Nelle malte premiscelate, la quantità di etere di cellulosa aggiunta è molto bassa, ma può migliorare significativamente le prestazioni della malta umida ed è un additivo principale che influenza le prestazioni costruttive della malta. Una selezione ponderata di eteri di cellulosa di diverse varietà, diverse viscosità, diverse granulometrie, diversi gradi di viscosità e quantità aggiunte avrà un impatto positivo sul miglioramento delle prestazioni della malta in polvere secca. Attualmente, molte malte per muratura e intonacatura presentano scarse prestazioni di ritenzione idrica e la malta liquida si separa dopo pochi minuti di riposo. La ritenzione idrica è una caratteristica importante dell'etere di metilcellulosa, ed è anche una caratteristica a cui prestano attenzione molti produttori nazionali di malte secche, soprattutto quelli nelle regioni meridionali con alte temperature. I fattori che influenzano l'effetto di ritenzione idrica della malta secca includono la quantità di metilcellulosa aggiunta, la viscosità del metilcellulosa, la finezza delle particelle e la temperatura dell'ambiente di utilizzo.
1. Concetto
L'etere di cellulosa è un polimero sintetico ottenuto dalla cellulosa naturale mediante modificazione chimica. L'etere di cellulosa è un derivato della cellulosa naturale. La produzione di etere di cellulosa è diversa da quella dei polimeri sintetici. Il suo materiale più elementare è la cellulosa, un composto polimerico naturale. Data la particolare struttura della cellulosa naturale, la cellulosa stessa non ha la capacità di reagire con gli agenti di eterificazione. Tuttavia, dopo il trattamento con l'agente rigonfiante, i forti legami a idrogeno tra le catene molecolari e le catene vengono distrutti e il rilascio attivo del gruppo ossidrilico genera una cellulosa alcalina reattiva. Si ottiene l'etere di cellulosa.
Le proprietà degli eteri di cellulosa dipendono dal tipo, dal numero e dalla distribuzione dei sostituenti. La classificazione degli eteri di cellulosa si basa anche sul tipo di sostituenti, sul grado di eterificazione, sulla solubilità e sulle relative proprietà applicative. In base al tipo di sostituenti sulla catena molecolare, si può suddividere in monoetere ed etere misto. Il monoetere (MC) che utilizziamo solitamente è il monoetere, mentre l'HPMC è l'etere misto. L'etere di metilcellulosa (MC) è il prodotto della sostituzione del gruppo ossidrilico sull'unità di glucosio della cellulosa naturale con un gruppo metossilico. Si ottiene sostituendo una parte del gruppo ossidrilico sull'unità con un gruppo metossilico e un'altra parte con un gruppo idrossipropilico. La formula di struttura è [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. L'etere di idrossietil metilcellulosa (HEMC) è la varietà principale ampiamente utilizzata e venduta sul mercato.
In termini di solubilità, può essere suddiviso in ionico e non ionico. Gli eteri di cellulosa non ionici idrosolubili sono composti principalmente da due serie di eteri alchilici e idrossialchilici. La CMC ionica è utilizzata principalmente nei detergenti sintetici, nella stampa e tintura tessile, nell'industria alimentare e nell'esplorazione petrolifera. MC non ionici, HPMC, HEMC, ecc. sono utilizzati principalmente in materiali da costruzione, rivestimenti in lattice, medicinali, prodotti chimici di uso quotidiano, ecc. Utilizzati come addensanti, agenti di ritenzione idrica, stabilizzanti, disperdenti e agenti filmogeni.
In secondo luogo, la ritenzione idrica dell'etere di cellulosa
Ritenzione idrica dell'etere di cellulosa: Nella produzione di materiali da costruzione, in particolare di malta in polvere secca, l'etere di cellulosa svolge un ruolo insostituibile, soprattutto nella produzione di malta speciale (malta modificata), è un componente indispensabile e importante.
L'importante ruolo dell'etere di cellulosa idrosolubile nella malta si basa principalmente su tre aspetti: l'eccellente capacità di ritenzione idrica, l'influenza sulla consistenza e sulla tissotropia della malta e l'interazione con il cemento. L'effetto di ritenzione idrica dell'etere di cellulosa dipende dall'assorbimento d'acqua dello strato di base, dalla composizione della malta, dallo spessore dello strato di malta, dal fabbisogno idrico della malta e dal tempo di presa del materiale. La ritenzione idrica dell'etere di cellulosa deriva dalla sua solubilità e disidratazione. Come è noto, sebbene la catena molecolare della cellulosa contenga un gran numero di gruppi OH altamente idratabili, non è solubile in acqua, poiché la struttura della cellulosa presenta un elevato grado di cristallinità.
La capacità di idratazione dei soli gruppi ossidrilici non è sufficiente a compensare i forti legami a idrogeno e le forze di van der Waals tra le molecole. Pertanto, si limita a gonfiarsi, ma non si dissolve in acqua. Quando un sostituente viene introdotto nella catena molecolare, non solo il sostituente distrugge la catena a idrogeno, ma anche il legame a idrogeno intercatena viene distrutto a causa dell'incuneamento del sostituente tra catene adiacenti. Maggiore è il sostituente, maggiore è la distanza tra le molecole. Maggiore è la distanza. Maggiore è l'effetto della distruzione dei legami a idrogeno, l'etere di cellulosa diventa idrosolubile dopo che il reticolo di cellulosa si espande e la soluzione penetra, formando una soluzione ad alta viscosità. All'aumentare della temperatura, l'idratazione del polimero si indebolisce e l'acqua tra le catene viene espulsa. Quando l'effetto di disidratazione è sufficiente, le molecole iniziano ad aggregarsi, formando un gel con struttura reticolare tridimensionale e ripiegandosi.
I fattori che influenzano la ritenzione idrica della malta includono la viscosità dell'etere di cellulosa, la quantità aggiunta, la finezza delle particelle e la temperatura di utilizzo:
Maggiore è la viscosità dell'etere di cellulosa, migliore è la capacità di ritenzione idrica. La viscosità è un parametro importante per le prestazioni del MC. Attualmente, diversi produttori di MC utilizzano metodi e strumenti diversi per misurarne la viscosità. I metodi principali sono Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde e Brookfield. Per lo stesso prodotto, i risultati di viscosità misurati con metodi diversi sono molto diversi, e alcuni presentano differenze persino doppie. Pertanto, quando si confronta la viscosità, è necessario utilizzare gli stessi metodi di prova, inclusi temperatura, rotore, ecc.
In generale, maggiore è la viscosità, migliore è l'effetto di ritenzione idrica. Tuttavia, maggiore è la viscosità e maggiore è il peso molecolare del MC, la corrispondente diminuzione della sua solubilità avrà un impatto negativo sulla resistenza e sulle prestazioni costruttive della malta. Maggiore è la viscosità, più evidente è l'effetto addensante sulla malta, ma non è direttamente proporzionale. Maggiore è la viscosità, più viscosa sarà la malta bagnata, ovvero, durante la costruzione, si manifesta con l'adesione alla spatola e un'elevata adesione al substrato. Tuttavia, non è utile per aumentare la resistenza strutturale della malta bagnata stessa. Durante la costruzione, le prestazioni anti-colata non sono evidenti. Al contrario, alcuni eteri di metilcellulosa modificati a media e bassa viscosità hanno eccellenti prestazioni nel migliorare la resistenza strutturale della malta bagnata.
Maggiore è la quantità di etere di cellulosa aggiunta alla malta, migliore sarà la capacità di ritenzione idrica; maggiore è la viscosità, migliore sarà la capacità di ritenzione idrica.
Per quanto riguarda la granulometria, più fine è la particella, migliore è la ritenzione idrica. Quando le particelle più grandi di etere di cellulosa entrano in contatto con l'acqua, la superficie si dissolve immediatamente e forma un gel che avvolge il materiale e impedisce alle molecole d'acqua di continuare a infiltrarsi. Talvolta, anche dopo una lunga agitazione, non è possibile disperderlo e dissolverlo uniformemente, formando una soluzione flocculante torbida o un agglomerato. Ciò influisce notevolmente sulla ritenzione idrica dell'etere di cellulosa e la solubilità è uno dei fattori che influenzano la scelta dell'etere di cellulosa.
Anche la finezza è un importante indice di prestazione dell'etere di metilcellulosa. Il MC utilizzato per la malta in polvere secca deve essere in polvere, con un basso contenuto d'acqua, e la finezza richiede inoltre che il 20%~60% della granulometria sia inferiore a 63 µm. La finezza influisce sulla solubilità dell'etere di metilcellulosa. Il MC grossolano è solitamente granulare e si dissolve facilmente in acqua senza agglomerarsi, ma la velocità di dissoluzione è molto lenta, quindi non è adatto all'uso nella malta in polvere secca. Nella malta in polvere secca, il MC è disperso tra i materiali cementizi come aggregati, riempitivo fine e cemento, e solo una polvere sufficientemente fine può evitare l'agglomerazione dell'etere di metilcellulosa durante la miscelazione con acqua. Quando il MC viene aggiunto all'acqua per sciogliere gli agglomerati, è molto difficile disperderlo e dissolverlo.
Una finezza grossolana della malta cementizia non solo è uno spreco, ma riduce anche la resistenza locale della malta. Quando una malta in polvere secca di questo tipo viene applicata su un'ampia area, la velocità di indurimento della malta in polvere secca locale si riduce significativamente e si formano delle crepe dovute ai diversi tempi di indurimento. Per la malta spruzzata con costruzione meccanica, il requisito di finezza è maggiore a causa del tempo di miscelazione più breve.
Anche la finezza del MC ha un certo impatto sulla sua ritenzione idrica. In generale, per eteri di metilcellulosa con la stessa viscosità ma diversa finezza, a parità di quantità aggiunta, più sono fini, maggiore è l'effetto di ritenzione idrica.
La ritenzione idrica del MC è anche correlata alla temperatura di utilizzo, e la ritenzione idrica dell'etere di metilcellulosa diminuisce con l'aumentare della temperatura. Tuttavia, nelle applicazioni concrete dei materiali, la malta in polvere secca viene spesso applicata su substrati caldi ad alte temperature (superiori a 40 gradi) in molti ambienti, come l'intonacatura di pareti esterne sotto il sole estivo, che spesso accelera la stagionatura del cemento e l'indurimento della malta in polvere secca. La diminuzione del tasso di ritenzione idrica porta all'ovvia sensazione che sia la lavorabilità che la resistenza alle crepe siano compromesse, ed è particolarmente importante ridurre l'influenza dei fattori di temperatura in queste condizioni.
Sebbene gli additivi a base di metil-idrossietilcellulosa (metil-idrossietilcellulosa eterea) siano attualmente considerati all'avanguardia nello sviluppo tecnologico, la loro dipendenza dalla temperatura porterà comunque a un indebolimento delle prestazioni della malta in polvere secca. Sebbene la quantità di metil-idrossietilcellulosa sia aumentata (formula estiva), la lavorabilità e la resistenza alle crepe non sono ancora sufficienti a soddisfare le esigenze applicative. Attraverso trattamenti speciali sulla malta cementizia, come l'aumento del grado di eterificazione, ecc., l'effetto di ritenzione idrica può essere mantenuto a temperature più elevate, garantendo prestazioni migliori in condizioni difficili.
3. Addensamento e tissotropia dell'etere di cellulosa
Addensamento e tissotropia dell'etere di cellulosa: la seconda funzione dell'etere di cellulosa, l'effetto addensante, dipende da: grado di polimerizzazione dell'etere di cellulosa, concentrazione della soluzione, velocità di taglio, temperatura e altre condizioni. La proprietà gelificante della soluzione è esclusiva dell'alchilcellulosa e dei suoi derivati modificati. Le proprietà di gelificazione sono correlate al grado di sostituzione, alla concentrazione della soluzione e agli additivi. Per i derivati modificati con idrossialchile, le proprietà del gel sono anche correlate al grado di modifica dell'idrossialchile. Per MC e HPMC a bassa viscosità, è possibile preparare una soluzione al 10%-15%, MC e HPMC a media viscosità possono essere preparate una soluzione al 5%-10%, mentre MC e HPMC ad alta viscosità possono essere preparate solo una soluzione al 2%-3%, e solitamente la classificazione della viscosità dell'etere di cellulosa è anch'essa graduata in base all'1%-2%.
L'etere di cellulosa ad alto peso molecolare ha un'elevata efficienza di addensamento. Nella stessa soluzione di concentrazione, polimeri con pesi molecolari diversi presentano viscosità diverse. Elevato grado. La viscosità desiderata può essere raggiunta solo aggiungendo una grande quantità di etere di cellulosa a basso peso molecolare. La sua viscosità dipende poco dalla velocità di taglio e l'elevata viscosità raggiunge la viscosità desiderata; la quantità di aggiunta richiesta è piccola e la viscosità dipende dall'efficienza di addensamento. Pertanto, per ottenere una certa consistenza, è necessario garantire una certa quantità di etere di cellulosa (concentrazione della soluzione) e una certa viscosità della soluzione. Anche la temperatura di gelificazione della soluzione diminuisce linearmente con l'aumento della concentrazione della soluzione e gelifica a temperatura ambiente dopo aver raggiunto una certa concentrazione. La concentrazione di gelificazione dell'HPMC è relativamente elevata a temperatura ambiente.
La consistenza può anche essere regolata scegliendo la dimensione delle particelle e scegliendo eteri di cellulosa con diversi gradi di modificazione. La cosiddetta modifica consiste nell'introdurre un certo grado di sostituzione dei gruppi idrossialchilici sulla struttura scheletrica del MC. Modificando i valori di sostituzione relativi dei due sostituenti, ovvero i valori di sostituzione relativi DS e ms dei gruppi metossilici e idrossialchilici, che spesso chiamiamo. Vari requisiti prestazionali dell'etere di cellulosa possono essere ottenuti modificando i valori di sostituzione relativi dei due sostituenti.
Rapporto tra consistenza e modifica: l'aggiunta di etere di cellulosa influisce sul consumo di acqua della malta, modificando il rapporto acqua-legante tra acqua e cemento si ottiene l'effetto addensante, maggiore è il dosaggio, maggiore è il consumo di acqua.
Gli eteri di cellulosa utilizzati nei materiali edili in polvere devono dissolversi rapidamente in acqua fredda e fornire una consistenza adeguata al sistema. Se sottoposto a una certa velocità di taglio, il prodotto diventa comunque flocculante e colloidale, il che ne indica un prodotto di qualità scadente o scadente.
Esiste anche una buona relazione lineare tra la consistenza della pasta cementizia e il dosaggio di etere di cellulosa. L'etere di cellulosa può aumentare notevolmente la viscosità della malta. Maggiore è il dosaggio, più evidente è l'effetto. Una soluzione acquosa di etere di cellulosa ad alta viscosità presenta un'elevata tissotropia, che è anche una caratteristica principale dell'etere di cellulosa. Le soluzioni acquose di polimeri MC presentano solitamente una fluidità pseudoplastica e non tissotropica al di sotto della temperatura di gelificazione, ma proprietà di flusso newtoniano a basse velocità di taglio. La pseudoplasticità aumenta con il peso molecolare o la concentrazione dell'etere di cellulosa, indipendentemente dal tipo di sostituente e dal grado di sostituzione. Pertanto, gli eteri di cellulosa dello stesso grado di viscosità, indipendentemente da MC, HPMC, HEMC, mostreranno sempre le stesse proprietà reologiche purché concentrazione e temperatura siano mantenute costanti.
I gel strutturali si formano all'aumentare della temperatura, con flussi altamente tissotropici. Gli eteri di cellulosa ad alta concentrazione e bassa viscosità mostrano tissotropia anche al di sotto della temperatura del gel. Questa proprietà è di grande beneficio per la regolazione del livellamento e della colatura nella costruzione di malte edili. È necessario spiegare qui che maggiore è la viscosità dell'etere di cellulosa, maggiore è la ritenzione idrica, ma maggiore è la viscosità, maggiore è il peso molecolare relativo dell'etere di cellulosa e la corrispondente diminuzione della sua solubilità, che ha un impatto negativo sulla concentrazione della malta e sulle prestazioni costruttive. Maggiore è la viscosità, più evidente è l'effetto addensante sulla malta, ma non è completamente proporzionale. Alcuni hanno viscosità media e bassa, ma l'etere di cellulosa modificato ha prestazioni migliori nel migliorare la resistenza strutturale della malta umida. Con l'aumento della viscosità, la ritenzione idrica dell'etere di cellulosa migliora. 4. Ritardo dell'etere di cellulosa
Ritardo dell'etere di cellulosa: la terza funzione dell'etere di cellulosa è quella di ritardare il processo di idratazione del cemento. L'etere di cellulosa conferisce alla malta diverse proprietà benefiche e riduce anche il calore di idratazione iniziale del cemento, ritardandone il processo dinamico di idratazione. Questo è sfavorevole per l'uso della malta nelle regioni fredde. Questo effetto ritardante è causato dall'adsorbimento delle molecole di etere di cellulosa sui prodotti di idratazione come CSH e Ca(OH)₂. A causa dell'aumento della viscosità della soluzione nei pori, l'etere di cellulosa riduce la mobilità degli ioni nella soluzione, ritardando così il processo di idratazione.
Data di pubblicazione: 04-02-2023