В готовой строительной смеси количество добавляемого растворацеллюлозный эфирСодержание целлюлозы очень низкое, но она может значительно улучшить характеристики влажного раствора и является основной добавкой, влияющей на строительные свойства раствора. Разумный выбор эфиров целлюлозы различных видов, с разной вязкостью, разным размером частиц, разной степенью вязкости и в разных количествах окажет положительное влияние на улучшение характеристик сухого порошкового раствора.
В настоящее время многие строительные и штукатурные растворы обладают низкой водоудерживающей способностью, и после нескольких минут отстаивания раствор расслаивается. Водоудерживающая способность является важным свойством метилцеллюлозного эфира, и это свойство, которому уделяют внимание многие отечественные производители сухих строительных смесей, особенно в южных регионах с высокими температурами. Факторы, влияющие на водоудерживающую способность сухих строительных смесей, включают количество добавленного метилцеллюлозного эфира, вязкость метилцеллюлозного эфира, тонкость помола частиц и температуру окружающей среды.
1. Концепция
Эфир целлюлозы — это синтетический полимер, получаемый из природной целлюлозы путем химической модификации. Эфир целлюлозы является производным природной целлюлозы. Производство эфира целлюлозы отличается от производства синтетических полимеров. Его основным материалом является целлюлоза, природное полимерное соединение. Из-за особенностей структуры природной целлюлозы сама целлюлоза не способна реагировать с этерифицирующими агентами. Однако после обработки набухающим агентом прочные водородные связи между молекулярными цепями разрушаются, и происходит активное высвобождение гидроксильных групп, в результате чего образуется реакционноспособная щелочная целлюлоза. Получают эфир целлюлозы.
Свойства эфиров целлюлозы зависят от типа, количества и распределения заместителей. Классификация эфиров целлюлозы также основана на типе заместителей, степени этерификации, растворимости и соответствующих свойствах применения. В зависимости от типа заместителей в молекулярной цепи их можно разделить на моноэфиры и смешанные эфиры. Обычно мы используем метилцеллюлозу (МЦ) в качестве моноэфира, а полиметилцеллюлозу (ПМЦ) — в качестве смешанного эфира. Метилцеллюлозный эфир (МЦ) — это продукт, получаемый после замещения метоксигруппы в глюкозном звене природной целлюлозы. Это продукт, полученный путем замещения части гидроксильной группы в звене метоксигруппой, а другой части — гидроксипропильной группой. Структурная формула: [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. Гидроксиэтилметилцеллюлозный эфир (ГЭМЦ) — это основные разновидности, широко используемые и продаваемые на рынке.
По растворимости их можно разделить на ионные и неионные. Водорастворимые неионные эфиры целлюлозы в основном состоят из двух рядов алкиловых эфиров и гидроксиалкиловых эфиров. Ионная КМЦ в основном используется в синтетических моющих средствах, текстильной печати и крашении, пищевой промышленности и нефтедобыче. Неионные МК, ПМК, ГЭМК и др. в основном используются в строительных материалах, латексных покрытиях, медицине, бытовой химии и т. д. В качестве загустителя, водоудерживающего агента, стабилизатора, диспергатора и пленкообразующего агента.
2. Водоудерживающая способность эфира целлюлозы
Влагоудерживающий эффект эфира целлюлозы: В производстве строительных материалов, особенно сухих порошковых растворов, эфир целлюлозы играет незаменимую роль, особенно при производстве специальных растворов (модифицированных растворов), являясь незаменимым и важным компонентом.
Важная роль водорастворимого эфира целлюлозы в строительном растворе обусловлена тремя основными аспектами: превосходной водоудерживающей способностью, влиянием на консистенцию и тиксотропию раствора, а также взаимодействием с цементом. Водоудерживающий эффект эфира целлюлозы зависит от водопоглощения базового слоя, состава раствора, толщины слоя раствора, водопотребности раствора и времени схватывания материала. Водоудерживающая способность самого эфира целлюлозы обусловлена его растворимостью и дегидратацией. Как известно, несмотря на то, что молекулярная цепь целлюлозы содержит большое количество легко гидратируемых ОН-групп, она нерастворима в воде, поскольку структура целлюлозы обладает высокой степенью кристалличности.
Способность к гидратации одних только гидроксильных групп недостаточна для покрытия сильных водородных связей и сил Ван дер Ваальса между молекулами. Поэтому материал только набухает, но не растворяется в воде. При введении заместителя в молекулярную цепь происходит не только разрушение водородных связей, но и разрыв межцепочечных водородных связей из-за заклинивания заместителя между соседними цепями. Чем больше заместитель, тем больше расстояние между молекулами. Чем больше расстояние, тем сильнее эффект разрушения водородных связей, и целлюлозный эфир становится водорастворимым после расширения целлюлозной решетки и проникновения раствора, образуя высоковязкий раствор. При повышении температуры гидратация полимера ослабевает, и вода между цепями вытесняется. Когда эффект дегидратации становится достаточным, молекулы начинают агрегироваться, образуя трехмерную сетевую структуру геля и сворачиваясь. Факторы, влияющие на водоудержание раствора, включают вязкость целлюлозного эфира, количество добавленного вещества, тонкость частиц и рабочую температуру.
Чем выше вязкость эфира целлюлозы, тем лучше его влагоудерживающие свойства. Вязкость является важным параметром характеристик микрокристаллической целлюлозы (МКЦ). В настоящее время различные производители МКЦ используют разные методы и приборы для измерения вязкости МКЦ. Основные методы — это Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde и Brookfield. Для одного и того же продукта результаты измерения вязкости разными методами могут сильно отличаться, а в некоторых случаях разница может быть вдвое больше. Поэтому при сравнении показателей вязкости необходимо использовать одинаковые методы измерения, включая температуру, ротор и т.д.
В целом, чем выше вязкость, тем лучше водоудерживающий эффект. Однако, чем выше вязкость и выше молекулярная масса метилцеллюлозы, тем меньше её растворимость, что негативно сказывается на прочности и эксплуатационных характеристиках раствора. Чем выше вязкость, тем загущающий эффект раствора, но это не прямо пропорционально. Чем выше вязкость, тем более вязким будет влажный раствор, то есть во время строительства это проявляется в прилипании к шпателю и высокой адгезии к основанию. Но это не способствует повышению прочности самого влажного раствора. Во время строительства противоскользящие свойства не так очевидны. Напротив, некоторые модифицированные эфиры метилцеллюлозы средней и низкой вязкости обладают превосходными свойствами по повышению прочности влажного раствора.
Чем большее количество эфира целлюлозы, добавленного в раствор, тем лучше влагоудерживающие свойства, и чем выше вязкость, тем лучше влагоудерживающие свойства.
Что касается размера частиц, чем мельче частицы, тем лучше влагоудержание. После контакта крупных частиц эфира целлюлозы с водой их поверхность немедленно растворяется, образуя гель, который обволакивает материал, предотвращая дальнейшее проникновение молекул воды. Иногда даже после длительного перемешивания происходит неравномерное диспергирование и растворение, в результате чего образуется мутный хлопьевидный раствор или происходит агломерация. Это существенно влияет на влагоудержание эфира целлюлозы, и растворимость является одним из факторов при выборе эфира целлюлозы.
Тонкость помола также является важным показателем эффективности метилцеллюлозного эфира. Для сухого порошкового раствора метилцеллюлоза должна быть порошкообразной, с низким содержанием воды, а тонкость помола должна составлять от 20% до 60% частиц размером менее 63 мкм. Тонкость помола влияет на растворимость метилцеллюлозного эфира. Крупнозернистый метилцеллюлозный эфир обычно имеет гранулированную структуру и легко растворяется в воде без агломерации, но скорость растворения очень низкая, поэтому он не подходит для использования в сухом порошковом растворе. В сухом порошковом растворе метилцеллюлозный эфир диспергирован среди цементирующих материалов, таких как заполнитель, мелкий наполнитель и цемент, и только достаточно мелкий порошок может предотвратить агломерацию метилцеллюлозного эфира при смешивании с водой. При добавлении воды для растворения агломератов диспергирование и растворение метилцеллюлозного эфира становится очень сложным.
Крупная помол метилцеллюлозы не только приводит к расточительству, но и снижает локальную прочность раствора. При нанесении такого сухого порошкового раствора на большую площадь скорость твердения локального сухого порошкового раствора значительно снижается, и из-за разного времени твердения появляются трещины. Для напыляемого раствора, используемого в механизированном строительстве, требования к тонкости помола выше из-за более короткого времени смешивания. Тонкость помола метилцеллюлозы также оказывает определенное влияние на ее водоудерживающую способность. В целом, для эфиров метилцеллюлозы с одинаковой вязкостью, но разной тонкостью помола, при одинаковом количестве добавки, чем мельче помол, тем лучше эффект водоудержания.
Водоудерживающая способность метилцеллюлозы также зависит от используемой температуры, и водоудерживающая способность метилцеллюлозного эфира снижается с повышением температуры. Однако в реальных условиях применения сухой порошковый раствор часто наносится на горячие основания при высоких температурах (выше 40 градусов) в различных средах, например, при наружной штукатурке стен под солнцем летом, что часто ускоряет твердение цемента и затвердевание сухого порошкового раствора. Снижение водоудерживающей способности приводит к очевидному ухудшению как удобоукладываемости, так и трещиностойкости, и в таких условиях особенно важно уменьшить влияние температурных факторов.
Хотяметилгидроксиэтилцеллюлозный эфирВ настоящее время добавки считаются передовым направлением технологического развития, однако их зависимость от температуры по-прежнему приводит к снижению эксплуатационных характеристик сухого порошкового строительного раствора. Несмотря на увеличение количества метилгидроксиэтилцеллюлозы (летняя формула), удобоукладываемость и трещиностойкость все еще не соответствуют требованиям эксплуатации. Благодаря специальной обработке метилгидроксиэтилцеллюлозы, например, увеличению степени этерификации и т.д., эффект удержания влаги может сохраняться при более высоких температурах, что обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики в суровых условиях.
Дата публикации: 28 апреля 2024 г.