폴리머 시멘트의 비이온성 셀룰로오스 에테르

폴리머 시멘트의 필수 첨가제인 비이온성 셀룰로오스 에테르는 광범위한 관심과 연구를 받아왔습니다. 국내외 관련 문헌을 바탕으로 비이온성 셀룰로오스에테르 개질 시멘트 모르타르의 법칙과 메커니즘을 비이온성 셀룰로오스에테르의 종류와 선정, 폴리머 시멘트의 물성에 미치는 영향, 미세형태학 및 기계적 특성에 미치는 영향과 현재 연구의 단점이 제시되었습니다. 이 연구는 폴리머 시멘트에 셀룰로오스 에테르의 적용을 촉진할 것입니다.

핵심 단어: 비이온성 셀룰로오스 에테르, 폴리머 시멘트, 물리적 특성, 기계적 특성, 미세구조

1. 개요

건설 업계에서 폴리머 시멘트의 수요와 성능 요구 사항이 증가함에 따라 변형에 첨가제를 추가하는 것이 연구 핫스팟이 되었습니다. 그 중 셀룰로오스 에테르는 시멘트 모르타르 수분 보유, 농축, 지연, 공기에 대한 영향으로 인해 널리 사용되었습니다. 등. 본 논문에서는 셀룰로오스 에테르의 종류, 폴리머 시멘트의 물리적, 기계적 특성에 미치는 영향, 폴리머 시멘트의 미세형태에 대해 설명하고 있으며, 이는 폴리머 시멘트에 셀룰로오스 에테르를 적용하는 데 이론적 참고 자료를 제공합니다.

2. 비이온성 셀룰로오스에테르의 종류

셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스로 만든 에테르 구조를 가진 일종의 고분자 화합물입니다. 셀룰로오스 에테르의 종류는 다양하며 시멘트 기반 재료의 특성에 큰 영향을 미치고 선택이 어렵습니다. 치환체의 화학구조에 따라 음이온성, 양이온성, 비이온성 에테르로 나눌 수 있습니다. H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH 및 기타 비해리성 그룹의 측쇄 치환기를 갖는 비이온성 셀룰로오스 에테르는 시멘트에 가장 널리 사용되며 대표적인 예로는 메틸 셀룰로오스 에테르, 히드록시프로필 메틸이 있습니다. 셀룰로오스 에테르, 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르, 히드록시에틸 셀룰로오스 에테르 등. 다양한 종류의 셀룰로오스 에테르는 시멘트 응결 시간에 다양한 영향을 미칩니다. 이전 문헌 보고에 따르면 시멘트에 대한 지연 능력은 HEC가 가장 강하고 HPMc, HEMc가 그 뒤를 따르고 Mc가 가장 나쁩니다. 동일한 종류의 셀룰로오스 에테르의 경우 분자량이나 점도, 메틸, 하이드록시에틸, 하이드록시프로필 그룹의 함량이 다르며 지연 효과도 다릅니다. 일반적으로 말하면, 점도가 높을수록 그리고 비해리성 그룹의 함량이 높을수록 지연 능력은 더 나쁩니다. 따라서 실제 생산 공정에서는 상업용 모르타르 응고 요구 사항에 따라 셀룰로오스 에테르의 적절한 관능기 함량을 선택할 수 있습니다. 또는 셀룰로오스 에테르 생산과 동시에 관능기의 함량을 조정하여 다양한 모르타르의 요구 사항을 충족시킵니다.

3、폴리머 시멘트의 물리적 특성에 대한 비이온성 셀룰로오스 에테르의 영향

3.1 느린 응고

시멘트의 수화 경화 시간을 연장하여 새로 혼합된 모르타르가 오랜 시간 동안 플라스틱을 유지하도록 새로 혼합된 모르타르의 응결 시간을 조정하고 작동성을 향상시키기 위해 일반적으로 모르타르에 지연제를 추가합니다. 이온성 셀룰로오스 에테르는 폴리머 시멘트에 적합하며 일반적인 지연제입니다.

시멘트에 대한 비이온성 셀룰로오스 에테르의 지연 효과는 주로 자체 유형, 점도, 복용량, 시멘트 광물의 다양한 구성 및 기타 요인에 의해 영향을 받습니다. Pourchez Jet al. 는 셀룰로오스 에테르 메틸화 정도가 높을수록 지연 효과가 악화되는 반면, 셀룰로오스 에테르의 분자량과 하이드록시프로폭시 함량은 시멘트 수화 지연에 약한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 비이온성 셀룰로오스 에테르의 점도 및 도핑량이 증가함에 따라 시멘트 입자 표면의 흡착층이 두꺼워지고 시멘트의 초기 및 최종 응결 시간이 연장되어 지연 효과가 더욱 분명해집니다. 연구에 따르면 HEMC 함량이 다른 시멘트 슬러리의 초기 열 방출은 순수 시멘트 슬러리보다 약 15% 낮지만 후기 수화 ​​과정에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났습니다. Singh NK et al. HEc 도핑량이 증가함에 따라 개량 시멘트 모르타르의 수화열 방출량은 처음에는 증가하다가 감소하는 경향을 보였으며, 최대 수화열 방출량에 도달할 때의 HEC 함량은 양생기간과 관련이 있음을 보여주었다.

또한, 비이온성 셀룰로오스 에테르의 지연효과는 시멘트의 조성과 밀접한 관련이 있음이 밝혀졌다. Peschardet al. 시멘트 내 알루민산3칼슘(C3A) 함량이 낮을수록 셀룰로오스 에테르의 지연 효과가 더 분명해진다는 사실을 발견했습니다. Schmitz Let al. 이는 규산삼칼슘(C3S)과 알루민산삼칼슘(C3A)의 수화 동역학에 대한 셀룰로오스 에테르의 다양한 방식으로 인해 발생했다고 믿었습니다. 셀룰로오스 에테르는 C3S의 가속 기간에서 반응 속도를 감소시킬 수 있는 반면, C3A의 경우 유도 기간을 연장시켜 최종적으로 모르타르의 응고 및 경화 과정을 지연시킬 수 있습니다.

비이온성 셀룰로오스 에테르가 시멘트 수화를 지연시키는 메커니즘에 대해서는 다양한 의견이 있습니다. Silvaet al. Liu는 셀룰로오스 에테르를 도입하면 기공 용액의 점도가 증가하여 이온의 이동이 차단되고 응축이 지연될 것이라고 믿었습니다. 그러나 Pourchez et al. 는 셀룰로오스 에테르의 시멘트 수화 지연과 시멘트 슬러리의 점도 사이에 명백한 관계가 있다고 믿었습니다. 또 다른 이론은 셀룰로오스 에테르의 지연 효과가 알칼리 분해와 밀접한 관련이 있다는 것입니다. 다당류는 쉽게 분해되어 알칼리성 조건에서 시멘트의 수화를 지연시킬 수 있는 하이드록실 카르복실산을 생성하는 경향이 있습니다. 그러나 연구에 따르면 셀룰로오스 에테르는 알칼리성 조건에서 매우 안정적이며 약간만 분해되며 분해는 시멘트 수화 지연에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 현재로서는 지연 효과가 주로 흡착에 의해 발생한다는 것이 보다 일관된 견해입니다. 구체적으로, 셀룰로오스 에테르 분자 표면의 수산기는 산성이고, 수화 시멘트 시스템의 ca(OH) 및 기타 광물상은 알칼리성입니다. 수소 결합, 착화 및 소수성의 시너지 작용에 따라 산성 셀룰로오스 에테르 분자는 알칼리성 시멘트 입자 및 수화 제품의 표면에 흡착됩니다. 또한 표면에 얇은 막이 형성되어 이러한 광물상 결정핵의 추가 성장을 방해하고 시멘트의 수화 및 경화를 지연시킵니다. 시멘트 수화 제품과 셀룰로오스 에테르 사이의 흡착 용량이 강할수록 시멘트의 수화 지연은 더욱 분명해집니다. 한편으로, 입체 장애의 크기는 수산기의 작은 입체 장애, 강한 산성, 흡착력과 같은 흡착 능력에 결정적인 역할을 합니다. 한편, 흡착능력은 시멘트의 수화산물의 조성에 따라서도 좌우된다. Pourchezet al. 는 셀룰로오스 에테르가 ca(OH)2, csH 겔 및 칼슘 알루미네이트 수화물과 같은 수화 생성물의 표면에 쉽게 흡착되지만, 에트린자이트 및 미수화상에는 흡착이 쉽지 않음을 발견했습니다. Mullert의 연구는 또한 셀룰로오스 에테르가 c3s와 그 수화 생성물에 강한 흡착력을 갖고 있어 규산염 상의 수화가 상당히 지연된다는 것을 보여주었습니다. 에트링가이트의 흡착은 낮았으나, 에트린가이트의 형성이 상당히 지연되었다. 이는 ettringite 형성의 지연이 용액 내 ca2+ 균형에 의해 영향을 받았기 때문이며, 이는 규산염 수화에서 셀룰로오스 에테르의 지연이 지속되었기 때문입니다.

3.2 물 보존

시멘트 모르타르에서 셀룰로오스 에테르의 또 다른 중요한 변형 효과는 보수제로 나타나는 것입니다. 이는 젖은 모르타르의 수분이 조기에 증발하거나 베이스에 흡수되는 것을 방지하고 시멘트의 수화를 지연시키는 동시에 작업 시간을 연장할 수 있습니다. 젖은 모르타르는 얇은 모르타르를 빗질할 수 있도록 회반죽을 펴 바르고 흡수하기 쉬운 모르타르를 미리 젖힐 필요가 없습니다.

셀룰로오스 에테르의 수분 보유 능력은 점도, 복용량, 유형 및 주변 온도와 밀접한 관련이 있습니다. 다른 조건은 동일합니다. 셀룰로오스 에테르의 점도가 높을수록 보수 효과가 좋아지고 소량의 셀룰로오스 에테르로 모르타르의 보수율이 크게 향상될 수 있습니다. 동일한 셀룰로오스에테르에 첨가량이 많을수록 개질 모르타르의 보수율은 높아지지만, 그 이상에서는 보수율이 서서히 증가하는 최적의 값이 있습니다. 다양한 종류의 셀룰로오스 에테르의 경우 동일한 조건에서 HPMc가 Mc보다 수분 보유력이 더 우수한 등 수분 보유력에도 차이가 있습니다. 또한, 셀룰로오스 에테르의 보수 성능은 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

일반적으로 셀룰로오스 에테르가 수분 보유 기능을 갖는 이유는 주로 분자의 0H와 에테르 결합의 0 원자가 물 분자와 결합하여 수소 결합을 합성하여 자유수가 결합되기 때문이라고 믿어집니다. 물은 수분 유지의 좋은 역할을 합니다. 또한 셀룰로오스 에테르 거대분자 사슬은 물 분자의 확산을 제한하는 역할을 하여 물 증발을 효과적으로 제어하고 높은 수분 유지율을 달성하는 것으로 알려져 있습니다. Pourchez J는 셀룰로오스 에테르가 새로 혼합된 시멘트 슬러리의 유변학적 특성, 다공성 네트워크의 구조 및 물의 확산을 방해하는 셀룰로오스 에테르 필름의 형성을 개선하여 보수 효과를 달성했다고 주장했습니다. Laetitia Pet al. 또한 모르타르의 유변학적 특성이 중요한 요소라고 생각하지만 점도가 모르타르의 우수한 보수 성능을 결정하는 유일한 요소는 아니라고 생각합니다. 셀룰로오스 에테르는 보수 성능이 좋지만 변형된 경화 시멘트 모르타르의 수분 흡수가 감소한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그 이유는 모르타르 필름과 모르타르에 셀룰로오스 에테르가 다수의 작은 폐쇄 기공을 형성하여 막히기 때문입니다. 모세관 내부의 모르타르.

3.3 농축

모르타르의 농도는 작업 성능을 측정하는 중요한 지표 중 하나입니다. 일관성을 높이기 위해 셀룰로오스 에테르가 종종 도입됩니다. "일관성"은 새로 혼합된 모르타르가 중력이나 외부 힘의 작용에 따라 흐르고 변형되는 능력을 나타냅니다. 농축과 수분 유지의 두 가지 특성은 서로를 보완합니다. 셀룰로오스에테르를 적당량 첨가하면 모르타르의 보수성능이 향상되어 원활한 시공을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 모르타르의 점도가 증가하고 시멘트의 분산방지 능력이 크게 향상되며 모르타르와 매트릭스 사이의 결합성능이 향상되고, 모르타르의 늘어짐 현상을 감소시킵니다.

셀룰로오스 에테르의 증점 효과는 주로 자체 점도에서 비롯되며 점도가 높을수록 증점 효과가 좋아지지만 점도가 너무 크면 모르타르의 유동성이 감소하여 시공에 영향을 미칩니다. 분자량(또는 중합도), 셀룰로오스 에테르의 농도, 용액 온도, 전단 속도 등 점도 변화에 영향을 미치는 요인이 최종 증점 효과에 영향을 미칩니다.

셀룰로오스 에테르의 농축 메커니즘은 주로 수화와 분자 간의 얽힘에서 비롯됩니다. 한편, 셀룰로오스 에테르의 중합체 사슬은 물 속의 물과 수소 결합을 형성하기 쉽고, 수소 결합으로 인해 수화율이 높아집니다. 한편, 셀룰로오스 에테르를 모르타르에 첨가하면 많은 양의 물을 흡수하여 자체 부피가 크게 팽창하여 입자의 자유 공간이 감소하고 동시에 셀룰로오스 에테르 분자 사슬이 서로 얽혀 있습니다. 3차원 네트워크 구조를 형성하기 위해 모르타르 입자가 자유롭게 흐르지 않고 둘러싸여 있습니다. 즉, 이 두 가지 작용으로 시스템의 점도가 향상되어 원하는 증점 효과를 얻을 수 있습니다.

4. 비이온성 셀룰로오스 에테르가 폴리머 시멘트의 형태 및 기공 구조에 미치는 영향

위에서 볼 수 있듯이 비이온성 셀룰로오스 에테르는 폴리머 시멘트에서 중요한 역할을 하며, 이를 첨가하면 시멘트 모르타르 전체의 미세 구조에 확실히 영향을 미칩니다. 그 결과, 비이온성 셀룰로오스 에테르는 일반적으로 시멘트 모르타르의 기공률을 증가시키며, 3nm~350um 크기의 기공수가 증가하는 것으로 나타났으며, 그 중 100nm~500nm 범위의 기공수가 가장 많이 증가하는 것으로 나타났다. 시멘트 모르타르의 기공 구조에 미치는 영향은 첨가되는 비이온성 셀룰로오스 에테르의 종류 및 점도와 밀접한 관련이 있습니다. Ou Zhihuaet al. 점도가 동일할 때 HEC로 개질된 시멘트 모르타르의 기공률은 개질제로 첨가된 HPMc와 Mc의 공극률보다 작다고 믿었습니다. 동일한 셀룰로오스 에테르의 경우 점도가 작을수록 개질 시멘트 모르타르의 다공성은 작아집니다. Wang Yanru 등은 발포 시멘트 단열판의 구멍에 대한 HPMc의 영향을 연구함으로써 HPMC를 첨가해도 다공성은 크게 변하지 않지만 조리개는 크게 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 Zhang Guodian et al. HEMc 함량이 높을수록 시멘트 슬러리의 기공 구조에 대한 영향이 더 분명하다는 것을 발견했습니다. HEMc의 첨가는 시멘트 슬러리의 기공률, 전체 기공 부피 및 평균 기공 반경을 크게 증가시킬 수 있으나, 기공의 비표면적은 감소하고, 직경 50nm 이상의 큰 모세관 기공의 수가 크게 증가하며, 도입된 기공 주로 닫힌 모공입니다.

비이온성 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리 기공 구조 형성 과정에 미치는 영향을 분석하였다. 셀룰로오스 에테르의 첨가는 주로 액상의 특성을 변화시키는 것으로 밝혀졌습니다. 한편으로는 액상 표면 장력이 감소하여 시멘트 모르타르에 기포가 쉽게 형성되고 액상 배수 및 기포 확산이 느려지므로 작은 기포가 큰 기포로 모여서 배출되기 어렵기 때문에 공극이 발생합니다. 많이 늘었습니다; 반면, 액상의 점도가 증가하여 배수, 기포 확산 및 기포 병합을 억제하고 기포 안정화 능력을 향상시킵니다. 따라서 셀룰로오스 에테르가 시멘트 모르타르의 기공 크기 분포에 미치는 영향 모드를 얻을 수 있다: 100 nm 이상의 기공 크기 범위에서는 액상의 표면 장력을 감소시켜 기포를 도입할 수 있으며 기포 확산을 억제할 수 있다. 액체 점도 증가; 30nm ~ 60nm 영역에서는 더 작은 기포의 병합을 억제하여 해당 영역의 기공 수에 영향을 미칠 수 있습니다.

5. 비이온성 셀룰로오스 에테르가 폴리머 시멘트의 기계적 성질에 미치는 영향

폴리머 시멘트의 기계적 성질은 형태와 밀접한 관련이 있습니다. 비이온성 셀룰로오스 에테르를 첨가하면 다공성이 증가하여 강도, 특히 압축강도와 굴곡강도에 악영향을 미칠 수밖에 없습니다. 시멘트 모르타르의 압축강도 감소는 굴곡강도보다 훨씬 크다. Ou Zhihuaet al. 다양한 유형의 비이온성 셀룰로오스 에테르가 시멘트 모르타르의 기계적 성질에 미치는 영향을 연구한 결과, 셀룰로오스 에테르 개질 시멘트 모르타르의 강도는 순수 시멘트 모르타르의 강도보다 낮고, 최저 28d 압축강도는 44.3%에 불과한 것으로 나타났습니다. 순수한 시멘트 슬러리의 그것. HPMc, HEMC 및 MC 셀룰로오스 에테르 개질의 압축강도 및 굴곡강도는 유사한 반면, HEc 개질 시멘트 슬러리의 압축강도 및 굴곡강도는 각 연령별로 상당히 높습니다. 이는 점도 또는 분자량과 밀접한 관련이 있으며, 셀룰로오스 에테르의 점도 또는 분자량이 높을수록, 표면 활성이 높을수록 개질된 시멘트 모르타르의 강도는 낮아집니다.

그러나 비이온성 셀룰로오스 에테르는 시멘트 모르타르의 인장 강도, 유연성 및 응집성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. Huang Liangenet al. 은 압축강도 변화 법칙과 반대로 시멘트 모르타르에 함유된 셀룰로오스 에테르 함량이 증가함에 따라 슬러리의 전단강도와 인장강도가 증가함을 발견하였다. 그 이유를 분석한 결과, 셀룰로오스 에테르와 폴리머 에멀션을 함께 첨가하여 다수의 조밀한 폴리머 필름을 형성한 후 슬러리의 유연성이 크게 향상되었으며 시멘트 수화 제품, 무수화 시멘트, 필러 및 이 필름에 충전된 기타 재료가 들어갔습니다. , 코팅 시스템의 인장 강도를 보장합니다.

비이온성 셀룰로오스 에테르 개질 폴리머 시멘트의 성능을 향상시키고 동시에 시멘트 모르타르의 물리적 특성을 향상시키며 기계적 특성을 크게 감소시키지 않기 위해 일반적인 관행은 셀룰로오스 에테르 및 기타 혼합물을 혼합하여 첨가하는 것입니다. 시멘트 모르타르. Li Tao-wenet al. 셀룰로오스 에테르와 폴리머 접착제 분말로 구성된 복합 첨가제는 모르타르의 굽힘 강도와 압축 강도를 약간 향상시킬 뿐만 아니라 시멘트 모르타르의 응집성과 점도가 코팅 구조에 더 적합할 뿐만 아니라 보수성도 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 단일 셀룰로오스 에테르와 비교한 모르타르의 용량. Xu Qi et al. 슬래그 분말, 감수제 및 HEMc를 첨가한 결과 감수제와 광물 분말이 모르타르의 밀도를 높이고 구멍 수를 줄여 모르타르의 강도와 탄성률을 향상시킬 수 있음을 발견했습니다. HEMc는 모르타르의 인장결합강도를 증가시킬 수 있으나, 모르타르의 압축강도와 탄성계수에는 좋지 않습니다. Yang Xiaojieet al. HEMc와 PP 섬유를 혼합한 후 시멘트 모르타르의 소성 수축 균열이 크게 감소할 수 있음을 발견했습니다.

6. 결론

비이온성 셀룰로오스 에테르는 폴리머 시멘트에서 중요한 역할을 하며, 이는 시멘트 모르타르의 물리적 특성(응고 지연, 수분 유지, 농축 포함), 미세한 형태 및 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 셀룰로오스 에테르를 이용한 시멘트 기반 재료의 개질에 대해 많은 연구가 이루어졌으나, 여전히 추가 연구가 필요한 몇 가지 문제가 있습니다. 예를 들어, 실제 엔지니어링 응용에서는 개질된 시멘트 기반 재료의 유변학, 변형 특성, 부피 안정성 및 내구성에 거의 관심을 기울이지 않으며 첨가된 셀룰로오스 에테르와 정기적인 대응 관계가 확립되지 않았습니다. 수화반응에서 셀룰로오스 에테르 중합체와 시멘트 수화산물의 이동 메커니즘에 대한 연구는 아직 부족한 편이다. 셀룰로오스에테르와 기타 혼화재로 구성된 복합첨가제의 작용과정과 메커니즘은 충분히 명확하지 않다. 셀룰로오스에테르와 유리섬유 등 무기강화재료의 복합첨가는 아직 완벽하지 않다. 이 모든 것은 폴리머 시멘트의 성능을 더욱 향상시키기 위한 이론적 지침을 제공하기 위한 향후 연구의 초점이 될 것입니다.