1、淺析纖維素醚在干混砂漿的作用文/許鳳桐摘要：纖維素醚mc，Hpmc，HEmc在建筑干混砂漿中起著十分重要的作用，它們不僅顯著改善著砂漿的性能，而且影響著砂漿的施工和可操作性，合理選擇不同品種，不同粘度，不同顆粒尺寸，不同粘性程度，和添加量的纖維素醚，對干混砂漿性能的提高產(chǎn)生并發(fā)揮著積極的影響。關鍵詞：干混砂漿 纖維素醚 粘度 保水率 增稠作用 濃度 凝結時間 摻加量 觸變性1.概述 纖維素醚是以天然纖維素為原料，經(jīng)化學改性制得的合成型高分子聚合物。纖維素醚是天然纖維素的衍生物，纖維素醚生產(chǎn)與合成聚合物不同，它的最基本的材料是纖維素，天然的高分子化合物。由于天然纖維素結構的特殊性，纖維素本身沒有

2、與醚化劑反應的能力。但經(jīng)過溶脹劑的處理，在分子鏈間和鏈內(nèi)強大的氫鍵遭到破壞，羥基的活性釋放變成具有反應能力的堿纖維素，在經(jīng)過醚化劑反應OH基轉成OR基得到纖維素醚。纖維素醚的性質取決于取代基的種類，數(shù)量和分布。而纖維素醚的分類也是根據(jù)取代基的種類，醚化程度，溶解性能及相關應用型能來分類的。按分子鏈上取代基類型，可分為單醚和混合醚，我們通常用的mc為單醚，HPmc則為混合醚。甲基纖維素醚mc是天然纖維素葡萄糖單元上的羥基被甲氧基取代后的產(chǎn)物結構式為C O H7O2（OH）3-h（OCH3）h x，羥丙基甲基纖維素醚HPmc是單元上的羥基一部分被甲氧基取代，另一部分被羥丙基取代得到的產(chǎn)物，結構式為

3、C6H7O2（OH）3-m-n（OCH3）mOCH2CH（OH）CH3 nx另外還有羥乙基甲基纖維素醚HEmc，這幾種是目前市場上廣為應用和銷售的主要品種。從溶解性能上又可分為離子型和非離子型。水溶性非離子型纖維素醚主要由烷基醚和羥烷基醚兩大系列品種組成。離子型Cmc主要應用在合成洗滌劑紡織印染食品和石油開采方面。而非離子型mc，HPmc， HEmc等主要應用于建筑材料、乳膠涂料、醫(yī)藥、日用化學等方面。作為增稠劑、保水劑、穩(wěn)定劑、分散劑、成膜劑使用。2.纖維素醚的保水性在建筑材料特別是干混砂漿的生產(chǎn)中，纖維素醚發(fā)揮著不可替代的作用，特別是在特種砂漿（改性砂漿）的生產(chǎn)中，更是不可缺少的重要組成部

4、分。水溶性纖維素醚在砂漿中的重要作用主要有三個方面，一是優(yōu)良的保水能力，二是對砂漿稠度和觸變性的影響，三是與水泥的相互作用。纖維素醚的保水作用，取決于基層的吸水性，砂漿的組成，砂漿的層厚，砂漿的需水量，凝結材料的凝結時間。就纖維素醚本身的保水性則來自于纖維素醚本身的溶解性和去水化作用。眾所周知，纖維素分子鏈雖然含有大量水化性很強的OH基，但其本身并不溶于水，這是因為纖維素結構有高度的結晶性。單靠羥基的水化能力還不足以支付分子間強大的氫鍵和范德華力。所以在水中只溶脹不溶解，當分子鏈中引入取代基時，不但取代基破壞了氫鏈，而且因相鄰鏈間取代基楔入而破壞鏈間氫鍵，取代基越大拉開分子間距離越大。破壞氫鍵

5、效應越大，纖維素晶格膨化后，溶液進入，纖維素醚成為水溶性，形成高粘度溶液。當溫度升高時，高分子水化作用減弱，而鏈間的水被逐出。當去水作用充分時，分子開始聚集，形成三維網(wǎng)狀結構凝膠折出。影響砂漿的保水性的因素包括纖維素醚粘度，添加量，顆粒細度和使用溫度。纖維素醚的粘度越大保水性能越好，聚合物溶液的粘度。依賴于聚合物的分子量（聚合度）也由分子結構鏈長和鏈的形態(tài)決定，取代基的種類數(shù)量分布也直接影響它的粘度范圍。=Km聚合物溶液的特性粘度m 聚合物分子量 聚合物特性常數(shù)K 粘度溶液系數(shù)聚合物溶液粘度取決于聚合物分子量的大小。纖維素醚溶液的粘度和濃度與各領域的應用有關。所以每種纖維素醚有許多不同的粘度規(guī)

6、格，粘度的調節(jié)也主要通過堿纖維素的降解即纖維素分子鏈的斷裂來實現(xiàn)。添加量圖2 保水率與添加量的關系保水率%粘度（mpa·s）圖1 保水率與粘度的關系保水率%從圖1.2可以看出，纖維素醚在砂漿中的添加量越大，保水性能越好，粘度越高，保水性能越優(yōu)。細粉末極細粉末圖3 顆粒細度對纖維素醚保水性影響吸收時間（min）保水率% 對于顆粒尺寸，顆粒越細保水性越好見圖3。大顆粒的纖維素醚與水接觸后，表面立即溶解而形成凝膠將物料包裹起來阻止水分子繼續(xù)滲入，有時長時間攪拌也得不到均勻分散溶解，形成一種渾濁絮狀溶液或結塊。大大影響其纖維素醚的保水作用，溶解性則是選擇纖維素醚的要素之一。3.纖維素醚的增稠

7、與觸變性纖維素醚第二個作用增稠作用取決于：纖維素醚的聚合度，溶液濃度，剪切速率，溫度等條件。溶液的凝膠化特性是烷基纖維素和它的改性衍生物所獨有的性質。凝膠化特性與取代度，溶液濃度和添加劑有關。對于羥烷基改性衍生物，凝膠特性還與羥烷基的改性程度有關。對于溶液濃度低粘度的mc及HPmc可配制10%-15%濃度溶液，中等粘度mc及HPmc可配制5%-10%溶液而高粘度mc及HPmc只能配制2%-3%溶液，而通常纖維素醚的粘度分級也是以1%-2%溶液來分級的。高分子量纖維素醚增稠效率高，同一濃度溶液，不同分子量聚合物有不同的粘度，粘度和分子量之間可用下列表示，=2.92×10-2（DPn）0

8、.905，DPn是平均聚合度性高。低分子量纖維素醚加入量多才能達到目標粘度。其粘度對剪切速率依賴性小，高粘度達到目標粘度，所需加入量少，粘度的大小決定于增稠效率。所以要達到一定的稠度必須保證纖維素醚一定的加入量（溶液的濃度）和溶液粘度。溶液的凝膠溫度也隨著溶液的濃度增加而降低呈線性，到達一定濃度后室溫凝膠化。HPmc在室溫凝膠化濃度是較高的。稠度還可以經(jīng)過選擇顆粒尺寸和選擇不同改性程度的纖維素醚調節(jié)。所謂改性，就是在mc的骨架結構上引入一定取代程度的羥烷基。通過改變兩種取代基的相對取代值，也就是我們常說的甲氧基和羥烷基的DS和ms相對取代值。通過改變兩種取代基的相對取代值獲得纖維素醚的多種性能

9、的要求。從圖4可以看出稠度與改性關系。圖5中纖維素醚的加入影響砂漿的用水量改變了水與水泥的水膠比就是增稠效果，使摻量越高，用水量加大。用于粉狀建筑材料的纖維素醚，必須在冷水中迅速溶解，并并能提供給體系適宜的稠度。如果給與一定剪切速率仍成絮狀和膠體塊狀這就是不合格或質量不好的產(chǎn)品。圖4 稠度與改性關系吸水量%纖維素醚摻加量%圖5 纖維素醚摻加量對砂漿水膠比影響水膠比水泥漿體稠度與纖維素醚的摻量也有著良好的線性關系，纖維素醚可以大大增加砂漿的粘稠度，摻量越大，效果越明顯，見圖6圖6 纖維素醚摻量與稠度關系纖維素醚摻加量%稠度min高粘度的纖維素醚水溶液具有高的觸變性，這也是纖維素醚的一大特性。Mc

10、類聚合物的水溶液在其凝膠溫度的以下通常具有假塑性，非觸變流動性，但在低剪切速率時呈牛頓型流動性質。假塑性隨纖維素醚分子量或濃度的增加而增大，與取代基類型和取代度無關。所以，相同粘度等級的纖維素醚，不管是mc，HPmc，HEmc，只要是濃度和溫度保持恒定，總表現(xiàn)出相同的流變性質。當溫度提高時形成結構凝膠，出現(xiàn)高觸變流動。高濃度低粘度的纖維素醚即使在凝膠溫度以下，也表現(xiàn)出觸變性。這一性質對建筑砂漿的施工調整其流平和流掛性是大有益處的。這里需要說明一點，纖維素醚的粘度越高，保水性越好，但粘度越高，纖維素醚相對分子量越高，其溶解性能相應降低，這對砂漿濃度和施工性能造成負面影響。粘度越高，對砂漿的增稠效

11、果越明顯，但并不是完全的正比關系。一些中低粘度，但經(jīng)過改性的纖維素醚在改善濕砂漿的結構強度有更加優(yōu)異的表現(xiàn)，隨粘度的增加，纖維素醚保水性提高。4.纖維素醚的緩凝性纖維素醚第三個作用是延緩水泥的水化進程纖維素醚賦予砂漿各種有益的性能，還會降低水泥早期水化放熱量，延緩水泥的水化動力過程。這對寒冷地區(qū)砂漿使用是不利的。這種緩凝作用是纖維素醚分子吸附在C-S-H及ca（OH）2等水化產(chǎn)物上所造成，由于孔隙溶液粘度的增加，纖維素醚降低了離子在溶液中的活動性，從而延緩了水化過程。纖維素醚在礦物凝膠材料中濃度越高，水化延遲的作用越明顯。纖維素醚不僅延緩凝結，而且也會推遲水泥砂漿系統(tǒng)的硬化過程。纖維素醚緩凝作

12、用不僅取決于它在礦物凝膠系統(tǒng)中的濃度，而且取決于化學結構，對HEmc甲基化程度越高，纖維素醚緩凝作用越好，親水取代比增水取代的緩凝作用更強。但纖維素醚的粘度對水泥水化動力學影響甚微。圖7 纖維素醚摻量對凝結時間的影響纖維素醚摻加量%凝結時間min由圖7可以看出，隨著纖維素醚摻量的增加，砂漿的凝結時間顯著增長。砂漿的初凝時間與纖維素醚摻量間具有良好的非線形相關性，終凝時間與纖維素醚摻量具有良好的線性相關性。我們可以通過改變纖維素醚的摻量，控制砂漿的可操作時間。我們在瓷磚粘結砂漿的試驗中，也驗證了纖維素醚這一性能，纖維素醚的增加，可以大大提高其晾置與修整時間。見圖8晾置時間min纖維素醚摻加量%圖

13、8 纖維素醚摻量對瓷磚晾置時間的影響表1 不同摻量纖維素醚對瓷磚粘結劑工作性能影響Me用量%0.10.20.30.40.5壓剪粘結強度mpa0.720.951.241.361.30抗下垂性下垂稍下垂不下垂不下垂不下垂稠度mm1301.5PO8575晾置時間min510203035施工性差較好好好差從表1可以看出隨著纖維素醚添加量不同對砂漿綜合性能的影響5.結束語 綜上所述，在干粉砂漿中，纖維素醚起著保水、增稠、延緩水泥水化動力，改善施工性能等作用。良好的保水能力使水泥水化更加完全，可以改善濕砂漿的濕粘性，提高砂漿的粘結強度，瓷磚粘結砂漿中，可提高開放時間，調整時間。機械噴涂砂漿加入纖維素醚可以改善砂漿的結構強度。自流平中可以防止沉降，離析分層等