Эфири селлюлоза дар маҳсулоти семент

Эфири целлюлоза як навъ иловаи сермақсад мебошад, ки онро дар маҳсулоти семент истифода бурдан мумкин аст. Дар ин мақола хосиятҳои кимиёвии селлюлозаи метил (MC) ва гидроксипропил метилселлюлоза (HPMC /), ки маъмулан дар маҳсулоти семент истифода мешаванд, усул ва принсипи маҳлули соф ва хусусиятҳои асосии маҳлулро муаррифӣ мекунад. Дар асоси тачрибаи амалии истехсолй паст шудани харорати гели термикй ва часпакии махсулоти семент мухокима карда шуд.

Калимаҳои калидӣ:эфири селлюлоза; целлюлоза метил;Целлюлозаи гидроксипропил метил; Ҳарорати гели гарм; часпаки

1. Барраси

Эфири селлюлоза (кӯтоҳ CE) аз селлюлоза тавассути реаксияи эфиризатсияи як ё якчанд агентҳои эфиркунанда ва суфтакунии хушк сохта мешавад. СЕ-ро ба намудҳои ионӣ ва ғайриионӣ тақсим кардан мумкин аст, ки дар байни онҳо навъи ғайриионикии СЕ аз сабаби хусусиятҳои беназири гели гармидиҳӣ ва ҳалшавандагӣ, муқовимати намак, муқовимати гармӣ ва дорои фаъолияти мувофиқи рӯизаминӣ мебошад. Он метавонад ҳамчун агенти нигоҳдории об, агенти суспензия, эмульгатор, агенти ташаккулдиҳандаи филм, молидан, часпак ва такмилдиҳандаи реологӣ истифода шавад. Соҳаҳои асосии истеъмоли хориҷӣ рӯйпӯшҳои латексӣ, масолеҳи сохтмон, пармакунии нафт ва ғайра мебошанд. Дар муқоиса бо кишварҳои хориҷӣ истеҳсол ва татбиқи СЭ-и дар об ҳалшаванда ҳанӯз дар марҳилаи ибтидоӣ қарор дорад. Бо баланд бардоштани маърифати саломатии мардум ва экологӣ. СЭ-и дар об ҳалшаванда, ки ба физиология безарар аст ва муҳити атрофро ифлос намекунад, рушди бузург хоҳад дошт.

Дар соҳаи масолеҳи сохтмонӣ одатан CE интихобшуда метилселлюлоза (MC) ва гидроксипропил метил селлюлоза (HPMC) мебошад, ки метавонад ҳамчун ранг, гаҷ, миномет ва маҳсулоти семент пластификатор, viscosifier, агенти нигоҳдории об, агенти ҳаво ва агенти retarding истифода шавад. Аксари саноати масолеҳи сохтмонӣ дар ҳарорати муқаррарӣ истифода мешаванд, шароити истифода аз хокаи омехтаи хушк ва об, камтар ба хусусиятҳои обшавӣ ва хусусиятҳои гели гарми СЕ, аммо дар истеҳсоли механиконидашудаи маҳсулоти семент ва дигар шароити махсуси ҳарорат, ин хусусиятҳои CE нақши пурратар хоҳад дошт.

2. Хусусиятҳои химиявии СЕ

CE тавассути коркарди селлюлоза тавассути як қатор усулҳои кимиёвӣ ва физикӣ ба даст оварда мешавад. Мувофиқи сохтори гуногуни ивазкунандаи кимиёвӣ, одатан метавонанд ба тақсим шаванд: MC, HPMC, гидроксиэтил селлюлоза (HEC) ва ғайра: Ҳар як СЕ дорои сохтори асосии селлюлоза - глюкозаи хушкшуда мебошад. Дар ҷараёни истеҳсоли СЕ, нахҳои селлюлоза аввал дар маҳлули сілтӣ гарм карда мешаванд ва сипас бо агентҳои эфирӣ коркард карда мешаванд. Маҳсулоти реаксияи нахдор тоза карда мешаванд ва хокаи якхелаи нозукии муайянро ташкил медиҳанд.

Раванди истеҳсоли MC танҳо хлориди метанро ҳамчун агенти эфирӣ истифода мебарад. Илова ба истифодаи хлориди метан, истеҳсоли HPMC инчунин оксиди пропиленро барои ба даст овардани гурӯҳҳои ивазкунандаи гидроксипропил истифода мебарад. CE-ҳои гуногун дорои сатҳи гуногуни ивазкунии метил ва гидроксипропил мебошанд, ки ба мутобиқати органикӣ ва ҳарорати гармии гели маҳлули СЕ таъсир мерасонад.

Шумораи гурӯҳҳои ивазкунандаро дар воҳидҳои сохтории глюкозаи хушкшудаи селлюлоза бо фоизи масса ё шумораи миёнаи гурӯҳҳои ивазкунанда ифода кардан мумкин аст (яъне DS — Дараҷаи ивазкунӣ). Шумораи гурӯҳҳои ивазкунанда хосиятҳои маҳсулоти СЕ-ро муайян мекунад. Таъсири дараҷаи миёнаи ивазкунӣ ба маҳлули маҳсулоти этерификатсия чунин аст:

(1) дараҷаи пасти ивазкунӣ, ки дар lye ҳал мешавад;

(2) дараҷаи каме баланди ивазшавӣ дар об ҳалшаванда;

(3) дараҷаи баланди ивазкунӣ, ки дар ҳалкунандаҳои органикии қутбӣ ҳал шудааст;

(4) Дараҷаи баландтари ивазкунӣ дар ҳалкунандаҳои органикии ғайриқутбӣ маҳлул.

3. Усули барҳамдиҳии СЕ

СЕ дорои хосияти ҳалшавандагии беназир аст, вақте ки ҳарорат то ҳарорати муайян баланд мешавад, он дар об ҳал намешавад, аммо дар поёнтар аз ин ҳарорат, ҳалшавандагии он бо паст шудани ҳарорат зиёд мешавад. СЕ дар оби хунук (ва дар баъзе мавридҳо дар ҳалкунандаҳои органикии мушаххас) тавассути ҷараёни варам ва намнокӣ ҳал мешавад. Маҳлулҳои СЕ маҳдудиятҳои равшани ҳалшавандагӣ надоранд, ки ҳангоми обшавии намакҳои ионӣ пайдо мешаванд. Консентратсияи CE одатан бо часпакӣ маҳдуд аст, ки онро таҷҳизоти истеҳсолӣ идора кардан мумкин аст ва инчунин вобаста ба часпак ва гуногунии кимиёвӣ, ки аз ҷониби корбар талаб карда мешавад, фарқ мекунад. Консентратсияи маҳлули часпакии пасти CE одатан 10% ~ 15% аст ва часпакии баланди СЕ умуман бо 2% ~ 3% маҳдуд аст. Намудҳои гуногуни CE (ба монанди хокаи коркардшуда ё хокаи рӯизаминӣ ё гранулӣ) метавонанд ба тарзи тайёр кардани маҳлул таъсир расонанд.

3.1 CE бе коркарди рӯизаминӣ

Гарчанде ки СЕ дар оби хунук ҳал мешавад, он бояд пурра дар об пароканда карда шавад, то ҷамъшавӣ пешгирӣ карда шавад. Дар баъзе мавридҳо, барои пароканда кардани хокаи СЕ як миксер ё воҳиди баландсуръатро дар оби хунук истифода бурдан мумкин аст. Бо вуҷуди ин, агар хокаи коркарднашуда мустақиман ба оби хунук бе ба таври кофӣ омехта карда шавад, қитъаҳои назаррас ба вуҷуд меоянд. Сабаби асосии пухтупаз дар он аст, ки зарраҳои хокаи СЕ комилан тар нестанд. Вақте ки танҳо як қисми хока гудохта мешавад, плёнкаи гелӣ ба вуҷуд меояд, ки ба идомаи обшавии хокаи боқимонда монеъ мешавад. Аз ин рӯ, пеш аз обшавӣ, зарраҳои СЕ бояд то ҳадди имкон пурра пароканда карда шаванд. Ду усули зерини пароканда одатан истифода мешаванд.

3.1.1 Усули парокандаи омехтаи хушк

Ин усул бештар дар маҳсулоти семент истифода мешавад. Пеш аз илова кардани об, хокаи дигарро бо хокаи СЕ баробар омехта кунед, то зарраҳои хокаи СЕ пароканда шаванд. Таносуби ҳадди ақали омехта: Хокаи дигар: хокаи СЕ = (3 ~ 7): 1.

Дар ин усул, дисперсияи СЕ дар ҳолати хушк анҷом дода мешавад, бо истифода аз хокаи дигар ҳамчун миёна барои пароканда кардани зарраҳои СЕ бо ҳамдигар, то аз пайвастани мутақобилаи зарраҳои СЕ ҳангоми илова кардани об ва таъсир ба обшавии минбаъда пешгирӣ карда шавад. Аз ин рӯ, барои парокандашавӣ оби гарм лозим нест, аммо суръати обшавӣ аз зарраҳои хока ва шароити омехта вобаста аст.

3.1.2 Усули паҳншавии оби гарм

(1) Аввалин 1/5 ~ 1/3 оби заруриро то 90С боло гарм кунед, CE илова кунед ва сипас то он даме, ки ҳама зарраҳо тар пароканда шаванд, омехта кунед ва сипас оби боқимондаро дар оби хунук ё ях илова кунед, то ҳарорати онро паст кунад. маҳлул, вақте ки ба ҳарорати обшавии СЕ расид, хокаи гидрат шуданро оғоз кард, часпак зиёд шуд.

(2) Шумо инчунин метавонед тамоми обро гарм кунед ва сипас CE илова кунед, то ҳангоми хунуккунӣ то ба итмом расидани гидрататсия омехта кунед. Барои гидратсияи пурраи СЕ ва ташаккули часпакӣ сардшавии кофӣ муҳим аст. Барои часпакии идеалӣ, маҳлули MC бояд то 0 ~ 5 ℃ сард карда шавад, дар ҳоле ки HPMC танҳо бояд то 20 ~ 25 ℃ ё камтар хунук карда шавад. Азбаски гидратсияи пурра сардшавии кофӣ талаб мекунад, маҳлулҳои HPMC маъмулан дар он ҷое истифода мешаванд, ки оби хунукро истифода бурдан мумкин нест: тибқи маълумот, HPMC пастшавии ҳароратро нисбат ба MC дар ҳарорати пасттар барои ноил шудан ба часпакии якхела дорад. Бояд қайд кард, ки усули паҳнкунии оби гарм танҳо зарраҳои СЕ-ро дар ҳарорати баландтар пароканда мекунад, аммо дар айни замон ҳеҷ гуна маҳлул ба вуҷуд намеояд. Барои ба даст овардани маҳлули дорои часпакии муайян, онро дубора хунук кардан лозим аст.

3.2 Хокаи дисперсионии СЕ, ки рӯи рӯи коркард шудааст

Дар бисёр мавридҳо, СЕ талаб карда мешавад, ки дар оби хунук ҳам хусусиятҳои дисперсияшаванда ва ҳам гидратсияи зуд (вискозика ташкилкунанда) дошта бошад. СЕ бо рӯи рӯи коркардшуда пас аз коркарди махсуси кимиёвӣ муваққатан дар оби хунук ҳалнашаванда аст, ки кафолат медиҳад, ки ҳангоми илова кардани СЕ ба об, он фавран часпакии аёнро ба вуҷуд намеорад ва метавонад дар шароити нисбатан хурди қувваи бурида пароканда шавад. "Вақти таъхир" -и гидратсия ё ташаккули часпакӣ натиҷаи омезиши дараҷаи коркарди рӯизаминӣ, ҳарорат, рН-и система ва консентратсияи маҳлули СЕ мебошад. Таъхири гидрататсия одатан дар консентратсияи баланд, ҳарорат ва сатҳи рН кам мешавад. Аммо дар маҷмӯъ, консентратсияи СЕ то ба 5% нарасидан (таносуби массаи об) ба назар гирифта намешавад.

Барои натиҷаҳои беҳтарин ва гидратсияи пурра, сатҳи коркардшудаи CE бояд дар шароити бетараф, бо диапазони рН аз 8,5 то 9,0, то расидан ба часпакии ҳадди аксар (одатан 10-30 дақиқа) омехта карда шавад. Вақте ки рН ба асосӣ (рН 8,5 то 9,0) табдил меёбад, сатҳи CE коркардшуда пурра ва зуд ҳал мешавад ва маҳлул метавонад дар pH 3 то 11 устувор бошад. Аммо, қайд кардан муҳим аст, ки танзими рН-и консентратсияи баланд боиси он мегардад, ки часпак барои обкашй ва рехтан хеле баланд шавад. РН бояд пас аз он, ки slurry ба консентратсияи дилхоҳ илова карда шавад, танзим карда шавад.

Хулоса, раванди обшавии СЕ ду равандро дар бар мегирад: дисперсияи физикӣ ва обшавии кимиёвӣ. Калиди он аст, ки зарраҳои СЕ бо ҳамдигар пеш аз об пароканда шаванд, то агломератсия аз сабаби часпакии баланд ҳангоми обшавии ҳарорати паст пешгирӣ карда шавад, ки ба парокандашавии минбаъда таъсир мерасонад.

4. Хусусиятҳои ҳалли СЕ

Намудҳои гуногуни маҳлулҳои обии СЕ дар ҳарорати мушаххаси худ гелатсия мекунанд. Гель комилан баръакс аст ва ҳангоми боз хунук шудан маҳлул ба вуҷуд меорад. Гелизатсияи гармии баръакси СЕ беназир аст. Дар бисёре аз маҳсулоти семент, истифодаи асосии часпакии СЕ ва хосиятҳои нигоҳдории об ва молиданӣ, ва часпак ва ҳарорати гел муносибати мустақим дорад, дар зери ҳарорати gel, ҳарорати пасттар, часпакии СЕ баландтар аст, нишондихандахои дахлдори нигох доштани об хамон кадар бехтар мешавад.

Шарҳи ҳозираи падидаи гел ин аст: дар ҷараёни парокандашавӣ ин монанд аст

Молекулаҳои полимерии ришта бо қабати молекулавии об пайваст мешаванд, ки дар натиҷа варам мекунанд. Молекулаҳои об ба монанди равғани молиданӣ амал мекунанд, ки метавонанд занҷирҳои дарози молекулаҳои полимериро ҷудо кунанд, то маҳлул хосиятҳои моеъи часпакро дошта бошад, ки партофтан осон аст. Ҳангоми баланд шудани ҳарорати маҳлул полимери целлюлоза тадриҷан обро гум мекунад ва часпакии маҳлул паст мешавад. Вақте ки ба нуқтаи гел мерасад, полимер комилан хушк мешавад, ки дар натиҷа робитаи байни полимерҳо ва ташаккули гел ба амал меояд: қувваи гел афзоиш меёбад, зеро ҳарорат аз нуқтаи гел боло мемонад.

Вақте ки маҳлул хунук мешавад, гел ба баръакс шудан оғоз мекунад ва часпак кам мешавад. Ниҳоят, часпакии маҳлули хунуккунӣ ба хатти ибтидоии баландшавии ҳарорат бармегардад ва бо паст шудани ҳарорат меафзояд. Маҳлул метавонад то арзиши часпакии аввалааш хунук карда шавад. Аз ин рӯ, раванди гели гармии СЕ баръакс аст.

Нақши асосии СЕ дар маҳсулоти семент ҳамчун часпак, пластификатор ва агенти нигоҳдории об мебошад, аз ин рӯ чӣ гуна назорат кардани часпак ва ҳарорати гел як омили муҳим дар маҳсулоти семент табдил ёфтааст, одатан нуқтаи ҳарорати ибтидоии гелии худро дар зери як қисми каҷ истифода мебаранд, ҳамин тавр, ҳарорати пасттар, баландтар часпак, таъсири нигоҳ доштани оби viscosifier равшантар. Натиҷаҳои санҷиши хати истеҳсоли тахтаи сементҳои экструзионӣ инчунин нишон медиҳанд, ки ҳарорати моддӣ дар ҳамон мундариҷаи CE пасттар бошад, таъсири часпак ва нигоҳдории об беҳтар аст. Азбаски системаи семент як системаи хосияти физикӣ ва химиявии бениҳоят мураккаб аст, омилҳои зиёде мавҷуданд, ки ба тағирёбии ҳарорат ва часпакии gel CE таъсир мерасонанд. Ва таъсири тамоюл ва дараҷаҳои гуногуни Тайанин яксон нестанд, аз ин рӯ татбиқи амалӣ инчунин муайян кард, ки пас аз омехта кардани системаи семент, нуқтаи воқеии ҳарорати гели СЕ (яъне коҳиши таъсири ширеш ва нигоҳдории об дар ин ҳарорат хеле возеҳ аст. ) аз ҳарорати gel, ки маҳсулот нишон додааст, пасттар аст, бинобар ин, ҳангоми интихоби маҳсулоти CE омилҳоеро, ки боиси паст шудани ҳарорати gel ба назар гирифта мешаванд, ба назар гиред. Инҳоянд омилҳои асосӣ, ки мо боварӣ дорем, ба часпакӣ ва ҳарорати гелии маҳлули CE дар маҳсулоти семент таъсир мерасонанд.

4.1 Таъсири арзиши рН ба часпак

MC ва HPMC ғайриионӣ мебошанд, аз ин рӯ часпакии маҳлул нисбат ба часпакии ширеше ионии табиӣ доираи васеътари устувории DH дорад, аммо агар арзиши рН аз диапазони 3 ~ 11 зиёд бошад, онҳо тадриҷан часпакро дар як вақт кам мекунанд. ҳарорати баландтар ё дар муддати тӯлонӣ нигоҳ доштан, махсусан маҳлули часпакиаш баланд. Часпакии маҳлули маҳсулоти СЕ дар кислотаи қавӣ ё маҳлули пойгоҳи қавӣ коҳиш меёбад, ки ин асосан аз сабаби хушкшавии СЕ, ки аз асос ва кислота ба вуҷуд омадааст, вобаста аст. Аз ин рӯ, часпакии СЕ одатан дар муҳити сілтӣ аз маҳсулоти семент то андозае коҳиш меёбад.

4.2 Таъсири суръати гармкунӣ ва омехта ба ҷараёни гел

Ба ҳарорати нуқтаи гел аз таъсири якҷояи суръати гармӣ ва суръати ҳаракати омехта таъсир мерасонад. Омехтани суръати баланд ва гармкунии босуръат дар маҷмӯъ ҳарорати гелро ба таври назаррас афзоиш медиҳад, ки барои маҳсулоти сементие, ки бо омехтаи механикӣ ҳосил мешавад, мусоид аст.

4.3 Таъсири консентратсияи гели гарм

Баланд бардоштани консентратсияи маҳлул одатан ҳарорати гелро паст мекунад ва нуқтаҳои гели часпакии пасти СЕ аз нуқтаҳои часпакии баланди СЕ баландтаранд. Ба монанди DOW METHOCEL А

Ҳарорати гел барои ҳар 2% афзоиши консентратсияи маҳсулот 10 ° C паст мешавад. 2% зиёд шудани консентратсияи маҳсулоти навъи F ҳарорати гелро то 4℃ коҳиш медиҳад.

4.4 Таъсири иловаҳо ба гелатсияи ҳароратӣ

Дар соҳаи масолеҳи сохтмон, бисёр маводҳо намакҳои ғайриорганикӣ мебошанд, ки ба ҳарорати гели маҳлули СЕ таъсири назаррас мерасонанд. Вобаста аз он, ки илова ҳамчун коагулянт ё агенти ҳалкунанда амал мекунад, баъзе иловаҳо метавонанд ҳарорати гармии гели СЕ-ро зиёд кунанд, дар ҳоле ки дигарон метавонанд ҳарорати гармии гели СЕ-ро паст кунанд: масалан, этанол, PEG-400 (полиэтиленгликол) , анедиол ва гайра метавонад нуктаи гелро зиёд кунад. Намакҳо, глицерин, сорбитол ва дигар моддаҳо нуқтаи гелро коҳиш медиҳанд, СЕ-и ғайриионӣ одатан аз ҳисоби ионҳои металлҳои поливалентӣ боришот нахоҳад шуд, аммо вақте ки консентратсияи электролитҳо ё дигар моддаҳои гудохташуда аз ҳадди муайян зиёданд, маҳсулоти СЕ метавонанд дар маҳлул, ин ба рақобати электролитҳо ба об вобаста аст, ки дар натиҷа коҳиши гидратсияи CE мешавад, Мазмуни намаки маҳлули маҳсулоти CE одатан нисбат ба маҳсулоти Mc каме баландтар аст ва миқдори намак каме фарқ мекунад дар HPMC гуногун.

Бисёре аз компонентҳо дар маҳсулоти семент нуқтаи гелии CE-ро тарк мекунанд, аз ин рӯ интихоби иловаҳо бояд ба назар гирифта шаванд, ки ин метавонад нуқтаи гел ва часпакии CE-ро тағир диҳад.

5. Хулоса

(1) эфири селлюлоза селлюлозаи табиӣ тавассути реаксияи эфиризатсия буда, воҳиди асосии сохтории глюкозаи хушкшуда аз рӯи намуд ва шумораи гурӯҳҳои ивазкунанда дар мавқеи ивазкунандаи худ дорад ва хосиятҳои гуногун дорад. Эфири ғайриионикӣ ба монанди MC ва HPMC метавонад ҳамчун часпак, агенти нигоҳдории об, агенти воридшавии ҳаво ва дигарҳо дар маҳсулоти масолеҳи сохтмонӣ васеъ истифода шавад.

(2) СЕ дорои ҳалшавандагии беназир аст, ки маҳлулро дар ҳарорати муайян (ба монанди ҳарорати gel) ташкил медиҳад ва дар ҳарорати гел гели сахт ё омехтаи зарраҳои сахтро ташкил медиҳад. Усулҳои асосии парокандакунӣ усули парокандаи омехтаи хушк, усули дисперсияи оби гарм ва ғайра мебошанд, дар маҳсулоти сементӣ маъмулан усули дисперсияи омехтаи хушк истифода мешаванд. Калиди он аст, ки CE-ро пеш аз об шуданаш баробар пароканда карда, маҳлулро дар ҳарорати паст ташкил диҳед.

(3) Консентратсияи маҳлул, ҳарорат, арзиши рН, хосиятҳои кимиёвии иловаҳо ва суръати шӯршавӣ ба ҳарорати gel ва часпакии маҳлули СЕ таъсир мерасонад, махсусан маҳсулоти сементӣ маҳлулҳои намаки ғайриорганикӣ дар муҳити сілтӣ мебошанд, одатан ҳарорати gel ва часпакии маҳлули CE-ро коҳиш медиҳанд. , таъсири манфӣ меорад. Аз ин рӯ, мувофиқи хусусиятҳои СЕ, аввалан, он бояд дар ҳарорати паст (поёнтар аз ҳарорати гел) истифода шавад ва дуюм, таъсири иловагиҳо бояд ба назар гирифта шавад.