Applicazione multifunzionale di idrossietil metil cellulosa (HeMC) nel campo di costruzione

1. Caratteristiche e applicabilità di costruzione di Hemc

Idrossietil metil cellulosa (hemc) i S a Derivato di cellulosa ottenuto mediante reazione di eterificazione della cellulosa naturale con ossido di etilene e metil cloruro dopo il trattamento di alcalizzazione. La sua struttura molecolare contiene due gruppi di eterificazione, idrossietil e metil. Questa speciale struttura chimica offre a HEMC una serie di eccellenti proprietà, rendendolo particolarmente adatto per applicazioni di costruzione. L'HEMC è un polimero non ionico, il che significa che le sue prestazioni non sono influenzate dal valore del pH e possono rimanere stabili in ambienti acidi e alcalini. Questa caratteristica è particolarmente importante per i materiali a base di cemento perché il processo di idratazione del cemento sperimenterà un ambiente che cambia da alcalino forte a neutro.

La solubilità dell'acqua di HEMC è una delle sue caratteristiche fondamentali. Rispetto al normale metil cellulosa (MC), a causa dell'introduzione di idrossietil, l'HEMC ha un intervallo di adattabilità della temperatura più ampio, è solubile in acqua fredda e calda e la soluzione non produrrà gel o precipitazione a causa delle variazioni di temperatura. Questa caratteristica garantisce la stabilità delle prestazioni dei materiali da costruzione in diverse condizioni climatiche. Le soluzioni HEMC hanno una vasta gamma di viscosità, dalla bassa viscosità alla viscosità ultra-alta, che fornisce opzioni flessibili per diverse applicazioni di costruzione: i mortai di auto-livello richiedono un HEMC a bassa viscosità per migliorare la fluidità, mentre i mortai in gesso richiedono hemc ad alta viscosità per migliorare le proprietà anti-congenella.

Dal punto di vista ambientale, HEMC soddisfa pienamente i requisiti della moderna industria delle costruzioni per i materiali verdi. Utilizza la cellulosa naturale come materia prima, non ha sottoprodotti tossici nel processo di produzione e il prodotto finito è biodegradabile e rispettoso dell'ambiente. Questa caratteristica consente di mantenere la competitività del mercato in base a regolamenti ambientali sempre più rigorosi e aiutare il settore delle costruzioni a raggiungere obiettivi di sviluppo sostenibile. La biocompatibilità di HeMC elimina anche i rischi per la salute per i lavoratori edili e i problemi di sicurezza nel successivo uso della costruzione, il che è un vantaggio che molti additivi polimerici sintetici non possono eguagliare.

La versatilità dell'HEMC si riflette nel fatto che un singolo additivo può ottenere più miglioramenti delle prestazioni contemporaneamente. Nei materiali da costruzione, l'HEMC può non solo addensare e trattenere l'acqua, ma anche trascinare l'aria, lento e migliorare il legame. Questa funzione di "One Dose, Multiple Effects" semplifica la progettazione della formulazione e riduce i costi di produzione. Ad esempio, negli adesivi delle piastrelle, HEMC fornisce tre funzioni chiave: ritenzione idrica (garantendo la piena idratazione del cemento), l'ispessimento (impedendo alle piastrelle di scivolare verso il basso) e il tempo aperto esteso (facilitare la regolazione della posizione).

L'HEMC ha una buona compatibilità con altri additivi chimici dell'edificio e può essere utilizzato insieme a una varietà di miscele come riduttori di acqua, defoamer, polveri in lattice, ecc. Senza effetti antagonistici. Questo effetto sinergico consente ai formulatori di materiali da costruzione di controllare con precisione le proprietà dei materiali per soddisfare le diverse esigenze di ingegneria.

2. Il meccanismo centrale di HEMC nei materiali da costruzione

Le basi fisico -chimiche per le molteplici funzioni dell'idrossietil metilcellulosa nei materiali da costruzione derivano dalla sua struttura molecolare unica e comportamento di idratazione. Quando la polvere di hemc entra in contatto con l'acqua, i legami idrossilici (-oh) e l'etere (-o-) sulla sua catena molecolare formano immediatamente legami idrogeno con molecole d'acqua. Questa forte forza intermolecolare è la radice di tutte le proprietà dell'applicazione di Hemc. Man mano che il processo di dissoluzione procede, la catena molecolare HEMC si sviluppa gradualmente e forma una struttura di rete tridimensionale, convertendo acqua libera in acqua legata, migliorando così significativamente la viscosità e la capacità di ritenzione idrica del sistema. Questo cambiamento microstrutturale si riflette direttamente nel miglioramento delle prestazioni dei materiali da costruzione macroscopici.

Il meccanismo di ritenzione idrica è uno dei più importanti meccanismi di azione dell'HEMC. Nei materiali a base di cemento, l'HEMC raggiunge la funzione di ritenzione idrica in due modi: uno è che le molecole di hemc formano legami idrogeno con molecole d'acqua per convertire l'acqua libera in acqua legata; L'altro è che la struttura di rete formata dall'erglement delle catene macromolecolari HEMC blocca fisicamente la migrazione dell'acqua. Studi hanno dimostrato che anche se viene aggiunto lo 0,1% -0,3% di heMC (in peso di polvere secca), il tasso di ritenzione idrica del mortaio può essere aumentato dal 70% a oltre il 95%, il che garantisce che il cemento possa essere completamente idratato su substrati asciutti o porosi per evitare la perdita di forza a causa della mancanza di acqua. L'effetto di ritenzione idrica di HEMC è influenzato da molti fattori: allo stesso dosaggio, maggiore è la viscosità dell'HEMC, migliore è la ritenzione idrica; L'aumento della temperatura ambiente ridurrà l'effetto di ritenzione idrica; e il dosaggio appropriato (di solito 0,1%-0,5%) può ottenere il tasso di ritenzione idrica ideale. Sebbene aumentare ulteriormente il dosaggio può migliorare la ritenzione idrica, le prestazioni dei costi diminuiscono.

Gli effetti ispessenti e tixotropici dell'HEMC cambiano le proprietà reologiche dei materiali da costruzione. La soluzione HEMC ha ovvi caratteristiche di diradamento del taglio: la viscosità diminuisce ad alti tassi di alesaggio di agitazione o applicazione, il che è conveniente per le operazioni di costruzione; Mentre recupera elevata viscosità in uno stato di taglio statico o basso per evitare che il materiale si abbassasse o la sedimentazione. Questa caratteristica di risposta intelligente rende l'HEMC particolarmente adatto per mortaio in gesso e adesivo per la costruzione di superficie verticale. L'effetto ispessimento dipende principalmente dal peso molecolare e dalla concentrazione di hemc - maggiore è il peso molecolare e maggiore è la concentrazione, più significativo è l'effetto ispessimento. Tuttavia, una viscosità troppo elevata influenzerà le prestazioni della costruzione, quindi è necessario selezionare i prodotti HEMC con appropriata viscosità in base a diverse applicazioni.

Come tensioattivo, l'HEMC presenta una doppia caratteristica nei materiali a base di cemento: i gruppi idrofili (gruppi idrossilici e legami eterei) e gruppi idrofobici (gruppi metilici e anelli di glucosio) nelle molecole lo rendono attivo la superficie, che può ridurre la tensione superficiale dell'acqua e introdurre bolle fine. Queste bolle fungono da "cuscinetti a sfera" nel mortaio, migliorando la levigatezza della costruzione e aumentando la resa del rasso del materiale (aumento del volume). Tuttavia, troppe bolle ridurranno la forza del corpo indurito, quindi è spesso necessario usarlo insieme a un defoamer per ottenere la migliore struttura dei pori. Il trascinamento dell'aria di HEMC è generalmente tra il 5% e il 15%, che è fortemente influenzato dal dosaggio, dal metodo di miscelazione e da altri additivi.

L'HEMC ha un effetto di ritardo significativo sul processo di idratazione del cemento, che presenta sia vantaggi che svantaggi. Le molecole di hemc vengono adsorbite sulla superficie delle particelle di cemento, ostacolando il contatto tra acqua e minerali, rallentando la velocità di reazione dell'idratazione e prolungando il tempo di impostazione. Questa proprietà ritardante è molto preziosa nella costruzione con alte temperature in estate o a lungo tempo di funzionamento; Ma può diventare uno svantaggio in inverno quando è a bassa temperatura o richiede un'impostazione rapida. Regolando il dosaggio di hemc (di solito lo 0,05% -0,2% può estendere il tempo di impostazione di 1-4 ore) o utilizzandolo con un coagulante, il tempo di impostazione può essere controllato con precisione per soddisfare le esigenze ingegneristiche.

Il meccanismo di potenziamento del legame dell'HEMC comporta effetti sia fisici che chimici. Fisicamente, HEMC aumenta la viscosità del mortaio e aumenta l'area di contatto con il substrato; Chimicamente, i gruppi polari nelle molecole di hemc formano legami idrogeno e forze di van der Waals con la superficie dei materiali inorganici. In applicazioni come adesive di piastrelle e mortai in gesso, l'HEMC può migliorare significativamente la resistenza del legame (di solito del 20%-50%) e ridurre il rischio di incavo e caduta. Questo effetto di potenziamento del legame è particolarmente evidente sulle superfici lisce o sui bassi substrati di assorbimento d'acqua (come piastrelle vetrificate).

3. Prestazioni dell'applicazione di HEMC nel mortaio a miscelazione a secco

Il mortaio a miscelazione a secco è una parte importante della moderna industria delle costruzioni e le sue prestazioni sono direttamente correlate all'efficienza della costruzione e alla qualità del progetto. L'idrossietil metilcellulosa, come additivo chiave nel mortaio a miscelazione a secco, è presente in quasi tutte le formule speciali di mortaio e svolge un ruolo insostituibile.

L'adesivo delle piastrelle è una delle aree più tipiche dell'applicazione HEMC. Nel processo delle piastrelle tradizionali incollate di malta di cemento, sono comuni problemi come la cavità e la caduta e gli adesivi delle piastrelle con HEMC 0,3% -0,7% possono risolvere completamente questi problemi. L'HEMC forma una struttura di rete tridimensionale in adesivo per piastrelle, dando a mortaio umido eccellenti proprietà anti-slip. Anche le piastrelle di grandi dimensioni non scivoleranno sul muro, migliorando notevolmente l'efficienza della costruzione e la sicurezza. Allo stesso tempo, HEMC garantisce che il cemento sia completamente idratato attraverso la ritenzione idrica. Anche se è costruito ad alta temperatura, ambiente ventoso o su un substrato altamente assorbente, può formare una struttura in pietra di cemento ad alta resistenza per evitare la diminuzione della forza di legame dovuta a idratazione insufficiente. L'HEMC può anche estendere il tempo aperto degli adesivi delle piastrelle (di solito a più di 30 minuti), dando agli operai edili abbastanza tempo per regolare la posizione delle piastrelle, il che è particolarmente importante in grandi progetti.

I sistemi di isolamento termico esterno (ETIC) sono un'altra importante area di applicazione per HEMC. In questi sistemi, l'HEMC viene utilizzato principalmente per i mortai di legame e i mortai di intonaco e l'importo aggiuntivo è generalmente dello 0,2%-0,5%. La funzione di ritenzione idrica di HEMC è particolarmente critica qui, poiché i materiali di isolamento (come le schede EPS o la lana di roccia) hanno di solito un assorbimento di acqua molto basso. L'acqua nei mortai tradizionali evaporirà o migrerà rapidamente, con conseguente insufficiente idratazione del cemento. Dopo aver aggiunto HeMC, il mortaio può anche trattenere abbastanza acqua sul substrato di assorbimento delle acque basso per completare la reazione di idratazione e garantire la resistenza al legame. Allo stesso tempo, la maggiore flessibilità portata dal trascinamento dell'aria di HEMC aiuta a tamponare lo stress termico del sistema di isolamento e ridurre il rischio di cracking.

I requisiti di prestazione di HEMC per il mortaio autolivello sono molto diversi da quelli delle applicazioni di cui sopra. I materiali autolivellanti richiedono un'eccellente fluidità e capacità di autolivello di sé, ma non possono delaminare e sanguinare, il che richiede l'uso di bassa viscosità ma un buon hemc che si stabilisce d'acqua. In questa applicazione, il dosaggio di HEMC è generalmente basso (0,02%-0,1%) e svolge principalmente il ruolo della stabilizzazione del sistema per impedire alla fluttuazione di particelle solide e acqua. L'effetto sinergico di HEMC e riduttore d'acqua è particolarmente prominente qui: il riduttore dell'acqua fornisce fluidità e HEMC mantiene il sistema uniforme e stabile. La combinazione dei due può ottenere un materiale di auto-livello ad alte prestazioni con una fluidità di oltre 130 mm e una resistenza a compressione di 28 giorni di oltre 30 MPA.

Il mortaio di riparazione è un'altra area di applicazione di HEMC che non può essere ignorata. I progetti di riparazione di solito affrontano sfide come l'essiccazione del substrato, le forme complesse e lo sviluppo rapido della forza e la versatilità di HEMC è pienamente riflessa qui. Nella riparazione del danno in calcestruzzo, l'aggiunta di 0,3%-0,8%HEMC può migliorare significativamente la forza di legame tra mortaio e vecchio calcestruzzo (aumento del 40-100%) e ridurre i difetti dell'interfaccia. La ritenzione idrica di HEMC garantisce che l'acqua non si perde troppo rapidamente durante la costruzione sulle superfici verticali e superiori e il suo effetto di impostazione lenta conferisce al materiale di riparazione abbastanza tempo operativo. Per le riparazioni rapide, il tempo di impostazione può essere ridotto regolando il dosaggio di hemc (fino allo 0,05%-0,1%) o utilizzandolo con un coagulante. La pratica di manutenzione dell'edificio mostra che la durata del mortaio di riparazione modificato con HEMC è 3-5 volte più lunga di quella dei materiali tradizionali, riducendo notevolmente i costi di manutenzione.