Eter de celuloză în produsele pe bază de ciment

Etherul de celuloză este un fel de aditiv multifuncțional care poate fi utilizat în produsele de ciment. Această lucrare introduce proprietățile chimice ale metilului celulozei (MC) și ale hidroxipropilului metil celuloză (HPMC /) utilizat în mod obișnuit în produsele de ciment, metoda și principiul soluției nete și principalele caracteristici ale soluției. Scăderea temperaturii gelului termic și a vâscozității în produsele de ciment a fost discutată pe baza experienței practice de producție.

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

1. Prezentare generală

Eterul de celuloză (ce pentru scurt) este realizat din celuloză prin reacția de eterificare a unuia sau mai multor agenți de eterifieri și măcinarea uscată. CE poate fi împărțit în tipuri ionice și non-ionice, printre care tipul non-ionic, datorită caracteristicilor sale unice de gel termic și solubilității, rezistenței la sare, rezistenței la căldură și are o activitate de suprafață adecvată. Poate fi utilizat ca agent de reținere a apei, agent de suspensie, emulsionator, agent de formare a filmului, lubrifiant, adeziv și reologic. Principalele zone de consum străin sunt acoperiri din latex, materiale de construcție, foraj pe ulei și așa mai departe. În comparație cu țările străine, producția și aplicarea CE solubilă în apă este încă la început. Odată cu îmbunătățirea sănătății oamenilor și a conștientizării mediului. CE solubil în apă, care este inofensiv fiziologiei și nu poluează mediul înconjurător, va avea o dezvoltare deosebită.

În domeniul materialelor de construcție, de obicei, CE selectate este metil celuloză (MC) și hidroxipropil metil celuloză (HPMC), pot fi utilizate ca vopsea, tencuială, mortar și produse de ciment plastifiant, vâscosificator, agent de retenție de apă, agent de antrenare a aerului și agent de întârziere. Cea mai mare parte a industriei materialelor de construcție este utilizată la temperatură normală, folosind condițiile sunt pulbere de amestec uscat și apă, mai puțin implicând caracteristicile de dizolvare și caracteristicile gelului cald ale CE, dar în producția mecanizată de produse de ciment și alte condiții speciale de temperatură, aceste caracteristici ale CE va juca un rol mai complet.

2.. Proprietățile chimice ale CE

CE este obținut prin tratarea celulozei printr -o serie de metode chimice și fizice. Conform diferitelor structuri de substituție chimică, de obicei poate fi împărțit 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 eterici. Produsele cu reacție fibroasă sunt purificate și pulverizate pentru a forma o pulbere uniformă de o anumită finețe.

Procesul de producție al MC nu folosește decât clorura de metan ca agent etericant. Pe lângă utilizarea clorurii de metan, producția de HPMC folosește și oxid de propilenă pentru a obține grupuri de substituent hidroxipropil. Diverse CE au diferite rate de substituție de metil și hidroxipropil, ceea ce afectează compatibilitatea organică și temperatura gelului termic a soluției CE.

Numărul de grupuri de substituție pe unitățile structurale de glucoză deshidratate de celuloză poate fi exprimat prin procentul de masă sau numărul mediu de grupuri de substituție (adică DS - grad de substituție). Numărul de grupuri substituente determină proprietățile produselor CE. Efectul gradului mediu de substituție asupra solubilității produselor de eterificare este următorul:

(1) Solubil în gradul de substituție scăzut în Lye;

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

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

(4) gradul mai mare de substituție dizolvat în solvenți organici non-polari.

3. Metoda de dizolvare a CE

CE are o proprietate de solubilitate unică, atunci când temperatura crește la o anumită temperatură, este insolubilă 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 soiul chimic necesar de utilizator. Concentrația de soluție de vâscozitate scăzută este în general de 10% ~ 15%, iar vâscozitatea ridicată CE este în general limitată la 2% ~ 3%. Diferite tipuri de CE (cum ar fi pulbere sau pulbere tratată la suprafață sau granulară) pot afecta modul în care este preparată soluția.

3.1 CE fără tratament de suprafață

Deși CE este solubil în apă rece, acesta trebuie să fie complet dispersat în apă pentru a evita aglomerarea. În unele cazuri, un mixer sau o pâlnie de mare viteză poate fi utilizat în apă rece pentru a dispersa pulberea CE. Cu toate acestea, dacă pulberea netratată este adăugată direct la apa rece, fără a se agita suficient, se vor forma bulgări substanțiale. Motivul principal al prăjiturii este că particulele de pulbere CE nu sunt complet umede. Când se va dizolva doar o parte din pulbere, se va forma o peliculă de gel, ceea ce împiedică să se dizolvăm pulberea rămasă. Prin urmare, înainte de dizolvare, particulele CE ar trebui să fie dispersate pe deplin 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 de ciment. Înainte de a adăuga apă, amestecați alte pulbere cu pulbere CE uniform, astfel încât particulele de pulbere CE să fie dispersate. Raport de amestecare minim: Alte pulbere: CE pulbere = (3 ~ 7): 1.

În această metodă, dispersia CE este finalizată în stare uscată, folosind alte pulberi ca mediu pentru a dispersa particulele CE între ele, astfel încât să evite lipirea reciprocă a particulelor CE atunci când adăugați apă și afectează dizolvarea ulterioară. Prin urmare, apa caldă nu este necesară pentru dispersie, dar rata de dizolvare depinde de particulele de pulbere și de condițiile de agitare.

3.1.2 Metoda de dispersie a apei calde

) Soluție, odată ce a atins temperatura de dizolvare CE, pulberea a început să se hidrateze, vâscozitatea a crescut.

(2) De asemenea, puteți încălzi toată apa, apoi adăugați CE pentru a amesteca în timp ce răciți până când hidratarea este completă. Răcirea suficientă este foarte importantă pentru hidratarea completă a CE și formarea vâscozității. Pentru vâscozitatea ideală, soluția MC trebuie răcită la 0 ~ 5 ℃, în timp ce HPMC trebuie să fie 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: în conformitate cu informațiile, HPMC are o reducere a temperaturii mai mică decât MC la temperaturi mai scăzute pentru a obține aceeași vâscozitate. Este demn de remarcat faptul că metoda de dispersie a apei calde face ca particulele CE să se disperseze uniform la o temperatură mai ridicată, dar în acest moment nu se formează nicio soluție. Pentru a obține o soluție cu o anumită vâscozitate, aceasta trebuie răcită din nou.

3.2 pulbere CE dispersională tratată la suprafață

În multe cazuri, CE este necesar să aibă atât caracteristici de hidratare dispersibilă, cât și rapidă (formând vâscozitate) în apa rece. CE tratată la suprafață este temporar insolubilă în apa rece după un tratament chimic special, ceea ce asigură că atunci când este adăugat CE la apă, acesta nu va forma imediat vâscozitate evidentă și poate fi dispersată în condiții de forță de forfecare relativ mici. „Timpul de întârziere” de hidratare sau formare a vâscozității este rezultatul combinației dintre gradul de tratament de suprafață, temperatura, pH -ul sistemului și concentrația soluției CE. Întârzierea de hidratare este, în general, redusă la concentrații mai mari, temperaturi și niveluri de pH. În general, însă, concentrația de CE nu este luată în considerare până nu ajunge la 5% (raportul în masă al apei).

Pentru cele mai bune rezultate și hidratare completă, CE tratată la suprafață trebuie să fie agitată timp de câteva minute în condiții neutre, cu pH-ul cuprins între 8,5 și 9,0, până la atingerea vâscozității maxime (de obicei 10-30 minute). Odată ce pH -ul se modifică la bază (pH 8,5 până la 9.0), CE tratată la suprafață se dizolvă complet și rapid, iar soluția poate fi stabilă la pH 3 până la 11. Cu toate acestea, este important de menționat 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, pentru a evita aglomerarea din cauza vâscozității ridicate în timpul dizolvării la temperaturi scăzute, ceea ce va afecta dizolvarea ulterioară.

4. Proprietățile soluției CE

Diferite tipuri de soluții apoase CE vor gelat la temperaturile lor specifice. Gelul este complet reversibil și formează o soluție atunci când este răcită din nou. Gelarea termică reversibilă a CE este unică. În multe produse de ciment, principala utilizare a vâscozității CE și a proprietăților de retenție și lubrifiere a apei corespunzătoare, iar vâscozitatea și temperatura gelului are o relație directă, sub temperatura gelului, cu atât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare vâscozitatea CE, Cu cât este mai bună performanța corespunzătoare de retenție a apei.

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

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

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 de vâscozitate. Prin urmare, procesul de gel termic al CE este reversibil.

Rolul principal al CE în produsele de ciment este ca un vâscosificator, plastifiant și agent de retenție de apă, astfel încât modul de control al vâscozității și temperaturii gelului a devenit un factor important în produsele de ciment folosesc de obicei punctul său de temperatură inițial de gel sub o secțiune a curbei, Deci, cu cât temperatura este mai mică, cu atât vâscozitatea este mai mare, cu atât este mai evident efectul retenției de apă vâscosificatoare. Rezultatele testelor liniei de producție a plăcii de ciment de extrudare arată, de asemenea, că cu cât temperatura materialului este mai mică este sub același conținut de CE, cu atât este mai bun efectul de viscozificare și retenție de apă. Deoarece sistemul de ciment este un sistem de proprietăți fizice și chimice extrem de complex, există mulți factori care afectează schimbarea temperaturii gelului CE și a vâscozității. Iar influența diferitelor tendințe și grad Taianin nu este aceeași, așa că aplicația practică a constatat, de asemenea, că, după amestecarea sistemului de ciment, punctul de temperatură al Gelului CE (adică scăderea efectelor de retenție 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 pentru a ține cont de factorii care determină scăderea temperaturii gelului. Următorii sunt principalii factori care credem că afectează vâscozitatea și temperatura gelului soluției CE în produsele de ciment.

4.1 Influența valorii pH -ului asupra vâscozității

MC și HPMC sunt non-ionice, deci vâscozitatea soluției decât vâscozitatea lipiciului ionic natural are o gamă mai largă de stabilitate DH, dar dacă valoarea pH-ului depășește intervalul de 3 ~ 11, vor reduce treptat vâscozitatea la un Temperatură mai ridicată sau de stocare pentru o perioadă lungă de timp, în special o soluție ridicată de vâscozitate. Vâscozitatea soluției de produs CE scade în acid puternic sau în soluția de bază puternică, ceea ce se datorează în principal deshidrației CE cauzate de bază și acid. Prin urmare, vâscozitatea CE scade de obicei într -o anumită măsură în mediul alcalin al produselor de ciment.

4.2 Influența ratei de încălzire și agitare asupra procesului de gel

Temperatura punctului de gel va fi afectată de efectul combinat al vitezei de încălzire și al vitezei de forfecare. Agitarea cu viteză mare și încălzirea rapidă vor crește în general temperatura gelului semnificativ, ceea ce este favorabil pentru produsele de ciment formate prin amestecarea 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 ale vâscozității ridicate. Cum ar fi Metocelul lui Dow

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

4.4 Influența aditivilor asupra gelării 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 că aditivul acționează ca agent coagulant sau de solubilizare, unii aditivi pot crește temperatura gelului termic de CE, în timp ce alții pot reduce temperatura gelului termic de CE: de exemplu, etanol care îmbunătățește solventul, PEG-400 (polietilen glicol) , anediol etc., poate crește punctul de gel. Sărurile, glicerina, sorbitolul și alte substanțe vor reduce punctul de gel, CE non-ionic, în general, nu vor fi precipitate din cauza ionilor metalici polvalenți, dar atunci când concentrația de electroliți sau alte substanțe dizolvate depășesc o anumită limită, produsele CE pot fi sărate în sare în Soluție, acest lucru se datorează concurenței electroliților la 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 de ciment vor face ca punctul de gel să scadă, astfel încât selecția de aditivi ar trebui să țină cont de faptul că acest lucru poate provoca punctul de gel și vâscozitatea modificărilor CE.

5.Conclusion

(1) Eterul de celuloză este celuloză naturală prin reacția de eterificare, are unitatea structurală de bază a glucozei deshidratate, în funcție de tipul și numărul de grupuri substituente din poziția sa de înlocuire și are proprietăți diferite. Eterul non-ionic, cum ar fi MC și HPMC, pot fi utilizate ca vâscosificator, agent de retenție de apă, agent de antrenare a aerului și alte utilizări pe scară largă în produsele din materiale de construcție.

(2) CE are solubilitate unică, formând soluție la o anumită temperatură (cum ar fi temperatura gelului) și formând un gel solid sau un amestec de particule solide la temperatura gelului. Principalele metode de dizolvare sunt metoda de dispersie a amestecului uscat, metoda de dispersie a apei calde etc., în produsele de ciment utilizate în mod obișnuit este metoda de dispersie a amestecului uscat. Cheia este să se disperseze uniform înainte de a se dizolvă, 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 anorganice de sare în mediul alcalin, reduc de obicei temperatura gelului și vâscozitatea soluției CE , aducând efecte adverse. Prin urmare, în funcție de caracteristicile CE, în primul rând, ar trebui utilizat la o temperatură scăzută (sub temperatura gelului), iar în al doilea rând, ar trebui luată în considerare influența aditivilor.