Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een belangrijk cellulosederivaat. Het wordt veel gebruikt in bouwmaterialen vanwege de uitstekende waterretentie, verdikking en stabiliteit in bouwmortel.
1. Chemische structuur en kenmerken van HPMC
HPMC is een multifunctioneel polymeermateriaal gemaakt door chemische modificatie van natuurlijke cellulose. In zijn chemische structuur vervangen hydroxypropyl- (-CH₂CH(OH)CH₃) en methyl- (-CH₃) groepen een deel van de hydroxylgroepen (-OH) op de moleculaire keten van cellulose, waardoor HPMC goede wateroplosbaarheid en verdikkingseigenschappen heeft.
Oplosbaarheid: HPMC is gemakkelijk oplosbaar in koud water en vormt een transparante tot melkachtige colloïdale oplossing. Het lost langzaam op in heet water, waardoor het gelijkmatig in de bouwmortel wordt verdeeld.
Waterretentie: De polymeerketen van HPMC kan water effectief absorberen en een colloïdale oplossing met hoge viscositeit vormen, waardoor waterverlies wordt verminderd.
Stabiliteit: HPMC heeft een uitstekende chemische stabiliteit en tolerantie voor temperatuur en pH-waarde, waardoor het onder verschillende bouwomstandigheden stabiel kan functioneren.
2. De rol van HPMC bij het bouwen van mortel
Verhoog de waterretentie: HPMC kan het waterretentievermogen van bouwmortel aanzienlijk verbeteren, voornamelijk door vrij water in de mortel te absorberen en de verdamping en lekkage van water te verminderen.
Verbeter de verwerkbaarheid: Omdat HPMC een fijn verspreid netwerk in de mortel kan vormen, kan het de plasticiteit en verwerkbaarheid van de mortel verbeteren, waardoor de constructie gemakkelijker wordt.
Verleng de open tijd: het vermogen van HPMC om vocht vast te houden zorgt ervoor dat de mortel gedurende lange tijd een consistentie behoudt die geschikt is voor constructie, waardoor de open tijd van de mortel wordt verlengd.
3. Mechanisme van HPMC om het vasthouden van water te verbeteren
Het mechanisme van HPMC om de waterretentie van mortel te verbeteren omvat voornamelijk de volgende aspecten:
Adsorptie: De hydroxypropyl- en methylgroepen op de HPMC-molecuulketen combineren met watermoleculen via waterstofbruggen en van der Waals-krachten om een stabiele hydratatielaag te vormen. HPMC kan een grote hoeveelheid water absorberen om een stabiele geltoestand te vormen. Deze geltoestand kan een hoog vochtgehalte in de mortel handhaven en een snelle verdamping van water voorkomen.
Visco-elastische eigenschappen: HPMC lost op in water en vormt een colloïdale oplossing met hoge viscositeit, die de viscositeit en reologie van de mortel aanzienlijk kan verhogen. De vloeibare fase met hoge viscositeit helpt de migratie van water te verminderen, de uniforme verdeling van water in de mortel te behouden en het waterafscheidende effect (dat wil zeggen drijvend water en neerslag) te verminderen.
Structurele netwerkvorming: HPMC kan een verknoopte netwerkstructuur vormen in de waterige oplossing, wat helpt water vast te houden en de beweging ervan in de mortel te beperken, waardoor de waterretentie van de mortel wordt verbeterd. Deze netwerkstructuur van HPMC zorgt ervoor dat de mortel tijdens het uithardingsproces gelijkmatig vochtig blijft, waardoor scheurproblemen als gevolg van ongelijkmatig waterverlies worden vermeden.
Colloïdaal barrière-effect: De colloïdale barrière gevormd door HPMC in de mortel kan voorkomen dat water naar buiten diffundeert. Dit barrière-effect maakt het moeilijker voor water om uit de mortel te ontsnappen, waardoor de waterretentie van de mortel toeneemt.
4. Praktisch toepassingseffect van HPMC-waterretentie
In praktische toepassingen heeft de waterretentie van HPMC een aanzienlijke invloed op de prestaties van mortel, waaronder het verbeteren van de verwerkbaarheid van mortel, het verminderen van het risico op krimpscheuren en het verbeteren van de hechtsterkte. Deze toepassingseffecten worden hieronder in detail besproken.
Verbeter de verwerkbaarheid: De colloïdale oplossing gevormd door HPMC in de mortel kan de deeltjes in de mortel smeren, de bruikbaarheid van de mortel verbeteren en het bouwproces soepeler maken.
Vermindering van krimp en scheuren: Omdat HPMC vocht in de mortel kan vasthouden, vermindert het het vochtverlies tijdens het droogproces, wat cruciaal is om krimp en barsten van de mortel te voorkomen. Mortel die tijdens het uithardingsproces gelijkmatig vochtig blijft, heeft minder krimpspanning, waardoor de kans op scheuren kleiner wordt.
Verbetering van de hechtsterkte: Het gelijkmatig verdeelde vocht in de mortel helpt de efficiëntie van de hydratatiereactie van de mortel te verbeteren, ervoor te zorgen dat de cementdeeltjes volledig gehydrateerd zijn en uiteindelijk een sterkere hechting te vormen. HPMC kan zorgen voor een langdurige vochtige omgeving, waardoor de cementhydratatie vollediger wordt en daardoor de hechtsterkte van de mortel wordt verbeterd.
5. Factoren die HPMC op bouwmortel beïnvloeden
Het waterretentie-effect van HPMC wordt beïnvloed door vele factoren, waaronder het molecuulgewicht, de substitutiegraad, de toegevoegde hoeveelheid en de mortelverhouding.
Molecuulgewicht: Over het algemeen geldt dat hoe groter het molecuulgewicht van HPMC is, des te significanter het waterretentie-effect. Een te groot molecuulgewicht kan echter ook leiden tot een afname van de oplosbaarheid, dus bij praktische toepassingen is het noodzakelijk om een geschikt molecuulgewicht te kiezen op basis van specifieke behoeften.
Mate van substitutie: De mate van substitutie van hydroxypropyl en methyl in HPMC heeft een grote invloed op de prestaties ervan. Een juiste mate van substitutie kan zorgen voor een goede waterretentie en oplosbaarheid, maar een te hoge of te lage substitutie kan de prestaties ervan beïnvloeden.
Toevoegingshoeveelheid: De toegevoegde hoeveelheid HPMC heeft rechtstreeks invloed op de waterretentie van mortel. In het algemeen ligt de toegevoegde hoeveelheid tussen 0,1% en 0,3%. Te veel toevoeging zal de kosten verhogen en kan andere eigenschappen van de mortel aantasten.
Mortelverhouding: De verhouding van andere componenten in mortel, zoals cement, zand en vulmiddel, heeft ook invloed op het waterretentie-effect van HPMC. Een redelijke verhouding kan de rol van HPMC beter spelen.
HPMC speelt een belangrijke rol bij het vasthouden van water in bouwmortel door zijn unieke chemische structuur en fysische eigenschappen. De belangrijkste mechanismen zijn onder meer het adsorberen van water om een stabiele hydratatielaag te vormen, het verhogen van de mortelviscositeit, het vormen van een netwerkstructuur en een colloïdale barrière, enz. In praktische toepassingen verbetert HPMC niet alleen de verwerkbaarheid en hechtsterkte van mortel, maar vermindert het ook het risico op krimp en barsten. In de toekomst, met de ontwikkeling van de materiaalkunde, zal de toepassing van HPMC in bouwmaterialen uitgebreider en gediversifieerder zijn, en hoogwaardige oplossingen voor de bouwsector blijven bieden.
Posttijd: 26 juni 2024