Celulózový éter vo výrobkoch založených na cemente

Celulózový éter je druh viacúčelovej prísady, ktorá sa dá použiť v cementových produktoch. Tento dokument predstavuje chemické vlastnosti metylcelulózy (MC) a hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC /) bežne používané v cementových produktoch, metóde a princípe čistého roztoku a hlavných charakteristík roztoku. Zníženie teploty tepelného gélu a viskozity v cementových produktoch sa diskutovalo na základe praktických výrobných skúseností.

Kľúčové slová:celulózový éter; Metylcelulóza;Hydroxypropylmetyllalóza; Teplota horúcej gélu; viskozita

1. Prehľad

Celulózový éter (CE skrátený) je vyrobený z celulózy prostredníctvom éterifikačnej reakcie jedného alebo niekoľkých étefikačných činidiel a suchého mletia. CE možno rozdeliť na iónové a neiónové typy, medzi ktorými neiónový typ CE kvôli svojim jedinečným charakteristikám tepelného gélu a rozpustnosti, odolnosti proti soli, tepelného odporu a má primeranú povrchovú aktivitu. Môže sa použiť ako činidlo na udržanie vody, suspenzia, emulgátor, činidlo tvoriace film, mazivo, lepidlo a reologický improvizátor. Hlavnými oblasťami zahraničnej spotreby sú latexové nátery, stavebné materiály, ropné vŕtanie atď. V porovnaní s zahraničnými krajinami je výroba a uplatňovanie vo vode rozpustné CE stále v plienkach. So zlepšením zdravia ľudí a environmentálne povedomie ľudí. Vo vode rozpustný CE, ktorý je neškodný pre fyziológiu a neznečisťuje životné prostredie, bude mať veľký rozvoj.

V oblasti stavebných materiálov obvykle vybraných CE je metylcelulóza (MC) a hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC), ktorá sa môže použiť ako plastifikátory, omietka, malty a cementár, viskozifikátor, zadržiavací činiteľ vody, vzduchové látky a retardujúce činidlo. Väčšina odvetvia stavebných materiálov sa používa pri normálnej teplote, pričom podmienky sú práškom a vodou suchým zmesou, ktoré menej zahŕňajú charakteristiky rozpúšťania a charakteristiky horúcich gélov CE, ale pri mechanizovanej výrobe cementových výrobkov a ďalších špeciálnych teplotných podmienok tieto vlastnosti týchto charakteristík CE bude hrať úplnejšiu úlohu.

2. Chemické vlastnosti CE

CE sa získava ošetrením celulózy prostredníctvom série chemických a fyzikálnych metód. Podľa rôznej chemickej substitučnej štruktúry sa zvyčajne dá rozdeliť na: MC, HPMC, hydroxyetylcelulózu (HEC) atď.: Každá CE má základnú štruktúru celulózy - dehydratovanú glukózu. V procese výroby CE sa celulózové vlákna najprv zahrievajú v alkalickom roztoku a potom sa ošetrí étefikujúcimi činidlami. Vláknité reakčné produkty sú purifikované a rozdrvené, aby sa vytvoril rovnomerný prášok určitej jemnosti.

Výrobný proces MC používa iba chlorid metánu ako éterovacie činidlo. Okrem použitia chloridu metánu, produkcia HPMC tiež používa propylénoxid na získanie hydroxypropylových substituentných skupín. Rôzne CE majú rôzne miery substitúcie metyl a hydroxypropylu, čo ovplyvňuje organickú kompatibilitu a teplotu tepelného gélu roztoku CE.

Počet substitučných skupín v dehydratovaných glukózových štrukturálnych jednotkách celulózy môže byť vyjadrený percentom hmotnosti alebo priemerným počtom substitučných skupín (tj, DS - stupňom substitúcie). Počet substitučných skupín určuje vlastnosti produktov CE. Účinok priemerného stupňa substitúcie na rozpustnosť étefikačných výrobkov je nasledujúci:

(1) Rozpustný v Lye s nízkym substitučným stupňom;

(2) mierne vysoký stupeň substitúcie rozpustnej vo vode;

(3) vysoký stupeň substitúcie rozpustenej v polárnych organických rozpúšťadlách;

(4) vyšší stupeň substitúcie rozpustenej v nepolárnych organických rozpúšťadlách.

3. Metóda rozpustenia CE

CE má jedinečnú vlastnosť rozpustnosti, keď teplota stúpne na určitú teplotu, je nerozpustná vo vode, ale pod touto teplotou sa jej rozpustnosť zvýši so znížením teploty. CE je rozpustný v studenej vode (av niektorých prípadoch v špecifických organických rozpúšťadlách) prostredníctvom procesu opuchu a hydratácie. Riešenia CE nemajú zjavné obmedzenia rozpustnosti, ktoré sa objavujú v rozpustení iónových soli. Koncentrácia CE je vo všeobecnosti obmedzená na viskozitu, ktorú je možné kontrolovať výrobným zariadením, a tiež sa líši v závislosti od viskozity a chemickej rozmanitosti požadovanej používateľom. Koncentrácia roztoku s nízkou viskozitou CE je všeobecne 10% ~ 15% a vysoká viskozita CE je všeobecne obmedzená na 2% ~ 3%. Rôzne typy CE (ako je prášok alebo prášok s práškom alebo povrchom alebo granulárny) môžu ovplyvniť spôsob, akým sa roztok pripravuje.

3.1 CE bez povrchového ošetrenia

Aj keď je CE rozpustný v studenej vode, musí sa úplne rozptýliť vo vode, aby sa zabránilo zhlukovaniu. V niektorých prípadoch sa v studenej vode môže na rozptýlenie prášku CE použiť vysokorýchlostný mixér alebo lievik. Ak sa však neošetrený prášok pridá priamo do studenej vody bez dostatočného miešania, vytvoria sa podstatné hrudky. Hlavným dôvodom splácania je to, že častice prášku CE nie sú úplne mokré. Keď sa rozpustí iba časť prášku, vytvorí sa gélový film, ktorý bráni zostávajúcemu prášku pokračovať v rozpustení. Preto by sa pred rozpustením mali byť častice CE úplne rozptýlené tak, ako je to možné. Bežne sa používajú nasledujúce dve metódy disperzie.

3.1.1 Metóda disperzie suchého mixu

Táto metóda sa najčastejšie používa v cementových výrobkoch. Pred pridaním vody rovnomerne zmiešajte iný prášok s práškom CE, aby sa rozptýlili častice prášku CE. Minimálny pomer miešava: Iný prášok: CE prášok = (3 ~ 7): 1.

V tejto metóde je disperzia CE dokončená v suchom stave, pričom ako médium na rozptýlenie častíc CE navzájom sa používa iný prášok, aby sa zabránilo vzájomnému väzbe častíc CE pri pridávaní vody a ovplyvňovaní ďalšieho rozpúšťania. Preto nie je potrebná horúca voda na disperziu, ale rýchlosť rozpustenia závisí od práškových častíc a podmienok miešania.

3.1.2 Metóda disperzie horúcej vody

(1) Prvé 1/5 ~ 1/3 požadovaného zahrievania vody na 90 ° C, pridajte CE a potom miešajte, až kým sa všetky častice nerozptyľujú mokré, a potom zostávajúca voda v studenej alebo ľadovej vode, aby sa znížila teplota teploty Roztok, akonáhle dosiahol teplotu rozpustenia CE, sa prášok začal hydratovať, viskozita sa zvýšila.

(2) Môžete tiež zahrievať všetku vodu a potom pridať CE do miešania pri chladení, kým hydratácia nie je dokončená. Dostatočné chladenie je veľmi dôležité pre úplnú hydratáciu CE a tvorbu viskozity. V prípade ideálnej viskozity by sa MC roztok mal ochladiť na 0 ~ 5 ℃, zatiaľ čo HPMC je potrebné ochladiť iba na 20 ~ 25 ℃ alebo nižšie. Pretože úplná hydratácia vyžaduje dostatočné chladenie, roztoky HPMC sa bežne používajú tam, kde nie je možné použiť studenú vodu: podľa informácií má HPMC menšie zníženie teploty ako MC pri nižších teplotách na dosiahnutie rovnakej viskozity. Je potrebné poznamenať, že metóda disperzie horúcej vody spôsobuje, že častice CE sa rozptyľujú rovnomerne pri vyššej teplote, ale v súčasnosti sa nevytvára žiadne riešenie. Na získanie roztoku s určitou viskozitou sa musí znova ochladiť.

3.2 Prášok s rozptýleným povrchom ošetreným povrchom

V mnohých prípadoch sa od CE vyžaduje, aby v studenej vode mali disperzibilné aj rýchle hydratácia (formovanie viskozity). Povrchovo ošetrené CE je dočasne nerozpustné v studenej vode po špeciálnom chemickom spracovaní, čo zaisťuje, že keď sa CE pridá do vody, nebude okamžite tvoriť zjavnú viskozitu a môže byť dispergovaná za relatívne malých podmienok šmykovej sily. „Čas oneskorenia“ hydratácie alebo tvorby viskozity je výsledkom kombinácie stupňa povrchového spracovania, teploty, pH systému a koncentrácie roztoku CE. Oneskorenie hydratácie sa vo všeobecnosti znižuje pri vyšších koncentráciách, teplotách a hladinách pH. Vo všeobecnosti sa však koncentrácia CE nezohľadňuje, kým nedosiahne 5% (hmotnostný pomer vody).

Najlepšie výsledky a úplnú hydratáciu by sa povrchovo ošetrená CE mala miešať na niekoľko minút za neutrálnych podmienok, s rozsahom pH od 8,5 do 9,0, až kým sa nedosiahne maximálna viskozita (zvyčajne 10-30 minút). Akonáhle sa pH zmení na Basic (pH 8,5 až 9,0), povrch ošetrený CE sa úplne a rýchlo rozpustí a roztok môže byť stabilný pri pH 3 až 11. Spôsobí, že viskozita bude príliš vysoká na čerpanie a nalievanie. PH by sa malo upraviť po zriedení kalu na požadovanú koncentráciu.

Aby som to zhrnul, proces rozpustenia CE obsahuje dva procesy: fyzikálnu disperziu a chemické rozpustenie. Kľúčom je rozptýliť častice CE navzájom pred rozpustením, aby sa predišlo aglomerácii v dôsledku vysokej viskozity počas rozpúšťania nízkej teploty, čo ovplyvní ďalšie rozpustenie.

4. Vlastnosti roztoku CE

Rôzne druhy roztokov CE vodných roztokov sa budú páliť pri ich špecifických teplotách. Gél je úplne reverzibilný a pri opätovnom ochladení tvorí roztok. Reverzibilná tepelná géľa CE je jedinečná. V mnohých cementových výrobkoch je hlavné použitie viskozity CE a zodpovedajúcich vlastností zadržiavania vody a mazania a viskozita a teplota gélu priamy vzťah, pod teplotou gélu, čím nižšia teplota, čím vyššia je viskozita CE, Čím lepší je zodpovedajúci výkon uchovávania vody.

Súčasné vysvetlenie gélového javu je toto: V procese rozpustenia je to podobné

Polymérne molekuly závitu sa spájajú s molekulárnou vrstvou vody, čo vedie k opuchu. Molekuly vody pôsobia ako mazací olej, ktorý dokáže odtrhnúť dlhé reťazce polymérnych molekúl, takže roztok má vlastnosti viskóznej tekutiny, ktorá sa ľahko vyhodí. Keď sa teplota roztoku zvyšuje, celulózový polymér postupne stráca vodu a viskozita roztoku klesá. Po dosiahnutí gélového bodu sa polymér úplne dehydruje, čo vedie k prepojeniu medzi polymérmi a tvorbou gélu: pevnosť gélu sa naďalej zvyšuje, keď teplota zostáva nad gélom.

Keď sa roztok ochladzuje, gél sa začína zvrátiť a viskozita sa znižuje. Nakoniec sa viskozita chladiaceho roztoku vracia na počiatočnú krivku zvýšenia teploty a zvyšuje sa so znížením teploty. Roztok sa môže ochladiť na svoju počiatočnú hodnotu viskozity. Preto je proces tepelného gélu CE reverzibilný.

Hlavnou úlohou CE v cementových výrobkoch je viskozifikátor, plastifikátor a retenčné činidlo, takže ako regulovať viskozitu a teplotu gélu sa stalo dôležitým faktorom v cementových produktoch zvyčajne používajú svoj počiatočný bod teploty gélu pod časťou krivky, Čím nižšia je teplota, tým vyššia je viskozita, tým je zrejmejší účinok zadržiavania vody viskosifátora. Výsledky testov produkčnej línie výtlačnej cementu tiež ukazujú, že čím nižšia teplota materiálu je pod rovnakým obsahom CE, tým lepšia je viskozifikácia a účinok na zadržiavanie vody. Keďže cementový systém je mimoriadne komplexný systém fyzikálneho a chemického vlastníctva, existuje veľa faktorov ovplyvňujúcich zmenu teploty a viskozity CE gélu. A vplyv rôznych trendov a stupňov taianínu nie je rovnaký, takže praktická aplikácia tiež zistila, že po zmiešaní cementového systému je skutočný bod teploty gélu CE (to znamená pokles retencie lepidla a vody pri tejto teplote veľmi zrejmé ) sú nižšie ako teplota gélu označenej produktom, a preto pri výbere produktov CE, aby sa zohľadnili faktory spôsobujúce pokles teploty gélu. Nasledujú hlavné faktory, o ktorých sa domnievame, že ovplyvňujú viskozitu a teplotu gélového roztoku CE v cementových produktoch.

4.1 Vplyv hodnoty pH na viskozitu

MC a HPMC sú neiónové, takže viskozita roztoku ako viskozita prírodného iónového lepidla má širší rozsah stability DH, ale ak hodnota pH presahuje rozsah 3 ~ 11, postupne zníži viskozitu pri A Vyššia teplota alebo v skladovaní po dlhú dobu, najmä roztok vysokej viskozity. Viskozita roztoku produktu CE sa znižuje v silnom alebo silnom roztoku základného roztoku, ktorý je spôsobený hlavne dehydratáciou CE spôsobenej bázou a kyselinou. Viskozita CE preto zvyčajne do istej miery klesá v alkalickom prostredí cementových výrobkov.

4.2 Vplyv rýchlosti zahrievania a miešania na gélovom procese

Teplota gélového bodu bude ovplyvnená kombinovaným účinkom rýchlosti zahrievania a miešanej šmykovej rýchlosti. Vysoké rýchlosti miešania a rýchle zahrievanie sa vo všeobecnosti výrazne zvýši teplota gélu, čo je priaznivé pre cementové produkty tvorené mechanickým zmiešaním.

4.3 Vplyv koncentrácie na horúci gél

Zvýšenie koncentrácie roztoku zvyčajne znižuje teplotu gélu a gélové body s nízkou viskozitou CE sú vyššie ako koncentrácie vysokej viskozity CE. Ako je Dow's Methocel a

Teplota gélu sa zníži o 10 ℃ na každé 2% zvýšenie koncentrácie produktu. 2% zvýšenie koncentrácie produktov typu F zníži teplotu gélu o 4 ℃.

4.4 Vplyv prísad na tepelnú gél

V oblasti stavebných materiálov sú mnohé materiály anorganické soli, ktoré budú mať významný vplyv na teplotu gélu CE roztoku. V závislosti od toho, či prísada pôsobí ako koagulantné alebo solubilizačné činidlo, môžu niektoré prísady zvýšiť teplotu tepelného gélu CE, zatiaľ čo iné môžu znížiť teplotu tepelného gélu CE: napríklad etanol zvyšujúci rozpúšťadlo, PEG-400 (polyetylénglykol) , anediol atď., Môže zvýšiť gélový bod. Salty, glycerín, sorbitol a ďalšie látky znížia gélový bod, neiónové CE sa vo všeobecnosti nebudú vyzrážať v dôsledku polyvalentných kovových iónov, ale keď koncentrácia elektrolytu alebo iné rozpustené látky presahujú určitý limit, produkty CE sa môžu vysatiť Roztok, je to kvôli konkurencii elektrolytov o vodu, čo vedie k zníženiu hydratácie CE, obsahu soli v roztoku produktu CE je vo všeobecnosti o niečo vyšší ako u produktu MC a obsah soli sa mierne líši V rôznych HPMC.

Mnoho prísad v cementových výrobkoch spôsobí pokles gélu CE, takže výber prísad by mal zohľadniť, že to môže spôsobiť gélový bod a viskozitu zmien CE.

5. Dohoda

(1) Celulóza éteru je prírodná celulóza prostredníctvom éterifikačnej reakcie, má základnú štrukturálnu jednotku dehydratovanej glukózy, podľa typu a počtu substitučných skupín v jej náhradnej polohe a má rôzne vlastnosti. Nononický éter, ako sú MC a HPMC, sa môžu použiť ako viskozifikátor, činidlo na zadržiavanie vody, činidlo na strhávanie vzduchu a ďalšie široko používané v výrobkoch stavebných materiálov.

(2) CE má jedinečnú rozpustnosť, formuje roztok pri určitej teplote (napríklad teplota gélu) a tvorí tuhý gél alebo zmesi tuhých častíc pri teplote gélu. Hlavnými metódami rozpúšťania sú metóda disperzie suchého miešania, metóda disperzie horúcej vody atď. V bežne používaných cementových produktoch je metóda disperzie suchého miešania. Kľúčom je rozptýliť CE rovnomerne skôr, ako sa rozpustí, čím sa pri nízkych teplotách vytvorí roztok.

(3) Koncentrácia roztoku, teplota, hodnota pH, chemické vlastnosti prísad a rýchlosť miešania ovplyvnia teplotu gélu a viskozitu roztoku CE, najmä produkty cementu sú anorganické roztoky soli v alkalickom prostredí, zvyčajne znižujú teplotu gélu a viskozitu roztoku CE roztoku CE. , prináša nepriaznivé účinky. Preto by sa podľa charakteristík CE mal po prvé, mal by sa používať pri nízkej teplote (pod teplotou gélu) a po druhé, vplyv prísad by sa mal zohľadniť.