Ontwikkeling van nuwe HEMC sellulose-eters om agglomerasie in gipsgebaseerde masjiengespuite pleisters te verminder

Ontwikkeling van nuwe HEMC sellulose-eters om agglomerasie in gipsgebaseerde masjiengespuite pleisters te verminder

Gips-gebaseerde masjiengespuite gips (GSP) is wyd gebruik in Wes-Europa sedert die 1970's. Die opkoms van meganiese bespuiting het die doeltreffendheid van pleisterkonstruksie effektief verbeter terwyl konstruksiekoste verminder is. Met die verdieping van GSP-kommersialisering het wateroplosbare sellulose-eter 'n sleuteltoevoeging geword. Sellulose-eter verleen aan GSP goeie waterretensieprestasie, wat die substraat se absorpsie van vog in die gips beperk en sodoende 'n stabiele settyd en goeie meganiese eienskappe verkry. Daarbenewens kan die spesifieke reologiese kurwe van sellulose-eter die effek van masjienbespuiting verbeter en die daaropvolgende mortel-nivellerings- en afwerkingsprosesse aansienlik vereenvoudig.

Ten spyte van die ooglopende voordele van sellulose-eters in GSP-toepassings, kan dit ook moontlik bydra tot die vorming van droë klonte wanneer dit gespuit word. Hierdie onbenatte klompe staan ​​ook bekend as klonter of koek, en hulle kan die nivellering en afwerking van die mortel nadelig beïnvloed. Agglomerasie kan terreindoeltreffendheid verminder en die koste van hoëprestasie-gipsproduktoepassings verhoog. Om die effek van sellulose-eters op die vorming van klonte in GSP beter te verstaan, het ons 'n studie gedoen om die relevante produkparameters wat hul vorming beïnvloed te probeer identifiseer. Gebaseer op die resultate van hierdie studie, het ons 'n reeks sellulose-eterprodukte met 'n verminderde neiging om te agglomereer ontwikkel en dit in praktiese toepassings geëvalueer.

Sleutelwoorde: sellulose-eter; gipsmasjien spuitpleister; ontbindingtempo; deeltjie morfologie

1. Inleiding

Wateroplosbare sellulose-eters is suksesvol in gipsgebaseerde masjiengespuite pleisters (GSP) gebruik om wateraanvraag te reguleer, waterretensie te verbeter en die reologiese eienskappe van mortels te verbeter. Daarom help dit om die werkverrigting van die nat mortel te verbeter en sodoende die vereiste sterkte van die mortel te verseker. As gevolg van sy kommersieel lewensvatbare en omgewingsvriendelike eienskappe, het droë mengsel GSP oor die afgelope 20 jaar 'n wyd gebruikte binneboumateriaal in Europa geword.

Masjinerie vir die vermenging en bespuiting van droëmengsel-GSP is al dekades lank suksesvol gekommersialiseer. Alhoewel sommige tegniese kenmerke van toerusting van verskillende vervaardigers verskil, laat alle kommersieel beskikbare spuitmasjiene 'n baie beperkte roertyd toe vir water om met sellulose-eterbevattende gipsdroogmengselmortel te meng. Oor die algemeen neem die hele mengproses slegs 'n paar sekondes. Na vermenging word die nat mortel deur die leweringslang gepomp en op die substraatwand gespuit. Die hele proses word binne 'n minuut voltooi. In so 'n kort tydperk moet sellulose-eters egter heeltemal opgelos word om hul eienskappe ten volle in die toediening te ontwikkel. Die byvoeging van fyngemaalde sellulose-eterprodukte by gipsmortelformulerings verseker volledige ontbinding tydens hierdie spuitproses.

Die fyngemaalde sellulose-eter bou vinnig konsekwentheid op by kontak met water tydens roering in die spuit. Die vinnige viskositeitstyging wat veroorsaak word deur die oplos van die sellulose-eter veroorsaak probleme met die gelyktydige waterbenatting van die gips sementagtige materiaaldeeltjies. Soos die water begin verdik, word dit minder vloeibaar en kan dit nie in die klein porieë tussen die gipsdeeltjies binnedring nie. Nadat die toegang tot die porieë geblokkeer is, word die benattingsproses van die sementagtige materiaaldeeltjies deur water vertraag. Die mengtyd in die spuit was korter as die tyd wat nodig was om die gipsdeeltjies volledig nat te maak, wat gelei het tot die vorming van droë poeierklonte in die vars nat mortel. Sodra hierdie klonte gevorm is, belemmer dit die doeltreffendheid van werkers in daaropvolgende prosesse: die gelykmaak van mortel met klonte is baie lastig en neem meer tyd. Selfs nadat die mortel gestol het, kan aanvanklik gevormde klonte verskyn. Byvoorbeeld, die dekking van die klompe binne tydens konstruksie sal lei tot die voorkoms van donker areas in die later stadium, wat ons nie wil sien nie.

Alhoewel sellulose-eters al vir baie jare as bymiddels in GSP gebruik word, is die effek daarvan op die vorming van onbenatte klonte tot dusver nie veel bestudeer nie. Hierdie artikel bied 'n sistematiese benadering aan wat gebruik kan word om die grondoorsaak van agglomerasie vanuit 'n sellulose-eter-perspektief te verstaan.

2. Redes vir die vorming van onbenatte klonte in GSP

2.1 Benatting van gipsgebaseerde pleisters

In die vroeë stadiums van die vestiging van die navorsingsprogram is 'n aantal moontlike grondoorsake vir die vorming van klonte in die CSP saamgestel. Vervolgens word die probleem deur rekenaargesteunde analise gefokus op die vraag of daar 'n praktiese tegniese oplossing is. Deur hierdie werke is die optimale oplossing vir die vorming van agglomerate in GSP voorlopig uitgesif. Uit beide tegniese en kommersiële oorwegings word die tegniese roete om die benatting van gipsdeeltjies deur oppervlakbehandeling te verander, uitgesluit. Vanuit ’n kommersiële oogpunt word die idee om die bestaande toerusting te vervang met ’n spuittoerusting met ’n spesiaal ontwerpte mengkamer wat genoegsame vermenging van water en mortel kan verseker, uitgesluit.

Nog 'n opsie is om benattingsmiddels as bymiddels in gipspleisterformulerings te gebruik en ons het reeds 'n patent hiervoor gevind. Die byvoeging van hierdie bymiddel beïnvloed egter onvermydelik die werkbaarheid van die gips negatief. Nog belangriker, dit verander die fisiese eienskappe van die mortel, veral hardheid en sterkte. Ons het dus nie te diep daarin gedelf nie. Daarbenewens word die byvoeging van benattingsmiddels ook beskou as moontlik 'n nadelige impak op die omgewing.

As in ag geneem word dat sellulose-eter reeds deel is van die gipsgebaseerde gipsformulering, word die optimalisering van sellulose-eter self die beste oplossing wat gekies kan word. Terselfdertyd moet dit nie die waterretensie-eienskappe beïnvloed of die reologiese eienskappe van die pleister wat gebruik word, nadelig beïnvloed nie. Gebaseer op die voorheen voorgestelde hipotese dat die generering van nie-benatte poeiers in GSP te wyte is aan die buitensporige vinnige toename in die viskositeit van sellulose-eters na kontak met water tydens roer, het die beheer van die oploskenmerke van sellulose-eters die hoofdoel van ons studie geword. .

2.2 Oplostyd van sellulose-eter

’n Maklike manier om die oplostempo van sellulose-eters te vertraag, is om korrel-graad produkte te gebruik. Die grootste nadeel van die gebruik van hierdie benadering in GSP is dat deeltjies wat te grof is nie heeltemal binne die kort 10-sekonde roervenster in die spuit oplos nie, wat lei tot 'n verlies aan waterretensie. Daarbenewens sal die swelling van onopgeloste sellulose-eter in die latere stadium lei tot verdikking na pleisterwerk en die konstruksieprestasie beïnvloed, wat ons nie wil sien nie.

Nog 'n opsie om die oplostempo van sellulose-eters te verminder, is om die oppervlak van sellulose-eters omkeerbaar met glioksaal te kruisbind. Aangesien die kruisbindingsreaksie egter pH-beheer is, is die oplostempo van sellulose-eters hoogs afhanklik van die pH van die omliggende waterige oplossing. Die pH-waarde van die GSP-stelsel gemeng met gebluste kalk is baie hoog, en die kruisbindings van glioksaal op die oppervlak word vinnig oopgemaak nadat dit met water in aanraking gekom het, en die viskositeit begin dadelik styg. Daarom kan sulke chemiese behandelings nie 'n rol speel in die beheer van die oplostempo in GSP nie.

Die oplostyd van sellulose-eters hang ook af van hul partikelmorfologie. Hierdie feit het egter tot dusver nie veel aandag gekry nie, hoewel die effek baie betekenisvol is. Hulle het 'n konstante lineêre oplostempo [kg/(m2•s)], dus is hul oplossing en viskositeitsopbou eweredig aan die beskikbare oppervlak. Hierdie tempo kan aansienlik verskil met veranderinge in die morfologie van die sellulose deeltjies. In ons berekeninge word aanvaar dat volle viskositeit (100%) bereik word na 5 sekondes se roervermenging.

Berekeninge van verskillende deeltjiemorfologieë het getoon dat sferiese deeltjies 'n viskositeit van 35% van die finale viskositeit gehad het teen die helfte van die mengtyd. In dieselfde tydperk kan staafvormige sellulose-eterdeeltjies slegs 10% bereik. Die skyfvormige deeltjies het net daarna begin oplos2,5 sekondes.

Ook ingesluit is ideale oplosbaarheidskenmerke vir sellulose-eters in GSP. Vertraag aanvanklike viskositeitsopbou vir meer as 4,5 sekondes. Daarna het die viskositeit vinnig toegeneem om die finale viskositeit binne 5 sekondes van roermengtyd te bereik. In GSP laat so 'n lang vertraagde oplostyd toe dat die stelsel 'n lae viskositeit het, en die bygevoegde water kan die gipsdeeltjies volledig benat en die porieë tussen die deeltjies binnedring sonder om te versteur.

3. Partikelmorfologie van sellulose-eter

3.1 Meting van partikelmorfologie

Aangesien die vorm van sellulose-eterdeeltjies so 'n beduidende impak op oplosbaarheid het, is dit eers nodig om die parameters te bepaal wat die vorm van sellulose-eterdeeltjies beskryf, en dan die verskille tussen nie-benatting te identifiseer. Die vorming van agglomerate is 'n besonder relevante parameter .

Ons het die partikelmorfologie van sellulose-eter verkry deur 'n dinamiese beeldanalise-tegniek. Die partikelmorfologie van sellulose-eters kan volledig gekarakteriseer word deur gebruik te maak van 'n SYMPATEC digitale beeldontleder (vervaardig in Duitsland) en spesifieke sagteware-analise-instrumente. Daar is gevind dat die belangrikste deeltjievormparameters die gemiddelde lengte van vesels is uitgedruk as LEFI(50,3) en die gemiddelde deursnee uitgedruk as DIFI(50,3). Vesel gemiddelde lengte data word beskou as die volle lengte van 'n sekere uitgespreide sellulose-eterdeeltjie.

Gewoonlik kan deeltjiegrootteverspreidingsdata soos die gemiddelde veseldeursnee DIFI bereken word gebaseer op die aantal deeltjies (aangedui met 0), lengte (aangedui met 1), area (aangedui met 2) of volume (aangedui met 3). Alle deeltjiedatametings in hierdie vraestel is gebaseer op volume en word dus met 'n 3 agtervoegsel aangedui. Byvoorbeeld, in DIFI(50,3), beteken 3 die volumeverspreiding, en 50 beteken dat 50% van die deeltjiegrootteverspreidingskromme kleiner is as die aangeduide waarde, en die ander 50% is groter as die aangeduide waarde. Sellulose-eterdeeltjievormdata word in mikrometer (µm) gegee.

3.2 Sellulose-eter na partikelmorfologie-optimering

Met inagneming van die effek van die deeltjie-oppervlak, hang die deeltjie-oplostyd van sellulose-eterdeeltjies met 'n staafagtige deeltjievorm sterk af van die gemiddelde veseldeursnee DIFI (50,3). Gebaseer op hierdie aanname, was ontwikkelingswerk op sellulose-eters daarop gemik om produkte met 'n groter gemiddelde vesel deursnee DIFI (50,3) te verkry om die oplosbaarheid van die poeier te verbeter.

Daar word egter nie verwag dat 'n toename in die gemiddelde vesellengte DIFI(50,3) met 'n toename in die gemiddelde deeltjiegrootte gepaard gaan nie. Die verhoging van beide parameters saam sal lei tot deeltjies wat te groot is om heeltemal op te los binne die tipiese 10-sekonde roertyd van meganiese bespuiting.

Daarom moet 'n ideale hidroksielmetielsellulose (HEMC) 'n groter gemiddelde veseldeursnee DIFI(50,3) hê terwyl die gemiddelde vesellengte LEFI(50,3) behou word. Ons gebruik 'n nuwe sellulose-eter-produksieproses om 'n verbeterde HEMC te produseer. Die deeltjievorm van die wateroplosbare sellulose-eter wat deur hierdie produksieproses verkry word, verskil heeltemal van die deeltjievorm van die sellulose wat as die grondstof vir produksie gebruik word. Met ander woorde, die produksieproses laat die deeltjievormontwerp van sellulose-eter toe om onafhanklik te wees van sy produksiegrondstowwe.

Drie skandeerelektronmikroskoopbeelde: een van sellulose-eter wat deur die standaardproses vervaardig word, en een van sellulose-eter wat deur die nuwe proses geproduseer word met 'n groter deursnee van DIFI(50,3) as konvensionele prosesgereedskapprodukte. Ook getoon word die morfologie van die fyngemaalde sellulose wat in die vervaardiging van hierdie twee produkte gebruik word.

Deur die elektronmikrofoto's van sellulose en sellulose-eter te vergelyk wat deur die standaardproses geproduseer word, is dit maklik om te vind dat die twee soortgelyke morfologiese eienskappe het. Die groot aantal deeltjies in beide beelde vertoon tipies lang, dun strukture, wat daarop dui dat die basiese morfologiese kenmerke nie verander het nie, selfs nadat die chemiese reaksie plaasgevind het. Dit is duidelik dat die partikelmorfologie-eienskappe van die reaksieprodukte hoogs gekorreleer is met die grondstowwe.

Daar is gevind dat die morfologiese eienskappe van die sellulose-eter wat deur die nuwe proses geproduseer word aansienlik verskil, dit het 'n groter gemiddelde deursnee DIFI (50,3), en vertoon hoofsaaklik ronde kort en dik deeltjies vorms, terwyl die tipiese dun en lang deeltjies in sellulose grondstowwe Byna uitgesterf.

Hierdie figuur wys weer dat die partikelmorfologie van die sellulose-eters wat deur die nuwe proses geproduseer word nie meer verband hou met die morfologie van die sellulose-grondstof nie – die verband tussen die morfologie van die grondstof en die finale produk bestaan ​​nie meer nie.

4. Effek van HEMC-deeltjiemorfologie op die vorming van onbenatte klonte in GSP

GSP is onder veldtoepassingstoestande getoets om te verifieer dat ons hipotese oor die werkmeganisme (dat die gebruik van 'n sellulose-eterproduk met 'n groter gemiddelde deursnee DIFI (50,3) ongewenste agglomerasie sou verminder) korrek was. HEMC's met gemiddelde diameters DIFI(50,3) wat wissel van 37 µm tot 52 µm is in hierdie eksperimente gebruik. Om die invloed van ander faktore as partikelmorfologie te minimaliseer, is die gipspleisterbasis en alle ander bymiddels onveranderd gehou. Die viskositeit van die sellulose-eter is konstant gehou tydens die toets (60 000 mPa.s, 2% waterige oplossing, gemeet met 'n HAAKE reometer).

'n Kommersieel beskikbare gipsspuit (PFT G4) is gebruik vir bespuiting in die toedieningsproewe. Fokus op die evaluering van die vorming van onbenatte klompe gipsmortel onmiddellik nadat dit op die muur toegedien is. Assessering van klontering op hierdie stadium deur die pleistertoepassingsproses sal verskille in produkprestasie die beste openbaar. In die toets het ervare werkers die klontsituasie beoordeel, met 1 die beste en 6 die slegste.

Die toetsresultate toon duidelik die korrelasie tussen die gemiddelde veseldeursnee DIFI (50,3) en die klontprestasietelling. In ooreenstemming met ons hipotese dat sellulose-eterprodukte met groter DIFI(50,3) beter presteer het as kleiner DIFI(50,3) produkte, was die gemiddelde telling vir DIFI(50,3) van 52 µm 2 (goed), terwyl dié met DIFI( 50,3) van 37µm en 40µm het 5 (mislukking) behaal.

Soos ons verwag het, hang die klontgedrag in GSP-toepassings aansienlik af van die gemiddelde deursnee DIFI(50,3) van die sellulose-eter wat gebruik word. Verder is daar in die vorige bespreking genoem dat onder al die morfologiese parameters DIFI(50,3) die oplostyd van sellulose-eterpoeiers sterk beïnvloed het. Dit bevestig dat sellulose-eter-oplostyd, wat hoogs gekorreleer is met partikelmorfologie, uiteindelik die vorming van klonte in GSP beïnvloed. 'n Groter DIFI (50,3) veroorsaak 'n langer oplostyd van die poeier, wat die kans op agglomerasie aansienlik verminder. Te lang poeieroplostyd sal dit egter moeilik maak vir die sellulose-eter om heeltemal binne die roertyd van die spuittoerusting op te los.

Die nuwe HEMC-produk met 'n geoptimaliseerde oplossingsprofiel as gevolg van 'n groter gemiddelde veseldeursnee DIFI(50,3) het nie net beter benatting van die gipspoeier (soos gesien in die klontevaluering), maar beïnvloed ook nie Die waterretensieprestasie van die produk. Die waterretensie gemeet volgens EN 459-2 was nie onderskeibaar van HEMC produkte van dieselfde viskositeit met DIFI(50,3) van 37µm tot 52µm nie. Alle metings na 5 minute en 60 minute val binne die vereiste reeks wat in die grafiek gewys word.

Dit is egter ook bevestig dat indien DIFI(50,3) te groot word, die sellulose-eterdeeltjies nie meer heeltemal sal oplos nie. Dit is gevind wanneer 'n DIFI(50,3) van 59 µM produk getoets is. Sy waterretensietoetsresultate na 5 minute en veral na 60 minute kon nie aan die vereiste minimum voldoen nie.

5. Opsomming

Sellulose-eters is belangrike bymiddels in GSP-formulerings. Die navorsings- en produkontwikkelingswerk hier kyk na die korrelasie tussen die partikelmorfologie van sellulose-eters en die vorming van onbenatte klonte (sogenaamde klontering) wanneer meganies gespuit word. Dit is gebaseer op die aanname van die werkmeganisme dat die oplostyd van sellulose-eterpoeier die benatting van gipspoeier deur water beïnvloed en dus die vorming van klonte beïnvloed.

Die oplostyd hang af van die partikelmorfologie van die sellulose-eter en kan verkry word met behulp van digitale beeldanalise-instrumente. In GSP het sellulose-eters met 'n groot gemiddelde deursnee van DIFI (50,3) geoptimaliseerde poeieroplos-eienskappe, wat meer tyd vir water toelaat om die gipsdeeltjies deeglik te benat, en sodoende optimale anti-agglomerasie moontlik maak. Hierdie tipe sellulose-eter word geproduseer deur 'n nuwe produksieproses te gebruik, en die deeltjievorm daarvan hang nie af van die oorspronklike vorm van die grondstof vir produksie nie.

Die gemiddelde veseldeursnee DIFI (50,3) het 'n baie belangrike effek op klontvorming, wat geverifieer is deur hierdie produk by 'n kommersieel beskikbare masjienbespuite gipsbasis te voeg vir bespuiting op die perseel. Verder het hierdie veldspuittoetse ons laboratoriumresultate bevestig: die beste presterende sellulose-eterprodukte met groot DIFI (50,3) was heeltemal oplosbaar binne die tydvenster van GSP-roering. Daarom behou die sellulose-eterproduk met die beste teenkoekeienskappe na die verbetering van die deeltjievorm steeds die oorspronklike waterretensieprestasie.