepkość roztworu niż lepkość naturalnego kleju jonowego ma szerszy zakres stabilności DH, ale jeśli wartość pH przekroczy zakres 3 ~ 11, będą stopniowo zmniejszać lepkość przy wyższej temperaturze lub przechowywaniu przez dłuższy czas, szczególnie w przypadku roztworu o dużej lepkości. Lepkość roztworu produktu CE zmniejsza się w roztworze mocnego kwasu lub mocnej zasady, co wynika głównie z odwodnienia CE spowodowanego zasadą i kwasem. Dlatego lepkość CE zwykle zmniejsza się do pewnego stopnia w środowisku alkalicznym wyrobów cementowych.

4.2 Wpływ szybkości ogrzewania i mieszania na proces żelowania

Na temperaturę punktu żelowania będzie miał wpływ połączony efekt szybkości ogrzewania i szybkości ścinania mieszania. Mieszanie z dużą szybkością i szybkie ogrzewanie na ogół znacznie zwiększają temperaturę żelu, co jest korzystne w przypadku produktów cementowych powstałych w wyniku mieszania mechanicznego.

4.3 Wpływ stężenia na gorący żel

Zwiększanie stężenia roztworu zwykle obniża temperaturę żelu, a punkty żelowania CE o niskiej lepkości są wyższe niż te o wysokiej lepkości CE. Takich jak DOW METHOCEL A

Temperatura żelu zostanie obniżona o 10℃ na każde 2% wzrostu stężenia produktu. Wzrost stężenia produktów typu F o 2% spowoduje obniżenie temperatury żelu o 4℃.

4.4 Wpływ dodatków na żelowanie termiczne

W dziedzinie materiałów budowlanych wiele materiałów to sole nieorganiczne, które będą miały znaczący wpływ na temperaturę żelu roztworu CE. W zależności od tego, czy dodatek działa jako koagulant czy środek solubilizujący, niektóre dodatki mogą zwiększać temperaturę żelu termicznego CE, podczas gdy inne mogą obniżać temperaturę żelu termicznego CE: na przykład etanol wzmacniający rozpuszczalnik, PEG-400 (glikol polietylenowy) , anediol itp. mogą zwiększać punkt żelowania. Sole, gliceryna, sorbitol i inne substancje obniżą temperaturę żelowania, niejonowe CE na ogół nie będą wytrącane z powodu jonów metali wielowartościowych, ale gdy stężenie elektrolitu lub innych rozpuszczonych substancji przekroczy pewien limit, produkty CE można wysolić w roztworze, wynika to z konkurencji elektrolitów z wodą, co skutkuje zmniejszeniem uwodnienia CE. Zawartość soli w roztworze produktu CE jest na ogół nieco wyższa niż w produkcie Mc, a zawartość soli jest nieco inna w różnych HPMC.

Wiele składników wyrobów cementowych powoduje spadek punktu żelowania CE, dlatego przy wyborze dodatków należy wziąć pod uwagę, że może to spowodować zmiany punktu żelowania i lepkości CE.

5.Wniosek

(1) eter celulozy jest naturalną celulozą powstałą w wyniku reakcji eteryfikacji, ma podstawową jednostkę strukturalną odwodnionej glukozy, zgodnie z rodzajem i liczbą grup podstawnikowych w jej pozycji zastępczej oraz ma różne właściwości. Niejonowy eter, taki jak MC i HPMC, można stosować jako środek zwiększający lepkość, środek zatrzymujący wodę, środek napowietrzający i inne powszechnie stosowane w produktach materiałów budowlanych.

(2) CE ma wyjątkową rozpuszczalność, tworząc roztwór w określonej temperaturze (takiej jak temperatura żelu) i tworząc stały żel lub mieszaninę cząstek stałych w temperaturze żelu. Głównymi metodami rozpuszczania są metoda dyspersji podczas mieszania na sucho, metoda dyspersji w gorącej wodzie itp. W produktach cementowych powszechnie stosowana jest metoda dyspersji podczas mieszania na sucho. Kluczem jest równomierne rozproszenie CE, zanim się rozpuści, tworząc roztwór w niskich temperaturach.

(3) Stężenie roztworu, temperatura, wartość pH, właściwości chemiczne dodatków i szybkość mieszania będą miały wpływ na temperaturę żelu i lepkość roztworu CE, zwłaszcza produkty cementowe są nieorganicznymi roztworami soli w środowisku zasadowym, zwykle zmniejszają temperaturę żelu i lepkość roztworu CE , przynosząc niekorzystne skutki. Dlatego zgodnie z charakterystyką CE, po pierwsze, należy go stosować w niskiej temperaturze (poniżej temperatury żelu), a po drugie, należy uwzględnić wpływ dodatków.