Eter celuloz në produktet me bazë çimento

Eteri celuloz është një lloj aditiv me shumë qëllime i cili mund të përdoret në produktet e çimentos. Ky punim prezanton vetitë kimike të metil celulozës (MC) dhe hidroksipropil metil celulozës (HPMC /) të përdorura zakonisht në produktet e çimentos, metodën dhe parimin e tretësirës neto dhe karakteristikat kryesore të tretësirës. Ulja e temperaturës dhe viskozitetit të xhelit termik në produktet e çimentos u diskutua bazuar në përvojën praktike të prodhimit.

Fjalët kyçe:eter celuloze; Metil celulozë;Hidroksipropil metil celulozë; Temperatura e xhelit të nxehtë; viskozitetit

1. Vështrim i përgjithshëm

Eteri i celulozës (CE për shkurt) është bërë nga celuloza përmes reaksionit të eterifikimit të një ose disa agjentëve eterifikues dhe bluarjes së thatë. CE mund të ndahet në lloje jonike dhe jo-jonike, ndër të cilat lloji jo-jonik CE për shkak të karakteristikave dhe tretshmërisë unike të xhelit termik, rezistencës ndaj kripës, rezistencës ndaj nxehtësisë dhe ka aktivitet të përshtatshëm sipërfaqësor. Mund të përdoret si agjent mbajtës uji, agjent pezullimi, emulsifikues, agjent formues filmi, lubrifikant, ngjitës dhe përmirësues reologjik. Zonat kryesore të konsumit të huaj janë veshjet latex, materialet e ndërtimit, shpimet e naftës etj. Krahasuar me vendet e huaja, prodhimi dhe aplikimi i CE të tretshëm në ujë është ende në fillimet e tij. Me përmirësimin e ndërgjegjësimit për shëndetin dhe mjedisin e njerëzve. CE i tretshëm në ujë, i padëmshëm për fiziologjinë dhe nuk ndot mjedisin, do të ketë zhvillim të madh.

Në fushën e materialeve të ndërtimit zakonisht CE zgjidhet metil celuloza (MC) dhe hidroksipropil metil celuloza (HPMC), mund të përdoret si plastifikues i bojës, suvasë, llaçit dhe produkteve të çimentos, viskozues, agjent për mbajtjen e ujit, agjent për thithjen e ajrit dhe agjent ngadalësues. Pjesa më e madhe e industrisë së materialeve të ndërtimit përdoret në temperaturë normale, duke përdorur kushtet janë përzierje e thatë pluhur dhe ujë, më pak që përfshijnë karakteristikat e tretjes dhe karakteristikat e xhelit të nxehtë të CE, por në prodhimin e mekanizuar të produkteve të çimentos dhe kushteve të tjera të veçanta të temperaturës, këto karakteristika të KE do të luajë një rol më të plotë.

2. Vetitë kimike të CE

CE fitohet duke trajtuar celulozën përmes një sërë metodash kimike dhe fizike. Sipas strukturës së ndryshme të zëvendësimit kimik, zakonisht mund të ndahet në: MC, HPMC, celulozë hidroksietil (HEC), etj.: Çdo CE ka strukturën bazë të celulozës - glukozë e dehidratuar. Në procesin e prodhimit të CE, fibrat celuloze fillimisht nxehen në një tretësirë ​​alkaline dhe më pas trajtohen me agjentë eterifikues. Produktet e reaksionit fijor pastrohen dhe pluhurizohen për të formuar një pluhur uniform me një finesë të caktuar.

Procesi i prodhimit të MC përdor vetëm klorur metani si agjent eterifikues. Përveç përdorimit të klorurit të metanit, prodhimi i HPMC përdor gjithashtu oksid propileni për të marrë grupe zëvendësuese hidroksipropil. CE të ndryshme kanë norma të ndryshme zëvendësimi metil dhe hidroksipropil, gjë që ndikon në përputhshmërinë organike dhe temperaturën e xhelit termik të tretësirës CE.

Numri i grupeve të zëvendësimit në njësitë strukturore të glukozës së dehidratuar të celulozës mund të shprehet me përqindjen e masës ose numrin mesatar të grupeve të zëvendësimit (dmth. DS - shkalla e zëvendësimit). Numri i grupeve zëvendësuese përcakton vetitë e produkteve CE. Efekti i shkallës mesatare të zëvendësimit në tretshmërinë e produkteve të eterifikimit është si më poshtë:

(1) shkalla e ulët e zëvendësimit e tretshme në salcë;

(2) shkallë paksa e lartë e zëvendësimit të tretshëm në ujë;

(3) shkallë e lartë e zëvendësimit të tretur në tretës organikë polare;

(4) Shkallë më e lartë e zëvendësimit të tretur në tretës organikë jopolarë.

3. Metoda e shpërbërjes së CE

CE ka një veti unike të tretshmërisë, kur temperatura rritet në një temperaturë të caktuar, është e patretshme në ujë, por nën këtë temperaturë, tretshmëria e saj do të rritet me uljen e temperaturës. CE tretet në ujë të ftohtë (dhe në disa raste në tretës organikë specifikë) përmes procesit të ënjtjes dhe hidratimit. Tretësirat CE nuk kanë kufizimet e dukshme të tretshmërisë që shfaqen në shpërbërjen e kripërave jonike. Përqendrimi i CE në përgjithësi është i kufizuar në viskozitetin që mund të kontrollohet nga pajisjet e prodhimit, dhe gjithashtu ndryshon sipas viskozitetit dhe shumëllojshmërisë kimike të kërkuar nga përdoruesi. Përqendrimi i tretësirës së CE me viskozitet të ulët është përgjithësisht 10% ~ 15%, dhe CE me viskozitet të lartë në përgjithësi është i kufizuar në 2% ~ 3%. Llojet e ndryshme të CE (si pluhuri ose pluhuri i trajtuar sipërfaqësor ose grimcuar) mund të ndikojnë në mënyrën se si përgatitet tretësira.

3.1 CE pa trajtim sipërfaqësor

Megjithëse CE është i tretshëm në ujë të ftohtë, ai duhet të shpërndahet plotësisht në ujë për të shmangur grumbullimin. Në disa raste, një mikser ose gyp me shpejtësi të lartë mund të përdoret në ujë të ftohtë për të shpërndarë pluhurin CE. Megjithatë, nëse pluhuri i patrajtuar shtohet drejtpërdrejt në ujë të ftohtë pa u përzier mjaftueshëm, do të formohen gunga të konsiderueshme. Arsyeja kryesore e pjekjes është se grimcat e pluhurit CE nuk janë plotësisht të lagura. Kur shpërndahet vetëm një pjesë e pluhurit, do të formohet një film xhel, i cili parandalon që pluhuri i mbetur të vazhdojë të shpërndahet. Prandaj, para shpërbërjes, grimcat CE duhet të shpërndahen plotësisht sa më shumë që të jetë e mundur. Dy metodat e mëposhtme të shpërndarjes përdoren zakonisht.

3.1.1 Metoda e shpërndarjes së përzierjes së thatë

Kjo metodë përdoret më së shpeshti në produktet e çimentos. Përpara se të shtoni ujë, përzieni pluhurin tjetër me pluhurin CE në mënyrë të barabartë, në mënyrë që grimcat e pluhurit CE të shpërndahen. Raporti minimal i përzierjes: Pluhur tjetër: pluhur CE =(3 ~ 7) : 1.

Në këtë metodë, shpërndarja CE përfundon në gjendje të thatë, duke përdorur pluhur tjetër si mjet për të shpërndarë grimcat CE me njëra-tjetrën, në mënyrë që të shmanget lidhja e ndërsjellë e grimcave CE kur shtohet uji dhe të ndikohet në shpërbërjen e mëtejshme. Prandaj, uji i nxehtë nuk nevojitet për shpërndarje, por shkalla e shpërbërjes varet nga grimcat e pluhurit dhe kushtet e trazimit.

3.1.2 Metoda e shpërndarjes së ujit të nxehtë

(1) 1/5 ~ 1/3 e parë të ngrohjes së kërkuar të ujit në 90 C më lart, shtoni CE dhe më pas përziejeni derisa të gjitha grimcat të shpërndahen të lagësht, dhe më pas uji i mbetur në ujë të ftohtë ose akull shtohet për të ulur temperaturën e Zgjidhja, pasi arriti temperaturën e shpërbërjes CE, pluhuri filloi të hidratohet, viskoziteti u rrit.

(2) Ju gjithashtu mund të ngrohni të gjithë ujin dhe më pas shtoni CE për t'u përzier ndërsa ftohet derisa të përfundojë hidratimi. Ftohja e mjaftueshme është shumë e rëndësishme për hidratimin e plotë të CE dhe formimin e viskozitetit. Për viskozitet ideal, tretësira MC duhet të ftohet në 0~5℃, ndërsa HPMC duhet të ftohet vetëm në 20~25℃ ose më poshtë. Meqenëse hidratimi i plotë kërkon ftohje të mjaftueshme, zgjidhjet HPMC përdoren zakonisht aty ku uji i ftohtë nuk mund të përdoret: sipas informacionit, HPMC ka më pak ulje të temperaturës se MC në temperatura më të ulëta për të arritur të njëjtin viskozitet. Vlen të përmendet se metoda e shpërndarjes së ujit të nxehtë bën që grimcat CE të shpërndahen në mënyrë të barabartë në një temperaturë më të lartë, por në këtë moment nuk formohet zgjidhje. Për të marrë një zgjidhje me një viskozitet të caktuar, ajo duhet të ftohet përsëri.

3.2 Pluhur CE i shpërndarjes i trajtuar sipërfaqësor

Në shumë raste, CE kërkohet të ketë karakteristika të hidratimit të shpejtë dhe të shpërndarjes (formimit të viskozitetit) në ujë të ftohtë. CE i trajtuar sipërfaqësor është përkohësisht i pazgjidhshëm në ujë të ftohtë pas trajtimit të veçantë kimik, i cili siguron që kur CE shtohet në ujë, ai nuk do të formojë menjëherë viskozitet të dukshëm dhe mund të shpërndahet në kushte relativisht të vogla të forcës prerëse. "Koha e vonesës" e hidratimit ose formimit të viskozitetit është rezultat i kombinimit të shkallës së trajtimit të sipërfaqes, temperaturës, pH të sistemit dhe përqendrimit të tretësirës CE. Vonesa e hidratimit në përgjithësi reduktohet në përqendrime, temperatura dhe nivele të pH më të larta. Në përgjithësi, megjithatë, përqendrimi i CE nuk merret parasysh derisa të arrijë 5% (raporti i masës së ujit).

Për rezultate më të mira dhe hidratim të plotë, sipërfaqja e trajtuar CE duhet të përzihet për disa minuta në kushte neutrale, me diapazon pH nga 8,5 në 9,0, derisa të arrihet viskoziteti maksimal (zakonisht 10-30 minuta). Pasi pH të ndryshojë në bazë (pH 8,5 deri në 9,0), sipërfaqja e trajtuar CE tretet plotësisht dhe shpejt, dhe tretësira mund të jetë e qëndrueshme në pH 3 deri në 11. Megjithatë, është e rëndësishme të theksohet se rregullimi i pH-së së një llumi me përqendrim të lartë do të bëjë që viskoziteti të jetë shumë i lartë për pompim dhe derdhje. PH duhet të rregullohet pasi llumi të jetë holluar në përqendrimin e dëshiruar.

Për ta përmbledhur, procesi i shpërbërjes së CE përfshin dy procese: shpërndarjen fizike dhe shpërbërjen kimike. Çelësi është shpërndarja e grimcave CE me njëra-tjetrën përpara shpërbërjes, në mënyrë që të shmanget grumbullimi për shkak të viskozitetit të lartë gjatë shpërbërjes në temperaturë të ulët, gjë që do të ndikojë në shpërbërjen e mëtejshme.

4. Vetitë e zgjidhjes CE

Lloje të ndryshme të tretësirave ujore CE do të xhelatohen në temperaturat e tyre specifike. Xheli është plotësisht i kthyeshëm dhe formon një zgjidhje kur ftohet përsëri. Xhelimi termik i kthyeshëm i CE është unik. Në shumë produkte çimentoje, përdorimi kryesor i viskozitetit të CE dhe vetitë përkatëse të mbajtjes dhe lubrifikimit të ujit, dhe viskoziteti dhe temperatura e xhelit ka një lidhje të drejtpërdrejtë, nën temperaturën e xhelit, sa më e ulët të jetë temperatura, aq më i lartë është viskoziteti i CE, aq më e mirë është performanca përkatëse e mbajtjes së ujit.

Shpjegimi aktual për fenomenin e xhelit është ky: në procesin e shpërbërjes, kjo është e ngjashme

Molekulat e polimerit të fillit lidhen me shtresën molekulare të ujit, duke rezultuar në fryrje. Molekulat e ujit veprojnë si vaj lubrifikues, i cili mund të tërheqë zinxhirë të gjatë të molekulave të polimerit, në mënyrë që tretësira të ketë vetitë e një lëngu viskoz që hidhet lehtë. Kur temperatura e tretësirës rritet, polimeri i celulozës gradualisht humbet ujin dhe viskoziteti i tretësirës zvogëlohet. Kur arrihet pika e xhelit, polimeri dehidratohet plotësisht, duke rezultuar në lidhjen midis polimereve dhe formimin e xhelit: forca e xhelit vazhdon të rritet ndërsa temperatura mbetet mbi pikën e xhelit.

Ndërsa tretësira ftohet, xheli fillon të kthehet dhe viskoziteti zvogëlohet. Së fundi, viskoziteti i tretësirës ftohëse kthehet në kurbën fillestare të rritjes së temperaturës dhe rritet me uljen e temperaturës. Tretësira mund të ftohet deri në vlerën fillestare të viskozitetit. Prandaj, procesi i xhelit termik të CE është i kthyeshëm.

Roli kryesor i CE në produktet e çimentos është si një viskozues, plastifikues dhe agjent i mbajtjes së ujit, kështu që mënyra se si të kontrollohet viskoziteti dhe temperatura e xhelit është bërë një faktor i rëndësishëm në produktet e çimentos zakonisht përdorin pikën fillestare të temperaturës së xhelit nën një seksion të kurbës. Pra, sa më e ulët të jetë temperatura, aq më i lartë viskoziteti, aq më i dukshëm është efekti i mbajtjes së ujit të viskozifikimit. Rezultatet e provës së linjës së prodhimit të bordit të çimentos me nxjerrje tregojnë gjithashtu se sa më e ulët të jetë temperatura e materialit nën të njëjtën përmbajtje të CE, aq më i mirë është viskozifikimi dhe efekti i mbajtjes së ujit. Meqenëse sistemi i çimentos është një sistem jashtëzakonisht kompleks i vetive fizike dhe kimike, ka shumë faktorë që ndikojnë në ndryshimin e temperaturës dhe viskozitetit të xhelit CE. Dhe ndikimi i tendencës dhe shkallës së ndryshme të Taianin nuk është i njëjtë, kështu që aplikimi praktik zbuloi gjithashtu se pas përzierjes së sistemit të çimentos, pika aktuale e temperaturës së xhelit të CE (d.m.th., rënia e efektit të mbajtjes së ngjitësit dhe ujit është shumë e dukshme në këtë temperaturë ) janë më të ulëta se temperatura e xhelit të treguar nga produkti, prandaj, në përzgjedhjen e produkteve CE duhet të merren parasysh faktorët që shkaktojnë uljen e temperaturës së xhelit. Më poshtë janë faktorët kryesorë që ne besojmë se ndikojnë në viskozitetin dhe temperaturën e xhelit të tretësirës CE në produktet e çimentos.

4.1 Ndikimi i vlerës së pH në viskozitet

MC dhe HPMC janë jojonike, kështu që viskoziteti i tretësirës sesa viskoziteti i zamit jonik natyral ka një gamë më të gjerë të qëndrueshmërisë së DH, por nëse vlera e pH tejkalon diapazonin 3 ~ 11, ato gradualisht do të ulin viskozitetin në një temperaturë më të lartë ose në ruajtje për një periudhë të gjatë kohore, veçanërisht tretësirë ​​me viskozitet të lartë. Viskoziteti i tretësirës së produktit CE zvogëlohet në tretësirën e acidit të fortë ose të bazës së fortë, e cila është kryesisht për shkak të dehidrimit të CE të shkaktuar nga baza dhe acidi. Prandaj, viskoziteti i CE zakonisht zvogëlohet në një masë të caktuar në mjedisin alkalik të produkteve të çimentos.

4.2 Ndikimi i shpejtësisë së ngrohjes dhe trazimit në procesin e xhelit

Temperatura e pikës së xhelit do të ndikohet nga efekti i kombinuar i shkallës së ngrohjes dhe shpejtësisë së prerjes së trazimit. Përzierja me shpejtësi të lartë dhe ngrohja e shpejtë në përgjithësi do të rrisin ndjeshëm temperaturën e xhelit, e cila është e favorshme për produktet e çimentos të formuara nga përzierja mekanike.

4.3 Ndikimi i përqendrimit në xhelin e nxehtë

Rritja e përqendrimit të tretësirës zakonisht ul temperaturën e xhelit dhe pikat e xhelit me viskozitet të ulët CE janë më të larta se ato të CE me viskozitet të lartë. Të tilla si METHOCEL A të DOW

Temperatura e xhelit do të reduktohet me 10℃ për çdo 2% rritje të përqendrimit të produktit. Një rritje prej 2% në përqendrimin e produkteve të tipit F do të ulë temperaturën e xhelit me 4℃.

4.4 Ndikimi i aditivëve në xhelatimin termik

Në fushën e materialeve të ndërtimit, shumë materiale janë kripëra inorganike, të cilat do të kenë një ndikim të rëndësishëm në temperaturën e xhelit të tretësirës CE. Në varësi të faktit nëse aditiv vepron si agjent koagulues ose tretës, disa aditivë mund të rrisin temperaturën e xhelit termik të CE, ndërsa të tjerët mund të ulin temperaturën e xhelit termik të CE: për shembull, etanoli që rrit tretësin, PEG-400 (polietilene glikol) , anediol, etj., mund të rrisin pikën e xhelit. Kripërat, glicerina, sorbitoli dhe substanca të tjera do të zvogëlojnë pikën e xhelit, CE jo-jonike në përgjithësi nuk do të precipitohet për shkak të joneve metalike polivalente, por kur përqendrimi i elektrolitit ose substancave të tjera të tretura tejkalojnë një kufi të caktuar, produktet CE mund të kriposen në zgjidhje, kjo është për shkak të konkurrencës së elektroliteve me ujin, duke rezultuar në reduktimin e hidratimit të CE, Përmbajtja e kripës së tretësirës së produktit CE është përgjithësisht pak më e lartë se ajo e produktit Mc, dhe përmbajtja e kripës është paksa e ndryshme në HPMC të ndryshme.

Shumë përbërës në produktet e çimentos do të bëjnë që pika e xhelit të CE të bjerë, kështu që zgjedhja e aditivëve duhet të marrë parasysh se kjo mund të shkaktojë ndryshimin e pikës së xhelit dhe viskozitetit të CE.

5.Përfundim

(1) Eteri i celulozës është celulozë natyrale përmes reaksionit të eterifikimit, ka njësinë strukturore bazë të glukozës së dehidratuar, sipas llojit dhe numrit të grupeve zëvendësuese në pozicionin e tij zëvendësues dhe ka veti të ndryshme. Eteri jo-jonik si MC dhe HPMC mund të përdoret si viskozues, agjent për mbajtjen e ujit, agjent për tërheqjen e ajrit dhe të tjera të përdorura gjerësisht në produktet e materialeve të ndërtimit.

(2) CE ka tretshmëri unike, duke formuar tretësirë ​​në një temperaturë të caktuar (siç është temperatura e xhelit) dhe duke formuar xhel të ngurtë ose përzierje të grimcave të ngurta në temperaturën e xhelit. Metodat kryesore të shpërbërjes janë metoda e shpërndarjes së përzierjes së thatë, metoda e shpërndarjes me ujë të nxehtë, etj., në produktet e çimentos që përdoret zakonisht është metoda e shpërndarjes së përzierjes së thatë. Gjëja kryesore është që CE të shpërndahet në mënyrë të barabartë përpara se të shpërndahet, duke formuar një zgjidhje në temperatura të ulëta.

(3) Përqendrimi i solucionit, temperatura, vlera e pH-së, vetitë kimike të aditivëve dhe shkalla e trazimit do të ndikojnë në temperaturën e xhelit dhe viskozitetin e tretësirës CE, veçanërisht produktet e çimentos janë zgjidhje kripe inorganike në mjedis alkalik, zakonisht zvogëlojnë temperaturën e xhelit dhe viskozitetin e tretësirës CE , duke sjellë efekte negative. Prandaj, sipas karakteristikave të CE, së pari, duhet të përdoret në një temperaturë të ulët (nën temperaturën e xhelit), dhe së dyti, duhet të merret parasysh ndikimi i aditivëve.