Toevoegingen spelen een cruciale rol bij het verbeteren van de prestaties van droogmortel, maar de toevoeging ervan maakt de materiaalkosten van droogmortelproducten aanzienlijk hoger dan die van traditionele mortel. Meer dan 40% van de materiaalkosten van droogmortel wordt hieraan toegevoegd. Momenteel wordt een aanzienlijk deel van de toevoegingen geleverd door buitenlandse fabrikanten, die ook de aanbevolen dosering bepalen. Hierdoor blijven de kosten van droogmortelproducten hoog en is het moeilijk om gewone metsel- en pleistermortels op grote schaal en in grote hoeveelheden te verkopen. Producten in het hogere segment worden gedomineerd door buitenlandse bedrijven, waardoor fabrikanten van droogmortel lage winstmarges en een beperkte prijstolerantie hebben. Er is een gebrek aan systematisch en gericht onderzoek naar de toepassing van farmaceutische middelen, waardoor buitenlandse formules klakkeloos worden overgenomen.
Op basis van bovenstaande redenen analyseert en vergelijkt dit artikel enkele basiseigenschappen van veelgebruikte hulpstoffen en onderzoekt het op basis hiervan de prestaties van drooggemengde mortelproducten met toevoeging van deze hulpstoffen.
1. Waterbindend middel
Een waterbindend middel is een essentieel additief om de waterretentiecapaciteit van drooggemengde mortel te verbeteren, en het is tevens een van de belangrijkste additieve factoren die de kosten van drooggemengde mortelmaterialen bepalen.
1.1 Cellulose-ether
Cellulose-ether is een algemene term voor een reeks producten die ontstaan door de reactie van alkalicellulose met een etherificatiemiddel onder bepaalde omstandigheden. Alkalicellulose wordt vervangen door verschillende etherificatiemiddelen om verschillende cellulose-ethers te verkrijgen. Afhankelijk van de ionisatie-eigenschappen van de substituenten kunnen cellulose-ethers worden onderverdeeld in twee categorieën: ionisch (zoals carboxymethylcellulose) en niet-ionisch (zoals methylcellulose). Afhankelijk van het type substituent kan cellulose-ether worden onderverdeeld in mono-ether (zoals methylcellulose) en gemengde ether (zoals hydroxypropylmethylcellulose). Afhankelijk van de oplosbaarheid kan het worden onderverdeeld in wateroplosbaar (zoals hydroxyethylcellulose) en in organische oplosmiddelen oplosbaar (zoals ethylcellulose), enzovoort. Droogmortel bestaat voornamelijk uit wateroplosbare cellulose, en wateroplosbare cellulose wordt onderverdeeld in een snel oplossende en een oppervlaktebehandelde, vertraagd oplossende variant.
Het werkingsmechanisme van cellulose-ether in mortel is als volgt:
(1) Nadat de cellulose-ether in de mortel in water is opgelost, wordt de effectieve en uniforme verdeling van het cementmateriaal in het systeem gewaarborgd door de oppervlakteactiviteit. De cellulose-ether fungeert als een beschermend colloïde en omhult de vaste deeltjes, waardoor een smerende filmlaag op het buitenoppervlak wordt gevormd. Dit maakt het mortelsysteem stabieler en verbetert tevens de vloeibaarheid van de mortel tijdens het mengproces en de gladheid van de constructie.
(2) Door zijn eigen moleculaire structuur zorgt de cellulose-etheroplossing ervoor dat het water in de mortel niet gemakkelijk verloren gaat en geleidelijk over een lange periode wordt afgegeven, waardoor de mortel een goed waterretentievermogen en goede verwerkbaarheid krijgt.
1.1.1 Molecuulformule van methylcellulose (MC) [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x
Nadat het geraffineerde katoen met alkali is behandeld, wordt cellulose-ether geproduceerd door een reeks reacties met methaanchloride als veretheringsmiddel. Over het algemeen ligt de substitutiegraad tussen 1,6 en 2,0, en de oplosbaarheid verschilt ook afhankelijk van de substitutiegraad. Het behoort tot de niet-ionische cellulose-ethers.
(1) Methylcellulose is oplosbaar in koud water en lost moeilijk op in heet water. De waterige oplossing is zeer stabiel in het pH-bereik van 3 tot 12. Het is goed verenigbaar met zetmeel, guargom, enz. en veel oppervlakteactieve stoffen. Gelering treedt op wanneer de temperatuur de geleertemperatuur bereikt.
(2) Het waterretentievermogen van methylcellulose hangt af van de toegevoegde hoeveelheid, de viscositeit, de fijnheid van de deeltjes en de oplossnelheid. Over het algemeen geldt dat een grote toegevoegde hoeveelheid, een kleine fijnheid en een hoge viscositeit leiden tot een hoog waterretentievermogen. De toegevoegde hoeveelheid heeft de grootste invloed op het waterretentievermogen, terwijl de viscositeit niet rechtstreeks evenredig is met het waterretentievermogen. De oplossnelheid hangt voornamelijk af van de mate van oppervlaktemodificatie van de cellulosedeeltjes en de fijnheid van de deeltjes. Van de bovengenoemde cellulose-ethers hebben methylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose een hoger waterretentievermogen.
(3) Temperatuurschommelingen hebben een grote invloed op het waterretentievermogen van methylcellulose. Over het algemeen geldt: hoe hoger de temperatuur, hoe slechter het waterretentievermogen. Als de temperatuur van de mortel boven de 40 °C komt, zal het waterretentievermogen van methylcellulose aanzienlijk afnemen, wat de verwerking van de mortel ernstig beïnvloedt.
(4) Methylcellulose heeft een significant effect op de constructie en hechting van mortel. Met "hechting" wordt hier de hechtkracht bedoeld die wordt ondervonden tussen het gereedschap van de gebruiker en de muurondergrond, oftewel de schuifweerstand van de mortel. Een hoge hechting, een grote schuifweerstand van de mortel en een grote krachtsinspanning tijdens het gebruik leiden tot slechte constructieprestaties van de mortel. De hechting van methylcellulose is matig in vergelijking met andere cellulose-etherproducten.
1.1.2 De moleculaire formule van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x
Hydroxypropylmethylcellulose is een cellulosevariant waarvan de productie en het verbruik de laatste jaren snel zijn toegenomen. Het is een niet-ionische cellulose-mengether die wordt gemaakt van geraffineerd katoen na alkalisering, met behulp van propyleenoxide en methylchloride als veretheringsmiddel, via een reeks reacties. De substitutiegraad ligt over het algemeen tussen 1,2 en 2,0. De eigenschappen verschillen door de verschillende verhoudingen tussen het methoxyl- en hydroxypropylgehalte.
(1) Hydroxypropylmethylcellulose is gemakkelijk oplosbaar in koud water en lost moeilijk op in heet water. De geleertemperatuur in heet water is echter aanzienlijk hoger dan die van methylcellulose. De oplosbaarheid in koud water is ook veel beter dan die van methylcellulose.
(2) De viscositeit van hydroxypropylmethylcellulose is gerelateerd aan het molecuulgewicht, en hoe hoger het molecuulgewicht, hoe hoger de viscositeit. Temperatuur heeft ook invloed op de viscositeit; naarmate de temperatuur stijgt, neemt de viscositeit af. De hoge viscositeit heeft echter een minder sterk temperatuureffect dan methylcellulose. De oplossing is stabiel bij opslag op kamertemperatuur.
(3) Het waterretentievermogen van hydroxypropylmethylcellulose hangt af van de toegevoegde hoeveelheid, de viscositeit, enz., en de waterretentiesnelheid bij dezelfde toegevoegde hoeveelheid is hoger dan die van methylcellulose.
(4) Hydroxypropylmethylcellulose is stabiel in zuren en basen, en de waterige oplossing ervan is zeer stabiel in het pH-bereik van 2 tot 12. Natronloog en kalkwater hebben weinig invloed op de eigenschappen ervan, maar alkali kan de oplossing versnellen en de viscositeit verhogen. Hydroxypropylmethylcellulose is stabiel in gewone zouten, maar bij een hoge zoutconcentratie neemt de viscositeit van de hydroxypropylmethylcellulose-oplossing toe.
(5) Hydroxypropylmethylcellulose kan worden gemengd met wateroplosbare polymeerverbindingen om een uniforme oplossing met een hogere viscositeit te vormen. Zoals polyvinylalcohol, zetmeelether, plantaardige gom, enz.
(6) Hydroxypropylmethylcellulose heeft een betere enzymresistentie dan methylcellulose, en de oplossing ervan wordt minder snel door enzymen afgebroken dan methylcellulose.
(7) De hechting van hydroxypropylmethylcellulose aan mortelconstructies is hoger dan die van methylcellulose.
1.1.3 Hydroxyethylcellulose (HEC)
Het wordt gemaakt van geraffineerd katoen dat met alkali is behandeld en vervolgens met ethyleenoxide als veretheringsmiddel in aanwezigheid van aceton is gereageerd. De substitutiegraad is over het algemeen 1,5 tot 2,0. Het heeft een sterke hydrofiliteit en neemt gemakkelijk vocht op.
(1) Hydroxyethylcellulose is oplosbaar in koud water, maar moeilijk oplosbaar in heet water. De oplossing ervan is stabiel bij hoge temperaturen zonder te geleren. Het kan langdurig bij hoge temperaturen in mortel worden gebruikt, maar het waterbindend vermogen is lager dan dat van methylcellulose.
(2) Hydroxyethylcellulose is stabiel in de meeste zuren en basen. Alkali kan de oplossing ervan versnellen en de viscositeit enigszins verhogen. De dispergeerbaarheid in water is iets slechter dan die van methylcellulose en hydroxypropylmethylcellulose.
(3) Hydroxyethylcellulose heeft goede anti-doorzakeigenschappen voor mortel, maar heeft een langere vertragingstijd voor cement.
(4) De prestaties van hydroxyethylcellulose geproduceerd door sommige binnenlandse bedrijven zijn duidelijk lager dan die van methylcellulose vanwege het hoge watergehalte en het hoge asgehalte.
1.1.4 Carboxymethylcellulose (CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n
Ionische cellulose-ether wordt gemaakt van natuurlijke vezels (katoen, enz.) na alkalische behandeling, met natriummonochlooracetaat als veretheringsmiddel, en ondergaat een reeks reactiebehandelingen. De substitutiegraad ligt over het algemeen tussen 0,4 en 1,4, en de prestaties worden sterk beïnvloed door de substitutiegraad.
(1) Carboxymethylcellulose is meer hygroscopisch en zal meer water bevatten wanneer het onder normale omstandigheden wordt bewaard.
(2) Een waterige oplossing van carboxymethylcellulose zal geen gel vormen en de viscositeit zal afnemen met de temperatuur. Wanneer de temperatuur boven de 50 °C komt, is de viscositeit onomkeerbaar.
(3) De stabiliteit ervan wordt sterk beïnvloed door de pH-waarde. Over het algemeen kan het worden gebruikt in mortel op gipsbasis, maar niet in mortel op cementbasis. Bij een sterk alkalische pH-waarde verliest het zijn viscositeit.
(4) Het waterbindend vermogen is veel lager dan dat van methylcellulose. Het heeft een vertragend effect op gipsmortel en vermindert de sterkte ervan. De prijs van carboxymethylcellulose is echter aanzienlijk lager dan die van methylcellulose.
Geplaatst op: 30 maart 2023