Разработване на нови HEMC целулозни етери за намаляване на агломерацията в машинно пръскани мазилки на основата на гипс

Разработване на нови HEMC целулозни етери за намаляване на агломерацията в машинно пръскани мазилки на основата на гипс

Машинно пръсканата мазилка (GSP) на гипсова основа се използва широко в Западна Европа от 70-те години на миналия век. Появата на механичното пръскане ефективно подобри ефективността на мазилката, като същевременно намали строителните разходи. Със задълбочаването на комерсиализацията на GSP, водоразтворимият целулозен етер се превърна в ключова добавка. Целулозният етер придава на GSP добро задържане на вода, което ограничава абсорбцията на влага от основата в мазилката, като по този начин се постига стабилно време на втвърдяване и добри механични свойства. В допълнение, специфичната реологична крива на целулозния етер може да подобри ефекта от машинното пръскане и значително да опрости последващите процеси на изравняване на разтвора и довършителни работи.

Въпреки очевидните предимства на целулозните етери в приложенията на GSP, те могат потенциално да допринесат за образуването на сухи бучки при пръскане. Тези ненамокрени бучки са известни също като слепване или слепване и те могат да повлияят неблагоприятно на изравняването и завършването на хоросана. Агломерацията може да намали ефективността на обекта и да увеличи цената на приложенията на високопроизводителни гипсови продукти. За да разберем по-добре ефекта на целулозните етери върху образуването на бучки в GSP, ние проведохме проучване, за да се опитаме да идентифицираме съответните параметри на продукта, които влияят на тяхното образуване. Въз основа на резултатите от това проучване, ние разработихме серия продукти от целулозен етер с намалена склонност към агломериране и ги оценихме в практически приложения.

Ключови думи: целулозен етер; шпакловка машинна шпакловка; скорост на разтваряне; морфология на частиците

1. Въведение

Водоразтворимите целулозни етери са успешно използвани в машинно напръскани мазилки (GSP) на базата на гипс за регулиране на потреблението на вода, подобряване на задържането на вода и подобряване на реологичните свойства на разтворите. Следователно, това помага да се подобри работата на мокрия хоросан, като по този начин се гарантира необходимата здравина на хоросана. Благодарение на своите търговски жизнеспособни и щадящи околната среда свойства, сухата смес GSP се превърна в широко използван интериорен строителен материал в цяла Европа през последните 20 години.

Машините за смесване и пръскане на суха смес GSP са били успешно комерсиализирани от десетилетия. Въпреки че някои технически характеристики на оборудването от различни производители се различават, всички предлагани в търговската мрежа машини за пръскане позволяват много ограничено време за разбъркване на водата, за да се смеси с целулозен етер, съдържащ гипсова суха смес. Обикновено целият процес на смесване отнема само няколко секунди. След смесване мокрият разтвор се изпомпва през подаващия маркуч и се напръсква върху стената на основата. Целият процес завършва в рамките на минута. Въпреки това, за такъв кратък период от време целулозните етери трябва да бъдат напълно разтворени, за да развият напълно свойствата си в приложението. Добавянето на фино смлени целулозни етерни продукти към формулите на гипсовия разтвор гарантира пълно разтваряне по време на този процес на пръскане.

Фино смленият целулозен етер изгражда консистенция бързо при контакт с вода по време на разбъркване в пръскачката. Бързото покачване на вискозитета, причинено от разтварянето на целулозния етер, причинява проблеми с едновременното омокряне с вода на частиците на гипсовия циментов материал. Когато водата започне да се сгъстява, тя става по-малко течна и не може да проникне в малките пори между гипсовите частици. След блокиране на достъпа до порите, процесът на намокряне на частиците на циментовия материал с вода се забавя. Времето за смесване в пулверизатора беше по-кратко от времето, необходимо за пълно намокряне на гипсовите частици, което доведе до образуването на бучки сух прах в пресния мокър разтвор. След като тези бучки се образуват, те възпрепятстват ефективността на работниците в следващите процеси: изравняването на хоросана с бучки е много обезпокоително и отнема повече време. Дори след като хоросанът е стегнал, може да се появят първоначално образувани бучки. Например, покриването на бучките вътре по време на строителството ще доведе до появата на тъмни зони на по-късен етап, които не искаме да виждаме.

Въпреки че целулозните етери са били използвани като добавки в GSP в продължение на много години, техният ефект върху образуването на ненамокрени бучки не е проучен много досега. Тази статия представя систематичен подход, който може да се използва за разбиране на първопричината за агломерацията от гледна точка на целулозния етер.

2. Причини за образуване на ненамокрени бучки в GSP

2.1 Намокряне на гипсови мазилки

В ранните етапи на установяване на изследователската програма бяха събрани редица възможни първопричини за образуването на бучки в CSP. След това, чрез компютърно подпомаган анализ, проблемът се фокусира върху това дали има практично техническо решение. Чрез тези работи предварително се отсява оптималното решение за образуване на агломерати в GSP. Както от технически, така и от търговски съображения техническият начин за промяна на овлажняването на гипсовите частици чрез повърхностна обработка е изключен. От търговска гледна точка е изключена идеята за замяна на съществуващото оборудване с оборудване за пръскане със специално проектирана смесителна камера, която може да осигури достатъчно смесване на вода и разтвор.

Друга възможност е да се използват омокрящи агенти като добавки в съставите на гипсовата мазилка и вече намерихме патент за това. Добавянето на тази добавка обаче неминуемо се отразява негативно на обработваемостта на мазилката. По-важното е, че променя физическите свойства на хоросана, особено твърдостта и здравината. Така че не се задълбочихме много в това. Освен това се счита, че добавянето на омокрящи агенти може да има неблагоприятно въздействие върху околната среда.

Като се има предвид, че целулозен етер вече е част от формулата на гипсовата мазилка, оптимизирането на самия целулозен етер се превръща в най-доброто решение, което може да бъде избрано. В същото време не трябва да влияе върху свойствата за задържане на вода или да влияе неблагоприятно върху реологичните свойства на използваната мазилка. Въз основа на предложената по-рано хипотеза, че генерирането на ненамокрени прахове в GSP се дължи на прекалено бързото увеличаване на вискозитета на целулозните етери след контакт с вода по време на разбъркване, контролирането на характеристиките на разтваряне на целулозните етери стана основната цел на нашето изследване .

2.2 Време за разтваряне на целулозен етер

Лесен начин да се забави скоростта на разтваряне на целулозните етери е да се използват гранулирани продукти. Основният недостатък на използването на този подход в GSP е, че частиците, които са твърде груби, не се разтварят напълно в рамките на краткия 10-секунден прозорец на разбъркване в пръскачката, което води до загуба на задържане на вода. В допълнение, набъбването на неразтворения целулозен етер в по-късния етап ще доведе до удебеляване след мазилката и ще повлияе на строителните характеристики, което не искаме да видим.

Друг вариант за намаляване на скоростта на разтваряне на целулозните етери е обратимо омрежване на повърхността на целулозните етери с глиоксал. Въпреки това, тъй като реакцията на омрежване се контролира от pH, скоростта на разтваряне на целулозните етери е силно зависима от pH на околния воден разтвор. Стойността на рН на системата GSP, смесена с гасена вар, е много висока и омрежващите връзки на глиоксал на повърхността бързо се отварят след контакт с вода и вискозитетът започва да се покачва моментално. Следователно такива химични обработки не могат да играят роля в контролирането на скоростта на разтваряне в GSP.

Времето за разтваряне на целулозните етери също зависи от тяхната морфология на частиците. На този факт обаче досега не се обръща особено внимание, въпреки че ефектът е много значителен. Те имат постоянна линейна скорост на разтваряне [kg/(m2•s)], така че тяхното разтваряне и натрупване на вискозитет са пропорционални на наличната повърхност. Тази скорост може да варира значително с промени в морфологията на целулозните частици. В нашите изчисления се приема, че пълен вискозитет (100%) се достига след 5 секунди разбъркване на сместа.

Изчисленията на различните морфологии на частиците показват, че сферичните частици имат вискозитет от 35% от крайния вискозитет при половината от времето на смесване. В същия период от време частиците от целулозен етер във формата на пръчка могат да достигнат само 10%. Дисковидните частици просто започнаха да се разтварят след това2,5 секунди.

Включени са също идеални характеристики на разтворимост за целулозни етери в GSP. Забавете първоначалното натрупване на вискозитет за повече от 4,5 секунди. След това вискозитетът нараства бързо, за да достигне крайния вискозитет в рамките на 5 секунди след разбъркване и смесване. В GSP такова дълго забавено време на разтваряне позволява на системата да има нисък вискозитет и добавената вода може напълно да намокри гипсовите частици и да навлезе в порите между частиците без смущения.

3. Морфология на частиците на целулозния етер

3.1 Измерване на морфологията на частиците

Тъй като формата на частиците на целулозния етер има толкова значително влияние върху разтворимостта, първо е необходимо да се определят параметрите, описващи формата на частиците на целулозния етер, и след това да се идентифицират разликите между ненамокрящите се. Образуването на агломерати е особено важен параметър. .

Получихме морфологията на частиците на целулозен етер чрез техника за динамичен анализ на изображението. Морфологията на частиците на целулозните етери може да бъде напълно характеризирана с помощта на цифров анализатор на изображения SYMPATEC (произведен в Германия) и специфични софтуерни инструменти за анализ. Установено е, че най-важните параметри на формата на частиците са средната дължина на влакната, изразена като LEFI (50,3) и средният диаметър, изразен като DIFI (50,3). Данните за средната дължина на влакното се считат за пълната дължина на определена разпръсната частица целулозен етер.

Обикновено данните за разпределението на размера на частиците, като средния диаметър на влакното DIFI, могат да бъдат изчислени въз основа на броя на частиците (означени с 0), дължина (означена с 1), площ (означена с 2) или обем (означена с 3). Всички измервания на данни за частици в тази статия се основават на обем и следователно са обозначени с наставка 3. Например, в DIFI(50,3), 3 означава обемното разпределение, а 50 означава, че 50% от кривата на разпределение на размера на частиците е по-малка от посочената стойност, а останалите 50% са по-големи от посочената стойност. Данните за формата на частиците на целулозния етер са дадени в микрометри (µm).

3.2 Целулозен етер след оптимизиране на морфологията на частиците

Като се вземе предвид ефектът на повърхността на частиците, времето за разтваряне на частиците на целулозен етер с пръчковидна форма на частиците силно зависи от средния диаметър на влакното DIFI (50,3). Въз основа на това предположение, развойната работа върху целулозните етери беше насочена към получаване на продукти с по-голям среден диаметър на влакната DIFI (50,3), за да се подобри разтворимостта на праха.

Въпреки това, не се очаква увеличаването на средната дължина на влакното DIFI(50,3) да бъде придружено от увеличаване на средния размер на частиците. Увеличаването на двата параметъра заедно ще доведе до частици, които са твърде големи, за да се разтворят напълно в рамките на типичното 10-секундно време на разбъркване при механично пръскане.

Следователно идеалната хидроксиетилметилцелулоза (HEMC) трябва да има по-голям среден диаметър на влакното DIFI(50,3), като същевременно поддържа средната дължина на влакното LEFI(50,3). Използваме нов производствен процес на целулозен етер, за да произведем подобрен HEMC. Формата на частиците на водоразтворимия целулозен етер, получен чрез този производствен процес, е напълно различна от формата на частиците на целулозата, използвана като суровина за производството. С други думи, производственият процес позволява дизайнът на формата на частиците на целулозния етер да бъде независим от производствените суровини.

Три изображения от сканиращ електронен микроскоп: едно на целулозен етер, произведен чрез стандартния процес, и едно на целулозен етер, произведен чрез новия процес с по-голям диаметър DIFI(50,3) в сравнение с продуктите на конвенционалните инструменти за процес. Показана е също морфологията на фино смляната целулоза, използвана в производството на тези два продукта.

Сравнявайки електронните микроснимки на целулоза и целулозен етер, получени чрез стандартния процес, е лесно да се установи, че двете имат сходни морфологични характеристики. Големият брой частици в двете изображения показва типично дълги, тънки структури, което предполага, че основните морфологични характеристики не са се променили дори след протичането на химическата реакция. Ясно е, че характеристиките на морфологията на частиците на реакционните продукти са силно свързани със суровините.

Установено е, че морфологичните характеристики на целулозния етер, произведен чрез новия процес, са значително различни, той има по-голям среден диаметър DIFI (50,3) и има главно кръгли къси и дебели форми на частици, докато типичните тънки и дълги частици в целулозни суровини Почти изчезнал.

Тази фигура отново показва, че морфологията на частиците на целулозните етери, произведени чрез новия процес, вече не е свързана с морфологията на целулозния суров материал – връзката между морфологията на суровината и крайния продукт вече не съществува.

4. Ефект на морфологията на частиците HEMC върху образуването на ненамокрени бучки в GSP

GSP беше тестван при условия на полево приложение, за да се провери дали нашата хипотеза за работния механизъм (че използването на продукт от целулозен етер с по-голям среден диаметър DIFI (50,3) ще намали нежеланата агломерация) е правилна. В тези експерименти бяха използвани HEMCs със среден диаметър DIFI(50,3), вариращ от 37 µm до 52 µm. За да се сведе до минимум влиянието на фактори, различни от морфологията на частиците, основата на гипсовата мазилка и всички други добавки бяха запазени непроменени. Вискозитетът на целулозния етер се поддържа постоянен по време на теста (60 000 mPa.s, 2% воден разтвор, измерен с реометър HAAKE).

Наличен в търговската мрежа гипсов спрей (PFT G4) беше използван за пръскане при опитите за нанасяне. Съсредоточете се върху оценката на образуването на ненамокрени бучки от гипсов разтвор веднага след нанасянето му върху стената. Оценката на бучките на този етап по време на процеса на нанасяне на мазилка ще разкрие най-добре разликите в ефективността на продукта. В теста опитни работници оцениха ситуацията на слепване, като 1 беше най-добрата, а 6 най-лошата.

Резултатите от теста ясно показват корелацията между средния диаметър на влакното DIFI (50,3) и резултата за ефективност на слепване. В съответствие с нашата хипотеза, че продуктите от целулозен етер с по-голям DIFI(50,3) превъзхождат по-малките DIFI(50,3) продукти, средният резултат за DIFI(50,3) от 52 µm беше 2 (добър), докато тези с DIFI( 50,3) от 37 µm и 40 µm отбелязаха 5 (неуспех).

Както очаквахме, поведението на струпване в GSP приложения зависи значително от средния диаметър DIFI(50,3) на използвания целулозен етер. Освен това в предишната дискусия беше споменато, че сред всички морфологични параметри DIFI (50,3) силно повлиява времето за разтваряне на праховете от целулозен етер. Това потвърждава, че времето за разтваряне на целулозен етер, което е силно свързано с морфологията на частиците, в крайна сметка влияе върху образуването на бучки в GSP. По-голям DIFI (50,3) причинява по-дълго време за разтваряне на праха, което значително намалява шанса за агломерация. Твърде дългото време за разтваряне на праха обаче ще затрудни пълното разтваряне на целулозния етер в рамките на времето за разбъркване на оборудването за пръскане.

Новият продукт HEMC с оптимизиран профил на разтваряне, дължащ се на по-голям среден диаметър на влакното DIFI(50,3) не само има по-добро омокряне на гипсовия прах (както се вижда при оценката на бучките), но също така не влияе върху показателите за задържане на вода на продукта. Задържането на вода, измерено съгласно EN 459-2, беше неразличимо от продуктите на HEMC със същия вискозитет с DIFI(50,3) от 37 µm до 52 µm. Всички измервания след 5 минути и 60 минути попадат в необходимия диапазон, показан на графиката.

Обаче също така беше потвърдено, че ако DIFI(50,3) стане твърде голям, частиците на целулозния етер вече няма да се разтварят напълно. Това беше установено при тестване на DIFI(50,3) от 59 µM продукт. Резултатите от теста за задържане на вода след 5 минути и особено след 60 минути не отговарят на необходимия минимум.

5. Обобщение

Целулозните етери са важни добавки във формулите на GSP. Работата по изследванията и разработването на продукти тук разглежда връзката между морфологията на частиците на целулозните етери и образуването на ненамокрени бучки (така наречените бучки) при механично пръскане. Основава се на предположението за работния механизъм, че времето за разтваряне на целулозен етер на прах влияе върху овлажняването на гипсовия прах с вода и по този начин влияе върху образуването на бучки.

Времето на разтваряне зависи от морфологията на частиците на целулозния етер и може да бъде получено с помощта на инструменти за цифров анализ на изображения. В GSP, целулозните етери с голям среден диаметър на DIFI (50,3) имат оптимизирани характеристики на разтваряне на праха, позволявайки повече време на водата да намокри напълно гипсовите частици, като по този начин позволява оптимална анти-агломерация. Този вид целулозен етер се произвежда чрез нов производствен процес и формата на частиците му не зависи от оригиналната форма на суровината за производство.

Средният диаметър на влакната DIFI (50,3) има много важен ефект върху образуването на бучки, което е потвърдено чрез добавяне на този продукт към налична в търговската мрежа машинно пръскана гипсова основа за пръскане на място. Освен това, тези полеви тестове за пръскане потвърдиха нашите лабораторни резултати: продуктите с целулозен етер с най-добри резултати с голям DIFI (50,3) бяха напълно разтворими в рамките на времевия прозорец на GSP разбъркване. Следователно продуктът от целулозен етер с най-добри свойства против слепване след подобряване на формата на частиците все още поддържа първоначалната ефективност на задържане на вода.