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纖維素醚，特別是羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)是商品砂漿中的重要組分。對于纖維素醚，其粘度是砂漿生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的重要指標(biāo)，高粘度幾乎成了砂漿行業(yè)的基本需求。對于國產(chǎn)纖維素醚生產(chǎn)企業(yè)，由于其技術(shù)、工藝和設(shè)備的影響，纖維素醚產(chǎn)品的高粘度很難長期保證。
引 言
從 2003 年國產(chǎn)纖維素醚進(jìn)入砂漿行業(yè)起，纖維素醚特別是羥丙基甲基纖維素醚(HPMC) 的粘度就成為繞不開的問題，一方面從國產(chǎn)纖維素醚進(jìn)入砂漿行業(yè)之初，在應(yīng)用性能理解、產(chǎn)品穩(wěn)定性、產(chǎn)品附加功能上無法與進(jìn)口產(chǎn)品競爭，除了價(jià)格，唯一可宣傳的亮點(diǎn)就是高粘度;另一方面，國產(chǎn)纖維素主要用精制棉作為原材料，在原材料聚合度上有先天優(yōu)勢，相對于國外的以木漿為原材料的產(chǎn)品也容易達(dá)到相對較高的粘度。雖然從砂漿應(yīng)用技術(shù)角度來講，高粘度對應(yīng)用上沒多少正面的幫助，但這個(gè)被國產(chǎn)纖維素醚生產(chǎn)企業(yè)倡導(dǎo)的概念已經(jīng)在了干粉砂漿應(yīng)用技術(shù)上留下了深深的印記，很難改變。纖維素醚的粘度成為砂漿企業(yè)關(guān)注的第一指標(biāo)，需要高粘度也成為國內(nèi)砂漿企業(yè)的基本要求。然而由于生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程、生產(chǎn)技術(shù)上的先天不足，國產(chǎn)纖維素醚企業(yè)很難確保長期穩(wěn)定地生產(chǎn)出高粘度的產(chǎn)品，而絕大多數(shù)的砂漿生產(chǎn)企業(yè)只想要高粘度產(chǎn)品，在此形勢下，纖維素醚生產(chǎn)企業(yè)千方百計(jì)提高產(chǎn)品的粘度，于是“增粘劑”或稱“提粘劑”應(yīng)市而生。“增粘劑”或稱“提粘劑”其實(shí)是一種交聯(lián)劑，原理上是將纖維素醚的直鏈分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)狀，提高了纖維素醚水溶液中的空間位阻，從而使得纖維素醚水溶液測試時(shí)顯示出高粘度，而其實(shí)際上是一種假粘度。
纖維素醚是作為保水劑、增稠劑和粘結(jié)劑用于砂漿產(chǎn)品中，對于砂漿體系的操作性能、濕粘性、可操作時(shí)間和砂漿的可施工方式都有著重要的影響。這些功能主要是通過纖維素醚分子與水分子形成氫鍵及纖維素醚分子的纏繞作用來完成的，而提粘劑的加入，實(shí)際上是占用了纖維素醚分子鏈上的部分氫鍵并減弱了纖維素醚分子纏繞作用，對于纖維素醚的保水作用和潤濕能力是削弱的。砂漿廠家大多時(shí)是感覺不到這點(diǎn)，一方面國內(nèi)的砂漿產(chǎn)品還比較粗糙，還沒到仔細(xì)關(guān)注操作性能的階段，另一方面是我們所選用的粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于技術(shù)上所需的粘度，這部分也補(bǔ)償了保水能力上的損失，但在潤濕性能上是有明顯的損傷。
生產(chǎn)工藝中含有提粘劑的纖維素醚對于砂漿的最終性能是有影響的，本文通過試驗(yàn)驗(yàn)證了正常工藝條件下的纖維素產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝中添加增粘劑的纖維素醚產(chǎn)品應(yīng)用于瓷磚膠中，經(jīng)過不同條件養(yǎng)護(hù)后拉伸膠粘強(qiáng)度上的差異。
試 驗(yàn)
1.1 原材料及儀器設(shè)備
1.1.1 原材料
(1)水泥：山東山水水泥集團(tuán)生產(chǎn)的山水牌 42.5 級普通硅酸鹽水泥，其基本性能如表 1 所示。
(2)砂：山東本地河砂，2 種河砂(30～50 目中砂與 50～140目細(xì)砂)的粒徑分布見圖 1。
(3)纖維素醚：選用同一廠家生產(chǎn)的，取代度在同一范圍、粘度為 130 Pa·s 左右的羥丙基甲基纖維素醚，生產(chǎn)過程中未添加增粘劑的樣品與添加增粘劑的樣品各 16 個(gè)樣品。樣品的主要技術(shù)指標(biāo)如表 2 所示。
注：①粘度測試采用 Brookfield DV-II 型，測試指針為 7 號轉(zhuǎn)速6 r/min;測試環(huán)境溫度為 20℃。
1.1.2 主要儀器設(shè)備
拉伸膠粘強(qiáng)度采用天京天譽(yù)科技有限公司 LBY-Ⅵ型拉拔試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試，拉拔加荷速度為恒定的 250 N/s;凝結(jié)時(shí)間采用德國 FORM-TEST 自動維卡儀進(jìn)行測試。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 試驗(yàn)方案
參考選用目前市場上典型的、最基本的瓷磚膠配方，為減少影響因素，不添加乳膠粉，保持其它組分及比例不變，僅變化纖維素醚種類，以對比纖維素醚對水泥基瓷磚膠拉伸膠粘強(qiáng)度的影響。配方各組分的具體配比見表 3。
1.2.2 性能測試方法
參照 JC/T 547—2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》規(guī)定的相關(guān)方法進(jìn)行試件的成型、養(yǎng)護(hù)和測試，以滿足較好的工作性能為基礎(chǔ)來確定拌和水量，加水拌和。本試驗(yàn)中，綜合各方面條件，設(shè)置 23%的水量進(jìn)行攪拌，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室條件([ 23±2)℃，相對濕度(50±5)%]下成型。
測試瓷磚膠試件在不同養(yǎng)護(hù)條件下拉伸強(qiáng)度，包括拉伸膠粘原強(qiáng)度(28 d 標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù))，浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度(7 d標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)+21 d 水養(yǎng))，20 min 開放時(shí)間拉伸膠粘強(qiáng)度和2 d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的拉伸膠粘強(qiáng)度。
試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 對早強(qiáng)性能的影響
混凝土板基面上的拉伸膠粘強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)條件為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件養(yǎng)護(hù) 48 h，這是對應(yīng)粘結(jié)材料強(qiáng)度發(fā)展速度。實(shí)際使用中，使用方對于早期強(qiáng)度比較關(guān)注。
將 2 大類纖維素醚，各 16 個(gè)樣品用按表 3 所列瓷磚膠配比成型試件，測試?yán)炷z粘強(qiáng)度。將同類纖維素醚的拉伸膠粘測試數(shù)據(jù)放在一起，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來對比在混凝土基面上，生產(chǎn)工藝中有添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對瓷磚膠早期拉伸膠粘強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 2。
從圖 2 可見，生產(chǎn)工藝中添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對于瓷磚膠早期拉伸膠粘強(qiáng)度的影響相差不大，均值上僅相差 5%左右，生產(chǎn)工藝中未添加增粘劑的纖維素醚表現(xiàn)略好，可以認(rèn)為添加增粘劑的纖維素醚對瓷磚膠的早期拉伸膠粘強(qiáng)度影響較小。
2.2 對拉伸膠粘原強(qiáng)度的影響
將 2 大類纖維素醚，各 16 個(gè)樣品按表 3 瓷磚膠配比成型試件，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下養(yǎng)護(hù) 28 d，測試其在混凝土基面上的拉伸膠粘強(qiáng)度，將同類纖維素醚的拉伸膠粘強(qiáng)度的測試數(shù)據(jù)放在一起，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來對比生產(chǎn)工藝中有添加增粘劑與無添加增粘劑的纖維素醚對瓷磚膠 28 d 拉伸膠粘強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 3。
從圖 3 可見，生產(chǎn)工藝中添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對于瓷磚膠拉伸膠粘原強(qiáng)度的影響相差較大，采用生產(chǎn)工藝中添加增粘劑的纖維素醚瓷磚膠在 28 d 養(yǎng)護(hù)后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度比采用生產(chǎn)工藝中未添加增粘劑的纖維素醚的瓷磚膠高出 15%左右，工藝中添加增粘劑的纖維素醚，用于瓷磚膠中，拉伸膠粘強(qiáng)度高于生產(chǎn)工藝中未添加增粘劑生產(chǎn)的纖維素醚產(chǎn)品。初步分析，可能的影響因素為：生產(chǎn)工藝中添加了增粘劑纖維素醚在砂漿中更容易在砂漿表面成膜，形成的膜的韌性也會好于正常工藝條件下產(chǎn)品，相對來講有更多的水分留在砂漿在表層，水泥的水化率相對較高，拉伸膠粘強(qiáng)度會相對較高。
2.3 對浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度的影響
將 2 大類纖維素醚，各 16 個(gè)樣品按表 3 所列瓷磚膠配比成型試件，養(yǎng)護(hù)條件為 7 d 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)，然后在(20±2) ℃的水中養(yǎng)護(hù) 21 d，測試其在混凝土板基面上的拉伸強(qiáng)度。將同類纖維素醚的拉伸膠粘強(qiáng)度的測試數(shù)據(jù)放在一起，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來對比生產(chǎn)工藝中有添加增粘劑與無添加增粘劑的纖維素醚對瓷磚膠浸水后拉伸膠粘強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 4。
從圖 4 可見，應(yīng)用生產(chǎn)工藝中添加增粘劑的纖維素醚的瓷磚膠，浸水后的拉伸膠粘強(qiáng)度的影響比較大，從均值上相差15%左右;應(yīng)用生產(chǎn)工藝中未添加增粘劑纖維素醚的瓷磚膠產(chǎn)品，其耐水強(qiáng)度明顯好于生產(chǎn)工藝中添加增粘劑纖維素醚?？梢哉J(rèn)為正常生產(chǎn)工藝下的纖維素醚產(chǎn)品更有利于保證瓷磚膠的耐水拉伸膠粘強(qiáng)度。
2.4 對晾置 20 min 拉伸膠粘強(qiáng)度的影響
按表 3 瓷磚膠配比及 JC/T 547—2005 規(guī)定的方法成型測試晾置時(shí)間的試件，晾置時(shí)間為 20 min，試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù) 28d，測試其在混凝基面上的拉伸膠粘強(qiáng)度。將同類纖維素醚的拉伸膠粘強(qiáng)度的測試數(shù)據(jù)放在一起，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來對比生產(chǎn)工藝中添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對瓷磚膠 20 min 晾置時(shí)間條件下的膠粘強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 5。
從圖 5 可見，生產(chǎn)工藝中添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對于瓷磚膠開放時(shí)間有較大的影響，從均值上相差了 50%左右，應(yīng)用生產(chǎn)工藝中添加增粘劑纖維素醚的瓷磚膠，開放時(shí)間明顯變差。從原理上分析，可能的影響因素為：生產(chǎn)工藝中添加了增粘劑纖維素醚，由于增粘劑的交聯(lián)作用，由長鏈狀分子變成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，使得其在砂漿中更容易在砂漿表面成膜，形成的膜的韌性也會好于正常工藝條件下產(chǎn)品，砂漿更快封皮，開放時(shí)間變差。
2.5 對凝結(jié)時(shí)間的影響
將 2 大類纖維素醚，各 16 個(gè)樣品按表 3 瓷磚膠配比，固定加水量，用自動維卡儀測試瓷磚膠樣品的凝結(jié)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見圖 6。
從圖 6 可見，生產(chǎn)工藝中添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對于瓷磚膠的初凝和終凝時(shí)間都有延長。生產(chǎn)工藝中添加增粘劑的纖維素醚的緩凝作用強(qiáng)于正常工藝條件下未添加增粘劑的產(chǎn)品。
結(jié) 語
增粘劑是部分纖維素醚廠家刻意在生產(chǎn)工藝中添加的材料，以彌補(bǔ)其生產(chǎn)技術(shù)、工藝和設(shè)備上的不足，砂漿行業(yè)對纖維素醚粘度過于關(guān)注給予的負(fù)面推動。增粘劑的存在，使得纖維素醚的長鏈狀分子之間產(chǎn)生部分交聯(lián)，變成網(wǎng)狀，影響了纖維素醚成膜的速度與膜的狀態(tài)，從而對纖維素醚在砂漿中的作用產(chǎn)生影響，最直觀的影響是：各養(yǎng)護(hù)條件下的拉伸膠粘強(qiáng)度發(fā)生了變化;砂漿的凝結(jié)時(shí)間延長。
(1)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，生產(chǎn)工藝中添加增粘劑與未添加增粘劑的纖維素醚對瓷磚膠的拉伸膠粘強(qiáng)度有一定的影響，生產(chǎn)工藝中添加增粘劑的產(chǎn)品有相對較高的拉伸膠粘強(qiáng)度。
(2)耐水強(qiáng)度方面，采用生產(chǎn)工藝中添加增粘劑的纖維素醚，瓷磚膠的拉伸膠粘強(qiáng)度明顯比正常生產(chǎn)工藝下未添加增粘劑的產(chǎn)品差，含增粘劑的纖維素醚影響瓷磚膠的耐水強(qiáng)度。
(3)晾置時(shí)間方面，生產(chǎn)工藝中有添加增粘劑的纖維素醚，用于瓷磚膠中，其拉伸膠粘強(qiáng)度明顯差于正常生產(chǎn)工藝下未添加增粘劑的產(chǎn)品，開放時(shí)間縮短。
(4)凝結(jié)時(shí)間方面，選用正常生產(chǎn)工藝下未添加增粘劑的纖維素醚瓷磚膠有更快的固化速度。
綜上，增粘劑的存在，其交聯(lián)作用使得纖維素醚水溶液有更高空間位阻，這個(gè)在測試中表現(xiàn)為較高的粘度，但是增粘劑的存在影響了纖維素醚的很多重要的應(yīng)用性能，如耐水強(qiáng)度、開放時(shí)間、潤濕性能等。實(shí)際上，粘度只是纖維素醚性能指標(biāo)中的一個(gè)，粘度對于纖維素醚的綜合性能來講不是最重要的指標(biāo)，基團(tuán)的種類、含量反而是砂漿廠家更應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)。也是因?yàn)樯皾{廠家過于關(guān)注粘度，促使部分纖維素醚生產(chǎn)企業(yè)通過外加材料來增粘，以迎合砂漿廠家的要求，而這類產(chǎn)品僅有一個(gè)較高的表觀粘度，其綜合性能是值得使用者關(guān)注的，而且，通過增粘形成的表觀高粘也無法實(shí)現(xiàn)砂漿廠家期望的、但實(shí)際上不存在的“高粘度低摻量”理論。追求高質(zhì)量、穩(wěn)定質(zhì)量的砂漿生產(chǎn)企業(yè)在選擇砂漿中最重要的原材料———纖維素醚，需要了解一些背后的信息，這將有利于廠家開發(fā)高性能產(chǎn)品、保證產(chǎn)品穩(wěn)定的質(zhì)量。
“增粘劑”對纖維素醚在砂漿中應(yīng)用性能的影響初探 最新評論:
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