Pada mortar siap pakai, jumlah penambahan eter selulosa sangat rendah, tetapi dapat secara signifikan meningkatkan kinerja mortar basah, dan merupakan aditif utama yang memengaruhi kinerja konstruksi mortar. Pemilihan eter selulosa yang tepat dari berbagai jenis, viskositas yang berbeda, ukuran partikel yang berbeda, tingkat viskositas yang berbeda, dan jumlah penambahan akan berdampak positif pada peningkatan kinerja mortar bubuk kering. Saat ini, banyak mortar untuk pasangan bata dan plesteran memiliki kinerja retensi air yang buruk, dan bubur air akan terpisah setelah beberapa menit didiamkan. Retensi air adalah kinerja penting dari eter metil selulosa, dan juga merupakan kinerja yang diperhatikan oleh banyak produsen mortar campuran kering domestik, terutama yang berada di wilayah selatan dengan suhu tinggi. Faktor-faktor yang memengaruhi efek retensi air mortar campuran kering meliputi jumlah MC yang ditambahkan, viskositas MC, kehalusan partikel, dan suhu lingkungan penggunaan.
1. Konsep
Selulosa eter adalah polimer sintetis yang dibuat dari selulosa alami melalui modifikasi kimia. Selulosa eter merupakan turunan dari selulosa alami. Produksi selulosa eter berbeda dari polimer sintetis. Bahan dasarnya adalah selulosa, senyawa polimer alami. Karena kekhasan struktur selulosa alami, selulosa itu sendiri tidak memiliki kemampuan untuk bereaksi dengan zat eterifikasi. Namun, setelah perlakuan dengan zat pembengkakan, ikatan hidrogen yang kuat antara rantai molekul dihancurkan, dan pelepasan aktif gugus hidroksil menjadikan selulosa alkali reaktif. Sehingga diperoleh selulosa eter.
Sifat-sifat eter selulosa bergantung pada jenis, jumlah, dan distribusi substituen. Klasifikasi eter selulosa juga didasarkan pada jenis substituen, derajat eterifikasi, kelarutan, dan sifat aplikasi terkait. Menurut jenis substituen pada rantai molekul, dapat dibagi menjadi monoeter dan eter campuran. MC yang biasa kita gunakan adalah monoeter, dan HPMC adalah eter campuran. Metil selulosa eter (MC) adalah produk setelah gugus hidroksil pada unit glukosa selulosa alami digantikan oleh gugus metoksi. Ini adalah produk yang diperoleh dengan mengganti sebagian gugus hidroksil pada unit dengan gugus metoksi dan bagian lainnya dengan gugus hidroksipropil. Rumus strukturnya adalah [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. Hidroksietil metil selulosa eter (HEMC) adalah varietas utama yang banyak digunakan dan dijual di pasaran.
Dari segi kelarutan, dapat dibagi menjadi ionik dan non-ionik. Eter selulosa non-ionik yang larut dalam air terutama terdiri dari dua seri eter alkil dan eter hidroksialkil. CMC ionik terutama digunakan dalam deterjen sintetis, pencetakan dan pewarnaan tekstil, makanan, dan eksplorasi minyak. MC non-ionik, HPMC, HEMC, dll. terutama digunakan dalam bahan bangunan, pelapis lateks, obat-obatan, bahan kimia sehari-hari, dll. Digunakan sebagai pengental, agen penahan air, penstabil, pendispersi, dan agen pembentuk film.
Kedua, retensi air dari eter selulosa.
Retensi air eter selulosa: Dalam produksi bahan bangunan, terutama mortar bubuk kering, eter selulosa memainkan peran yang tak tergantikan, khususnya dalam produksi mortar khusus (mortar modifikasi), ia merupakan komponen yang sangat diperlukan dan penting.
Peran penting eter selulosa yang larut dalam air pada mortar terutama memiliki tiga aspek, pertama adalah kapasitas retensi air yang sangat baik, kedua adalah pengaruhnya terhadap konsistensi dan tiksotropi mortar, dan ketiga adalah interaksinya dengan semen. Efek retensi air eter selulosa bergantung pada penyerapan air lapisan dasar, komposisi mortar, ketebalan lapisan mortar, kebutuhan air mortar, dan waktu pengerasan bahan pengeras. Retensi air eter selulosa itu sendiri berasal dari kelarutan dan dehidrasi eter selulosa itu sendiri. Seperti yang kita ketahui, meskipun rantai molekul selulosa mengandung sejumlah besar gugus OH yang sangat mudah terhidrasi, ia tidak larut dalam air, karena struktur selulosa memiliki tingkat kristalinitas yang tinggi.
Kemampuan hidrasi gugus hidroksil saja tidak cukup untuk menutupi ikatan hidrogen yang kuat dan gaya van der Waals antar molekul. Oleh karena itu, ia hanya mengembang tetapi tidak larut dalam air. Ketika substituen dimasukkan ke dalam rantai molekul, substituen tersebut tidak hanya merusak rantai hidrogen, tetapi juga ikatan hidrogen antar rantai hancur karena substituen tersebut menyisipkan diri di antara rantai yang berdekatan. Semakin besar substituen, semakin besar jarak antar molekul. Semakin besar jaraknya, semakin besar efek penghancuran ikatan hidrogen, eter selulosa menjadi larut dalam air setelah kisi selulosa mengembang dan larutan masuk, membentuk larutan dengan viskositas tinggi. Ketika suhu naik, hidrasi polimer melemah, dan air di antara rantai dikeluarkan. Ketika efek dehidrasi cukup, molekul mulai menggumpal, membentuk gel struktur jaringan tiga dimensi dan terlipat keluar.
Faktor-faktor yang memengaruhi retensi air pada mortar meliputi viskositas eter selulosa, jumlah penambahan, kehalusan partikel, dan suhu penggunaan:
Semakin tinggi viskositas eter selulosa, semakin baik kinerja retensi airnya. Viskositas merupakan parameter penting dari kinerja MC. Saat ini, berbagai produsen MC menggunakan metode dan instrumen yang berbeda untuk mengukur viskositas MC. Metode utama yang digunakan adalah Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde, dan Brookfield. Untuk produk yang sama, hasil pengukuran viskositas dengan metode yang berbeda sangat berbeda, bahkan ada yang perbedaannya dua kali lipat. Oleh karena itu, ketika membandingkan viskositas, perbandingan harus dilakukan dengan metode pengujian yang sama, termasuk suhu, rotor, dan lain-lain.
Secara umum, semakin tinggi viskositas, semakin baik efek retensi airnya. Namun, semakin tinggi viskositas dan semakin tinggi berat molekul MC, penurunan kelarutannya akan berdampak negatif pada kekuatan dan kinerja konstruksi mortar. Semakin tinggi viskositas, semakin jelas efek pengentalan pada mortar, tetapi tidak berbanding lurus. Semakin tinggi viskositas, semakin kental mortar basah, yaitu, selama konstruksi, hal ini terlihat sebagai lengket pada pengikis dan daya rekat yang tinggi pada substrat. Namun, hal ini tidak membantu meningkatkan kekuatan struktural mortar basah itu sendiri. Selama konstruksi, kinerja anti-melorot tidak begitu jelas. Sebaliknya, beberapa eter metil selulosa termodifikasi dengan viskositas sedang dan rendah memiliki kinerja yang sangat baik dalam meningkatkan kekuatan struktural mortar basah.
Semakin banyak eter selulosa yang ditambahkan ke dalam mortar, semakin baik kinerja retensi airnya, dan semakin tinggi viskositasnya, semakin baik pula kinerja retensi airnya.
Mengenai ukuran partikel, semakin halus partikelnya, semakin baik retensi airnya. Setelah partikel besar eter selulosa bersentuhan dengan air, permukaannya segera larut dan membentuk gel untuk membungkus material tersebut guna mencegah molekul air terus meresap. Terkadang, eter selulosa tidak dapat terdispersi dan larut secara merata bahkan setelah pengadukan jangka panjang, sehingga membentuk larutan flokulan keruh atau aglomerasi. Hal ini sangat memengaruhi retensi air eter selulosa, dan kelarutan merupakan salah satu faktor dalam memilih eter selulosa.
Kehalusan juga merupakan indeks kinerja penting dari metil selulosa eter. MC yang digunakan untuk mortar bubuk kering harus berupa bubuk, dengan kadar air rendah, dan kehalusannya juga membutuhkan 20%~60% dari ukuran partikel kurang dari 63µm. Kehalusan memengaruhi kelarutan metil selulosa eter. MC kasar biasanya berbentuk butiran, dan mudah larut dalam air tanpa penggumpalan, tetapi laju pelarutannya sangat lambat, sehingga tidak cocok untuk digunakan dalam mortar bubuk kering. Dalam mortar bubuk kering, MC tersebar di antara bahan pengikat seperti agregat, pengisi halus, dan semen, dan hanya bubuk yang cukup halus yang dapat menghindari penggumpalan metil selulosa eter saat dicampur dengan air. Ketika MC ditambahkan dengan air untuk melarutkan gumpalan, sangat sulit untuk mendispersikan dan melarutkannya.
Kehalusan MC yang terlalu kasar tidak hanya boros, tetapi juga mengurangi kekuatan lokal mortar. Ketika mortar bubuk kering seperti itu diaplikasikan pada area yang luas, kecepatan pengeringan mortar bubuk kering lokal akan berkurang secara signifikan, dan retakan akan muncul karena perbedaan waktu pengeringan. Untuk mortar semprot dengan konstruksi mekanis, persyaratan kehalusan lebih tinggi karena waktu pencampuran yang lebih singkat.
Kehalusan MC juga memiliki dampak tertentu pada retensi airnya. Secara umum, untuk eter metil selulosa dengan viskositas yang sama tetapi kehalusan yang berbeda, dengan jumlah penambahan yang sama, semakin halus butirannya, semakin baik efek retensi airnya.
Retensi air MC juga berkaitan dengan suhu yang digunakan, dan retensi air metil selulosa eter menurun seiring dengan peningkatan suhu. Namun, dalam aplikasi material sebenarnya, mortar bubuk kering sering diaplikasikan pada substrat panas pada suhu tinggi (lebih tinggi dari 40 derajat) di banyak lingkungan, seperti plesteran dinding eksterior di bawah sinar matahari di musim panas, yang sering mempercepat pengerasan semen dan pengerasan mortar bubuk kering. Penurunan tingkat retensi air menyebabkan perasaan yang jelas bahwa baik kemampuan kerja maupun ketahanan terhadap retak terpengaruh, dan sangat penting untuk mengurangi pengaruh faktor suhu dalam kondisi ini.
Meskipun aditif metil hidroksietil selulosa eter saat ini dianggap berada di garis depan pengembangan teknologi, ketergantungannya pada suhu masih akan menyebabkan melemahnya kinerja mortar bubuk kering. Meskipun jumlah metil hidroksietil selulosa ditingkatkan (formula musim panas), kemampuan kerja dan ketahanan terhadap retak masih belum dapat memenuhi kebutuhan penggunaan. Melalui beberapa perlakuan khusus pada MC, seperti meningkatkan derajat eterifikasi, dll., efek retensi air dapat dipertahankan pada suhu yang lebih tinggi, sehingga dapat memberikan kinerja yang lebih baik dalam kondisi yang keras.
3. Pengentalan dan Tixotropi Selulosa Eter
Pengentalan dan tiksotropi eter selulosa: Fungsi kedua eter selulosa—efek pengentalan—bergantung pada: derajat polimerisasi eter selulosa, konsentrasi larutan, laju geser, suhu, dan kondisi lainnya. Sifat pembentukan gel larutan unik untuk alkil selulosa dan turunan modifikasinya. Sifat pembentukan gel berkaitan dengan derajat substitusi, konsentrasi larutan, dan aditif. Untuk turunan modifikasi hidroksialkil, sifat gel juga berkaitan dengan derajat modifikasi hidroksialkil. Untuk MC dan HPMC dengan viskositas rendah, larutan 10%-15% dapat dibuat, MC dan HPMC dengan viskositas sedang dapat dibuat larutan 5%-10%, sedangkan MC dan HPMC dengan viskositas tinggi hanya dapat dibuat larutan 2%-3%, dan biasanya klasifikasi viskositas eter selulosa juga diklasifikasikan berdasarkan larutan 1%-2%.
Selulosa eter dengan berat molekul tinggi memiliki efisiensi pengentalan yang tinggi. Dalam larutan dengan konsentrasi yang sama, polimer dengan berat molekul berbeda memiliki viskositas yang berbeda. Viskositas target hanya dapat dicapai dengan menambahkan sejumlah besar selulosa eter dengan berat molekul rendah. Viskositasnya memiliki sedikit ketergantungan pada laju geser, dan viskositas tinggi mencapai viskositas target, dan jumlah penambahan yang dibutuhkan kecil, dan viskositas bergantung pada efisiensi pengentalan. Oleh karena itu, untuk mencapai konsistensi tertentu, sejumlah selulosa eter (konsentrasi larutan) dan viskositas larutan tertentu harus dijamin. Suhu gel larutan juga menurun secara linier dengan peningkatan konsentrasi larutan, dan membentuk gel pada suhu kamar setelah mencapai konsentrasi tertentu. Konsentrasi pembentukan gel HPMC relatif tinggi pada suhu kamar.
Konsistensi juga dapat disesuaikan dengan memilih ukuran partikel dan memilih eter selulosa dengan berbagai tingkat modifikasi. Yang disebut modifikasi adalah memperkenalkan tingkat substitusi tertentu dari gugus hidroksialkil pada struktur kerangka MC. Dengan mengubah nilai substitusi relatif dari dua substituen, yaitu nilai substitusi relatif DS dan ms dari gugus metoksi dan hidroksialkil yang sering kita sebut. Berbagai persyaratan kinerja eter selulosa dapat diperoleh dengan mengubah nilai substitusi relatif dari dua substituen.
Hubungan antara konsistensi dan modifikasi: penambahan eter selulosa memengaruhi konsumsi air mortar, perubahan rasio air-pengikat antara air dan semen memiliki efek pengentalan, semakin tinggi dosisnya, semakin besar konsumsi airnya.
Eter selulosa yang digunakan dalam bahan bangunan berbentuk bubuk harus cepat larut dalam air dingin dan memberikan konsistensi yang sesuai untuk sistem tersebut. Jika diberi laju geser tertentu, ia tetap akan menggumpal dan menjadi blok koloid, yang merupakan produk di bawah standar atau berkualitas buruk.
Terdapat pula hubungan linier yang baik antara konsistensi pasta semen dan dosis eter selulosa. Eter selulosa dapat meningkatkan viskositas mortar secara signifikan. Semakin besar dosisnya, semakin jelas efeknya. Larutan berair eter selulosa dengan viskositas tinggi memiliki tiksotropi yang tinggi, yang juga merupakan karakteristik utama eter selulosa. Larutan berair polimer MC biasanya memiliki fluiditas pseudoplastik dan non-tiksotropik di bawah suhu gelnya, tetapi sifat aliran Newtonian pada laju geser rendah. Pseudoplastisitas meningkat seiring dengan berat molekul atau konsentrasi eter selulosa, terlepas dari jenis substituen dan derajat substitusinya. Oleh karena itu, eter selulosa dengan tingkat viskositas yang sama, baik MC, HPMC, HEMC, akan selalu menunjukkan sifat reologi yang sama selama konsentrasi dan suhu dijaga konstan.
Gel struktural terbentuk ketika suhu dinaikkan, dan aliran tiksotropik yang tinggi terjadi. Eter selulosa dengan konsentrasi tinggi dan viskositas rendah menunjukkan tiksotropi bahkan di bawah suhu gel. Sifat ini sangat bermanfaat untuk penyesuaian perataan dan pengendapan pada konstruksi mortar bangunan. Perlu dijelaskan di sini bahwa semakin tinggi viskositas eter selulosa, semakin baik retensi airnya, tetapi semakin tinggi viskositasnya, semakin tinggi berat molekul relatif eter selulosa, dan penurunan kelarutannya yang sesuai, yang berdampak negatif pada konsentrasi mortar dan kinerja konstruksi. Semakin tinggi viskositasnya, semakin jelas efek pengentalan pada mortar, tetapi tidak sepenuhnya proporsional. Beberapa eter selulosa dengan viskositas sedang dan rendah, tetapi eter selulosa yang dimodifikasi memiliki kinerja yang lebih baik dalam meningkatkan kekuatan struktural mortar basah. Dengan meningkatnya viskositas, retensi air eter selulosa meningkat. 4. Penghambatan eter selulosa
Penghambatan eter selulosa: Fungsi ketiga eter selulosa adalah untuk menunda proses hidrasi semen. Eter selulosa memberikan berbagai sifat bermanfaat pada mortar, dan juga mengurangi panas hidrasi awal semen serta menunda proses dinamika hidrasi semen. Hal ini tidak menguntungkan untuk penggunaan mortar di daerah dingin. Efek penghambatan ini disebabkan oleh adsorpsi molekul eter selulosa pada produk hidrasi seperti CSH dan Ca(OH)2. Karena peningkatan viskositas larutan pori, eter selulosa mengurangi mobilitas ion dalam larutan, sehingga menunda proses hidrasi.
Waktu posting: 04 Februari 2023