Vengono descritti i tipi di additivi comunemente utilizzati nella produzione di malte premiscelate, le loro caratteristiche prestazionali, il meccanismo d'azione e la loro influenza sulle prestazioni dei prodotti a base di malta premiscelata. È stato inoltre approfondito l'effetto migliorativo di agenti ritentori d'acqua come l'etere di cellulosa e l'etere di amido, la polvere di lattice ridisperdibile e i materiali fibrosi sulle prestazioni della malta premiscelata.
Gli additivi svolgono un ruolo chiave nel migliorare le prestazioni delle malte premiscelate a secco, ma la loro aggiunta fa sì che il costo dei materiali dei prodotti a base di malta premiscelata a secco sia significativamente più elevato rispetto a quello della malta tradizionale, rappresentando oltre il 40% del costo dei materiali. Attualmente, una parte considerevole degli additivi è fornita da produttori esteri, e anche il dosaggio di riferimento del prodotto è fornito dal fornitore. Di conseguenza, il costo dei prodotti a base di malta premiscelata a secco rimane elevato ed è difficile diffondere le malte comuni per muratura e intonaco in grandi quantità e su ampie superfici; i prodotti di fascia alta sono controllati da aziende straniere e i produttori di malta premiscelata a secco hanno margini di profitto ridotti e scarsa tolleranza ai prezzi; manca una ricerca sistematica e mirata sull'applicazione dei prodotti farmaceutici e si seguono ciecamente le formule straniere.
Per i motivi sopra esposti, il presente articolo analizza e confronta alcune proprietà fondamentali degli additivi comunemente utilizzati e, su questa base, studia le prestazioni dei prodotti di malta premiscelata a secco che impiegano tali additivi.
1 agente che trattiene l'acqua
L'agente di ritenzione idrica è un additivo fondamentale per migliorare le prestazioni di ritenzione idrica della malta premiscelata a secco, ed è anche uno degli additivi chiave che determinano il costo dei materiali per la malta premiscelata a secco.
1. Etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC)
L'idrossipropilmetilcellulosa è un termine generico che indica una serie di prodotti formati dalla reazione della cellulosa alcalina con un agente eterificante in determinate condizioni. La cellulosa alcalina viene sostituita con diversi agenti eterificanti per ottenere diversi eteri di cellulosa. In base alle proprietà di ionizzazione dei sostituenti, gli eteri di cellulosa possono essere suddivisi in due categorie: ionici (come la carbossimetilcellulosa) e non ionici (come la metilcellulosa). In base al tipo di sostituente, gli eteri di cellulosa possono essere suddivisi in monoeteri (come la metilcellulosa) ed eteri misti (come l'idrossipropilmetilcellulosa). In base alla diversa solubilità, possono essere suddivisi in solubili in acqua (come l'idrossietilcellulosa) e solubili in solventi organici (come l'etilcellulosa), ecc. La malta premiscelata a secco è principalmente composta da cellulosa solubile in acqua, che a sua volta si suddivide in cellulosa a presa rapida e cellulosa a dissoluzione ritardata con trattamento superficiale.
Il meccanismo d'azione dell'etere di cellulosa nella malta è il seguente:
(1) L'idrossipropilmetilcellulosa è facilmente solubile in acqua fredda e incontrerà difficoltà a sciogliersi in acqua calda. Tuttavia, la sua temperatura di gelificazione in acqua calda è significativamente più alta di quella della metilcellulosa. La solubilità in acqua fredda è inoltre notevolmente migliorata rispetto alla metilcellulosa.
(2) La viscosità dell'idrossipropilmetilcellulosa è correlata al suo peso molecolare, e maggiore è il peso molecolare, maggiore è la viscosità. Anche la temperatura influisce sulla sua viscosità: all'aumentare della temperatura, la viscosità diminuisce. Tuttavia, la sua elevata viscosità ha un effetto della temperatura inferiore rispetto alla metilcellulosa. La sua soluzione è stabile se conservata a temperatura ambiente.
(3) La ritenzione idrica dell'idrossipropilmetilcellulosa dipende dalla quantità aggiunta, dalla viscosità, ecc., e il suo tasso di ritenzione idrica a parità di quantità aggiunta è superiore a quello della metilcellulosa.
(4) L'idrossipropilmetilcellulosa è stabile agli acidi e agli alcali, e la sua soluzione acquosa è molto stabile nell'intervallo di pH=2~12. La soda caustica e l'acqua di calce hanno scarso effetto sulle sue prestazioni, ma gli alcali possono accelerarne la dissoluzione e aumentarne la viscosità. L'idrossipropilmetilcellulosa è stabile ai sali comuni, ma quando la concentrazione della soluzione salina è elevata, la viscosità della soluzione di idrossipropilmetilcellulosa tende ad aumentare.
(5) L'idrossipropilmetilcellulosa può essere miscelata con composti polimerici idrosolubili per formare una soluzione uniforme e ad alta viscosità. Come alcol polivinilico, etere di amido, gomma vegetale, ecc.
(6) L'idrossipropilmetilcellulosa ha una migliore resistenza agli enzimi rispetto alla metilcellulosa e la sua soluzione ha meno probabilità di essere degradata dagli enzimi rispetto alla metilcellulosa.
(7) L'adesione dell'idrossipropilmetilcellulosa alla costruzione della malta è superiore a quella della metilcellulosa.
2. Metilcellulosa (MC)
Dopo il trattamento del cotone raffinato con alcali, l'etere di cellulosa viene prodotto attraverso una serie di reazioni con cloruro di metano come agente di eterificazione. Generalmente, il grado di sostituzione è compreso tra 1,6 e 2,0, e anche la solubilità varia in base al grado di sostituzione. Appartiene alla categoria degli eteri di cellulosa non ionici.
(1) La metilcellulosa è solubile in acqua fredda e sarà difficile da sciogliere in acqua calda. La sua soluzione acquosa è molto stabile nell'intervallo di pH=3~12. Ha una buona compatibilità con amido, gomma di guar, ecc. e molti tensioattivi. Quando la temperatura raggiunge la temperatura di gelificazione, si verifica la gelificazione.
(2) La ritenzione idrica della metilcellulosa dipende dalla quantità aggiunta, dalla viscosità, dalla finezza delle particelle e dalla velocità di dissoluzione. In generale, se la quantità aggiunta è elevata, la finezza è bassa e la viscosità è alta, la velocità di ritenzione idrica è elevata. Tra questi, la quantità aggiunta ha il maggiore impatto sulla velocità di ritenzione idrica, mentre il livello di viscosità non è direttamente proporzionale al livello di velocità di ritenzione idrica. La velocità di dissoluzione dipende principalmente dal grado di modificazione superficiale delle particelle di cellulosa e dalla finezza delle particelle. Tra gli eteri di cellulosa sopra menzionati, la metilcellulosa e l'idrossipropilmetilcellulosa hanno velocità di ritenzione idrica più elevate.
(3) Le variazioni di temperatura influiranno seriamente sul tasso di ritenzione idrica della metilcellulosa. In generale, maggiore è la temperatura, peggiore è la ritenzione idrica. Se la temperatura della malta supera i 40 °C, la ritenzione idrica della metilcellulosa si ridurrà significativamente, compromettendo seriamente la costruzione della malta.
(4) La metilcellulosa ha un effetto significativo sulla costruzione e sull'adesione della malta. L'“adesione” qui si riferisce alla forza adesiva avvertita tra l'utensile applicatore dell'operaio e il substrato della parete, ovvero la resistenza al taglio della malta. L'adesività è elevata, la resistenza al taglio della malta è grande e anche la forza richiesta agli operai durante l'utilizzo è elevata, e le prestazioni costruttive della malta sono scarse. L'adesione della metilcellulosa è a un livello moderato nei prodotti a base di etere di cellulosa.
3. Idrossietilcellulosa (HEC)
È prodotto a partire da cotone raffinato trattato con alcali e fatto reagire con ossido di etilene come agente eterificante in presenza di acetone. Il grado di sostituzione è generalmente compreso tra 1,5 e 2,0. Presenta una forte idrofilia e assorbe facilmente l'umidità.
(1) L'idrossietilcellulosa è solubile in acqua fredda, ma è difficile da sciogliere in acqua calda. La sua soluzione è stabile ad alta temperatura senza gelificare. Può essere utilizzata a lungo ad alta temperatura nella malta, ma la sua ritenzione idrica è inferiore a quella della metilcellulosa.
(2) L'idrossietilcellulosa è stabile agli acidi e agli alcali in generale. Gli alcali possono accelerarne la dissoluzione e aumentarne leggermente la viscosità. La sua disperdibilità in acqua è leggermente inferiore a quella della metilcellulosa e dell'idrossipropilmetilcellulosa.
(3) L'idrossietilcellulosa ha buone prestazioni anti-cedimento per la malta, ma ha un tempo di ritardo più lungo per il cemento.
(4) Le prestazioni dell'idrossietilcellulosa prodotta da alcune imprese nazionali sono ovviamente inferiori a quelle della metilcellulosa a causa del suo elevato contenuto di acqua e dell'elevato contenuto di ceneri.
etere di amido
Gli eteri di amido utilizzati nelle malte sono derivati da polimeri naturali di alcuni polisaccaridi, come quelli di patate, mais, manioca, semi di guar e così via.
1. Amido modificato
L'etere di amido modificato da patate, mais, manioca, ecc. presenta una ritenzione idrica significativamente inferiore rispetto all'etere di cellulosa. A causa del diverso grado di modifica, la stabilità agli acidi e agli alcali è differente. Alcuni prodotti sono adatti all'uso in malte a base di gesso, mentre altri possono essere utilizzati in malte a base di cemento. L'applicazione dell'etere di amido nella malta è principalmente finalizzata alla funzione di addensante per migliorare la resistenza al cedimento della malta, ridurre l'adesione della malta umida e prolungare il tempo di lavorabilità.
Gli eteri di amido vengono spesso utilizzati insieme alla cellulosa, in modo che le proprietà e i vantaggi di questi due prodotti si completino a vicenda. Poiché i prodotti a base di etere di amido sono molto più economici dell'etere di cellulosa, l'impiego di etere di amido nelle malte comporterà una significativa riduzione dei costi di produzione.
2. Etere di gomma di guar
L'etere di gomma di guar è un tipo di etere di amido con proprietà speciali, ottenuto dalla modifica dei semi di guar naturali. Principalmente attraverso la reazione di eterificazione della gomma di guar con il gruppo funzionale acrilico, si forma una struttura contenente il gruppo funzionale 2-idrossipropile, che è una struttura di poligalattomannosio.
(1) Rispetto all'etere di cellulosa, l'etere di gomma di guar è più solubile in acqua. Le proprietà degli eteri di guar a pH variabile rimangono sostanzialmente inalterate.
(2) In condizioni di bassa viscosità e basso dosaggio, la gomma di guar può sostituire l'etere di cellulosa in quantità equivalente e presenta una ritenzione idrica simile. Tuttavia, la consistenza, la resistenza al cedimento, la tissotropia e così via risultano nettamente migliorate.
(3) In condizioni di elevata viscosità e dosaggio elevato, la gomma di guar non può sostituire l'etere di cellulosa e l'uso combinato dei due produrrà prestazioni migliori.
(4) L'applicazione della gomma di guar nella malta a base di gesso può ridurre significativamente l'adesione durante la costruzione e rendere la costruzione più liscia. Non ha effetti negativi sul tempo di presa e sulla resistenza della malta di gesso.
3. Addensante minerale modificato a ritenzione idrica
In Cina è stato utilizzato un addensante idrorepellente a base di minerali naturali, ottenuto tramite modifica e miscelazione. I principali minerali impiegati nella preparazione di questi addensanti sono: sepiolite, bentonite, montmorillonite, caolino, ecc. Questi minerali, grazie a modifiche quali l'aggiunta di agenti accoppianti, possiedono specifiche proprietà di ritenzione idrica e di addensamento. Questo tipo di addensante idrorepellente, applicato alla malta, presenta le seguenti caratteristiche.
(1) Può migliorare significativamente le prestazioni della malta ordinaria e risolvere i problemi di scarsa lavorabilità della malta cementizia, bassa resistenza della malta mista e scarsa resistenza all'acqua.
(2) È possibile formulare prodotti di malta con diversi livelli di resistenza per edifici industriali e civili in generale.
(3) Il costo del materiale è significativamente inferiore a quello dell'etere di cellulosa e dell'etere di amido.
(4) La ritenzione idrica è inferiore a quella dell'agente di ritenzione idrica organico, il valore di ritiro a secco della malta preparata è maggiore e la coesione è ridotta.
Polvere di gomma polimerica ridispersibile
La polvere di gomma ridisperdibile viene prodotta mediante essiccazione a spruzzo di una speciale emulsione polimerica. Nel processo di lavorazione, colloidi protettivi, agenti antiagglomeranti, ecc. diventano additivi indispensabili. La polvere di gomma essiccata è costituita da particelle sferiche di 80-100 mm aggregate tra loro. Queste particelle sono solubili in acqua e formano una dispersione stabile leggermente più grande delle particelle di emulsione originali. Questa dispersione, dopo disidratazione ed essiccazione, forma una pellicola. Questa pellicola è irreversibile come la formazione di una pellicola di emulsione comune e non si ridisperde a contatto con l'acqua.
La polvere di gomma ridisperdibile può essere suddivisa in: copolimero stirene-butadiene, copolimero di etilene-acido carbonico terziario, copolimero di etilene-acetato-acido acetico, ecc., e su questa base vengono innestati silicone, laurato di vinile, ecc. per migliorarne le prestazioni. Diverse modifiche conferiscono alla polvere di gomma ridisperdibile diverse proprietà, come resistenza all'acqua, agli alcali, agli agenti atmosferici e flessibilità. Contiene laurato di vinile e silicone, che possono conferire alla polvere di gomma una buona idrofobicità. Carbonato di vinile terziario altamente ramificato con basso valore di Tg e buona flessibilità.
Quando queste polveri di gomma vengono applicate alla malta, hanno tutte un effetto ritardante sul tempo di presa del cemento, ma tale effetto è inferiore a quello dell'applicazione diretta di emulsioni simili. In particolare, la miscela stirene-butadiene ha l'effetto ritardante maggiore, mentre la miscela etilene-vinil acetato ha l'effetto ritardante minore. Se il dosaggio è troppo basso, l'effetto di miglioramento delle prestazioni della malta non è evidente.
Data di pubblicazione: 3 aprile 2023