In kant-en-klare mortel is de toevoegingshoeveelheidcellulose-etherHet waterbindend vermogen is weliswaar laag, maar het kan de prestaties van natte mortel aanzienlijk verbeteren en is een belangrijk additief dat de constructieprestaties van mortel beïnvloedt. Een verstandige selectie van cellulose-ethers van verschillende soorten, met verschillende viscositeiten, deeltjesgroottes, viscositeitsgraden en toegevoegde hoeveelheden, zal een positieve invloed hebben op de verbetering van de prestaties van droge poedermortel. Momenteel hebben veel metsel- en pleistermortels een slecht waterbindend vermogen, waardoor de waterige brij na enkele minuten stilstand scheidt.
Het waterretentievermogen is een belangrijke eigenschap van methylcellulose-ether en een eigenschap waar veel binnenlandse fabrikanten van droge mortel, met name in zuidelijke regio's met hoge temperaturen, veel aandacht aan besteden. Factoren die het waterretentievermogen van droge mortel beïnvloeden, zijn onder andere de hoeveelheid toegevoegde MC, de viscositeit van de MC, de fijnheid van de deeltjes en de temperatuur van de gebruiksomgeving.
Cellulose-ether is een synthetisch polymeer dat door chemische modificatie van natuurlijke cellulose wordt gemaakt. Het is een derivaat van natuurlijke cellulose. De productie van cellulose-ether verschilt van die van synthetische polymeren. Het meest gebruikte materiaal is cellulose, een natuurlijke polymeerverbinding. Vanwege de specifieke structuur van natuurlijke cellulose reageert cellulose zelf niet met etherificatiemiddelen. Na behandeling met een zwelmiddel worden echter de sterke waterstofbruggen tussen de moleculaire ketens verbroken, waardoor de hydroxylgroep vrijkomt en reactieve alkalicellulose ontstaat. Zo wordt cellulose-ether verkregen.
De eigenschappen van cellulose-ethers zijn afhankelijk van het type, het aantal en de verdeling van de substituenten. De classificatie van cellulose-ethers is ook gebaseerd op het type substituenten, de mate van verethering, de oplosbaarheid en de daarmee samenhangende toepassingseigenschappen. Afhankelijk van het type substituenten op de moleculaire keten kan onderscheid worden gemaakt tussen mono-ethers en gemengde ethers. De MC die we doorgaans gebruiken is mono-ether, en deHPMCMethylcellulose-ether (MC) is een gemengde ether. Het is het product dat ontstaat wanneer de hydroxylgroep op de glucose-eenheid van natuurlijke cellulose wordt vervangen door een methoxygroep. Het is een product dat wordt verkregen door een deel van de hydroxylgroep op de eenheid te vervangen door een methoxygroep en een ander deel door een hydroxypropylgroep. De structuurformule is [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. Hydroxyethylmethylcellulose-ether (HEMC) zijn de belangrijkste varianten die veel worden gebruikt en verkocht.
Wat betreft oplosbaarheid kan er onderscheid worden gemaakt tussen ionische en niet-ionische cellulose-ethers. Wateroplosbare niet-ionische cellulose-ethers bestaan hoofdzakelijk uit twee series: alkylethers en hydroxyalkylethers. Ionische CMC wordt voornamelijk gebruikt in synthetische detergenten, textieldruk en -verven, voedingsmiddelen en olie-exploratie. Niet-ionische MC, HPMC, HEMC, enz. worden voornamelijk gebruikt in bouwmaterialen, latexcoatings, geneesmiddelen, huishoudelijke chemicaliën, enz. Ze worden toegepast als verdikkingsmiddel, waterbindend middel, stabilisator, dispergeermiddel en filmvormend middel.
Waterretentie van cellulose-ether: Bij de productie van bouwmaterialen, met name droge poedermortel, speelt cellulose-ether een onvervangbare rol. Vooral bij de productie van speciale mortel (gemodificeerde mortel) is het een onmisbaar en belangrijk bestanddeel. De belangrijke rol van wateroplosbare cellulose-ether in mortel is hoofdzakelijk op drie aspecten van belang: ten eerste de uitstekende waterretentiecapaciteit, ten tweede de invloed op de consistentie en thixotropie van de mortel, en ten derde de interactie met cement. Het waterretentie-effect van cellulose-ether hangt af van de waterabsorptie van de basislaag, de samenstelling van de mortel, de dikte van de mortellaag, de waterbehoefte van de mortel en de uithardingstijd van het uithardingsmateriaal. De waterretentie van cellulose-ether zelf is te danken aan de oplosbaarheid en dehydratatie van cellulose-ether. Zoals bekend is, is de cellulosemolecuulketen, ondanks de grote hoeveelheid sterk hydraterende OH-groepen, niet oplosbaar in water, omdat de cellulosestructuur een hoge mate van kristalliniteit heeft. Het hydratatievermogen van hydroxylgroepen alleen is niet voldoende om de sterke waterstofbruggen en van der Waals-krachten tussen moleculen te compenseren. Daarom zwelt het polymeer wel op, maar lost het niet op in water. Wanneer een substituent in de moleculaire keten wordt geïntroduceerd, vernietigt de substituent niet alleen de waterstofbruggen, maar ook de waterstofbruggen tussen de ketens doordat de substituent zich tussen aangrenzende ketens wringt. Hoe groter de substituent, hoe groter de afstand tussen de moleculen. Hoe groter de afstand, hoe groter het effect van de vernietiging van waterstofbruggen. De cellulose-ether wordt wateroplosbaar nadat het cellulose-rooster uitzet en de oplossing erin doordringt, waardoor een oplossing met een hoge viscositeit ontstaat. Bij een temperatuurstijging verzwakt de hydratatie van het polymeer en wordt het water tussen de ketens verdreven. Wanneer het dehydratatie-effect voldoende is, beginnen de moleculen te aggregeren, waardoor een driedimensionale netwerkstructuur ontstaat die zich uitvouwt.
Factoren die van invloed zijn op het waterbindend vermogen van mortel zijn onder andere de viscositeit van cellulose-ether, de toegevoegde hoeveelheid, de fijnheid van de deeltjes en de gebruikstemperatuur.
Hoe hoger de viscositeit van cellulose-ether, hoe beter het waterretentievermogen. Viscositeit is een belangrijke parameter vanMCprestatie. Momenteel gebruiken verschillende MC-fabrikanten verschillende methoden en instrumenten om de viscositeit van MC te meten. De belangrijkste methoden zijn Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde en Brookfield, enz. Voor hetzelfde product kunnen de viscositeitsresultaten die met verschillende methoden worden gemeten, sterk uiteenlopen, soms zelfs tot het dubbele. Daarom moet bij het vergelijken van viscositeit gebruik worden gemaakt van dezelfde testmethoden, inclusief temperatuur, rotor, enz.
Over het algemeen geldt: hoe hoger de viscositeit, hoe beter het waterretentie-effect. Echter, hoe hoger de viscositeit en hoe hoger het molecuulgewicht van MC, hoe kleiner de oplosbaarheid, wat een negatieve invloed heeft op de sterkte en de verwerkingseigenschappen van de mortel. Hoe hoger de viscositeit, hoe duidelijker het verdikkende effect op de mortel, maar dit is niet rechtstreeks evenredig. Hoe hoger de viscositeit, hoe stroperiger de natte mortel zal zijn, wat zich tijdens het aanbrengen uit in het kleven aan de schraper en een sterke hechting aan de ondergrond. Dit draagt echter niet bij aan de structurele sterkte van de natte mortel zelf. Tijdens het aanbrengen is de anti-doorzakwerking niet显著. Daarentegen hebben sommige gemodificeerde methylcellulose-ethers met een gemiddelde of lage viscositeit uitstekende prestaties op het gebied van het verbeteren van de structurele sterkte van natte mortel.
Hoe groter de hoeveelheid cellulose-ether die aan de mortel wordt toegevoegd, hoe beter het waterretentievermogen, en hoe hoger de viscositeit, hoe beter het waterretentievermogen.
Wat de deeltjesgrootte betreft, geldt: hoe fijner de deeltjes, hoe beter het waterretentievermogen. Nadat de grote deeltjes cellulose-ether in contact komen met water, lost het oppervlak onmiddellijk op en vormt een gel die het materiaal omhult en voorkomt dat watermoleculen verder binnendringen. Soms kan het zelfs na langdurig roeren niet uniform worden verspreid en opgelost, waardoor een troebele, vlokkerige oplossing of agglomeratie ontstaat. Dit heeft een grote invloed op het waterretentievermogen van cellulose-ether, en de oplosbaarheid is een van de factoren bij de keuze van cellulose-ether. Fijnheid is ook een belangrijke prestatie-indicator voor methylcellulose-ether. De cellulose-ether die gebruikt wordt voor droge poedermortel moet poederachtig zijn, met een laag watergehalte, en de fijnheid vereist dat 20% tot 60% van de deeltjes kleiner is dan 63 µm. De fijnheid beïnvloedt de oplosbaarheid van methylcellulose-ether. Grove cellulose-ether is meestal korrelig en lost gemakkelijk op in water zonder te agglomereren, maar de oplossnelheid is erg laag, waardoor het niet geschikt is voor gebruik in droge poedermortel. Bij droge poedermortel is MC verspreid tussen cementachtige materialen zoals aggregaat, fijne vulstoffen en cement. Alleen een voldoende fijne poederstructuur voorkomt agglomeratie van methylcellulose-ether bij het mengen met water. Wanneer MC met water wordt toegevoegd om de agglomeraten op te lossen, is het erg moeilijk om het te verspreiden en op te lossen. Een grovere poederstructuur is niet alleen verspilling, maar vermindert ook de plaatselijke sterkte van de mortel. Wanneer dergelijke droge poedermortel op een groot oppervlak wordt aangebracht, zal de uithardingssnelheid van de mortel lokaal aanzienlijk afnemen en zullen er scheuren ontstaan door de verschillende uithardingstijden. Voor spuitmortel die machinaal wordt aangebracht, zijn de eisen aan de fijnheid hoger vanwege de kortere mengtijd.
De fijnheid van MC heeft ook een zekere invloed op het waterbindend vermogen. Over het algemeen geldt dat voor methylcellulose-ethers met dezelfde viscositeit maar verschillende fijnheid, bij dezelfde toevoegingshoeveelheid, hoe fijner de ether, hoe beter het waterbindend vermogen.
Het waterretentievermogen van MC is ook afhankelijk van de gebruikte temperatuur, en het waterretentievermogen van methylcellulose-ether neemt af naarmate de temperatuur stijgt. In de praktijk wordt droge poedermortel echter vaak aangebracht op hete ondergronden bij hoge temperaturen (hoger dan 40 graden) in diverse omgevingen, zoals het plamuren van buitenmuren in de zomerzon. Dit versnelt vaak het uitharden van cement en de verharding van de droge poedermortel. De afname van het waterretentievermogen leidt tot een duidelijke afname van zowel de verwerkbaarheid als de scheurweerstand, en het is met name cruciaal om de invloed van temperatuurfactoren onder deze omstandigheden te minimaliseren. Hoewel additieven op basis van methylhydroxyethylcellulose-ether momenteel tot de meest geavanceerde technologieën behoren, leidt hun temperatuurafhankelijkheid nog steeds tot een verzwakking van de prestaties van droge poedermortel. Zelfs met een verhoogd gehalte aan methylhydroxyethylcellulose (zomerformule) voldoen de verwerkbaarheid en scheurweerstand nog steeds niet aan de eisen. Door middel van speciale behandelingen van MC, zoals het verhogen van de veretheringsgraad, enz., kan het waterbindend vermogen bij een hogere temperatuur behouden blijven, waardoor het product betere prestaties levert onder zware omstandigheden.
Daarnaast is er de verdikking en thixotropie van cellulose-ether: de tweede functie van cellulose-ether – verdikking – die afhangt van de polymerisatiegraad van de cellulose-ether, de concentratie van de oplossing, de schuifsnelheid, de temperatuur en andere omstandigheden. De geleereigenschappen van de oplossing zijn uniek voor alkylcellulose en de gemodificeerde derivaten daarvan. De geleereigenschappen zijn gerelateerd aan de substitutiegraad, de concentratie van de oplossing en de toevoeging van additieven. Voor hydroxyalkyl-gemodificeerde derivaten zijn de geleereigenschappen ook gerelateerd aan de modificatiegraad van de hydroxyalkylgroep. Een oplossing van 10-15% kan worden bereid voor MC en HPMC met een lage viscositeit, een oplossing van 5-10% voor MC en HPMC met een gemiddelde viscositeit, en een oplossing van 2-3% kan alleen worden bereid voor MC en HPMC met een hoge viscositeit. De viscositeitsclassificatie van cellulose-ether wordt doorgaans ook ingedeeld op basis van een oplossing van 1-2%. Cellulose-ether met een hoog moleculair gewicht heeft een hoge verdikkingscapaciteit. Polymeren met verschillende molecuulgewichten hebben verschillende viscositeiten in een oplossing met dezelfde concentratie. De gewenste viscositeit kan alleen worden bereikt door een grote hoeveelheid cellulose-ether met een laag molecuulgewicht toe te voegen. De viscositeit is nauwelijks afhankelijk van de schuifsnelheid, en een hoge viscositeit zorgt ervoor dat de gewenste viscositeit wordt bereikt met een kleinere toevoeging. De viscositeit is afhankelijk van de verdikkingsefficiëntie. Om een bepaalde consistentie te bereiken, moet daarom een bepaalde hoeveelheid cellulose-ether (concentratie van de oplossing) en een bepaalde viscositeit van de oplossing worden gegarandeerd. De geleringstemperatuur van de oplossing neemt lineair af met de toename van de concentratie en geleert bij kamertemperatuur na het bereiken van een bepaalde concentratie. De geleringsconcentratie van HPMC is relatief hoog bij kamertemperatuur.
De consistentie kan ook worden aangepast door de deeltjesgrootte te kiezen en cellulose-ethers met verschillende modificatiegraden te selecteren. De zogenaamde modificatie houdt in dat er een bepaalde mate van substitutie van hydroxyalkylgroepen in de skeletstructuur van MC wordt geïntroduceerd. Door de relatieve substitutiewaarden van de twee substituenten te veranderen, dat wil zeggen de DS- en ms-relatieve substitutiewaarden van de methoxy- en hydroxyalkylgroepen, zoals we die vaak noemen, kunnen verschillende prestatie-eisen aan cellulose-ether worden gesteld.
De relatie tussen consistentie en modificatie: de toevoeging van cellulose-ether beïnvloedt het waterverbruik van mortel; het veranderen van de water-bindmiddelverhouding van water en cement heeft een verdikkend effect; hoe hoger de dosering, hoe groter het waterverbruik.
Cellulose-ethers die in poedervormige bouwmaterialen worden gebruikt, moeten snel oplossen in koud water en een geschikte consistentie voor het systeem hebben. Bij een bepaalde schuifsnelheid blijven ze vlokken en colloïdaal klonteren, wat een inferieur of kwalitatief slecht product is.
Er bestaat ook een goede lineaire relatie tussen de consistentie van cementpasta en de dosering van cellulose-ether. Cellulose-ether kan de viscositeit van mortel aanzienlijk verhogen. Hoe hoger de dosering, hoe duidelijker het effect. Een waterige oplossing van cellulose-ether met een hoge viscositeit heeft een hoge thixotropie, wat tevens een belangrijk kenmerk is van cellulose-ether. Waterige oplossingen van MC-polymeren vertonen doorgaans pseudoplastische en niet-thixotrope vloeibaarheid onder hun geltemperatuur, maar Newtoniaanse vloei-eigenschappen bij lage schuifsnelheden. De pseudoplasticiteit neemt toe met het molecuulgewicht of de concentratie van cellulose-ether, ongeacht het type substituent en de substitutiegraad. Daarom zullen cellulose-ethers van dezelfde viscositeitsklasse, ongeacht de dosering,MC, HPMC, HEMCCellulose-ethers met een hoge concentratie en lage viscositeit vertonen altijd dezelfde reologische eigenschappen, zolang de concentratie en temperatuur constant blijven. Bij verhoging van de temperatuur worden structurele gels gevormd en treedt een sterk thixotrope stroming op. Cellulose-ethers met een hoge concentratie en lage viscositeit vertonen thixotropie, zelfs onder de geltemperatuur. Deze eigenschap is zeer gunstig voor het aanpassen van de egalisatie en het voorkomen van doorzakking bij de aanleg van mortel. Het is belangrijk om hier te vermelden dat hoe hoger de viscositeit van de cellulose-ether, hoe beter het waterretentievermogen. Echter, hoe hoger de viscositeit, hoe hoger het relatieve molecuulgewicht van de cellulose-ether en hoe lager de oplosbaarheid, wat een negatieve invloed heeft op de mortelconcentratie en de bouwprestaties. Hoe hoger de viscositeit, hoe sterker het verdikkende effect op de mortel, maar dit is niet volledig evenredig. Sommige gemodificeerde cellulose-ethers met een gemiddelde en lage viscositeit presteren beter in het verbeteren van de structurele sterkte van natte mortel. Met toenemende viscositeit verbetert het waterretentievermogen van de cellulose-ether.
Vertraging van cellulose-ether: De derde functie van cellulose-ether is het vertragen van het hydratatieproces van cement. Cellulose-ether geeft mortel diverse gunstige eigenschappen en vermindert tevens de vroege hydratatiewarmte van cement en vertraagt het dynamische hydratatieproces. Dit is ongunstig voor het gebruik van mortel in koude gebieden. Dit vertragende effect wordt veroorzaakt door de adsorptie van cellulose-ethermoleculen aan hydratatieproducten zoals CSH en Ca(OH)2. Door de toename van de viscositeit van de poriënoplossing vermindert de cellulose-ether de mobiliteit van ionen in de oplossing, waardoor het hydratatieproces wordt vertraagd. Hoe hoger de concentratie cellulose-ether in het mineraalgelmateriaal, hoe sterker het vertragende effect van de hydratatie. Cellulose-ether vertraagt niet alleen de uitharding, maar ook het verhardingsproces van het cementmortelsysteem. Het vertragende effect van cellulose-ether hangt niet alleen af van de concentratie in het mineraalgelsysteem, maar ook van de chemische structuur. Hoe hoger de methyleringsgraad van HEMC, hoe beter het vertragende effect van cellulose-ether. Hoe hoger de verhouding tussen hydrofiele en waterverhogende substitutie, hoe sterker het vertragende effect. De viscositeit van cellulose-ether heeft echter weinig invloed op de hydratatiekinetiek van cement.
Naarmate het cellulose-ethergehalte toeneemt, neemt de uithardingstijd van de mortel aanzienlijk toe. Er bestaat een goede niet-lineaire correlatie tussen de beginuithardingstijd van de mortel en het cellulose-ethergehalte, en een goede lineaire correlatie tussen de einduithardingstijd en het cellulose-ethergehalte. We kunnen de verwerkingstijd van de mortel regelen door de hoeveelheid cellulose-ether aan te passen.
Samenvattend, bij kant-en-klare mortel,cellulose-etherHet speelt een rol bij waterretentie, verdikking, het vertragen van de cementhydratatie en het verbeteren van de constructieprestaties. Een goede waterretentie zorgt voor een volledigere cementhydratatie, kan de natte viscositeit van de mortel verbeteren, de hechtsterkte van de mortel verhogen en de uithardingstijd reguleren. Het toevoegen van cellulose-ether aan mechanisch gespoten mortel kan de spuit- of pompeigenschappen en de structurele sterkte van de mortel verbeteren. Daarom wordt cellulose-ether veelvuldig gebruikt als belangrijk additief in kant-en-klare mortel.
Geplaatst op: 25 april 2024