纖維素醚是天然材料纖維素的衍生物，在許多用途中作為添加劑來改善產(chǎn)品的性能。例如，醚化的纖維素可作為保水劑、增稠劑、粘合和分散劑，也可作為保護(hù)膠體和穩(wěn)定劑、懸浮基、乳化劑和成膜助劑。
纖維素是自然界中的物質(zhì)如木材、亞麻或棉花的基本材料，由無支鏈的長纖維分子構(gòu)成。一個單一的“纖維素纖維”可以由多達(dá)一萬個獨立的無水葡萄糖單元構(gòu)成。在纖維素中，纖維分子呈束狀排列，由此形成了所謂的微小的原纖維，最終得到了“緊密交織的”網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的纖維素分子。大量的強(qiáng)氫鍵使每個纖維素纖維之間的結(jié)合十分緊密。
纖維素醚分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)與纖維素非常相似(見圖1和圖2)。在醚化過程中，一個獨立的無水葡萄糖單元中的三個自由OH基團(tuán)被取代(至少部分取代)，意味著原始纖維素分子之間的緊密結(jié)合減弱了，因此纖維素才變成了水溶性的產(chǎn)品。
在技術(shù)上纖維素醚最重要的性能是其增加液體粘性的能力，因此它可作為增稠劑使用。纖維素醚的增稠作用取決于：
聚合度 (DP)
纖維素醚的濃度
剪切速率
溫度
溶解的鹽的濃度
在其它參數(shù)不變的情況下，纖維素醚溶液的粘度隨聚合度的提高而提高(圖3)。這種作用在低聚合度的情況下表現(xiàn)得比在高聚合度的情況下更為明顯。
HPMC/HEMC等級的保水性
不同等級的MC最重要的性能是它們在建筑材料系統(tǒng)中的保水能力。為了獲得良好的工作性，需要在較長的時間里保持砂漿中含有足夠的水份。由于水在無機(jī)組份之間起到了潤滑劑和溶劑的作用，因此薄層砂漿才可以進(jìn)行梳理，抹灰砂漿才可以用抹子進(jìn)行攤鋪。易吸水的墻體或陶瓷磚在使用了添加纖維素醚的砂漿后不需要進(jìn)行預(yù)濕。所以MC可以帶來快速和經(jīng)濟(jì)的施工效果。
為了凝結(jié)，膠凝材料如水泥和石膏需要水進(jìn)行水化。正確摻量的MC可以在足夠長的時間里保持砂漿中的水份使得凝結(jié)硬化過程得以持續(xù)進(jìn)行。
獲得足夠的保水能力所需要的MC摻量取決于：
基層的吸收性
砂漿的組成
砂漿的層厚
砂漿的需水量
膠凝材料的凝結(jié)時間
保水性是通過測定某一固定的時段內(nèi)在攪拌好的砂漿中保留下來的水量與總用水量之比。為了模擬易吸水的基層，或者使用濾紙板，或者使用某一特定的真空度。這些試驗在DIN 18555-7和ASTM C 91進(jìn)行了描述。
在相同的MC摻量下，粘度增加時保水性也增大(圖4)。
未摻加Tylose MC的砂漿保水率大約為75%。增大MC的量可以明顯增加保水能力。
復(fù)合增稠劑對稠度和抗垂流性的影響
通過控制所使用的Tylose MC的摻量、粘度和改性程度，可以使砂漿達(dá)到適宜的抗垂流性和最佳的稠度。采用改性的MC產(chǎn)品可以對砂漿的施工性能產(chǎn)生如下影響：
提高抗垂流性
改善可工作性
增加需水量
增加稠度
降低粘性
提高屈服值
延緩凝結(jié)時間
稠度可以通過改變顆粒尺寸分布和選擇不同種程度的改性Tylose MC進(jìn)行調(diào)節(jié)。MC的顆粒尺寸越細(xì)，砂漿稠化的速度越快。圖6中的稠度是通過測量砂漿攪拌過程中對Hobart攪拌機(jī)的輸入功率確定的。
圖7為MC改性程度對砂漿需水量的影響。按EN 1308測試的瓷磚滑移值保持一定，以此來控制稠度。改性程度越高，需水量越大。
纖維素醚除了賦予砂漿上述各種有益的性能，還會延緩水泥的水化動力學(xué)過程 – 這種作用效果在較為寒冷的地區(qū)對砂漿是不利的。這種緩凝作用主要是由于纖維素醚分子吸附在正在水化的水泥系統(tǒng)中的各種礦物相上，但一般來說一致的看法是纖維素醚分子主要吸附在C-S-H和氫氧化鈣等水化產(chǎn)物上，很少吸附在熟料原始礦物相上。此外，由于孔溶液粘度的增加，纖維素醚降低了離子(Ca2+, SO42-, …) 在孔溶液中的活動性，從而進(jìn)一步延緩了水化過程。
采用等溫?zé)崃繙y定方法系統(tǒng)研究了纖維素醚的緩凝作用。等溫?zé)崃繙y定是非常精確的試驗方法，常用于礦物膠凝材料系統(tǒng)水化動力學(xué)/凝結(jié)時間的研究。等溫?zé)崃繙y定方法對研究建筑材料添加劑的緩凝/促凝作用非常有效。在我們進(jìn)行的研究中使用了TAM Air儀器 (Thermometric AB, 瑞典) 。
如果更詳細(xì)地觀察纖維素醚引起的水化延遲，可以發(fā)現(xiàn)水泥基系統(tǒng)中的纖維素醚摻量與水化延遲之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。纖維素醚在礦物膠凝材料系統(tǒng)中的濃度越高，水化延遲作用就越強(qiáng)烈。此外，纖維素醚不僅延緩凝結(jié)，而且也會推遲水泥砂漿系統(tǒng)的硬化過程。詳細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)纖維素醚對最重要的水泥熟料礦物相硅酸三鈣(C3S)和鋁酸三鈣(C3A)水化動力學(xué)的影響方式是不同的。纖維素醚主要降低C3S加速期的反應(yīng)速度，而對于C3A / CaSO4系統(tǒng)則是由于纖維素醚延長了誘導(dǎo)期 (見圖9和圖10)。以上述方式對C3S水化的阻礙會造成砂漿硬化過程的延遲，而C3A / CaSO4系統(tǒng)誘導(dǎo)期的延長則會使砂漿的凝結(jié)推遲。
等溫?zé)崃髁縖mW/g](～反應(yīng)速率)
等溫?zé)崃髁縖mW/g](～反應(yīng)速率)
纖維素醚的緩凝作用不僅取決于它在礦物膠凝材料系統(tǒng)中的濃度，而且取決于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)?？梢钥偨Y(jié)出來的一般趨勢是，對MHEC來說，甲基化的程度越高，纖維素醚的緩凝作用就越小。此外，親水取代(如對HEC的取代)較憎水取代(如對MH、MHEC、MHPC的取代)的緩凝作用更強(qiáng)。這種作用如圖11所示。
粘度是另一個重要的參數(shù)，它所表現(xiàn)的是纖維素醚的化學(xué)特性。如上所述，粘度主要影響保水能力，對新拌砂漿的工作性也有顯著影響。但是，試驗研究發(fā)現(xiàn)纖維素醚的粘度對水泥水化動力學(xué)幾乎沒有任何影響-這種效果是有好處的，至少在一定程度上可以簡化十分復(fù)雜的砂漿配方。
高度改進(jìn)和創(chuàng)新的纖維素醚通過加入不同的復(fù)合增稠劑進(jìn)行改性。這些添加劑與大部分水泥相之間有強(qiáng)烈的相互作用從而對水泥的水化動力學(xué)產(chǎn)生顯著的影響。這些添加劑由天然聚合物(如淀粉醚)以及各種合成聚合物組成。一般的規(guī)則是復(fù)合增稠劑對水化過程的延遲程度要比纖維素醚大得多 (見圖
12)。但是，水泥水化的主要影響是否來自天然或合成復(fù)合增稠劑還無法得到一個一般性的結(jié)論。
不同品種的纖維素醚在水泥基干拌砂漿產(chǎn)品中的應(yīng)用 最新評論:
