У готових розчинах кількість доданого ефіру целюлози дуже низька, але вона може значно покращити характеристики вологого розчину, і це основна добавка, яка впливає на будівельні характеристики розчину. Розумний вибір ефірів целюлози різних сортів, різної в'язкості, різного розміру частинок, різного ступеня в'язкості та доданої кількості позитивно вплине на покращення характеристик сухого порошкового розчину. Наразі багато розчинів для кладки та штукатурки мають погану водоутримуючу здатність, і водяна суспензія розшаровується через кілька хвилин після витримки. Водоутримування є важливою характеристикою метилцелюлозного ефіру, і це також характеристика, на яку звертають увагу багато вітчизняних виробників сухих розчинів, особливо в південних регіонах з високими температурами. Фактори, що впливають на водоутримуючий ефект сухого розчину, включають кількість доданого метилцелюлозного ефіру, в'язкість метилцелюлозного ефіру, дрібність частинок та температуру середовища використання.
1. Концепція
Целюлозний ефір– це синтетичний полімер, виготовлений з природної целюлози шляхом хімічної модифікації. Целюлозний ефір є похідною природної целюлози. Виробництво целюлозного ефіру відрізняється від виробництва синтетичних полімерів. Його найосновнішим матеріалом є целюлоза, природна полімерна сполука. Через особливості структури природної целюлози, сама целюлоза не має здатності реагувати з етерифікаційними агентами. Однак після обробки набухаючим агентом міцні водневі зв'язки між молекулярними ланцюгами та ланцюгами руйнуються, а активне вивільнення гідроксильної групи перетворюється на реакційноздатну лужну целюлозу. Отримання целюлозного ефіру.
Властивості ефірів целюлози залежать від типу, кількості та розподілу замісників. Класифікація ефірів целюлози також базується на типі замісників, ступені етерифікації, розчинності та пов'язаних із цим властивостях застосування. За типом замісників у молекулярному ланцюзі їх можна розділити на моноефіри та змішані ефіри. MC, який ми зазвичай використовуємо, - це моноефіри, а HPMC - змішані ефіри. Метилцелюлозний ефір MC - це продукт, що утворюється після заміщення гідроксильної групи в глюкозній ланці природної целюлози метоксигрупою. Це продукт, отриманий шляхом заміщення частини гідроксильної групи в ланці метоксигрупою, а іншої частини - гідроксипропілгрупою. Структурна формула - [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x Гідроксиетилметилцелюлозний ефір HEMC, це основні різновиди, що широко використовуються та продаються на ринку.
За розчинністю їх можна розділити на іонні та неіонні. Водорозчинні неіонні ефіри целюлози в основному складаються з двох серій алкільних ефірів та гідроксиалкільних ефірів. Іонна КМЦ в основному використовується в синтетичних мийних засобах, текстильному друкарстві та фарбуванні, харчових продуктах та нафтогазових компаніях. Неіонні КМЦ, ГПМЦ, ГЕМЦ тощо в основному використовуються в будівельних матеріалах, латексних покриттях, медицині, повсякденних хімікатах тощо. Використовуються як загусник, вологоутримуючий агент, стабілізатор, диспергатор та плівкоутворювач.
2. Утримання води целюлозним ефіром
Утримання води целюлозним ефіром: У виробництві будівельних матеріалів, особливо сухого порошкового розчину, целюлозний ефір відіграє незамінну роль, особливо у виробництві спеціального розчину (модифікованого розчину), він є незамінним і важливим компонентом.
Важлива роль водорозчинного ефіру целюлози в розчині має три аспекти: перший – це чудова водоутримуюча здатність, інший – вплив на консистенцію та тиксотропію розчину, а третій – взаємодія з цементом. Водоутримувальний ефект ефіру целюлози залежить від водопоглинання базового шару, складу розчину, товщини шару розчину, водопотреби розчину та часу тужавлення матеріалу, що тужав. Водоутримання ефіру целюлози відбувається завдяки розчинності та дегідратації самого ефіру целюлози. Як відомо, хоча молекулярний ланцюг целюлози містить велику кількість високогідратованих ОН-груп, він не розчиняється у воді, оскільки структура целюлози має високий ступінь кристалічності.
Гідратаційної здатності гідроксильних груп недостатньо для покриття міцних водневих зв'язків та сил Ван-дер-Ваальса між молекулами. Тому вона лише набухає, але не розчиняється у воді. Коли замісник вводиться в молекулярний ланцюг, не тільки замісник руйнує водневий ланцюг, але й міжланцюговий водневий зв'язок руйнується через заклинення замісника між сусідніми ланцюгами. Чим більший замісник, тим більша відстань між молекулами. Чим більша відстань. Чим більший ефект руйнування водневих зв'язків, тим більший ефект руйнування водневих зв'язків, тим більший ефект руйнування водневих зв'язків, тим більше целюлозний ефір стає водорозчинним після розширення целюлозної решітки та потрапляння розчину, утворюючи розчин з високою в'язкістю. При підвищенні температури гідратація полімеру послаблюється, і вода між ланцюгами витісняється. Коли ефект дегідратації достатній, молекули починають агрегувати, утворюючи тривимірну сітчасту структуру гелю та згортаючись.
Фактори, що впливають на водоутримування розчину, включають в'язкість целюлозного ефіру, його кількість, дрібність частинок та температуру використання.
Чим вища в'язкість целюлозного ефіру, тим краща водоутримувальна здатність. В'язкість є важливим параметром характеристик целюлозного етеру. Наразі різні виробники целюлозного етеру використовують різні методи та прилади для вимірювання в'язкості целюлозного етеру. Основними методами є Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde та Brookfield тощо. Для одного й того ж продукту результати в'язкості, виміряні різними методами, дуже відрізняються, а деякі навіть мають подвійну різницю. Тому порівняння в'язкості необхідно проводити між однаковими методами випробувань, включаючи температуру, ротор тощо.
Загалом кажучи, чим вища в'язкість, тим кращий ефект утримання води. Однак, чим вища в'язкість і чим вища молекулярна маса метилцелюлози (MC), відповідне зниження її розчинності негативно впливатиме на міцність та будівельні характеристики розчину. Чим вища в'язкість, тим очевидніший ефект загущення розчину, але він не є прямо пропорційним. Чим вища в'язкість, тим більш в'язким буде вологий розчин, тобто під час будівництва це проявляється у прилипанні до скребка та високій адгезії до основи. Але це не сприяє підвищенню структурної міцності самого вологого розчину. Під час будівництва стійкість до просідання не є очевидною. Навпаки, деякі модифіковані ефіри метилцелюлози середньої та низької в'язкості мають чудові показники у покращенні структурної міцності вологого розчину.
Чим більша кількість целюлозного ефіру додається до розчину, тим краща водоутримуюча здатність, а чим вища в'язкість, тим краща водоутримуюча здатність.
Що стосується розміру частинок, то чим дрібніша частинка, тим краще утримується вода. Після контакту великих частинок целюлозного ефіру з водою, їхня поверхня негайно розчиняється та утворює гель, який огортає матеріал, запобігаючи подальшому проникненню молекул води. Іноді навіть після тривалого перемішування вона не може рівномірно диспергуватися та розчинятися, утворюючи каламутний флокулянтний розчин або агломерацію. Це значно впливає на утримання води целюлозним ефіром, а розчинність є одним із факторів вибору целюлозного ефіру.
Тонкість помелу також є важливим показником експлуатаційних характеристик метилцелюлозного ефіру. Метилцелюлозний ефір, що використовується для сухого порошкового розчину, повинен бути порошкоподібним з низьким вмістом води, а тонкість помелу також вимагає, щоб 20%~60% розміру частинок було менше 63 мкм. Тонкість помелу впливає на розчинність метилцелюлозного ефіру. Грубий метилцелюлозний ефір зазвичай гранульований і легко розчиняється у воді без агломерації, але швидкість розчинення дуже повільна, тому він не підходить для використання в сухому порошковому розчині. У сухому порошковому розчині метилцелюлозний ефір диспергується між заповнювачами, дрібними наповнювачами, цементом та іншими цементуючими матеріалами. Тільки достатньо дрібний порошок може уникнути агломерації метилцелюлозного ефіру при змішуванні з водою. Коли метилцелюлозний ефір додають з водою для розчинення агломератів, його дуже важко диспергувати та розчинити.
Грубий порошковий розчин не тільки є марнотратним, але й знижує локальну міцність розчину. Коли такий сухий порошковий розчин наноситься на велику площу, швидкість його твердіння значно зменшується, а через різний час твердіння з'являються тріщини. Для напилюваного розчину з механічною конструкцією вимоги до тонкості помелу вищі через коротший час змішування.
Тонкість помелу метилцелюлози також має певний вплив на її утримання води. Загалом, для ефірів метилцелюлози з однаковою в'язкістю, але різною тонкістю, за однакової кількості додавання, чим дрібніше, тим краще утримується вода.
Водоутримування метилцелюлозного розчину також пов'язане з використовуваною температурою, а водоутримування метилцелюлозного ефіру зменшується зі збільшенням температури. Однак у реальних випадках застосування сухий порошковий розчин часто наноситься на гарячі основи за високих температур (вище 40 градусів) у багатьох середовищах, таких як штукатурка зовнішніх стін під сонцем влітку, що часто прискорює затвердіння цементу та твердіння сухого порошкового розчину. Зниження швидкості водоутримання призводить до очевидного відчуття, що це впливає як на оброблюваність, так і на стійкість до тріщин, і особливо важливо зменшити вплив температурних факторів за цих умов.
Хоча добавки на основі метилгідроксиетилцелюлозних ефірів наразі вважаються передовими технологічними розробками, їхня залежність від температури все одно призведе до послаблення характеристик сухого порошкового розчину. Незважаючи на збільшення кількості метилгідроксиетилцелюлози (літня формула), оброблюваність та стійкість до розтріскування все ще не можуть задовольнити потреби використання. Завдяки спеціальній обробці MC, такій як збільшення ступеня етерифікації тощо, ефект утримання води може бути збережений при вищій температурі, що забезпечує кращу продуктивність у складних умовах.
3. Загущення та тиксотропія целюлозного ефіру
Загущення та тиксотропія целюлозного ефіру: Друга функція целюлозного ефіру — ефект загущення — залежить від: ступеня полімеризації целюлозного ефіру, концентрації розчину, швидкості зсуву, температури та інших умов. Гелеутворююча властивість розчину є унікальною для алкілцелюлози та її модифікованих похідних. Гелеутворюючі властивості пов'язані зі ступенем заміщення, концентрацією розчину та добавками. Для гідроксиалкілмодифікованих похідних гелеутворюючі властивості також пов'язані зі ступенем модифікації гідроксиалкілу. 10%-15% розчин можна приготувати для низьков'язкої целюлози (MC) та ГПМЦ, 5%-10% розчин можна приготувати для середньов'язкої целюлози (MC) та ГПМЦ, а 2%-3% розчин можна приготувати лише для високов'язкої целюлози та ГПМЦ. Зазвичай класифікація в'язкості целюлозного ефіру також градієнтована за 1%-2% розчином.
Високомолекулярний ефір целюлози має високу ефективність загущення. Полімери з різною молекулярною масою мають різну в'язкість в розчині з однаковою концентрацією. Високий ступінь. Цільової в'язкості можна досягти лише шляхом додавання великої кількості низькомолекулярного ефіру целюлози. Його в'язкість мало залежить від швидкості зсуву, а висока в'язкість досягає цільової в'язкості, потребуючи меншого додавання, а в'язкість залежить від ефективності загущення. Тому для досягнення певної консистенції необхідно забезпечити певну кількість ефіру целюлози (концентрацію розчину) та в'язкість розчину. Температура гелю в розчині також лінійно зменшується зі збільшенням концентрації розчину, і гелеутворює при кімнатній температурі після досягнення певної концентрації. Концентрація гелю ГПМЦ при кімнатній температурі відносно висока.
Консистенцію також можна регулювати, вибираючи розмір частинок та вибираючи ефіри целюлози з різним ступенем модифікації. Так звана модифікація полягає у введенні певного ступеня заміщення гідроксиалкільних груп у структуру скелета целюлози. Змінюючи відносні значення заміщення двох замісників, тобто відносні значення заміщення метокси- та гідроксиалкільних груп DS та ms, про які ми часто говоримо. Різні вимоги до експлуатаційних характеристик ефіру целюлози можна отримати, змінюючи відносні значення заміщення двох замісників.
Зв'язок між консистенцією та модифікацією: додавання целюлозного ефіру впливає на споживання води розчином, зміна співвідношення вода-в'яжуча речовина води та цементу має ефект загущення, чим вище дозування, тим більше споживання води.
Целюлозні ефіри, що використовуються в порошкоподібних будівельних матеріалах, повинні швидко розчинятися в холодній воді та забезпечувати відповідну консистенцію для системи. Якщо їм дати певну швидкість зсуву, вони все одно стають хлоп'ястими та колоїдними блоками, що є неякісним продуктом.
Також існує хороша лінійна залежність між консистенцією цементної пасти та дозуванням целюлозного ефіру. Целюлозний ефір може значно збільшити в'язкість розчину. Чим більше дозування, тим помітніший ефект. Водний розчин целюлозного ефіру з високою в'язкістю має високу тиксотропію, що також є основною характеристикою целюлозного ефіру. Водні розчини полімерів MC зазвичай мають псевдопластичну та нетиксотропну плинність нижче температури гелю, але ньютонівські властивості текучості при низьких швидкостях зсуву. Псевдопластичність зростає зі збільшенням молекулярної маси або концентрації целюлозного ефіру, незалежно від типу замісника та ступеня заміщення. Тому целюлозні ефіри одного класу в'язкості, незалежно від MC, HPMC, HEMC, завжди проявлятимуть однакові реологічні властивості, якщо концентрація та температура залишаються постійними.
Структурні гелі утворюються при підвищенні температури, що призводить до високотиксотропних течій. Ефіри целюлози з високою концентрацією та низькою в'язкістю демонструють тиксотропію навіть за температури нижче температури гелю. Ця властивість має велику перевагу для регулювання вирівнювання та просідання при будівництві будівельного розчину. Тут слід пояснити, що чим вища в'язкість ефіру целюлози, тим краще утримання води, але чим вища в'язкість, тим вища відносна молекулярна маса ефіру целюлози та відповідне зниження його розчинності, що негативно впливає на концентрацію розчину та будівельні характеристики. Чим вища в'язкість, тим більш помітний ефект загущення розчину, але він не є повністю пропорційним. Деякі мають середню та низьку в'язкість, але модифікований ефір целюлози має кращі показники покращення структурної міцності вологого розчину. Зі збільшенням в'язкості покращується утримання води ефіром целюлози.
4. Затримка целюлозного ефіру
Уповільнення процесу гідратації целюлозного ефіру: Третя функція целюлозного ефіру полягає у уповільненні процесу гідратації цементу. Целюлозний ефір надає розчину різноманітних корисних властивостей, а також знижує теплоту ранньої гідратації цементу та уповільнює процес динамічної гідратації цементу. Це несприятливо для використання розчину в холодних регіонах. Цей ефект уповільнення зумовлений адсорбцією молекул целюлозного ефіру на продуктах гідратації, таких як CSH та Ca(OH)2. Через збільшення в'язкості порового розчину целюлозний ефір знижує рухливість іонів у розчині, тим самим уповільнюючи процес гідратації.
Чим вища концентрація целюлозного ефіру в мінеральному гелі, тим вираженіший ефект уповільнення гідратації. Целюлозний ефір не тільки уповільнює тужавлення, але й уповільнює процес твердіння цементного розчину. Уповільнювальний ефект целюлозного ефіру залежить не лише від його концентрації в мінеральному гелі, але й від хімічної структури. Чим вищий ступінь метилювання HEMC, тим кращий уповільнювальний ефект целюлозного ефіру. При співвідношенні гідрофільного заміщення до заміщення, що збільшує вміст води, уповільнювальний ефект сильніший. Однак в'язкість целюлозного ефіру мало впливає на кінетику гідратації цементу.
Зі збільшенням вмісту целюлозного ефіру час тужавіння розчину значно збільшується. Існує добра нелінійна кореляція між початковим часом тужавлення розчину та вмістом целюлозного ефіру, а також добра лінійна кореляція між кінцевим часом тужавлення та вмістом целюлозного ефіру. Ми можемо контролювати час роботи розчину, змінюючи кількість целюлозного ефіру.
Підсумовуючи, у готовому розчині,ефір целюлозивідіграє певну роль у водоутриманні, загущенні, уповільненні гідратації цементу та покращенні будівельних характеристик. Хороша водоутримувальна здатність робить гідратацію цементу більш повною, може покращити вологу в'язкість розчину, збільшити міцність зчеплення розчину та регулювати час. Додавання целюлозного ефіру до розчину, що наноситься механічним напиленням, може покращити продуктивність напилення або перекачування та структурну міцність розчину. Тому целюлозний ефір широко використовується як важлива добавка до готових розчинів.
Час публікації: 28 квітня 2024 р.