Модифікований ефір целюлози для розчину

Проаналізовано типи ефіру целюлози та його основні функції в змішаному розчині, а також методи оцінки таких властивостей, як утримання води, в’язкість і міцність зв’язку. Механізм уповільнення та мікроструктураефіру целюлози в сухій сумішіта викладено взаємозв’язок між формуванням структури певного тонкошарового розчину, модифікованого ефіром целюлози, та процесом гідратації. На підставі цього висловлюється припущення про необхідність прискорення дослідження за умови швидкої втрати води. Механізм шарової гідратації розчину, модифікованого ефіром целюлози, у структурі тонкого шару та закон просторового розподілу полімеру в шарі розчину. У майбутньому практичному застосуванні слід повністю враховувати вплив розчину, модифікованого ефіром целюлози, на зміну температури та сумісність з іншими домішками. Це дослідження сприятиме розробці технології нанесення розчину з модифікацією CE, такого як розчин для штукатурки зовнішніх стін, шпаклівка, розчин для швів та інший тонкошаровий розчин.

Ключові слова:ефір целюлози; Сухий розчин; механізм

1. Вступ

Звичайний сухий розчин, розчин для ізоляції зовнішніх стін, самозаспокійливий розчин, водонепроникний пісок та інший сухий розчин став важливою частиною будівельних матеріалів у нашій країні, а ефір целюлози є похідним природного ефіру целюлози та важливою добавкою різних видів сухого розчину, затримки, утримання води, згущення, поглинання повітря, адгезії та інших функцій.

Роль СЕ в будівельному розчині в основному відображається в покращенні технологічності розчину та забезпеченні гідратації цементу в розчині. Поліпшення працездатності розчину в основному відображається на утриманні води, запобіганні звисанню та часу відкриття, особливо в забезпеченні тонкого шару розчину, розподілі штукатурного розчину та покращенні швидкості будівництва спеціального зв’язуючого розчину має важливі соціальні та економічні переваги.

Незважаючи на те, що було проведено велику кількість досліджень модифікованого CE розчину та досягнуто важливих успіхів у дослідженні технології застосування CE модифікованого розчину, все ще існують очевидні недоліки в дослідженні механізму CE модифікованого розчину, особливо взаємодії між CE та цемент, заповнювач і матриця в умовах спеціального використання. Таким чином, ґрунтуючись на підсумкових результатах відповідних досліджень, у цьому документі пропонується провести подальші дослідження температури та сумісності з іншими домішками.

2、роль і класифікація ефіру целюлози

2.1 Класифікація ефіру целюлози

Багато різновидів ефіру целюлози, існує майже тисяча, загалом, відповідно до продуктивності іонізації можна розділити на іонні та неіонні категорії типу 2, у матеріалах на основі цементу через іонний ефір целюлози (наприклад, карбоксиметилцелюлоза, CMC ) буде випадати в осад Ca2+ і нестабільний, тому використовується рідко. Неіонний ефір целюлози може бути у відповідності з (1) в'язкістю стандартного водного розчину; (2) тип замісників; (3) ступінь заміщення; (4) фізична структура; (5) Класифікація розчинності тощо.

Властивості СЕ залежать головним чином від типу, кількості та розподілу замісників, тому СЕ зазвичай поділяють за типом замісників. Наприклад, ефір метилцелюлози є природною одиницею глюкози целюлози на гідроксил замінюється метоксипродуктами, гідроксипропілметилцелюлозний ефір HPMC є гідроксил на метокси, гідроксипропіл відповідно замінені продукти. В даний час більше 90% ефірів целюлози, що використовуються, в основному це метилгідроксипропілцелюлозний ефір (MHPC) і метилгідроксіетилцелюлозний ефір (MHEC).

2.2 Роль ефіру целюлози в розчині

Роль CE у будівельному розчині в основному відображається в наступних трьох аспектах: чудова водоутримувальна здатність, вплив на консистенцію та тиксотропність розчину та регулювання реології.

Водозатримка CE може не тільки регулювати час відкриття та процес схоплювання системи розчину, щоб регулювати час роботи системи, але також запобігає основному матеріалу від поглинання надто великої та надто швидкої води та запобігає випаровуванню води, щоб забезпечити поступове виділення води під час гідратації цементу. Утримання води CE в основному пов’язане з кількістю CE, в’язкістю, тонкістю та температурою навколишнього середовища. Ефект водоутримування розчину, модифікованого CE, залежить від водопоглинання основи, складу розчину, товщини шару, потреби у воді, часу схоплювання цементуючого матеріалу тощо. Дослідження показують, що при фактичному використанні Деякі в’яжучі речовини для керамічної плитки, завдяки сухій пористій підкладці швидко вбирають велику кількість води з суспензії, цементний шар біля підкладки втрачає воду до ступеня гідратації цементу нижче 30%, що не тільки не може утворювати цемент гель з міцністю зчеплення з поверхнею основи, але також легко спричиняє розтріскування та просочування води.

Потреба у воді розчинної системи є важливим параметром. Основна потреба у воді та відповідна витрата розчину залежать від складу розчину, тобто кількості цементуючого матеріалу, заповнювача та доданого заповнювача, але введення CE може ефективно регулювати потребу у воді та вихід розчину. У багатьох системах будівельних матеріалів CE використовується як загусник для регулювання консистенції системи. Ефект згущення СЕ залежить від ступеня полімеризації СЕ, концентрації розчину, швидкості зсуву, температури та інших умов. Водний розчин СЕ з високою в'язкістю має високу тиксотропію. Коли температура підвищується, утворюється структурний гель і виникає висока тиксотропна течія, що також є основною характеристикою КЕ.

Додавання CE може ефективно регулювати реологічні властивості системи будівельного матеріалу, щоб покращити робочі характеристики, щоб розчин мав кращу оброблюваність, кращі властивості проти зависання та не прилипав до будівельних інструментів. Завдяки цим властивостям розчин легше розрівнювати та твердіти.

2.3 Оцінка ефективності розчину, модифікованого ефіром целюлози

Оцінка ефективності розчину, модифікованого CE, в основному включає утримання води, в’язкість, міцність зв’язку тощо.

Водовтримування є важливим індексом ефективності, який безпосередньо пов’язаний з характеристиками розчину, модифікованого CE. На даний момент існує багато відповідних методів тестування, але більшість із них використовують метод вакуумного насоса для безпосереднього вилучення вологи. Наприклад, зарубіжні країни в основному використовують DIN 18555 (метод випробування розчину неорганічного цементного матеріалу), а французькі підприємства з виробництва газобетону використовують метод фільтрувального паперу. Національний стандарт, що включає метод випробування водоутримування, має JC/T 517-2004 (гіпсова штукатурка), його основний принцип і метод розрахунку та іноземні стандарти узгоджуються, все через визначення рівня водопоглинання будівельного розчину.

В’язкість – ще один важливий індекс ефективності, безпосередньо пов’язаний з характеристиками розчину, модифікованого CE. Існує чотири широко використовувані методи випробування в'язкості: метод Брукілда, Хакке, Хоплера та метод ротаційного віскозиметра. Чотири методи використовують різні інструменти, концентрацію розчину, середовище тестування, тому той самий розчин, перевірений чотирма методами, не дає однакових результатів. У той же час, в’язкість CE змінюється залежно від температури та вологості, тому в’язкість одного і того ж розчину, модифікованого CE, змінюється динамічно, що також є важливим напрямком для вивчення розчину, модифікованого CE.

Випробування на міцність з’єднання визначається відповідно до напряму використання будівельного розчину, наприклад, розчин для керамічного зв’язку в основному відноситься до «клею для керамічної плитки» (JC/T 547-2005), захисний розчин в основному стосується «технічних вимог до розчину для ізоляції зовнішніх стін» ( DB 31 / T 366-2006) та «Ізоляція зовнішніх стін штукатурним розчином з пінополістирольних плит» (JC/T 993-2006). У зарубіжних країнах адгезійна міцність характеризується міцністю на вигин, рекомендованою Японською асоціацією матеріалознавства (випробування приймає призматичний звичайний розчин, розрізаний на дві половини розміром 160 мм × 40 мм × 40 мм, і модифікований розчин, виготовлений у зразки після затвердіння , з посиланням на метод випробування міцності цементного розчину на вигин).

3. Розвиток теоретичних досліджень розчину, модифікованого ефіром целюлози

Теоретичні дослідження CE модифікованого розчину в основному зосереджені на взаємодії між CE та різними речовинами в розчинній системі. Хімічна дія всередині матеріалу на основі цементу, модифікованого CE, може бути в основному показана як CE та вода, дія гідратації самого цементу, CE та взаємодія частинок цементу, CE та продукти гідратації цементу. Взаємодія між CE та частинками цементу/продуктами гідратації в основному проявляється в адсорбції між CE та частинками цементу.

Повідомлялося про взаємодію між CE та частинками цементу в країні та за кордоном. Наприклад, Liu Guanghua та ін. виміряв дзета-потенціал колоїду цементного розчину, модифікованого CE, під час вивчення механізму дії CE у підводному недискретному бетоні. Результати показали, що: дзета-потенціал (-12,6 мВ) розчину з додаванням цементу менший, ніж у цементного тесту (-21,84 мВ), що вказує на те, що частинки цементу в розчині з додаванням цементу покриті шаром неіонного полімеру, що робить дифузію подвійного електричного шару тоншою, а силу відштовхування між колоїдом слабшою.

3.1 Теорія сповільнення розчину, модифікованого ефіром целюлози

У теоретичних дослідженнях розчину, модифікованого CE, зазвичай вважається, що CE не тільки надає розчину хороші робочі характеристики, але також зменшує виділення тепла цементу при ранній гідратації та затримує динамічний процес гідратації цементу.

Уповільнювальний ефект CE в основному пов'язаний з його концентрацією та молекулярною структурою в системі мінеральних цементуючих матеріалів, але мало пов'язаний з його молекулярною масою. З впливу хімічної структури CE на кінетику гідратації цементу можна побачити, що чим вищий вміст CE, тим менший ступінь алкільного заміщення, чим більший вміст гідроксилу, тим сильніший ефект затримки гідратації. З точки зору молекулярної структури, гідрофільна заміна (наприклад, HEC) має сильніший ефект сповільнення, ніж гідрофобна заміна (наприклад, MH, HEMC, HMPC).

З точки зору взаємодії між СЕ та частинками цементу механізм уповільнення проявляється у двох аспектах. З одного боку, адсорбція молекули СЕ на продуктах гідратації, таких як c – s –H і Ca(OH)2, запобігає подальшій мінеральній гідратації цементу; з іншого боку, в’язкість порового розчину збільшується через CE, що зменшує кількість іонів (Ca2+, so42-…). Активність у поровому розчині додатково уповільнює процес гідратації.

CE не тільки затримує схоплювання, але й затримує процес твердіння системи цементного розчину. Встановлено, що КЕ по-різному впливає на кінетику гідратації C3S і C3A в цементному клінкері. CE головним чином зменшив швидкість реакції фази прискорення C3s і подовжив період індукції C3A/CaSO4. Уповільнення гідратації c3s сповільнить процес твердіння розчину, тоді як подовження індукційного періоду системи C3A/CaSO4 сповільнить схоплювання розчину.

3.2 Мікроструктура розчину, модифікованого ефіром целюлози

Велику увагу привернув механізм впливу КЕ на мікроструктуру модифікованого розчину. В основному це відображається в таких аспектах:

По-перше, фокус дослідження зосереджений на механізмі плівкоутворення та морфології КЕ в розчині. Оскільки CE зазвичай використовується з іншими полімерами, важливою метою дослідження є відрізнити його стан від стану інших полімерів у розчині.

По-друге, вплив КЕ на мікроструктуру продуктів гідратації цементу також є важливим напрямком досліджень. Як видно зі стану плівкоутворення CE до продуктів гідратації, продукти гідратації утворюють безперервну структуру на межі розділу cE, з’єднаної з різними продуктами гідратації. У 2008 році K.Pen та ін. використовували ізотермічну калориметрію, термічний аналіз, FTIR, SEM та BSE для вивчення процесу лігніфікації та продуктів гідратації 1% PVAA, MC та HEC модифікованого розчину. Результати показали, що хоча полімер сповільнював початковий ступінь гідратації цементу, він продемонстрував кращу структуру гідратації через 90 днів. Зокрема, МК також впливає на кристалічну морфологію Ca(OH)2. Прямим доказом є те, що функція містка полімеру виявляється в шаруватих кристалах, MC відіграє роль у зв’язуванні кристалів, зменшуючи мікроскопічні тріщини та зміцнюючи мікроструктуру.

Еволюція мікроструктури CE у розчині також привернула велику увагу. Наприклад, Дженні використовувала різні аналітичні методи для вивчення взаємодії між матеріалами всередині полімерного розчину, поєднуючи кількісні та якісні експерименти, щоб реконструювати весь процес свіжого змішування розчину до затвердіння, включаючи утворення полімерної плівки, гідратацію цементу та міграцію води.

Крім того, мікроаналіз різних моментів часу в процесі розробки будівельного розчину, і не може бути на місці від змішування розчину до затвердіння всього процесу безперервного мікроаналізу. Тому необхідно об’єднати весь кількісний експеримент, щоб проаналізувати деякі спеціальні стадії та простежити процес формування мікроструктури ключових стадій. У Китаї Qian Baowei, Ma Baoguo та ін. безпосередньо описав процес гідратації за допомогою питомого опору, теплоти гідратації та інших методів тестування. Однак через невелику кількість експериментів і нездатність поєднати питомий опір і теплоту гідратації з мікроструктурою в різні моменти часу не було сформовано відповідної дослідницької системи. Загалом, досі не було прямих засобів кількісного та якісного опису присутності різної полімерної мікроструктури в розчині.

3.3 Дослідження тонкошарового розчину, модифікованого ефіром целюлози

Хоча люди провели більше технічних і теоретичних досліджень щодо застосування СЕ в цементному розчині. Але він повинен звернути увагу на те, що модифікований CE розчин у щоденному сухому розчині (наприклад, цегельний в’яжучий розчин, шпаклівка, тонкошаровий штукатурний розчин тощо) застосовується у вигляді тонкошарового розчину, ця унікальна структура зазвичай супроводжується проблемою швидкої втрати води розчином.

Наприклад, розчин для склеювання керамічної плитки є типовим тонкошаровим розчином (модель тонкошарового розчину, модифікованого CE для склеювання керамічної плитки), і його процес гідратації вивчався вдома та за кордоном. У Китаї Coptis rhizoma використовували різні види та кількості CE для покращення ефективності розчину для склеювання керамічної плитки. Рентгенівський метод був використаний для підтвердження того, що ступінь гідратації цементу на межі розділу між цементним розчином і керамічною плиткою після змішування CE збільшився. Спостерігаючи за поверхнею розділу за допомогою мікроскопа, було виявлено, що міцність цементного моста керамічної плитки в основному покращується шляхом змішування пасти CE замість щільності. Наприклад, Дженні спостерігала збагачення полімеру та Ca(OH)2 біля поверхні. Дженні вважає, що співіснування цементу та полімеру сприяє взаємодії між утворенням полімерної плівки та гідратацією цементу. Основною характеристикою цементних розчинів, модифікованих CE, у порівнянні зі звичайними цементними системами є високе водоцементне співвідношення (зазвичай 0,8 або вище), але через їхню велику площу/об’єм вони також швидко твердіють, тому зазвичай гідратація цементу менше 30%, а не більше 90%, як це зазвичай буває. При використанні XRD-технології для дослідження закономірності розвитку мікроструктури поверхні клейового розчину для керамічної плитки в процесі твердіння було виявлено, що частина дрібних частинок цементу «переміщується» на зовнішню поверхню зразка з висиханням пор. рішення. Щоб підтвердити цю гіпотезу, були проведені подальші випробування з використанням крупнозернистого цементу або кращого вапняку замість цементу, який використовувався раніше, що було додатково підтверджено одночасним XRD-поглинанням втрати маси кожного зразка та розподілом частинок вапняку/кремнеземного піску за розміром остаточно затверділого. тіло. Випробування скануючої електронної мікроскопії навколишнього середовища (SEM) показали, що CE та PVA мігрували під час вологого та сухого циклів, тоді як гумові емульсії – ні. На основі цього він також розробив неперевірену модель гідратації тонкошарового розчину, модифікованого CE, для сполучного для керамічної плитки.

У відповідній літературі не повідомляється, як гідратація шаруватої структури полімерного розчину здійснюється в тонкошаровій структурі, а також не було візуалізовано та кількісно визначено просторовий розподіл різних полімерів у шарі розчину різними засобами. Очевидно, що механізм гідратації та механізм утворення мікроструктури CE-розчинної системи за умови швидкої втрати води суттєво відрізняється від існуючого звичайного розчину. Вивчення унікального механізму гідратації та механізму формування мікроструктури тонкошарового розчину, модифікованого CE, сприятиме розвитку технології нанесення тонкошарового розчину, модифікованого CE, такого як розчин для штукатурки зовнішніх стін, шпаклівка, розчин для швів тощо.

4. Є проблеми

4.1 Вплив зміни температури на розчин, модифікований ефіром целюлози

Розчини CE різних типів будуть гелеподібні за певної температури, процес гелеутворення повністю оборотний. Оборотне термогелеутворення CE є дуже унікальним. У багатьох цементних продуктах основне використання в'язкості CE та відповідних водоутримуючих і змащувальних властивостей, а також в'язкість і температура гелю мають прямий зв'язок, під температурою гелю, чим нижча температура, тим вище в'язкість CE, тим краще відповідна продуктивність утримання води.

У той же час розчинність різних типів ХЕ при різних температурах неоднакова. Такі як метилцелюлоза, розчинна в холодній воді, нерозчинна в гарячій воді; Метилгідроксіетилцелюлоза розчиняється в холодній воді, але не в гарячій. Але при нагріванні водного розчину метилцелюлози та метилгідроксіетилцелюлози метилцелюлоза та метилгідроксіетилцелюлоза випадуть в осад. Метилцелюлоза випадала в осад при 45 ~ 60 ℃, а змішана етеризована метилгідроксіетилцелюлоза випадала в осад, коли температура підвищувалася до 65 ~ 80 ℃ і знижувалася, осад знову розчинявся. Гідроксіетилцелюлоза і натрійгідроксиетилцелюлоза розчиняються у воді за будь-якої температури.

Під час фактичного використання CE автор також виявив, що водоутримувальна здатність CE швидко зменшується при низьких температурах (5 ℃), що зазвичай відображається у швидкому зниженні працездатності під час будівництва взимку, і потрібно додати більше CE. . Причина цього явища наразі не ясна. Аналіз може бути викликаний зміною розчинності деяких ХЕ у воді низької температури, яку необхідно проводити для забезпечення якості будівництва взимку.

4.2 Пузир і елімінація ефіру целюлози

CE зазвичай створює велику кількість бульбашок. З одного боку, рівномірні та стабільні дрібні бульбашки сприяють ефективності будівельного розчину, наприклад, покращують будівельні властивості розчину та підвищують морозостійкість і довговічність розчину. Натомість більші бульбашки погіршують морозостійкість і довговічність розчину.

У процесі змішування розчину з водою розчин перемішується, і повітря вводиться в щойно змішаний розчин, і повітря огортається мокрим розчином для утворення бульбашок. Зазвичай, за умови низької в'язкості розчину, бульбашки, що утворюються, піднімаються за рахунок плавучості і вириваються на поверхню розчину. Бульбашки вириваються з поверхні назовні, а плівка рідини, що переміщується на поверхню, створює різницю тиску через дію сили тяжіння. Товщина плівки з часом стане тоншою, і нарешті бульбашки лопнуть. Однак через високу в’язкість щойно змішаного розчину після додавання CE середня швидкість просочування рідини в рідкій плівці сповільнюється, так що рідка плівка нелегко стає тонкою; У той же час збільшення в'язкості розчину сповільнить швидкість дифузії молекул поверхнево-активної речовини, що сприятиме стабільності піни. Це призводить до того, що велика кількість бульбашок, введених у ступку, залишається в ступці.

Поверхневий натяг і міжфазний натяг водного розчину з кульмінацією марки Al CE при 1% масової концентрації при 20 ℃. CE має повітротягнучу дію на цементний розчин. Ефект залучення повітря CE негативно впливає на механічну міцність, коли вводяться великі бульбашки.

Піногасник у розчині може перешкоджати утворенню піни, спричиненому використанням CE, і руйнувати піну, яка утворилася. Механізм його дії такий: піногасник проникає в рідку плівку, зменшує в’язкість рідини, утворює нову межу з низькою поверхневою в’язкістю, змушує рідку плівку втрачати свою еластичність, прискорює процес ексудації рідини і, нарешті, створює рідку плівку. тонкий і тріскається. Порошковий піногасник може зменшити вміст газу в щойно змішаному будівельному розчині, і на неорганічному носії адсорбуються вуглеводні, стеаринова кислота та її ефір, триетилфосфат, поліетиленгліколь або полісилоксан. В даний час порошковий піногасник, який використовується в сухих розчинах, складається переважно з поліолів і полісилоксанів.

Хоча повідомляється, що крім регулювання вмісту бульбашок, застосування піногасника також може зменшити усадку, але різні види піногасника також мають проблеми сумісності та зміни температури при використанні в поєднанні з CE, це основні умови, які необхідно вирішити в використання модифікованого розчину CE.

4.3 Сумісність між ефіром целюлози та іншими матеріалами в розчині

CE зазвичай використовується разом з іншими домішками в сухому розчині, такими як піногасник, водовідновник, клейовий порошок тощо. Ці компоненти відіграють різні ролі у розчині відповідно. Вивчення сумісності СЕ з іншими домішками є передумовою ефективного використання цих компонентів.

У сухому змішаному розчині в основному використовуються відновлювачі води: казеїн, відновлювач води серії лігніну, відновлювач води нафталіну, конденсація формальдегіду меламіну, полікарбонова кислота. Казеїн є чудовим суперпластифікатором, особливо для тонких розчинів, але оскільки це натуральний продукт, якість і ціна часто коливаються. Водовідновлювачі лігніну включають лігносульфонат натрію (деревний натрій), деревний кальцій, деревний магній. Водяний редуктор нафталінової серії зазвичай використовується Лу. Конденсати нафталінсульфонат-формальдегіду, конденсати меламін-формальдегіду є хорошими суперпластифікаторами, але вплив на тонкий розчин обмежений. Полікарбонова кислота - це нещодавно розроблена технологія з високою ефективністю та відсутністю виділення формальдегіду. Оскільки CE та звичайний суперпластифікатор серії нафталіну призведуть до коагуляції, що призведе до втрати працездатності бетонної суміші, тому в техніці необхідно вибрати суперпластифікатор ненафталінової серії. Незважаючи на те, що були проведені дослідження комбінованого ефекту розчину, модифікованого CE, і різних домішок, все ще існує багато непорозумінь у використанні через різноманітність різноманітних домішок і CE, а також мало досліджень щодо механізму взаємодії, і потрібна велика кількість тестів, щоб оптимізуйте його.

5. Висновок

Роль CE у будівельному розчині в основному відображається у чудовій водоутримувальній здатності, впливі на консистенцію та тиксотропні властивості розчину та регулюванні реологічних властивостей. На додаток до хороших робочих характеристик розчину, CE також може зменшити виділення тепла цементу при ранній гідратації та затримати динамічний процес гідратації цементу. Методи оцінки ефективності розчину відрізняються залежно від різних випадків застосування.

За кордоном було проведено велику кількість досліджень мікроструктури CE у розчині, таких як механізм утворення плівки та морфологія утворення плівки, але досі немає прямих засобів для кількісного та якісного опису існування різної полімерної мікроструктури в розчині. .

Розчин із модифікацією CE наноситься у вигляді тонкошарового розчину для щоденного сухого змішування розчину (наприклад, в’яжучий розчин для лицьової цегли, шпаклівка, тонкошаровий розчин тощо). Ця унікальна структура зазвичай супроводжується проблемою швидкої втрати води розчином. На даний момент основні дослідження зосереджені на в’яжучому для лицьової цегли, і є кілька досліджень щодо інших типів тонкошарового розчину, модифікованого CE.

Тому в майбутньому необхідно прискорити дослідження механізму пошарової гідратації розчину, модифікованого ефіром целюлози, у тонкошаровій структурі та закону просторового розподілу полімеру в шарі розчину за умови швидкої втрати води. У практичному застосуванні слід повністю враховувати вплив розчину, модифікованого ефіром целюлози, на зміну температури та його сумісність з іншими домішками. Пов’язана з цим дослідницька робота сприятиме розробці технології застосування розчину з модифікацією CE, такого як розчин для штукатурки зовнішніх стін, шпаклівка, розчин для швів та інший тонкошаровий розчин.