Порошок поливинилового спирта представляет собой разновидность водорастворимого пленкообразующего клеящего вещества. В настоящее время он широко используется в некоторых сухих строительных смесях. Он является относительно дешевым клеящим материалом для порошковых и пастообразных шпаклевок.
Добавление порошка поливинилового спирта в сухие строительные смеси, например в редиспергируемый полимерный порошок, повышает их прочность сцепления, но по комплексным характеристикам далеко не всегда сравнимо с редиспергируемым полимерным порошком. Порошок поливинилового спирта служит лишь защитным коллоидом для редиспергируемого полимерного порошка. Однако он по-прежнему остается единственным, способным обеспечить низкотемпературное эластичное склеивание и обладающим хорошей герметичностью, щелочестойкостью, трещиностойкостью, водоудержанием и другими свойствами, которыми обладают сополимеры, например этиленвинилацетат (ЭВА). Поэтому использование порошка поливинилового спирта позволяет получать относительно недорогие сухие строительные смеси, однако количество добавок должно быть соответствующим образом увеличено. Поскольку порошок поливинилового спирта обладает высокой гидрофильностью, но плохой водостойкостью.
Степень алкоголизации порошка поливинилового спирта составляет около 88%, он хорошо растворяется в воде. Его водорастворимая вязкость также относительно велика. Поэтому порошок поливинилового спирта можно легко разводить в виде пасты в клеях 801 и 802. Шпатлевка для внутренних стен смешивается с белым цементом и тальком и может использоваться в качестве клея для шпатлевки наружных стен и межфазного вещества.
Основные области применения поливинилового спирта в строительстве: как пленкообразующее вещество в водорастворимых покрытиях, как эмульгатор в винилацетатной эмульсии, как защитный коллоид в редиспергируемом полимерном порошке, как основное сырье для производства клея 802. Для предотвращения растрескивания и осыпания штукатурки в сухих строительных смесях может быть улучшена адгезия и эластичность.
Водоудерживающий агент и загуститель
В качестве водоудерживающих загустителей в традиционных строительных растворах используются известковая паста и микропенообразователи, а в качестве водоудерживающих и загустителей в сухих порошковых растворах — эфир целлюлозы и эфир крахмала.
1. Эфир целлюлозы
Эфир целлюлозы — это общее название ряда продуктов, образующихся в результате реакции щелочной целлюлозы и этерифицирующего агента при определенных условиях. В сухих строительных растворах дополнительное количество эфира целлюлозы незначительно, однако он может значительно улучшить характеристики влажных растворов и является существенной добавкой, влияющей на строительные характеристики раствора.
(1) Классификация эфиров целлюлозы
Производство эфира целлюлозы очень сложно. Сначала из хлопка или древесины извлекают целлюлозу, затем добавляют гидроксид натрия и в результате химической реакции (растворения щелочи) превращают ее в щелочную целлюлозу. Щелочная целлюлоза подвергается этерификации. Под действием реагента (реакция этерификации) эфир целлюлозы образуется в результате промывки водой, сушки, измельчения и других процессов.
Основным сырьем для получения эфира целлюлозы служат натуральные волокна, такие как хлопковое волокно, пихтовое или буковое древесное волокно. В силу различной степени их полимеризации это неизбежно сказывается на конечной вязкости продуктов. В настоящее время все основные производители целлюлозы используют хлопок. Хлопок (побочный продукт производства нитроцеллюлозы) является основным сырьем. Различные этерифицирующие агенты могут этерифицировать щелочную целлюлозу в различные типы эфиров целлюлозы. Молекулярная структура целлюлозы состоит из связей дегидратированных единиц глюкозы. Каждая единица глюкозы содержит 3 гидроксильные группы. При определенных условиях гидроксильные группы заменяются метильными, гидроксиэтильными, гидроксипропильными и другими группами, и получаются различные виды целлюлозы: метилцеллюлоза, замещенная метильными группами, называется метилцеллюлозой, гидроксиэтильными — гидроксиэтилцеллюлозой, а гидроксипропильными — гидроксипропилцеллюлозой. Поскольку метилцеллюлоза представляет собой смешанный эфир, образующийся в результате реакции этерификации, в основном метиловый, но содержащий небольшое количество гидроксиэтила или гидроксипропила, ее называют метилгидроксиэтилцеллюлозным эфиром или метилцеллюлозой. Гидроксипропиловый эфир целлюлозы. Благодаря различным заместителям (таким как метил, гидроксиэтил и гидроксипропил) и разной степени замещения (количество замещенных веществ на каждую активную гидроксильную группу целлюлозы) могут быть получены различные типы эфиров целлюлозы. Разнообразные и отличающиеся друг от друга марки могут широко использоваться в таких областях, как строительная техника, пищевая и фармацевтическая промышленность, повседневная химия, нефтедобыча.
- Распространенные эфиры целлюлозы в сухих строительных смесях и их свойства
Поскольку ионная целлюлоза (соль гидроксиметилцеллюлозы) нестабильна в присутствии ионов кальция, она редко используется в сухих строительных смесях, в которых в качестве цементирующих материалов применяются цемент и гашеная известь. Гидроксиэтилцеллюлоза также используется в некоторых сухих строительных смесях, но ее доля на рынке незначительна. В настоящее время в качестве эфиров целлюлозы используются в основном метилгидроксиэтилцеллюлозный эфир (МГЭЦ) и метилгидроксиэтилцеллюлоза. Доля пропилцеллюлозного эфира (МГЭЦ) на рынке превышает 90%, а доля настоящего метилцеллюлозного эфира недостаточна. Метилгидроксиэтилцеллюлозный эфир и метилгидроксипропилцеллюлоза, используемые в строительной индустрии, называются MHEC или MHPC, которые играют важную роль в области производства сухих строительных смесей. Это важнейшие модифицированные материалы, такие как штукатурный раствор, штукатурный гипс, плиточный клей, шпатлевка, самовыравнивающийся раствор, раствор для набрызга, обойный клей и конопатные материалы. Он контролирует консистенцию раствора в различных сухих строительных смесях — роль рабочих характеристик, адгезионных свойств и водоудержания.
Эфиры целлюлозы, используемые в сухих строительных смесях, в основном представлены метилгидроксиэтилцеллюлозным эфиром (МГЭЦ) и метилгидроксипропилцеллюлозным эфиром (МГПЦ), поэтому упоминаемые здесь эфиры целлюлозы относятся в первую очередь к МГЭЦ и МГПЦ, а также к их свойствам.
1. Удержание воды
Водоудержание является одним из важнейших свойств эфира целлюлозы. К факторам, влияющим на водоудерживающий эффект сухих строительных смесей, относятся
- количество добавленного эфира целлюлозы,
- вязкость эфира целлюлозы,
- тонкость эфира целлюлозы,
- температура среды использования.
- Количество добавленного эфира целлюлозы влияет на водоудержание. Когда количество добавленного эфира целлюлозы находится в диапазоне от 0,05% до 0,4%, скорость удержания воды увеличивается с увеличением его количества. При увеличении количества целлюлозного эфира тенденция роста водоудерживающей способности начинает замедляться, как показано на рис. 1.
Дозировка эфира целлюлозы также различна в зависимости от назначения раствора. Для кладочного или самовыравнивающегося раствора дозировка составляет 0,02%, для штукатурного раствора — 0,1%, а для керамической плитки — 0,3%~0,7%.
коэффициент водоудержания%
Скорость добавления эфира целлюлозы %
Рисунок 1. Зависимость между водоудержанием и скоростью добавления воды
(2) Влияние вязкости эфира целлюлозы на водоудержание
Вязкость эфира целлюлозы имеет аналогичную зависимость от скорости удержания воды. При увеличении вязкости эфира целлюлозы увеличивается и скорость удержания воды. Когда вязкость достигает определенной высоты, увеличение водоудерживающей способности также имеет тенденцию к плавному. См. рис. 2.
коэффициент водоудержания%
Вязкость (2% водный раствор, 20℃, D=2,5с¹)/(МПа — с)
Рисунок 2: Взаимосвязь между водоудержанием и вязкостью
В общем случае, чем выше вязкость, тем лучше водоудерживающий эффект; чем выше вязкость, тем выше относительная молекулярная масса эфира целлюлозы.
Соответственно снижается и его растворимость, что ухудшает прочностные и строительные характеристики раствора. Чем выше вязкость, тем более выражен эффект загущения раствора, однако он не прямо пропорционален. Чем выше вязкость, тем больше вязкость влажного раствора. При строительстве это проявляется в виде прилипания к скребку и высокой адгезии к основанию. Однако это мало способствует повышению структурной прочности самого мокрого раствора, а эффект улучшения антипросадочности не проявляется. Напротив, некоторые модифицированные метилцеллюлозные эфиры со средней и низкой вязкостью обладают отличными характеристиками по повышению структурной прочности мокрого раствора.
(3) Влияние тонкости эфира целлюлозы на водоудержание
Эфир целлюлозы, используемый в сухих строительных смесях, должен быть в виде порошка с размером частиц от 20% до 60% менее 63 мкм. Мелкодисперсность может влиять на растворимость эфира целлюлозы. Крупнозернистый эфир целлюлозы обычно имеет гранулированную форму и легко диспергируется и растворяется в воде без образования комков. Однако скорость растворения удлиняется, что делает его непригодным для использования в сухих строительных смесях. Эфир целлюлозы распределяется среди заполнителей, тонкодисперсного цемента и других цементирующих материалов в сухих строительных смесях. Только достаточно мелкий порошок может избежать агломерации эфира целлюлозы при добавлении воды при перемешивании. Когда эфир целлюлозы растворяется в воде, его нелегко диспергировать и снова растворить, если произойдет агломерация. Эфиры целлюлозы с более крупной тонкостью будут снижать местную прочность раствора. При укладке такого раствора на большой площади скорость твердения местного раствора будет значительно снижена, и из-за разного времени твердения возникнут трещины. Для гунита требования к крупности выше из-за меньшего времени смешивания.
Влияние тонкости эфира целлюлозы на водоудержание. В общем случае для эфира целлюлозы с одинаковой вязкостью, но разной тонкостью, при одинаковом количестве добавок, чем тоньше эфир целлюлозы, тем лучше он удерживает воду. См. рис. 3
Коэффициент водоудержания %
Время поглощения/мин
Рисунок 3: Влияние тонкости очистки на водоудержание
(4) Влияние рабочей температуры на водоудержание
Водоудержание эфира целлюлозы также зависит от рабочей температуры. С повышением рабочей температуры водоудержание уменьшается.
Коэффициент водоудержания %
рабочая температура%
Рисунок 4: Влияние температуры на водоудержание
При реальном применении материалов часто приходится вести строительство в условиях высоких температур, например, наносить штукатурку на наружные стены летом на солнцепеке, что неизбежно ускорит схватывание и твердение цементного раствора. Уменьшение водоудерживающей способности приведет к снижению обрабатываемости и трещиностойкости. В этом случае снижение влияния температурных факторов становится особенно критичным. Эксперименты показали, что увеличение степени этерификации эфира целлюлозы позволяет повысить его водоудерживающий эффект при температуре использования. При этом лучшие результаты могут сохраняться и при более высоких условиях.
2. Сгущение
Другим важным свойством эфира целлюлозы является его превосходный загущающий эффект. Добавление эфира целлюлозы в сухие строительные смеси позволяет увеличить их вязкость в тысячи раз, что повышает устойчивость к провисанию и адгезию. В практическом применении эфир целлюлозы позволяет точно контролировать консистенцию строительных смесей и регулировать ее путем добавления различных видов эфира целлюлозы и других количеств.
Загущающее действие эфира целлюлозы тесно связано с его уникальной реологией. В частности, его вязкость влияет на прочность сцепления, текучесть, структурную стабильность и обрабатываемость материала.
3. Растворимость
Поскольку поверхностные частицы высококачественного эфира целлюлозы прошли специальную обработку, они обладают отличной растворимостью, как в цементном растворе, так и в гипсе или в системах покрытий, не легко агломерируются и быстро растворяются. Особенно в растворных системах со значительным значением pH он в значительной степени способствует быстрому растворению. Обычно он полностью растворяется в течение нескольких минут.
(3) Выбор эфиров целлюлозы
В сухих строительных смесях эфир целлюлозы играет роль водоудержателя, загустителя и улучшает строительные характеристики. Хорошие водоудерживающие свойства обеспечивают отсутствие пескообразования, осыпания и снижения прочности раствора из-за недостатка воды и неполной гидратации цемента. Эффект загущения значительно повышает структурную прочность влажного раствора. Например, клей для керамической плитки обладает хорошей антипросадочной способностью. Добавление эфира целлюлозы позволяет значительно улучшить вязкость мокрого раствора, он обладает вязкостью, пригодной для различных оснований, и тем самым улучшает крепежные свойства мокрого раствора.
Функции эфира целлюлозы в различных продуктах также разнообразны. Например, эфир целлюлозы может увеличить время раскрытия и регулировать время в клеях для керамической плитки; растворы механического распыления могут улучшить структурную прочность мокрого раствора; самовыравнивающийся раствор может предотвратить оседание и расслоение. Эфир целлюлозы широко используется в сухих строительных смесях в качестве основной добавки. Однако марка и дозировка эфира целлюлозы в разных сухих строительных смесях различны. Поскольку различные сухие строительные смеси имеют дополнительные технические требования к эфиру целлюлозы, производители модифицируют эфир целлюлозы одинаковой вязкости, чтобы адаптировать его к различным техническим требованиям других сухих порошковых строительных смесей. Это удобно для разработчиков рецептур сухих строительных смесей.