в специальных керамических изделиях

AQUALON
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКТОВ AQUALON
В СПЕЦИАЛЬНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЯХ
Aqualon – подразделение Hercules Inc
Целлюлоза и ее производные
©
AQUALON
Содержание
Страница
Введение
4
Ассортимент продуктов
5
Влияние связующих на прочность неспеченного материала
Температурное гелеобразование
Миграция связующего
Свойства при выгорании
Информация по продуктам
6
6
7
7
8
Специальные керамические изделия
Прессование (матричное)
Шаблонное литье
Ленточное литье
Литье под давлением
Экструзия
Пластификация
Процесс экструзии
Сушка
Обжиг / спекание
9
9
10
10
11
11
11
11
11
Введение
Непластичный керамический материал может приобретать
пластичность, необходимую для придания ему формы, путем
добавления органических связующих. Связующие улучшают
технологичность материала и повышают его механическую
прочность.
Конечно, органические добавки также используются при
глазуровании и ангобировании керамических изделий для
предотвращения осаждения, а также для достижения
необходимых реологических свойств. Связующие улучшают
адгезию глазури или ангоба и препятствуют появлению
различных дефектов.
Органические связующие, описанные в данной брошюре,
являются временными добавками, которые выгорают при
обжиге до начала спекания керамической массы. Эти добавки
улучшают технологичность без ухудшения физических
свойств конечного керамического изделия.
Традиционные керамические изделия
• Традиционная керамическая продукция изготавливается из
природных минералов и глин.
• Конечный продукт имеет эстетическую и коммерческую
ценность
Специальные керамические изделия
• Специальные керамические изделия изготавливаются из
дорогостоящих, высокоочищенных порошковых сырьевых
материалов.
• Стоимость конечного продукта зависит от свойств и
качества изделия.
• Специальная “тонкодисперсная” керамика обладает
уникальными функциональными характеристиками.
•
Ассортимент продуктов
Компания Aqualon предлагает следующие продукты:
BLANOSE®
CULMINAL®
NATROSOL®
KLUCEL®
Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)
Метилцеллюлоза (МЦ)
Метилгидроксиэтилцеллюлоза (МГЭЦ)
Метилгидроксипропилцеллюлоза (МГПЦ)
Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ)
Гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ)
Данные продукты также производятся с чрезвычайно низким содержанием солей, различной
степенью размола и значениями вязкости. Свойства данных водорастворимых полимеров и их
функции в обычном процессе получения керамических изделий были протестированы в наших
современных научно-исследовательских центрах.
Продукты Aqualon применяются в следующих областях:
• литье под давлением
• шаблонное литье
• ленточное оитье
• пластификация / экструзия
• распылительная сушка / гранулирование
• реология (глазировочные покрытия)
Эфиры целлюлозы – это связующие, предназначенные для удержания водной фазы. Данное
свойство обеспечивает следующие преимущества:
при формовке
• придает пластичность непластичным материалам
• улучшает смазывание и скольжение
• снижает износ оборудования
• улучшает прочность влажной массы после экструзии (прочность сырца)
• улучшает механическую прочность после сушки (прочность неспеченного материала)
при сушке
• обеспечивает равномерную
контролируемую сушку
• предотвращает миграцию
термогелеобразующих целлюлозных
эфиров на поверхность во время сушки
• препятствует образованию трещин и
вздутий.
www.aqualon.com
Влияние связующих на
прочность сырца
Прочность сырца достигается путем
адсорбции связующих компонентов на
керамических частицах. На прочность сырца
воздействуют следующие факторы:
• концентрация связующего агента
• химическая природа связующего
• распределения связующего в составе
• смачиваемость поверхности керамического
материала
• адгезия связующего после сушки
• когезия внутри самого материала
• плотность порошка
• свойства водопоглащения связующего
Эти факторы в свою очередь зависят от типа
процесса формования (например: экструзии,
шаблонное литье, литье под давлением,
ленточное литье, распылительная сушка /
гранулирование).
Необходимый связующий компонент
выбирается, главным образом, на основе
следующих критериев:
• смешиваемость
• концентрация
• флоккуляция
• смазывание
• время высыхания и водоудержание
• практически полное выгорание
• хорошая растворимость
• низкое содержание волокон
• низкое содержание солей
• качественно однородное связующее
• адгезия и прочность
• эффективность.
Температурное
гелеобразование
Температурное гелеобразование – это термин,
используемый для описания быстрого набора вязкости,
вызванного повышением температуры. При понижении
температуры данный процесс носит обратимый
характер.
Процесс термо- гелеобразование наиболее ярко
выражен при использовании МЦ, но также имеет место
при использовании МГЭЦ и МГПЦ.
Прочность геля и точка гелеобразования зависят от
различных параметров, перечисленных ниже.
Свойства эфиров целлюлозы
↑ молекулярный вес
↑ степень замещения
↑ замещение оксипропильными
группами
↑ замещение оксиэтильными группами
↑ концентрация
проч-сть
геля
водоудер
-жание
влажная
проч-сть
Гелеобраз / t
↑
↑
↓
↑
↑
↑
↑
↓
↓
→
↓
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↓
Кривая гелеобразования МГПЦ Culminal®
Миграция связующего
Свойства при обжиге
В процессе изготовления керамических изделий
очень важно чтобы связующее равномерно
распределялось в массе до момента спекания. По
мере высыхания массы, миграция воды на
поверхность массы создает капиллярный эффект,
который переносит связующее со слабыми
показателями гелеобразования на поверхность
керамической массы.
Данная миграция может вызвать образование пор
или пузырей на поверхности керамической массы
при выгорании, и в большей мере снижение
прочности керамического изделия.
Благодаря органической структуре, неионные эфиры
целлюлозы практически полностью выгорают. В
кислородной среде, полное выгорание происходит до
6000С. При так же условиях в инертной среде выгорает
80 – 90% связующего. Более длительное время нагрева
при высоких температурах необходимо для полного
сгорания.
Миграция связующего может быть снижена за счет:
• использования высоковязких типов эфиров
целлюлозы
• меньшего использования жидкости и уменьшения
взаимосвязанных водных каналов
• использования термо- гелеобразующих
связующих
• использования тонкодисперных порошков
Эфиры целлюлозы компании Aqualon представляют
собой очень эффективные добавки для
предотвращения миграции.
Продукт Culminal при повышении температуры
образует гели, которые создают молекулярную сеть
внутри керамического материала.
Продукты Natrosol и Klucel создают высокую
локализированную вязкость вокруг керамических
частиц, препятствуя миграции связующего.
Пониженная миграция связующего приводит к
медленному, контролируемому высыханию влажной
керамической массы.
Поведение МГПЦ Culminal® при обжиге
Информация по продуктам
Целлюлоза – полисахарид, состоящий из ангидроглюкозных звеньев, соединенных посредством βгликозидных связей. В промышленности эфиры
целлюлозы это алкил-, алкилгидроксиалкил-,
гидроксиалкил- и карбоксиалкил- эфиры, полученные из целлюлозы.
Эфиры целлюлозы образованы путем замещения
гидроксильными группами. Использование одного
агента этерификации в процессе замещения
приводит к образованию простого эфира целлюлозы, тогда как использование нескольких реагентов приводит к образованию смешанных эфиров
целлюлозы.
Эфиры целлюлозы подразделяются на ионные и
неионные. Ионные эфиры целлюлозы, например,
продукт BLANOSE (натрий- карбоксиметилцеллюлоза) содержат электрически заряженные
заместители. Неионные эфиры целлюлозы, такие
как CULMINAL (метилцеллюлоза) и NATROSOL
(гидроксиэтилцеллюлоза) имеют нейтрально
заряженные заместители. Смешанные эфиры с
ионными и неионными заместителями классифицируются в зависимости от их преобладающих
свойств.
Количество замещенных гидроксильных групп на
ангидроглюкозное звено выражается как СЗ (степень замещения). СЗ может варьироваться от 0 до
3. Как и все другие реакции, эта реакция протекает
неравномерно по всей полимерной цепочке.
Поэтому степень замещения определяется как
средняя величина во всей полимерной цепочке и
выражается как средняя степень замещения.
Замещение эфиров целлюлозы (пример: СЗ=1,5)
Тип эфира целлюлозы – “R”
МЦ
МГЭЦ
МГПЦ
ГПЦ
ГЭЦ
КМЦ
Метил (-СН3)
Метил (-СН3) + гидроксиэтил (-СН2 -СН2 -ОH)
Метил (-СН3) гидроксипропил (-СН2 -СН(ОH) -СН3)
Гидроксипропил (-СН2 -СН(ОH) -СН3)
Гидроксиэтил (-СН2 -СН2 -ОH)
Карбоксиметил (-СН2 -СОО -Na+)
CULMINAL
T гелеобразования 0С
Точка флоккулирования, t, 0С
Температура распада, 0С
Обычное содержание золы, %
(по весу)
Растворимость в холодной воде
Растворимость в органических
растворителях
KLUCEL
NATROSOL
BLANOSE
МЦ
МГЭЦ
МГПЦ
ГПЦ
ГЭЦ
КМЦ
40 – 70
50 – 70
220 – 270
60 – 90
70 – 90
220 – 270
50 – 90
60 – 90
220 – 270
45
220 – 270
220 – 270
220 – 270
0,1 – 1
0,5 – 1
0,5 – 1
0,1 – 1,5
0,1 – 5,5
20 – 30
Да
Да
Да
Да
Да
Да
Нет
Нет
Да
Да
Нет
Нет
Матричное прессование
Шаблонное литье
Изготовление изделий путем матричного
прессования можно разделит на два этапа:
1. Гранулирование
2. Прессование
Керамическая суспензия заливается в пористую форму,
которая всасывает воду с контактной поверхности.
В итоге, в форме получается жесткий слой
керамического материала.
Функциональность
Функциональность
1. Гранулирование.
Эфиры целлюлозы используются для
стабилизации керамического шликера, не
повышая при этом сильно его вязкость.
Полученные гранулы будут обдадать
повышенной внутренней силой.
Связующие используются для стабилизации заготовки.
2. Прессование.
В процессе прессования связующее
используется для повышения силы
спрессованной керамической массы.
(Пресс)
(Пресс-форма)
(Порошок)
(Пресс)
Рекомендуемые низковязкие продукты Aqualon:
КМЦ:
ГЭЦ:
МГП
Ц:
BLANOSE Refined CMC 7 L (для примера)
NATROSOL 250 L (для примера)
CULMINAL MHPC 50 и MHPC 100 (для примера)
Процент ввода: 0,5 – 1% (по весу)
Рекомендуемые средневязкие продукты Aqualon:
КМЦ:
МЦ:
ГЭЦ:
BLANOSE Refined CMC 7 M (для примера)
CULMINAL MHPC 500 PF (для примера)
NATROSOL 250 G или M (для примера)
Процент ввода: 0,5% (по весу)
Ленточное литье
Литье под давлением
Компоненты механически диспергированы с
помощью расжижителя. Добавляются связующие и
суспезия гомогенизируется в шаровой мельнице.
После удаления воздуха вакуумом и после
корректировки вязкости, суспензия дозированно
подается на ленту (с помощью ракельного ножа).
Шликерный слой высушивается воздухом и, затем,
изделие удаляется с ленты.
Керамический порошок смешивается со связующим при
температуре 120 – 170 0С. Затем смесь охлаждается и
гранулируется. Гранулированный материал подается в
установку для литья под давлением, где эта масса
нагревается в цилиндре впрыска и, затем, распыляется.
Функциональность
Эфиры целлюлозы:
• обеспечивают прочность сырца (неспеченного
материала), а также придают эластичность
тонкослойным и хрупким неспеченным изделиям
• улучшают состояние материала при сушке
• позволяют проводить контролируемую сушку
керамических изделий
Рекомендуемые низковязкие продукты Aqualon:
ГЭЦ:
МГПЦ:
NATROSOL 250 L (для примера)
CULMINAL MHPC 100 (для примера)
Процент ввода: 6 – 7% (по весу)
Функциональность
• Керамический материал должен быть
термопластичным.
• Эфир целлюлозы используется для создания
термопластичной массы, которая распыляется в
последующем процессе формования.
Термопластичные связующие, используемые в данном
процессе должны обладать следующими свойствами:
• обратимыми термо- свойствами
• термопластичностью
• широким диапазоном температуры выгорания (100 –
400 0С)
Рекомендуемые высоковязкие продукты Aqualon:
ГПЦ:
МГПЦ:
KLUCEL H (для примера)
CULMINAL MHPC 20.000 S (для примера)
Процент ввода: 5 – 20% (по весу)
Экструзия
Применение в традиционной керамике
Процедура
• декоративная плитка
• кровельные профили
• гончарные керамические изделия
Применение в промышленной керамике
1. Пластификация
• Сухую смесь смешивают с водой до получения
однородного пластичного материала.
• Благодаря трению во время процесса смешивания,
температура керамической массы возрастает
• реакторные трубы
• сотообразные керамические изделия для
автомобильных каталитических нейтрализаторов
• фильтры для расплавленного металла
2. Экструзия
• Однородная пластичная масса экструдируется через
специальное отверстие (трафарет) и формирует
керамическое изделие.
Процесс экструзии можно разделить на 4 этапа:
3. Сушка
• Вода удаляется из керамического изделия
• После сушки экструдированная керамическая
заготовка набирает достаточную прочность
(прочность неспеченного материала).
1.
2.
3.
4.
Пластификация
Экструзия
Сушка
Обжиг / спекание
4. Обжиг / спекание
• Эфиры целлюлозы выгорают.
Функциональность
В специальных керамических изделиях продукты
Aqualon обеспечивают хорошие свойства при
выгорании, а также:
• хорошую пластичность керамических материалов
• высокую прочность (неспеченного материала), в том
числе влажной заготовки
• высокое водоудержание
Рекомендуемые продукты Aqualon (от средне- до
высоковязких типов):
Специально разработанные типы МГПЦ
CULMINAL MHPC
Для более подробной информации посетите наш вэб-сайт www.aqualon.com
Или наши офисы:
Hercules International Limited
Aqualon Division
Veraartlaan 8
NL-2288 GM Rijswijk
P.O. Box 5822
NL-2280 HV Rijswijk
THE NETHERLANDS
Tel. : +31 70 - 307-1066
Fax : +31 70 - 390-4526
specialtiesEMA@herc.com
Hercules Incorporated
Aqualon Division
Hercules Plaza
1313 North Market Street
Wilmington, DE 19894-0001
USA
Tel. : +1 302 - 345 0447
Fax : +1 302 - 992 7287
Hercules Moscow
Block 22. Business Center “Nowo
Spasskiy Dvor”
7 Derbenevskay Nab.
115114 Moscow
RUSSIA
Tel. : +7 495 935 72 77
Fax : +7 495 931 95 24
Hercules GmbH
Aqualon Division
Paul-Thomas-Strasse 56
D-40599 Düsseldorf
GERMANY
Tel. : +49 211 - 7491-0
Fax : +49 211 - 7491-200
Hercules Polska Sp. z o.o
ul. Migdalowa 4
Pl-02-796 Warsaw
POLAND
Tel. : +48 22 - 645 1286/7
Fax : +48 22 - 645 1289
Hercules CZ spol s.r.o
Na V´yspe 22
CZ-147 00 Prague 4
CZECH REPUBLIC
Tel. : + 420 2 - 4400 1295
Fax : + 420 2 - 4447 1912
Hercules Chemicals Singapore Pte. Ltd
Aqualon Division
200 Pandan Loop
#07-01 Pantech 21
SINGAPORE 128388
Tel. : +65 6775 5366
Fax : +65 6776 9690
62.145-E1
09/2006
Hercules Italia S.p.A.
Aqualon Division
Via Bondanello 15
P.O. Box 1726
I-40013 Castelmaggiore
(Bologna)
ITALY
Tel. : +39 051 - 715 333
Fax : +39 051 - 714 734
Hércules Química S.A.
Aqualon Division
Carretera de Valencia, 5/9
P.O. Box 32
E-43080 Tarragona
SPAIN
Tel. : +34 977 - 558 800
Fax : +34 977 - 558 814
62.145-Е1
09/2006
Фирма Геркулес не рекомендует применение ее продуктов в тех
случаях, когда могут быть нарушены патентные или другие права.