Распрацоўка новых эфіраў цэлюлозы HEMC для памяншэння агламерацыі ў штукатурках, якія напыляюцца машынным спосабам на гіпсавай аснове

Распрацоўка новых эфіраў цэлюлозы HEMC для памяншэння агламерацыі ў штукатурках, якія напыляюцца машынным спосабам на гіпсавай аснове

Гіпсавая тынкоўка машыннага напылення (ГСП) шырока выкарыстоўваецца ў Заходняй Еўропе з 1970-х гадоў. З'яўленне механічнага напылення дазволіла эфектыўна павысіць эфектыўнасць атынкоўка канструкцыі пры зніжэнні выдаткаў на будаўніцтва. З паглыбленнем камерцыялізацыі GSP водарастваральны эфір цэлюлозы стаў ключавой дадаткам. Эфір цэлюлозы надае GSP добрыя характарыстыкі ўтрымання вады, што абмяжоўвае ўбіранне вільгаці падкладкай у тынкоўцы, забяспечваючы тым самым стабільны час схоплівання і добрыя механічныя ўласцівасці. Акрамя таго, спецыфічная рэалагічная крывая эфіру цэлюлозы можа палепшыць эфект машыннага распылення і значна спрасціць наступныя працэсы выраўноўвання раствора і аздаблення.

Нягледзячы на ​​​​відавочныя перавагі простых эфіраў цэлюлозы ў прымяненні GSP, яны таксама патэнцыйна могуць спрыяць адукацыі сухіх камякоў пры распыленні. Гэтыя нязмочаныя камякі таксама вядомыя як зліпанне або злежванне, і яны могуць негатыўна паўплываць на выраўноўванне і аздабленне раствора. Агламерацыя можа знізіць эфектыўнасць участка і павялічыць кошт прымянення высокапрадукцыйных гіпсавых вырабаў. Каб лепш зразумець уплыў эфіраў цэлюлозы на адукацыю камякоў у GSP, мы правялі даследаванне, каб паспрабаваць вызначыць адпаведныя параметры прадукту, якія ўплываюць на іх адукацыю. На аснове вынікаў гэтага даследавання мы распрацавалі серыю эфірных прадуктаў цэлюлозы са зніжанай тэндэнцыяй да агламерацыі і ацанілі іх у практычным прымяненні.

Ключавыя словы: эфір цэлюлозы; гіпсавая машынная тынкоўка; хуткасць растварэння; марфалогія часціц

1. Уводзіны

Водарастваральныя простыя эфіры цэлюлозы паспяхова выкарыстоўваюцца ў штукатурках машыннага напылення (GSP) на гіпсавай аснове для рэгулявання патрэбнасці ў вадзе, паляпшэння ўтрымання вады і паляпшэння рэалагічных уласцівасцей будаўнічых раствораў. Такім чынам, гэта дапамагае палепшыць характарыстыкі мокрага раствора, тым самым забяспечваючы неабходную трываласць раствора. Дзякуючы сваім камерцыйна выгадным і экалагічна чыстым уласцівасцям сухая сумесь GSP за апошнія 20 гадоў стала шырока выкарыстоўваным будаўнічым матэрыялам для ўнутраных памяшканняў па ўсёй Еўропе.

Машыны для змешвання і распылення сухой сумесі GSP паспяхова камерцыялізаваліся на працягу дзесяцігоддзяў. Хоць некаторыя тэхнічныя характарыстыкі абсталявання ад розных вытворцаў адрозніваюцца, усе наяўныя ў продажы распыляльныя машыны дазваляюць вельмі абмежаваны час мяшання вады з гіпсавым растворам, які змяшчае эфір цэлюлозы. Як правіла, увесь працэс змешвання займае ўсяго некалькі секунд. Пасля змешвання вільготны раствор прапампоўваецца праз шланг падачы і распыляецца на сцяну асновы. Увесь працэс завяршаецца на працягу хвіліны. Аднак за такі кароткі прамежак часу эфіры цэлюлозы павінны цалкам растварыцца, каб цалкам праявіць свае ўласцівасці пры ўжыванні. Даданне дробна здробненых эфірных прадуктаў цэлюлозы ў склады гіпсавых раствораў забяспечвае поўнае растварэнне падчас гэтага працэсу распылення.

Дробна здробнены эфір цэлюлозы хутка набывае кансістэнцыю пры кантакце з вадой падчас мяшання ў распыляльніку. Хуткае павышэнне глейкасці, выкліканае растварэннем эфіру цэлюлозы, выклікае праблемы з адначасовым змочваннем вадой часціц гіпсавага цэментавага матэрыялу. Калі вада пачынае гусцець, яна становіцца менш цякучай і не можа пранікаць у дробныя пары паміж часціцамі гіпсу. Пасля перакрыцця доступу да пор працэс змочвання часціц цэментавага матэрыялу вадой затрымліваецца. Час змешвання ў распыляльніку быў меншым, чым час, неабходны для поўнага змочвання часціц гіпсу, што прывяло да адукацыі камякоў сухога парашка ў свежым вільготным растворы. Калі гэтыя камячкі ўтвараюцца, яны зніжаюць эфектыўнасць працы рабочых у наступных працэсах: выраўноўванне раствора з камякамі вельмі клапотна і займае больш часу. Нават пасля таго, як раствор застыгне, могуць з'явіцца першапачаткова ўтвораныя камякі. Напрыклад, пакрыццё згусткаў ўнутры падчас будаўніцтва прывядзе да з'яўлення цёмных участкаў на больш познім этапе, якія мы не хочам бачыць.

Нягледзячы на ​​тое, што простыя эфіры цэлюлозы выкарыстоўваліся ў якасці дадаткаў у GSP на працягу многіх гадоў, іх уплыў на адукацыю нязмочаных камякоў да гэтага часу вывучаны мала. У гэтым артыкуле прадстаўлены сістэматычны падыход, які можа быць выкарыстаны для разумення асноўнай прычыны агламерацыі з пункту гледжання эфіру цэлюлозы.

2. Прычыны адукацыі неразмоченных згусткаў пры ГСП

2.1 Змочванне штукатурак на гіпсавай аснове

На ранніх этапах стварэння даследчай праграмы быў сабраны шэраг магчымых першапрычын адукацыі згусткаў у CSP. Затым з дапамогай кампутарнага аналізу праблема засяроджваецца на тым, ці існуе практычнае тэхнічнае рашэнне. Дзякуючы гэтым работам быў папярэдне адабраны аптымальны варыянт фарміравання агламератаў у ГСП. Як з тэхнічных, так і з камерцыйных меркаванняў тэхнічны шлях змены змочвання часціц гіпсу шляхам апрацоўкі паверхні выключаецца. З камерцыйнага пункту гледжання ідэя замены існуючага абсталявання на распыляльнае абсталяванне са спецыяльна распрацаванай камерай змешвання, якая можа забяспечыць дастатковае змешванне вады і раствора, выключаецца.

Іншы варыянт - выкарыстоўваць змочвальнікі ў якасці дадаткаў у склады гіпсавай тынкоўкі, і мы ўжо знайшлі патэнт на гэта. Аднак даданне дадзенай дабаўкі непазбежна негатыўна адбіваецца на ўкладальнасці тынкоўкі. Што яшчэ больш важна, гэта змяняе фізічныя ўласцівасці раствора, асабліва цвёрдасць і трываласць. Таму мы не паглыбляліся ў гэта. Акрамя таго, лічыцца, што даданне ўвільгатняльнікаў таксама можа мець негатыўны ўплыў на навакольнае асяроддзе.

Улічваючы, што эфір цэлюлозы ўжо з'яўляецца часткай рэцэптуры тынкоўкі на аснове гіпсу, аптымізацыя эфіру цэлюлозы сама па сабе становіцца лепшым рашэннем, якое можна выбраць. У той жа час, гэта не павінна ўплываць на водаўтрымліваючыя ўласцівасці або адмоўна ўплываць на реологические ўласцівасці тынкоўкі, якая выкарыстоўваецца. Зыходзячы з раней прапанаванай гіпотэзы аб тым, што ўтварэнне не змочаных парашкоў у GSP адбываецца з-за празмерна хуткага павелічэння глейкасці эфіраў цэлюлозы пасля кантакту з вадой падчас мяшання, кантроль характарыстык растварэння простых эфіраў цэлюлозы стаў галоўнай мэтай нашага даследавання. .

2.2 Час растварэння эфіру цэлюлозы

Лёгкі спосаб запаволіць хуткасць растварэння эфіраў цэлюлозы - выкарыстоўваць грануляваныя прадукты. Асноўным недахопам выкарыстання гэтага падыходу ў GSP з'яўляецца тое, што занадта буйныя часціцы не раствараюцца цалкам на працягу кароткага 10-секунднага акна мяшання ў распыляльніку, што прыводзіць да страты ўтрымання вады. Акрамя таго, набраканне нерастворанага эфіру цэлюлозы на больш позняй стадыі прывядзе да патаўшчэння пасля тынкоўкі і паўплывае на характарыстыкі канструкцыі, чаго мы не хочам бачыць.

Іншы варыянт зніжэння хуткасці растварэння эфіраў цэлюлозы - зварачальна сшыць паверхню эфіраў цэлюлозы гліоксалем. Аднак, паколькі рэакцыя сшывання кантралюецца рн, хуткасць растварэння простых эфіраў цэлюлозы моцна залежыць ад рн навакольнага воднага раствора. Значэнне pH сістэмы GSP, змешанай з гашанай вапнай, вельмі высокае, і папярочныя сувязі глиоксаля на паверхні хутка раскрываюцца пасля кантакту з вадой, і глейкасць пачынае імгненна расці. Такім чынам, такія хімічныя апрацоўкі не могуць гуляць ролю ў кантролі хуткасці растварэння ў GSP.

Час растварэння простых эфіраў цэлюлозы таксама залежыць ад марфалогіі іх часціц. Аднак гэтаму факту пакуль не надаецца асаблівай увагі, хоць эфект вельмі значны. Яны маюць пастаянную лінейную хуткасць растварэння [кг/(м2•s)], таму іх растварэнне і павелічэнне глейкасці прапарцыйныя даступнай паверхні. Гэтая хуткасць можа істотна змяняцца ў залежнасці ад змены марфалогіі часціц цэлюлозы. У нашых разліках мяркуецца, што поўная глейкасць (100%) дасягаецца пасля 5 секунд мяшання.

Разлікі розных марфалогій часціц паказалі, што сферычныя часціцы мелі глейкасць 35% ад канчатковай глейкасці пры палове часу змешвання. У той жа перыяд часу, палачкападобныя часціцы эфіру цэлюлозы могуць дасягаць толькі 10%. Пасля гэтага дыскападобныя часціцы пачалі растварацца2,5 секунды.

Таксама ўключаны ідэальныя характарыстыкі растваральнасці эфіраў цэлюлозы ў GSP. Затрымаць пачатковае нарошчванне глейкасці больш чым на 4,5 секунды. Пасля гэтага глейкасць хутка павялічвалася, каб дасягнуць канчатковай глейкасці на працягу 5 секунд пасля мяшання. У GSP такі працяглы час затрымкі растварэння дазваляе сістэме мець нізкую глейкасць, а дабаўленая вада можа цалкам намачыць часціцы гіпсу і ўвайсці ў поры паміж часціцамі без парушэнняў.

3. Марфалогія часціц эфіру цэлюлозы

3.1 Вымярэнне марфалогіі часціц

Паколькі форма часціц эфіру цэлюлозы мае такі значны ўплыў на растваральнасць, спачатку неабходна вызначыць параметры, якія апісваюць форму часціц эфіру цэлюлозы, а затым выявіць адрозненні паміж незмочвальнымі. Утварэнне агламератаў з'яўляецца асабліва важным параметрам. .

Мы атрымалі марфалогію часціц эфіру цэлюлозы метадам дынамічнага аналізу малюнкаў. Марфалогію часціц простых эфіраў цэлюлозы можна цалкам ахарактарызаваць з дапамогай аналізатара лічбавых відарысаў SYMPATEC (вытворчасці Германіі) і спецыяльных інструментаў аналізу праграмнага забеспячэння. Было ўстаноўлена, што найбольш важнымі параметрамі формы часціц з'яўляюцца сярэдняя даўжыня валокнаў, выражаная як LEFI (50,3), і сярэдні дыяметр, выражаны як DIFI (50,3). Дадзеныя аб сярэдняй даўжыні валакна лічацца поўнай даўжынёй пэўнай часціцы эфіру цэлюлозы.

Звычайна даныя размеркавання часціц па памерах, такія як сярэдні дыяметр валакна DIFI, могуць быць разлічаны на аснове колькасці часціц (пазначаецца 0), даўжыні (пазначаецца 1), плошчы (пазначаецца 2) або аб'ёму (пазначаецца 3). Усе вымярэнні дадзеных аб часціцах у гэтым артыкуле заснаваны на аб'ёме і таму пазначаюцца суфіксам 3. Напрыклад, у DIFI(50,3) 3 азначае размеркаванне па аб'ёме, а 50 азначае, што 50% крывой размеркавання часціц па памерах менш за паказанае значэнне, а астатнія 50% больш за паказанае значэнне. Даныя аб форме часціц эфіру цэлюлозы прыведзены ў мікраметрах (мкм).

3.2 Эфір цэлюлозы пасля аптымізацыі марфалогіі часціц

З улікам уплыву паверхні часціц час растварэння часціц эфіру цэлюлозы са стрыжаньпадобнай формай часціц моцна залежыць ад сярэдняга дыяметра валакна DIFI (50,3). Зыходзячы з гэтай здагадкі, распрацоўка простых эфіраў цэлюлозы была накіравана на атрыманне прадуктаў з вялікім сярэднім дыяметрам валакна DIFI (50,3) для паляпшэння растваральнасці парашка.

Аднак не чакаецца, што павелічэнне сярэдняй даўжыні валакна DIFI (50,3) не будзе суправаджацца павелічэннем сярэдняга памеру часціц. Павелічэнне абодвух параметраў разам прывядзе да таго, што часціцы будуць занадта вялікімі, каб цалкам растварыцца на працягу тыповага 10-секунднага часу мяшання механічнага распылення.

Такім чынам, ідэальная гидроксиэтилметилцеллюлоза (HEMC) павінна мець большы сярэдні дыяметр валакна DIFI (50,3) пры захаванні сярэдняй даўжыні валакна LEFI (50,3). Мы выкарыстоўваем новы працэс вытворчасці эфіру цэлюлозы для вытворчасці палепшанага HEMC. Форма часціц водарастваральнага эфіру цэлюлозы, атрыманага ў гэтым працэсе вытворчасці, цалкам адрозніваецца ад формы часціц цэлюлозы, якая выкарыстоўваецца ў якасці сыравіны для вытворчасці. Іншымі словамі, вытворчы працэс дазваляе не залежаць ад сыравіны для вытворчасці часціц эфіру цэлюлозы.

Тры выявы са сканіруючага электроннага мікраскопа: адзін эфіру цэлюлозы, атрыманага стандартным працэсам, і адзін эфіру цэлюлозы, атрыманага новым працэсам з большым дыяметрам DIFI (50,3), чым у звычайных інструментальных вырабаў. Таксама паказана марфалогія дробна здробненай цэлюлозы, якая выкарыстоўваецца ў вытворчасці гэтых двух прадуктаў.

Параўноўваючы электронныя мікрафатаграфіі цэлюлозы і эфіру цэлюлозы, атрыманыя стандартным працэсам, лёгка выявіць, што яны маюць падобныя марфалагічныя характарыстыкі. Вялікая колькасць часціц на абодвух малюнках дэманструе тыпова доўгія тонкія структуры, што сведчыць аб тым, што асноўныя марфалагічныя асаблівасці не змяніліся нават пасля таго, як адбылася хімічная рэакцыя. Відавочна, што характарыстыкі марфалогіі часціц прадуктаў рэакцыі моцна карэлююць з сыравінай.

Было выяўлена, што марфалагічныя характарыстыкі эфіру цэлюлозы, атрыманага з дапамогай новага працэсу, істотна адрозніваюцца, ён мае большы сярэдні дыяметр DIFI (50,3), і ў асноўным прадстаўлены круглыя ​​кароткія і тоўстыя часціцы, у той час як тыповыя тонкія і доўгія часціцы у цэлюлознай сыравіне Амаль вынішчаны.

Гэты малюнак зноў паказвае, што марфалогія часціц простых эфіраў цэлюлозы, атрыманых з дапамогай новага працэсу, больш не звязана з марфалогіяй сыравіны цэлюлозы - сувязі паміж марфалогіяй сыравіны і канчатковым прадуктам больш не існуе.

4. Уплыў марфалогіі часціц HEMC на адукацыю нязмочаных згусткаў у GSP

GSP быў пратэставаны ва ўмовах палявога прымянення, каб пераканацца, што наша гіпотэза аб працоўным механізме (аб тым, што выкарыстанне прадукту эфіру цэлюлозы з большым сярэднім дыяметрам DIFI (50,3) паменшыць непажаданую агламерацыю) была правільнай. У гэтых эксперыментах выкарыстоўваліся HEMCs з сярэднім дыяметрам DIFI (50,3) у дыяпазоне ад 37 мкм да 52 мкм. Каб мінімізаваць уплыў іншых фактараў, акрамя марфалогіі часціц, гіпсавая тынкоўка і ўсе іншыя дадаткі засталіся без зменаў. Глейкасць эфіру цэлюлозы падтрымлівалася пастаяннай падчас тэсту (60 000 мПа.с, 2% водны раствор, вымеранае рэометрам HAAKE).

Камерцыйна даступны распыляльнік гіпсу (PFT G4) выкарыстоўваўся для распылення падчас выпрабаванняў нанясення. Засяродзьцеся на ацэнцы адукацыі неразмоченных камякоў гіпсавага раствора адразу пасля яго нанясення на сцяну. Ацэнка камякі на гэтай стадыі на працягу ўсяго працэсу нанясення тынкоўкі лепш за ўсё выявіць адрозненні ў характарыстыках прадукту. Падчас тэсту вопытныя работнікі ацанілі сітуацыю з камякамі, дзе 1 - лепшая, а 6 - горшая.

Вынікі выпрабаванняў выразна паказваюць карэляцыю паміж сярэднім дыяметрам валакна DIFI (50,3) і ацэнкай эфектыўнасці зліпання. У адпаведнасці з нашай гіпотэзай аб тым, што прадукты эфіру цэлюлозы з большым DIFI(50,3) пераўзыходзяць прадукты з меншым DIFI(50,3), сярэдні бал для DIFI(50,3) 52 мкм склаў 2 (добра), у той час як для прадуктаў з DIFI( 50,3) 37 мкм і 40 мкм атрымалі 5 балаў (няўдача).

Як мы і чакалі, паводзіны зліпання ў GSP істотна залежыць ад сярэдняга дыяметра DIFI (50,3) выкарыстоўванага эфіру цэлюлозы. Больш за тое, у папярэднім абмеркаванні згадвалася, што сярод усіх марфалагічных параметраў DIFI (50,3) моцна ўплывае на час растварэння парашкоў эфіру цэлюлозы. Гэта пацвярджае, што час растварэння эфіру цэлюлозы, які моцна карэлюе з марфалогіяй часціц, у канчатковым выніку ўплывае на адукацыю згусткаў у GSP. Большы DIFI (50,3) выклікае больш працяглы час растварэння парашка, што значна зніжае верагоднасць агламерацыі. Аднак занадта доўгі час растварэння парашка будзе перашкаджаць поўнага растварэння эфіру цэлюлозы за час мяшання распыляльным абсталяваннем.

Новы прадукт HEMC з аптымізаваным профілем растварэння дзякуючы большаму сярэдняму дыяметру валакна DIFI (50,3) не толькі лепш змочвае парашок гіпсу (як відаць пры ацэнцы камякоў), але таксама не ўплывае на характарыстыкі ўтрымання вады прадукт. Утрыманне вады, вымеранае ў адпаведнасці з EN 459-2, было неадрозным ад прадуктаў HEMC такой жа глейкасці з DIFI(50,3) ад 37 мкм да 52 мкм. Усе вымярэнні праз 5 хвілін і 60 хвілін трапляюць у неабходны дыяпазон, паказаны на графіку.

Аднак было таксама пацверджана, што калі DIFI(50,3) становіцца занадта вялікім, часціцы эфіру цэлюлозы больш не будуць цалкам растварацца. Гэта было выяўлена падчас тэставання DIFI(50,3) прадукту 59 мкМ. Вынікі тэсту на ўтрыманне вады праз 5 хвілін і асабліва праз 60 хвілін не адпавядаюць патрабаванаму мінімуму.

5. Падвядзенне вынікаў

Эфіры цэлюлозы з'яўляюцца важнымі дадаткамі ў складах GSP. Праца па даследаванні і распрацоўцы прадукту тут разглядае карэляцыю паміж марфалогіяй часціц простых эфіраў цэлюлозы і адукацыяй нязмочаных камякоў (так званых згусткаў) пры механічным распыленні. Ён заснаваны на здагадцы аб механізме працы, што час растварэння парашка эфіру цэлюлозы ўплывае на змочванне парашка гіпсу вадой і, такім чынам, уплывае на адукацыю камякоў.

Час растварэння залежыць ад марфалогіі часціц эфіру цэлюлозы і можа быць атрыманы з дапамогай інструментаў лічбавага аналізу малюнкаў. У GSP простыя эфіры цэлюлозы з вялікім сярэднім дыяметрам DIFI (50,3) маюць аптымізаваныя характарыстыкі растварэння парашка, дазваляючы вадзе больш часу старанна змочваць часціцы гіпсу, што забяспечвае аптымальную барацьбу з агламерацыяй. Гэты тып эфіру цэлюлозы вырабляецца з дапамогай новага вытворчага працэсу, і яго форма часціц не залежыць ад першапачатковай формы сыравіны для вытворчасці.

Сярэдні дыяметр валакна DIFI (50,3) мае вельмі важны ўплыў на зліпанне, што было пацверджана шляхам дадання гэтага прадукта ў наяўную ў продажы гіпсавую аснову з машынным напыленнем для распылення на месцы. Акрамя таго, гэтыя палявыя выпрабаванні распыленнем пацвердзілі нашы лабараторныя вынікі: лепшыя прадукты эфіру цэлюлозы з вялікім DIFI (50,3) былі цалкам растваральныя ў межах часовага акна мяшання GSP. Такім чынам, прадукт з эфіру цэлюлозы з найлепшымі ўласцівасцямі супраць злежвання пасля паляпшэння формы часціц па-ранейшаму захоўвае зыходныя характарыстыкі ўтрымання вады.