Vai trò của ete xenluloza trong vữa trộn sẵn

Trong vữa trộn sẵn, lượng ete xenluloza thêm vào rất thấp, nhưng nó có thể cải thiện đáng kể hiệu năng của vữa ướt, và là một chất phụ gia chính ảnh hưởng đến hiệu suất thi công của vữa. Việc lựa chọn hợp lý các loại ete xenluloza khác nhau, độ nhớt khác nhau, kích thước hạt khác nhau, độ nhớt khác nhau và lượng thêm vào sẽ có tác động tích cực đến việc cải thiện hiệu năng của vữa bột khô. Hiện nay, nhiều loại vữa xây và vữa trát có khả năng giữ nước kém, và hỗn hợp nước sẽ bị tách lớp sau vài phút để yên.

Khả năng giữ nước là một đặc tính quan trọng của metylete xenlulozaVà đây cũng là một đặc tính mà nhiều nhà sản xuất vữa khô trộn sẵn trong nước, đặc biệt là các nhà sản xuất ở các vùng phía Nam có nhiệt độ cao, rất quan tâm. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của vữa khô trộn sẵn bao gồm lượng xi măng trộn sẵn (MC) thêm vào, độ nhớt của MC, độ mịn của hạt và nhiệt độ môi trường sử dụng.

Ete cellulose là một polyme tổng hợp được tạo ra từ cellulose tự nhiên thông qua quá trình biến đổi hóa học. Ete cellulose là một dẫn xuất của cellulose tự nhiên. Quá trình sản xuất ete cellulose khác với các polyme tổng hợp. Nguyên liệu cơ bản nhất của nó là cellulose, một hợp chất polyme tự nhiên. Do đặc điểm cấu trúc của cellulose tự nhiên, bản thân cellulose không có khả năng phản ứng với các chất ete hóa. Tuy nhiên, sau khi xử lý bằng chất trương nở, các liên kết hydro mạnh giữa các chuỗi phân tử bị phá vỡ, và sự giải phóng hoạt tính của nhóm hydroxyl làm cho cellulose trở thành một cellulose kiềm phản ứng. Từ đó thu được ete cellulose.

Tính chất của ete xenluloza phụ thuộc vào loại, số lượng và sự phân bố của các nhóm thế. Việc phân loại ete xenluloza cũng dựa trên loại nhóm thế, mức độ ete hóa, độ hòa tan và các tính chất ứng dụng liên quan. Theo loại nhóm thế trên chuỗi phân tử, nó có thể được chia thành monoete và ete hỗn hợp. MC mà chúng ta thường sử dụng là monoete, còn HPMC là ete hỗn hợp. Methyl xenluloza ete (MC) là sản phẩm thu được sau khi nhóm hydroxyl trên đơn vị glucose của xenluloza tự nhiên được thay thế bằng nhóm methoxy. Một phần nhóm hydroxyl trên đơn vị được thay thế bằng nhóm methoxy, và phần còn lại được thay thế bằng nhóm hydroxypropyl. Ethyl xenluloza ete (HEMC) là những loại chính được sử dụng và bán rộng rãi trên thị trường.

Về khả năng hòa tan, có thể chia thành dạng ion và không ion. Các ete xenluloza không ion tan trong nước chủ yếu bao gồm hai loại: ete ankyl và ete hydroxyankyl. CMC ion chủ yếu được sử dụng trong chất tẩy rửa tổng hợp, in và nhuộm dệt, thực phẩm và thăm dò dầu khí. MC không ion, HPMC, HEMC, v.v. chủ yếu được sử dụng trong vật liệu xây dựng, lớp phủ latex, dược phẩm, hóa chất tiêu dùng hàng ngày, v.v. Được sử dụng làm chất làm đặc, chất giữ nước, chất ổn định, chất phân tán và chất tạo màng.

Khả năng giữ nước của ete xenlulo: Trong sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là vữa bột khô, ete xenlulo đóng vai trò không thể thiếu, nhất là trong sản xuất vữa đặc biệt (vữa cải tiến), nó là một thành phần không thể thiếu và quan trọng. Vai trò quan trọng của ete xenlulo hòa tan trong nước trong vữa chủ yếu có ba khía cạnh, thứ nhất là khả năng giữ nước tuyệt vời, thứ hai là ảnh hưởng đến độ dẻo và tính chất thixotropy của vữa, và thứ ba là tương tác với xi măng. Hiệu quả giữ nước của ete xenlulo phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nước của lớp nền, thành phần của vữa, độ dày của lớp vữa, nhu cầu nước của vữa và thời gian đông kết của vật liệu. Khả năng giữ nước của bản thân ete xenlulo đến từ khả năng hòa tan và khử nước của chính ete xenlulo. Như chúng ta đã biết, mặc dù chuỗi phân tử xenlulo chứa một lượng lớn nhóm OH có khả năng hydrat hóa cao, nhưng nó không tan trong nước, bởi vì cấu trúc xenlulo có độ kết tinh cao. Khả năng hydrat hóa của riêng các nhóm hydroxyl không đủ để bao phủ các liên kết hydro mạnh và lực van der Waals giữa các phân tử. Do đó, nó chỉ trương nở mà không tan trong nước. Khi một nhóm thế được đưa vào chuỗi phân tử, nhóm thế không chỉ phá hủy chuỗi hydro mà còn phá hủy cả liên kết hydro giữa các chuỗi do sự chèn ép của nhóm thế giữa các chuỗi liền kề. Nhóm thế càng lớn, khoảng cách giữa các phân tử càng lớn. Khoảng cách càng lớn, tác động phá hủy liên kết hydro càng mạnh, khiến ete xenluloza trở nên tan trong nước sau khi mạng lưới xenluloza giãn nở và dung dịch xâm nhập, tạo thành dung dịch có độ nhớt cao. Khi nhiệt độ tăng, quá trình hydrat hóa của polyme yếu đi, và nước giữa các chuỗi bị đẩy ra ngoài. Khi hiệu ứng khử nước đủ mạnh, các phân tử bắt đầu kết tụ, tạo thành cấu trúc mạng lưới ba chiều dạng gel và gấp lại.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của vữa bao gồm độ nhớt của ete xenluloza, lượng thêm vào, độ mịn của các hạt và nhiệt độ sử dụng.

Độ nhớt của ete xenluloza càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt. Độ nhớt là một thông số quan trọng của hiệu suất MC. Hiện nay, các nhà sản xuất MC khác nhau sử dụng các phương pháp và thiết bị khác nhau để đo độ nhớt của MC. Các phương pháp chính là Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde và Brookfield. Đối với cùng một sản phẩm, kết quả đo độ nhớt bằng các phương pháp khác nhau rất khác nhau, thậm chí có trường hợp chênh lệch gấp đôi. Do đó, khi so sánh độ nhớt, cần phải thực hiện giữa các phương pháp thử nghiệm giống nhau, bao gồm nhiệt độ, rotor, v.v.

Nhìn chung, độ nhớt càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt. Tuy nhiên, độ nhớt càng cao và trọng lượng phân tử của MC càng lớn thì độ hòa tan giảm tương ứng sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ và hiệu suất thi công của vữa. Độ nhớt càng cao thì hiệu ứng làm đặc vữa càng rõ rệt, nhưng không tỷ lệ thuận trực tiếp. Độ nhớt càng cao thì vữa ướt càng nhớt, tức là trong quá trình thi công, nó thể hiện ở việc bám dính vào dụng cụ gạt và độ bám dính cao với bề mặt nền. Nhưng điều này lại không giúp tăng cường độ bền kết cấu của vữa ướt. Trong quá trình thi công, khả năng chống chảy xệ không rõ rệt. Ngược lại, một số loại ete metyl xenluloza có độ nhớt trung bình và thấp nhưng được cải tiến lại có hiệu quả tuyệt vời trong việc cải thiện độ bền kết cấu của vữa ướt.

Lượng ete xenluloza thêm vào vữa càng nhiều thì khả năng giữ nước càng tốt, và độ nhớt càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt.

Về kích thước hạt, hạt càng mịn thì khả năng giữ nước càng tốt. Sau khi các hạt ete xenluloza lớn tiếp xúc với nước, bề mặt của chúng ngay lập tức hòa tan và tạo thành gel bao bọc vật liệu, ngăn cản các phân tử nước tiếp tục thấm vào. Đôi khi, ngay cả sau khi khuấy lâu, chúng vẫn không thể phân tán và hòa tan đồng đều, tạo thành dung dịch dạng bông đục hoặc vón cục. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng giữ nước của ete xenluloza, và độ hòa tan là một trong những yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn ete xenluloza. Độ mịn cũng là một chỉ số hiệu suất quan trọng của metyl xenluloza ete. Metyl xenluloza ete dùng cho vữa bột khô cần phải ở dạng bột, có hàm lượng nước thấp, và độ mịn cũng yêu cầu 20%~60% kích thước hạt nhỏ hơn 63µm. Độ mịn ảnh hưởng đến độ hòa tan của metyl xenluloza ete. Metyl xenluloza ete thô thường ở dạng hạt, dễ hòa tan trong nước mà không bị vón cục, nhưng tốc độ hòa tan rất chậm, vì vậy không thích hợp để sử dụng trong vữa bột khô. Trong vữa bột khô, MC được phân tán giữa các vật liệu kết dính như cốt liệu, chất độn mịn và xi măng, và chỉ bột đủ mịn mới tránh được hiện tượng vón cục methyl cellulose ether khi trộn với nước. Khi thêm MC vào nước để hòa tan các cục vón, rất khó để phân tán và hòa tan. Độ mịn thô của MC không chỉ lãng phí mà còn làm giảm cường độ cục bộ của vữa. Khi sử dụng loại vữa bột khô này trên diện tích lớn, tốc độ đông cứng cục bộ của vữa bột khô sẽ giảm đáng kể, và sẽ xuất hiện các vết nứt do thời gian đông cứng khác nhau. Đối với vữa phun thi công bằng máy móc, yêu cầu về độ mịn cao hơn do thời gian trộn ngắn hơn.

Độ mịn của MC cũng có tác động nhất định đến khả năng giữ nước của nó. Nói chung, đối với các ete metyl xenluloza có cùng độ nhớt nhưng độ mịn khác nhau, với cùng một lượng thêm vào, độ mịn càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt.

Khả năng giữ nước của MC cũng liên quan đến nhiệt độ sử dụng, và khả năng giữ nước của metyl cellulose ete giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, trong các ứng dụng vật liệu thực tế, vữa bột khô thường được thi công trên các bề mặt nóng ở nhiệt độ cao (trên 40 độ) trong nhiều môi trường, chẳng hạn như trát vữa tường ngoài trời dưới ánh nắng mặt trời vào mùa hè, điều này thường đẩy nhanh quá trình đông cứng xi măng và làm cứng vữa bột khô. Sự suy giảm khả năng giữ nước dẫn đến cảm giác rõ rệt rằng cả khả năng thi công và khả năng chống nứt đều bị ảnh hưởng, và việc giảm thiểu ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ trong điều kiện này là đặc biệt quan trọng. Mặc dù các chất phụ gia metyl hydroxyethyl cellulose ete hiện đang được coi là tiên tiến nhất trong phát triển công nghệ, nhưng sự phụ thuộc của chúng vào nhiệt độ vẫn sẽ dẫn đến sự suy yếu hiệu suất của vữa bột khô. Mặc dù lượng metyl hydroxyethyl cellulose được tăng lên (công thức mùa hè), khả năng thi công và khả năng chống nứt vẫn không đáp ứng được nhu cầu sử dụng. Thông qua một số phương pháp xử lý đặc biệt đối với MC, chẳng hạn như tăng mức độ ete hóa, v.v., hiệu quả giữ nước có thể được duy trì ở nhiệt độ cao hơn, do đó nó có thể mang lại hiệu suất tốt hơn trong điều kiện khắc nghiệt.

Ngoài ra, tính chất làm đặc và tính chất thixotropy của ete xenluloza: chức năng thứ hai của ete xenluloza – làm đặc – phụ thuộc vào: mức độ trùng hợp của ete xenluloza, nồng độ dung dịch, tốc độ cắt, nhiệt độ và các điều kiện khác. Tính chất tạo gel của dung dịch là đặc trưng riêng của xenluloza alkyl và các dẫn xuất biến tính của nó. Tính chất tạo gel có liên quan đến mức độ thế, nồng độ dung dịch và chất phụ gia. Đối với các dẫn xuất biến tính hydroxyalkyl, tính chất tạo gel cũng liên quan đến mức độ biến tính của hydroxyalkyl. Đối với MC và HPMC có độ nhớt thấp, có thể pha chế dung dịch 10%-15%, MC và HPMC có độ nhớt trung bình có thể pha chế dung dịch 5%-10%, trong khi MC và HPMC có độ nhớt cao hơn thì...HPMCChỉ có thể pha chế dung dịch 2%-3%, và thông thường độ nhớt của ete xenluloza cũng được phân loại theo dung dịch 1%-2%. Ete xenluloza có trọng lượng phân tử cao có hiệu quả làm đặc cao. Trong dung dịch cùng nồng độ, các polyme có trọng lượng phân tử khác nhau có độ nhớt khác nhau. Độ nhớt mục tiêu chỉ có thể đạt được bằng cách thêm một lượng lớn ete xenluloza có trọng lượng phân tử thấp. Độ nhớt của nó ít phụ thuộc vào tốc độ cắt, và độ nhớt cao đạt được độ nhớt mục tiêu, lượng thêm vào cần thiết nhỏ, và độ nhớt phụ thuộc vào hiệu quả làm đặc. Do đó, để đạt được độ đặc nhất định, cần đảm bảo một lượng ete xenluloza nhất định (nồng độ dung dịch) và độ nhớt của dung dịch. Nhiệt độ tạo gel của dung dịch cũng giảm tuyến tính với sự tăng nồng độ dung dịch, và tạo gel ở nhiệt độ phòng sau khi đạt đến một nồng độ nhất định. Nồng độ tạo gel của HPMC tương đối cao ở nhiệt độ phòng.

Độ đặc cũng có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn kích thước hạt và lựa chọn các ete xenluloza có mức độ biến tính khác nhau. Cái gọi là biến tính là việc đưa vào một mức độ thay thế nhất định của các nhóm hydroxyalkyl trên cấu trúc khung của MC. Bằng cách thay đổi giá trị thay thế tương đối của hai nhóm thế, tức là giá trị thay thế tương đối DS và ms của các nhóm methoxy và hydroxyalkyl mà chúng ta thường nói đến. Các yêu cầu về hiệu suất khác nhau của ete xenluloza có thể đạt được bằng cách thay đổi giá trị thay thế tương đối của hai nhóm thế.

Mối quan hệ giữa độ đặc và sự điều chỉnh: việc thêm ete xenluloza ảnh hưởng đến lượng nước tiêu thụ của vữa, làm thay đổi tỷ lệ nước/xi măng, tạo ra hiệu ứng làm đặc, liều lượng càng cao thì lượng nước tiêu thụ càng lớn.

Các ete xenluloza được sử dụng trong vật liệu xây dựng dạng bột phải tan nhanh trong nước lạnh và tạo độ sệt phù hợp cho hệ thống. Nếu chịu lực cắt nhất định, chúng vẫn bị vón cục và tạo thành khối keo, dẫn đến sản phẩm không đạt tiêu chuẩn hoặc chất lượng kém.

Ngoài ra, còn có mối quan hệ tuyến tính tốt giữa độ đặc của hỗn hợp xi măng và liều lượng ete xenlulo. Ete xenlulo có thể làm tăng đáng kể độ nhớt của vữa. Liều lượng càng lớn, hiệu quả càng rõ rệt. Dung dịch nước ete xenlulo có độ nhớt cao có tính chất thixotropy cao, đây cũng là một đặc tính chính của ete xenlulo. Dung dịch nước của polyme MC thường có tính chất giả dẻo và không thixotropy dưới nhiệt độ tạo gel, nhưng có tính chất chảy kiểu Newton ở tốc độ cắt thấp. Tính chất giả dẻo tăng lên theo khối lượng phân tử hoặc nồng độ của ete xenlulo, bất kể loại chất thay thế và mức độ thay thế. Do đó, các ete xenlulo có cùng cấp độ nhớt, bất kể là MC, HPMC, HEMC, sẽ luôn thể hiện các tính chất lưu biến giống nhau miễn là nồng độ và nhiệt độ được giữ không đổi. Gel cấu trúc được hình thành khi nhiệt độ tăng lên, và xảy ra hiện tượng chảy thixotropy cao. Ete xenlulo có nồng độ cao và độ nhớt thấp thể hiện tính chất thixotropy ngay cả dưới nhiệt độ tạo gel. Tính chất này mang lại lợi ích lớn cho việc điều chỉnh độ phẳng và độ võng trong quá trình thi công vữa xây dựng. Cần giải thích ở đây rằng độ nhớt của ete xenlulo càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt, nhưng độ nhớt càng cao thì trọng lượng phân tử tương đối của ete xenlulo càng cao, và độ hòa tan tương ứng giảm đi, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến nồng độ vữa và hiệu suất thi công. Độ nhớt càng cao thì hiệu ứng làm đặc vữa càng rõ rệt, nhưng không hoàn toàn tỷ lệ thuận. Một số loại có độ nhớt trung bình và thấp, nhưng ete xenlulo biến tính có hiệu quả tốt hơn trong việc cải thiện độ bền kết cấu của vữa ướt. Khi độ nhớt tăng, khả năng giữ nước của ete xenlulo được cải thiện.

Tác dụng làm chậm của ete xenlulo: Chức năng thứ ba của ete xenlulo là làm chậm quá trình hydrat hóa của xi măng. Ete xenlulo mang lại cho vữa nhiều đặc tính có lợi, đồng thời làm giảm nhiệt hydrat hóa ban đầu của xi măng và làm chậm quá trình động học hydrat hóa của xi măng. Điều này không thuận lợi cho việc sử dụng vữa ở các vùng lạnh. Tác dụng làm chậm này là do sự hấp phụ của các phân tử ete xenlulo lên các sản phẩm hydrat hóa như CSH và Ca(OH)2. Do sự tăng độ nhớt của dung dịch trong lỗ rỗng, ete xenlulo làm giảm khả năng di chuyển của các ion trong dung dịch, do đó làm chậm quá trình hydrat hóa. Nồng độ ete xenlulo trong vật liệu gel khoáng càng cao, tác dụng làm chậm hydrat hóa càng rõ rệt. Ete xenlulo không chỉ làm chậm quá trình đông kết mà còn làm chậm quá trình cứng lại của hệ vữa xi măng. Tác dụng làm chậm của ete xenlulo không chỉ phụ thuộc vào nồng độ của nó trong hệ gel khoáng mà còn phụ thuộc vào cấu trúc hóa học. Mức độ metyl hóa của HEMC càng cao, tác dụng làm chậm của ete xenlulo càng tốt. Tỷ lệ giữa nhóm thế ưa nước và nhóm thế tăng nước càng cao thì hiệu ứng làm chậm càng mạnh. Tuy nhiên, độ nhớt của ete xenluloza ít ảnh hưởng đến động học thủy hóa xi măng.

Khi hàm lượng ete xenluloza tăng lên, thời gian đông kết của vữa tăng lên đáng kể. Có mối tương quan phi tuyến tốt giữa thời gian đông kết ban đầu của vữa và hàm lượng ete xenluloza, và mối tương quan tuyến tính tốt giữa thời gian đông kết cuối cùng và hàm lượng ete xenluloza. Chúng ta có thể kiểm soát thời gian thi công của vữa bằng cách thay đổi lượng ete xenluloza.

Tóm lại, trong vữa trộn sẵn,ete xenlulozaChất này đóng vai trò quan trọng trong việc giữ nước, làm đặc, làm chậm quá trình thủy hóa xi măng và cải thiện hiệu suất thi công. Khả năng giữ nước tốt giúp quá trình thủy hóa xi măng diễn ra hoàn toàn hơn, có thể cải thiện độ nhớt của vữa ướt, tăng cường độ bám dính của vữa và điều chỉnh thời gian. Việc thêm ete xenlulo vào vữa phun cơ học có thể cải thiện hiệu suất phun hoặc bơm và độ bền kết cấu của vữa. Do đó, ete xenlulo đang được sử dụng rộng rãi như một chất phụ gia quan trọng trong vữa trộn sẵn.