De hydroxylgroepen opcellulose-etherDe moleculen en de zuurstofatomen in de etherbindingen vormen waterstofbruggen met watermoleculen, waardoor vrij water wordt omgezet in gebonden water, wat een belangrijke rol speelt bij waterretentie. De wederzijdse diffusie tussen watermoleculen en de moleculaire ketens van cellulose-ether zorgt ervoor dat watermoleculen de binnenkant van de macromoleculaire keten van cellulose-ether kunnen binnendringen en daar sterke beperkingen ondervinden, waardoor vrij water en gebonden water ontstaan. Dit verbetert de waterretentie van cementmortel. Cellulose-ether verbetert de reologische eigenschappen, de poreuze netwerkstructuur en de osmotische druk van verse cementmortel, of de filmvormende eigenschappen van cellulose-ether belemmeren de diffusie van water.
Het waterbindend vermogen van cellulose-ether zelf is te danken aan de oplosbaarheid en dehydratatie van de cellulose-ether. De hydratatiecapaciteit van de hydroxylgroepen alleen is niet voldoende om de sterke waterstofbruggen en van der Waals-krachten tussen moleculen te compenseren, waardoor de ether wel opzwelt maar niet in water oplost. Wanneer substituenten in de moleculaire keten worden geïntroduceerd, verbreken deze niet alleen de waterstofbruggen, maar ook de waterstofbruggen tussen de ketens doordat de substituenten zich tussen aangrenzende ketens nestelen. Hoe groter de substituenten, hoe groter de afstand tussen de moleculen en hoe groter het effect van de verbreking van de waterstofbruggen. Nadat het cellulose-rooster is opgezwollen, dringt de oplossing binnen en wordt de cellulose-ether wateroplosbaar. Hierdoor ontstaat een oplossing met een hoge viscositeit, die vervolgens bijdraagt aan het waterbindend vermogen.
Factoren die de waterretentieprestaties beïnvloeden:
Viscositeit: Hoe hoger de viscositeit van cellulose-ether, hoe beter het waterretentievermogen. Echter, hoe hoger de viscositeit, hoe hoger het relatieve molecuulgewicht van cellulose-ether en hoe lager de oplosbaarheid, wat een negatieve invloed heeft op de concentratie en de verwerkingseigenschappen van mortel. Over het algemeen geldt dat voor hetzelfde product de viscositeitsresultaten, gemeten met verschillende methoden, sterk kunnen verschillen. Daarom is het bij het vergelijken van viscositeit noodzakelijk om dezelfde testmethoden te gebruiken (inclusief temperatuur, rotor, enz.).
Toevoegingshoeveelheid: Hoe groter de hoeveelheid cellulose-ether die aan de mortel wordt toegevoegd, hoe beter het waterretentievermogen. Over het algemeen kan een kleine hoeveelheid cellulose-ether de waterretentie van mortel aanzienlijk verbeteren. Wanneer de hoeveelheid een bepaald niveau bereikt, vertraagt de trend van de toename in waterretentievermogen.
Deeltjesfijnheid: Hoe fijner de deeltjes, hoe beter het waterretentievermogen. Wanneer 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 doordringen. Soms kan zelfs langdurig roeren geen uniforme dispersie en oplossing bereiken, waardoor een troebele, vlokkerige oplossing of agglomeratie ontstaat, wat het waterretentievermogen van cellulose-ether sterk beïnvloedt. Oplosbaarheid is een van de factoren bij de selectie van cellulose-ether. Fijnheid is ook een belangrijke prestatie-indicator van methylcellulose-ether. Fijnheid beïnvloedt de oplosbaarheid van methylcellulose-ether. Grovere MC is meestal korrelig en lost gemakkelijk op in water zonder agglomeratie, maar de oplossnelheid is erg laag en het is niet geschikt voor gebruik in droge mortel.
Temperatuur: Naarmate de omgevingstemperatuur stijgt, neemt het waterbindend vermogen van cellulose-ethers doorgaans af. Sommige gemodificeerde cellulose-ethers behouden echter ook bij hoge temperaturen een goed waterbindend vermogen. Bij een hogere temperatuur verzwakt de hydratatie van de polymeren en wordt het water tussen de ketens verdreven. Wanneer de dehydratatie voldoende is, beginnen de moleculen samen te klonteren en een driedimensionale netwerkstructuur in de vorm van een gel te vormen.
Moleculaire structuur: Cellulose-ethers met een lagere substitutiegraad hebben een beter waterbindend vermogen.
Verdikking en thixotropie
Verdikking:
Effect op hechtvermogen en anti-doorzakprestaties: Cellulose-ethers geven natte mortel een uitstekende viscositeit, wat het hechtvermogen van natte mortel met de onderlaag aanzienlijk kan vergroten en de anti-doorzakprestaties van de mortel kan verbeteren. Het wordt veel gebruikt in pleistermortel, tegellijmmortel en gevelisolatiesystemen.
Effect op materiaalhomogeniteit: Het verdikkende effect van cellulose-ethers kan ook het anti-dispersievermogen en de homogeniteit van vers gemengde materialen verhogen, materiaalstratificatie, segregatie en waterinsijping voorkomen en kan worden gebruikt in vezelbeton, onderwaterbeton en zelfverdichtend beton.
Oorsprong en invloed van het verdikkende effect: Het verdikkende effect van cellulose-ether op cementgebonden materialen is te danken aan de viscositeit van de cellulose-etheroplossing. Onder dezelfde omstandigheden geldt: hoe hoger de viscositeit van de cellulose-ether, hoe beter de viscositeit van de gemodificeerde cementgebonden materialen. Een te hoge viscositeit kan echter de vloeibaarheid en verwerkbaarheid van het materiaal beïnvloeden (bijvoorbeeld door het vastkleven aan het pleistermes). Zelfnivellerende mortel en zelfverdichtend beton met hoge eisen aan de vloeibaarheid vereisen een zeer lage viscositeit van de cellulose-ether. Bovendien verhoogt het verdikkende effect van cellulose-ether ook de waterbehoefte van de cementgebonden materialen en daarmee de mortelopbrengst.
Thixotropie:
Een waterige oplossing van cellulose-ether met een hoge viscositeit heeft een hoge thixotropie, wat tevens een belangrijk kenmerk is van cellulose-ether. De waterige oplossing van methylcellulose vertoont doorgaans pseudoplasticiteit en een niet-thixotrope vloeibaarheid onder de geltemperatuur, maar vertoont Newtoniaanse stromingseigenschappen bij lage schuifsnelheden. Pseudoplasticiteit neemt toe met een toenemend molecuulgewicht of een hogere concentratie van de cellulose-ether en is onafhankelijk van het type substituent en de substitutiegraad. Daarom vertonen cellulose-ethers van dezelfde viscositeitsklasse, of het nu MC, HPMC of HEMC betreft, altijd dezelfde reologische eigenschappen zolang de concentratie en temperatuur constant blijven. Bij een stijgende temperatuur wordt een structurele gel gevormd en treedt een hoge 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 egaliseren en corrigeren van de doorzakking van bouwmortel tijdens de bouw.
Luchtinsluiting
Principe en effect op de verwerkingsprestaties: Cellulose-ether heeft een significant luchtinsluitend effect op verse cementgebonden materialen. Cellulose-ether bevat zowel hydrofiele groepen (hydroxylgroepen, ethergroepen) als hydrofobe groepen (methylgroepen, glucoseringen). Het is een oppervlakteactieve stof met een actief oppervlak en heeft daardoor een luchtinsluitend effect. Dit luchtinsluitende effect zorgt voor een bolvormig effect, wat de verwerkingsprestaties van vers gemengde materialen kan verbeteren. Zo verhoogt het bijvoorbeeld de plasticiteit en gladheid van de mortel tijdens de verwerking, wat de verspreiding van de mortel ten goede komt. Bovendien verhoogt het de mortelopbrengst en verlaagt het de productiekosten.
Effect op mechanische eigenschappen: Door de luchtinsluiting neemt de porositeit van het uitgeharde materiaal toe, waardoor de mechanische eigenschappen, zoals sterkte en elasticiteitsmodulus, afnemen.
Effect op de vloeibaarheid: Als oppervlakteactieve stof heeft cellulose-ether ook een bevochtigend of smerend effect op cementdeeltjes. Dit, samen met het luchtinsluitende effect, verhoogt de vloeibaarheid van cementgebonden materialen. Het verdikkende effect vermindert echter de vloeibaarheid. Het effect van cellulose-ether op de vloeibaarheid van cementgebonden materialen is een combinatie van weekmakende en verdikkende effecten. Over het algemeen geldt dat bij een zeer lage dosering cellulose-ether het effect zich voornamelijk manifesteert als weekmakend of waterreducerend; bij een hoge dosering neemt het verdikkende effect van cellulose-ether snel toe en raakt het luchtinsluitende effect verzadigd, waardoor het zich manifesteert als verdikking of een verhoogde waterbehoefte.
Geplaatst op: 23 december 2024