целлюлозный эфир
Эфир целлюлозы — это общее название ряда продуктов, получаемых в результате реакции щелочной целлюлозы с этерифицирующим агентом при определенных условиях. Щелочная целлюлоза заменяется различными этерифицирующими агентами для получения различных эфиров целлюлозы. В зависимости от ионизационных свойств заместителей эфиры целлюлозы можно разделить на две категории: ионные (например, карбоксиметилцеллюлоза) и неионные (например, метилцеллюлоза). В зависимости от типа заместителя эфиры целлюлозы можно разделить на моноэфиры (например, метилцеллюлоза) и смешанные эфиры (например, гидроксипропилметилцеллюлоза). В зависимости от растворимости их можно разделить на водорастворимые (например, гидроксиэтилцеллюлоза) и растворимые в органических растворителях (например, этилцеллюлоза) и т. д. Сухие смеси в основном состоят из водорастворимой целлюлозы, а водорастворимая целлюлоза делится на быстрорастворимую и поверхностно обработанную с замедленным растворением.
Механизм действия эфира целлюлозы в строительном растворе следующий:
(1) После растворения эфира целлюлозы в воде обеспечивается эффективное и равномерное распределение цементного материала в системе благодаря поверхностной активности, а эфир целлюлозы, как защитный коллоид, «обволакивает» твердые частицы и образует на их внешней поверхности слой смазывающей пленки, что делает систему раствора более стабильной, а также улучшает текучесть раствора в процессе смешивания и гладкость строительства.
(2) Благодаря своей молекулярной структуре, раствор эфира целлюлозы делает воду в растворе трудноиспаряемой и постепенно высвобождает ее в течение длительного периода времени, обеспечивая раствору хорошее водоудержание и удобоукладываемость.
1. Метилцеллюлоза (МЦ)
После обработки очищенного хлопка щелочью, в результате ряда реакций с хлоридом метана в качестве этерифицирующего агента получают эфир целлюлозы. Как правило, степень замещения составляет 1,6–2,0, а растворимость также различается в зависимости от степени замещения. Он относится к неионогенным эфирам целлюлозы.
(1) Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, но трудно растворяется в горячей воде. Ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH = 3–12. Она обладает хорошей совместимостью с крахмалом, гуаровой камедью и многими поверхностно-активными веществами. Когда температура достигает температуры гелеобразования, происходит гелеобразование.
(2) Водоудерживающая способность метилцеллюлозы зависит от количества добавленного вещества, вязкости, тонкости частиц и скорости растворения. Как правило, если количество добавленного вещества велико, тонкость частиц мала, а вязкость высока, то водоудерживающая способность высока. При этом количество добавленного вещества оказывает наибольшее влияние на водоудерживающую способность, а уровень вязкости не прямо пропорционален уровню водоудерживающей способности. Скорость растворения в основном зависит от степени модификации поверхности частиц целлюлозы и тонкости частиц. Среди вышеупомянутых эфиров целлюлозы метилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза обладают более высокими показателями водоудерживающей способности.
(3) Изменения температуры серьезно повлияют на способность метилцеллюлозы удерживать воду. Как правило, чем выше температура, тем хуже удерживание воды. Если температура раствора превышает 40 °C, удерживание воды метилцеллюлозой значительно снизится, что серьезно повлияет на качество строительства.
(4) Метилцеллюлоза оказывает существенное влияние на конструктивные свойства и адгезию раствора. Под «адгезией» здесь понимается сила сцепления, ощущаемая между инструментом, используемым рабочим, и основанием стены, то есть сопротивление сдвигу раствора. При высокой адгезии сопротивление сдвигу раствора велико, а требуемая от рабочих прочность в процессе использования также велика, что приводит к низкой эффективности строительства. Адгезия метилцеллюлозы в продуктах на основе эфиров целлюлозы находится на умеренном уровне.
2. Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ)
Гидроксипропилметилцеллюлоза — это разновидность целлюлозы, производство и потребление которой в последние годы быстро растут. Это неионогенный смешанный эфир целлюлозы, получаемый из очищенного хлопка после щелочной обработки с использованием оксида пропилена и метилхлорида в качестве этерифицирующего агента в результате ряда реакций. Степень замещения обычно составляет 1,2–2,0. Ее свойства различаются из-за разного соотношения метоксильных и гидроксипропильных групп.
(1) Гидроксипропилметилцеллюлоза легко растворяется в холодной воде, но с трудом растворяется в горячей воде. Однако температура ее гелеобразования в горячей воде значительно выше, чем у метилцеллюлозы. Растворимость в холодной воде также значительно улучшена по сравнению с метилцеллюлозой.
(2) Вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы связана с ее молекулярной массой, и чем больше молекулярная масса, тем выше вязкость. Температура также влияет на ее вязкость: с повышением температуры вязкость уменьшается. Однако ее высокая вязкость имеет меньшее температурное воздействие, чем метилцеллюлоза. Ее раствор стабилен при хранении при комнатной температуре.
(3) Водоудерживающая способность гидроксипропилметилцеллюлозы зависит от количества ее добавления, вязкости и т. д., и ее водоудерживающая способность при одинаковом количестве добавления выше, чем у метилцеллюлозы.
(4) Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к кислотам и щелочам, а ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH=2–12. Каустическая сода и известковая вода мало влияют на ее свойства, но щелочи могут ускорить ее растворение и увеличить вязкость. Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к обычным солям, но при высокой концентрации солевого раствора вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы имеет тенденцию к увеличению.
(5) Гидроксипропилметилцеллюлозу можно смешивать с водорастворимыми полимерными соединениями для образования однородного раствора с более высокой вязкостью. Например, поливиниловый спирт, эфир крахмала, растительная камедь и т. д.
(6) Гидроксипропилметилцеллюлоза обладает лучшей устойчивостью к ферментам, чем метилцеллюлоза, и ее раствор менее подвержен разложению ферментами, чем метилцеллюлоза.
(7) Адгезия гидроксипропилметилцеллюлозы к строительному раствору выше, чем у метилцеллюлозы.
3. Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭК)
Он изготавливается из очищенного хлопка, обработанного щелочью, и реагирует с этиленоксидом в качестве этерифицирующего агента в присутствии ацетона. Степень замещения обычно составляет 1,5–2,0. Обладает сильной гидрофильностью и легко впитывает влагу.
(1) Гидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, но плохо растворяется в горячей воде. Ее раствор стабилен при высоких температурах, не образуя геля. Ее можно использовать длительное время при высоких температурах в растворе, но ее влагоудержание ниже, чем у метилцеллюлозы.
(2) Гидроксиэтилцеллюлоза устойчива к общим кислотам и щелочам. Щелочи могут ускорить ее растворение и незначительно увеличить ее вязкость. Ее диспергируемость в воде несколько хуже, чем у метилцеллюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозы.
(3) Гидроксиэтилцеллюлоза обладает хорошими противоскользящими свойствами для строительного раствора, но имеет более длительное время замедления для цемента.
(4) Характеристики гидроксиэтилцеллюлозы, производимой некоторыми отечественными предприятиями, заметно ниже, чем у метилцеллюлозы, из-за высокого содержания воды и высокого содержания золы.
4. Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)
Ионный целлюлозный эфир получают из натуральных волокон (хлопка и др.) после обработки щелочью, используя монохлорацетат натрия в качестве этерифицирующего агента, и подвергая его ряду реакционных обработок. Степень замещения обычно составляет 0,4–1,4, и его характеристики в значительной степени зависят от степени замещения.
(1) Карбоксиметилцеллюлоза более гигроскопична и будет содержать больше воды при хранении в обычных условиях.
(2) Водный раствор карбоксиметилцеллюлозы не образует гель, и вязкость уменьшается с повышением температуры. При температуре выше 50 °C вязкость становится необратимой.
(3) На его стабильность сильно влияет pH. Как правило, его можно использовать в гипсовом растворе, но не в цементном. При высокой щелочности он теряет вязкость.
(4) Его водоудерживающая способность значительно ниже, чем у метилцеллюлозы. Он оказывает замедляющее действие на гипсовый раствор и снижает его прочность. Однако цена карбоксиметилцеллюлозы значительно ниже, чем цена метилцеллюлозы.
Редиспергируемый полимерный каучуковый порошок
Диспергируемый резиновый порошок получают методом распылительной сушки специальной полимерной эмульсии. В процессе обработки незаменимыми добавками становятся защитный коллоид, антислеживающий агент и т.д. Высушенный резиновый порошок представляет собой совокупность сферических частиц размером 80–100 мм. Эти частицы растворимы в воде и образуют стабильную дисперсию, немного превышающую по размеру частицы исходной эмульсии. После обезвоживания и сушки эта дисперсия образует пленку. Эта пленка является необратимой, как и образование обычной эмульсионной пленки, и не диспергируется повторно при контакте с водой.
Диспергируемый каучуковый порошок можно разделить на следующие типы: сополимер стирола и бутадиена, сополимер третичной угольной кислоты и этилена, сополимер этилена и ацетата уксусной кислоты и др., и на его основе для улучшения характеристик в него вносят прививки силикона, виниллаурата и др. Различные методы модификации позволяют получить различные свойства диспергируемого каучукового порошка, такие как водостойкость, щелочестойкость, атмосферостойкость и гибкость. Содержит виниллаурат и силикон, которые обеспечивают каучуковому порошку хорошую гидрофобность. Высокоразветвленный винилтретичный карбонат обладает низким значением Tg и хорошей гибкостью.
При добавлении таких резиновых порошков в раствор все они оказывают замедляющее воздействие на время схватывания цемента, но это замедление меньше, чем при непосредственном нанесении аналогичных эмульсий. В сравнении с ними, стирол-бутадиеновый порошок оказывает наибольшее замедляющее воздействие, а этилен-винилацетатный – наименьшее. При слишком малой дозировке эффект улучшения характеристик раствора не очевиден.
Полипропиленовые волокна
Полипропиленовое волокно изготавливается из полипропилена в качестве сырья с добавлением соответствующего количества модификатора. Диаметр волокна обычно составляет около 40 микрон, прочность на разрыв — 300–400 МПа, модуль упругости — ≥3500 МПа, а предельное удлинение — 15–18%. Его эксплуатационные характеристики:
(1) Полипропиленовые волокна равномерно распределены в трехмерном случайном направлении в растворе, образуя сетчатую армирующую систему. Если к каждой тонне раствора добавить 1 кг полипропиленового волокна, можно получить более 30 миллионов моноволоконных волокон.
(2) Добавление полипропиленового волокна в раствор может эффективно уменьшить усадочные трещины раствора в пластичном состоянии, независимо от того, видны эти трещины или нет. И это может значительно уменьшить поверхностное водоотделение и оседание заполнителя свежего раствора.
(3) Для затвердевшего раствора полипропиленовое волокно может значительно уменьшить количество деформационных трещин. То есть, когда затвердевший раствор создает напряжение из-за деформации, он может сопротивляться и передавать напряжение. Когда затвердевший раствор трескается, он может пассивировать концентрацию напряжений на вершине трещины и ограничивать ее распространение.
(4) Эффективное диспергирование полипропиленовых волокон при производстве строительного раствора станет сложной проблемой. Смесительное оборудование, тип и дозировка волокон, соотношение компонентов раствора и параметры процесса — все это станет важными факторами, влияющими на диспергирование.
воздухововлекающий агент
Воздухововлекающая добавка — это поверхностно-активное вещество, способное физическими методами образовывать стабильные пузырьки воздуха в свежем бетоне или растворе. К ним относятся, в основном: канифоль и её термополимеры, неионогенные поверхностно-активные вещества, алкилбензолсульфонаты, лигносульфонаты, карбоновые кислоты и их соли и др.
Воздухововлекающие добавки часто используются при приготовлении штукатурных и каменных растворов. Добавление воздухововлекающей добавки приводит к некоторым изменениям в свойствах раствора.
(1) Благодаря образованию пузырьков воздуха, легкость и удобство укладки свежеприготовленного раствора могут быть увеличены, а водоотделение — уменьшено.
(2) Простое использование воздухововлекающей добавки снизит прочность и эластичность опалубки в растворе. Если воздухововлекающая добавка и водоредуцирующая добавка используются вместе и в соответствующем соотношении, значение прочности не уменьшится.
(3) Это может значительно улучшить морозостойкость затвердевшего раствора, повысить водонепроницаемость раствора и повысить эрозионную стойкость затвердевшего раствора.
(4) Воздухововлекающая добавка увеличит содержание воздуха в растворе, что приведет к увеличению усадки раствора, а значение усадки можно соответствующим образом уменьшить путем добавления водоредуцирующей добавки.
Поскольку количество добавляемого воздухововлекающего агента очень мало, обычно составляя лишь несколько десятитысячных от общего количества цементных материалов, необходимо обеспечить его точное дозирование и перемешивание в процессе производства раствора; такие факторы, как способ и время перемешивания, серьезно влияют на количество воздухововлекающего агента. Поэтому в современных условиях отечественного производства и строительства добавление воздухововлекающих агентов в раствор требует проведения большого объема экспериментальных работ.
агент ранней силы
Для повышения ранней прочности бетона и строительного раствора широко используются сульфатные добавки, повышающие раннюю прочность, в основном это сульфат натрия, тиосульфат натрия, сульфат алюминия и сульфат калия-алюминия.
Как правило, широко используется безводный сульфат натрия, его дозировка невелика, и эффект на ранних стадиях нанесения покрытия хороший. Однако, если дозировка слишком велика, это может вызвать расширение и растрескивание на более поздних стадиях, а также привести к щелочному возврату, что повлияет на внешний вид и эффективность декоративного слоя поверхности.
Формиат кальция также является хорошим антифризом. Он обладает хорошим эффектом ранней концентрации замораживания, меньшим количеством побочных эффектов, хорошей совместимостью с другими добавками, и многие его свойства лучше, чем у сульфатных антифризов ранней концентрации, но цена у него выше.
антифриз
Если раствор используется при отрицательной температуре и не принимаются меры по предотвращению замерзания, произойдет повреждение от мороза, и прочность затвердевшего материала будет разрушена. Антифриз предотвращает повреждение от замерзания двумя способами: предотвращает замерзание и повышает раннюю прочность раствора.
Среди широко используемых антифризов наилучший антифризный эффект демонстрируют нитрит кальция и нитрит натрия. Поскольку нитрит кальция не содержит ионов калия и натрия, он может уменьшить образование щелочного заполнителя при использовании в бетоне, но его удобоукладываемость несколько хуже при использовании в растворе, в то время как нитрит натрия обладает лучшей удобоукладываемостью. Для достижения удовлетворительных результатов антифриз используется в сочетании с агентом, повышающим раннюю прочность, и водоредуцирующей добавкой. При использовании сухого раствора с антифризом при сверхнизких отрицательных температурах температуру смеси следует соответствующим образом повысить, например, путем смешивания с теплой водой.
Если количество антифриза слишком велико, это снизит прочность раствора на более позднем этапе, а на поверхности затвердевшего раствора возникнут проблемы, такие как щелочной возврат, что повлияет на внешний вид и эффективность отделочного слоя.
Дата публикации: 16 января 2023 г.