Celluloseether a Produkter op Zementbasis

Celluloseether ass eng Zort Multifunktionsadditiv, deen a Zementprodukter ka benotzt ginn. Dësen Artikel stellt d'chemesch Eegeschafte vu Methylcellulose (MC) an Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC /) vir, déi allgemeng a Zementprodukter benotzt ginn, d'Method an de Prinzip vun der Nettoléisung an déi wichtegst Charakteristike vun der Léisung. D'Ofsenkung vun der thermescher Geltemperatur a Viskositéit a Zementprodukter gouf op Basis vun praktescher Produktiounserfahrung diskutéiert.

Schlësselwierder:Celluloseether; Methylcellulose;HydroxypropylmethylcelluloseTemperatur vum waarme Gel; Viskositéit

1. Iwwersiicht

Celluloseether (kuerz CE) gëtt aus Cellulose duerch eng Veretherungsreaktioun vun engem oder méi Veretherungsmëttelen a trockenem Malen hiergestallt. CE kann an ionesch an net-ionesch Typen opgedeelt ginn, dorënner den net-ioneschen Typ CE wéinst senge eenzegaartegen thermesche Gel-Charakteristiken an Léislechkeet, Salzbeständegkeet, Hëtztbeständegkeet an enger entspriechender Uewerflächenaktivitéit. Et kann als Waasserretentiounsmëttel, Suspensionsmëttel, Emulgator, Filmbildungsmëttel, Schmierstoff, Klebstoff a rheologesche Verbesserungsmëttel benotzt ginn. Déi wichtegst Konsumgebidder am Ausland sinn Latexbeschichtungen, Baumaterialien, Uelegbuerungen asw. Am Verglach mam Ausland ass d'Produktioun an d'Uwendung vu waasserléisleche CE nach an de Kannerjoren. Mat der Verbesserung vun der Gesondheet vun de Leit an dem Ëmweltbewosstsinn wäert waasserléisleche CE, deen harmlos fir d'Physiologie ass an d'Ëmwelt net verschmotzt, eng grouss Entwécklung hunn.

Am Beräich vun de Baumaterialien gëtt normalerweis Methylcellulose (MC) an Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) als CE gewielt, déi als Weichmacher, Viskositéitsmécher, Waasserretentiounsmëttel, Loftblassmëttel a Retardmëttel fir Faarwen, Gips, Mörtel a Zementprodukter benotzt kënne ginn. Déi meescht Baumaterialien an der Industrie ginn bei normaler Temperatur benotzt, mat dréchene Mëschunge vu Pulver a Waasser, wouduerch manner Opléisungseigenschaften an d'Heissgelcharakteristike vum CE involvéiert sinn, awer an der mechaniséierter Produktioun vun Zementprodukter an anere spezielle Temperaturbedingungen spillen dës Charakteristike vum CE eng méi grouss Roll.

2. Chemesch Eegeschafte vun CE

CE gëtt duerch d'Behandlung vu Cellulose mat enger Rei vu chemeschen a physikalesche Methoden gewonnen. Jee no der chemescher Substitutiounsstruktur kann et normalerweis opgedeelt ginn an: MC, HPMC, Hydroxyethylcellulose (HEC), etc.: All CE huet déi grondleeënd Struktur vun der Cellulose - dehydratiséiert Glukos. Am Prozess vun der Produktioun vu CE ginn d'Cellulosefasere fir d'éischt an enger alkalescher Léisung erhëtzt an dann mat Veretherungsmëttel behandelt. Déi fasereg Reaktiounsprodukter ginn gereinegt a pulveriséiert fir e gläichméissegt Pulver mat enger bestëmmter Feinheet ze bilden.

De Produktiounsprozess vun MC benotzt nëmme Methanchlorid als Veretherungsmëttel. Nieft dem Gebrauch vu Methanchlorid gëtt bei der Produktioun vun HPMC och Propylenoxid benotzt fir Hydroxypropyl-Substituentgruppen ze kréien. Verschidde CE hunn ënnerschiddlech Methyl- an Hydroxypropyl-Substitutiounsraten, wat d'organesch Kompatibilitéit an d'thermesch Geltemperatur vun der CE-Léisung beaflosst.

D'Zuel vun de Substitutiounsgruppen op den dehydratiséierte Glukosstruktureenheeten vun der Cellulose kann duerch de Prozentsaz vun der Mass oder déi duerchschnëttlech Zuel vun de Substitutiounsgruppen (dh DS - Grad vun der Substitutioun) ausgedréckt ginn. D'Zuel vun de Substituentgruppen bestëmmt d'Eegeschafte vun CE-Produkter. Den Effekt vum duerchschnëttleche Grad vun der Substitutioun op d'Léislechkeet vun den Etherifikatiounsprodukter ass wéi follegt:

(1) niddrege Substitutiounsgrad, léislech a Laug;

(2) liicht héije Substitutiounsgrad a Waasserléislech;

(3) héije Grad vun der Substitutioun opgeléist a polare organesche Léisungsmëttel;

(4) Héije Grad vun Substitutioun opgeléist an netpolare organesche Léisungsmëttelen.

3. Opléisungsmethod vun CE

CE huet eng eenzegaarteg Léislechkeetseigenschaft: wann d'Temperatur op eng bestëmmt Temperatur klëmmt, ass et net léislech a Waasser, awer ënner dëser Temperatur klëmmt seng Léislechkeet mat der Ofsenkung vun der Temperatur. CE ass léislech a kalem Waasser (an a verschiddene Fäll a spezifeschen organesche Léisungsmëttel) duerch de Prozess vun der Schwellung an der Hydratatioun. CE-Léisunge hunn net déi offensichtlech Léislechkeetsbeschränkungen, déi bei der Opléisung vun ionesche Salzer optrieden. D'Konzentratioun vu CE ass am Allgemengen op d'Viskositéit limitéiert, déi vun der Produktiounsausrüstung kontrolléiert ka ginn, a variéiert och jee no der Viskositéit an der chemescher Varietéit, déi vum Benotzer erfuerderlech ass. D'Léisungskonzentratioun vu CE mat gerénger Viskositéit ass am Allgemengen 10% ~ 15%, an CE mat héijer Viskositéit ass am Allgemengen op 2% ~ 3% limitéiert. Verschidden Zorte vu CE (wéi Pulver oder Uewerflächenbehandelt Pulver oder Granulat) kënnen beaflossen, wéi d'Léisung preparéiert gëtt.

3.1 CE ouni Uewerflächenbehandlung

Obwuel CE a kalem Waasser léislech ass, muss et komplett am Waasser dispergéiert ginn, fir Klumpen ze vermeiden. A verschiddene Fäll kann e Schnellmixer oder Trichter a kalem Waasser benotzt ginn, fir CE-Pulver ze dispergéieren. Wann awer dat onbehandelt Pulver direkt an dat kal Waasser bäigefüügt gëtt, ouni genuch ze réieren, bilden sech grouss Klumpen. Den Haaptgrond fir d'Klumpen ass, datt d'CE-Pulverpartikelen net komplett naass sinn. Wann nëmmen en Deel vum Pulver opgeléist ass, entsteet e Gelfilm, deen verhënnert, datt de Rescht vum Pulver sech weider opléist. Dofir sollten d'CE-Partikelen, ier se opgeléist ginn, sou wäit wéi méiglech komplett dispergéiert ginn. Déi folgend zwou Dispersiounsmethoden ginn dacks benotzt.

3.1.1 Method vun der Dispersioun vun der dréchener Mëschung

Dës Method gëtt am meeschten a Zementprodukter benotzt. Ier Dir Waasser derbäisetzt, vermëscht den anere Pulver gläichméisseg mam CE-Pulver, sou datt d'CE-Pulverpartikelen verdeelt sinn. Mindestmëschverhältnis: Aner Pulver: CE-Pulver = (3 ~ 7) : 1.

Bei dëser Method gëtt d'CE-Dispersioun am dréchenen Zoustand ofgeschloss, andeems en anert Pulver als Medium benotzt gëtt fir d'CE-Partikelen ënnereneen ze dispergéieren, fir d'géigesäiteg Bindung vun de CE-Partikelen beim Zousaz vu Waasser ze vermeiden an d'weider Opléisung ze beaflossen. Dofir ass kee waarmt Waasser fir d'Dispersioun néideg, awer d'Opléisungsgeschwindegkeet hänkt vun de Pulverpartikelen an de Réierbedingungen of.

3.1.2 Method fir d'Verdeelung vu waarmem Waasser

(1) Déi éischt 1/5~1/3 vum erfuerderleche Waasser gëtt op 90°C erhëtzt, CE derbäiginn, dann ëmrühren, bis all Partikelen naass sinn, an dann dat reschtlecht Waasser a kal oder Äiswaasser derbäiginn, fir d'Temperatur vun der Léisung ze reduzéieren. Soubal d'CE-Opléisungstemperatur erreecht ass, fänkt de Pulver un ze hydratiséieren an d'Viskositéit klëmmt.

(2) Dir kënnt och all d'Waasser erhëtzen, an dann CE derbäiginn fir ze réieren, während Dir ofkillt, bis d'Hydratatioun fäerdeg ass. Ausreechend Ofkillung ass ganz wichteg fir eng komplett Hydratatioun vum CE an d'Bildung vun der Viskositéit. Fir eng ideal Viskositéit soll d'MC-Léisung op 0~5℃ ofgekillt ginn, während HPMC nëmmen op 20~25℃ oder drënner ofgekillt muss ginn. Well eng komplett Hydratatioun ausreechend Ofkillung erfuerdert, ginn HPMC-Léisungen dacks do benotzt, wou kee kal Waasser ka benotzt ginn: laut den Informatiounen huet HPMC manner Temperaturreduktioun wéi MC bei méi niddregen Temperaturen, fir déiselwecht Viskositéit z'erreechen. Et ass derwäert ze bemierken, datt d'Method mat der waarmer Waasserdispersioun d'CE-Partikelen nëmmen bei méi héijer Temperatur gläichméisseg verdeelen léisst, awer zu dësem Zäitpunkt keng Léisung geformt gëtt. Fir eng Léisung mat enger bestëmmter Viskositéit ze kréien, muss se nach eng Kéier ofgekillt ginn.

3.2 Uewerflächenbehandelt dispergéierbart CE-Pulver

A ville Fäll muss CE souwuel dispergéierbar wéi och séier Hydratatiounseigenschaften (Bildung vu Viskositéit) a kalem Waasser hunn. Uewerflächenbehandelt CE ass temporär onléislech a kalem Waasser no enger spezieller chemescher Behandlung, wat garantéiert, datt wann CE an d'Waasser bäigefüügt gëtt, et keng direkt eng offensichtlech Viskositéit bildt a kann ënner relativ klenge Schéierkraaftbedingungen dispergéiert ginn. D'"Verzögerungszäit" vun der Hydratatioun oder der Viskositéitsbildung ass d'Resultat vun der Kombinatioun vum Grad vun der Uewerflächenbehandlung, der Temperatur, dem pH-Wäert vum System an der CE-Léisungskonzentratioun. D'Verzögerung vun der Hydratatioun gëtt allgemeng bei méi héije Konzentratiounen, Temperaturen a pH-Wäerter reduzéiert. Am Allgemengen gëtt d'Konzentratioun vum CE awer net berücksichtegt, bis se 5% erreecht (de Masseverhältnis vum Waasser).

Fir déi bescht Resultater an eng komplett Hydratatioun soll den Uewerflächenbehandelten CE e puer Minutten ënner neutralen Bedingungen, mat engem pH-Beräich vun 8,5 bis 9,0, geréiert ginn, bis déi maximal Viskositéit erreecht ass (normalerweis 10-30 Minutten). Soubal de pH-Wäert op basisk ännert (pH 8,5 bis 9,0), léist sech den Uewerflächenbehandelten CE komplett a séier op, an d'Léisung kann bei engem pH-Wäert vun 3 bis 11 stabil sinn. Et ass awer wichteg ze bemierken, datt d'Upassung vum pH-Wäert vun engem Schlamm mat héijer Konzentratioun d'Viskositéit fir d'Pompelen an d'Gießen ze héich mécht. De pH-Wäert soll ugepasst ginn, nodeems de Schlamm op déi gewënschte Konzentratioun verdënnt gouf.

Zesummegefaasst ëmfaasst den Opléisungsprozess vu CE zwou Prozesser: physikalesch Dispersioun a chemesch Opléisung. De Schlëssel ass d'CE-Partikelen virun der Opléisung mateneen ze dispergéieren, fir Agglomeratioun wéinst héijer Viskositéit bei der Opléisung bei niddreger Temperatur ze vermeiden, wat d'weider Opléisung beaflosst.

4. Eegeschafte vun der CE-Léisung

Verschidden Aarte vu CE-wässerege Léisunge geléeren bei hire spezifeschen Temperaturen. De Gel ass komplett reversibel a bildt eng Léisung wann en erëm ofgekillt gëtt. Déi reversibel thermesch Geléierung vu CE ass eenzegaarteg. A ville Zementprodukter gëtt haaptsächlech d'Viskositéit vu CE an déi entspriechend Waasserretentiouns- a Schmiereigenschaften benotzt, an d'Viskositéit an d'Geltemperatur hunn eng direkt Bezéiung. Ënnert der Geltemperatur: wat méi niddreg d'Temperatur ass, wat méi héich d'Viskositéit vu CE ass, wat besser d'entspriechend Waasserretentiounsleistung ass.

Déi aktuell Erklärung fir de Gel-Phänomen ass dës: am Prozess vun der Opléisung ass dëst ähnlech

D'Polymermoleküle vum Fuedem verbannen sech mat der Waassermolekularschicht, wat zu enger Schwellung féiert. Waassermoleküle wierken wéi Schmierueleg, dat laang Ketten vu Polymermoleküle ausernee zitt, sou datt d'Léisung d'Eegeschafte vun enger viskoser Flëssegkeet huet, déi liicht ofgeleet ka ginn. Wann d'Temperatur vun der Léisung eropgeet, verléiert de Cellulosepolymer lues a lues Waasser an d'Viskositéit vun der Léisung hëlt of. Wann de Gelpunkt erreecht ass, dehydratiséiert de Polymer komplett, wat zu enger Verbindung tëscht de Polymeren an der Bildung vum Gel féiert: d'Stäerkt vum Gel klëmmt weider, während d'Temperatur iwwer dem Gelpunkt bleift.

Wann d'Léisung ofkillt, fänkt de Gel un, sech ëmzedréien an d'Viskositéit hëlt of. Schlussendlech geet d'Viskositéit vun der Ofkillléisung op déi initial Temperaturanstiegskurve zréck a klëmmt mat der Temperaturofsenkung. D'Léisung kann op hiren initialen Viskositéitswäert ofgekillt ginn. Dofir ass den thermesche Gelprozess vum CE reversibel.

D'Haaptroll vum CE a Zementprodukter ass als Viskositéitsmëttel, Weichmacher a Waasserretentiounsmëttel. Dofir ass d'Kontroll vun der Viskositéit an der Geltemperatur zu engem wichtege Faktor ginn. Bei Zementprodukter gëtt normalerweis säin initialen Geltemperaturpunkt ënner engem Deel vun der Kurve benotzt. Wat méi niddreg d'Temperatur ass, wat méi héich d'Viskositéit ass, wat méi offensichtlech den Effekt vun der Waasserretentioun vum Viskositéitsmëttel ass. D'Testergebnisse vun der Extrusiounszementplackeproduktiounslinn weisen och, datt wat méi niddreg d'Materialtemperatur ënner dem selwechten CE-Gehalt ass, wat besser d'Viskosifikatioun an den Waasserretentiounseffekt ass. Well den Zementsystem en extrem komplexe physikalesch-chemesche System ass, ginn et vill Faktoren, déi d'Ännerung vun der CE-Geltemperatur a Viskositéit beaflossen. An den Afloss vu verschiddenen Taianin-Trends a Grad sinn net deeselwechten. Dofir huet déi praktesch Uwendung och festgestallt, datt nom Mëschen vum Zementsystem den tatsächlechen Geltemperaturpunkt vum CE (d.h. den Ofsenkung vum Klebstoff- an Waasserretentiounseffekt ass bei dëser Temperatur ganz offensichtlech) méi niddreg ass wéi d'Geltemperatur, déi vum Produkt uginn gëtt. Dofir solle bei der Auswiel vu CE-Produkter d'Faktoren berécksiichtegt ginn, déi den Ofsenkung vun der Geltemperatur verursaachen. Dës sinn déi wichtegst Faktoren, déi eiser Meenung no d'Viskositéit an d'Geltemperatur vun der CE-Léisung an Zementprodukter beaflossen.

4.1 Afloss vum pH-Wäert op d'Viskositéit

MC an HPMC si net-ionesch, dofir huet d'Viskositéit vun der Léisung e méi breede Beräich vun DH-Stabilitéit wéi d'Viskositéit vun natierlechen ionesche Klebstoffer, awer wann de pH-Wäert de Beräich vun 3 ~ 11 iwwerschreit, wäerten se d'Viskositéit bei enger méi héijer Temperatur oder bei enger laanger Lagerung graduell reduzéieren, besonnesch a Léisungen mat héijer Viskositéit. D'Viskositéit vun der CE-Produktléisung hëlt a staarker Säure oder staarker Baseléisung of, wat haaptsächlech op d'Dehydratioun vum CE duerch Base a Säure zeréckzeféieren ass. Dofir hëlt d'Viskositéit vum CE normalerweis bis zu engem gewësse Grad an der alkalescher Ëmwelt vun Zementprodukter of.

4.2 Afloss vun der Erhëtzungsgeschwindegkeet a vum Réieren op de Gelprozess

D'Temperatur vum Gelpunkt gëtt vum kombinéierten Effekt vun der Heizgeschwindegkeet an der Rührschéiergeschwindegkeet beaflosst. Héichgeschwindegkeet beim Rühren an eng séier Erhëtzung erhéijen d'Geltemperatur am Allgemengen däitlech, wat fir Zementprodukter gënschteg ass, déi duerch mechanescht Mëschen entstinn.

4.3 Afloss vun der Konzentratioun op waarmt Gel

D'Erhéijung vun der Konzentratioun vun der Léisung senkt normalerweis d'Geltemperatur, an d'Gelpunkte vun der CE mat gerénger Viskositéit si méi héich wéi déi vun der CE mat héijer Viskositéit. Wéi zum Beispill DOW's METHOCEL A

D'Geltemperatur gëtt ëm 10℃ fir all 2% Erhéijung vun der Konzentratioun vum Produkt reduzéiert. Eng 2% Erhéijung vun der Konzentratioun vu Produkter vum Typ F wäert d'Geltemperatur ëm 4℃ reduzéieren.

4.4 Afloss vun Zousätz op d'thermesch Gelierung

Am Beräich vun de Baumaterialien si vill Materialien anorganesch Salzer, déi e wesentlechen Afloss op d'Geltemperatur vun der CE-Léisung hunn. Jee nodeem ob den Additiv als Koagulant oder Solubiliséierungsmëttel wierkt, kënnen e puer Additiver d'thermesch Geltemperatur vun der CE erhéijen, anerer d'thermesch Geltemperatur vun der CE senken: zum Beispill kann Ethanol, deen d'Léisungsmëttel verbessert, PEG-400 (Polyethylenglykol), Anediol, etc., de Gelpunkt erhéijen. Salzer, Glycerin, Sorbitol an aner Substanzen reduzéieren de Gelpunkt, net-ionesch CE gëtt am Allgemengen net wéinst polyvalente Metallionen ausgefällt, awer wann d'Elektrolytkonzentratioun oder aner opgeléist Substanzen eng gewëssen Limit iwwerschreit, kënnen CE-Produkter an der Léisung ausgesalzt ginn, dëst ass wéinst der Konkurrenz vun Elektrolyte mat Waasser, wat zu enger Reduktioun vun der Hydratatioun vun der CE féiert. De Salzgehalt vun der Léisung vum CE-Produkt ass am Allgemengen e bësse méi héich wéi dee vum Mc-Produkt, an de Salzgehalt ass liicht anescht a verschiddene HPMCs.

Vill Zutaten an Zementprodukter féieren zum Réckgang vum Gelpunkt vum CE, dofir sollt bei der Auswiel vun Zousätz berécksiichtegt ginn, datt dëst Ännerunge vum Gelpunkt a vun der Viskositéit vum CE verursaache kann.

5. Schlussfolgerung

(1) Celluloseether ass eng natierlech Zellulose, déi duerch Veretherungsreaktioun entstanen ass, an huet déi grondleeënd Struktureenheet dehydratiséiert Glukos, jee no der Aart an der Zuel vun de Substituentgruppen op senger Ersatzpositioun, an huet verschidden Eegeschaften. Net-ionesch Etheren, wéi MC an HPMC, kënnen als Viskositéitsmëttel, Waasserretentiounsmëttel, Loftblassmëttel an aner wäit verbreet a Baumaterialprodukter benotzt ginn.

(2) CE huet eng eenzegaarteg Léislechkeet, bildt eng Léisung bei enger bestëmmter Temperatur (wéi z.B. Geltemperatur) a bildt e feste Gel oder eng fest Partikelmëschung bei der Geltemperatur. Déi wichtegst Opléisungsmethoden sinn d'Dréchemix-Dispersiounsmethod, d'Heisswaasser-Dispersiounsmethod, etc., a Zementprodukter gëtt dacks d'Dréchemix-Dispersiounsmethod benotzt. De Schlëssel ass, CE gläichméisseg ze verdeelen, ier en sech opléist, wouduerch eng Léisung bei niddregen Temperaturen entsteet.

(3) D'Konzentratioun vun der Léisung, d'Temperatur, de pH-Wäert, d'chemesch Eegeschafte vun den Zousätz an d'Rührgeschwindegkeet beaflossen d'Geltemperatur an d'Viskositéit vun der CE-Léisung. Besonnesch Zementprodukter sinn anorganesch Salzléisungen an engem alkaleschen Ëmfeld, déi normalerweis d'Geltemperatur an d'Viskositéit vun der CE-Léisung reduzéieren, wat zu negativen Auswierkungen féiert. Dofir soll CE, jee no de Charakteristike vun der Léisung, als éischt bei enger niddreger Temperatur (ënner der Geltemperatur) benotzt ginn, an zweetens soll den Afloss vun den Zousätz berécksiichtegt ginn.