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羥丙基甲基纖維素醚在幹混預拌砂漿中有哪些作用

2014/9/23 17:18:18
在幹混預拌砂漿中,羥丙基甲基纖維素醚的添加量很低,但能顯著改善濕砂漿的性能,是影響砂漿施工性能的—種主要添加劑。合理選擇不同品種,不同粘度,不同顆粒尺寸,不同粘性程度和添加量的纖維素醚,對幹粉砂漿性能的提高產生並發揮著積極的影響。當前,許多砌築和抹灰砂漿保水性能不好,稍微靜置幾分鍾就會出現水漿分離。
保水性是甲基纖維素醚的一個重要性能,也是國內很多幹粉砂漿廠家,特別是南方氣溫較高地區的廠家關注的性能。影響幹粉砂漿保水效果的因素包括MC的添加量、MC黏度、顆粒的細度及使用環境的溫度等。
羥丙基甲基纖維素醚是以天然纖維素為原料,經化學改性製得的合成型高分子聚合物。纖維素醚是天然纖維素的衍生物,纖維素醚生產與合成聚合物不同,它的最基本的材料是纖維素,天然的高分子化合物。由於天然纖維素結構的特殊性,纖維素本身沒有與醚化劑反應的能力。但經過溶脹劑的處理,在分子鏈間和鏈內強大的氫鍵遭到破壞,羥基的活性釋放變成具有反應能力的堿纖維素,在經過醚化劑反應—OH基轉成—OR基得到纖維素醚。
羥丙基甲基纖維素醚的性質取決於取代基的種類,數量和分布。而羥丙基甲基纖維素醚的分類也是根據取代基的種類,醚化程度,溶解性能及相關應用型能來分類的。按分子鏈上取代基類型,可分為單醚和混合醚,亞遊注冊網站通常用的MC為單醚,HPMC則為混合醚。甲基纖維素醚MC是天然纖維素葡萄糖單元上的羥基被甲氧基取代後的產物結構式為[C O H7O2(OH)3-h(OCH3)h ]x,羥丙基甲基纖維素醚HPMC是單元上的羥基一部分被甲氧基取代,另一部分被羥丙基取代得到的產物,結構式為[C6H7O2(OH)3-m-n(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3] n]x另外還有羥乙基甲基纖維素醚HEMC,這幾種是目前市場上廣為應用和銷售的主要品種。
從溶解性能上又可分為離子型和非離子型。水溶性非離子型纖維素醚主要由烷基醚和羥烷基醚兩大係列品種組成。離子型CMC主要應用在合成洗滌劑紡織印染食品和石油開采方麵。而非離子型MC,HPMC, HEMC等主要應用於建築材料、乳膠塗料、醫藥、日用化學等方麵。作為增稠劑、保水劑、穩定劑、分散劑、成膜劑使用。
羥丙基甲基纖維素醚的保水性:在建築材料特別是幹粉砂漿的生產中,纖維素醚發揮著不可替代的作用,特別是在特種砂漿(改性砂漿)的生產中,更是不可缺少的重要組成部分。水溶性纖維素醚在砂漿中的重要作用主要有三個方麵,一是優良的保水能力,二是對砂漿稠度和觸變性的影響,三是與水泥的相互作用。纖維素醚的保水作用,取決於基層的吸水性,砂漿的組成,砂漿的層厚,砂漿的需水量,凝結材料的凝結時間。就纖維素醚本身的保水性則來自於纖維素醚本身的溶解性和去水化作用。眾所周知,纖維素分子鏈雖然含有大量水化性很強的OH基,但其本身並不溶於水,這是因為纖維素結構有高度的結晶性。單靠羥基的水化能力還不足以支付分子間強大的氫鍵和範德華力。所以在水中隻溶脹不溶解,當分子鏈中引入取代基時,不但取代基破壞了氫鏈,而且因相鄰鏈間取代基楔入而破壞鏈間氫鍵,取代基越大拉開分子間距離越大。破壞氫鍵效應越大,纖維素晶格膨化後,溶液進入,纖維素醚成為水溶性,形成高粘度溶液。當溫度升高時,高分子水化作用減弱,而鏈間的水被逐出。當去水作用充分時,分子開始聚集,形成三維網狀結構凝膠折出。
影響砂漿的保水性的因素包括纖維素醚粘度,添加量,顆粒細度和使用溫度。
羥丙基甲基纖維素醚的粘度越大保水性能越好。黏度是MC性能的重要參數,目前不同的MC生產商采用不同的方法和儀器來測定MC的黏度,主要方法有Haake Rotovisko、Hoppler、Ubbelohde和Brookfield等。對於同一種產品,用不同方法測得的黏度結果差別很大,有的甚至是成倍的差異。因此,比較黏度時,一定要在同一種測試方法之間進行,包括溫度、轉子等。
一般來說,黏度越高,保水效果越好。但黏度越高,MC的分子量越高,其溶解性能就會相應降低,這對砂漿的強度和施工性能有負麵的影響。黏度越高,對砂漿的增稠效果越明顯,但並不是正比的關係。黏度越高,濕砂漿會越黏,既施工時,表現為粘刮刀和對基材的黏著性高。但對濕砂漿本身的結構強度的增加幫助不大。既施工時,表現為抗下垂性能不明顯。相反,一些中低黏度但經過改性的甲基纖維素醚則在改善濕砂漿的結構強度有優異的表現。
纖維素醚在砂漿中的添加量越大,保水性能越好,粘度越高,保水性能越優。
對於顆粒尺寸,顆粒越細保水性越好。大顆粒的纖維素醚與水接觸後,表麵立即溶解而形成凝膠將物料包裹起來阻止水分子繼續滲入,有時長時間攪拌也得不到均勻分散溶解,形成一種渾濁絮狀溶液或結塊。大大影響其羥丙基甲基纖維素醚的保水作用,溶解性則是選擇纖維素醚的要素之一。細度也是甲基纖維素醚的一個重要的性能指標。用於幹粉砂漿的MC要求為粉末,水含量低,而且細度也要求20%~60%的粒徑小於63um。細度影響到甲基纖維素醚的溶解性。較粗的MC通常為顆粒狀,在水中很容易分數溶解而不結塊,但溶解速度很慢,不宜在幹粉砂漿中使用。在幹粉砂漿中,MC分散於骨料、細填料和水泥等膠結材料之間,隻有足夠細的粉末才能避免加水攪拌時出現甲基纖維素醚結塊。當MC加水溶解結塊後,在分散溶解就很困難。細度較粗的MC不但浪費,而且會降低砂漿的局部強度,這樣的幹粉砂漿大麵積施工時,就表現為局部幹粉砂漿的固化速度明顯降低,出現由於固化時間不同而造成的開裂。對於采用機械施工的噴射砂漿,由於攪拌的時間較短,對細度的要求更高。
MC的細度對其保水性也有一定的影響,一般說,對於黏度相同而細度不同的甲基纖維素醚,在相同添加量的情況下,細度越細的保水效果更加好。
MC的保水性也和使用的溫度有關,甲基纖維素醚的保水性隨溫度的上升而降低。但在實際的材料應用中,許多環境下幹粉砂漿經常會在高溫(高於40度)的條件下施工於熱基材,如夏天有日曬情況下的外牆膩子抹灰,這往往加速了水泥的固化和幹粉砂漿的硬化。保水率的下降導致了明顯感覺到施工性和抗開裂性均受到影響,在這種條件下減小溫度因素的影響變得尤為關鍵。雖然甲基羥乙基纖維素醚添加劑目前被認為處於技術發展前沿的水平,但其對溫度的依賴性依然會導致幹粉砂漿性能的減弱。盡管提高甲基羥乙基纖維素用量(夏天配方),施工性和抗開裂性仍不能滿足使用的需要。對MC通過一些特殊的處理,如提高醚化度等,可以使其保水效果在溫度較高的情況下保持較佳的效果,使它在惡劣條件下提供更好的表現。
此外,羥丙基甲基纖維素醚的增稠與觸變性:纖維素醚第二個作用—增稠作用取決於:纖維素醚的聚合度,溶液濃度,剪切速率,溫度等條件。溶液的凝膠化特性是烷基纖維素和它的改性衍生物所獨有的性質。凝膠化特性與取代度,溶液濃度和添加劑有關。對於羥烷基改性衍生物,凝膠特性還與羥烷基的改性程度有關。對於溶液濃度低粘度的MC及HPMC可配製10%-15%濃度溶液,中等粘度MC及HPMC可配製5%-10%溶液,而高粘度MC及HPMC隻能配製2%-3%溶液,而通常纖維素醚的粘度分級也是以1%-2%溶液來分級的。高分子量羥丙基甲基纖維素醚增稠效率高,同一濃度溶液,不同分子量聚合物有不同的粘度,粘度和分子量之間可用下列表示,[η]=2.92×10-2(DPn)0.905,DPn是平均聚合度性高。低分子量纖維素醚加入量多才能達到目標粘度。其粘度對剪切速率依賴性小,高粘度達到目標粘度,所需加入量少,粘度的大小決定於增稠效率。所以要達到一定的稠度必須保證纖維素醚一定的加入量(溶液的濃度)和溶液粘度。溶液的凝膠溫度也隨著溶液的濃度增加而降低呈線性,到達一定濃度後室溫凝膠化。HPMC在室溫凝膠化濃度是較高的。
稠度還可以經過選擇顆粒尺寸和選擇不同改性程度的纖維素醚調節。所謂改性,就是在MC的骨架結構上引入一定取代程度的羥烷基。通過改變兩種取代基的相對取代值,也就是亞遊注冊網站常說的甲氧基和羥烷基的DS和ms相對取代值。通過改變兩種取代基的相對取代值獲得纖維素醚的多種性能的要求。
稠度與改性關係:纖維素醚的加入影響砂漿的用水量,改變了水與水泥的水膠比就是增稠效果,摻量越高,用水量加大。
用於粉狀建築材料的羥丙基甲基纖維素醚,必須在冷水中迅速溶解,並能提供給體係適宜的稠度。如果給與一定剪切速率仍成絮狀和膠體塊狀這就是不合格或質量不好的產品。
水泥漿體稠度與羥丙基甲基纖維素醚的摻量也有著良好的線性關係,纖維素醚可以大大增加砂漿的粘稠度,摻量越大,效果越明顯。高粘度的纖維素醚水溶液具有高的觸變性,這也是羥丙基甲基纖維素醚的一大特性。MC類聚合物的水溶液在其凝膠溫度的以下通常具有假塑性,非觸變流動性,但在低剪切速率時呈牛頓型流動性質。假塑性隨纖維素醚分子量或濃度的增加而增大,與取代基類型和取代度無關。所以,相同粘度等級的纖維素醚,不管是MC,HPMC,HEMC,隻要是濃度和溫度保持恒定,總表現出相同的流變性質。當溫度提高時形成結構凝膠,出現高觸變流動。高濃度低粘度的纖維素醚即使在凝膠溫度以下,也表現出觸變性。這一性質對建築砂漿的施工調整其流平和流掛性是大有益處的。這裏需要說明一點,纖維素醚的粘度越高,保水性越好,但粘度越高,羥丙基甲基纖維素醚相對分子量越高,其溶解性能相應降低,這對砂漿濃度和施工性能造成負麵影響。粘度越高,對砂漿的增稠效果越明顯,但並不是完全的正比關係。一些中低粘度,但經過改性的羥丙基甲基纖維素醚在改善濕砂漿的結構強度有更加優異的表現,隨粘度的增加,纖維素醚保水性提高。
羥丙基甲基纖維素醚的緩凝性:纖維素醚第三個作用是延緩水泥的水化進程。羥丙基甲基纖維素醚賦予砂漿各種有益的性能,還會降低水泥早期水化放熱量,延緩水泥的水化動力過程。這對寒冷地區砂漿使用是不利的。這種緩凝作用是纖維素醚分子吸附在C-S-H及ca(OH)2等水化產物上所造成,由於孔隙溶液粘度的增加,纖維素醚降低了離子在溶液中的活動性,從而延緩了水化過程。纖維素醚在礦物凝膠材料中濃度越高,水化延遲的作用越明顯。纖維素醚不僅延緩凝結,而且也會推遲水泥砂漿係統的硬化過程。纖維素醚緩凝作用不僅取決於它在礦物凝膠係統中的濃度,而且取決於化學結構,對HEMC甲基化程度越高,纖維素醚緩凝作用越好,親水取代比增水取代的緩凝作用更強。但纖維素醚的粘度對水泥水化動力學影響甚微。
隨著羥丙基甲基纖維素醚摻量的增加,砂漿的凝結時間顯著增長。砂漿的初凝時間與纖維素醚摻量間具有良好的非線形相關性,終凝時間與纖維素醚摻量具有良好的線性相關性。亞遊注冊網站可以通過改變纖維素醚的摻量,控製砂漿的可操作時間。
綜上所述,在預拌砂漿中,羥丙基甲基纖維素起著保水、增稠、延緩水泥水化動力,改善施工性能等作用。良好的保水能力使水泥水化更加完全,可以改善濕砂漿的濕粘性,提高砂漿的粘結強度,可調整時間。機械噴塗砂漿加入羥丙基甲基纖維素醚可以改善砂漿的噴塗或泵送性能,以及結構強度。因此,羥丙基甲基纖維素醚正作為一種重要的添加劑在預拌砂漿中被廣泛應用。
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