Eter de celuloză în produse pe bază de ciment

Eterul de celuloză este un fel de aditiv multifuncțional care poate fi utilizat în produsele din ciment. Această lucrare prezintă proprietățile chimice ale metilcelulozei (MC) și hidroxipropilmetilcelulozei (HPMC/) utilizate în mod obișnuit în produsele din ciment, metoda și principiul soluției nete și principalele caracteristici ale soluției. Scăderea temperaturii gelului termic și a vâscozității produselor din ciment a fost discutată pe baza experienței practice de producție.

Cuvinte cheie:eter de celuloză; metil celuloză;Hidroxipropil metil celuloză; Temperatura gelului fierbinte; viscozitate

1. Prezentare generală

Eterul de celuloză (CE pe scurt) este fabricat din celuloză prin reacția de eterificare a unuia sau mai multor agenți de eterificare și măcinare uscată. CE poate fi împărțit în tipuri ionice și neionice, printre care tipul neionic CE datorită caracteristicilor și solubilității sale unice de gel termic, rezistență la sare, rezistență la căldură și are o activitate de suprafață adecvată. Poate fi folosit ca agent de reținere a apei, agent de suspensie, emulgator, agent de formare a peliculei, lubrifiant, adeziv și ameliorator reologic. Principalele zone de consum străin sunt acoperirile din latex, materialele de construcție, forajele petroliere și așa mai departe. În comparație cu țările străine, producția și aplicarea CE solubil în apă este încă la început. Cu îmbunătățirea sănătății oamenilor și a conștientizării mediului. CE solubil în apă, care este inofensiv pentru fiziologie și nu poluează mediul, va avea o mare dezvoltare.

În domeniul materialelor de construcție selectate de obicei CE este metil celuloza (MC) și hidroxipropil metil celuloza (HPMC), poate fi folosită ca vopsea, ipsos, mortar și produse din ciment plastifiant, viscozifiant, agent de reținere a apei, agent de antrenare a aerului și agent de întârziere. Cea mai mare parte a industriei materialelor de construcții este utilizată la temperatură normală, condițiile de utilizare sunt amestecul uscat de praf și apă, implicând mai puțin caracteristicile de dizolvare și caracteristicile gelului fierbinte ale CE, dar în producția mecanizată de produse din ciment și alte condiții speciale de temperatură, aceste caracteristici de CE va juca un rol mai deplin.

2. Proprietățile chimice ale CE

CE se obține prin tratarea celulozei printr-o serie de metode chimice și fizice. În funcție de structura de substituție chimică diferită, de obicei pot fi împărțite în: MC, HPMC, hidroxietil celuloză (HEC), etc.: Fiecare CE are structura de bază a celulozei - glucoză deshidratată. În procesul de producere a CE, fibrele de celuloză sunt mai întâi încălzite într-o soluție alcalină și apoi tratate cu agenți de eterificare. Produșii fibroși de reacție sunt purificați și pulverizați pentru a forma o pulbere uniformă de o anumită finețe.

Procesul de producție al MC folosește doar clorură de metan ca agent de eterificare. În plus față de utilizarea clorurii de metan, producția de HPMC folosește și propilenoxid pentru a obține grupări substituente hidroxipropil. Diverse CE au rate diferite de substituție cu metil și hidroxipropil, ceea ce afectează compatibilitatea organică și temperatura gelului termic al soluției CE.

Numărul de grupe de substituție de pe unitățile structurale de glucoză deshidratată ale celulozei poate fi exprimat prin procentul de masă sau numărul mediu de grupări de substituție (adică DS - Grad de substituție). Numărul de grupări substituente determină proprietățile produselor CE. Efectul gradului mediu de substituție asupra solubilității produselor de eterificare este următorul:

(1) grad scăzut de substituție solubil în leșie;

(2) grad ușor ridicat de substituție solubil în apă;

(3) grad ridicat de substituție dizolvat în solvenți organici polari;

(4) Gradul mai mare de substituție dizolvat în solvenți organici nepolari.

3. Metoda de dizolvare a CE

CE are o proprietate unică de solubilitate, atunci când temperatura crește la o anumită temperatură, este insolubil în apă, dar sub această temperatură, solubilitatea sa va crește odată cu scăderea temperaturii. CE este solubil în apă rece (și în unele cazuri în solvenți organici specifici) prin procesul de umflare și hidratare. Soluțiile CE nu au limitările evidente de solubilitate care apar în dizolvarea sărurilor ionice. Concentrația de CE este în general limitată la vâscozitatea care poate fi controlată de echipamentul de producție și, de asemenea, variază în funcție de vâscozitatea și varietatea chimică cerută de utilizator. Concentrația soluției de CE cu vâscozitate scăzută este în general 10% ~ 15%, iar CE cu vâscozitate ridicată este în general limitată la 2% ~ 3%. Diferite tipuri de CE (cum ar fi pulbere sau pulbere tratată cu suprafață sau granulare) pot afecta modul în care este preparată soluția.

3.1 CE fără tratament de suprafață

Deși CE este solubil în apă rece, trebuie să fie complet dispersat în apă pentru a evita aglomerarea. În unele cazuri, un mixer de mare viteză sau o pâlnie poate fi folosit în apă rece pentru a dispersa pulberea CE. Cu toate acestea, dacă pulberea netratată este adăugată direct în apă rece fără agitare suficientă, se vor forma cocoloașe substanțiale. Motivul principal pentru aglomerare este că particulele de pulbere CE nu sunt complet umede. Când doar o parte din pulbere este dizolvată, se va forma o peliculă de gel, care împiedică pulberea rămasă să se dizolve în continuare. Prin urmare, înainte de dizolvare, particulele de CE ar trebui să fie complet dispersate pe cât posibil. Următoarele două metode de dispersie sunt utilizate în mod obișnuit.

3.1.1 Metoda de dispersie a amestecului uscat

Această metodă este utilizată cel mai frecvent în produsele din ciment. Înainte de a adăuga apă, amestecați uniform altă pulbere cu pulbere CE, astfel încât particulele de pulbere CE să fie dispersate. Raport minim de amestecare: Altă pulbere: pulbere CE =(3 ~ 7): 1.

În această metodă, dispersia CE este finalizată în stare uscată, folosind altă pulbere ca mediu pentru a dispersa particulele CE între ele, astfel încât să se evite legarea reciprocă a particulelor CE atunci când se adaugă apă și afectează dizolvarea ulterioară. Prin urmare, apa fierbinte nu este necesară pentru dispersie, dar viteza de dizolvare depinde de particulele de pulbere și de condițiile de agitare.

3.1.2 Metoda de dispersie a apei calde

(1) Primul 1/5 ~ 1/3 din necesarul de încălzire a apei la 90C mai sus, adăugați CE și apoi amestecați până când toate particulele s-au dispersat umed, iar apoi apa rămasă în apă rece sau cu gheață adăugată pentru a reduce temperatura soluție, odată atinsă temperatura de dizolvare CE, pulberea a început să se hidrateze, vâscozitatea a crescut.

(2) De asemenea, puteți încălzi toată apa și apoi adăugați CE pentru a amesteca în timp ce vă răciți până când hidratarea este completă. Răcirea suficientă este foarte importantă pentru hidratarea completă a CE și formarea vâscozității. Pentru o vâscozitate ideală, soluția MC trebuie răcită la 0~5℃, în timp ce HPMC trebuie răcită doar la 20~25℃ sau mai jos. Deoarece hidratarea completă necesită o răcire suficientă, soluțiile HPMC sunt utilizate în mod obișnuit acolo unde apa rece nu poate fi utilizată: conform informațiilor, HPMC are o reducere mai mică a temperaturii decât MC la temperaturi mai scăzute pentru a obține aceeași vâscozitate. Este de remarcat faptul că metoda de dispersie cu apă caldă face ca particulele CE să se disperseze uniform la o temperatură mai ridicată, dar nu se formează nicio soluție în acest moment. Pentru a obține o soluție cu o anumită vâscozitate, aceasta trebuie răcită din nou.

3.2 Pulbere CE dispersabilă tratată la suprafață

În multe cazuri, CE trebuie să aibă atât caracteristici de dispersare, cât și de hidratare rapidă (vâscozitate de formare) în apă rece. CE tratat la suprafață este temporar insolubil în apă rece după un tratament chimic special, care asigură că atunci când CE este adăugat în apă, nu va forma imediat vâscozitate evidentă și poate fi dispersat în condiții de forță de forfecare relativ mici. „Timpul de întârziere” al hidratării sau formării vâscozității este rezultatul combinației dintre gradul de tratare a suprafeței, temperatura, pH-ul sistemului și concentrația soluției CE. Întârzierea hidratării este în general redusă la concentrații, temperaturi și niveluri de pH mai ridicate. În general, însă, concentrația de CE nu este luată în considerare până când nu ajunge la 5% (raportul de masă al apei).

Pentru rezultate optime și hidratare completă, suprafața tratată cu CE trebuie agitată câteva minute în condiții neutre, cu un interval de pH de la 8,5 la 9,0, până când se atinge vâscozitatea maximă (de obicei 10-30 minute). Odată ce pH-ul se schimbă la bazic (pH 8,5 până la 9,0), suprafața tratată CE se dizolvă complet și rapid, iar soluția poate fi stabilă la pH 3 până la 11. Cu toate acestea, este important de reținut că ajustarea pH-ului unei suspensii cu concentrație mare. va face ca vâscozitatea să fie prea mare pentru pompare și turnare. pH-ul trebuie ajustat după ce suspensia a fost diluată la concentrația dorită.

În concluzie, procesul de dizolvare a CE include două procese: dispersia fizică și dizolvarea chimică. Cheia este de a dispersa particulele CE între ele înainte de dizolvare, astfel încât să se evite aglomerarea din cauza vâscozității ridicate în timpul dizolvării la temperaturi scăzute, care va afecta dizolvarea ulterioară.

4. Proprietățile soluției CE

Diferite tipuri de soluții apoase CE se vor gelatiza la temperaturile lor specifice. Gelul este complet reversibil și formează o soluție atunci când este răcit din nou. Gelificarea termică reversibilă a CE este unică. În multe produse din ciment, utilizarea principală a vâscozității CE și a proprietăților corespunzătoare de reținere a apei și de lubrifiere, precum și vâscozitatea și temperatura gelului au o relație directă, sub temperatura gelului, cu cât temperatura este mai mică, cu atât vascozitatea CE este mai mare, cu atât performanța corespunzătoare de retenție a apei este mai bună.

Explicația actuală pentru fenomenul de gel este aceasta: în procesul de dizolvare, aceasta este similară

Moleculele polimerice ale firului se conectează cu stratul molecular de apă, ducând la umflare. Moleculele de apă acționează ca uleiul lubrifiant, care poate desprinde lanțuri lungi de molecule de polimer, astfel încât soluția are proprietățile unui fluid vâscos care este ușor de aruncat. Când temperatura soluției crește, polimerul celulozic pierde treptat apă și vâscozitatea soluției scade. Când se atinge punctul de gel, polimerul devine complet deshidratat, rezultând legătura dintre polimeri și formarea gelului: rezistența gelului continuă să crească pe măsură ce temperatura rămâne peste punctul de gel.

Pe măsură ce soluția se răcește, gelul începe să se inverseze și vâscozitatea scade. În cele din urmă, vâscozitatea soluției de răcire revine la curba inițială de creștere a temperaturii și crește odată cu scăderea temperaturii. Soluția poate fi răcită la valoarea sa inițială a vâscozității. Prin urmare, procesul de gel termic al CE este reversibil.

Rolul principal al CE în produsele din ciment este ca vâscozifiant, plastifiant și agent de reținere a apei, așa că modul de control al vâscozității și al temperaturii gelului a devenit un factor important în produsele din ciment, de obicei, folosesc punctul său inițial de temperatură a gelului sub o secțiune a curbei, deci, cu cât temperatura este mai mică, cu atât este mai mare vâscozitatea, cu atât efectul reținerii apei viscozifitorului este mai evident. Rezultatele testelor ale liniei de producție a plăcilor de ciment extrudat arată, de asemenea, că, cu cât temperatura materialului este mai scăzută sub același conținut de CE, cu atât este mai bun efectul de vâscozificare și reținere a apei. Deoarece sistemul de ciment este un sistem de proprietăți fizice și chimice extrem de complex, există mulți factori care afectează schimbarea temperaturii și vâscozității gelului CE. Și influența diferitelor tendințe și grade Taianin nu sunt aceleași, astfel încât aplicația practică a constatat, de asemenea, că, după amestecarea sistemului de ciment, punctul real de temperatură a gelului CE (adică scăderea efectului de reținere a lipiciului și a apei este foarte evidentă la această temperatură. ) sunt mai mici decât temperatura gelului indicată de produs, prin urmare, în selecția produselor CE să se ia în considerare factorii care cauzează scăderea temperaturii gelului. Următorii sunt principalii factori despre care credem că afectează vâscozitatea și temperatura gelului soluției CE din produsele de ciment.

4.1 Influența valorii pH-ului asupra vâscozității

MC și HPMC sunt neionice, astfel încât vâscozitatea soluției decât vâscozitatea adezivului ionic natural are o gamă mai largă de stabilitate DH, dar dacă valoarea pH-ului depășește intervalul de 3 ~ 11, acestea vor reduce treptat vâscozitatea la un temperatură mai mare sau în depozitare pentru o perioadă lungă de timp, în special soluție cu vâscozitate ridicată. Vâscozitatea soluției de produs CE scade în soluție de acid tare sau de bază tare, ceea ce se datorează în principal deshidratării CE cauzată de bază și acid. Prin urmare, vâscozitatea CE scade de obicei într-o anumită măsură în mediul alcalin al produselor din ciment.

4.2 Influența vitezei de încălzire și a agitației asupra procesului de gel

Temperatura punctului de gel va fi afectată de efectul combinat al vitezei de încălzire și al vitezei de forfecare la agitare. Agitarea de mare viteză și încălzirea rapidă vor crește în general temperatura gelului în mod semnificativ, ceea ce este favorabil pentru produsele de ciment formate prin amestecare mecanică.

4.3 Influența concentrației asupra gelului fierbinte

Creșterea concentrației soluției scade de obicei temperatura gelului, iar punctele de gel cu vâscozitate scăzută CE sunt mai mari decât cele cu vâscozitate mare CE. Cum ar fi METHOCEL A de la DOW

Temperatura gelului va fi redusă cu 10℃ pentru fiecare creștere cu 2% a concentrației produsului. O creștere cu 2% a concentrației de produse de tip F va reduce temperatura gelului cu 4℃.

4.4 Influența aditivilor asupra gelificării termice

În domeniul materialelor de construcție, multe materiale sunt săruri anorganice, care vor avea un impact semnificativ asupra temperaturii gelului soluției CE. În funcție de faptul dacă aditivul acționează ca coagulant sau agent de solubilizare, unii aditivi pot crește temperatura gelului termic al CE, în timp ce alții pot scădea temperatura gelului termic al CE: de exemplu, etanol care îmbunătățește solventul, PEG-400 (polietilen glicol) , anediolul etc., pot crește punctul de gel. Sărurile, glicerina, sorbitolul și alte substanțe vor reduce punctul de gel, CE neionic, în general, nu va fi precipitat din cauza ionilor metalici polivalenti, dar atunci când concentrația de electroliți sau alte substanțe dizolvate depășesc o anumită limită, produsele CE pot fi sărate în soluție, acest lucru se datorează concurenței electroliților cu apă, ceea ce duce la reducerea hidratării CE, conținutul de sare al soluției produsului CE este în general puțin mai mare decât cel al produsului Mc, iar conținutul de sare este ușor diferit. în diferite HPMC.

Multe ingrediente din produsele din ciment vor face ca punctul de gel al CE să scadă, astfel încât selecția aditivilor ar trebui să țină cont de faptul că acest lucru poate provoca modificări ale punctului de gel și ale vâscozității CE.

5.Concluzie

(1) eterul de celuloză este celuloză naturală prin reacție de eterificare, are unitatea structurală de bază a glucozei deshidratate, în funcție de tipul și numărul de grupări substituente pe poziția sa de înlocuire și are proprietăți diferite. Eterul neionic, cum ar fi MC și HPMC, poate fi utilizat ca vâscozifiant, agent de reținere a apei, agent de antrenare a aerului și alții utilizate pe scară largă în produsele din materiale de construcție.

(2) CE are o solubilitate unică, formând soluție la o anumită temperatură (cum ar fi temperatura gelului) și formând gel solid sau amestec de particule solide la temperatura gelului. Principalele metode de dizolvare sunt metoda de dispersie prin amestecare uscată, metoda dispersie cu apă fierbinte etc., în produsele de ciment utilizate în mod obișnuit este metoda de dispersie prin amestecare uscată. Cheia este de a dispersa CE în mod uniform înainte de a se dizolva, formând o soluție la temperaturi scăzute.

(3) Concentrația soluției, temperatura, valoarea pH-ului, proprietățile chimice ale aditivilor și viteza de agitare vor afecta temperatura gelului și vâscozitatea soluției CE, în special produsele de ciment sunt soluții de sare anorganică în mediu alcalin, de obicei reduc temperatura gelului și vâscozitatea soluției CE , aducând efecte adverse. Prin urmare, în funcție de caracteristicile CE, în primul rând, ar trebui să fie utilizat la o temperatură scăzută (sub temperatura gelului) și, în al doilea rând, trebuie luată în considerare influența aditivilor.