Cellulosaeter i cementbaserade produkter

Cellulosaeter är en sorts mångsidig tillsats som kan användas i cementprodukter. Detta dokument introducerar de kemiska egenskaperna hos metylcellulosa (MC) och hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC /) som vanligtvis används i cementprodukter, metoden och principen för nätlösningen och lösningens huvudsakliga egenskaper. Minskningen av termisk geltemperatur och viskositet i cementprodukter diskuterades baserat på praktisk produktionserfarenhet.

Nyckelord:cellulosaeter; Metylcellulosa;Hydroxipropylmetylcellulosa; Varm geltemperatur; viskositet

1. Översikt

Cellulosaeter (förkortat CE) är gjord av cellulosa genom företringsreaktion av ett eller flera företringsmedel och torrmalning. CE kan delas in i joniska och nonjoniska typer, bland vilka nonjonisk typ CE på grund av dess unika termiska gelegenskaper och löslighet, saltbeständighet, värmebeständighet och har lämplig ytaktivitet. Det kan användas som vattenkvarhållande medel, suspensionsmedel, emulgeringsmedel, filmbildande medel, smörjmedel, lim och reologiskt förbättrande medel. De huvudsakliga utländska konsumtionsområdena är latexbeläggningar, byggmaterial, oljeborrning och så vidare. Jämfört med andra länder är produktionen och appliceringen av vattenlöslig CE fortfarande i sin linda. Med förbättring av människors hälsa och miljömedvetenhet. Vattenlösligt CE, som är ofarligt för fysiologi och inte förorenar miljön, kommer att ha stor utveckling.

Inom området byggmaterial väljs vanligtvis CE är metylcellulosa (MC) och hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC), kan användas som färg, gips, murbruk och cementprodukter mjukgörare, viskositetsmedel, vattenretentionsmedel, luftindragande medel och retarderingsmedel. Det mesta av byggmaterialindustrin används vid normal temperatur, användningsförhållandena är torrblandningspulver och vatten, mindre involverar upplösningsegenskaperna och hetgelegenskaperna hos CE, men vid mekaniserad produktion av cementprodukter och andra speciella temperaturförhållanden, är dessa egenskaper hos CE kommer att spela en mer fullvärdig roll.

2. Kemiska egenskaper hos CE

CE erhålls genom att behandla cellulosa genom en rad kemiska och fysikaliska metoder. Beroende på de olika kemiska substitutionsstrukturerna kan de vanligtvis delas in i: MC, HPMC, hydroxietylcellulosa (HEC), etc. : Varje CE har cellulosabasstrukturen - dehydrerad glukos. I processen att framställa CE värms cellulosafibrer först i en alkalisk lösning och behandlas sedan med företringsmedel. De fibrösa reaktionsprodukterna renas och pulveriseras för att bilda ett enhetligt pulver med en viss finhet.

I produktionsprocessen av MC används endast metanklorid som företringsmedel. Förutom användningen av metanklorid, använder produktionen av HPMC även propylenoxid för att erhålla hydroxipropylsubstituentgrupper. Olika CE har olika substitutionshastigheter för metyl och hydroxipropyl, vilket påverkar CE-lösningens organiska kompatibilitet och termiska geltemperatur.

Antalet substitutionsgrupper på de dehydrerade glukosstrukturenheterna av cellulosa kan uttryckas med viktprocenten eller det genomsnittliga antalet substitutionsgrupper (dvs. DS — Substitutionsgrad). Antalet substituentgrupper bestämmer egenskaperna hos CE-produkter. Effekten av den genomsnittliga substitutionsgraden på lösligheten av företringsprodukter är som följer:

(1) låg substitutionsgrad löslig i lut;

(2) något hög grad av substitution löslig i vatten;

(3) hög grad av substitution löst i polära organiska lösningsmedel;

(4) Högre substitutionsgrad löst i opolära organiska lösningsmedel.

3. Upplösningsmetod för CE

CE har en unik löslighetsegenskap, när temperaturen stiger till en viss temperatur är den olöslig i vatten, men under denna temperatur kommer dess löslighet att öka med temperatursänkningen. CE är lösligt i kallt vatten (och i vissa fall i specifika organiska lösningsmedel) genom svällning och hydrering. CE-lösningar har inte de uppenbara löslighetsbegränsningarna som uppstår vid upplösning av joniska salter. Koncentrationen av CE är i allmänhet begränsad till den viskositet som kan kontrolleras av produktionsutrustningen, och varierar också beroende på den viskositet och kemiska variation som krävs av användaren. Lösningskoncentrationen av lågviskös CE är i allmänhet 10% ~ 15%, och högviskositet CE är vanligtvis begränsad till 2% ~ 3%. Olika typer av CE (som pulver eller ytbehandlat pulver eller granulat) kan påverka hur lösningen bereds.

3.1 CE utan ytbehandling

Även om CE är lösligt i kallt vatten, måste det dispergeras helt i vatten för att undvika klumpar. I vissa fall kan en höghastighetsblandare eller tratt användas i kallt vatten för att dispergera CE-pulver. Men om det obehandlade pulvret tillsätts direkt till kallt vatten utan tillräcklig omrörning, kommer betydande klumpar att bildas. Den främsta orsaken till kakning är att CE-pulverpartiklarna inte är helt blöta. När endast en del av pulvret är upplöst bildas en gelfilm som hindrar det kvarvarande pulvret från att fortsätta att lösas upp. Därför, före upplösning, bör CE-partiklarna vara helt dispergerade så långt som möjligt. Följande två dispersionsmetoder används vanligtvis.

3.1.1 Dispersionsmetod för torrblandning

Denna metod används oftast i cementprodukter. Innan du tillsätter vatten, blanda annat pulver med CE-pulver jämnt, så att CE-pulverpartiklar sprids. Minsta blandningsförhållande: Annat pulver: CE-pulver =(3 ~ 7) : 1.

I denna metod slutförs CE-dispergering i torrt tillstånd, med användning av annat pulver som medium för att dispergera CE-partiklar med varandra, för att undvika ömsesidig bindning av CE-partiklar när man tillsätter vatten och påverkar ytterligare upplösning. Därför behövs inte varmt vatten för dispergering, utan upplösningshastigheten beror på pulverpartiklarna och omrörningsförhållandena.

3.1.2 Spridningsmetod för hett vatten

(1) Den första 1/5~1/3 av den erforderliga vattenuppvärmningen till 90C ovanför, tillsätt CE och rör sedan om tills alla partiklar sprids våta, och sedan tillsätts det återstående vattnet i kallt eller isvatten för att sänka temperaturen på Efter att ha nått CE-upplösningstemperaturen började pulvret hydratiseras, viskositeten ökade.

(2) Du kan också värma allt vatten och sedan tillsätta CE för att röra om under kylning tills hydratiseringen är klar. Tillräcklig kylning är mycket viktig för fullständig hydratisering av CE och bildandet av viskositet. För idealisk viskositet bör MC-lösning kylas till 0~5 ℃, medan HPMC endast behöver kylas till 20~25 ℃ eller lägre. Eftersom full hydratisering kräver tillräcklig kylning används HPMC-lösningar ofta där kallt vatten inte kan användas: enligt informationen har HPMC mindre temperatursänkning än MC vid lägre temperaturer för att uppnå samma viskositet. Det är värt att notera att hetvattendispersionsmetoden endast gör att CE-partiklar sprids jämnt vid en högre temperatur, men ingen lösning bildas vid denna tidpunkt. För att få en lösning med en viss viskositet måste den kylas igen.

3.2 Ytbehandlat dispergerbart CE-pulver

I många fall krävs att CE har både dispergerbara och snabba hydratiseringsegenskaper (bildande viskositet) i kallt vatten. Ytbehandlat CE är tillfälligt olösligt i kallt vatten efter speciell kemisk behandling, vilket säkerställer att när CE läggs till vatten kommer det inte omedelbart att bilda tydlig viskositet och kan dispergeras under relativt små skjuvkraftsförhållanden. "Fördröjningstiden" för hydratisering eller viskositetsbildning är resultatet av kombinationen av graden av ytbehandling, temperatur, systemets pH och koncentration av CE-lösning. Fördröjningen av hydrering reduceras i allmänhet vid högre koncentrationer, temperaturer och pH-nivåer. I allmänhet beaktas dock inte koncentrationen av CE förrän den når 5 % (massaförhållandet för vatten).

För bästa resultat och fullständig återfuktning bör det ytbehandlade CE-materialet omröras i några minuter under neutrala förhållanden, med pH-intervallet från 8,5 till 9,0, tills maximal viskositet uppnås (vanligtvis 10-30 minuter). När pH ändras till basiskt (pH 8,5 till 9,0), löser sig den ytbehandlade CE fullständigt och snabbt, och lösningen kan vara stabil vid pH 3 till 11. Det är dock viktigt att notera att justering av pH för en högkoncentrationsslam kommer att göra att viskositeten blir för hög för pumpning och hällning. pH bör justeras efter att slurryn har spätts ut till önskad koncentration.

Sammanfattningsvis inkluderar upplösningsprocessen av CE två processer: fysisk dispersion och kemisk upplösning. Nyckeln är att dispergera CE-partiklar med varandra före upplösning, för att undvika agglomeration på grund av hög viskositet under lågtemperaturupplösning, vilket kommer att påverka ytterligare upplösning.

4. Egenskaper för CE-lösning

Olika typer av CE-vattenlösningar kommer att gela vid sina specifika temperaturer. Gelen är helt reversibel och bildar en lösning när den kyls ned igen. Den reversibla termiska gelningen av CE är unik. I många cementprodukter har den huvudsakliga användningen av CE-viskositeten och motsvarande vattenretentions- och smörjegenskaper, och viskositeten och geltemperaturen ett direkt samband, under geltemperaturen, ju lägre temperatur, desto högre viskositet för CE, desto bättre är motsvarande vattenretentionsprestanda.

Den nuvarande förklaringen till gelfenomenet är denna: i upplösningsprocessen är detta liknande

Trådens polymermolekyler ansluter till vattenmolekylskiktet, vilket resulterar i svullnad. Vattenmolekyler fungerar som smörjolja, som kan dra isär långa kedjor av polymermolekyler, så att lösningen har egenskaperna hos en trögflytande vätska som är lätt att dumpa. När temperaturen på lösningen ökar förlorar cellulosapolymeren gradvis vatten och lösningens viskositet minskar. När gelpunkten uppnås blir polymeren fullständigt dehydrerad, vilket resulterar i kopplingen mellan polymererna och bildandet av gelén: geléns styrka fortsätter att öka när temperaturen förblir över gelpunkten.

När lösningen svalnar börjar gelén att vända och viskositeten minskar. Slutligen återgår kyllösningens viskositet till den initiala temperaturökningskurvan och ökar med sänkningen av temperaturen. Lösningen kan kylas till dess initiala viskositetsvärde. Därför är den termiska gelprocessen för CE reversibel.

Huvudrollen för CE i cementprodukter är som ett viskositetsmedel, mjukgörare och vattenretentionsmedel, så hur man kontrollerar viskositeten och geltemperaturen har blivit en viktig faktor i cementprodukter som vanligtvis använder sin initiala geltemperaturpunkt under en sektion av kurvan, så ju lägre temperatur, desto högre viskositet, desto tydligare blir effekten av vattenretention av viskositetsmedlet. Testresultaten från produktionslinjen för extrudering av cementskivor visar också att ju lägre materialtemperaturen är under samma innehåll av CE, desto bättre är viskosifierings- och vattenretentionseffekten. Eftersom cementsystemet är ett extremt komplext system med fysiska och kemiska egenskaper, finns det många faktorer som påverkar förändringen av CE-gelens temperatur och viskositet. Och påverkan av olika Taianin-trender och grader är inte desamma, så den praktiska tillämpningen fann också att efter blandning av cementsystemet, är den faktiska geltemperaturpunkten för CE (det vill säga att lim- och vattenretentionseffekten minskar mycket uppenbar vid denna temperatur ) är lägre än geltemperaturen som anges av produkten, därför vid valet av CE-produkter för att ta hänsyn till faktorerna som orsakar geltemperaturnedgången. Följande är de viktigaste faktorerna som vi tror påverkar viskositeten och geltemperaturen för CE-lösning i cementprodukter.

4.1 pH-värdets inverkan på viskositeten

MC och HPMC är nonjoniska, så lösningens viskositet än viskositeten för naturligt joniskt lim har ett bredare intervall av DH-stabilitet, men om pH-värdet överstiger intervallet 3 ~ 11, kommer de gradvis att minska viskositeten vid en högre temperatur eller lagring under lång tid, speciellt högviskös lösning. Viskositeten för CE-produktlösning minskar i stark syra eller stark baslösning, vilket främst beror på uttorkningen av CE orsakad av bas och syra. Därför minskar CE-viskositeten vanligtvis i viss utsträckning i den alkaliska miljön för cementprodukter.

4.2 Inverkan av uppvärmningshastighet och omrörning på gelprocessen

Temperaturen på gelpunkten kommer att påverkas av den kombinerade effekten av uppvärmningshastighet och omrörningsskjuvhastighet. Höghastighetsomrörning och snabb uppvärmning ökar i allmänhet geltemperaturen avsevärt, vilket är fördelaktigt för cementprodukter som bildas genom mekanisk blandning.

4.3 Koncentrationens inverkan på het gel

Att öka koncentrationen av lösningen sänker vanligtvis geltemperaturen, och gelpunkterna för lågviskös CE är högre än de för högviskös CE. Såsom DOW:s METHOCEL A

Geltemperaturen kommer att sänkas med 10 ℃ för varje 2% ökning av koncentrationen av produkten. En 2% ökning av koncentrationen av produkter av F-typ kommer att minska geltemperaturen med 4 ℃.

4.4 Inverkan av tillsatser på termisk gelning

När det gäller byggmaterial är många material oorganiska salter, vilket kommer att ha en betydande inverkan på geltemperaturen för CE-lösningen. Beroende på om tillsatsen fungerar som koaguleringsmedel eller solubiliseringsmedel, kan vissa tillsatser öka den termiska geltemperaturen för CE, medan andra kan minska den termiska geltemperaturen för CE: till exempel lösningsmedelsförbättrande etanol, PEG-400 (polyetylenglykol) , anediol, etc., kan öka gelpunkten. Salter, glycerin, sorbitol och andra ämnen minskar gelpunkten, nonjoniskt CE fälls i allmänhet inte ut på grund av flervärda metalljoner, men när elektrolytkoncentrationen eller andra lösta ämnen överstiger en viss gräns kan CE-produkter saltas ut i lösning, detta beror på elektrolyternas konkurrens till vatten, vilket resulterar i en minskning av hydratiseringen av CE. Salthalten i lösningen av CE-produkten är i allmänhet något högre än den i Mc-produkten, och salthalten är något annorlunda i olika HPMC.

Många ingredienser i cementprodukter kommer att få gelpunkten för CE att sjunka, så valet av tillsatser bör ta hänsyn till att detta kan orsaka gelpunkt och viskositet för CE-förändringar.

5. Slutsats

(1) cellulosaeter är naturlig cellulosa genom företringsreaktion, har den grundläggande strukturella enheten av dehydrerad glukos, beroende på typen och antalet substituentgrupper på dess ersättningsposition och har olika egenskaper. Den nonjoniska etern, såsom MC och HPMC, kan användas som viskositetsmedel, vattenretentionsmedel, luftindragande medel och annat som ofta används i byggmaterialprodukter.

(2) CE har unik löslighet, bildar lösning vid en viss temperatur (som geltemperatur) och bildar fast gel eller fast partikelblandning vid geltemperatur. De huvudsakliga upplösningsmetoderna är torrblandningsdispersionsmetoden, hetvattendispergeringsmetoden, etc., i cementprodukter som vanligtvis används är torrblandningsdispersionsmetoden. Nyckeln är att sprida CE jämnt innan det löser sig, vilket bildar en lösning vid låga temperaturer.

(3) Lösningskoncentration, temperatur, pH-värde, kemiska egenskaper hos tillsatser och omrörningshastighet kommer att påverka geltemperaturen och viskositeten för CE-lösningen, speciellt cementprodukter är oorganiska saltlösningar i alkalisk miljö, sänker vanligtvis geltemperaturen och viskositeten för CE-lösningen , vilket medför negativa effekter. Därför, enligt egenskaperna hos CE, bör det för det första användas vid en låg temperatur (under geltemperaturen), och för det andra bör påverkan av tillsatser beaktas.