Çimento bazlı ürünlerde selüloz eter

Selüloz eter, çimento ürünlerinde kullanılabilen çok amaçlı bir katkı maddesidir. Bu yazıda çimento ürünlerinde yaygın olarak kullanılan metil selüloz (MC) ve hidroksipropil metil selülozun (HPMC/) kimyasal özellikleri, net çözeltinin yöntemi ve prensibi ile çözeltinin temel özellikleri tanıtılmaktadır. Çimento ürünlerinde termal jel sıcaklığının ve viskozitesinin azalması, pratik üretim tecrübelerine dayanarak tartışıldı.

Anahtar kelimeler:selüloz eter; Metil selüloz;Hidroksipropil metil selüloz; Sıcak jel sıcaklığı; viskozite

1. Genel Bakış

Selüloz eter (kısaca CE), bir veya daha fazla eterleştirici maddenin eterifikasyon reaksiyonu ve kuru öğütme yoluyla selülozdan yapılır. CE, benzersiz termal jel özellikleri ve çözünürlüğü, tuz direnci, ısı direnci ve uygun yüzey aktivitesine sahip olması nedeniyle iyonik olmayan tip CE olmak üzere iyonik ve iyonik olmayan tiplere ayrılabilir. Su tutucu madde, süspansiyon maddesi, emülgatör, film oluşturucu madde, yağlayıcı, yapıştırıcı ve reolojik iyileştirici olarak kullanılabilir. Başlıca dış tüketim alanları lateks kaplamalar, inşaat malzemeleri, petrol sondajları vb.'dir. Yabancı ülkelerle karşılaştırıldığında suda çözünebilen CE'nin üretimi ve uygulaması henüz başlangıç ​​aşamasındadır. İnsanların sağlığı ve çevre bilincinin gelişmesiyle. Fizyolojiye zararsız ve çevreyi kirletmeyen, suda çözünebilen CE büyük bir gelişme gösterecek.

Yapı malzemeleri alanında genellikle seçilen CE, metil selüloz (MC) ve hidroksipropil metil selülozdur (HPMC), boya, sıva, harç ve çimento ürünleri plastikleştirici, viskozlaştırıcı, su tutma maddesi, hava sürükleyici madde ve geciktirici madde olarak kullanılabilir. Yapı malzemeleri endüstrisinin çoğu normal sıcaklıkta kullanılır, kullanım koşulları kuru karışım tozu ve sudur, CE'nin çözünme özelliklerini ve sıcak jel özelliklerini daha az içerir, ancak çimento ürünlerinin mekanize üretiminde ve diğer özel sıcaklık koşullarında bu özellikler CE daha kapsamlı bir rol oynayacak.

2. CE'nin kimyasal özellikleri

CE, selülozun bir dizi kimyasal ve fiziksel yöntemle işlenmesiyle elde edilir. Farklı kimyasal ikame yapısına göre genellikle ayrılabilir: MC, HPMC, hidroksietil selüloz (HEC), vb. : Her CE, selüloz - susuz glikozun temel yapısına sahiptir. CE üretim sürecinde selüloz lifleri ilk önce alkalin bir çözelti içinde ısıtılır ve daha sonra eterleştirici maddelerle işlenir. Lifli reaksiyon ürünleri, belirli bir incelikte tekdüze bir toz oluşturmak üzere saflaştırılır ve toz haline getirilir.

MC'nin üretim sürecinde eterleştirici madde olarak yalnızca metan klorür kullanılır. HPMC üretiminde metan klorür kullanımına ek olarak hidroksipropil ikame grupları elde etmek için propilen oksit de kullanılır. Çeşitli CE'ler, CE çözeltisinin organik uyumluluğunu ve termal jel sıcaklığını etkileyen farklı metil ve hidroksipropil ikame oranlarına sahiptir.

Selülozun susuz glikoz yapısal birimleri üzerindeki İkame gruplarının sayısı, kütle yüzdesi veya ikame gruplarının ortalama sayısı (yani DS - İkame Derecesi) ile ifade edilebilir. İkame gruplarının sayısı CE ürünlerinin özelliklerini belirler. Ortalama ikame derecesinin eterleşme ürünlerinin çözünürlüğü üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir:

(1) kül suyu içinde çözünebilen düşük ikame derecesi;

(2) suda çözünebilen biraz yüksek derecede ikame;

(3) polar organik çözücülerde çözünmüş yüksek derecede ikame;

(4) Polar olmayan organik çözücülerde çözünmüş daha yüksek derecede ikame.

3. CE'nin çözünme yöntemi

CE'nin kendine has bir çözünürlük özelliği vardır, sıcaklık belirli bir sıcaklığa yükseldiğinde suda çözünmez, ancak bu sıcaklığın altında sıcaklığın azalmasıyla çözünürlüğü artacaktır. CE, şişme ve hidrasyon işlemi yoluyla soğuk suda (ve bazı durumlarda belirli organik çözücülerde) çözünür. CE çözeltileri, iyonik tuzların çözünmesinde görülen belirgin çözünürlük sınırlamalarına sahip değildir. CE konsantrasyonu genellikle üretim ekipmanı tarafından kontrol edilebilen viskozite ile sınırlıdır ve ayrıca kullanıcının ihtiyaç duyduğu viskozite ve kimyasal çeşitliliğine göre de değişir. Düşük viskoziteli CE'nin çözelti konsantrasyonu genellikle %10 ~ %15'tir ve yüksek viskoziteli CE genellikle %2 ~ %3 ile sınırlıdır. Farklı CE türleri (toz veya yüzeyi işlenmiş toz veya granüler gibi) çözeltinin nasıl hazırlanacağını etkileyebilir.

3.1 CE yüzey işlemi olmadan

CE soğuk suda çözünür olmasına rağmen topaklanmayı önlemek için suda tamamen dağılması gerekir. Bazı durumlarda, CE tozunu dağıtmak için soğuk suda yüksek hızlı bir karıştırıcı veya huni kullanılabilir. Ancak işlenmemiş toz yeterince karıştırılmadan doğrudan soğuk suya eklenirse önemli miktarda topaklanma meydana gelecektir. Topaklanmanın ana nedeni CE toz parçacıklarının tamamen ıslak olmamasıdır. Tozun yalnızca bir kısmı çözündüğünde, kalan tozun çözünmeye devam etmesini önleyen bir jel film oluşacaktır. Bu nedenle çözünmeden önce CE parçacıklarının mümkün olduğu kadar tamamen dağılması gerekir. Aşağıdaki iki dispersiyon yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır.

3.1.1 Kuru karışım dispersiyon yöntemi

Bu yöntem en çok çimento ürünlerinde kullanılır. Su eklemeden önce, CE tozu parçacıklarının dağılması için diğer tozu CE tozuyla eşit şekilde karıştırın. Minimum karışım oranı: Diğer toz: CE tozu =(3 ~ 7) : 1.

Bu yöntemde CE dispersiyonu, su eklenirken CE parçacıklarının karşılıklı bağlanmasını ve daha fazla çözünmeyi etkilemesini önlemek amacıyla, CE parçacıklarını birbirleriyle dağıtmak için ortam olarak başka toz kullanılarak kuru halde tamamlanır. Bu nedenle dispersiyon için sıcak suya ihtiyaç yoktur ancak çözünme hızı toz parçacıklarına ve karıştırma koşullarına bağlıdır.

3.1.2 Sıcak su dağıtım yöntemi

(1) Gerekli suyun ilk 1/5~1/3'ü 90°C'nin üzerine ısıtılır, CE eklenir ve daha sonra tüm parçacıklar ıslak bir şekilde dağılıncaya kadar karıştırılır ve daha sonra soğuk veya buzlu suda kalan su ilave edilerek sıcaklığı düşürülür. çözelti CE çözünme sıcaklığına ulaştığında toz hidratlanmaya başladı ve viskozite arttı.

(2) Ayrıca tüm suyu ısıtabilir ve ardından CE ekleyerek hidrasyon tamamlanana kadar soğurken karıştırabilirsiniz. CE'nin tam hidrasyonu ve viskozite oluşumu için yeterli soğutma çok önemlidir. İdeal viskozite için MC çözeltisinin 0~5°C'ye soğutulması gerekirken HPMC'nin yalnızca 20~ 25°C veya altına soğutulması gerekir. Tam hidrasyon yeterli soğutma gerektirdiğinden, soğuk suyun kullanılamadığı yerlerde HPMC çözümleri yaygın olarak kullanılır: bilgilere göre HPMC, aynı viskoziteyi elde etmek için daha düşük sıcaklıklarda MC'ye göre daha az sıcaklık düşüşüne sahiptir. Sıcak su dispersiyon yönteminin yalnızca CE parçacıklarının daha yüksek sıcaklıkta eşit şekilde dağılmasını sağladığını ancak bu sırada herhangi bir çözelti oluşmadığını belirtmekte fayda var. Belirli bir viskoziteye sahip bir çözelti elde etmek için tekrar soğutulması gerekir.

3.2 Yüzeyi işlenmiş dağılabilir CE tozu

Çoğu durumda CE'nin soğuk suda hem dağılabilir hem de hızlı hidrasyon (viskozite oluşturma) özelliklerine sahip olması gerekir. Yüzey işlem görmüş CE, özel kimyasal işlemden sonra soğuk suda geçici olarak çözünmez; bu, CE'nin suya eklendiğinde hemen belirgin bir viskozite oluşturmamasını ve nispeten küçük kesme kuvveti koşulları altında dağılabilmesini sağlar. Hidrasyon veya viskozite oluşumunun "gecikme süresi", yüzey işleminin derecesi, sıcaklık, sistemin pH'ı ve CE çözeltisi konsantrasyonunun kombinasyonunun sonucudur. Hidrasyon gecikmesi genellikle daha yüksek konsantrasyonlarda, sıcaklıklarda ve pH seviyelerinde azalır. Ancak genel olarak CE konsantrasyonu %5'e (suyun kütle oranı) ulaşana kadar dikkate alınmaz.

En iyi sonuçlar ve tam hidrasyon için, yüzeyi işlenmiş CE, nötr koşullar altında, pH aralığı 8,5 ila 9,0 arasında, maksimum viskoziteye ulaşılıncaya kadar (genellikle 10-30 dakika) birkaç dakika karıştırılmalıdır. pH bazik hale geldiğinde (pH 8,5 ila 9,0), yüzey işlemine tabi tutulan CE tamamen ve hızlı bir şekilde çözünür ve çözelti, pH 3 ila 11 arasında stabil olabilir. Bununla birlikte, yüksek konsantrasyonlu bir bulamacın pH'ının ayarlanmasının dikkat edilmesi önemlidir. viskozitenin pompalama ve dökme için çok yüksek olmasına neden olacaktır. Bulamaç istenen konsantrasyona kadar seyreltildikten sonra pH ayarlanmalıdır.

Özetlemek gerekirse, CE'nin çözünme süreci iki süreci içerir: fiziksel dağılım ve kimyasal çözünme. Önemli olan, düşük sıcaklıkta çözünme sırasında yüksek viskozite nedeniyle oluşan topaklaşmayı önlemek amacıyla CE parçacıklarını çözünmeden önce birbirleriyle dağıtmaktır, bu da daha fazla çözünmeyi etkileyecektir.

4. CE çözümünün özellikleri

Farklı CE sulu çözeltileri, kendi spesifik sıcaklıklarında jelleşecektir. Jel tamamen geri dönüşümlüdür ve tekrar soğutulduğunda bir çözelti oluşturur. CE'nin geri dönüşümlü termal jelleşmesi benzersizdir. Birçok çimento ürününde, CE'nin viskozitesi ve karşılık gelen su tutma ve yağlama özelliklerinin ana kullanımı ile viskozite ve jel sıcaklığı, jel sıcaklığı altında doğrudan bir ilişkiye sahiptir, sıcaklık ne kadar düşükse, CE'nin viskozitesi o kadar yüksek olur, karşılık gelen su tutma performansı o kadar iyi olur.

Jel olgusunun şu anki açıklaması şudur: çözünme sürecinde bu durum benzerdir.

İpliğin polimer molekülleri su moleküler katmanına bağlanarak şişmeye neden olur. Su molekülleri, uzun polimer molekül zincirlerini parçalayabilen yağlama yağı gibi davranır, böylece çözelti, boşaltılması kolay viskoz bir sıvının özelliklerine sahip olur. Çözeltinin sıcaklığı arttığında selüloz polimeri giderek su kaybeder ve çözeltinin viskozitesi azalır. Jel noktasına ulaşıldığında, polimer tamamen dehidre olur, bu da polimerler arasındaki bağlantıya ve jel oluşumuna neden olur: sıcaklık jel noktasının üzerinde kaldıkça jelin gücü artmaya devam eder.

Çözelti soğudukça jel tersine dönmeye başlar ve viskozite azalır. Son olarak soğutma çözeltisinin viskozitesi başlangıçtaki sıcaklık artış eğrisine döner ve sıcaklığın azalmasıyla birlikte artar. Çözelti başlangıç ​​viskozite değerine kadar soğutulabilir. Bu nedenle CE'nin termal jel işlemi tersine çevrilebilir.

Çimento ürünlerinde CE'nin ana rolü bir viskozlaştırıcı, plastikleştirici ve su tutma maddesidir, bu nedenle viskozitenin ve jel sıcaklığının nasıl kontrol edileceği çimento ürünlerinde genellikle başlangıç ​​jel sıcaklık noktasını eğrinin bir bölümünün altında kullanan önemli bir faktör haline gelmiştir. yani sıcaklık ne kadar düşük olursa, viskozite o kadar yüksek olur ve viskozlaştırıcının su tutma etkisi o kadar belirgin olur. Ekstrüzyon çimento levha üretim hattının test sonuçları aynı zamanda malzeme sıcaklığının aynı CE içeriği altında ne kadar düşük olduğunu, viskozite ve su tutma etkisinin o kadar iyi olduğunu göstermektedir. Çimento sistemi son derece karmaşık bir fiziksel ve kimyasal özellik sistemi olduğundan CE jel sıcaklığının ve viskozitesinin değişimini etkileyen birçok faktör vardır. Ve çeşitli Taianin eğiliminin ve derecesinin etkisi aynı değildir, bu nedenle pratik uygulama aynı zamanda çimento sistemini karıştırdıktan sonra, CE'nin gerçek jel sıcaklık noktasının (yani, tutkal ve su tutma etkisi düşüşünün bu sıcaklıkta çok açık olduğunu) buldu. ) ürünün belirttiği jel sıcaklığından daha düşüktür, bu nedenle CE ürünlerinin seçiminde jel sıcaklığının düşmesine neden olan faktörler dikkate alınmalıdır. Çimento ürünlerinde CE çözeltisinin viskozitesini ve jel sıcaklığını etkilediğine inandığımız ana faktörler aşağıdadır.

4.1 pH değerinin viskoziteye etkisi

MC ve HPMC iyonik değildir, dolayısıyla çözeltinin viskozitesi, doğal iyonik tutkalın viskozitesinden daha geniş bir DH stabilitesi aralığına sahiptir, ancak pH değeri 3 ~ 11 aralığını aşarsa, viskoziteyi kademeli olarak azaltacaktır. daha yüksek sıcaklıkta veya uzun süre depoda, özellikle yüksek viskoziteli çözeltide. CE ürün çözeltisinin viskozitesi, kuvvetli asit veya güçlü baz çözeltisinde azalır; bunun nedeni esas olarak CE'nin baz ve asitten kaynaklanan dehidrasyonudur. Bu nedenle çimento ürünlerinin alkali ortamında CE'nin viskozitesi genellikle belirli bir dereceye kadar azalır.

4.2 Isıtma hızının ve karıştırmanın jel işlemine etkisi

Jel noktasının sıcaklığı, ısıtma hızı ve karıştırma kayma hızının birleşik etkisinden etkilenecektir. Yüksek hızda karıştırma ve hızlı ısıtma genellikle jel sıcaklığını önemli ölçüde artıracaktır; bu da mekanik karıştırmayla oluşturulan çimento ürünleri için uygundur.

4.3 Konsantrasyonun sıcak jel üzerindeki etkisi

Çözeltinin konsantrasyonunun arttırılması genellikle jel sıcaklığını düşürür ve düşük viskoziteli CE'nin jel noktaları, yüksek viskoziteli CE'nin jel noktalarından daha yüksektir. DOW'un METHOCEL A'sı gibi

Ürün konsantrasyonundaki her %2'lik artış için jel sıcaklığı 10°C azaltılacaktır. F tipi ürünlerin konsantrasyonundaki %2'lik bir artış, jel sıcaklığını 4°C düşürecektir.

4.4 Katkı maddelerinin termal jelleşme üzerindeki etkisi

Yapı malzemeleri alanında, birçok malzeme inorganik tuzlardır ve bunların CE çözeltisinin jel sıcaklığı üzerinde önemli bir etkisi olacaktır. Katkı maddesinin pıhtılaştırıcı veya çözündürücü ajan olarak görev yapmasına bağlı olarak, bazı katkı maddeleri CE'nin termal jel sıcaklığını artırabilirken diğerleri CE'nin termal jel sıcaklığını azaltabilir: örneğin, solvent arttırıcı etanol, PEG-400(polietilen glikol) , anediol vb. jel noktasını artırabilir. Tuzlar, gliserin, sorbitol ve diğer maddeler jel noktasını azaltır, iyonik olmayan CE genellikle çok değerlikli metal iyonları nedeniyle çökelmez, ancak elektrolit konsantrasyonu veya diğer çözünmüş maddeler belirli bir sınırı aştığında CE ürünleri tuzlanabilir. Bu, elektrolitlerin su ile rekabetinden kaynaklanır ve CE'nin hidrasyonunun azalmasına neden olur. CE ürününün çözeltisinin tuz içeriği genellikle Mc ürününden biraz daha yüksektir ve tuz içeriği biraz farklıdır. farklı HPMC'de.

Çimento ürünlerindeki birçok bileşen CE'nin jel noktasının düşmesine neden olacağından katkı maddelerinin seçiminde bunun CE'nin jel noktası ve viskozitesinin değişmesine neden olabileceği dikkate alınmalıdır.

5.Sonuç

(1) selüloz eter, eterifikasyon reaksiyonu yoluyla doğal selülozdur, ikame pozisyonundaki ikame gruplarının türüne ve sayısına göre temel yapısal birim olan dehidre glikoza sahiptir ve farklı özelliklere sahiptir. MC ve HPMC gibi iyonik olmayan eterler, viskozlaştırıcı, su tutma maddesi, hava sürükleme maddesi ve yapı malzemeleri ürünlerinde yaygın olarak kullanılan diğer maddeler olarak kullanılabilir.

(2) CE, belirli bir sıcaklıkta (jel sıcaklığı gibi) çözelti oluşturan ve jel sıcaklığında katı jel veya katı parçacık karışımı oluşturan benzersiz bir çözünürlüğe sahiptir. Ana çözünme yöntemleri kuru karıştırma dispersiyon yöntemi, sıcak su dispersiyon yöntemi vb. olup, çimento ürünlerinde yaygın olarak kullanılan kuru karıştırma dispersiyon yöntemidir. Önemli olan CE'yi çözünmeden önce eşit şekilde dağıtmak ve düşük sıcaklıklarda bir çözelti oluşturmaktır.

(3) Çözelti konsantrasyonu, sıcaklık, pH değeri, katkı maddelerinin kimyasal özellikleri ve karıştırma hızı, CE çözeltisinin jel sıcaklığını ve viskozitesini etkileyecektir, özellikle çimento ürünleri alkali ortamda inorganik tuz çözeltileridir, genellikle CE çözeltisinin jel sıcaklığını ve viskozitesini azaltır. olumsuz etkiler getiriyor. Bu nedenle CE'nin özelliklerine göre öncelikle düşük sıcaklıkta (jel sıcaklığının altında) kullanılmalı, ikinci olarak katkı maddelerinin etkisi dikkate alınmalıdır.