Нейонен целулозен етер в полимерен цимент

Като незаменима добавка в полимерния цимент, нейонният целулозен етер получи голямо внимание и изследвания. Въз основа на съответната литература в страната и чужбина, законът и механизмът на нейонния целулозен етер, модифициран циментов разтвор, бяха обсъдени от аспектите на видовете и избора на нейонен целулозен етер, неговия ефект върху физичните свойства на полимерния цимент, неговият ефект върху микроморфологията и механичните свойства и бяха изтъкнати недостатъците на настоящите изследвания. Тази работа ще насърчи приложението на целулозен етер в полимерния цимент.

Ключови думи: нейонен целулозен етер, полимерцимент, физични свойства, механични свойства, микроструктура

1. Преглед

С нарастващото търсене и изисквания за ефективност на полимерния цимент в строителната индустрия, добавянето на добавки към неговата модификация се превърна в изследователска гореща точка, сред които целулозен етер е широко използван поради ефекта си върху задържането на вода в циментовия разтвор, сгъстяването, забавянето, въздуха и така нататък. В тази статия са описани видовете целулозен етер, ефектите върху физичните и механичните свойства на полимерния цимент и микроморфологията на полимерния цимент, което предоставя теоретична справка за приложението на целулозния етер в полимерния цимент.

2. Видове нейонен целулозен етер

Целулозният етер е вид полимерно съединение с етерна структура, направено от целулоза. Има много видове целулозен етер, който има голямо влияние върху свойствата на циментовите материали и е труден за избор. Според химическата структура на заместителите те могат да бъдат разделени на анионни, катионни и нейонни етери. Нейонният целулозен етер със заместител на страничната верига на H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH и други неразпадащи се групи е най-широко използваният в цимента, типични представители са метил целулозен етер, хидроксипропил метил целулозен етер, хидроксиетил метил целулозен етер, хидроксиетил целулозен етер и т.н. Различните видове целулозни етери имат различен ефект върху времето за втвърдяване на цимента. Според предишни литературни доклади, HEC има най-силната способност за забавяне на цимента, следван от HPMc и HEMc, а Mc има най-лошата. За един и същ вид целулозен етер, молекулно тегло или вискозитет, съдържание на метил, хидроксиетил, хидроксипропил в тези групи са различни, неговият забавящ ефект също е различен. Най-общо казано, колкото по-голям е вискозитетът и колкото по-високо е съдържанието на неразпадащи се групи, толкова по-лоша е способността за забавяне. Следователно, в действителния производствен процес, в съответствие с изискванията на търговската коагулация на хоросан, може да бъде избрано подходящото съдържание на функционална група на целулозен етер. Или при производството на целулозен етер в същото време, коригирайте съдържанието на функционални групи, накарайте го да отговаря на изискванията на различен хоросан.

3、влиянието на нейонния целулозен етер върху физичните свойства на полимерния цимент

3.1 Бавна коагулация

За да се удължи времето за втвърдяване на цимента при хидратиране, така че новосмесеният хоросан да остане пластичен за дълго време, така че да се регулира времето за втвърдяване на новосмесения хоросан, да се подобри неговата работоспособност, обикновено се добавя забавител в хоросана, не- йонен целулозен етер е подходящ за полимер цимент е общ забавител.

Забавящият ефект на нейонния целулозен етер върху цимента се влияе главно от неговия собствен тип, вискозитет, дозировка, различен състав на циментовите минерали и други фактори. Pourchez J et al. показват, че колкото по-висока е степента на метилиране на целулозния етер, толкова по-лош е ефектът на забавяне, докато молекулното тегло на целулозния етер и съдържанието на хидроксипропокси имат слаб ефект върху забавянето на хидратацията на цимента. С увеличаването на вискозитета и количеството на нейонния целулозен етер, адсорбционният слой на повърхността на циментовите частици се удебелява и първоначалното и крайното време на втвърдяване на цимента се удължават и ефектът на забавяне е по-очевиден. Проучванията показват, че ранното отделяне на топлина на циментови суспензии с различно съдържание на HEMC е около 15% по-ниско от това на чистите циментови суспензии, но няма значителна разлика в по-късния процес на хидратация. Singh NK и др. показаха, че с увеличаване на количеството на HEc допинг, отделянето на топлина при хидратация на модифициран циментов разтвор показва тенденция на първо увеличаване и след това намаляване, а съдържанието на HEC при достигане на максимално отделяне на топлина при хидратация е свързано с възрастта на втвърдяване.

Освен това е установено, че забавящият ефект на нейонния целулозен етер е тясно свързан със състава на цимента. Peschard и др. установи, че колкото по-ниско е съдържанието на трикалциев алуминат (C3A) в цимента, толкова по-очевиден е забавящият ефект на целулозния етер. schmitz L et al. смятат, че това е причинено от различните пътища на целулозен етер към кинетиката на хидратация на трикалциев силикат (C3S) и трикалциев алуминат (C3A). Целулозният етер може да намали скоростта на реакцията в периода на ускоряване на C3S, докато за C3A може да удължи индукционния период и накрая да забави процеса на втвърдяване и втвърдяване на хоросана.

Има различни мнения относно механизма на нейонния целулозен етер, забавящ хидратацията на цимента. Силва и др. Лиу вярва, че въвеждането на целулозен етер ще доведе до увеличаване на вискозитета на разтвора на порите, като по този начин блокира движението на йони и забавя кондензацията. Въпреки това, Pourchez et al. смятат, че има очевидна връзка между забавянето на целулозния етер до хидратирането на цимента и вискозитета на циментовата суспензия. Друга теория е, че забавящият ефект на целулозния етер е тясно свързан с алкалното разграждане. Полизахаридите са склонни да се разграждат лесно, за да произведат хидроксил карбоксилна киселина, която може да забави хидратацията на цимента при алкални условия. Проучванията обаче са установили, че целулозният етер е много стабилен при алкални условия и се разгражда леко, като разграждането има малък ефект върху забавянето на хидратацията на цимента. Понастоящем по-последователното мнение е, че забавящият ефект се причинява главно от адсорбция. По-конкретно, хидроксилната група на молекулярната повърхност на целулозния етер е кисела, ca(0H) в хидратиращата циментова система, а други минерални фази са алкални. Под синергичното действие на водородно свързване, комплексообразуване и хидрофобност, молекулите на киселинния целулозен етер ще бъдат адсорбирани върху повърхността на алкални циментови частици и продукти на хидратация. Освен това върху повърхността му се образува тънък филм, който възпрепятства по-нататъшния растеж на тези кристални ядра от минерална фаза и забавя хидратацията и втвърдяването на цимента. Колкото по-силен е адсорбционният капацитет между продуктите за хидратация на цимента и целулозния етер, толкова по-очевидно е забавянето на хидратацията на цимента. От една страна, размерът на пространственото препятствие играе решаваща роля в адсорбционния капацитет, като например малкото пространствено препятствие на хидроксилната група, неговата силна киселинност, адсорбцията също е силна. От друга страна, адсорбционният капацитет също зависи от състава на хидратиращите продукти на цимента. Pourchez и др. установиха, че целулозен етер лесно се адсорбира върху повърхността на хидратиращи продукти като ca (0H) 2, csH гел и калциев алуминатен хидрат, но не е лесно да се адсорбира от етрингит и нехидратирана фаза. Проучването на Mullert също показа, че целулозният етер има силна адсорбция върху c3s и неговите продукти на хидратация, така че хидратацията на силикатната фаза е значително забавена. Адсорбцията на етрингит беше ниска, но образуването на етрингит беше значително забавено. Това се дължи на факта, че забавянето на образуването на етрингит е повлияно от баланса на Ca2+ в разтвора, което е продължение на забавянето на целулозния етер в силикатната хидратация.

3.2 Запазване на водата

Друг важен модифициращ ефект на целулозния етер в циментовия разтвор е да се появи като водозадържащ агент, който може да предотврати преждевременното изпаряване или абсорбиране на влагата във мокрия разтвор от основата и да забави хидратацията на цимента, като същевременно удължи времето за работа на мокър хоросан, така че да се гарантира, че тънкият хоросан може да се пени, измазаният хоросан може да се разнася и лесният за абсорбиране хоросан не е необходимо да бъде предварително намокрен.

Капацитетът за задържане на вода на целулозния етер е тясно свързан с неговия вискозитет, дозировка, вид и температура на околната среда. Другите условия са същите, колкото по-голям е вискозитетът на целулозния етер, толкова по-добър е ефектът на задържане на вода, малко количество целулозен етер може значително да подобри степента на задържане на вода на хоросана; За същия целулозен етер, колкото по-голямо е добавеното количество, толкова по-висока е степента на задържане на вода на модифицирания разтвор, но има оптимална стойност, над която степента на задържане на вода нараства бавно. За различните видове целулозен етер също има разлики в задържането на вода, като HPMc при същите условия, отколкото Mc по-добро задържане на вода. В допълнение, ефективността на задържане на вода на целулозния етер намалява с повишаването на температурата на околната среда.

Обикновено се смята, че причината, поради която целулозният етер има функцията да задържа вода, се дължи главно на 0H на молекулата и 0 атома на етерната връзка ще бъдат свързани с водни молекули за синтезиране на водородна връзка, така че свободната вода да стане обвързваща вода, така че да играе добра роля за задържане на вода; Също така се смята, че макромолекулната верига на целулозния етер играе ограничителна роля в дифузията на водните молекули, така че ефективно да контролира изпарението на водата, за да постигне високо задържане на вода; Pourchez J твърди, че целулозен етер постига ефекта на задържане на вода чрез подобряване на реологичните свойства на новосмесената циментова суспензия, структурата на порестата мрежа и образуването на филм от целулозен етер, който възпрепятства дифузията на водата. Laetitia P et al. също вярват, че реологичните свойства на хоросана са ключов фактор, но също така вярват, че вискозитетът не е единственият фактор, определящ отличното задържане на вода на хоросана. Струва си да се отбележи, че въпреки че целулозният етер има добри показатели за задържане на вода, но неговата модифицирана втвърдена циментова замазка водопоглъщане ще бъде намалена, причината е, че целулозен етер във филма на хоросана и в хоросана голям брой малки затворени пори, блокиращи хоросанът вътре в капиляра.

3.3 Удебеляване

Консистенцията на хоросана е един от важните показатели за измерване на неговата работоспособност. Често се въвежда целулозен етер, за да се увеличи консистенцията. „Консистенция” представлява способността на прясно замесения разтвор да тече и да се деформира под действието на гравитацията или външни сили. Двете свойства на сгъстяване и задържане на вода се допълват взаимно. Добавянето на подходящо количество целулозен етер може не само да подобри ефективността на задържане на вода на разтвора, да осигури гладка конструкция, но също така да увеличи консистенцията на разтвора, значително да повиши антидисперсионната способност на цимента, да подобри ефективността на свързване между разтвора и матрицата и намаляване на явлението увисване на хоросана.

Сгъстяващият ефект на целулозния етер идва главно от собствения му вискозитет, колкото по-голям е вискозитетът, толкова по-добър е сгъстяващият ефект, но ако вискозитетът е твърде голям, това ще намали течливостта на хоросана, което ще повлияе на конструкцията. Факторите, които влияят върху промяната на вискозитета, като молекулно тегло (или степен на полимеризация) и концентрация на целулозен етер, температура на разтвора, скорост на срязване, ще повлияят на крайния ефект на сгъстяване.

Механизмът на сгъстяване на целулозния етер идва главно от хидратация и заплитане между молекулите. От една страна, полимерната верига на целулозен етер е лесна за образуване на водородна връзка с вода във вода, водородната връзка я прави с висока хидратация; От друга страна, когато към хоросана се добави целулозен етер, той ще абсорбира много вода, така че собственият му обем се разширява значително, намалявайки свободното пространство на частиците, като в същото време молекулярните вериги на целулозния етер се преплитат една в друга за да образуват триизмерна мрежова структура, частиците от хоросан са заобиколени, в които не се движат свободно. С други думи, при тези две действия, вискозитетът на системата се подобрява, като по този начин се постига желаният ефект на сгъстяване.

4. Ефект на нейонния целулозен етер върху морфологията и структурата на порите на полимерния цимент

Както може да се види от горното, нейонният целулозен етер играе жизненоважна роля в полимерния цимент и неговото добавяне със сигурност ще повлияе на микроструктурата на целия циментов разтвор. Резултатите показват, че нейонният целулозен етер обикновено увеличава порьозността на циментовия разтвор и броят на порите с размер от 3nm ~ 350um се увеличава, сред които броят на порите в диапазона от 100nm ~ 500nm се увеличава най-много. Влиянието върху структурата на порите на циментовия разтвор е тясно свързано с вида и вискозитета на добавения нейонен целулозен етер. Ou Zhihua и др. смята, че когато вискозитетът е еднакъв, порьозността на циментовия разтвор, модифициран от HEC, е по-малка от тази на HPMc и Mc, добавени като модификатори. За същия целулозен етер, колкото по-малък е вискозитетът, толкова по-малка е порьозността на модифицирания циментов разтвор. Чрез изследване на ефекта на HPMc върху отвора на изолационните плоскости от разпенен цимент, Wang Yanru et al. установи, че добавянето на HPMC не променя значително порьозността, но може значително да намали блендата. Въпреки това, Zhang Guodian et al. установи, че колкото по-голямо е съдържанието на HEMc, толкова по-очевидно е влиянието върху структурата на порите на циментовата суспензия. Добавянето на HEMc може значително да увеличи порьозността, общия обем на порите и средния радиус на порите на циментовата суспензия, но специфичната повърхностна площ на порите намалява и броят на големите капилярни пори, по-големи от 50 nm в диаметър, се увеличава значително и въведените пори са предимно затворени пори.

Беше анализиран ефектът на нейонния целулозен етер върху процеса на образуване на структурата на порите на циментовата суспензия. Установено е, че добавянето на целулозен етер променя главно свойствата на течната фаза. От една страна, повърхностното напрежение на течната фаза намалява, което улеснява образуването на мехурчета в циментова замазка и ще забави дренажа на течната фаза и дифузията на мехурчетата, така че малките мехурчета трудно се събират в големи мехурчета и се отделят, така че празнотата се увеличава значително; От друга страна, вискозитетът на течната фаза се увеличава, което също възпрепятства дренажа, дифузията на мехурчетата и сливането на мехурчетата и подобрява способността за стабилизиране на мехурчетата. Следователно може да се получи начинът на влияние на целулозния етер върху разпределението на размера на порите на циментовия разтвор: в диапазона на размера на порите от повече от 100 nm могат да се въведат мехурчета чрез намаляване на повърхностното напрежение на течната фаза и дифузията на мехурчетата може да бъде инхибирана от увеличаване на вискозитета на течността; в областта от 30nm ~ 60nm, броят на порите в региона може да бъде повлиян чрез инхибиране на сливането на по-малки мехурчета.

5. Влияние на нейонния целулозен етер върху механичните свойства на полимерния цимент

Механичните свойства на полимерцимента са тясно свързани с неговата морфология. С добавянето на нейонен целулозен етер, порьозността се увеличава, което неминуемо ще има неблагоприятен ефект върху неговата якост, особено якостта на натиск и якостта на огъване. Намаляването на якостта на натиск на циментовия разтвор е значително по-голямо от якостта на огъване. Ou Zhihua и др. изследваха влиянието на различни видове нейонен целулозен етер върху механичните свойства на циментовия разтвор и установиха, че якостта на модифицирания циментов разтвор с целулозен етер е по-ниска от тази на чистия циментов разтвор, а най-ниската якост на натиск 28d е само 44,3% от тази на чистата циментова суспензия. Якостта на натиск и якостта на огъване на модифицираните с HPMc, HEMC и MC целулозен етер са сходни, докато якостта на натиск и якостта на огъване на модифицираната с HEc циментова суспензия във всяка възраст са значително по-високи. Това е тясно свързано с техния вискозитет или молекулно тегло, колкото по-висок е вискозитетът или молекулното тегло на целулозния етер, или колкото по-голяма е повърхностната активност, толкова по-ниска е якостта на неговия модифициран циментов разтвор.

Въпреки това, също така е доказано, че нейонният целулозен етер може да подобри якостта на опън, гъвкавостта и кохезибилността на циментовия разтвор. Huang Liangen и др. установиха, че противно на закона за промяна на якостта на натиск, якостта на срязване и якостта на опън на суспензията се увеличават с увеличаването на съдържанието на целулозен етер в циментовия разтвор. Анализ на причината, след добавянето на целулозен етер и полимерна емулсия заедно, за да образуват голям брой плътен полимерен филм, значително подобряват гъвкавостта на суспензията и продуктите за хидратиране на цимента, нехидратирания цимент, пълнителите и други материали, пълни в този филм , за да се гарантира якостта на опън на системата за покритие.

За да се подобри работата на нейонния целулозен етер, модифициран полимерен цимент, да се подобрят физичните свойства на циментовия разтвор в същото време, без да се намаляват значително неговите механични свойства, обичайната практика е да се съчетаят целулозен етер и други добавки, добавени към циментовият разтвор. Li Tao-wen и др. установи, че композитната добавка, съставена от целулозен етер и полимерно лепило на прах, не само леко подобрява якостта на огъване и якостта на натиск на хоросана, така че кохезията и вискозитетът на циментовия разтвор са по-подходящи за конструкцията на покритието, но също така значително подобрява задържането на вода капацитет на хоросан в сравнение с единичен целулозен етер. Xu Qi и др. добавена шлака на прах, водоредуциращ агент и HEMc и установи, че водният редуциращ агент и минерален прах могат да увеличат плътността на хоросана, да намалят броя на дупките, така че да подобрят якостта и еластичния модул на хоросана. HEMc може да увеличи якостта на свързване на опън на хоросана, но не е добър за якостта на натиск и модула на еластичност на хоросана. Yang Xiaojie и др. установиха, че пластичното свиване на циментовия разтвор може да бъде значително намалено след смесване на HEMc и PP влакна.

6. Заключение

Нейонният целулозен етер играе важна роля в полимерния цимент, който може значително да подобри физичните свойства (включително забавяне на коагулацията, задържане на вода, сгъстяване), микроскопичната морфология и механичните свойства на циментовия разтвор. Извършена е много работа по модифицирането на материали на основата на цимент чрез целулозен етер, но все още има някои проблеми, които се нуждаят от допълнително проучване. Например, в практическите инженерни приложения се обръща малко внимание на реологията, свойствата на деформация, стабилността на обема и издръжливостта на модифицираните материали на основата на цимент и не е установена редовна съответстваща връзка с добавения целулозен етер. Изследванията върху механизма на миграция на целулозен етер полимер и продукти на хидратация на цимент в реакция на хидратация все още са недостатъчни. Процесът и механизмът на действие на съставните добавки, съставени от целулозен етер и други примеси, не са достатъчно ясни. Композитното добавяне на целулозен етер и неорганични подсилени материали като стъклени влакна не е усъвършенствано. Всичко това ще бъде в центъра на бъдещите изследвания, за да се предоставят теоретични насоки за по-нататъшно подобряване на работата на полимерния цимент.