Nelle malte premiscelate, la quantità di etere di cellulosa aggiunta è molto bassa, ma può migliorare significativamente le prestazioni della malta umida ed è un additivo principale che influenza le prestazioni costruttive della malta. Una selezione oculata di eteri di cellulosa di diverse varietà, viscosità, granulometrie e quantità aggiunte avrà un impatto positivo sul miglioramento delle prestazioni della malta in polvere. Attualmente, molte malte per muratura e intonaco presentano scarse prestazioni di ritenzione idrica e l'impasto acquoso si separa dopo pochi minuti di riposo. La ritenzione idrica è una caratteristica importante dell'etere di metilcellulosa ed è anche una caratteristica a cui molti produttori nazionali di malte premiscelate, soprattutto quelli delle regioni meridionali con temperature elevate, prestano attenzione. I fattori che influenzano l'effetto di ritenzione idrica della malta premiscelata includono la quantità di metilcellulosa aggiunta, la viscosità della metilcellulosa, la finezza delle particelle e la temperatura dell'ambiente di utilizzo.
1. Concetto
L'etere di cellulosa è un polimero sintetico ottenuto dalla cellulosa naturale tramite modificazione chimica. L'etere di cellulosa è un derivato della cellulosa naturale. La sua produzione differisce da quella dei polimeri sintetici. Il suo materiale di base è la cellulosa, un composto polimerico naturale. A causa della particolare struttura della cellulosa naturale, la cellulosa stessa non ha la capacità di reagire con gli agenti eterificanti. Tuttavia, dopo il trattamento con l'agente rigonfiante, i forti legami idrogeno tra le catene molecolari vengono distrutti e il rilascio attivo del gruppo ossidrilico trasforma la cellulosa in un alcali reattivo, ottenendo così l'etere di cellulosa.
Le proprietà degli eteri di cellulosa dipendono dal tipo, dal numero e dalla distribuzione dei sostituenti. La classificazione degli eteri di cellulosa si basa anche sul tipo di sostituenti, sul grado di eterificazione, sulla solubilità e sulle relative proprietà applicative. In base al tipo di sostituenti sulla catena molecolare, si possono distinguere monoeteri ed eteri misti. L'MC che utilizziamo di solito è un monoetere, mentre l'HPMC è un etere misto. L'etere di metilcellulosa MC è il prodotto ottenuto dalla sostituzione del gruppo ossidrilico sull'unità di glucosio della cellulosa naturale con un gruppo metossilico. Si tratta di un prodotto ottenuto sostituendo una parte del gruppo ossidrilico sull'unità con un gruppo metossilico e un'altra parte con un gruppo idrossipropilico. La formula strutturale è [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. L'etere di metilcellulosa idrossietil HEMC è la principale varietà ampiamente utilizzata e venduta sul mercato.
In termini di solubilità, si possono distinguere eteri di cellulosa ionici e non ionici. Gli eteri di cellulosa non ionici idrosolubili sono composti principalmente da due serie: eteri alchilici ed eteri idrossialchilici. La CMC ionica è utilizzata principalmente nei detergenti sintetici, nella stampa e tintura tessile, nell'industria alimentare e nell'esplorazione petrolifera. La MC non ionica, HPMC, HEMC, ecc. sono utilizzate principalmente nei materiali da costruzione, nei rivestimenti in lattice, in medicina, nei prodotti chimici per uso domestico, ecc. Vengono impiegate come addensanti, agenti di ritenzione idrica, stabilizzanti, disperdenti e agenti filmogeni.
In secondo luogo, la ritenzione idrica dell'etere di cellulosa
Ritenzione idrica dell'etere di cellulosa: nella produzione di materiali da costruzione, in particolare di malte in polvere, l'etere di cellulosa svolge un ruolo insostituibile, soprattutto nella produzione di malte speciali (malte modificate), dove rappresenta un componente indispensabile e importante.
L'importante ruolo dell'etere di cellulosa idrosolubile nella malta si articola principalmente in tre aspetti: l'eccellente capacità di ritenzione idrica, l'influenza sulla consistenza e sulla tissotropia della malta e l'interazione con il cemento. L'effetto di ritenzione idrica dell'etere di cellulosa dipende dall'assorbimento d'acqua dello strato di base, dalla composizione della malta, dallo spessore dello strato di malta, dal fabbisogno idrico della malta e dal tempo di presa del materiale. La capacità di ritenzione idrica dell'etere di cellulosa deriva dalla sua solubilità e disidratazione. Come noto, sebbene la catena molecolare della cellulosa contenga un elevato numero di gruppi OH altamente idratabili, essa non è solubile in acqua, poiché la struttura della cellulosa presenta un alto grado di cristallinità.
La capacità di idratazione dei soli gruppi idrossilici non è sufficiente a neutralizzare i forti legami a idrogeno e le forze di van der Waals tra le molecole. Pertanto, il materiale si gonfia ma non si dissolve in acqua. Quando un sostituente viene introdotto nella catena molecolare, non solo il sostituente distrugge la catena di idrogeno, ma anche i legami a idrogeno intercatena vengono distrutti a causa dell'incuneamento del sostituente tra le catene adiacenti. Maggiore è la dimensione del sostituente, maggiore è la distanza tra le molecole. Maggiore è la distanza, maggiore è l'effetto di distruzione dei legami a idrogeno. L'etere di cellulosa diventa solubile in acqua dopo che il reticolo di cellulosa si espande e la soluzione penetra al suo interno, formando una soluzione ad alta viscosità. Quando la temperatura aumenta, l'idratazione del polimero si indebolisce e l'acqua tra le catene viene espulsa. Quando l'effetto di disidratazione è sufficiente, le molecole iniziano ad aggregarsi, formando una struttura reticolare tridimensionale simile a un gel che si ripiega su se stesso.
I fattori che influenzano la ritenzione idrica della malta includono la viscosità dell'etere di cellulosa, la quantità aggiunta, la finezza delle particelle e la temperatura di utilizzo:
Maggiore è la viscosità dell'etere di cellulosa, migliori sono le sue prestazioni di ritenzione idrica. La viscosità è un parametro importante per le prestazioni della cellulosa microcristallina (MC). Attualmente, diversi produttori di MC utilizzano metodi e strumenti differenti per misurare la viscosità. I metodi principali sono Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde e Brookfield. Per lo stesso prodotto, i risultati di viscosità misurati con metodi diversi sono molto differenti, e in alcuni casi presentano anche differenze doppie. Pertanto, quando si confronta la viscosità, è necessario che il confronto venga effettuato utilizzando gli stessi metodi di prova, inclusi temperatura, rotore, ecc.
In generale, maggiore è la viscosità, migliore è l'effetto di ritenzione idrica. Tuttavia, maggiore è la viscosità e maggiore è il peso molecolare della metilcellulosa (MC), maggiore sarà la sua solubilità, con conseguente impatto negativo sulla resistenza e sulle prestazioni costruttive della malta. Maggiore è la viscosità, più evidente sarà l'effetto addensante sulla malta, ma non in modo direttamente proporzionale. Maggiore è la viscosità, più viscosa sarà la malta umida, il che si manifesta durante la costruzione con l'adesione alla spatola e l'elevata aderenza al substrato. Tuttavia, ciò non contribuisce ad aumentare la resistenza strutturale della malta umida stessa. Durante la costruzione, le prestazioni anti-cedimento non sono evidenti. Al contrario, alcuni eteri di metilcellulosa modificati a viscosità medio-bassa presentano prestazioni eccellenti nel migliorare la resistenza strutturale della malta umida.
Maggiore è la quantità di etere di cellulosa aggiunta alla malta, migliori saranno le sue prestazioni di ritenzione idrica, e maggiore è la viscosità, migliori saranno le sue prestazioni di ritenzione idrica.
Per quanto riguarda la granulometria, più fini sono le particelle, migliore è la ritenzione idrica. Quando le particelle più grandi di etere di cellulosa entrano in contatto con l'acqua, la superficie si dissolve immediatamente formando un gel che avvolge il materiale, impedendo alle molecole d'acqua di continuare a infiltrarsi. A volte, anche dopo una lunga agitazione, non si riesce a disperdere e sciogliere uniformemente il materiale, formando una soluzione torbida e flocculata o degli agglomerati. Questo influisce notevolmente sulla ritenzione idrica dell'etere di cellulosa, e la solubilità è uno dei fattori da considerare nella scelta dell'etere di cellulosa.
La finezza è un importante indice prestazionale dell'etere di metilcellulosa. L'etere di metilcellulosa utilizzato per le malte in polvere secca deve essere in polvere, con un basso contenuto di acqua, e la finezza deve essere tale che il 20%-60% delle particelle abbia una granulometria inferiore a 63 µm. La finezza influenza la solubilità dell'etere di metilcellulosa. L'etere di metilcellulosa a grana grossa è solitamente granulare e si dissolve facilmente in acqua senza agglomerazione, ma la velocità di dissoluzione è molto lenta, quindi non è adatto all'uso nelle malte in polvere secca. Nelle malte in polvere secca, l'etere di metilcellulosa è disperso tra i materiali cementizi come aggregati, filler fine e cemento, e solo una polvere sufficientemente fine può evitare l'agglomerazione dell'etere di metilcellulosa quando viene miscelata con acqua. Quando l'etere di metilcellulosa viene aggiunto con acqua per sciogliere gli agglomerati, la dispersione e la dissoluzione risultano molto difficili.
Una malta a polvere fine non solo comporta sprechi, ma riduce anche la resistenza locale del materiale. Quando una malta a polvere fine di questo tipo viene applicata su un'ampia superficie, la velocità di indurimento locale si riduce significativamente, con conseguente formazione di crepe dovute ai diversi tempi di indurimento. Per la malta spruzzata, utilizzata nelle costruzioni meccaniche, il requisito di finezza è maggiore a causa dei tempi di miscelazione più brevi.
Anche la finezza della MC ha un certo impatto sulla sua capacità di trattenere l'acqua. In generale, per eteri di metilcellulosa con la stessa viscosità ma diversa finezza, a parità di quantità aggiunta, maggiore è la finezza, migliore è l'effetto di ritenzione idrica.
La ritenzione idrica della malta di metilcellulosa (MC) è correlata anche alla temperatura di utilizzo, e diminuisce con l'aumento della temperatura. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, la malta in polvere secca viene spesso applicata su substrati caldi ad alte temperature (superiori a 40 gradi) in molti ambienti, come ad esempio l'intonacatura di pareti esterne sotto il sole estivo, il che spesso accelera la stagionatura del cemento e l'indurimento della malta in polvere secca. La diminuzione del tasso di ritenzione idrica porta alla netta sensazione che sia la lavorabilità che la resistenza alle fessurazioni siano compromesse, ed è particolarmente critico ridurre l'influenza dei fattori termici in queste condizioni.
Sebbene gli additivi a base di metilidrossietilcellulosa etere siano attualmente considerati all'avanguardia dello sviluppo tecnologico, la loro dipendenza dalla temperatura continua a compromettere le prestazioni della malta in polvere secca. Anche aumentando la quantità di metilidrossietilcellulosa (formula estiva), la lavorabilità e la resistenza alle fessurazioni non soddisfano ancora le esigenze di utilizzo. Attraverso un trattamento speciale della malta, come ad esempio l'aumento del grado di eterificazione, è possibile mantenere l'effetto di ritenzione idrica a temperature più elevate, garantendo così prestazioni migliori in condizioni difficili.
3. Addensamento e tissotropia dell'etere di cellulosa
Addensamento e tissotropia dell'etere di cellulosa: La seconda funzione dell'etere di cellulosa, ovvero l'effetto addensante, dipende da: grado di polimerizzazione dell'etere di cellulosa, concentrazione della soluzione, velocità di taglio, temperatura e altre condizioni. La proprietà gelificante della soluzione è peculiare dell'alchilcellulosa e dei suoi derivati modificati. Le proprietà di gelificazione sono correlate al grado di sostituzione, alla concentrazione della soluzione e agli additivi. Per i derivati modificati con idrossialchile, le proprietà del gel sono anche correlate al grado di modifica dell'idrossialchile. Per MC e HPMC a bassa viscosità, si possono preparare soluzioni al 10%-15%, per MC e HPMC a media viscosità soluzioni al 5%-10%, mentre per MC e HPMC ad alta viscosità soluzioni solo al 2%-3%. Solitamente, la classificazione della viscosità dell'etere di cellulosa viene effettuata anche mediante soluzioni all'1%-2%.
L'etere di cellulosa ad alto peso molecolare ha un'elevata efficienza di addensamento. Nella stessa soluzione a concentrazione, i polimeri con pesi molecolari diversi hanno viscosità diverse. Elevato grado. La viscosità target può essere raggiunta solo aggiungendo una grande quantità di etere di cellulosa a basso peso molecolare. La sua viscosità dipende poco dalla velocità di taglio, e l'alta viscosità raggiunge la viscosità target, e la quantità di aggiunta richiesta è piccola, e la viscosità dipende dall'efficienza di addensamento. Pertanto, per ottenere una certa consistenza, è necessario garantire una certa quantità di etere di cellulosa (concentrazione della soluzione) e la viscosità della soluzione. La temperatura di gelificazione della soluzione diminuisce anche linearmente con l'aumento della concentrazione della soluzione, e gelifica a temperatura ambiente dopo aver raggiunto una certa concentrazione. La concentrazione di gelificazione dell'HPMC è relativamente alta a temperatura ambiente.
La consistenza può essere regolata anche scegliendo la granulometria e selezionando eteri di cellulosa con diversi gradi di modifica. La cosiddetta modifica consiste nell'introdurre un certo grado di sostituzione di gruppi idrossialchilici sulla struttura scheletrica della MC. Variando i valori di sostituzione relativi dei due sostituenti, ovvero i valori di sostituzione relativi DS e ms dei gruppi metossi e idrossialchilici, come si dice spesso, è possibile ottenere diverse prestazioni dell'etere di cellulosa modificando i valori di sostituzione relativi dei due sostituenti.
La relazione tra consistenza e modifica: l'aggiunta di etere di cellulosa influisce sul consumo di acqua della malta, modificando il rapporto acqua-legante di acqua e cemento si ottiene un effetto addensante; maggiore è il dosaggio, maggiore è il consumo di acqua.
Gli eteri di cellulosa utilizzati nei materiali da costruzione in polvere devono dissolversi rapidamente in acqua fredda e fornire una consistenza adeguata al sistema. Se sottoposti a una certa velocità di taglio, tendono comunque a formare grumi e blocchi colloidali, risultando in un prodotto di qualità inferiore o scadente.
Esiste anche una buona relazione lineare tra la consistenza della pasta di cemento e il dosaggio di etere di cellulosa. L'etere di cellulosa può aumentare notevolmente la viscosità della malta. Maggiore è il dosaggio, più evidente è l'effetto. Le soluzioni acquose di etere di cellulosa ad alta viscosità presentano un'elevata tissotropia, che è anche una caratteristica principale dell'etere di cellulosa. Le soluzioni acquose di polimeri MC presentano solitamente una fluidità pseudoplastica e non tissotropica al di sotto della loro temperatura di gelificazione, ma proprietà di flusso newtoniano a basse velocità di taglio. La pseudoplasticità aumenta con il peso molecolare o la concentrazione dell'etere di cellulosa, indipendentemente dal tipo di sostituente e dal grado di sostituzione. Pertanto, gli eteri di cellulosa dello stesso grado di viscosità, siano essi MC, HPMC o HEMC, mostreranno sempre le stesse proprietà reologiche purché la concentrazione e la temperatura rimangano costanti.
Quando la temperatura aumenta, si formano gel strutturali e si verificano flussi altamente tissotropici. Gli eteri di cellulosa ad alta concentrazione e bassa viscosità mostrano tissotropia anche al di sotto della temperatura di gelificazione. Questa proprietà è di grande beneficio per la regolazione del livellamento e dell'abbassamento nella costruzione di malte edili. È necessario spiegare che maggiore è la viscosità dell'etere di cellulosa, migliore è la ritenzione idrica, ma maggiore è la viscosità, maggiore è il peso molecolare relativo dell'etere di cellulosa e la corrispondente diminuzione della sua solubilità, il che ha un impatto negativo sulla concentrazione della malta e sulle prestazioni costruttive. Maggiore è la viscosità, più evidente è l'effetto addensante sulla malta, ma non è completamente proporzionale. Alcuni eteri di cellulosa modificati a viscosità media e bassa hanno prestazioni migliori nel migliorare la resistenza strutturale della malta umida. Con l'aumento della viscosità, migliora la ritenzione idrica dell'etere di cellulosa. 4. Ritardo dell'etere di cellulosa
Ritardo dell'etere di cellulosa: La terza funzione dell'etere di cellulosa è quella di ritardare il processo di idratazione del cemento. L'etere di cellulosa conferisce alla malta diverse proprietà benefiche, riducendo il calore di idratazione iniziale del cemento e ritardando il processo dinamico di idratazione. Questo è sfavorevole per l'uso della malta nelle regioni fredde. Questo effetto ritardante è causato dall'adsorbimento delle molecole di etere di cellulosa sui prodotti di idratazione come CSH e Ca(OH)2. A causa dell'aumento della viscosità della soluzione nei pori, l'etere di cellulosa riduce la mobilità degli ioni nella soluzione, ritardando così il processo di idratazione.
Data di pubblicazione: 4 febbraio 2023