В процессе строительства цементный раствор часто теряет воду слишком быстро, ему не хватает времени и воды для реакции гидратации, что приводит к недостаточной прочности и растрескиванию цементной пасты после затвердевания и другим явлениям. Эфир целлюлозы является распространенной полимерной добавкой в сухие строительные смеси, которая выполняет функции водоудержания, загущения, замедления и воздухововлечения, и может значительно улучшить характеристики строительного раствора.
Для того чтобы раствор отвечал требованиям транспортировки, а также для решения проблем растрескивания и низкой прочности сцепления, большое значение имеет добавление в раствор эфира целлюлозы. Эфир целлюлозы (ЭЦ) изготавливается из целлюлозы путем реакции этерификации одного или нескольких этерифицирующих агентов, сушки и измельчения.
Классификация эфиров целлюлозы
В соответствии с различной химической структурой эфирных заместителей, эфиры целлюлозы можно разделить на анионные, катионные и неионные эфиры. Ионные эфиры целлюлозы — это в основном карбоксиметилцеллюлозный эфир (CMC); неионные эфиры целлюлозы — это в основном метилцеллюлозный эфир (MC), гидроксипропилметилцеллюлозный эфир (HPMC) и гидроксиэтилцеллюлозный эфир (HC) и так далее. Неионные эфиры также делятся на водорастворимые и маслорастворимые, и неионные водорастворимые эфиры в основном используются в растворных продуктах. В присутствии ионов кальция ионные эфиры целлюлозы нестабильны, поэтому их редко используют в сухих строительных смесях с цементом, гашеной известью и другими цементирующими материалами. В то время как неионный водорастворимый эфир целлюлозы широко используется в промышленности строительных материалов благодаря своей суспензионной стабильности и водоудерживающему эффекту.
В соответствии с различными этерифицирующими агентами, выбранными в процессе этерификации, эфиры целлюлозы включают метилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксиэтилметилцеллюлозу, цианоэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, этилцеллюлозу, бензилцеллюлозу, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, бензилцианэтилцеллюлозу, фенилцеллюлозу и другие типы.
Эфиры целлюлозы, используемые для строительных растворов, обычно включают метиловый эфир целлюлозы (MC), гидроксипропилметилцеллюлозу (HPMC), гидроксиэтилметилцеллюлозный эфир (HEMC) и гидроксиэтилцеллюлозный эфир (HEMC) и т.д., из которых наиболее широко используются HPMC и HEMC.
Химические свойства эфиров целлюлозы
Каждый эфир целлюлозы имеет базовую структуру целлюлозы — структуру дегидрированной глюкозы. В процессе производства эфиров целлюлозы волокна целлюлозы сначала нагревают в щелочном растворе, затем обрабатывают этерифицирующим агентом, а волокнистый продукт реакции очищают и измельчают до получения однородного порошка определенной тонкости.
При производстве MC в качестве этерифицирующего агента используется только метиленхлорид, а при производстве HPMC, помимо метиленхлорида, для получения гидроксипропильных групп заместителей используется также пропиленоксид. Различные эфиры целлюлозы имеют разную степень метильного и гидроксипропильного замещения, что влияет на такие свойства, как растворимость в органической фазе и температура горячего геля растворов эфира целлюлозы.
Количество групп заместителей на структурной единице дегидратированной глюкозы целлюлозы может быть выражено в массовом проценте или среднем количестве групп заместителей (т.е. степень замещения DS-Degree of Substitution). Количество групп-заместителей определяет природу продукта эфира целлюлозы. Влияние средней степени замещения на растворимость этерифицированного продукта заключается в следующем:
(1) Этерифицированные продукты с низкой степенью замещения легко растворимы в щелочном растворе;
(2) Этерифицированные продукты с немного более высокой степенью замещения растворимы в воде;
(3) Высокозамещенные продукты этерификации растворимы в полярных органических растворителях;
(4) Продукты этерификации с более высокой степенью замещения растворимы в неполярных органических растворителях.
Свойства растворимости эфира целлюлозы
Характеристики растворимости эфиров целлюлозы оказывают большое влияние на обрабатываемость цементных растворов. Эфиры целлюлозы можно использовать для улучшения связности и водоудержания цементных растворов, но это зависит от того, насколько полно эфиры целлюлозы растворяются в воде. Основными факторами, влияющими на растворение эфиров целлюлозы, являются время растворения, скорость смешивания и тонкость порошка.
Роль эфира целлюлозы в цементном растворе
Как важная добавка в цементный раствор, роль эфира целлюлозы проявляется в следующих аспектах.
(1) Улучшение удобоукладываемости раствора, повышение его вязкости.
Включение эфира целлюлозы позволяет предотвратить расслоение раствора и получить однородное и стабильное пластичное тело. Например, смешивание HEMC, HPMC и т.д. облегчает нанесение тонкослойного раствора и штукатурного раствора. Эффект загущения эфира целлюлозы в основном зависит от: степени полимеризации, скорости сдвига, температуры, концентрации эфира целлюлозы и концентрации растворенной соли.
(2) Он обладает воздухововлекающим эффектом.
Благодаря введению эфира целлюлозы в алкильную группу, так что эфир целлюлозы водный раствор поверхностной энергии снижается, легко сделать смешивания раствора эфира целлюлозы в процессе смешивания, чтобы ввести стабильной, однородной, мелкие пузырьки. Введение пузырьков может не только играть «эффект шара», так что строительные характеристики раствора были улучшены, и может уменьшить влажную плотность раствора, помочь уменьшить теплопроводность раствора. Однако после увеличения содержания воздуха прочность раствора на сжатие, изгиб и сцепление с поверхностью в большей степени подвергается негативному воздействию, к чему следует отнестись серьезно. Некоторые тесты показывают, что при дозировке HEMC и HPMC 0,5% содержание газа в растворе самое большое, около 55%; при дозировке более 0,5% содержание газа в растворе с увеличением дозировки имеет тенденцию к снижению.
(3) Не допускайте потери влаги.
Влага в растворе может играть роль смазки и смешивания, а также облегчать соскабливание тонкослойного раствора и штукатурного раствора. Добавление эфира целлюлозы помогает уменьшить потерю влаги в тонкослойном растворе, при строительстве, кладке кирпича, блоков и т.д. не нужно смачивать заранее, после строительства цементный материал также может иметь достаточно много времени для продолжения гидратации, для улучшения адгезии между раствором и основанием.