Механизм действия и факторы влияния эфира целлюлозы на цементный раствор

Аннотация: Эфир целлюлозы позволяет значительно улучшить свойства цементного раствора по водоудержанию, загущению, замедлению схватывания и воздухововлечению. Вводя химическую структуру и эксплуатационные характеристики эфира целлюлозы, обсуждается механизм действия эфира целлюлозы в цементном растворе и анализируются некоторые проблемы практического применения.

Ключевые слова: Механизм эфира целлюлозы, влияющие факторы.

Эфир целлюлозы является широко используемой полимерной добавкой в цементном растворе в строительстве. Это производное целлюлозы, полученное путем использования целлюлозы из дерева и хлопка, взаимодействия с каустической содой и последующей этерификации с помощью этерифицирующего агента. Эфир целлюлозы полностью диспергируется в воде с образованием прозрачной вязкой жидкости. После добавления цемента в небольшом количестве (менее 1% по массе) он может улучшить характеристики текучести и коагуляции цементного раствора, поэтому он широко используется в области строительных материалов. Существует много разновидностей и спецификаций эфира целлюлозы, и в некоторых статьях изучалось влияние различных типов и количеств эфира целлюлозы на свойства цементного раствора. Однако хороших справочных материалов о том, как выбирать эфиры целлюлозы различных разновидностей и спецификаций, не существует.

1. Основная роль эфира целлюлозы в материалах на основе цемента.

1.1 В качестве водоудерживающего агента и загустителя

Поскольку атом кислорода в гидроксильной группе и эфирная связь связываются с молекулой воды с образованием водородной связи, свободная вода становится связанной водой, поэтому эфир целлюлозы можно использовать в качестве водоудерживающего агента. Водоудерживающий эффект эфира целлюлозы может предотвратить слишком быстрое поглощение субстратом слишком большого количества воды и препятствовать испарению воды, чтобы обеспечить достаточное количество воды при гидратации цемента. В качестве примера возьмем операцию по оштукатуриванию. Когда на поверхность основания наносится обычный цементный раствор, сухое и пористое основание быстро поглощает большое количество воды из раствора, и слой цементного раствора, близкий к основанию, легко теряет свою гидратацию. Следовательно, не только цементный гель с прочностью сцепления не может образоваться на поверхности основания, но также легко вызвать деформацию и просачивание воды, так что поверхностный слой цементного раствора легко отваливается. Когда затирка нанесена тонкой, также легко образуются трещины во всей затирке. Поэтому в прошлом при оштукатуривании основание обычно сначала смачивалось водой. Но эта операция не только трудоемкая и длительная, но и качество операции сложно контролировать.

Вообще говоря, водоудержание цементного раствора увеличивается с увеличением содержания эфира целлюлозы. Чем больше вязкость (молекулярная масса) добавленного эфира целлюлозы, тем лучше удерживание воды. Эфир целлюлозы может увеличить вязкость жидкости, поэтому его можно использовать в качестве загустителя. Он играет важную роль в красках, латексных красках и цементных растворах. Фактически эфир целлюлозы действует как защитный коллоид, препятствующий флокуляции твердых частиц. Цементный раствор с добавлением эфира целлюлозы имеет более высокую вязкость, раствор не легко расслаивается, а общее время и строительные операции, необходимые для процесса смешивания, меньше, что улучшает удобоукладываемость и строительные характеристики раствора. Кроме того, раствор с эфиром целлюлозы имеет определенный предел текучести при растекании, что может улучшить противоусадочную способность раствора, помочь уменьшить проскальзывание плитки, приклеенной к вертикальной стене, и уменьшить потери плиточного клея. . Дозировка.

Водоудерживающий и загущающий эффект эфира целлюлозы в основном зависит от вязкости (т.е. молекулярной массы) и количества самого эфира целлюлозы, добавляемого в цементный раствор. Вязкость самого эфира целлюлозы представлена вязкостью водного раствора эфира целлюлозы при 20°С с массовой долей 2% в вискозиметре Брукфильда при 20 оборотах в минуту. Чем выше степень полимеризации (или больше молекулярная масса), тем больше вязкость эфира целлюлозы.

Вязкость свежесмешанного строительного раствора с эфиром целлюлозы связана не только с молекулярной массой (вязкостью) и дозировкой эфира целлюлозы, но также связана с характеристиками растворимости эфира целлюлозы. Поскольку вязкость эфира целлюлозы может быть полностью выражена только тогда, когда эфир целлюлозы полностью растворен, вязкость раствора эфира целлюлозы постепенно увеличивается в течение определенного периода времени после начала перемешивания, а время достижения конечной вязкости увеличивается с ростом температуры. скорость растворения эфира целлюлозы. И укороченный. Это также является причиной того, что многие инструкции для сухих строительных смесей требуют, чтобы раствор выдерживался (отвердевал) в течение определенного периода времени после смешивания перед его использованием. Большинство эфиров целлюлозы, продаваемых на рынке, представлены в виде белого порошка, и степень измельчения порошка влияет на скорость изменения вязкости цементного раствора. Чем мельче частицы порошка, тем лучше растворимость полностью диспергированного эфира целлюлозы в воде и тем короче время, необходимое для достижения конечной вязкости, что сокращает время отверждения при стоянии. Кроме того, температура и значение pH также оказывают определенное влияние на функцию эфира целлюлозы. Эфир целлюлозы плохо растворяется в горячей воде, но легко растворяется в холодной воде. В процессе повышения температуры воды молекулы воды постепенно отрываются от оков гидроксильных групп; когда температура достигает определенного значения, молекулы воды становятся очень активными и больше не стабилизируются эфиром целлюлозы, так что последние взаимодействуют друг с другом. Образуется полимерный клубок запутывания. Температура, при которой возникает этот эффект, называется точкой гелеобразования. Когда температура водного раствора большинства эфиров целлюлозы ниже точки гелеобразования, чем ниже температура раствора, тем выше вязкость и тем очевиднее эффект удерживания воды и увеличения вязкости. Некоторые разновидности не имеют точки гелеобразования, например эфир карбоксиметилцеллюлозы и эфир гидроксиэтилцеллюлозы, которые растворяются как в холодной, так и в горячей воде. Когда значение pH находится в диапазоне от 3 до 11, благодаря его неионогенным свойствам вязкость эфира целлюлозы не сильно колеблется при изменении значения pH; только в сильной кислоте или сильной щелочи кислота и щелочь дегидратируют эфир целлюлозы, что приводит к снижению вязкости.

1.2 Другие функции

В дополнение к удержанию воды и загущению эфир целлюлозы также влияет на другие свойства цементного раствора, такие как замедление схватывания, вовлечение воздуха и увеличение прочности сцепления.

Эфир целлюлозы замедляет процесс схватывания и твердения цемента, тем самым продлевая время работы. Поэтому его иногда используют в качестве коагулянта. Эффект замедления мало связан с молекулярной массой эфира целлюлозы, а больше связан со степенью замещения алкильной группы. Чем меньше степень алкильного замещения, тем больше содержание гидроксила и тем очевиднее замедляющий эффект. Это правило существует в трех наиболее часто используемых эфирах целлюлозы — ГЭЦ, МГЭЦ и МГПЦ.

Эффект увеличения прочности сцепления проявляется в улучшении способности цементного раствора с добавлением эфира целлюлозы к невпитывающим основаниям, таким как стальная сетка и стекло. В основном это происходит из-за связывающего эффекта, обеспечиваемого вязкостью эфира целлюлозы, длинноцепочечного полимерного вещества.

Введение алкильных групп снижает поверхностную энергию водного раствора, содержащего эфир целлюлозы, поэтому эфир целлюлозы оказывает воздухововлекающее действие на цементный раствор. После добавления эфира целлюлозы в жидкость не только легко ввести пузырьки, но и прочность пузырьковой пленки выше, чем у пузырьков чистой воды, а дренажный эффект снижается, поэтому введенные пузырьки не могут быть сломаны, а пузыри не легко разряжаются. Воздухововлекающий эффект эфира целлюлозы отрицательно влияет на механическую прочность, поскольку он может создавать вредные пузырьки воздуха и снижать прочность на сжатие; но при использовании в качестве стабилизатора пены для приготовления пенобетона он может улучшить стабильность пены. Если вам нужно устранить пузырьки воздуха, вы можете добавить пеногаситель.

2. Влияющие факторы

Эфир целлюлозы используют как добавку к цементному раствору, и дозировка обычно не превышает 2% от массы цемента. Исследования эфира целлюлозы имеют давнюю историю в зарубежных странах. Например, компания Dow успешно разработала и вывела его на рынок еще в 1938 году. Однако производственный цикл ряда крупных производственных предприятий на территории относительно невелик, а фундаментальные исследования относительно слабы. Будь то заказчик или производитель, большая часть понимания эфира целлюлозы исходит из обобщения опыта в реальном процессе строительства.

2.1 Выбор сорта

Показатели эффективности эфира целлюлозы, предоставляемые поставщиками, обычно включают внешний вид, вязкость, степень замещения групп, крупность, чистоту, содержание влаги и значение pH и т. д., а также рекомендуемые области применения и дозировку. Тем не менее, между различными эфирами целлюлозы, используемыми в одной и той же области, все еще существуют большие различия. Испытание Ли Юхая на ударную вязкость различных типов строительного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, и двух типов модифицированного строительного раствора на основе латексного порошка показало, что ударная вязкость трех различных строительных растворов, модифицированных эфиром целлюлозы, с номинальной вязкостью 20000 мПа·с сильно различалась. Есть также некоторые различия в законах различных эфиров целлюлозы и различных латексных порошков, смешанных с модифицированным раствором. Однако структура и связанные с ней свойства этих эфиров целлюлозы в этой статье не сообщаются, поэтому причины этих различий не могут быть проанализированы.

Еще одно явление заключается в том, что у компании есть множество продуктов на основе эфира целлюлозы, и часто один продукт рекомендуется для нескольких целей. И наоборот, несколько продуктов часто рекомендуются для одной и той же цели, но нет причин для их рекомендации. Введения нет.

2.2 Вязкость

Прежде всего, чем выше вязкость эфира целлюлозы, тем меньшая массовая концентрация необходима для достижения той же вязкости его водного раствора. Например, если вязкость водного раствора составляет 10000 мПа·с, дозировка эфира целлюлозы с вязкостью 20000 составляет всего около 1,6%; при вязкости 12000 дозировка составляет около 1,8%; Около 5%. Другими словами, при использовании эфира целлюлозы с высокой вязкостью количество, необходимое для достижения такой же конечной вязкости, меньше, чем у эфира целлюлозы с низкой вязкостью. Однако если вязкость увеличивается ненамного, то и его дозировка уменьшается ненамного. Например, вязкость увеличивается с 12 000 до 20 000, а вязкость увеличивается на 80%. Количество для достижения вязкости 10000 снижается с 1,8% до 1,6%, что составляет всего 11%.

С другой стороны, эфиру целлюлозы с более высокой вязкостью (или молекулярной массой) потребуется больше времени, чтобы его водный раствор достиг конечной вязкости из-за более медленного растворения. Таким образом, раствору, приготовленному из эфира целлюлозы с более высокой вязкостью, требуется больше времени для достижения конечной вязкости, то есть требуется больше времени, чтобы стоять (или созревать) после перемешивания раствора. Например, для водного раствора метилгидроксипропилового эфира целлюлозы (МГПЦ) с вязкостью 20 000 мПа·с для достижения конечной вязкости требуется 40 минут. Однако нет экспериментальных данных о том, быстрее ли развивается вязкость в цементном растворе.

Наконец, в случае немодифицированных эфиров целлюлозы максимальная вязкость зависит от степени полимеризации целлюлозной массы, используемой для получения эфира целлюлозы. Например, степень полимеризации целлюлозы ели 600-1700, бука 800-1100. Среди всех видов целлюлозы степень полимеризации хлопковой массы является наибольшей, как правило, между 450 и 2650. Исходя из максимальной степени полимеризации 2650 и существующих данных о вязкости и степени полимеризации эфира метилцеллюлозы, соответствующая максимально возможная вязкость метилового эфира целлюлозы не должна превышать 150000. Поэтому автор скептически относится к утверждениям в некоторых корпоративных рекламных материалах о том, что эфир целлюлозы с вязкостью выше 180000 может производиться по требованиям потребителя.

2.3 Колебания качества

В тесте свойства разных партий эфира целлюлозы одной и той же марки сильно различаются. В тесте на консистенцию раствора с 0,6% эфира целлюлозы в цементе разные партии эфира целлюлозы могут изменить консистенцию раствора с той же пропорцией более чем на 12 мм. С одной стороны, такого рода колебания качества могут быть связаны с преднамеренной корректировкой формулы производителем, но без уведомления пользователя; с другой стороны, это может быть проблемой контроля качества продукции. Для большинства пользователей эфира целлюлозы, независимо от причины, предварительное тестирование до и после покупки по-прежнему важно. Среди показателей качества эфира целлюлозы наиболее часто используются вязкость и крупность. Измерение вязкости эфира целлюлозы — непростая задача. Во-первых, поскольку большая часть эфира целлюлозы, используемого в материалах на основе цемента, быстрорастворима, он легко агломерируется при приготовлении водного раствора, что приводит к медленному растворению; во-вторых, требуются вискозиметр и вискозиметр. Устройство постоянной температуры может точно определить его стандартную вязкость; поэтому многие малые и средние предприятия, использующие эфир целлюлозы, не имеют возможности проводить входной контроль эфира целлюлозы. Кроме того, тонкость помола будет влиять на скорость растворения эфира целлюлозы, что также повлияет на изменение вязкости раствора. Чем меньше степень помола, тем быстрее растворяется эфир целлюлозы, и вышеупомянутые различия между различными партиями эфира целлюлозы включают разницу в степени помола. Относительно легко контролировать тонкость, и рекомендуется, чтобы все прикладные компании проводили тестирование.

3. Резюме

С развитием сухих строительных смесей эфир целлюлозы стал важной добавкой к цементным растворам. Однако существует множество разновидностей и спецификаций эфира целлюлозы, и качество между партиями все еще колеблется. При его использовании необходимо обратить внимание на: (1) Эксплуатационные характеристики модифицированного строительного раствора тесно связаны с развитием вязкости эфира целлюлозы, хотя номинальная Для продуктов с высокой вязкостью конечная вязкость относительно велика, но из-за к медленному растворению требуется длительное время для получения конечной вязкости; кроме того, эфиру целлюлозы с крупными частицами требуется много времени для достижения конечной вязкости, поэтому продукты с более высокой вязкостью не обязаны иметь лучшие рабочие характеристики. (2) Из-за ограничения степени полимеризации сырья эфира целлюлозы максимальная вязкость эфира целлюлозы также ограничена. (3) Необходимо проверить покупку, производственный процесс и заводской контроль, чтобы избежать колебаний качества.