Celulozni eter v izdelkih na osnovi cementa

Celulozni eter je vrsta večnamenskega dodatka, ki se lahko uporablja v cementnih izdelkih. Ta članek predstavlja kemijske lastnosti metil celuloze (MC) in hidroksipropil metil celuloze (HPMC /), ki se običajno uporabljata v cementnih izdelkih, metodo in princip neto raztopine ter glavne značilnosti raztopine. O znižanju temperature termičnega gela in viskoznosti v cementnih izdelkih smo razpravljali na podlagi praktičnih proizvodnih izkušenj.

Ključne besede:celulozni eter; Metil celuloza;Hidroksipropil metil celuloza; Temperatura vročega gela; viskoznost

1. Pregled

Celulozni eter (na kratko CE) je izdelan iz celuloze z reakcijo eterifikacije enega ali več sredstev za eteriranje in suhim mletjem. CE lahko razdelimo na ionske in neionske vrste, med katerimi je neionska vrsta CE zaradi svojih edinstvenih lastnosti toplotnega gela in topnosti, odpornosti na sol, toplotne odpornosti in ima ustrezno površinsko aktivnost. Lahko se uporablja kot sredstvo za zadrževanje vode, sredstvo za suspenzijo, emulgator, sredstvo za tvorbo filma, mazivo, lepilo in reološko izboljšavo. Glavna področja tuje porabe so premazi iz lateksa, gradbeni materiali, vrtanje nafte itd. V primerjavi s tujino je proizvodnja in uporaba vodotopnega CE še vedno v povojih. Z izboljšanjem zdravstvene in okoljske ozaveščenosti ljudi. Velik razvoj bo imel vodotopen CE, ki je neškodljiv za fiziologijo in ne onesnažuje okolja.

Na področju gradbenih materialov je običajno izbrana CE metil celuloza (MC) in hidroksipropil metil celuloza (HPMC), ki se lahko uporablja kot mehčalo za barve, omet, malto in cementne izdelke, sredstvo za viskoziranje, sredstvo za zadrževanje vode, sredstvo za zadrževanje zraka in sredstvo za zaviranje. Večina industrije gradbenih materialov se uporablja pri normalni temperaturi, pogoji uporabe so suha mešanica v prahu in voda, manj vključujejo značilnosti raztapljanja in značilnosti vročega gela CE, vendar pri mehanizirani proizvodnji cementnih izdelkov in drugih posebnih temperaturnih pogojih te značilnosti CE bo imel bolj polno vlogo.

2. Kemijske lastnosti CE

CE se pridobiva z obdelavo celuloze z vrsto kemičnih in fizikalnih metod. Glede na različno kemijsko substitucijsko strukturo se običajno lahko razdeli na: MC, HPMC, hidroksietil celulozo (HEC) itd.: Vsak CE ima osnovno strukturo celuloze – dehidrirano glukozo. V procesu izdelave CE se celulozna vlakna najprej segrejejo v alkalni raztopini in nato obdelajo s sredstvi za etrenje. Vlaknasti reakcijski produkti se prečistijo in zdrobijo v enoten prah določene finosti.

Proizvodni proces MC uporablja le metan klorid kot sredstvo za eteriranje. Poleg uporabe metan klorida se pri proizvodnji HPMC uporablja tudi propilen oksid za pridobivanje hidroksipropilnih substituentskih skupin. Različni CE imajo različne stopnje substitucije metila in hidroksipropila, kar vpliva na organsko združljivost in temperaturo termičnega gela raztopine CE.

Število substitucijskih skupin na dehidriranih glukoznih strukturnih enotah celuloze se lahko izrazi z masnim odstotkom ali povprečnim številom substitucijskih skupin (tj. DS — stopnja substitucije). Število substituentskih skupin določa lastnosti izdelkov CE. Učinek povprečne stopnje substitucije na topnost produktov eterifikacije je naslednji:

(1) nizka substitucijska stopnja, topen v lugu;

(2) rahlo visoka stopnja substitucije, topna v vodi;

(3) visoka stopnja substitucije, raztopljena v polarnih organskih topilih;

(4) Višja stopnja substitucije, raztopljena v nepolarnih organskih topilih.

3. Metoda raztapljanja CE

CE ima edinstveno lastnost topnosti, ko se temperatura dvigne na določeno temperaturo, je netopen v vodi, pod to temperaturo pa se bo njegova topnost povečala z nižanjem temperature. CE je topen v hladni vodi (in v nekaterih primerih v posebnih organskih topilih) s postopkom nabrekanja in hidracije. Raztopine CE nimajo očitnih omejitev topnosti, ki se pojavijo pri raztapljanju ionskih soli. Koncentracija CE je na splošno omejena na viskoznost, ki jo lahko nadzira proizvodna oprema, spreminja pa se tudi glede na viskoznost in kemijsko raznolikost, ki jo zahteva uporabnik. Koncentracija raztopine CE z nizko viskoznostjo je na splošno 10 % ~ 15 %, CE z visoko viskoznostjo pa je na splošno omejena na 2 % ~ 3 %. Različne vrste CE (kot je prah ali površinsko obdelan prah ali zrnat) lahko vplivajo na pripravo raztopine.

3.1 CE brez površinske obdelave

Čeprav je CE topen v hladni vodi, ga je treba popolnoma razpršiti v vodi, da preprečimo strjevanje. V nekaterih primerih se lahko za razprševanje CE prahu v hladni vodi uporabi visokohitrostni mešalnik ali lij. Če pa neobdelan prašek dodate neposredno v hladno vodo brez zadostnega mešanja, bodo nastale velike grudice. Glavni razlog za strjevanje je, da delci prahu CE niso popolnoma mokri. Ko se le del praška raztopi, se oblikuje gel film, ki preprečuje, da bi se preostali prašek še naprej raztopil. Zato je treba delce CE pred raztapljanjem čim bolj popolnoma razpršiti. Običajno se uporabljata naslednji dve disperzijski metodi.

3.1.1 Metoda disperzije suhe mešanice

Ta metoda se najpogosteje uporablja pri izdelkih iz cementa. Pred dodajanjem vode enakomerno zmešajte drug prašek s praškom CE, da se delci prahu CE razpršijo. Najmanjše mešalno razmerje: Drugi prah: CE prah = (3 ~ 7) : 1.

Pri tej metodi se disperzija CE konča v suhem stanju, z uporabo drugega prahu kot medija za medsebojno disperzijo delcev CE, da se prepreči medsebojno lepljenje delcev CE pri dodajanju vode in vpliva na nadaljnje raztapljanje. Zato za disperzijo ni potrebna vroča voda, ampak je hitrost raztapljanja odvisna od delcev prahu in pogojev mešanja.

3.1.2 Metoda disperzije vroče vode

(1) Prva 1/5 ~ 1/3 zahtevanega segrevanja vode na 90 C zgoraj, dodajte CE in nato mešajte, dokler se vsi delci ne razpršijo mokri, nato pa dodajte preostalo vodo v hladni ali ledeni vodi, da zmanjšate temperaturo raztopina, ko je dosegla temperaturo raztapljanja CE, se je prašek začel hidrirati, viskoznost se je povečala.

(2) Lahko tudi segrejete vso vodo in nato dodate CE, da med ohlajanjem mešamo, dokler hidracija ni končana. Zadostno hlajenje je zelo pomembno za popolno hidratacijo CE in nastanek viskoznosti. Za idealno viskoznost je treba raztopino MC ohladiti na 0 ~ 5 ℃, medtem ko je treba HPMC ohladiti le na 20 ~ 25 ℃ ali manj. Ker popolna hidracija zahteva zadostno hlajenje, se rešitve HPMC običajno uporabljajo tam, kjer ni mogoče uporabiti hladne vode: glede na informacije ima HPMC manjše znižanje temperature kot MC pri nižjih temperaturah, da doseže enako viskoznost. Treba je omeniti, da metoda dispergiranja v vroči vodi le povzroči, da se delci CE enakomerno razpršijo pri višji temperaturi, vendar v tem trenutku ne nastane nobena raztopina. Da bi dobili raztopino z določeno viskoznostjo, jo je treba ponovno ohladiti.

3.2 Površinsko obdelan disperzibilni CE prah

V mnogih primerih se od CE zahteva, da ima lastnosti dispergiranja in hitre hidracije (tvorjenje viskoznosti) v hladni vodi. Površinsko obdelan CE je po posebni kemični obdelavi začasno netopen v hladni vodi, kar zagotavlja, da ko CE dodamo vodi, ne bo takoj ustvaril očitne viskoznosti in se lahko razprši pod relativno majhnimi pogoji strižne sile. »Zakasnitveni čas« hidracije ali tvorbe viskoznosti je rezultat kombinacije stopnje površinske obdelave, temperature, pH sistema in koncentracije raztopine CE. Zakasnitev hidracije se na splošno zmanjša pri višjih koncentracijah, temperaturah in ravneh pH. Na splošno pa se koncentracija CE ne upošteva, dokler ne doseže 5 % (masno razmerje vode).

Za najboljše rezultate in popolno hidracijo je treba površinsko obdelan CE mešati nekaj minut v nevtralnih pogojih, pri pH vrednosti od 8,5 do 9,0, dokler ne dosežete največje viskoznosti (običajno 10-30 minut). Ko se pH spremeni v bazičen (pH 8,5 do 9,0), se površinsko obdelan CE popolnoma in hitro raztopi, raztopina pa je lahko stabilna pri pH 3 do 11. Vendar je pomembno upoštevati, da prilagoditev pH gnojevke z visoko koncentracijo bo povzročilo previsoko viskoznost za črpanje in vlivanje. pH je treba prilagoditi, potem ko je gnojevka razredčena na želeno koncentracijo.

Če povzamemo, postopek raztapljanja CE vključuje dva procesa: fizično disperzijo in kemično raztapljanje. Ključno je, da delce CE pred raztapljanjem dispergiramo med seboj, da se izognemo aglomeraciji zaradi visoke viskoznosti med raztapljanjem pri nizki temperaturi, kar bo vplivalo na nadaljnje raztapljanje.

4. Lastnosti raztopine CE

Različne vrste vodnih raztopin CE bodo gelirale pri svojih specifičnih temperaturah. Gel je popolnoma reverzibilen in tvori raztopino, ko se ponovno ohladi. Reverzibilna toplotna gelacija CE je edinstvena. V mnogih cementnih izdelkih je glavna uporaba viskoznosti CE in ustreznih lastnosti zadrževanja vode in mazanja ter viskoznosti in temperature gela neposredno povezana, pod temperaturo gela je nižja temperatura, večja je viskoznost CE, boljša je ustrezna zmogljivost zadrževanja vode.

Trenutna razlaga za pojav gela je naslednja: v procesu raztapljanja je to podobno

Polimerne molekule niti se povežejo z vodno molekularno plastjo, kar povzroči nabrekanje. Molekule vode delujejo kot mazalno olje, ki lahko raztrga dolge verige polimernih molekul, tako da ima raztopina lastnosti viskozne tekočine, ki jo je enostavno odvreči. Ko se temperatura raztopine poveča, celulozni polimer postopoma izgubi vodo in viskoznost raztopine se zmanjša. Ko je dosežena točka geliranja, postane polimer popolnoma dehidriran, kar povzroči povezavo med polimeri in tvorbo gela: trdnost gela še naprej narašča, ko temperatura ostaja nad točko geliranja.

Ko se raztopina ohladi, se gel začne obračati in viskoznost se zmanjša. Končno se viskoznost hladilne raztopine vrne na začetno krivuljo dviga temperature in narašča z nižanjem temperature. Raztopino lahko ohladimo na začetno vrednost viskoznosti. Zato je postopek termičnega gela CE reverzibilen.

Glavna vloga CE v cementnih izdelkih je viskozifikator, mehčalec in sredstvo za zadrževanje vode, zato je način nadzora viskoznosti in temperature gela postal pomemben dejavnik pri cementnih izdelkih, ki običajno uporabljajo svojo začetno temperaturno točko gela pod odsekom krivulje, torej nižja kot je temperatura, večja je viskoznost, bolj očiten je učinek zadrževanja vode v viskozatorju. Rezultati preskusov proizvodne linije za ekstrudiranje cementnih plošč tudi kažejo, da nižja ko je temperatura materiala pod enako vsebnostjo CE, boljši je učinek viskozifikacije in zadrževanja vode. Ker je cementni sistem izjemno kompleksen sistem fizikalnih in kemijskih lastnosti, obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na spremembo temperature in viskoznosti CE gela. Vpliv različnih trendov in stopenj Taianin ni enak, zato je praktična uporaba tudi ugotovila, da je po mešanju cementnega sistema dejanska temperaturna točka CE (to je upad učinka lepila in zadrževanja vode pri tej temperaturi zelo očitna). ) so nižje od temperature gela, ki jo prikazuje izdelek, zato je treba pri izbiri izdelkov CE upoštevati dejavnike, ki povzročajo padec temperature gela. Sledijo glavni dejavniki, za katere verjamemo, da vplivajo na viskoznost in temperaturo gela raztopine CE v cementnih izdelkih.

4.1 Vpliv pH vrednosti na viskoznost

MC in HPMC sta neionska, zato imata viskoznost raztopine kot viskoznost naravnega ionskega lepila širši razpon stabilnosti DH, če pa vrednost pH preseže območje 3 ~ 11, bosta postopoma zmanjšala viskoznost pri višji temperaturi ali v daljšem skladiščenju, zlasti raztopine z visoko viskoznostjo. Viskoznost raztopine izdelka CE se zmanjša v raztopini močne kisline ali močne baze, kar je predvsem posledica dehidracije CE, ki jo povzročata baza in kislina. Zato se viskoznost CE običajno do določene mere zmanjša v alkalnem okolju cementnih izdelkov.

4.2 Vpliv hitrosti segrevanja in mešanja na proces geliranja

Na temperaturo točke geliranja bo vplival skupni učinek hitrosti segrevanja in strižne hitrosti mešanja. Visoka hitrost mešanja in hitro segrevanje bosta na splošno znatno zvišala temperaturo gela, kar je ugodno za cementne izdelke, ki nastanejo z mehanskim mešanjem.

4.3 Vpliv koncentracije na vroč gel

Povečanje koncentracije raztopine običajno zniža temperaturo gela, točke gela nizke viskoznosti CE pa so višje od tistih z visoko viskoznostjo CE. Kot je DOW-jev METHOCEL A

Temperatura gela se bo znižala za 10 ℃ za vsaka 2 % povečanja koncentracije izdelka. 2-odstotno povečanje koncentracije izdelkov tipa F bo znižalo temperaturo gela za 4 ℃.

4.4 Vpliv aditivov na toplotno geliranje

Na področju gradbenih materialov so številni materiali anorganske soli, ki bodo pomembno vplivale na temperaturo gela raztopine CE. Odvisno od tega, ali aditiv deluje kot koagulant ali sredstvo za raztapljanje, lahko nekateri dodatki zvišajo temperaturo termičnega gela CE, medtem ko lahko drugi znižajo temperaturo termičnega gela CE: na primer etanol, ki povečuje topilo, PEG-400 (polietilen glikol) , andiol itd., lahko povečajo točko geliranja. Soli, glicerin, sorbitol in druge snovi bodo zmanjšale točko geliranja, neionski CE na splošno ne bo oborjen zaradi polivalentnih kovinskih ionov, ko pa koncentracija elektrolita ali drugih raztopljenih snovi preseže določeno mejo, se lahko izdelki CE izsolijo v raztopina, to je posledica tekmovanja elektrolitov z vodo, kar ima za posledico zmanjšanje hidracije CE. Vsebnost soli v raztopini izdelka CE je na splošno nekoliko višja kot pri izdelku Mc, vsebnost soli pa je nekoliko drugačna. v različnih HPMC.

Številne sestavine v cementnih izdelkih bodo znižale točko geliranja CE, zato je treba pri izbiri dodatkov upoštevati, da lahko to povzroči spremembe točke geliranja in viskoznosti CE.

5. Zaključek

(1) celulozni eter je naravna celuloza z reakcijo eterifikacije, ima osnovno strukturno enoto dehidrirano glukozo, glede na vrsto in število substituentskih skupin na svojem nadomestnem položaju in ima različne lastnosti. Neionski eter, kot sta MC in HPMC, se lahko uporablja kot sredstvo za viskoziranje, sredstvo za zadrževanje vode, sredstvo za vnos zraka in drugo, ki se pogosto uporablja v izdelkih gradbenih materialov.

(2) CE ima edinstveno topnost, tvori raztopino pri določeni temperaturi (kot je temperatura gela) in tvori trden gel ali mešanico trdnih delcev pri temperaturi gela. Glavne metode raztapljanja so disperzijska metoda s suhim mešanjem, disperzijska metoda z vročo vodo itd., pri cementnih izdelkih se običajno uporablja disperzijska metoda s suhim mešanjem. Ključno je, da CE enakomerno razpršimo, preden se raztopi in tvori raztopino pri nizkih temperaturah.

(3) Koncentracija raztopine, temperatura, pH vrednost, kemijske lastnosti aditivov in hitrost mešanja bodo vplivali na temperaturo gela in viskoznost raztopine CE, zlasti izdelki iz cementa so raztopine anorganske soli v alkalnem okolju, običajno zmanjšajo temperaturo gela in viskoznost raztopine CE , ki povzroča škodljive učinke. Zato je treba glede na značilnosti CE, prvič, uporabljati pri nizki temperaturi (pod temperaturo gela), in drugič, upoštevati je treba vpliv aditivov.