W gotowych zaprawach ilość dodanego eteru celulozy jest bardzo niska, ale może on znacząco poprawić właściwości zaprawy mokrej i jest głównym dodatkiem wpływającym na właściwości konstrukcyjne zaprawy. Rozsądny dobór eterów celulozy o różnych odmianach, lepkościach, wielkościach cząstek, stopniach lepkości i dodanych ilościach będzie miał pozytywny wpływ na poprawę właściwości zaprawy w postaci suchego proszku. Obecnie wiele zapraw murarskich i tynkarskich charakteryzuje się niską retencją wody, a zawiesina wodna oddziela się po kilku minutach odstania. Retencja wody jest ważną właściwością eteru metylocelulozy, na którą zwraca uwagę wielu krajowych producentów zapraw suchych, zwłaszcza w regionach południowych o wysokich temperaturach. Czynniki wpływające na retencję wody w suchej zaprawie obejmują ilość dodanego MC, lepkość MC, stopień rozdrobnienia cząstek oraz temperaturę otoczenia.
1. Koncepcja
Eter celulozowy to syntetyczny polimer wytwarzany z naturalnej celulozy poprzez modyfikację chemiczną. Eter celulozowy jest pochodną naturalnej celulozy. Produkcja eteru celulozowego różni się od produkcji polimerów syntetycznych. Jego podstawowym składnikiem jest celuloza, naturalny związek polimerowy. Ze względu na specyficzną strukturę naturalnej celulozy, sama celuloza nie reaguje z czynnikami eteryfikującymi. Jednak po obróbce czynnikiem spulchniającym silne wiązania wodorowe między łańcuchami cząsteczkowymi i łańcuchami ulegają zniszczeniu, a aktywne uwalnianie grupy hydroksylowej przekształca się w reaktywną alkalicelulozę. Uzyskaj eter celulozowy.
Właściwości eterów celulozy zależą od rodzaju, liczby i rozmieszczenia podstawników. Klasyfikacja eterów celulozy opiera się również na rodzaju podstawników, stopniu eteryfikacji, rozpuszczalności i powiązanych właściwościach aplikacyjnych. Zgodnie z rodzajem podstawników w łańcuchu cząsteczkowym, etery można podzielić na monoetery i etery mieszane. Zwykle stosujemy monoeter, a HPMC to etery mieszane. Eter metylocelulozy MC jest produktem po zastąpieniu grupy hydroksylowej w jednostce glukozy naturalnej celulozy grupą metoksylową. Jest to produkt uzyskany przez zastąpienie części grupy hydroksylowej w jednostce grupą metoksylową, a innej części grupą hydroksypropylową. Wzór strukturalny to [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x Eter hydroksyetylometylocelulozy HEMC, są to główne odmiany szeroko stosowane i sprzedawane na rynku.
Pod względem rozpuszczalności można je podzielić na jonowe i niejonowe. Rozpuszczalne w wodzie niejonowe etery celulozy składają się głównie z dwóch serii eterów alkilowych i hydroksyalkilowych. Jonowe CMC są stosowane głównie w detergentach syntetycznych, drukowaniu i barwieniu tekstyliów, przemyśle spożywczym i wydobyciu ropy naftowej. Niejonowe MC, HPMC, HEMC itp. są stosowane głównie w materiałach budowlanych, powłokach lateksowych, lekach, chemikaliach codziennego użytku itp. Stosowane są jako zagęszczacz, środek zatrzymujący wodę, stabilizator, dyspergator i środek błonotwórczy.
Po drugie, retencja wody przez eter celulozowy
Retencja wody przez eter celulozowy: W produkcji materiałów budowlanych, zwłaszcza zapraw w proszku, eter celulozowy odgrywa niezastąpioną rolę, zwłaszcza w produkcji zapraw specjalnych (modyfikowanych) jest niezbędnym i ważnym składnikiem.
Istotna rola rozpuszczalnego w wodzie eteru celulozy w zaprawie ma trzy główne aspekty: po pierwsze, doskonałą zdolność retencji wody, po drugie, wpływ na konsystencję i tiksotropię zaprawy, a po trzecie, interakcję z cementem. Efekt retencji wody przez eter celulozy zależy od absorpcji wody przez warstwę bazową, składu zaprawy, grubości warstwy zaprawy, zapotrzebowania zaprawy na wodę oraz czasu wiązania materiału wiążącego. Retencja wody przez sam eter celulozy wynika z rozpuszczalności i odwodnienia samego eteru celulozy. Jak wiadomo, chociaż łańcuch cząsteczkowy celulozy zawiera dużą liczbę wysoce uwodnionych grup OH, nie rozpuszcza się on w wodzie, ponieważ struktura celulozy charakteryzuje się wysokim stopniem krystaliczności.
Sama zdolność hydratacyjna grup hydroksylowych nie wystarcza do pokrycia silnych wiązań wodorowych i sił van der Waalsa między cząsteczkami. Dlatego polimer jedynie pęcznieje, ale nie rozpuszcza się w wodzie. Wprowadzenie podstawnika do łańcucha cząsteczkowego powoduje nie tylko zniszczenie łańcucha wodorowego, ale również zniszczenie wiązania wodorowego między łańcuchami z powodu klinowania podstawnika między sąsiednimi łańcuchami. Im większy podstawnik, tym większa odległość między cząsteczkami. Im większy jest efekt niszczenia wiązań wodorowych, tym eter celulozy staje się rozpuszczalny w wodzie po rozszerzeniu sieci celulozowej i wniknięciu roztworu, tworząc roztwór o wysokiej lepkości. Wraz ze wzrostem temperatury hydratacja polimeru słabnie, a woda między łańcuchami jest wypierana. Gdy efekt dehydratacji jest wystarczający, cząsteczki zaczynają agregować, tworząc trójwymiarową strukturę sieciową, która ulega żelowaniu i rozkładaniu.
Czynniki wpływające na retencję wody w zaprawie obejmują lepkość eteru celulozy, ilość dodanego materiału, grubość cząstek i temperaturę stosowania:
Im wyższa lepkość eteru celulozy, tym lepsza retencja wody. Lepkość jest ważnym parametrem wydajności MC. Obecnie różni producenci MC stosują różne metody i instrumenty do pomiaru lepkości MC. Głównymi metodami są Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde i Brookfield. Dla tego samego produktu wyniki pomiaru lepkości mierzone różnymi metodami są bardzo różne, a niektóre nawet dwukrotnie odbiegają od siebie. Dlatego porównując lepkość, należy przeprowadzać pomiary przy użyciu tych samych metod, w tym temperatury, wirnika itp.
Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa lepkość, tym lepszy efekt retencji wody. Jednak im wyższa lepkość i wyższa masa cząsteczkowa MC, tym odpowiadający temu spadek jego rozpuszczalności będzie miał negatywny wpływ na wytrzymałość i właściwości konstrukcyjne zaprawy. Im wyższa lepkość, tym bardziej widoczny jest efekt zagęszczania zaprawy, ale nie jest on wprost proporcjonalny. Im wyższa lepkość, tym bardziej lepka będzie mokra zaprawa, co oznacza, że podczas budowy objawia się to przywieraniem do skrobaka i wysoką przyczepnością do podłoża. Jednak zwiększenie wytrzymałości strukturalnej samej mokrej zaprawy nie jest pomocne. Podczas budowy działanie przeciwspływowe nie jest oczywiste. Wręcz przeciwnie, niektóre etery metylocelulozy o średniej i niskiej lepkości, ale modyfikowane metylocelulozy mają doskonałe właściwości poprawiające wytrzymałość strukturalną mokrej zaprawy.
Im większa ilość eteru celulozowego dodana do zaprawy, tym lepsze właściwości retencji wody, a im wyższa lepkość, tym lepsze właściwości retencji wody.
Jeśli chodzi o wielkość cząstek, im drobniejsza cząsteczka, tym lepsza retencja wody. Po zetknięciu się dużych cząstek eteru celulozy z wodą, powierzchnia natychmiast rozpuszcza się i tworzy żel, który otacza materiał, zapobiegając dalszej infiltracji cząsteczek wody. Czasami nie można go równomiernie rozproszyć i rozpuścić nawet po długotrwałym mieszaniu, tworząc mętny, kłaczkowaty roztwór lub aglomerację. Ma to znaczący wpływ na retencję wody przez eter celulozy, a rozpuszczalność jest jednym z czynników decydujących o wyborze eteru celulozy.
Drobność jest również ważnym wskaźnikiem wydajności eteru metylocelulozy. MC używany do suchej zaprawy proszkowej musi być proszkiem o niskiej zawartości wody, a drobność wymaga również, aby 20%–60% wielkości cząstek było mniejsze niż 63 μm. Drobność wpływa na rozpuszczalność eteru metylocelulozy. Gruboziarnisty MC jest zazwyczaj ziarnisty i łatwo rozpuszcza się w wodzie bez tworzenia aglomeratów, ale szybkość rozpuszczania jest bardzo powolna, dlatego nie nadaje się do stosowania w suchej zaprawie proszkowej. W suchej zaprawie MC jest rozproszony pomiędzy materiałami wiążącymi, takimi jak kruszywo, drobny wypełniacz i cement, i tylko wystarczająco drobny proszek może zapobiec aglomeracji eteru metylocelulozy podczas mieszania z wodą. Po dodaniu MC do wody w celu rozpuszczenia aglomeratów, bardzo trudno jest go rozproszyć i rozpuścić.
Zbyt duże rozdrobnienie MC nie tylko powoduje straty, ale także obniża lokalną wytrzymałość zaprawy. W przypadku zastosowania takiej zaprawy proszkowej na dużej powierzchni, szybkość utwardzania zaprawy proszkowej ulegnie znacznemu zmniejszeniu, a z powodu różnic w czasie utwardzania pojawią się pęknięcia. W przypadku zaprawy natryskowej o konstrukcji mechanicznej, wymagania dotyczące rozdrobnienia są wyższe ze względu na krótszy czas mieszania.
Stopień rozdrobnienia MC ma również pewien wpływ na retencję wody. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku eterów metylocelulozy o tej samej lepkości, ale różnej gęstości, przy tej samej ilości dodanego materiału, im drobniejszy, tym lepszy efekt retencji wody.
Retencja wody w MC jest również związana z zastosowaną temperaturą, a retencja wody w eterze metylocelulozy maleje wraz ze wzrostem temperatury. Jednak w rzeczywistych zastosowaniach materiałowych, sucha zaprawa proszkowa jest często nakładana na gorące podłoża w wysokich temperaturach (powyżej 40 stopni Celsjusza) w wielu środowiskach, takich jak tynkowanie zewnętrznych ścian szpachlowych w słońcu latem, co często przyspiesza utwardzanie cementu i twardnienie suchej zaprawy proszkowej. Spadek retencji wody prowadzi do oczywistego wniosku, że zarówno urabialność, jak i odporność na pękanie ulegają pogorszeniu, a szczególnie istotne jest ograniczenie wpływu czynników temperaturowych w tych warunkach.
Chociaż dodatki eteru metylohydroksyetylocelulozy są obecnie uważane za pionierskie w rozwoju technologicznym, ich zależność od temperatury nadal będzie prowadzić do osłabienia właściwości zaprawy proszkowej. Pomimo zwiększenia ilości metylohydroksyetylocelulozy (formuła letnia), urabialność i odporność na pękanie nadal nie spełniają wymagań użytkowych. Dzięki specjalnej obróbce MC, takiej jak zwiększenie stopnia eteryfikacji itp., efekt retencji wody można utrzymać w wyższej temperaturze, co zapewnia lepszą wydajność w trudnych warunkach.
3. Zagęszczanie i tiksotropia eteru celulozy
Zagęszczanie i tiksotropia eteru celulozy: Druga funkcja eteru celulozy — efekt zagęszczania — zależy od: stopnia polimeryzacji eteru celulozy, stężenia roztworu, szybkości ścinania, temperatury i innych warunków. Właściwości żelujące roztworu są unikalne dla alkilocelulozy i jej modyfikowanych pochodnych. Właściwości żelujące są związane ze stopniem podstawienia, stężeniem roztworu i dodatkami. W przypadku modyfikowanych pochodnych hydroksyalkilowych właściwości żelujące są również związane ze stopniem modyfikacji hydroksyalkilu. W przypadku MC i HPMC o niskiej lepkości można przygotować roztwór 10%-15%, MC i HPMC o średniej lepkości można przygotować roztwór 5%-10%, podczas gdy MC i HPMC o wysokiej lepkości można przygotować tylko roztwór 2%-3%, a zwykle klasyfikacja lepkości eteru celulozy jest również stopniowana według 1%-2% roztworu.
Eter celulozy o dużej masie cząsteczkowej charakteryzuje się wysoką wydajnością zagęszczania. W roztworze o tym samym stężeniu polimery o różnych masach cząsteczkowych mają różne lepkości. Wysoki stopień. Docelową lepkość można osiągnąć jedynie poprzez dodanie dużej ilości eteru celulozy o małej masie cząsteczkowej. Jego lepkość w niewielkim stopniu zależy od szybkości ścinania, a wysoka lepkość osiąga lepkość docelową, a wymagana ilość dodatku jest niewielka, a lepkość zależy od wydajności zagęszczania. Dlatego, aby uzyskać określoną konsystencję, należy zagwarantować określoną ilość eteru celulozy (stężenie roztworu) i lepkość roztworu. Temperatura żelowania roztworu również spada liniowo wraz ze wzrostem stężenia roztworu, a żeluje w temperaturze pokojowej po osiągnięciu określonego stężenia. Stężenie żelujące HPMC jest stosunkowo wysokie w temperaturze pokojowej.
Konsystencję można również regulować poprzez dobór wielkości cząstek i wybór eterów celulozy o różnym stopniu modyfikacji. Tak zwana modyfikacja polega na wprowadzeniu pewnego stopnia podstawienia grup hydroksyalkilowych w strukturze szkieletu MC. Zmieniając względne wartości podstawienia dwóch podstawników, czyli często nazywane wartościami DS i ms grup metoksylowych i hydroksyalkilowych, można uzyskać różne wymagania dotyczące wydajności eterów celulozy.
Związek między konsystencją a modyfikacją: dodanie eteru celulozy wpływa na zużycie wody w zaprawie, zmieniając stosunek wody do spoiwa, czyli wody i cementu, co powoduje efekt zagęszczania, im wyższa dawka, tym większe zużycie wody.
Etery celulozy stosowane w sproszkowanych materiałach budowlanych muszą szybko rozpuszczać się w zimnej wodzie i zapewniać odpowiednią konsystencję. Przy określonej szybkości ścinania materiał nadal staje się flokulantem i blokiem koloidalnym, co oznacza produkt niskiej jakości lub niskiej jakości.
Istnieje również wyraźna liniowa zależność między konsystencją zaczynu cementowego a dawką eteru celulozy. Eter celulozy może znacznie zwiększyć lepkość zaprawy. Im większa dawka, tym wyraźniejszy efekt. Wodny roztwór eteru celulozy o wysokiej lepkości charakteryzuje się wysoką tiksotropią, co jest również jego główną cechą. Wodne roztwory polimerów MC zazwyczaj charakteryzują się pseudoplastycznością i nietiksotropowością poniżej temperatury żelowania, ale posiadają właściwości płynięcia newtonowskiego przy niskich szybkościach ścinania. Pseudoplastyczność rośnie wraz z masą cząsteczkową lub stężeniem eteru celulozy, niezależnie od rodzaju podstawnika i stopnia podstawienia. Dlatego etery celulozy o tym samym stopniu lepkości, niezależnie od MC, HPMC czy HEMC, zawsze będą wykazywać te same właściwości reologiczne, o ile stężenie i temperatura są stałe.
Żele strukturalne tworzą się w podwyższonej temperaturze, co powoduje powstawanie płynów o wysokiej tiksotropii. Etery celulozy o wysokim stężeniu i niskiej lepkości wykazują tiksotropię nawet poniżej temperatury żelowania. Ta właściwość jest niezwykle korzystna dla regulacji poziomu i ugięcia zaprawy budowlanej. Należy tutaj wyjaśnić, że im wyższa lepkość eteru celulozy, tym lepsza retencja wody, ale im wyższa lepkość, tym wyższa względna masa cząsteczkowa eteru celulozy i odpowiadający jej spadek rozpuszczalności, co negatywnie wpływa na stężenie zaprawy i jej właściwości konstrukcyjne. Im wyższa lepkość, tym bardziej widoczny jest efekt zagęszczania zaprawy, ale nie jest on całkowicie proporcjonalny. Niektóre lepkości są średnie i niskie, ale modyfikowany eter celulozy lepiej poprawia wytrzymałość strukturalną mokrej zaprawy. Wraz ze wzrostem lepkości poprawia się retencja wody eteru celulozy. 4. Opóźnianie wiązania eteru celulozy
Opóźnianie hydratacji eteru celulozy: Trzecią funkcją eteru celulozy jest opóźnienie procesu hydratacji cementu. Eter celulozy nadaje zaprawie szereg korzystnych właściwości, a także obniża wczesne ciepło hydratacji cementu i opóźnia jego dynamiczny proces. Jest to niekorzystne w przypadku stosowania zaprawy w regionach o niskich temperaturach. Ten efekt opóźnienia jest spowodowany adsorpcją cząsteczek eteru celulozy na produktach hydratacji, takich jak CSH i Ca(OH)2. Ze względu na wzrost lepkości roztworu porowego, eter celulozy zmniejsza ruchliwość jonów w roztworze, opóźniając tym samym proces hydratacji.
Czas publikacji: 04-02-2023