Eteri i celulozës në produktet me bazë çimentoje

Eteri i celulozës është një lloj aditiv shumëfunksional që mund të përdoret në produktet e çimentos. Ky punim prezanton vetitë kimike të metilcelulozës (MC) dhe hidroksipropil metilcelulozës (HPMC/) që përdoren zakonisht në produktet e çimentos, metodën dhe parimin e tretësirës neto dhe karakteristikat kryesore të tretësirës. Ulja e temperaturës dhe viskozitetit të xhelit termik në produktet e çimentos u diskutua bazuar në përvojën praktike të prodhimit.

Fjalë kyçe:eter celuloze; metilcelulozë;Hidroksipropil metilcelulozëTemperatura e xhelit të nxehtë; viskoziteti

1. Përmbledhje

Eteri i celulozës (shkurt CE) prodhohet nga celuloza nëpërmjet reaksionit të eterifikimit të një ose disa agjentëve eterifikues dhe bluarjes së thatë. CE mund të ndahet në lloje jonike dhe jo-jonike, ndër të cilat lloji jo-jonik CE për shkak të karakteristikave të tij unike të xhelit termik dhe tretshmërisë, rezistencës ndaj kripës, rezistencës ndaj nxehtësisë dhe aktivitetit të duhur sipërfaqësor. Mund të përdoret si agjent mbajtës uji, agjent pezullimi, emulsifikues, agjent formues filmi, lubrifikant, ngjitës dhe përmirësues reologjik. Fushat kryesore të konsumit të huaj janë veshjet e lateksit, materialet e ndërtimit, shpimet e naftës etj. Krahasuar me vendet e huaja, prodhimi dhe aplikimi i CE të tretshme në ujë është ende në hapat e tij të parë. Me përmirësimin e shëndetit të njerëzve dhe ndërgjegjësimin mjedisor, CE e tretshme në ujë, e cila është e padëmshme për fiziologjinë dhe nuk ndot mjedisin, do të ketë një zhvillim të madh.

Në fushën e materialeve të ndërtimit, zakonisht CE zgjidhet si metilcelulozë (MC) dhe hidroksipropil metilcelulozë (HPMC), të cilat mund të përdoren si plastifikues, viskozifikues, agjent për mbajtjen e ujit, agjent për thithjen e ajrit dhe agjent për ngadalësimin e produkteve të çimentos, bojërave, llaçit dhe produkteve të çimentos. Pjesa më e madhe e industrisë së materialeve të ndërtimit përdoret në temperaturë normale, kushtet e përdorimit janë pluhuri i përzierjes së thatë dhe uji, duke përfshirë më pak karakteristikat e tretjes dhe karakteristikat e xhelit të nxehtë të CE, por në prodhimin e mekanizuar të produkteve të çimentos dhe kushte të tjera të veçanta të temperaturës, këto karakteristika të CE do të luajnë një rol më të plotë.

2. Vetitë kimike të CE

CE përftohet duke trajtuar celulozën përmes një sërë metodash kimike dhe fizike. Sipas strukturës së ndryshme të zëvendësimit kimik, zakonisht mund të ndahet në: MC, HPMC, hidroksietilcelulozë (HEC), etj.: Çdo CE ka strukturën bazë të celulozës - glukozë të dehidratuar. Në procesin e prodhimit të CE, fibrat e celulozës ngrohen së pari në një tretësirë ​​alkaline dhe më pas trajtohen me agjentë eterifikues. Produktet e reagimit fibroz pastrohen dhe pluhurizohen për të formuar një pluhur uniform me një imtësi të caktuar.

Procesi i prodhimit të MC përdor vetëm klorur metani si agjent eterifikues. Përveç përdorimit të klorurit të metanit, prodhimi i HPMC përdor edhe oksid propileni për të përftuar grupe zëvendësuese hidroksipropil. CE të ndryshme kanë shkallë të ndryshme zëvendësimi metil dhe hidroksipropil, gjë që ndikon në përputhshmërinë organike dhe temperaturën e xhelit termik të tretësirës CE.

Numri i grupeve të zëvendësimit në njësitë strukturore të glukozës së dehidratuar të celulozës mund të shprehet me përqindjen e masës ose me numrin mesatar të grupeve të zëvendësimit (domethënë, DS — Shkalla e Zëvendësimit). Numri i grupeve të zëvendësimit përcakton vetitë e produkteve CE. Efekti i shkallës mesatare të zëvendësimit në tretshmërinë e produkteve të eterifikimit është si më poshtë:

(1) shkallë e ulët zëvendësimi, e tretshme në sodë kaustike;

(2) shkallë paksa e lartë e zëvendësimit i tretshëm në ujë;

(3) shkallë e lartë zëvendësimi e tretur në tretës organikë polarë;

(4) Shkallë më e lartë e zëvendësimit e tretur në tretës organikë jopolarë.

3. Metoda e shpërbërjes së CE-së

CE ka një veti unike tretshmërie, kur temperatura rritet në një temperaturë të caktuar, është i patretshëm në ujë, por nën këtë temperaturë, tretshmëria e tij do të rritet me uljen e temperaturës. CE është i tretshëm në ujë të ftohtë (dhe në disa raste në tretës të caktuar organikë) përmes procesit të ënjtjes dhe hidratimit. Tretësirat e CE nuk kanë kufizime të dukshme të tretshmërisë që shfaqen në tretjen e kripërave jonike. Përqendrimi i CE në përgjithësi është i kufizuar në viskozitetin që mund të kontrollohet nga pajisjet e prodhimit, dhe gjithashtu ndryshon sipas viskozitetit dhe llojshmërisë kimike të kërkuar nga përdoruesi. Përqendrimi i tretësirës së CE me viskozitet të ulët është përgjithësisht 10% ~ 15%, dhe CE me viskozitet të lartë në përgjithësi është i kufizuar në 2% ~ 3%. Llojet e ndryshme të CE (si pluhuri ose pluhuri i trajtuar sipërfaqësisht ose granulat) mund të ndikojnë në mënyrën se si përgatitet tretësira.

3.1 CE pa trajtim sipërfaqësor

Edhe pse CE është i tretshëm në ujë të ftohtë, ai duhet të shpërndahet plotësisht në ujë për të shmangur grumbullimin. Në disa raste, një mikser ose gyp me shpejtësi të lartë mund të përdoret në ujë të ftohtë për të shpërndarë pluhurin CE. Megjithatë, nëse pluhuri i patrajtuar shtohet direkt në ujë të ftohtë pa e përzier mjaftueshëm, do të formohen kokrriza të konsiderueshme. Arsyeja kryesore për formimin e ngjeshjes është se grimcat e pluhurit CE nuk janë plotësisht të lagura. Kur tretet vetëm një pjesë e pluhurit, do të formohet një film xheli, i cili parandalon që pluhuri i mbetur të vazhdojë të tretet. Prandaj, para tretjes, grimcat CE duhet të shpërndahen plotësisht sa më shumë që të jetë e mundur. Përdoren zakonisht dy metodat e mëposhtme të shpërndarjes.

3.1.1 Metoda e shpërndarjes së përzierjes së thatë

Kjo metodë përdoret më së shpeshti në produktet e çimentos. Përpara se të shtoni ujë, përzieni pluhurin tjetër me pluhurin CE në mënyrë të barabartë, në mënyrë që grimcat e pluhurit CE të shpërndahen. Raporti minimal i përzierjes: Pluhur tjetër: Pluhur CE = (3 ~ 7) : 1.

Në këtë metodë, shpërndarja e CE përfundon në gjendje të thatë, duke përdorur pluhur tjetër si medium për të shpërndarë grimcat CE me njëra-tjetrën, në mënyrë që të shmanget lidhja e ndërsjellë e grimcave CE kur shtohet ujë dhe të ndikojë në tretjen e mëtejshme. Prandaj, uji i nxehtë nuk është i nevojshëm për shpërndarje, por shkalla e tretjes varet nga grimcat e pluhurit dhe kushtet e përzierjes.

3.1.2 Metoda e shpërndarjes së ujit të nxehtë

(1) 1/5~1/3 e parë e ujit të kërkuar ngrohet në 90C mbi, shtoni CE, dhe pastaj përzieni derisa të gjitha grimcat të shpërndahen të lagështa, dhe pastaj shtoni ujin e mbetur në ujë të ftohtë ose akull për të ulur temperaturën e tretësirës, ​​pasi të arrijë temperaturën e tretjes CE, pluhuri fillon të hidratohet, viskoziteti rritet.

(2) Gjithashtu mund të ngrohni të gjithë ujin dhe pastaj të shtoni CE për ta përzier ndërsa ftohet derisa hidratimi të jetë i plotë. Ftohja e mjaftueshme është shumë e rëndësishme për hidratimin e plotë të CE dhe formimin e viskozitetit. Për viskozitet ideal, tretësira MC duhet të ftohet në 0~5℃, ndërsa HPMC duhet të ftohet vetëm në 20~25℃ ose më poshtë. Meqenëse hidratimi i plotë kërkon ftohje të mjaftueshme, tretësirat HPMC përdoren zakonisht aty ku nuk mund të përdoret ujë i ftohtë: sipas informacionit, HPMC ka më pak ulje të temperaturës sesa MC në temperatura më të ulëta për të arritur të njëjtin viskozitet. Vlen të përmendet se metoda e shpërndarjes me ujë të nxehtë bën që grimcat CE të shpërndahen në mënyrë të barabartë vetëm në një temperaturë më të lartë, por në këtë kohë nuk formohet asnjë tretësirë. Për të marrë një tretësirë ​​me një viskozitet të caktuar, ajo duhet të ftohet përsëri.

3.2 Pluhur CE i tretshëm i trajtuar sipërfaqësisht

Në shumë raste, CE kërkohet të ketë karakteristikat e disperzibilitetit dhe hidratimit të shpejtë (formimit të viskozitetit) në ujë të ftohtë. CE i trajtuar sipërfaqësisht është përkohësisht i patretshëm në ujë të ftohtë pas trajtimit të veçantë kimik, i cili siguron që kur CE shtohet në ujë, ai nuk do të formojë menjëherë viskozitet të dukshëm dhe mund të shpërndahet në kushte relativisht të vogla force prerëse. "Koha e vonesës" së hidratimit ose formimit të viskozitetit është rezultat i kombinimit të shkallës së trajtimit sipërfaqësor, temperaturës, pH-it të sistemit dhe përqendrimit të tretësirës së CE. Vonesa e hidratimit në përgjithësi zvogëlohet në përqendrime, temperatura dhe nivele pH më të larta. Megjithatë, në përgjithësi, përqendrimi i CE nuk merret në konsideratë derisa të arrijë 5% (raporti masiv i ujit).

Për rezultate më të mira dhe hidratim të plotë, CE-ja e trajtuar në sipërfaqe duhet të përzihet për disa minuta në kushte neutrale, me një diapazon pH-i nga 8.5 në 9.0, derisa të arrihet viskoziteti maksimal (zakonisht 10-30 minuta). Pasi pH të ndryshojë në bazik (pH 8.5 në 9.0), CE-ja e trajtuar në sipërfaqe tretet plotësisht dhe shpejt, dhe tretësira mund të jetë e qëndrueshme në pH 3 deri në 11. Megjithatë, është e rëndësishme të theksohet se rregullimi i pH-it të një lëngu të lëngshëm me përqendrim të lartë do të bëjë që viskoziteti të jetë shumë i lartë për pompim dhe derdhje. pH duhet të rregullohet pasi lëngu i lëngshëm të jetë holluar në përqendrimin e dëshiruar.

Si përmbledhje, procesi i tretjes së CE përfshin dy procese: shpërndarjen fizike dhe tretjen kimike. Çelësi është që grimcat e CE të shpërndahen me njëra-tjetrën para tretjes, në mënyrë që të shmanget agglomerimi për shkak të viskozitetit të lartë gjatë tretjes në temperaturë të ulët, gjë që do të ndikojë në tretjen e mëtejshme.

4. Vetitë e tretësirës CE

Lloje të ndryshme të tretësirave ujore të CE-së do të xhelatinohen në temperaturat e tyre specifike. Xheli është plotësisht i kthyeshëm dhe formon një tretësirë ​​kur ftohet përsëri. Xhelimi termik i kthyeshëm i CE-së është unik. Në shumë produkte çimentoje, përdorimi kryesor është viskoziteti i CE-së dhe vetitë përkatëse të mbajtjes së ujit dhe lubrifikimit, si dhe viskoziteti dhe temperatura e xhelit kanë një lidhje të drejtpërdrejtë. Nën temperaturën e xhelit, sa më e ulët të jetë temperatura, aq më i lartë është viskoziteti i CE-së, aq më e mirë është performanca përkatëse e mbajtjes së ujit.

Shpjegimi aktual për fenomenin e xhelit është ky: në procesin e tretjes, kjo është e ngjashme

Molekulat polimerike të fijes lidhen me shtresën molekulare të ujit, duke rezultuar në ënjtje. Molekulat e ujit veprojnë si vaj lubrifikues, i cili mund të shkëpusë zinxhirë të gjatë të molekulave të polimerit, në mënyrë që tretësira të ketë vetitë e një lëngu viskoz që është i lehtë për t'u derdhur. Kur temperatura e tretësirës rritet, polimeri i celulozës humbet gradualisht ujin dhe viskoziteti i tretësirës zvogëlohet. Kur arrihet pika e xhelit, polimeri dehidratohet plotësisht, duke rezultuar në lidhjen midis polimereve dhe formimin e xhelit: forca e xhelit vazhdon të rritet ndërsa temperatura mbetet mbi pikën e xhelit.

Ndërsa tretësira ftohet, xheli fillon të përmbyset dhe viskoziteti zvogëlohet. Së fundmi, viskoziteti i tretësirës ftohëse kthehet në kurbën fillestare të rritjes së temperaturës dhe rritet me uljen e temperaturës. Tretësira mund të ftohet në vlerën e saj fillestare të viskozitetit. Prandaj, procesi i xhelit termik të CE është i kthyeshëm.

Roli kryesor i CE në produktet e çimentos është si një viskozifikues, plastifikues dhe agjent për mbajtjen e ujit, kështu që mënyra e kontrollit të viskozitetit dhe temperaturës së xhelit është bërë një faktor i rëndësishëm në produktet e çimentos që zakonisht përdorin pikën e tyre fillestare të temperaturës së xhelit nën një seksion të kurbës, kështu që sa më e ulët të jetë temperatura, aq më i lartë viskoziteti, aq më i dukshëm është efekti i mbajtjes së ujit nga viskozifikuesi. Rezultatet e testimit të linjës së prodhimit të pllakave të çimentos së ekstruduar tregojnë gjithashtu se sa më e ulët të jetë temperatura e materialit nën të njëjtën përmbajtje të CE, aq më i mirë është efekti i viskozifikimit dhe mbajtjes së ujit. Meqenëse sistemi i çimentos është një sistem jashtëzakonisht kompleks i vetive fizike dhe kimike, ka shumë faktorë që ndikojnë në ndryshimin e temperaturës dhe viskozitetit të xhelit CE. Dhe ndikimi i trendit dhe shkallës së ndryshme të Taianin nuk është i njëjtë, kështu që zbatimi praktik zbuloi gjithashtu se pas përzierjes së sistemit të çimentos, pika aktuale e temperaturës së xhelit të CE (domethënë, rënia e efektit të ngjitësit dhe mbajtjes së ujit është shumë e dukshme në këtë temperaturë) është më e ulët se temperatura e xhelit e treguar nga produkti, prandaj, në përzgjedhjen e produkteve CE duhet të merren parasysh faktorët që shkaktojnë rënien e temperaturës së xhelit. Më poshtë janë faktorët kryesorë që besojmë se ndikojnë në viskozitetin dhe temperaturën e xhelit të tretësirës CE në produktet e çimentos.

4.1 Ndikimi i vlerës së pH-it në viskozitet

MC dhe HPMC janë jo-jonike, kështu që viskoziteti i tretësirës ka një gamë më të gjerë stabiliteti DH sesa viskoziteti i ngjitësit jonik natyror, por nëse vlera e pH-it tejkalon diapazonin 3 ~ 11, ato do ta ulin gradualisht viskozitetin në një temperaturë më të lartë ose në ruajtje për një periudhë të gjatë kohore, veçanërisht në tretësira me viskozitet të lartë. Viskoziteti i tretësirës së produktit CE zvogëlohet në tretësirën e acidit të fortë ose bazës së fortë, e cila është kryesisht për shkak të dehidratimit të CE të shkaktuar nga baza dhe acidi. Prandaj, viskoziteti i CE zakonisht zvogëlohet në një farë mase në mjedisin alkalik të produkteve të çimentos.

4.2 Ndikimi i shpejtësisë së ngrohjes dhe përzierjes në procesin e xhelit

Temperatura e pikës së xhelit do të ndikohet nga efekti i kombinuar i shkallës së ngrohjes dhe shkallës së prerjes së përzierjes. Shpejtësia e lartë e përzierjes dhe ngrohja e shpejtë në përgjithësi do ta rrisin ndjeshëm temperaturën e xhelit, gjë që është e favorshme për produktet e çimentos të formuara nga përzierja mekanike.

4.3 Ndikimi i përqendrimit në xhelin e nxehtë

Rritja e përqendrimit të tretësirës zakonisht ul temperaturën e xhelit, dhe pikat e xhelit të CE me viskozitet të ulët janë më të larta se ato të CE me viskozitet të lartë. Siç është METHOCEL A i DOW-së.

Temperatura e xhelit do të ulet me 10℃ për çdo rritje prej 2% të përqendrimit të produktit. Një rritje prej 2% e përqendrimit të produkteve të tipit F do ta ulë temperaturën e xhelit me 4℃.

4.4 Ndikimi i aditivëve në xhelatinizimin termik

Në fushën e materialeve të ndërtimit, shumë materiale janë kripëra inorganike, të cilat do të kenë një ndikim të rëndësishëm në temperaturën e xhelit të tretësirës CE. Në varësi të faktit nëse aditivi vepron si koagulant apo agjent tretës, disa aditivë mund të rrisin temperaturën e xhelit termik të CE, ndërsa të tjerë mund të ulin temperaturën e xhelit termik të CE: për shembull, etanoli që rrit tretësin, PEG-400 (polietilen glikol), anedioli, etj., mund të rrisin pikën e xhelit. Kripërat, glicerina, sorbitoli dhe substanca të tjera do të ulin pikën e xhelit, CE jo-jonik në përgjithësi nuk do të precipitojë për shkak të joneve të metaleve polivalente, por kur përqendrimi i elektroliteve ose substancave të tjera të tretura tejkalon një kufi të caktuar, produktet CE mund të kriposen në tretësirë, kjo për shkak të konkurrencës së elektroliteve me ujin, duke rezultuar në uljen e hidratimit të CE. Përmbajtja e kripës së tretësirës së produktit CE është përgjithësisht pak më e lartë se ajo e produktit Mc, dhe përmbajtja e kripës është paksa e ndryshme në HPMC të ndryshme.

Shumë përbërës në produktet e çimentos do të bëjnë që pika e xhelitimit të CE të ulet, prandaj përzgjedhja e aditivëve duhet të marrë parasysh se kjo mund të shkaktojë ndryshime në pikën e xhelitimit dhe viskozitetin e CE.

5. Përfundim

(1) Eteri i celulozës është celulozë natyrale e formuar nëpërmjet reaksionit të eterifikimit, njësia strukturore bazë e glukozës së dehidratuar, sipas llojit dhe numrit të grupeve zëvendësuese në pozicionin e saj zëvendësues dhe ka veti të ndryshme. Eteri jo-jonik si MC dhe HPMC mund të përdoret si viskozifikues, agjent mbajtës uji, agjent për thithjen e ajrit dhe produkte të tjera të përdorura gjerësisht në materialet e ndërtimit.

(2) CE ka tretshmëri unike, duke formuar tretësirë ​​në një temperaturë të caktuar (siç është temperatura e xhelit) dhe duke formuar xhel të ngurtë ose përzierje grimcash të ngurta në temperaturën e xhelit. Metodat kryesore të tretjes janë metoda e dispersionit të përzierjes së thatë, metoda e dispersionit me ujë të nxehtë, etj., në produktet e çimentos përdoret zakonisht metoda e dispersionit të përzierjes së thatë. Çelësi është që CE të shpërndahet në mënyrë të barabartë para se të tretet, duke formuar një tretësirë ​​në temperatura të ulëta.

(3) Përqendrimi i tretësirës, ​​temperatura, vlera e pH-it, vetitë kimike të aditivëve dhe shkalla e përzierjes do të ndikojnë në temperaturën e xhelit dhe viskozitetin e tretësirës CE, veçanërisht produktet e çimentos janë tretësira kripe inorganike në mjedis alkalik, zakonisht ulin temperaturën e xhelit dhe viskozitetin e tretësirës CE, duke sjellë efekte negative. Prandaj, sipas karakteristikave të CE, së pari, duhet të përdoret në një temperaturë të ulët (nën temperaturën e xhelit), dhe së dyti, duhet të merret parasysh ndikimi i aditivëve.