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 di ritenzione idrica
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.
1.1 Etere di cellulosa
Il termine "etere di cellulosa" si riferisce genericamente a una serie di prodotti ottenuti dalla reazione tra cellulosa alcalina e 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 solubile istantanea e solubile a dissoluzione ritardata con trattamento superficiale.
Il meccanismo d'azione dell'etere di cellulosa nella malta è il seguente:
(1) Dopo che l'etere di cellulosa nella malta si è disciolto in acqua, la distribuzione efficace e uniforme del materiale cementizio nel sistema è garantita dall'attività superficiale, e l'etere di cellulosa, come colloide protettivo, "avvolge" le particelle solide e si forma uno strato di pellicola lubrificante sulla sua superficie esterna, che rende il sistema di malta più stabile e migliora anche la fluidità della malta durante il processo di miscelazione e la regolarità della costruzione.
(2) Grazie alla sua struttura molecolare, la soluzione di etere di cellulosa fa sì che l'acqua nella malta non si disperda facilmente e la rilasci gradualmente per un lungo periodo di tempo, conferendo alla malta una buona ritenzione idrica e lavorabilità.
1.1.1 Formula molecolare della metilcellulosa (MC) [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x
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.
1.1.2 La formula molecolare dell'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) è [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x
L'idrossipropilmetilcellulosa è una varietà di cellulosa la cui produzione e il cui consumo sono aumentati rapidamente negli ultimi anni. Si tratta di un etere misto di cellulosa non ionico ottenuto da cotone raffinato dopo alcalinizzazione, utilizzando ossido di propilene e cloruro di metile come agenti eterificanti, attraverso una serie di reazioni. Il grado di sostituzione è generalmente compreso tra 1,2 e 2,0. Le sue proprietà variano a seconda del rapporto tra il contenuto di metossile e quello di idrossipropile.
(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.
1.1.3 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.
1.1.4 Carbossimetilcellulosa (CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n
L'etere di cellulosa ionico si ottiene da fibre naturali (cotone, ecc.) dopo un trattamento alcalino, utilizzando monocloroacetato di sodio come agente eterificante e sottoponendole a una serie di reazioni chimiche. Il grado di sostituzione è generalmente compreso tra 0,4 e 1,4, e le sue prestazioni sono fortemente influenzate da tale grado.
(1) La carbossimetilcellulosa è più igroscopica e conterrà più acqua se conservata in condizioni normali.
(2) La soluzione acquosa di carbossimetilcellulosa non produrrà gel e la viscosità diminuirà con l'aumento della temperatura. Quando la temperatura supera i 50 °C, la viscosità è irreversibile.
(3) La sua stabilità è fortemente influenzata dal pH. Generalmente, può essere utilizzato in malte a base di gesso, ma non in malte a base di cemento. Quando è altamente alcalino, perde viscosità.
(4) La sua ritenzione idrica è molto inferiore a quella della metilcellulosa. Ha un effetto ritardante sulla malta a base di gesso e ne riduce la resistenza. Tuttavia, il prezzo della carbossimetilcellulosa è significativamente inferiore a quello della metilcellulosa.
Data di pubblicazione: 30 marzo 2023