纤维素醚的作用

纤维素醚的作用 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 纤纤 维维 素素 醚醚 在在 砂砂 浆浆 应应 用用 中中 的的 作作 用用 1 1 概述概述 纤维素醚是以天然纤维素为原料，经化学改性制得的合成型高分子 聚合物。纤维素醚是天然纤维素的衍生物，纤维素醚生产与合成聚合 物不同，它的最基本的材料是纤维素，天然的高分子化合物。由于天 然纤维素结构的特殊性，纤维素本身没有与醚化剂反应的能力。但经 过溶胀剂的处理，在分子链间和链内强大的氢键遭到破坏，羟基的活 性释放变成具有反应能力的碱纤维素，在经过醚化剂反应—OH基转 成—OR基得到纤维素醚。 纤维素醚应用于建筑材料、乳胶涂料、食品、医药、日用化学等 方面。作为增稠剂、保水剂、稳定剂、分散剂、成膜剂使用。 2 2 纤维素醚在砂浆应用中的作用纤维素醚在砂浆应用中的作用 增稠和触变性增稠和触变性 纤维素醚赋予湿砂浆优良的粘稠性，能够显着增加湿砂浆与基层 的粘结能力，提高砂浆的抗下垂性能，广泛用于抹面灰浆、面砖粘结 砂浆和外墙外保温系统中。纤维素醚的增稠效果还可以增加新拌材料 的抗分散能力和匀质性，防止材料分层、离析和泌水，可用于纤维混 凝土、水下混凝土和自密实混凝土中。 纤维素醚对水泥基材料的增稠效果来自于纤维素醚溶液的粘性。 相同条件下，纤维素醚的粘度越高，改性水泥基材料的粘稠性越好， 但若粘度过大，则会影响材料的流动性和可操作性（如粘抹灰刀）。 对流动性要求较高的自流平砂浆、自密实混凝土等则要求纤维素醚的 粘度很低。此外，纤维素醚的增稠效果还会增加水泥基材料的需水 量，提高灰浆的产量。 纤维素醚溶液的粘性取决于以下因素：纤维素醚的分子量、浓 度、温度、剪切速度和试验方法。相同条件下，纤维素醚的分子量越 大，溶液的粘度越高；浓度越高，溶液的粘度也越高，在使用时应注 意避免掺量过高而影响砂浆和混凝土的工作性能；纤维素醚溶液的粘 度会随温度的升高而降低，且浓度越高，温度的影响越大；纤维素醚 溶液通常为假塑性流体，具有剪切变稀的性质，测试时的剪切速率越 大，粘度越小，因此，砂浆的粘聚性在外力作用下会而降低，这有利 于砂浆的刮抹施工，使砂浆能够同时具有良好的工作性和粘聚性；由 于纤维素醚溶液是非牛顿流体，测试粘度时所采用的实验方法、仪器 设备或测试环境不同时，同种纤维素醚溶液测试出的结果可能会有较 大差别。 纤维素醚分子可以固定新拌材料的一些水分子在分子链外围，因 此增加了溶液的粘度。纤维素醚分子链之间相互缠绕，形成三维网络 结构也会使其水溶液产生良好的粘性。 高粘度的纤维素醚水溶液具有高的触变性，这也是纤维素醚的一 大特性。甲基纤维素的水溶液在其凝胶温度的以下通常具有假塑性， 非触变流动性，但在低剪切速率时呈牛顿型流动性质。假塑性随纤维 素醚分子量或浓度的增加而增大，与取代基类型和取代度无关。所 以，相同粘度等级的纤维素醚，不管是 mc，HPmc，HEmc，只要是浓 度和温度保持恒定，总表现出相同的流变性质。当温度提高时形成结 构凝胶，出现高触变流动。高浓度低粘度的纤维素醚即使在凝胶温度 以下，也表现出触变性。这一性质对建筑砂浆的施工调整其流平和流 挂性是大有益处的。这里需要说明一点，纤维素醚的粘度越高，保水 性越好，但粘度越高，纤维素醚相对分子量越高，其溶解性能相应降 低，这对砂浆浓度和施工性能造成负面影响。粘度越高，对砂浆的增 稠效果越明显，但并不是完全的正比关系。一些中低粘度，但经过改 性的纤维素醚在改善湿砂浆的结构强度有更加优异的表现，随粘度的 增加，纤维素醚保水性提高。 2 .22 .2 保水作用保水作用 纤维素醚具有优良的保水性，可以防止湿砂浆中的水分过早蒸发 或被基层吸收，确保水泥充分水化，从而最终保证砂浆的力学性能， 这特别有利于薄层砂浆和在吸水性基层或在高温、干燥条件下施工的 砂浆。纤维素醚的保水作用可以改变传统的施工工艺，提高施工进 度，如在吸水的基材上不需要预湿即可以进行抹灰施工。 纤维素醚的粘度、掺量、环境温度和分子结构对其保水性能有较 大影响。相同条件下，纤维素醚的粘度越大，保水性越好；掺量越 高，保水性越好，通常很少掺量的纤维素醚就能够大大提高砂浆的保 水率，当掺量达到一定程度时，保水率增加的趋势变缓；环境温度升 高，纤维素醚的保水性通常降低，但一些改性纤维素醚在高温条件下 也具有较好的保水性；较低取代度的纤维素醚保水性能更好。 纤维素醚分子上的羟基和醚键上的氧原子会与水分子缔合成氢 键，使游离水变成结合水，从而起到很好的保水作用；水分子与纤维 素醚分子链间的相互扩散作用使水分子得以进入纤维素醚大分子链内 部，并受到较强的约束力，从而形成自由水，缠绕水，提高了水泥浆 的保水性；纤维素醚改善了新拌水泥浆体的流变性能、多孔网络结构 和渗透压力或纤维素醚的成膜性能阻碍了水的扩散。 引气作用引气作用 纤维素醚对新拌水泥基材料具有明显的引气作用。纤维素醚同时 具有亲水基团（羟基、醚基）和憎水基团（甲基、葡萄糖环），是一 种表面活性剂，具有表面活性，从而具有引气效应。纤维素醚的引气 作用会产生“滚珠”效应，可以改善新拌材料的工作性能，如增加砂浆 在操作过程中的的可塑性和柔滑性，有利于砂浆的摊铺；还会提高灰 浆的产量，降低砂浆生产成本；但会增加硬化材料的孔隙率，降低其 强度和弹性模量等力学性能。 作为表面活性剂，纤维素醚对水泥颗粒还具有湿润或润滑作用， 这与其引气作用共同增加水泥基材料的流动性，但其增稠作用又会降 低流动性，纤维素醚对水泥基材料流动性的影响是增塑与增稠效果的 综合。一般说来，当纤维素醚掺量很低时，主要表现为增塑或减水作 用；掺量较高时，纤维素醚的增稠效果迅速增加，而其引气作用又趋 于饱和，所以表现为增稠作用或增加需水量。 缓凝作用（缓凝作用（延缓水泥的水化进程） 纤维素醚会延长水泥净浆或砂浆的凝结时间，延迟水泥水化动力 学，这有利于提高新拌材料的可操作时间，改善砂浆稠度和混凝土坍 落度的经时损失，但也可能会延缓施工进度。 掺入纤维素醚通常不会改变水泥水化放热曲线的典型轮廓，但会 增加诱导期的时间，减少放热峰值和加速期的放热速度，对减速期和 稳定期则无明显影响。纤维素醚会延迟水泥中最重要的熟料矿物相铝 酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）的水化，进一步试验表明，纤维素 醚能够阻碍 C3A 和 C3S 的溶解，延缓水化铝酸钙和氢氧化钙的结晶， 减少 C-S-H 在 C3S 颗粒表面的成核和生长速率，但对钙矾石结晶的影 响很小。 纤维素醚的粘度主要影响保水能力和工作性，对水泥水化动力学 几乎没有任何影响，其分子参数不同时，对水泥水化的延迟效果也不 相同。HEC的缓凝能力通常比 HPMC和 MC强；HPMC和 HEMC的 甲氧基含量越少或 HEC中羟乙氧基的含量越少，纤维素醚延迟水泥水 化越明显，而分子量和 HPMC中羟丙氧基含量的影响则较低；取代度 DS 越小，纤维素醚延迟作用越明显。纤维素醚不论溶液呈酸性、中 性、碱性，纤维素醚性能都很稳定.因此当纤维素醚加入砂浆中，纤维 素醚结构上羟基和醚键上的氧原子与水分子缔合成氢键，形成空间网 状，使游离水变成结合水，起到很好