Целлюлозный эфир в продуктах на основе цемента

Эфир целлюлозы является своего рода многоцелевой добавкой, которую можно использовать в цементных продуктах. В этой статье вводится химические свойства метилцеллюлозы (MC) и гидроксипропилметиловой целлюлозы (HPMC /), обычно используемой в цементных продуктах, методе и принципе чистого раствора и основными характеристиками раствора. Снижение температуры теплового геля и вязкости в цементных продуктах обсуждалось на основе практического производства.

Ключевые слова:целлюлозный эфир; Метил целлюлоза;Гидроксипропиловая метиловая целлюлоза; Температура горячего геля; вязкость

1. Обзор

Эфир целлюлозного (CE для короткого) изготовлен из целлюлозы посредством эфирификационной реакции одного или нескольких этеривизирующих агентов и сухого шлифования. CE может быть разделен на ионные и неионные типы, среди которых неионный тип CE из-за его уникальных характеристик теплового геля и растворимости, сопротивления соли, теплостойкости и обладает подходящей поверхностной активностью. Его можно использовать в качестве агента для удержания воды, агента подвески, эмульгатора, агента формирования пленки, смазки, клея и реологического повышения. Основными районами иностранного потребления являются латексные покрытия, строительные материалы, бурение нефти и так далее. По сравнению с зарубежными странами производство и применение водорастворимого CE все еще находятся в зачаточном состоянии. С улучшением здоровья людей и экологической осведомленности. Водный растворимый CE, который безвреден для физиологии и не загрязняет окружающую среду, будет иметь большое развитие.

В области строительных материалов, обычно выбранных CE, представляют собой метилосцеллюлоза (MC) и гидроксипропиловая целлюлоза (HPMC), могут использоваться в качестве пластификатора для краски, штукатурки, раствора и цементных изделий, вискозификатора, агента по удержанию воды, агента с воздуха и агентом замедления. Большая часть отрасли строительных материалов используется при нормальной температуре, используя условия сухой смеси и вода, меньше, чем связано с характеристиками растворения и характеристиками горячего геля CE, но в механизированном производстве цементных продуктов и других специальных температурных условий эти характеристики CE будет играть более полную роль.

2. Химические свойства CE

CE получается путем обработки целлюлозы посредством серии химических и физических методов. Согласно различной структуре химической замещения, обычно можно разделить на: MC, HPMC, гидроксиэтил целлюлоза (HEC) и т. Д.: Каждый CE имеет основную структуру целлюлозы - дегидратированной глюкозы. В процессе производства CE целлюлозные волокна сначала нагревают в щелочном растворе, а затем обрабатывают эфирирующими агентами. Продукты волокнистой реакции очищают и измельчивают, образуя однородную порошок определенной тонкости.

Производственный процесс MC использует только хлорид метана в качестве эфирирующего агента. В дополнение к использованию хлорида метана, в производстве HPMC также используется пропиленоксид для получения гидроксипропильных групп. Различные CE имеют разные скорости замещения метила и гидроксипропила, что влияет на органическую совместимость и температуру термического геля раствора CE.

Количество групп замещения на дегидратированных структурных единицах глюкозы целлюлозы может быть выражено процентом массы или среднего числа групп замещения (то есть DS - степень замещения). Количество заместительных групп определяет свойства продуктов CE. Влияние средней степени замены на растворимость этерификационных продуктов заключается в следующем:

(1) низкая степень замены растворится в лгах;

(2) слегка высокая степень замены растворимой в воде;

(3) высокая степень замещения, растворенные в полярных органических растворителях;

(4) Более высокая степень замещения, растворенная в неполярных органических растворителях.

3. Метод растворения CE

CE имеет уникальное свойство растворимости, когда температура повышается до определенной температуры, оно нерастворим в воде, но ниже этой температуры ее растворимость увеличится с снижением температуры. CE растворим в холодной воде (а в некоторых случаях в определенных органических растворителях) посредством процесса отека и гидратации. Решения CE не имеют очевидных ограничений растворимости, которые появляются в растворении ионных солей. Концентрация CE, как правило, ограничена вязкостью, которая может контролироваться производственным оборудованием, а также варьируется в зависимости от вязкости и химического разнообразия, требуемого пользователем. Концентрация раствора в низкой вязкости CE, как правило, составляет 10% ~ 15%, а высокая вязкость CE, как правило, ограничивается 2% ~ 3%. Различные типы CE (такие как порошок или поверхностный порошок или гранулированный) могут повлиять на то, как готовится раствор.

3.1 CE без обработки поверхности

Хотя CE растворим в холодной воде, он должен быть полностью разбросан в воде, чтобы избежать скопления. В некоторых случаях высокоскоростной миксер или воронку могут использоваться в холодной воде для рассеивания порошка CE. Однако, если необработанный порошок добавляется непосредственно в холодную воду без достаточного размещения, сформируются существенные комки. Основная причина пакинга заключается в том, что частицы порошка CE не являются полностью влажными. Когда только часть порошка растворяется, будет сформирована гелевая пленка, которая предотвращает продолжение растворения оставшегося порошка. Следовательно, до растворения частицы CE должны быть полностью рассеяны как можно дальше. Следующие два метода дисперсии обычно используются.

3.1.1 Метод дисперсии сухой смеси

Этот метод чаще всего используется в цементных продуктах. Перед добавлением воды равномерно смешайте другой порошок с порошком CE, чтобы рассеивались частицы порошка CE. Минимальное соотношение смешивания: Другой порошок: порошок CE = (3 ~ 7): 1.

В этом методе дисперсия CE завершается в сухом состоянии, используя другой порошок в качестве среды для рассеивания частиц CE друг с другом, чтобы избежать взаимной связи частиц CE при добавлении воды и влияния на дальнейшее растворение. Следовательно, горячая вода не нужна для дисперсии, но скорость растворения зависит от частиц порошка и условий перемешивания.

3.1.2 Метод дисперсии горячей воды

(1) Первый 1/5 ~ 1/3 необходимого нагрева воды на 90 ° С выше, добавьте CE, а затем перемешайте, пока все частицы не будут рассеяны мокрой, а затем оставшаяся вода в холодной или ледяной воде, чтобы снизить температуру Раствор, как только достиг температуры растворения CE, порошок начал увлажнять, вязкость увеличивалась.

(2) Вы также можете нагреть всю воду, а затем добавить CE, чтобы перемешивать во время охлаждения до завершения гидратации. Достаточное охлаждение очень важно для полной гидратации CE и образования вязкости. Для идеальной вязкости, раствор MC следует охлаждать до 0 ~ 5 ℃, в то время как HPMC необходимо охладить только до 20 ~ 25 ℃ или ниже. Поскольку полная гидратация требует достаточного охлаждения, растворы HPMC обычно используются там, где нельзя использовать холодная вода: в соответствии с информацией, HPMC имеет меньшее снижение температуры, чем MC при более низких температурах для достижения той же вязкости. Стоит отметить, что метод дисперсии горячей воды делает только частицы CE равномерно равномерно при более высокой температуре, но в настоящее время не образуется решение. Чтобы получить решение с определенной вязкостью, оно должно быть снова охлаждено.

3.2 Поверхностная обработанная рассеянная порошка CE

Во многих случаях CE должен иметь характеристики как диспергируемой, так и быстрой гидратации (формирования вязкости) в холодной воде. Поверхностная обработанная CE временно нерастворим в холодной воде после специальной химической обработки, что гарантирует, что когда CE добавляется в воду, он не будет сразу же образовывать очевидную вязкость и может быть рассеивается в относительно небольших условиях силы сдвига. «Время задержки» гидратации или образования вязкости является результатом комбинации степени обработки поверхности, температуры, рН системы и концентрации раствора CE. Задержка гидратации обычно снижается при более высоких концентрациях, температурах и уровнях pH. В целом, однако, концентрация CE не учитывается до тех пор, пока она не достигнет 5% (массовое соотношение воды).

Для достижения наилучших результатов и полного гидратации, обработанной поверхности CE следует перемешивать в течение нескольких минут в нейтральных условиях, причем диапазон pH от 8,5 до 9,0, пока максимальная вязкость не будет достигнута (обычно 10-30 минут). Как только рН изменится на базовый (рН от 8,5 до 9,0), обработанная поверхность CE полностью и быстро растворяется, и раствор может быть стабильным при pH 3-11. Однако важно отметить, что регулировка pH суспензии высокой концентрации концентрации. Приведет к тому, что вязкость будет слишком высокой для перекачки и заливки. PH должен быть скорректирован после того, как суспензион разбавляется до желаемой концентрации.

Подводя итог, процесс растворения CE включает в себя два процесса: физическое рассеяние и химическое растворение. Ключ для рассеивания частиц CE друг с другом перед растворением, чтобы избежать агломерации из -за высокой вязкости во время низкого температурного растворения, что повлияет на дальнейшее растворение.

4. Свойства решения CE

Различные виды водных растворов CE будут желать при их конкретных температурах. Гель полностью обратима и образует решение при снова охлаждении. Обратимое тепловое гелерование CE является уникальным. Во многих цементных продуктах основное использование вязкости CE и соответствующих свойств удержания воды и смазки, а также вязкость и температура геля имеют прямую связь при температуре геля, тем ниже температура, тем выше вязкость CE, Чем лучше соответствующие характеристики удержания воды.

Современное объяснение гелевого явления заключается в следующем: в процессе растворения это похоже на

Полимерные молекулы нити соединяются с молекулярным слоем воды, что приводит к отеку. Молекулы воды действуют как смазочное масло, которое может разбирать длинные цепи полимерных молекул, так что раствор обладает свойствами вязкой жидкости, которую легко сбрасывать. Когда температура раствора увеличивается, целлюлозный полимер постепенно теряет воду, а вязкость раствора уменьшается. Когда точка геля достигается, полимер становится полностью обезвоженным, что приводит к связи между полимерами и образованию геля: сила геля продолжает увеличиваться, поскольку температура остается выше точки геля.

Когда раствор охлаждается, гель начинает решать, а вязкость уменьшается. Наконец, вязкость охлаждающего раствора возвращается к начальной кривой повышения температуры и увеличивается с уменьшением температуры. Решение может быть охлаждено до его начального значения вязкости. Следовательно, процесс теплового геля CE является обратимым.

Основная роль CE в цементных продуктах заключается в качестве агента Viscosifier, Plaletrazizer и Water, поэтому, как контролировать вязкость и температуру геля, стало важным фактором в цементных продуктах, обычно используйте свою начальную температуру геля ниже секции кривой, Таким образом, чем ниже температура, тем выше вязкость, тем более очевидным эффект удержания вискозификатора. Результаты испытаний экструзионной цементной докладной линии также показывают, что чем ниже температура материала находится под тем же содержанием CE, тем лучше эффект вискозификации и удержания воды. Поскольку цементная система является чрезвычайно сложной физической и химической системой свойств, существует много факторов, влияющих на изменение температуры геля CE и вязкости. И влияние различных трендов и степени таянина не совсем то же самое, поэтому практическое применение также обнаружило, что после смешивания цементной системы фактическая температура геля CE (то есть снижение эффекта клей и удержания воды очень очевидно при этой температуре. ) ниже, чем температура геля, указанная продуктом, поэтому при выборе продуктов CE для учета факторов, вызывающих снижение температуры геля. Ниже приведены основные факторы, которые, по нашему мнению, влияют на вязкость и температуру геля раствора CE в цементных продуктах.

4.1 Влияние значения pH на вязкость

MC и HPMC не являются ионными, поэтому вязкость раствора, чем вязкость естественного ионного клея, имеет более широкий диапазон стабильности DH, но если значение pH превышает диапазон 3 ~ 11, они будут постепенно снижать вязкость в Более высокая температура или в хранении в течение длительного периода времени, особенно раствор с высокой вязкостью. Вязкость раствора продукта CE уменьшается в сильной кислоте или сильном основании раствора, что в основном связано с обезвоживанием CE, вызванным основанием и кислотой. Следовательно, вязкость CE обычно уменьшается в определенной степени в щелочной среде цементных продуктов.

4.2 Влияние скорости нагрева и перемешивания на гелевой процесс

На температуру гелевой точки будет влиять комбинированный эффект скорости нагрева и перемешивания скорости сдвига. Высокоскоростное перемешивание и быстрое отопление, как правило, значительно повышают температуру геля, что благоприятно для цементных продуктов, образованных механическим смешиванием.

4.3 Влияние концентрации на горячий гель

Увеличение концентрации раствора обычно снижает температуру геля, а точки геля низкой вязкости CE выше, чем у высокой вязкости CE. Такие как Dow's Methocel A

Температура геля будет снижена на 10 ℃ за каждые 2% увеличения концентрации продукта. Увеличение концентрации продуктов F-типа на 2% снизит температуру геля на 4 ℃.

4.4 Влияние добавок на теплополовое место

В области строительных материалов многие материалы представляют собой неорганические соли, что окажет значительное влияние на температуру геля раствора CE. В зависимости от того, действует ли аддитация как коагулянт или солюбилизирующий агент, некоторые добавки могут повысить температуру термического геля CE, в то время как другие могут снизить температуру теплового геля CE: например, этанол, повышающий растворитель, PEG-400 (полиэтиленгликол) , anediol и т. Д. Может увеличить точку геля. Соли, глицерин, сорбит и другие вещества уменьшат точку геля, неионовое СЕ, как правило, не будет осаждено из-за поливалентных ионов металлов, но когда концентрация электролита или другие растворенные вещества превышают определенный предел, продукты CE могут быть вынуждены в Решение, это связано с конкуренцией электролитов до воды, что приводит к снижению гидратации CE, содержание соли в растворе продукта CE, как правило, немного выше, чем у продукта MC, а содержание соли немного отличается в разных HPMC.

Многие ингредиенты в цементных продуктах сделают гель -точку падения CE, поэтому выбор добавок должен учитывать, что это может вызвать гель -точку и вязкость изменений CE.

5. КОНКЛИЗ

(1) Эфир целлюлозы является натуральной целлюлозой посредством реакции этерификации, имеет основную структурную единицу дегидратированной глюкозы, в соответствии с типом и количеством заместительных групп в его положении замены и обладает различными свойствами. Неионный эфир, такой как MC и HPMC, может использоваться в качестве вискозификатора, агента по удержанию воды, воздушного агента и других, широко используемых в продуктах строительных материалов.

(2) CE имеет уникальную растворимость, образуя раствор при определенной температуре (например, температура геля) и образует смеси твердого геля или твердой частицы при температуре геля. Основными методами растворения являются метод дисперсии в сухом смешивании, метод дисперсии горячей воды и т. Д. В цементных продуктах, обычно используемых, представляет собой метод дисперсии для смешивания. Ключ состоит в том, чтобы рассеять CE равномерно, прежде чем он растворяется, образуя раствор при низких температурах.

(3) Концентрация раствора, температура, значение pH, химические свойства добавок и скорость перемешивания будут влиять на температуру геля, а вязкость раствора CE, особенно цементные изделия, представляют собой растворы неорганической соли в щелочной среде, обычно снижают температуру геля и вязкости раствора CE раствора CE. , принося побочные эффекты. Следовательно, в соответствии с характеристиками CE, во -первых, его следует использовать при низкой температуре (ниже температуры геля), а во -вторых, следует учитывать влияние добавок.