En el mortero premezclado, la cantidad de éter de celulosa añadida es muy baja, pero puede mejorar significativamente el rendimiento del mortero húmedo, y es un aditivo principal que afecta el rendimiento constructivo del mortero. La selección adecuada de éteres de celulosa de diferentes variedades, viscosidades, tamaños de partícula, grados de viscosidad y cantidades añadidas tendrá un impacto positivo en la mejora del rendimiento del mortero seco en polvo. Actualmente, muchos morteros para mampostería y enlucido tienen un rendimiento deficiente en retención de agua, y la lechada de agua se separa después de unos minutos de reposo. La retención de agua es un rendimiento importante del éter de metilcelulosa, y también es un rendimiento al que muchos fabricantes nacionales de mortero seco en polvo, especialmente aquellos en regiones del sur con altas temperaturas, prestan atención. Los factores que afectan el efecto de retención de agua del mortero seco en polvo incluyen la cantidad de MC añadida, la viscosidad de MC, la finura de las partículas y la temperatura del entorno de uso.
1. Concepto
éter de celulosaEs un polímero sintético obtenido a partir de celulosa natural mediante modificación química. El éter de celulosa es un derivado de la celulosa natural. Su producción difiere de la de los polímeros sintéticos. Su materia prima básica es la celulosa, un compuesto polimérico natural. Debido a la particularidad de la estructura de la celulosa natural, esta no reacciona con agentes de eterificación. Sin embargo, tras el tratamiento con un agente de hinchamiento, se rompen los fuertes enlaces de hidrógeno entre las cadenas moleculares, liberando grupos hidroxilo que se convierten en celulosa alcalina reactiva. Así se obtiene el éter de celulosa.
Las propiedades de los éteres de celulosa dependen del tipo, número y distribución de los sustituyentes. La clasificación de los éteres de celulosa también se basa en el tipo de sustituyentes, el grado de eterificación, la solubilidad y las propiedades de aplicación relacionadas. Según el tipo de sustituyentes en la cadena molecular, se pueden dividir en monoéteres y éteres mixtos. El MC que usamos habitualmente es un monoéter, y el HPMC es un éter mixto. El éter de metilcelulosa (MC) es el producto después de que el grupo hidroxilo en la unidad de glucosa de la celulosa natural se sustituye por un metoxi. Es un producto obtenido al sustituir una parte del grupo hidroxilo en la unidad con un grupo metoxi y otra parte con un grupo hidroxipropilo. La fórmula estructural es [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. El éter de hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) son las principales variedades ampliamente utilizadas y vendidas en el mercado.
En cuanto a su solubilidad, se pueden dividir en iónicos y no iónicos. Los éteres de celulosa no iónicos solubles en agua se componen principalmente de dos series: éteres alquílicos e éteres hidroxialquílicos. La CMC iónica se utiliza principalmente en detergentes sintéticos, impresión y teñido de textiles, alimentos y exploración petrolera. La MC no iónica, HPMC, HEMC, etc., se utiliza principalmente en materiales de construcción, recubrimientos de látex, medicamentos, productos químicos de uso diario, etc., como espesante, agente de retención de agua, estabilizador, dispersante y agente formador de película.
2. Retención de agua del éter de celulosa
Retención de agua del éter de celulosa: En la producción de materiales de construcción, especialmente mortero en polvo seco, el éter de celulosa desempeña un papel insustituible, sobre todo en la producción de mortero especial (mortero modificado), donde es un componente indispensable e importante.
El papel importante del éter de celulosa soluble en agua en el mortero tiene principalmente tres aspectos: uno es su excelente capacidad de retención de agua, otro es su influencia en la consistencia y tixotropía del mortero, y el tercero es su interacción con el cemento. El efecto de retención de agua del éter de celulosa depende de la absorción de agua de la capa base, la composición del mortero, el espesor de la capa de mortero, la demanda de agua del mortero y el tiempo de fraguado del material de fraguado. La retención de agua del propio éter de celulosa proviene de su solubilidad y deshidratación. Como es sabido, aunque la cadena molecular de la celulosa contiene una gran cantidad de grupos OH altamente hidratables, no es soluble en agua debido a que la estructura de la celulosa tiene un alto grado de cristalinidad.
La capacidad de hidratación de los grupos hidroxilo por sí sola no es suficiente para cubrir los fuertes enlaces de hidrógeno y las fuerzas de van der Waals entre las moléculas. Por lo tanto, solo se hincha pero no se disuelve en agua. Cuando se introduce un sustituyente en la cadena molecular, no solo el sustituyente destruye la cadena de hidrógeno, sino que también se destruye el enlace de hidrógeno intercatenario debido a la cuña del sustituyente entre cadenas adyacentes. Cuanto mayor sea el sustituyente, mayor será la distancia entre las moléculas. Cuanto mayor sea la distancia, mayor será el efecto de destrucción de los enlaces de hidrógeno, el éter de celulosa se vuelve soluble en agua después de que la red de celulosa se expande y la solución entra, formando una solución de alta viscosidad. Cuando la temperatura aumenta, la hidratación del polímero se debilita y el agua entre las cadenas es expulsada. Cuando el efecto de deshidratación es suficiente, las moléculas comienzan a agregarse, formando una estructura de red tridimensional en forma de gel que se despliega.
Entre los factores que afectan a la retención de agua del mortero se incluyen la viscosidad del éter de celulosa, la cantidad añadida, la finura de las partículas y la temperatura de uso.
Cuanto mayor sea la viscosidad del éter de celulosa, mejor será su capacidad de retención de agua. La viscosidad es un parámetro importante del rendimiento de la MC. Actualmente, los distintos fabricantes de MC utilizan diferentes métodos e instrumentos para medir su viscosidad. Los principales métodos son Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde y Brookfield, entre otros. Para un mismo producto, los resultados de viscosidad medidos con diferentes métodos varían considerablemente, llegando incluso a duplicarse en algunos casos. Por lo tanto, al comparar la viscosidad, es fundamental utilizar el mismo método de prueba, incluyendo la temperatura, el rotor, etc.
En general, cuanto mayor sea la viscosidad, mejor será la retención de agua. Sin embargo, cuanto mayor sea la viscosidad y el peso molecular de la MC, menor será la solubilidad, lo que repercutirá negativamente en la resistencia y el rendimiento constructivo del mortero. A mayor viscosidad, más evidente será el efecto espesante del mortero, aunque no de forma directamente proporcional. Una mayor viscosidad se traduce en un mortero húmedo más viscoso, lo que se manifiesta durante la construcción como adherencia a la espátula y alta adherencia al sustrato. Sin embargo, esto no contribuye a aumentar la resistencia estructural del mortero húmedo. Durante la construcción, su resistencia al descuelgue no es evidente. Por el contrario, algunos éteres de metilcelulosa modificados, de viscosidad media y baja, presentan un excelente rendimiento en la mejora de la resistencia estructural del mortero húmedo.
Cuanto mayor sea la cantidad de éter de celulosa añadida al mortero, mejor será su capacidad de retención de agua, y cuanto mayor sea la viscosidad, mejor será su capacidad de retención de agua.
En cuanto al tamaño de partícula, cuanto más fina sea, mejor será la retención de agua. Cuando las partículas grandes de éter de celulosa entran en contacto con el agua, la superficie se disuelve inmediatamente y forma un gel que envuelve el material, impidiendo que las moléculas de agua sigan filtrándose. En ocasiones, no se dispersa ni se disuelve uniformemente incluso tras una agitación prolongada, lo que da lugar a una solución floculenta turbia o aglomeración. Esto afecta considerablemente a la retención de agua del éter de celulosa, y la solubilidad es uno de los factores a tener en cuenta al elegirlo.
La finura también es un índice de rendimiento importante del éter de metilcelulosa. El MC utilizado para mortero en polvo seco debe ser en polvo, con bajo contenido de agua, y la finura también requiere que entre el 20 % y el 60 % del tamaño de partícula sea inferior a 63 µm. La finura afecta la solubilidad del éter de metilcelulosa. El MC grueso suele ser granular y se disuelve fácilmente en agua sin aglomerarse, pero la velocidad de disolución es muy lenta, por lo que no es adecuado para su uso en mortero en polvo seco. En el mortero en polvo seco, el MC se dispersa entre los agregados, los rellenos finos y el cemento y otros materiales cementantes. Solo un polvo suficientemente fino puede evitar la aglomeración del éter de metilcelulosa al mezclarlo con agua. Cuando se añade MC con agua para disolver los aglomerados, es muy difícil dispersarlo y disolverlo.
El mortero de áridos gruesos no solo supone un desperdicio, sino que también reduce la resistencia local del mortero. Al aplicar este tipo de mortero seco en una superficie extensa, la velocidad de curado local se reduce considerablemente y aparecen fisuras debido a los diferentes tiempos de curado. En el caso del mortero proyectado mediante construcción mecánica, la finura requerida es mayor debido al menor tiempo de mezclado.
La finura de la MC también influye en su capacidad de retención de agua. En general, para éteres de metilcelulosa con la misma viscosidad pero diferente finura, con la misma cantidad añadida, cuanto más fina sea la partícula, mejor será el efecto de retención de agua.
La retención de agua del MC también está relacionada con la temperatura utilizada, y la retención de agua del éter de metilcelulosa disminuye con el aumento de la temperatura. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, el mortero en polvo seco se aplica con frecuencia sobre sustratos calientes a altas temperaturas (superiores a 40 grados) en diversos entornos, como el enlucido de paredes exteriores bajo el sol en verano, lo que suele acelerar el curado del cemento y el endurecimiento del mortero en polvo seco. La disminución de la tasa de retención de agua provoca que tanto la trabajabilidad como la resistencia al agrietamiento se vean afectadas, por lo que resulta fundamental reducir la influencia de la temperatura en estas condiciones.
Aunque los aditivos de éter de metilhidroxietilcelulosa se consideran actualmente a la vanguardia del desarrollo tecnológico, su dependencia de la temperatura sigue provocando un debilitamiento del rendimiento del mortero en polvo seco. Si bien se aumenta la cantidad de metilhidroxietilcelulosa (fórmula de verano), la trabajabilidad y la resistencia al agrietamiento no satisfacen las necesidades de uso. Mediante un tratamiento especial del MC, como el aumento del grado de eterificación, se puede mantener el efecto de retención de agua a temperaturas más elevadas, lo que permite un mejor rendimiento en condiciones adversas.
3. Espesamiento y tixotropía del éter de celulosa
Espesamiento y tixotropía del éter de celulosa: La segunda función del éter de celulosa —el efecto espesante— depende del grado de polimerización del éter de celulosa, la concentración de la solución, la velocidad de cizallamiento, la temperatura y otras condiciones. La propiedad gelificante de la solución es única para la alquilcelulosa y sus derivados modificados. Las propiedades de gelificación están relacionadas con el grado de sustitución, la concentración de la solución y los aditivos. Para los derivados modificados con hidroxialquilo, las propiedades del gel también están relacionadas con el grado de modificación del hidroxialquilo. Se puede preparar una solución al 10%-15% para MC y HPMC de baja viscosidad, una solución al 5%-10% para MC y HPMC de viscosidad media, y una solución al 2%-3% solo para MC y HPMC de alta viscosidad. Por lo general, la clasificación de viscosidad del éter de celulosa también se gradúa por solución al 1%-2%.
El éter de celulosa de alto peso molecular tiene una alta eficiencia de espesamiento. Los polímeros con diferentes pesos moleculares tienen diferentes viscosidades en la misma solución de concentración. Alto grado. La viscosidad objetivo solo se puede lograr agregando una gran cantidad de éter de celulosa de bajo peso molecular. Su viscosidad tiene poca dependencia de la velocidad de cizallamiento, y la alta viscosidad alcanza la viscosidad objetivo, requiriendo menos adición, y la viscosidad depende de la eficiencia de espesamiento. Por lo tanto, para lograr una cierta consistencia, se debe garantizar una cierta cantidad de éter de celulosa (concentración de la solución) y viscosidad de la solución. La temperatura de gelificación de la solución también disminuye linealmente con el aumento de la concentración de la solución, y gelifica a temperatura ambiente después de alcanzar una cierta concentración. La concentración de gelificación de HPMC es relativamente alta a temperatura ambiente.
La consistencia también se puede ajustar eligiendo el tamaño de partícula y seleccionando éteres de celulosa con diferentes grados de modificación. La modificación consiste en introducir un cierto grado de sustitución de grupos hidroxialquilo en la estructura del esqueleto de la MC. Al cambiar los valores de sustitución relativos de los dos sustituyentes, es decir, los valores de sustitución relativos DS y ms de los grupos metoxi e hidroxialquilo, como solemos decir, se pueden obtener diferentes requisitos de rendimiento del éter de celulosa modificando dichos valores.
La relación entre consistencia y modificación: la adición de éter de celulosa afecta el consumo de agua del mortero, cambiando la relación agua-aglutinante de agua y cemento es el efecto espesante, cuanto mayor sea la dosificación, mayor será el consumo de agua.
Los éteres de celulosa utilizados en materiales de construcción en polvo deben disolverse rápidamente en agua fría y proporcionar la consistencia adecuada para el sistema. Si se les aplica una determinada velocidad de cizallamiento, se vuelven floculantes y forman bloques coloidales, lo que resulta en un producto de calidad inferior.
También existe una buena relación lineal entre la consistencia de la pasta de cemento y la dosificación de éter de celulosa. El éter de celulosa puede aumentar considerablemente la viscosidad del mortero. Cuanto mayor sea la dosificación, más evidente será el efecto. La solución acuosa de éter de celulosa de alta viscosidad presenta una alta tixotropía, que es también una característica principal del éter de celulosa. Las soluciones acuosas de polímeros MC suelen tener una fluidez pseudoplástica y no tixotrópica por debajo de su temperatura de gelificación, pero propiedades de flujo newtoniano a bajas velocidades de cizallamiento. La pseudoplasticidad aumenta con el peso molecular o la concentración del éter de celulosa, independientemente del tipo de sustituyente y el grado de sustitución. Por lo tanto, los éteres de celulosa del mismo grado de viscosidad, ya sean MC, HPMC o HEMC, siempre exhibirán las mismas propiedades reológicas siempre que la concentración y la temperatura se mantengan constantes.
Los geles estructurales se forman al elevar la temperatura, produciéndose flujos altamente tixotrópicos. Los éteres de celulosa de alta concentración y baja viscosidad presentan tixotropía incluso por debajo de la temperatura de gelificación. Esta propiedad resulta muy beneficiosa para el ajuste de la nivelación y el hundimiento en la construcción de mortero. Cabe explicar que cuanto mayor sea la viscosidad del éter de celulosa, mejor será su retención de agua; sin embargo, a mayor viscosidad, mayor será el peso molecular relativo del éter de celulosa y, por consiguiente, menor su solubilidad, lo que repercute negativamente en la concentración del mortero y en el rendimiento constructivo. A mayor viscosidad, más evidente será el efecto espesante sobre el mortero, aunque no de forma totalmente proporcional. Algunos éteres de celulosa modificados, de viscosidad media y baja, presentan un mejor rendimiento en la mejora de la resistencia estructural del mortero húmedo. Con el aumento de la viscosidad, mejora la retención de agua del éter de celulosa.
4. Retraso del éter de celulosa
Retraso del éter de celulosa: La tercera función del éter de celulosa es retrasar el proceso de hidratación del cemento. El éter de celulosa confiere al mortero diversas propiedades beneficiosas, además de reducir el calor de hidratación inicial del cemento y retrasar su dinámica. Esto resulta desfavorable para el uso del mortero en regiones frías. Este efecto retardador se debe a la adsorción de las moléculas de éter de celulosa sobre productos de hidratación como el CSH y el Ca(OH)₂. Debido al aumento de la viscosidad de la solución de poros, el éter de celulosa reduce la movilidad de los iones en la solución, retrasando así el proceso de hidratación.
Cuanto mayor sea la concentración de éter de celulosa en el material de gel mineral, más pronunciado será el efecto retardante de la hidratación. El éter de celulosa no solo retrasa el fraguado, sino también el proceso de endurecimiento del sistema de mortero de cemento. El efecto retardante del éter de celulosa depende no solo de su concentración en el sistema de gel mineral, sino también de su estructura química. Cuanto mayor sea el grado de metilación del HEMC, mejor será el efecto retardante del éter de celulosa. Cuanto mayor sea la proporción de sustitución hidrófila respecto a la sustitución que aumenta la absorción de agua, mayor será el efecto retardante. Sin embargo, la viscosidad del éter de celulosa tiene poca influencia en la cinética de hidratación del cemento.
Con el aumento del contenido de éter de celulosa, el tiempo de fraguado del mortero se incrementa significativamente. Existe una buena correlación no lineal entre el tiempo de fraguado inicial del mortero y el contenido de éter de celulosa, y una buena correlación lineal entre el tiempo de fraguado final y el contenido de éter de celulosa. Podemos controlar el tiempo de fraguado del mortero modificando la cantidad de éter de celulosa.
En resumen, en mortero premezclado,éter de celulosaDesempeña un papel importante en la retención de agua, el espesamiento, el retraso en la hidratación del cemento y la mejora del rendimiento constructivo. Una buena capacidad de retención de agua permite una hidratación más completa del cemento, mejora la viscosidad del mortero húmedo, aumenta la adherencia y permite ajustar el tiempo de fraguado. La adición de éter de celulosa al mortero para proyección mecánica mejora el rendimiento de la proyección o el bombeo, así como la resistencia estructural del mortero. Por lo tanto, el éter de celulosa se utiliza ampliamente como aditivo importante en el mortero premezclado.
Fecha de publicación: 28 de abril de 2024