Utjecaj temperature okoline na obradivost gipsa modificiranog eterom celuloze

Performanse gipsa modifikovanog eterom celuloze na različitim temperaturama okoline su veoma različite, ali njegov mehanizam nije jasan. Proučavani su efekti celuloznog etera na reološke parametre i zadržavanje vode u gipsanoj suspenziji pri različitim temperaturama okoline. Metodom dinamičkog raspršenja svjetlosti mjeren je hidrodinamički promjer etera celuloze u tečnoj fazi i istražen je mehanizam utjecaja. Rezultati pokazuju da eter celuloze ima dobar efekat zadržavanja vode i zgušnjavanja gipsa. Sa povećanjem sadržaja celuloznog etera, povećava se viskoznost kaše i povećava kapacitet zadržavanja vode. Međutim, s porastom temperature, sposobnost zadržavanja vode modificiranog gipsanog muljca se u određenoj mjeri smanjuje, a mijenjaju se i reološki parametri. S obzirom na to da koloidna asocijacija celuloznog etera može postići zadržavanje vode blokiranjem kanala za transport vode, porast temperature može dovesti do dezintegracije velike zapreminske asocijacije koju proizvodi celulozni eter, čime se smanjuje zadržavanje vode i radne karakteristike modificiranog gipsa.

Ključne riječi:gips; Celuloza eter; Temperatura; Zadržavanje vode; reologija

0. Uvod

Gips, kao vrsta ekološki prihvatljivog materijala s dobrim konstrukcijskim i fizičkim svojstvima, ima široku primjenu u projektima dekoracije. U primjeni materijala na bazi gipsa, sredstvo za zadržavanje vode se obično dodaje kako bi se modificirao mulj kako bi se spriječio gubitak vode u procesu hidratacije i stvrdnjavanja. Eter celuloze je trenutno najčešće sredstvo za zadržavanje vode. Budući da će jonski CE reagirati sa Ca2+, često koristite nejonski CE, kao što su: eter hidroksipropil metil celuloze, eter hidroksietil metil celuloze i etar metil celuloze. Važno je proučavati svojstva gipsa modificiranog eterom celuloze za bolju primjenu gipsa u dekorativnom inženjerstvu.

Eter celuloze je visoko molekularno jedinjenje proizvedeno reakcijom alkalne celuloze i agensa za eterifikaciju pod određenim uslovima. Nejonski eter celuloze koji se koristi u građevinarstvu ima dobru disperziju, zadržavanje vode, vezujući i zgušnjavajući efekat. Dodatak celuloznog etera ima vrlo očigledan učinak na zadržavanje vode gipsa, ali čvrstoća na savijanje i tlačna čvrstoća tijela očvrslog gipsa također blago opada s povećanjem količine dodatka. To je zato što etar celuloze ima određeni efekat uvlačenja vazduha, koji će u proces mešanja suspenzije uneti mehuriće i na taj način smanjiti mehanička svojstva očvrslog tela. U isto vrijeme, previše celuloznog etera učinit će mješavinu gipsa previše ljepljivom, što će rezultirati njenim građevinskim performansama.

Proces hidratacije gipsa može se podijeliti u četiri koraka: otapanje kalcijum sulfat hemihidrata, kristalizacija nukleacija kalcijum sulfat dihidrata, rast kristalnog jezgra i formiranje kristalne strukture. U procesu hidratacije gipsa, hidrofilna funkcionalna grupa celuloznog etera koja se adsorbira na površini čestica gipsa će fiksirati dio molekula vode, odgađajući tako nukleacijski proces hidratacije gipsa i produžavajući vrijeme vezivanja gipsa. Kroz SEM posmatranje, Mroz je otkrio da iako je prisustvo celuloznog etera odložilo rast kristala, ali je povećalo preklapanje i agregaciju kristala.

Eter celuloze sadrži hidrofilne grupe tako da ima određenu hidrofilnost, polimer dugolančano se međusobno povezuje tako da ima visok viskozitet, interakcija ova dva čini da celuloza ima dobar zgušnjavajući efekat zadržavanja vode na mešavini gipsa. Bulichen je objasnio mehanizam zadržavanja vode celuloznog etra u cementu. Pri slabom miješanju, celulozni eter se adsorbira na cement za intramolekularnu apsorpciju vode i praćen bubrenjem kako bi se postiglo zadržavanje vode. U ovom trenutku, zadržavanje vode je slabo. Visoka doza, celulozni etar će formirati stotine nanometara do nekoliko mikrona koloidnog polimera, efikasno blokirajući sistem gela u rupi, kako bi se postiglo efikasno zadržavanje vode. Mehanizam djelovanja celuloznog etera u gipsu je isti kao i u cementu, ali veća koncentracija SO42- u fluidnoj fazi gipsane suspenzije će oslabiti efekat celuloze na zadržavanje vode.

Na osnovu navedenog sadržaja može se utvrditi da se trenutna istraživanja gipsa modificiranog celuloznim eterom najviše fokusiraju na proces hidratacije celuloznog etera na mješavini gipsa, svojstva zadržavanja vode, mehanička svojstva i mikrostrukturu očvrslog tijela, te mehanizam nastanka celuloznog etera. zadržavanje vode. Međutim, studija o interakciji između celuloznog etera i gipsane suspenzije na visokoj temperaturi je još uvijek nedovoljna. Vodeni rastvor celuloznog etera će želatinizirati na određenoj temperaturi. Kako temperatura raste, viskoznost vodenog rastvora celuloznog etera će se postepeno smanjivati. Kada se postigne temperatura želatinizacije, celulozni etar će se istaložiti u bijeli gel. Na primjer, u ljetnoj gradnji, temperatura okoline je visoka, svojstva termičkog gela celuloznog etra moraju dovesti do promjena u obradivosti modificirane gipsane suspenzije. Ovaj rad istražuje efekat porasta temperature na obradivost gipsanog materijala modifikovanog celuloznim eterom kroz sistematske eksperimente i daje smernice za praktičnu primenu gipsa modifikovanog celuloznim eterom.

1. Eksperimentirajte

1.1 Sirovine

Gips je prirodni građevinski gips β-tipa koji nudi Beijing Ecological Home Group.

Eter celuloze odabran iz grupe Shandong Yiteng Group hidroksipropil metil celulozni eter, specifikacije proizvoda za 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s i 200.000 mPa·s, temperatura geliranja iznad 60 ℃. Kao usporivač gipsa odabrana je limunska kiselina.

1.2 Reološki test

Korišteni reološki instrument za ispitivanje bio je RST⁃CC reometar proizvođača BROOKFIELD USA. Reološki parametri poput plastične viskoznosti i napona smicanja gipsane suspenzije određivani su pomoću posude za uzorke MBT⁃40F⁃0046 i CC3⁃40 rotora, a podaci su obrađeni softverom RHE3000.

Karakteristike gipsane mješavine su u skladu s reološkim ponašanjem Binghamove tekućine, koje se obično proučava korištenjem Binghamovog modela. Međutim, zbog pseudoplastičnosti celuloznog etera dodanog polimerom modificiranom gipsu, mješavina suspenzije obično ima određeno svojstvo razrjeđivanja smicanjem. U ovom slučaju, modificirani Binghamov (M⁃B) model može bolje opisati reološku krivulju gipsa. Za proučavanje posmične deformacije gipsa, ovaj rad također koristi Herschel⁃Bulkley (H⁃B) model.

1.3 Test zadržavanja vode

Procedura ispitivanja se odnosi na GB/T28627⁃2012 Gips za žbukanje. Tokom eksperimenta sa temperaturom kao promenljivom, gips je prethodno zagrejan 1h unapred na odgovarajućoj temperaturi u pećnici, a mešana voda korišćena u eksperimentu je prethodno zagrejana 1h na odgovarajućoj temperaturi u vodenom kupatilu konstantne temperature, a instrument je korišćen. je prethodno zagrijana.

1.4 Ispitivanje hidrodinamičkog promjera

Hidrodinamički promjer (D50) asocijacije HPMC polimera u tekućoj fazi mjeren je pomoću dinamičkog analizatora veličine čestica raspršivanja svjetlosti (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Rezultati i diskusija

2.1 Reološka svojstva HPMC modificiranog gipsa

Prividna viskoznost je omjer posmičnog naprezanja i brzine smicanja koja djeluje na fluid i parametar je za karakterizaciju protoka nenjutnovskih fluida. Prividni viskozitet modifikovane gipsane suspenzije se menjao sa sadržajem celuloznog etra pod tri različite specifikacije (75000mPa·s, 100,000mPa·s i 200000mPa·s). Testna temperatura je bila 20 ℃. Kada je brzina smicanja reometra 14min-1, može se naći da se viskoznost gipsane suspenzije povećava sa povećanjem inkorporacije HPMC, a što je viskozitet HPMC veći, to će biti veći i viskozitet modificirane gipsane suspenzije. Ovo ukazuje da HPMC ima očigledan efekat zgušnjavanja i viskozifikacije na gipsanu suspenziju. Gipsana suspenzija i celulozni eter su supstance određenog viskoziteta. U modificiranoj mješavini gipsa, celulozni eter se adsorbira na površini proizvoda hidratacije gipsa, a mreža formirana celuloznim eterom i mreža formirana od mješavine gipsa se isprepliću, što rezultira “efektom superpozicije”, što značajno poboljšava ukupni viskozitet modificirani materijal na bazi gipsa.

Krivulje napona smicanja ⁃ čistog gipsa (G⁃H) i modificiranog gipsa (G⁃H) paste dopirane sa 75000mPa· s-HPMC, kao što je zaključeno iz revidiranog Bingham (M⁃B) modela. Može se utvrditi da s povećanjem brzine smicanja raste i posmično naprezanje smjese. Dobivene su vrijednosti plastičnog viskoziteta (ηp) i naprezanja tečenja (τ0) čistog gipsa i HPMC modificiranog gipsa na različitim temperaturama.

Iz vrijednosti plastične viskoznosti (ηp) i naprezanja tečenja (τ0) čistog gipsa i HPMC modificiranog gipsa na različitim temperaturama, može se vidjeti da će se napon tečenja HPMC modificiranog gipsa kontinuirano smanjivati ​​s porastom temperature, a prinos stres će se smanjiti za 33% na 60 ℃ u poređenju sa 20 ℃. Promatrajući krivulju plastičnog viskoziteta, može se ustanoviti da se i plastični viskozitet modificiranog gipsanog muljca također smanjuje s porastom temperature. Međutim, napon tečenja i plastični viskozitet čistog gipsanog mulja blago raste s porastom temperature, što ukazuje da je promjena reoloških parametara HPMC modificirane gipsane suspenzije u procesu povećanja temperature uzrokovana promjenom HPMC svojstava.

Vrijednost napona tečenja gipsane suspenzije odražava maksimalnu vrijednost napona na smicanje kada je suspenzija otporna na posmične deformacije. Što je veća vrijednost napona tečenja, gipsana suspenzija može biti stabilnija. Plastični viskozitet odražava brzinu deformacije gipsane suspenzije. Što je viskoznost plastike veća, to će biti duže vrijeme posmične deformacije suspenzije. Zaključno, dva reološka parametra HPMC modificirane gipsane suspenzije očito se smanjuju s povećanjem temperature, a učinak zgušnjavanja HPMC-a na gipsanu suspenziju je oslabljen.

Posmična deformacija suspenzije odnosi se na efekat posmičnog zgušnjavanja ili posmičnog stanjivanja koji reflektuje suspenzija kada je podvrgnuta sili smicanja. Učinak posmične deformacije suspenzije može se ocijeniti pseudoplastičnim indeksom n dobivenim iz krivulje uklapanja. Kada je n < 1, gipsana suspenzija pokazuje posmično razrjeđivanje, a stepen posmičnog razrjeđivanja gipsane suspenzije postaje veći sa smanjenjem n. Kada je n > 1, gipsana suspenzija je pokazala posmično zgušnjavanje, a stupanj posmičnog zgušnjavanja gipsane suspenzije se povećavao s povećanjem n. Reološke krivulje HPMC modificiranog gipsanog muljca na različitim temperaturama na osnovu Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modela fitinga, tako da se dobije pseudoplastični indeks n HPMC modificiranog gipsanog mulja.

Prema pseudoplastičnom indeksu n HPMC modificiranog gipsanog mulja, posmična deformacija gipsane suspenzije pomiješane s HPMC je posmično stanjivanje, a vrijednost n postepeno raste s porastom temperature, što ukazuje da će ponašanje smičnog stanjivanja HPMC modificiranog gipsa biti oslabljen u određenoj mjeri kada na njih utiče temperatura.

Na osnovu prividnih promjena viskoziteta modificirane gipsane suspenzije sa brzinom smicanja izračunate iz podataka o smičnom naprezanju od 75000 mPa· HPMC na različitim temperaturama, može se otkriti da se plastični viskozitet modificiranog gipsanog suspenzija brzo smanjuje s povećanjem brzine smicanja, koji potvrđuje rezultat uklapanja H⁃B modela. Modificirana gipsana suspenzija je pokazala karakteristike posmičnog stanjivanja. S povećanjem temperature, prividni viskozitet smjese opada do određene mjere pri niskoj brzini smicanja, što ukazuje da je oslabljen učinak posmičnog razrjeđivanja modificiranog gipsanog muljca.

U stvarnoj upotrebi gipsanog kita, potrebno je da se gipsana suspenzija lako deformiše u procesu trljanja i da ostane stabilna u mirovanju, što zahtijeva da gipsana kaša ima dobre karakteristike razrjeđivanja pri smicanju, a promjena smicanja HPMC modificiranog gipsa je rijetka. u određenoj mjeri, što ne pogoduje izgradnji gipsanih materijala. Viskoznost HPMC je jedan od važnih parametara, a ujedno i glavni razlog što igra ulogu zgušnjavanja kako bi se poboljšale varijabilne karakteristike protoka miješanja. Sam eter celuloze ima svojstva vrućeg gela, viskoznost njegove vodene otopine postepeno se smanjuje kako temperatura raste, a bijeli gel se taloži kada se postigne temperatura geliranja. Promjena reoloških parametara gipsa modificiranog eterom celuloze s temperaturom usko je povezana sa promjenom viskoziteta, jer je efekat zgušnjavanja rezultat superpozicije etera celuloze i miješane suspenzije. U praktičnom inženjeringu treba uzeti u obzir uticaj temperature okoline na performanse HPMC. Na primjer, temperaturu sirovina treba kontrolirati na visokim temperaturama ljeti kako bi se izbjegle loše radne performanse modificiranog gipsa uzrokovane visokom temperaturom.

2.2 Zadržavanje vode odHPMC modificirani gips

Zadržavanje vode gipsane suspenzije modificirane s tri različite specifikacije celuloznog etra mijenja se sa krivuljom doziranja. Sa povećanjem doze HPMC, stopa zadržavanja vode u gipsanoj suspenziji je značajno poboljšana, a trend povećanja postaje stabilan kada doza HPMC dostigne 0,3%. Konačno, stopa zadržavanja vode u gipsanoj suspenziji je stabilna na 90% ~ 95%. Ovo ukazuje da HPMC ima očigledan efekat zadržavanja vode na pastu od kamena, ali efekat zadržavanja vode nije značajno poboljšan kako doza nastavlja da raste. Tri specifikacije HPMC razlike u stopi zadržavanja vode nisu velike, na primjer, kada je sadržaj 0,3%, raspon stope zadržavanja vode je 5%, standardna devijacija je 2,2. HPMC sa najvećim viskozitetom nije najveća stopa zadržavanja vode, a HPMC sa najnižim viskozitetom nije najniža stopa zadržavanja vode. Međutim, u poređenju sa čistim gipsom, stopa zadržavanja vode tri HPMC za gipsanu suspenziju je značajno poboljšana, a stopa zadržavanja vode modifikovanog gipsa u sadržaju 0,3% je povećana za 95%, 106%, 97% u poređenju sa prazna kontrolna grupa. Eter celuloze očigledno može poboljšati zadržavanje vode u gipsanoj suspenziji. Sa povećanjem sadržaja HPMC, stopa zadržavanja vode u HPMC modificiranoj gipsanoj suspenziji različitog viskoziteta postepeno dostiže tačku zasićenja. 10000mPa·sHPMC je dostigao tačku zasićenja na 0,3%, 75000mPa·s i 20000mPa·s HPMC je dostigao tačku zasićenja na 0,2%. Rezultati pokazuju da se zadržavanje vode 75000mPa·s HPMC modificiranog gipsa mijenja s temperaturom pod različitim dozama. Sa smanjenjem temperature, stopa zadržavanja vode HPMC modificiranog gipsa postupno se smanjuje, dok stopa zadržavanja vode čistog gipsa u osnovi ostaje nepromijenjena, što ukazuje da povećanje temperature slabi učinak zadržavanja vode HPMC na gipsu. Stopa zadržavanja vode HPMC-a smanjena je za 31,5% kada se temperatura povećala sa 20 ℃ na 40 ℃. Kada temperatura poraste sa 40℃ na 60℃, stopa zadržavanja vode HPMC modifikovanog gipsa je u osnovi ista kao kod čistog gipsa, što ukazuje da je HPMC izgubio efekat poboljšanja zadržavanja vode gipsa u ovom trenutku. Jian Jian i Wang Peiming su predložili da sam eter celuloze ima fenomen termalnog gela, promjena temperature će dovesti do promjena u viskoznosti, morfologiji i adsorpciji etera celuloze, što će sigurno dovesti do promjena u performansama mješavine suspenzije. Bulichen je također otkrio da se dinamička viskoznost cementnih otopina koje sadrže HPMC smanjuje s povećanjem temperature.

Promjenu zadržavanja vode u mješavini uzrokovanu povećanjem temperature treba kombinovati sa mehanizmom celuloznog etra. Bulichen je objasnio mehanizam pomoću kojeg eter celuloze može zadržati vodu u cementu. U sistemima na bazi cementa, HPMC poboljšava stopu zadržavanja vode u suspenziji smanjujući propusnost „filterskog kolača“ formiranog od strane sistema za cementiranje. Određena koncentracija HPMC-a u tečnoj fazi će formirati nekoliko stotina nanometara do nekoliko mikrona koloidne asocijacije, koja ima određeni volumen polimerne strukture može efikasno začepiti kanal za prijenos vode u mješavini, smanjiti propusnost "filterskog kolača", za postizanje efikasnog zadržavanja vode. Bulichen je također pokazao da HPMCS u gipsu pokazuje isti mehanizam. Stoga, proučavanje hidromehaničkog promjera asocijacije koju formira HPMC u tekućoj fazi može objasniti učinak HPMC na zadržavanje vode u gipsu.

2.3 Hidrodinamički promjer HPMC koloidne asocijacije

Krive raspodjele čestica različitih koncentracija 75000mPa·s HPMC u tečnoj fazi i krive raspodjele čestica tri specifikacije HPMC u tečnoj fazi pri koncentraciji od 0,6%. Iz krivulje raspodjele čestica HPMC tri specifikacije u tečnoj fazi, kada je koncentracija 0,6% može se vidjeti da se s povećanjem koncentracije HPMC povećava i veličina čestica povezanih spojeva formiranih u tekućoj fazi. Kada je koncentracija niska, čestice nastale HPMC agregacijom su male, a samo mali dio HPMC agregira se u čestice veličine oko 100 nm. Kada je HPMC koncentracija 1%, postoji veliki broj koloidnih asocijacija sa hidrodinamičkim prečnikom od oko 300nm, što je važan znak molekularnog preklapanja. Ova struktura polimerizacije „velike zapremine“ može efikasno blokirati kanal za prenos vode u mešavini, smanjiti „propusnost kolača“, a odgovarajuće zadržavanje vode u mešavini gipsa pri ovoj koncentraciji je takođe veće od 90%. Hidromehanički prečnici HPMC sa različitim viskozitetima u tečnoj fazi su u osnovi isti, što objašnjava sličnu stopu zadržavanja vode HPMC modifikovane gipsane suspenzije sa različitim viskozitetima.

Krivulje raspodjele veličine čestica od 75000mPa·s HPMC sa koncentracijom od 1% na različitim temperaturama. Sa povećanjem temperature, očito se može naći raspadanje HPMC koloidne asocijacije. Na 40 ℃, veliki volumen asocijacije od 300 nm potpuno je nestao i razložio se na čestice male zapremine od 15 nm. Daljnjim povećanjem temperature HPMC postaje sve sitnije čestice, a zadržavanje vode u gipsanoj kaši potpuno se gubi.

Fenomen HPMC svojstava koja se mijenjaju s porastom temperature također je poznat kao svojstva vrućeg gela, postojeći zajednički stav je da će na niskoj temperaturi, HPMC makromolekule prvo raspršene u vodi da bi otopile otopinu, HPMC molekule u visokoj koncentraciji će formirati velike asocijacije čestica . Kada temperatura poraste, hidratacija HPMC-a je oslabljena, voda između lanaca se postepeno ispušta, jedinjenja velikih asocijacija se postupno raspršuju u male čestice, viskoznost otopine se smanjuje, a trodimenzionalna mrežasta struktura se formira kada geliranje temperatura se dostigne, a bijeli gel se istaloži.

Bodvik je otkrio da su mikrostruktura i adsorpciona svojstva HPMC u tečnoj fazi promijenjena. U kombinaciji s Bulichenovom teorijom HPMC koloidne asocijacije koja blokira kanal transporta vode u suspenziji, zaključeno je da je povećanje temperature dovelo do raspada HPMC koloidne asocijacije, što je rezultiralo smanjenjem zadržavanja vode modificiranog gipsa.

3. Zaključak

(1) Sam etar celuloze ima visok viskozitet i efekat "preklapanja" sa gipsanom suspenzijom, igrajući očigledan efekat zgušnjavanja. Na sobnoj temperaturi, efekat zgušnjavanja postaje očigledniji sa povećanjem viskoziteta i doze celuloznog etera. Međutim, s povećanjem temperature, viskoznost celuloznog etera opada, njegov učinak zgušnjavanja slabi, naprezanje smicanja i plastična viskoznost mješavine gipsa se smanjuje, pseudoplastičnost slabi, a konstrukcijska svojstva se pogoršavaju.

(2) Eter celuloze poboljšao je zadržavanje vode gipsa, ali s povećanjem temperature, zadržavanje vode modificiranog gipsa također se značajno smanjilo, čak i na 60 ℃ potpuno će izgubiti učinak zadržavanja vode. Stopa zadržavanja vode u gipsanoj suspenziji značajno je poboljšana celuloznim eterom, a stopa zadržavanja vode u HPMC modifikovanoj gipsanoj suspenziji različitog viskoziteta postepeno je dostigla tačku zasićenja sa povećanjem doze. Zadržavanje vode gipsa je općenito proporcionalno viskoznosti celuloznog etera, pri visokom viskoznosti ima mali učinak.

(3) Unutrašnji faktori koji mijenjaju zadržavanje vode celuloznog etra s temperaturom usko su povezani sa mikroskopskom morfologijom celuloznog etra u tečnoj fazi. Pri određenoj koncentraciji, celulozni eter ima tendenciju agregiranja da formira velike koloidne asocijacije, blokirajući kanal za transport vode gipsane mješavine kako bi se postiglo visoko zadržavanje vode. Međutim, s povećanjem temperature, zbog svojstva termičke gelacije samog celuloznog etera, prethodno formirana velika koloidna asocijacija se ponovo raspršuje, što dovodi do pada performansi zadržavanja vode.