Zelulosa eterra zementuzko produktuetan

Zelulosa eterra zementu produktuetan erabil daitekeen gehigarri polifazetiko mota bat da. Artikulu honek zementu produktuetan erabili ohi diren metilzelulosa (MC) eta hidroxipropil metilzelulosa (HPMC /) propietate kimikoak aurkezten ditu, baita disoluzio garbiaren metodoa eta printzipioa eta disoluzioaren ezaugarri nagusiak ere. Zementu produktuetan gel termikoaren tenperaturaren eta biskositatearen jaitsiera aztertu zen ekoizpen esperientzia praktikoan oinarrituta.

Gako-hitzak:zelulosa eterra; metil zelulosa;Hidroxipropil metil zelulosaGel beroaren tenperatura; biskositatea

1. Orokorra

Zelulosa eterra (laburbilduz CE) zelulosaz egiten da eterifikatzaile baten edo gehiagoren eterifikazio erreakzioaren eta ehotze lehorraren bidez. CE mota ionikoetan eta ez-ionikoetan bana daiteke, horien artean CE mota ez-ionikoa, bere gel termiko ezaugarri eta disolbagarritasun bereziagatik, gatzarekiko erresistentziagatik, beroarekiko erresistentziagatik eta gainazaleko jarduera egokia duelako. Ura atxikitzeko agente, esekidura agente, emultsionatzaile, filma eratzeko agente, lubrifikatzaile, itsasgarri eta hobetzaile erreologiko gisa erabil daiteke. Atzerriko kontsumo eremu nagusiak latex estaldurak, eraikuntza materialak, petrolio erauzketa eta abar dira. Atzerriko herrialdeekin alderatuta, uretan disolbagarria den CEaren ekoizpena eta aplikazioa oraindik hastapenetan dago. Jendearen osasuna eta ingurumen kontzientzia hobetzearekin batera, uretan disolbagarria den CEak, fisiologiarako kaltegabea denak eta ingurumena kutsatzen ez duenak, garapen handia izango du.

Eraikuntza-materialen arloan, CE gehienetan metilzelulosa (MC) eta hidroxipropil metilzelulosa (HPMC) aukeratzen dira, pintura, igeltsu, mortero eta zementu-produktuen plastifikatzaile, biskosifikatzaile, ura atxikitzeko agente, aire-eramaile eta atzeratzaile gisa erabil daitezkeenak. Eraikuntza-materialen industrian gehienbat tenperatura normaletan erabiltzen da, hauts lehorra eta ura erabiliz, CEren disoluzio-ezaugarriak eta gel beroaren ezaugarriak gutxiago inplikatuz, baina zementu-produktuen ekoizpen mekanizatuan eta beste tenperatura-baldintza berezi batzuetan, CEren ezaugarri hauek zeregin handiagoa izango dute.

2. CEren propietate kimikoak

CE zelulosa hainbat metodo kimiko eta fisikoren bidez tratatuz lortzen da. Ordezkapen kimikoaren egitura desberdinaren arabera, normalean honela bana daiteke: MC, HPMC, hidroxietilzelulosa (HEC), etab. : CE bakoitzak zelulosa egitura nagusia du — glukosa deshidratatua. CE ekoizteko prozesuan, zelulosa zuntzak lehenik disoluzio alkalino batean berotzen dira eta ondoren eterifikatzaileekin tratatzen dira. Erreakzio fibrosoko produktuak purifikatu eta birrindu egiten dira fintasun jakin bateko hauts uniforme bat osatzeko.

MCren ekoizpen-prozesuak metano kloruroa soilik erabiltzen du eterifikatzaile gisa. Metano kloruroa erabiltzeaz gain, HPMCren ekoizpenak propileno oxidoa ere erabiltzen du hidroxipropilo ordezkatzaile taldeak lortzeko. CE desberdinek metil eta hidroxipropilo ordezkapen-tasa desberdinak dituzte, eta horrek CE disoluzioaren bateragarritasun organikoan eta gel termikoaren tenperaturan eragina du.

Zelulosa glukosa deshidratatuaren egitura-unitateetan dauden ordezkapen taldeen kopurua masa ehunekoaren edo ordezkapen taldeen batez besteko kopuruaren bidez adieraz daiteke (hau da, DS — Ordezkapen Gradua). Ordezkapen taldeen kopuruak CE produktuen propietateak zehazten ditu. Ordezkapen mailaren batez besteko eragina eterifikazio produktuen disolbagarritasunean honako hau da:

(1) ordezkapen-maila baxua lixiban disolbagarria;

(2) uretan disolbagarria den ordezkapen-maila apur bat altua;

(3) ordezkapen-maila handia disolbatzaile organiko polarretan disolbatuta;

(4) Ordezkapen-maila handiagoa disolbatzaile organiko ez-polarretan disolbatuta.

3. CEren disoluzio metodoa

CEak disolbagarritasun-propietate berezia du; tenperatura jakin batera igotzen denean, uretan disolbaezina da, baina tenperatura horren azpitik, bere disolbagarritasuna handituko da tenperatura jaisten den heinean. CE ur hotzetan disolbagarria da (eta kasu batzuetan disolbatzaile organiko espezifikoetan) puzte eta hidratazio prozesuaren bidez. CE soluzioek ez dituzte gatz ionikoen disoluzioan agertzen diren disolbagarritasun-muga nabarmenak. CEaren kontzentrazioa, oro har, ekoizpen-ekipoek kontrola dezaketen biskositatera mugatzen da, eta erabiltzaileak behar duen biskositatearen eta produktu kimikoen barietatearen arabera ere aldatzen da. Biskositate baxuko CEaren disoluzioaren kontzentrazioa, oro har, % 10 ~ % 15 artekoa da, eta biskositate handiko CEa, oro har, % 2 ~ % 3ra mugatzen da. CE mota desberdinek (hautsa edo gainazala tratatutako hautsa edo pikortsua, adibidez) disoluzioaren prestaketan eragina izan dezakete.

3.1 CE gainazaleko tratamendurik gabe

CE ur hotzetan disolbagarria den arren, uretan guztiz barreiatu behar da pikorrik ez egiteko. Kasu batzuetan, abiadura handiko nahasgailu edo inbutu bat erabil daiteke ur hotzetan CE hautsa barreiatzeko. Hala ere, tratatu gabeko hautsa zuzenean ur hotzetara gehitzen bada behar bezala nahastu gabe, pikor handiak sortuko dira. Aglomerazioaren arrazoi nagusia CE hauts partikulak ez daudela guztiz bustita da. Hautsaren zati bat bakarrik disolbatzen denean, gel film bat sortuko da, eta horrek gainerako hautsa disolbatzen jarraitzea eragozten du. Beraz, disolbatu aurretik, CE partikulak ahalik eta gehien guztiz barreiatu behar dira. Bi dispertsio metodo hauek erabili ohi dira.

3.1.1 Nahaste lehorraren sakabanaketa metodoa

Metodo hau zementuzko produktuetan erabiltzen da gehienbat. Ura gehitu aurretik, nahastu beste hautsa CE hautsarekin modu uniformean, CE hauts partikulak sakabanatuta gera daitezen. Nahasketa-erlazio minimoa: Beste hautsa: CE hautsa =(3 ~ 7) : 1.

Metodo honetan, CE sakabanaketa egoera lehorrean egiten da, beste hauts bat erabiliz CE partikulak elkarren artean sakabanatzeko, ura gehitzean CE partikulen elkarrekiko lotura saihesteko eta disoluzio gehiago eragiteko. Beraz, ez da ur beroa behar sakabanaketa egiteko, baina disoluzio-tasa hauts-partikulen eta nahaste-baldintzen araberakoa da.

3.1.2 Ur beroaren sakabanaketa metodoa

(1) Beharrezko uraren lehen 1/5~1/3 90 °C-ra berotu, CE gehitu eta partikula guztiak busti arte irabiatu, eta ondoren gainerako ura ur hotz edo izotzetan gehitu disoluzioaren tenperatura jaisteko. CE disoluzio-tenperaturara iritsitakoan, hautsa hidratatzen hasten da eta biskositatea handitzen da.

(2) Ur guztia berotu dezakezu, eta gero CE gehitu, hozten den bitartean irabiatu, hidratazioa osatu arte. Oso garrantzitsua da nahikoa hoztea CEren hidratazio osoa eta biskositatea eratzeko. Biskositate ideal bat lortzeko, MC disoluzioa 0~5℃-ra hoztu behar da, eta HPMC, berriz, 20~25℃-ra edo gutxiagora hoztu behar da. Hidratazio osoak nahikoa hozte behar duenez, HPMC disoluzioak erabili ohi dira ur hotza erabili ezin den lekuetan: informazioaren arabera, HPMC-k tenperatura gutxiago jaisten du MC-k baino tenperatura baxuagoetan biskositate bera lortzeko. Kontuan izan behar da ur beroaren sakabanaketa-metodoak CE partikulak uniformeki sakabanatzen dituela tenperatura altuagoetan, baina ez dela disoluziorik sortzen une horretan. Biskositate jakin bat duen disoluzio bat lortzeko, berriro hoztu behar da.

3.2 Gainazala tratatutako CE hauts dispertsagarria

Kasu askotan, CEak ur hotzetan disolbagarritasun eta hidratazio azkarra (biskositatea eratzea) izan behar ditu. Gainazala tratatutako CEa aldi baterako disolbaezina da ur hotzetan tratamendu kimiko berezi baten ondoren, eta horrek bermatzen du CEa urari gehitzen zaionean ez duela berehala biskositate agerikoa sortuko eta indar-baldintza nahiko txikietan disolba daitekeela. Hidratazioaren edo biskositatearen eraketaren "atzerapen-denbora" gainazaleko tratamendu-mailaren, tenperaturaren, sistemaren pHaren eta CE disoluzioaren kontzentrazioaren konbinazioaren emaitza da. Hidratazioaren atzerapena, oro har, murrizten da kontzentrazio, tenperatura eta pH maila altuagoetan. Oro har, ordea, CEaren kontzentrazioa ez da kontuan hartzen % 5era iritsi arte (uraren masa-erlazioa).

Emaitza onenak eta hidratazio osoa lortzeko, gainazal tratatutako CEa minutu batzuetan nahastu behar da baldintza neutroetan, pH 8,5etik 9,0ra bitartekoa izanik, biskositate maximoa lortu arte (normalean 10-30 minutu). pHa basikora aldatzen denean (pH 8,5etik 9,0ra), gainazal tratatutako CEa guztiz eta azkar disolbatzen da, eta disoluzioa 3tik 11ra bitarteko pH-an egonkorra izan daiteke. Hala ere, garrantzitsua da kontuan izatea kontzentrazio handiko nahaste baten pHa doitzeak biskositatea altuegia izatea eragingo duela ponpatzeko eta isurtzeko. pHa egokitu behar da nahaste nahi den kontzentraziora diluitu ondoren.

Laburbilduz, CEren disoluzio-prozesuak bi prozesu ditu: sakabanaketa fisikoa eta disoluzio kimikoa. Gakoa CE partikulak elkarren artean sakabanatzea da disoluzioaren aurretik, tenperatura baxuan disolbatzean biskositate handiak eragindako aglomerazioa saihesteko, eta horrek disoluzio gehiagoan eragina izango baitu.

4. CE disoluzioaren propietateak

CE ur-disoluzio mota desberdinak beren tenperatura espezifikoetan gelatuko dira. Gela guztiz itzulgarria da eta berriro hozten denean disoluzio bat osatzen du. CEren gelifikazio termiko itzulgarria bakarra da. Zementu-produktu askotan, CEren biskositatearen erabilera nagusia eta dagokion ur atxikipen eta lubrifikazio propietateak, eta biskositatea eta gelaren tenperaturaren arteko erlazio zuzena daude; gelaren tenperaturaren arabera, zenbat eta tenperatura baxuagoa izan, zenbat eta CEren biskositate handiagoa izan, orduan eta hobea da dagokion ur atxikipen-errendimendua.

Gel fenomenoaren egungo azalpena hau da: disoluzio prozesuan, antzekoa da

Hari-molekulen polimero molekulak ur molekula-geruzarekin lotzen dira, eta horrek hantura eragiten du. Ur molekulek lubrifikatzaile-olioaren antzera jokatzen dute, eta polimero molekula-kate luzeak askatu ditzakete, eta horrela, disoluzioak erraz isurtzen den fluido likatsu baten propietateak ditu. Disoluzioaren tenperatura igotzen denean, zelulosa-polimeroak pixkanaka ura galtzen du eta disoluzioaren biskositatea gutxitzen da. Gel-puntura iristen denean, polimeroa guztiz deshidratatzen da, eta horren ondorioz polimeroen arteko lotura eta gelaren eraketa sortzen dira: gelaren indarra handitzen jarraitzen du tenperatura gel-puntuaren gainetik mantentzen den heinean.

Disoluzioa hozten doan heinean, gela alderantzikatzen hasten da eta biskositatea gutxitzen da. Azkenik, hozte-disoluzioaren biskositatea hasierako tenperatura-igoera kurbara itzultzen da eta tenperatura jaistearekin batera handitzen da. Disoluzioa hasierako biskositate-balioraino hoztu daiteke. Beraz, CEren gel termikoaren prozesua itzulgarria da.

Zementu-produktuetan CEren eginkizun nagusia biskosifikatzaile, plastifikatzaile eta ura atxikitzeko agente gisa da, beraz, biskositatea eta gelaren tenperatura kontrolatzeko modua faktore garrantzitsua bihurtu da zementu-produktuetan, normalean hasierako gelaren tenperatura-puntua kurbaren sekzio baten azpitik erabiltzen baita, beraz, zenbat eta tenperatura baxuagoa izan, orduan eta biskositate handiagoa, orduan eta nabarmenagoa da biskosifikatzailearen ur-atxikipenaren efektua. Estrusio-zementu-oholaren ekoizpen-lerroaren proben emaitzek ere erakusten dute CE edukiera beraren pean materialaren tenperatura zenbat eta baxuagoa izan, orduan eta hobea dela biskosifikazio- eta ur-atxikipen efektua. Zementu-sistema oso konplexua denez propietate fisiko eta kimikoen sistema, faktore askok eragiten dute CE gelaren tenperaturaren eta biskositatearen aldaketan. Eta Taianin-en joera eta maila desberdinen eragina ez da berdina, beraz, aplikazio praktikoak ere aurkitu du zementu-sistema nahastu ondoren, CEren gelaren tenperatura-puntua (hau da, kola eta ur-atxikipen efektuaren beherakada oso nabarmena da tenperatura horretan) produktuak adierazitako gelaren tenperatura baino txikiagoa dela, beraz, CE produktuak hautatzerakoan kontuan hartu behar dira gelaren tenperaturaren beherakada eragiten duten faktoreak. Honako hauek dira zementu produktuetan CE disoluzioaren biskositatean eta gel-tenperaturan eragina duten faktore nagusiak.

4.1 pH balioaren eragina biskositatean

MC eta HPMC ez-ionikoak dira, beraz, disoluzioaren biskositatea kola ioniko naturalaren biskositatea baino handiagoa da DH egonkortasun-tarte zabalagoan, baina pH balioa 3 ~ 11 tartetik goragokoa bada, pixkanaka biskositatea murriztuko da tenperatura altuagoetan edo denbora luzez biltegiratzen direnean, batez ere biskositate handiko disoluzioan. CE produktuaren disoluzioaren biskositatea gutxitzen da azido sendo edo base sendoko disoluzioan, batez ere baseak eta azidoak eragindako CEren deshidratazioaren ondorioz. Beraz, CEren biskositatea neurri batean gutxitzen da zementu-produktuen ingurune alkalinoan.

4.2 Berotze-abiaduraren eta nahastearen eragina gel-prozesuan

Gel-puntuaren tenperatura berotze-abiaduraren eta nahasketa-zizailaduraren efektu konbinatuaren eraginpean egongo da. Nahasketa-abiadura handiak eta berotze azkarrak, oro har, gel-tenperatura nabarmen igoko dute, eta hori onuragarria da nahasketa mekanikoaren bidez eratutako zementu-produktuentzat.

4.3 Kontzentrazioaren eragina gel beroan

Disoluzioaren kontzentrazioa handitzeak gelaren tenperatura jaisten du normalean, eta biskositate baxuko CE-ren gel-puntuak biskositate handiko CE-renak baino altuagoak dira. Adibidez, DOW-en METHOCEL A

Produktuaren kontzentrazioan % 2ko igoera bakoitzeko, gelaren tenperatura 10 ℃ jaitsiko da. F motako produktuen kontzentrazioan % 2ko igoerak gelaren tenperatura 4 ℃ jaitsiko du.

4.4 Gehigarrien eragina gelifikazio termikoan

Eraikuntza-materialen arloan, material asko gatz ez-organikoak dira, eta horrek eragin handia izango du CE disoluzioaren gel-tenperaturan. Gehigarria koagulatzaile edo disolbatzaile gisa jokatzen duen arabera, gehigarri batzuek CEren gel termikoaren tenperatura handitu dezakete, eta beste batzuek, berriz, CEren gel termikoaren tenperatura jaitsi: adibidez, disolbatzailea hobetzen duen etanolak, PEG-400ak (polietilen glikola), anediolak, etab. gel-puntua handitu dezakete. Gatzek, glizerinak, sorbitolak eta beste substantzia batzuek gel-puntua murriztuko dute, CE ez-ionikoak, oro har, ez dira prezipitatuko metal ioi polibalenteengatik, baina elektrolitoen edo beste substantzia disolbatu batzuen kontzentrazioa muga jakin bat gainditzen duenean, CE produktuak disoluzioan gatzatu daitezke, hau elektrolitoen eta uraren arteko lehiagatik gertatzen da, eta horrek CEren hidratazioa murrizten du. CE produktuaren disoluzioaren gatz-edukia, oro har, Mc produktuarena baino zertxobait handiagoa da, eta gatz-edukia zertxobait desberdina da HPMC desberdinetan.

Zementu produktuetako osagai askok CEren gelifikazio-puntua jaitsi egingo dute, beraz, gehigarrien aukeraketak kontuan hartu behar du horrek CEren gelifikazio-puntua eta biskositatea alda ditzakeela.

5. Ondorioa

(1) Zelulosa eterra eterifikazio erreakzio bidezko zelulosa naturala da, glukosa deshidratatuaren oinarrizko egitura-unitatea du, ordezkapen-posizioan dituen ordezko taldeen motaren eta kopuruaren arabera, eta propietate desberdinak ditu. MC eta HPMC bezalako eter ez-ionikoak biskosifikatzaile, ura atxikitzeko agente, airea eramateko agente eta eraikuntza-materialen produktuetan oso erabiliak diren beste produktu gisa erabil daitezke.

(2) CEak disolbagarritasun berezia du, tenperatura jakin batean (gelaren tenperaturan adibidez) disoluzioa eratzen du eta gel solidoa edo partikula solidoen nahasketa eratzen du gelaren tenperaturan. Disoluzio-metodo nagusiak nahasketa lehorreko dispertsio-metodoa, ur beroaren dispertsio-metodoa eta abar dira; zementu-produktuetan erabili ohi den nahasketa lehorreko dispertsio-metodoa da. Gakoa CEa uniformeki sakabanatzea da disolbatu aurretik, tenperatura baxuetan disoluzio bat eratuz.

(3) Disoluzioaren kontzentrazioak, tenperaturak, pH balioak, gehigarrien propietate kimikoek eta nahasteko abiadurak eragina izango dute CE disoluzioaren gel-tenperaturan eta biskositatean, batez ere zementu-produktuak ingurune alkalinoan dauden gatz-disoluzio ez-organikoak direnez, normalean gel-tenperatura eta CE disoluzioaren biskositatea murrizten dituzte, eta horrek albo-ondorioak eragiten ditu. Beraz, CEren ezaugarrien arabera, lehenik eta behin, tenperatura baxuan erabili behar da (gel-tenperaturaren azpitik), eta bigarrenik, gehigarrien eragina kontuan hartu behar da.