Целулозниот етер во производи на база на цемент

Целулозниот етер е еден вид повеќенаменски додаток кој може да се користи во цементни производи. Во овој труд се претставени хемиските својства на метил целулоза (MC) и хидроксипропил метил целулоза (HPMC/) кои најчесто се користат во цементните производи, методот и принципот на нето растворот и главните карактеристики на растворот. Намалувањето на температурата и вискозитетот на термичкиот гел кај цементните производи беше дискутирано врз основа на практичното искуство во производството.

Клучни зборови:целулозен етер; метил целулоза;Хидроксипропил метил целулоза; Температура на топол гел; вискозитет

1. Преглед

Целулозниот етер (скратено CE) се добива од целулоза преку реакција на етерификација на еден или повеќе етерификувачки агенси и суво мелење. CE може да се подели на јонски и нејонски типови, меѓу кои нејонскиот тип CE поради неговите уникатни карактеристики на термички гел и растворливост, отпорност на сол, отпорност на топлина и соодветна површинска активност. Може да се користи како средство за задржување на вода, средство за суспензија, емулгатор, средство за формирање филм, лубрикант, лепило и реолошки подобрувач. Главните области на странска потрошувачка се латексни премази, градежни материјали, дупчење нафта и така натаму. Во споредба со странските земји, производството и примената на растворлив во вода CE е сè уште во повој. Со подобрувањето на здравјето на луѓето и свеста за животната средина, растворливиот во вода CE, кој е безопасен за физиологијата и не ја загадува животната средина, ќе има голем развој.

Во областа на градежните материјали, обично се избира CE како метил целулоза (MC) и хидроксипропил метил целулоза (HPMC), кои можат да се користат како пластификатор за бои, гипс, малтер и цементни производи, вискозификатор, средство за задржување на вода, средство за задржување на воздух и средство за забавување. Поголемиот дел од индустријата за градежни материјали се користи на нормална температура, условите за користење се сува мешавина во прав и вода, помалку вклучуваат карактеристики на растворање и карактеристики на топол гел на CE, но во механизираното производство на цементни производи и други посебни температурни услови, овие карактеристики на CE ќе играат поцелосна улога.

2. Хемиски својства на CE

CE се добива со третирање на целулоза преку серија хемиски и физички методи. Според различната структура на хемиска супституција, обично може да се подели на: MC, HPMC, хидроксиетил целулоза (HEC), итн.: Секој CE има основна структура на целулоза - дехидрирана гликоза. Во процесот на производство на CE, целулозните влакна прво се загреваат во алкален раствор, а потоа се третираат со етерификувачки агенси. Производите на фиброзната реакција се прочистуваат и се пулверизираат за да формираат униформен прав со одредена финост.

Во процесот на производство на MC се користи само метан хлорид како етеризирачки агенс. Покрај употребата на метан хлорид, во производството на HPMC се користи и пропилен оксид за да се добијат хидроксипропил супституентни групи. Различните CE имаат различни стапки на супституција на метил и хидроксипропил, што влијае на органската компатибилност и температурата на термичкиот гел на растворот на CE.

Бројот на супституциски групи на дехидрираните гликозни структурни единици на целулозата може да се изрази со процент од масата или со просечниот број на супституциски групи (т.е. DS — Степен на супституција). Бројот на супституциски групи ги одредува својствата на CE производите. Ефектот на просечниот степен на супституција врз растворливоста на етерификациските производи е како што следува:

(1) низок степен на супституција растворлив во луга;

(2) малку висок степен на супституција растворлив во вода;

(3) висок степен на супституција растворена во поларни органски растворувачи;

(4) Повисок степен на супституција растворен во неполарни органски растворувачи.

3. Метод на растворање на CE

CE има уникатно својство на растворливост, кога температурата се зголемува до одредена температура, тој е нерастворлив во вода, но под оваа температура, неговата растворливост ќе се зголеми со намалување на температурата. CE е растворлив во ладна вода (а во некои случаи и во специфични органски растворувачи) преку процесот на отекување и хидратација. CE растворите немаат очигледни ограничувања на растворливоста што се појавуваат при растворање на јонски соли. Концентрацијата на CE е генерално ограничена на вискозитетот што може да се контролира од производствената опрема, а исто така варира во зависност од вискозитетот и хемиската разновидност што ги бара корисникот. Концентрацијата на растворот на CE со низок вискозитет е генерално 10% ~ 15%, а CE со висок вискозитет е генерално ограничена на 2% ~ 3%. Различните видови на CE (како што се прав или површински третиран прав или гранули) можат да влијаат на тоа како се подготвува растворот.

3.1 CE без површинска обработка

Иако CE е растворлив во ладна вода, тој мора целосно да се дисперзира во вода за да се избегне згрутчување. Во некои случаи, може да се користи миксер со голема брзина или инка во ладна вода за дисперзија на CE прав. Меѓутоа, ако нетретираниот прав се додаде директно во ладна вода без доволно мешање, ќе се формираат значителни грутки. Главната причина за згрутчување е тоа што честичките од CE прав не се целосно влажни. Кога само дел од правот е растворен, ќе се формира гел-филм, кој спречува преостанатиот прав да продолжи да се раствора. Затоа, пред растворањето, честичките CE треба да бидат целосно дисперзирани колку што е можно повеќе. Најчесто се користат следните два методи на дисперзија.

3.1.1 Метод на дисперзија на сува смеса

Овој метод најчесто се користи кај цементните производи. Пред да додадете вода, рамномерно измешајте го другиот прав со CE правот, така што честичките од CE прав се дисперзираат. Минимален сооднос на мешање: Друг прав: CE прав = (3 ~ 7) : 1.

Во овој метод, дисперзијата на CE се завршува во сува состојба, користејќи друг прав како медиум за дисперзија на CE честичките едни со други, со цел да се избегне меѓусебно поврзување на CE честичките при додавање вода и да се влијае на понатамошното растворање. Затоа, топла вода не е потребна за дисперзија, но брзината на растворање зависи од честичките во прав и условите на мешање.

3.1.2 Метод на дисперзија на топла вода

(1) Првите 1/5~1/3 од потребната вода се загреваат до 90°C над, се додава CE, а потоа се меша додека сите честички не се растворат во вода, а потоа се додава преостанатата вода во ладна или ледена вода за да се намали температурата на растворот. Откако ќе се достигне температурата на растворање на CE, правот почнува да се хидрира, а вискозитетот се зголемува.

(2) Можете исто така да ја загреете целата вода, а потоа да додадете CE за мешање додека не се лади додека не се заврши хидратацијата. Доволното ладење е многу важно за целосна хидратација на CE и формирање на вискозитет. За идеален вискозитет, растворот MC треба да се олади на 0~5℃, додека HPMC треба да се олади само на 20~25℃ или подолу. Бидејќи целосната хидратација бара доволно ладење, растворите HPMC најчесто се користат таму каде што не може да се користи ладна вода: според информациите, HPMC има помало намалување на температурата од MC на пониски температури за да се постигне ист вискозитет. Вреди да се напомене дека методот на дисперзија со топла вода ги прави честичките CE рамномерно дисперзирани само на повисока температура, но во овој момент не се формира раствор. За да се добие раствор со одредена вискозност, тој мора повторно да се олади.

3.2 Површински третиран дисперзибилен CE прав

Во многу случаи, потребно е CE да има карактеристики и на дисперзија и на брза хидратација (формирање вискозитет) во ладна вода. Површински третираниот CE е привремено нерастворлив во ладна вода по посебен хемиски третман, што гарантира дека кога CE се додава во вода, тој нема веднаш да формира очигледен вискозитет и може да се дисперзира под релативно мали услови на сила на смолкнување. „Времето на одложување“ на хидратацијата или формирањето на вискозитет е резултат на комбинацијата од степенот на површинска обработка, температурата, pH вредноста на системот и концентрацијата на растворот на CE. Одложувањето на хидратацијата генерално се намалува при повисоки концентрации, температури и нивоа на pH вредност. Сепак, генерално, концентрацијата на CE не се зема предвид сè додека не достигне 5% (масен однос на водата).

За најдобри резултати и целосна хидратација, површински третираниот CE треба да се меша неколку минути во неутрални услови, со pH опсег од 8,5 до 9,0, додека не се достигне максимален вискозитет (обично 10-30 минути). Откако pH вредноста ќе се промени во базична (pH 8,5 до 9,0), површински третираниот CE се раствора целосно и брзо, а растворот може да биде стабилен на pH од 3 до 11. Сепак, важно е да се напомене дека прилагодувањето на pH вредноста на кашеста маса со висока концентрација ќе предизвика вискозитетот да биде превисок за пумпање и истурање. pH вредноста треба да се прилагоди откако кашестата маса ќе се разреди до саканата концентрација.

Накратко, процесот на растворање на CE вклучува два процеса: физичка дисперзија и хемиско растворање. Клучот е честичките на CE да се дисперзираат едни со други пред растворањето, со цел да се избегне агломерација поради висок вискозитет за време на растворање на ниска температура, што ќе влијае на понатамошното растворање.

4. Својства на растворот на CE

Различни видови водени раствори на CE ќе желатинираат на нивните специфични температури. Гелот е целосно реверзибилен и формира раствор кога повторно ќе се излади. Реверзибилното термичко желатинирање на CE е уникатно. Кај многу цементни производи, главната употреба е вискозитетот на CE и соодветните својства за задржување на вода и подмачкување, како и вискозитетот и температурата на гелот, кои имаат директна врска помеѓу нив. Под температурата на гелот, колку е пониска температурата, толку е поголема вискозноста на CE, толку се подобри соодветните перформанси за задржување на вода.

Тековното објаснување за феноменот на гел е следново: во процесот на растворање, ова е слично

Полимерните молекули на конецот се поврзуваат со молекуларниот слој на водата, што резултира со отекување. Молекулите на водата дејствуваат како масло за подмачкување, кое може да ги раздвои долгите ланци на полимерните молекули, така што растворот има својства на вискозна течност што лесно се испушта. Кога температурата на растворот се зголемува, целулозниот полимер постепено губи вода и вискозитетот на растворот се намалува. Кога ќе се достигне точката на желирање, полимерот станува целосно дехидриран, што резултира со поврзување помеѓу полимерите и формирање на гелот: јачината на гелот продолжува да се зголемува додека температурата останува над точката на желирање.

Како што растворот се лади, гелот почнува да се менува и вискозитетот се намалува. Конечно, вискозитетот на растворот за ладење се враќа на почетната крива на зголемување на температурата и се зголемува со намалувањето на температурата. Растворот може да се олади до неговата почетна вредност на вискозитет. Затоа, процесот на термички гел на CE е реверзибилен.

Главната улога на CE во цементните производи е како вискозификатор, пластификатор и средство за задржување на вода, па затоа контролата на вискозитетот и температурата на гелот стана важен фактор кај цементните производи, кои обично ја користат својата почетна точка на температурата на гелот под дел од кривата, па колку е пониска температурата, толку е поголема вискозноста, толку е поочигледен ефектот на вискозификаторот за задржување на водата. Резултатите од тестовите на линијата за производство на екструдирани цементни плочи, исто така, покажуваат дека колку е пониска температурата на материјалот под иста содржина на CE, толку е подобар ефектот на вискозификација и задржување на водата. Бидејќи цементниот систем е исклучително сложен систем на физички и хемиски својства, постојат многу фактори кои влијаат на промената на температурата и вискозитетот на CE гелот. И влијанието на различните трендови и степени на Taianin не се исти, па практичната примена, исто така, покажа дека по мешањето на цементниот систем, вистинската точка на температурата на гелот на CE (т.е. намалувањето на ефектот на задржување на лепилото и водата е многу очигледно на оваа температура) е пониска од температурата на гелот означена од производот, затоа, при изборот на CE производи, треба да се земат предвид факторите што предизвикуваат пад на температурата на гелот. Следните се главните фактори за кои веруваме дека влијаат на вискозитетот и температурата на гелот на CE растворот во цементните производи.

4.1 Влијание на pH вредноста врз вискозитетот

MC и HPMC се нејонски, па затоа вискозитетот на растворот има поширок опсег на стабилност на DH од вискозитетот на природното јонско лепило, но ако pH вредноста го надминува опсегот од 3 ~ 11, тие постепено ќе го намалат вискозитетот на повисока температура или при складирање подолг временски период, особено во раствор со висок вискозитет. Вискозитетот на растворот на CE производот се намалува во раствор на силна киселина или силна база, што главно се должи на дехидрацијата на CE предизвикана од база и киселина. Затоа, вискозитетот на CE обично се намалува до одреден степен во алкалната средина на цементните производи.

4.2 Влијание на брзината на загревање и мешање врз процесот на гелирање

Температурата на точката на гелирање ќе биде под влијание на комбинираниот ефект на брзината на загревање и брзината на смолкнување на мешањето. Брзото мешање и брзото загревање генерално значително ќе ја зголемат температурата на гелот, што е поволно за цементни производи формирани со механичко мешање.

4.3 Влијание на концентрацијата врз топлиот гел

Зголемувањето на концентрацијата на растворот обично ја намалува температурата на гелот, а точките на гелирање кај CE со низок вискозитет се повисоки од оние кај CE со висок вискозитет. Како што е METHOCEL A на DOW.

Температурата на гелот ќе се намалува за 10°C за секои 2% зголемување на концентрацијата на производот. Зголемување од 2% на концентрацијата на производи од F-тип ќе ја намали температурата на гелот за 4°C.

4.4 Влијание на адитивите врз термичката желатинизација

Во областа на градежните материјали, многу материјали се неоргански соли, што ќе има значително влијание врз температурата на гел на растворот на CE. Во зависност од тоа дали адитивот делува како коагулант или растворувач, некои адитиви можат да ја зголемат температурата на термичкиот гел на CE, додека други можат да ја намалат температурата на термичкиот гел на CE: на пример, етанолот што го подобрува растворувачот, PEG-400 (полиетилен гликол), андиолот итн., можат да ја зголемат точката на гелирање. Солите, глицеринот, сорбитолот и другите супстанции ќе ја намалат точката на гелирање, нејонскиот CE генерално нема да се таложи поради поливалентни метални јони, но кога концентрацијата на електролити или други растворени супстанции ќе надмине одредена граница, CE производите можат да се солат во раствор, ова се должи на конкуренцијата на електролитите со водата, што резултира со намалување на хидратацијата на CE. Содржината на сол во растворот на CE производот е генерално малку повисока од онаа на Mc производот, а содржината на сол е малку различна кај различни HPMC.

Многу состојки во цементните производи ќе предизвикаат намалување на точката на желирање на CE, па затоа при изборот на адитиви треба да се земе предвид дека ова може да предизвика промени во точката на желирање и вискозитетот на CE.

5. Заклучок

(1) Целулозниот етер е природна целулоза добиена преку реакција на етерификација, има основна структурна единица дехидрирана гликоза, според видот и бројот на супституентни групи на нејзината позиција на замена и има различни својства. Нејонските етери како што се MC и HPMC може да се користат како вискозитет, средство за задржување на вода, средство за задржување на воздух и други широко користени во градежните материјали.

(2) CE има единствена растворливост, формирајќи раствор на одредена температура (како што е температурата на гелот) и формирајќи цврст гел или мешавина од цврсти честички на температурата на гелот. Главните методи на растворање се методот на дисперзија со суво мешање, методот на дисперзија со топла вода итн., во цементните производи најчесто се користи методот на дисперзија со суво мешање. Клучот е CE рамномерно да се дисперзира пред да се раствори, формирајќи раствор на ниски температури.

(3) Концентрацијата на растворот, температурата, pH вредноста, хемиските својства на адитивите и брзината на мешање ќе влијаат на температурата на гелот и вискозитетот на растворот на CE, особено цементните производи се раствори на неоргански соли во алкална средина, обично ја намалуваат температурата на гелот и вискозитетот на растворот на CE, предизвикувајќи негативни ефекти. Затоа, според карактеристиките на CE, прво, треба да се користи на ниска температура (под температурата на гелот), и второ, треба да се земе предвид влијанието на адитивите.