Гідроксипропілметилцелюлоза (ГПМЦ) є важливою похідною целюлози. Він широко використовується в будівельних матеріалах через чудове утримання води, згущення та стабільність будівельного розчину.
1. Хімічна структура та характеристики ГПМЦ
HPMC — багатофункціональний полімерний матеріал, виготовлений шляхом хімічної модифікації натуральної целюлози. У своїй хімічній структурі гідроксипропіл (-CH₂CH(OH)CH3) і метил (-CH3) групи замінюють частину гідроксильних груп (-OH) у молекулярному ланцюзі целюлози, завдяки чому HPMC має хорошу розчинність у воді та властивості загущення.
Розчинність: HPMC легко розчиняється в холодній воді з утворенням прозорого або молочного колоїдного розчину. Він повільно розчиняється в гарячій воді, що сприяє його рівномірному розподілу в будівельному розчині.
Утримання води: полімерний ланцюг HPMC може ефективно поглинати воду та утворювати високов’язкий колоїдний розчин, тим самим зменшуючи втрату води.
Стабільність: HPMC має чудову хімічну стабільність і стійкість до температури та значення рН, що дозволяє йому стабільно функціонувати в різних будівельних умовах.
2. Роль ГПМЦ у будівельному розчині
Збільшення утримання води: HPMC може значно покращити водоутримувальну здатність будівельного розчину, головним чином за рахунок поглинання вільної води в розчині та зменшення випаровування води та витоку.
Покращує оброблюваність: Оскільки HPMC може утворювати тонку дисперсну мережу в розчині, це може покращити пластичність і зручність укладання розчину, роблячи будівництво більш зручним.
Збільшення відкритого часу: здатність HPMC утримувати вологу дозволяє будівельному розчину зберігати консистенцію, придатну для будівництва протягом тривалого часу, тим самим подовжуючи відкритий час розчину.
3. Механізм HPMC для поліпшення утримання води
Механізм HPMC для покращення водоутримання будівельного розчину в основному включає такі аспекти:
Адсорбція: гідроксипропілові та метильні групи в молекулярному ланцюзі HPMC поєднуються з молекулами води через водневі зв’язки та сили Ван-дер-Ваальса, утворюючи стабільний шар гідратації. ГПМЦ може поглинати велику кількість води для утворення стабільного стану гелю. Цей стан гелю може підтримувати високий вміст вологи в розчині та запобігати швидкому випаровуванню води.
В’язкопружні властивості: ГПМЦ розчиняється у воді з утворенням високов’язкого колоїдного розчину, який може значно збільшити в’язкість і реологію розчину. Рідка фаза з високою в’язкістю допомагає зменшити міграцію води, підтримувати рівномірний розподіл води в будівельному розчині та зменшити ефект відділення води (тобто спливання води та опад).
Формування структурної сітки: ГПМЦ може утворювати структуру зшитої сітки у водному розчині, яка допомагає затримувати воду та обмежувати її рух у розчині, тим самим покращуючи водоутримання розчину. Ця сітчаста структура HPMC дозволяє будівельному розчину залишатися рівномірно вологим під час процесу твердіння, уникаючи проблем з утворенням тріщин, спричинених нерівномірною втратою води.
Ефект колоїдного бар’єру: Колоїдний бар’єр, утворений HPMC у будівельному розчині, може перешкоджати дифузії води назовні. Цей бар’єрний ефект ускладнює витік води з розчину, тим самим збільшуючи водоутримування розчину.
4. Практичний ефект утримання води HPMC
У практичному застосуванні водоутримання HPMC має значний вплив на характеристики будівельного розчину, включаючи покращення технологічності розчину, зниження ризику розтріскування при усадці та покращення міцності зв’язку. Ці ефекти застосування докладно обговорюються нижче.
Покращення працездатності: колоїдний розчин, утворений HPMC у розчині, може змащувати частинки розчину, покращувати працездатність розчину та робити процес будівництва більш плавним.
Зменшення усадки та розтріскування: оскільки HPMC може утримувати вологу в будівельному розчині, це зменшує втрату вологи під час процесу висихання, що має вирішальне значення, щоб уникнути усадки та розтріскування розчину. Розчин, який залишається рівномірно вологим під час процесу твердіння, має меншу усадкову напругу, тим самим зменшуючи ймовірність розтріскування.
Підвищення міцності зчеплення: Рівномірно розподілена волога в розчині допомагає підвищити ефективність реакції гідратації розчину, забезпечує повну гідратацію частинок цементу та, зрештою, утворює міцніший зв’язок. HPMC може забезпечити тривале вологе середовище, роблячи гідратацію цементу більш повною, тим самим підвищуючи міцність зв’язку розчину.
5. Фактори, що впливають на ГПМЦ на будівельному розчині
На ефект утримання води HPMC впливає багато факторів, включаючи його молекулярну масу, ступінь заміщення, кількість додавання та співвідношення розчину.
Молекулярна маса: загалом, чим більша молекулярна маса HPMC, тим суттєвіший ефект утримання води. Однак занадто велика молекулярна маса також може призвести до зниження розчинності, тому в практичних застосуваннях необхідно вибрати відповідну молекулярну масу відповідно до конкретних потреб.
Ступінь заміщення: Ступінь заміщення гідроксипропілу та метилу в HPMC має великий вплив на його продуктивність. Відповідний ступінь заміщення може забезпечити хороше утримання води та розчинність, але занадто висока або надто низька заміщення може вплинути на його ефективність.
Кількість додавання: кількість додавання HPMC безпосередньо впливає на водоутримання розчину. Як правило, кількість додавання становить від 0,1% до 0,3%. Занадто багато додавання збільшить вартість і може вплинути на інші властивості розчину.
Співвідношення розчину: Співвідношення інших компонентів розчину, таких як цемент, пісок і наповнювач, також впливатиме на ефект утримування води HPMC. Розумне співвідношення може краще грати роль HPMC.
HPMC відіграє важливу роль у утриманні води в будівельному розчині завдяки своїй унікальній хімічній структурі та фізичним властивостям. Його основні механізми включають адсорбцію води для формування стабільного гідратаційного шару, підвищення в’язкості будівельного розчину, формування сітчастої структури та колоїдного бар’єру тощо. У практичних застосуваннях HPMC не лише покращує працездатність і міцність зв’язування розчину, але й знижує ризик усадка і розтріскування. У майбутньому, з розвитком матеріалознавства, застосування HPMC у будівельних матеріалах буде більш широким і диверсифікованим, і продовжуватиме забезпечувати високоякісні рішення для будівельної галузі.
Час публікації: 26 червня 2024 р