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纤维素醚在水泥基材料中的应用

发布者: 纤维素醚-汇中化工  时间:2018-09-21

1前言

我国推广预拌砂浆已有二十多年的历史,特别是近几年来,国家相关政府部门重视预拌砂浆发展,出台鼓励政策,目前全国已有10多个省、直辖市的预拌砂浆应用比例超过60%,有普通规模以上的预拌砂浆企业超过800家,年设计产能达2.74亿吨,2015年全年生产普通预拌砂浆6202万吨。

在施工过程中,砂浆常由于失水过快,没有足够的时间和水分进行水化反应,导致硬化后水泥浆体出现强度不足和开裂等现象。纤维素醚是干混砂浆中一种常见的聚合物外加剂,它具有保水、增稠、缓凝和引气等作用,能够明显改善砂浆的性能。

为使砂浆满足运输要求,并解决开裂和粘结强度低等问题,在砂浆中掺加纤维素醚具有重要的意义。本文简要介绍纤维素醚的特性及其对水泥基材料性能的影响,希望对解决预拌砂浆的相关技术难题有所帮助。

2 纤维素醚简介

纤维素醚(Cellulose Ether)是由纤维素经过一种或几种醚化剂的醚化反应和干燥粉磨而成。

2.1 纤维素醚的分类

根据醚取代基化学结构的不同,纤维素醚可分为阴离子型、阳离子型和非离子型醚。离子型纤维素醚主要有羧甲基纤维素醚(CMC);非离子型纤维素醚主要有甲基纤维素醚(MC)、羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)和羟乙基纤维素醚(HC)等。非离子型醚又分为水溶性醚和油溶性醚,在砂浆产品中主要使用非离子型水溶性醚。在钙离子存在情况下,离子型纤维素醚不稳定,故在以水泥、熟石灰等为胶结材料的干混砂浆产品中很少使用。而非离子水溶性纤维素醚因具有悬浮稳定性和保水作用,被广泛应用在建材工业中。

根据醚化过程中所选用的醚化剂的不同,纤维素醚产品有甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、苄基氰乙基纤维素和苯基纤维素等种类。

用于砂浆的纤维素醚通常包括甲基纤维素醚(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC),羟乙基甲基纤维素醚(HEMC)和羟乙基纤维素醚(HEMC)等,其中,HPMC与HEMC应用最为广泛[1]。

2.2 纤维素醚的化学性质

每种纤维素醚都具有纤维素的基本结构---脱水葡萄糖结构。在生产纤维素醚的过程中,先将纤维素纤维在碱性溶液中加热,接着用醚化剂处理,纤维状反应产物经提纯、粉磨而形成一定细度的均匀粉末。

MC的生产过程中仅使用氯化甲烷作醚化剂;生产HPMC除了使用氯化甲烷外,还使用环氧丙烯来获取羟丙基取代基团。各种纤维素醚具有不同的甲基和羟丙基取代率,因而影响到纤维素醚溶液的有机相溶性和热凝胶温度等性能。

纤维素的脱水葡萄糖结构单元上的取代基团的数量可以用质量百分比或取代基团的平均数量来表示(即取代度DS—Degree of Substitution)。取代基团的数量决定了纤维素醚产品的性质。平均取代度对醚化产物溶解性的影响如下[2]:

(1)低取代度的醚化产物易溶于碱液;

(2)稍高取代度的醚化产物易溶于水;

(3)高取代度的醚化产物易溶于极性有机溶剂;

(4)更高取代度的醚化产物易溶于非极性有机溶剂。

2.3 纤维素醚的溶解特性

纤维素醚的溶解特性对于水泥砂浆的工作性有很大的影响。纤维素醚能够用来改善水泥砂浆的黏聚性和保水性,但这依赖于纤维素醚能够完全充分地溶解于水中。影响纤维素醚溶解的因素主要有溶解时间、搅拌速度和粉末细度等。
纤维素醚
2.3.1 溶解时间和搅拌速度

图1(a)为不同黏度的MHPC溶解时黏度随时间的变化关系。可以看出,黏度为50Pa·s的MHPC达到标称黏度的时间约为10min左右,而黏度为20000Pa·s的MHPC则需要40min左右。由此可见,随着纤维素醚黏度的增大,其从溶解开始达到标称黏度的时间越长。
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