Desenvolupament de nous èters de cel·lulosa HEMC per reduir l'aglomeració en guixos ruixats a màquina a base de guix

Desenvolupament de nous èters de cel·lulosa HEMC per reduir l'aglomeració en guixos ruixats a màquina a base de guix

El guix a base de guix (GSP) s'ha utilitzat àmpliament a Europa occidental des dels anys setanta. L'aparició de la polvorització mecànica ha millorat eficaçment l'eficiència de la construcció d'arrebossat alhora que ha reduït els costos de construcció. Amb l'aprofundiment de la comercialització de GSP, l'èter de cel·lulosa soluble en aigua s'ha convertit en un additiu clau. L'èter de cel·lulosa dota a GSP d'un bon rendiment de retenció d'aigua, la qual cosa limita l'absorció d'humitat del suport en el guix, obtenint així un temps de fraguat estable i bones propietats mecàniques. A més, la corba reològica específica de l'èter de cel·lulosa pot millorar l'efecte de la polvorització a màquina i simplificar significativament els processos posteriors d'anivellament i acabat de morter.

Malgrat els avantatges evidents dels èters de cel·lulosa en les aplicacions GSP, també pot contribuir potencialment a la formació de grumolls secs quan s'aplica. Aquests grumolls no mullats també es coneixen com a aglomeració o aglutinació, i poden afectar negativament l'anivellament i l'acabat del morter. L'aglomeració pot reduir l'eficiència del lloc i augmentar el cost de les aplicacions de productes de guix d'alt rendiment. Per tal d'entendre millor l'efecte dels èters de cel·lulosa en la formació de grumolls en GSP, vam realitzar un estudi per intentar identificar els paràmetres rellevants del producte que influeixen en la seva formació. A partir dels resultats d'aquest estudi, hem desenvolupat una sèrie de productes d'èter de cel·lulosa amb una tendència reduïda a l'aglomeració i els hem avaluat en aplicacions pràctiques.

Paraules clau: èter de cel·lulosa; guix en esprai de màquina de guix; velocitat de dissolució; morfologia de partícules

1. Introducció

Els èters de cel·lulosa solubles en aigua s'han utilitzat amb èxit en guixos a màquina (GSP) a base de guix per regular la demanda d'aigua, millorar la retenció d'aigua i millorar les propietats reològiques dels morters. Per tant, ajuda a millorar el rendiment del morter humit, assegurant així la resistència requerida del morter. A causa de les seves propietats comercialment viables i respectuoses amb el medi ambient, la barreja seca GSP s'ha convertit en un material de construcció d'interiors àmpliament utilitzat a tot Europa durant els últims 20 anys.

La maquinària per barrejar i polvoritzar GSP de mescla seca es comercialitza amb èxit durant dècades. Tot i que algunes característiques tècniques dels equips de diferents fabricants varien, totes les màquines de polvorització disponibles comercialment permeten un temps d'agitació molt limitat perquè l'aigua es barregi amb el morter de mescla en sec de guix que conté èter de cel·lulosa. En general, tot el procés de mescla només dura uns quants segons. Després de la barreja, el morter humit es bombeja a través de la mànega de lliurament i es ruixa a la paret del substrat. Tot el procés es completa en un minut. Tanmateix, en un període de temps tan curt, els èters de cel·lulosa s'han de dissoldre completament per desenvolupar plenament les seves propietats en l'aplicació. L'addició de productes d'èter de cel·lulosa finament mòlt a les formulacions de morter de guix garanteix la dissolució completa durant aquest procés de polvorització.

L'èter de cel·lulosa finament mòlt acumula consistència ràpidament en contacte amb l'aigua durant l'agitació al polvoritzador. El ràpid augment de la viscositat causat per la dissolució de l'èter de cel·lulosa provoca problemes amb la humectació concurrent d'aigua de les partícules de material cimentós de guix. A mesura que l'aigua comença a espessir-se, es torna menys fluida i no pot penetrar als petits porus entre les partícules de guix. Després de bloquejar l'accés als porus, el procés d'humectació de les partícules de material de ciment per l'aigua es retarda. El temps de barreja al polvoritzador va ser més curt que el temps necessari per mullar completament les partícules de guix, cosa que va provocar la formació de grumolls de pols seca al morter humit fresc. Un cop formats aquests grumolls, dificulten l'eficiència dels treballadors en els processos posteriors: l'anivellament del morter amb grumolls és molt molest i requereix més temps. Fins i tot després que el morter s'hagi fixat, poden aparèixer grumolls formats inicialment. Per exemple, cobrir els grups a l'interior durant la construcció provocarà l'aparició de zones fosques en l'etapa posterior, que no volem veure.

Encara que els èters de cel·lulosa s'han utilitzat com a additius en GSP durant molts anys, el seu efecte sobre la formació de grumolls no humits no s'ha estudiat gaire fins ara. Aquest article presenta un enfocament sistemàtic que es pot utilitzar per entendre la causa principal de l'aglomeració des d'una perspectiva de l'èter de cel·lulosa.

2. Motius per a la formació de grumolls no humits en GSP

2.1 La humectació dels guixos a base de guix

En les primeres etapes d'establiment del programa d'investigació, es van reunir una sèrie de possibles causes arrels per a la formació de grups al CSP. A continuació, mitjançant l'anàlisi assistida per ordinador, el problema se centra en si hi ha una solució tècnica pràctica. A través d'aquests treballs, es va seleccionar preliminarment la solució òptima per a la formació d'aglomerats en GSP. Tant per consideracions tècniques com comercials, es descarta la via tècnica de canviar la humectació de les partícules de guix pel tractament superficial. Des del punt de vista comercial, es descarta la idea de substituir l'equip existent per un equip de polvorització amb una cambra de mescla especialment dissenyada que permeti una suficient mescla d'aigua i morter.

Una altra opció és utilitzar agents humectants com a additius en les formulacions de guix de guix i ja hem trobat una patent per a això. No obstant això, l'addició d'aquest additiu afecta inevitablement negativament la treballabilitat del guix. Més important encara, canvia les propietats físiques del morter, especialment la duresa i la resistència. Així que no hi vam aprofundir massa. A més, també es considera que l'addició d'agents humectants pot tenir un impacte advers sobre el medi ambient.

Tenint en compte que l'èter de cel·lulosa ja forma part de la formulació de guix a base de guix, l'optimització de l'èter de cel·lulosa es converteix en la millor solució que es pot seleccionar. Al mateix temps, no ha d'afectar les propietats de retenció d'aigua ni afectar negativament les propietats reològiques del guix en ús. A partir de la hipòtesi proposada anteriorment que la generació de pols no mullades en GSP es deu a l'augment excessivament ràpid de la viscositat dels èters de cel·lulosa després del contacte amb l'aigua durant l'agitació, el control de les característiques de dissolució dels èters de cel·lulosa es va convertir en l'objectiu principal del nostre estudi. .

2.2 Temps de dissolució de l'èter de cel·lulosa

Una manera senzilla de frenar la velocitat de dissolució dels èters de cel·lulosa és utilitzar productes de grau granular. El principal desavantatge d'utilitzar aquest enfocament a GSP és que les partícules massa gruixudes no es dissolen completament dins de la curta finestra d'agitació de 10 segons del polvoritzador, la qual cosa comporta una pèrdua de retenció d'aigua. A més, la inflamació de l'èter de cel·lulosa no dissolt en la fase posterior provocarà un espessiment després de l'arrebossat i afectarà el rendiment de la construcció, que és el que no volem veure.

Una altra opció per reduir la velocitat de dissolució dels èters de cel·lulosa és reticular de manera reversible la superfície dels èters de cel·lulosa amb glioxal. Tanmateix, com que la reacció de reticulació està controlada pel pH, la velocitat de dissolució dels èters de cel·lulosa depèn molt del pH de la solució aquosa circumdant. El valor del pH del sistema GSP barrejat amb calç apagada és molt alt i els enllaços de reticulació del glioxal a la superfície s'obren ràpidament després de contactar amb l'aigua i la viscositat comença a augmentar a l'instant. Per tant, aquests tractaments químics no poden tenir un paper en el control de la velocitat de dissolució en GSP.

El temps de dissolució dels èters de cel·lulosa també depèn de la seva morfologia de partícules. Tanmateix, aquest fet no ha rebut gaire atenció fins ara, tot i que l'efecte és molt important. Tenen una velocitat de dissolució lineal constant [kg/(m2•s)], de manera que la seva dissolució i l'acumulació de viscositat són proporcionals a la superfície disponible. Aquesta taxa pot variar significativament amb els canvis en la morfologia de les partícules de cel·lulosa. En els nostres càlculs s'assumeix que la viscositat total (100%) s'aconsegueix després de 5 segons de mescla agitada.

Els càlculs de diferents morfologies de partícules van mostrar que les partícules esfèriques tenien una viscositat del 35% de la viscositat final a la meitat del temps de mescla. En el mateix període de temps, les partícules d'èter de cel·lulosa en forma de vareta només poden arribar al 10%. Les partícules en forma de disc van començar a dissoldre's després2,5 segons.

També s'inclouen les característiques de solubilitat ideals per als èters de cel·lulosa en GSP. Retarda l'acumulació de viscositat inicial durant més de 4,5 segons. Després, la viscositat va augmentar ràpidament fins a assolir la viscositat final en 5 segons després del temps de barreja d'agitació. A GSP, un temps de dissolució retardat tan llarg permet que el sistema tingui una viscositat baixa i l'aigua afegida pot mullar completament les partícules de guix i entrar als porus entre les partícules sense pertorbacions.

3. Morfologia de partícules de l'èter de cel·lulosa

3.1 Mesura de la morfologia de les partícules

Atès que la forma de les partícules d'èter de cel·lulosa té un impacte tan important en la solubilitat, primer cal determinar els paràmetres que descriuen la forma de les partícules d'èter de cel·lulosa i després identificar les diferències entre la no humectació La formació d'aglomerats és un paràmetre especialment rellevant. .

Hem obtingut la morfologia de partícules de l'èter de cel·lulosa mitjançant la tècnica d'anàlisi dinàmica d'imatges. La morfologia de partícules dels èters de cel·lulosa es pot caracteritzar completament mitjançant un analitzador d'imatges digitals SYMPATEC (fabricat a Alemanya) i eines d'anàlisi de programari específics. Es va trobar que els paràmetres de forma de partícules més importants eren la longitud mitjana de les fibres expressada com a LEFI (50,3) i el diàmetre mitjà expressat com a DIFI (50,3). Les dades de longitud mitjana de la fibra es consideren la longitud total d'una determinada partícula d'èter de cel·lulosa estesa.

Normalment, les dades de distribució de la mida de les partícules, com ara el diàmetre mitjà de la fibra DIFI, es poden calcular en funció del nombre de partícules (indicat per 0), longitud (indicat per 1), àrea (indicat per 2) o volum (indicat per 3). Totes les mesures de dades de partícules d'aquest document es basen en el volum i, per tant, s'indiquen amb un sufix 3. Per exemple, a DIFI(50,3), 3 significa la distribució del volum i 50 significa que el 50% de la corba de distribució de la mida de la partícula és més petit que el valor indicat i l'altre 50% és més gran que el valor indicat. Les dades de la forma de les partícules d'èter de cel·lulosa es donen en micròmetres (µm).

3.2 Èter de cel·lulosa després de l'optimització de la morfologia de les partícules

Tenint en compte l'efecte de la superfície de la partícula, el temps de dissolució de les partícules d'èter de cel·lulosa amb una forma de partícula semblant a una vareta depèn fortament del diàmetre mitjà de la fibra DIFI (50,3). Partint d'aquesta hipòtesi, el treball de desenvolupament d'èters de cel·lulosa es va dirigir a obtenir productes amb un diàmetre mitjà de fibra DIFI més gran (50,3) per millorar la solubilitat de la pols.

Tanmateix, no s'espera que un augment de la longitud mitjana de la fibra DIFI (50,3) vagi acompanyat d'un augment de la mida mitjana de les partícules. Augmentar tots dos paràmetres junts donarà lloc a partícules massa grans per dissoldre's completament dins del temps d'agitació típic de 10 segons de la polvorització mecànica.

Per tant, una hidroxietilmetilcel·lulosa (HEMC) ideal hauria de tenir un diàmetre mitjà de fibra DIFI més gran (50,3), mantenint la longitud mitjana de la fibra LEFI (50,3). Utilitzem un nou procés de producció d'èter de cel·lulosa per produir un HEMC millorat. La forma de partícula de l'èter de cel·lulosa soluble en aigua obtingut mitjançant aquest procés de producció és completament diferent de la forma de partícula de la cel·lulosa utilitzada com a matèria primera per a la producció. En altres paraules, el procés de producció permet que el disseny de la forma de partícules de l'èter de cel·lulosa sigui independent de les seves matèries primeres de producció.

Tres imatges de microscopi electrònic d'escaneig: una d'èter de cel·lulosa produïda pel procés estàndard i una d'èter de cel·lulosa produïda pel nou procés amb un diàmetre més gran de DIFI (50,3) que els productes d'eines de procés convencionals. També es mostra la morfologia de la cel·lulosa finament mòlta utilitzada en l'elaboració d'aquests dos productes.

Comparant les micrografies electròniques de cel·lulosa i èter de cel·lulosa produïdes pel procés estàndard, és fàcil trobar que les dues tenen característiques morfològiques similars. El gran nombre de partícules d'ambdues imatges presenta estructures típicament llargues i primes, cosa que suggereix que les característiques morfològiques bàsiques no han canviat fins i tot després que s'hagi produït la reacció química. És evident que les característiques de morfologia de partícules dels productes de reacció estan altament correlacionades amb les matèries primeres.

Es va trobar que les característiques morfològiques de l'èter de cel·lulosa produït pel nou procés són significativament diferents, té un DIFI de diàmetre mitjà més gran (50,3) i presenta principalment formes rodones de partícules curtes i gruixudes, mentre que les típiques partícules primes i llargues en matèries primeres cel·lulosos Gairebé extingits.

Aquesta figura mostra de nou que la morfologia de partícules dels èters de cel·lulosa produïts pel nou procés ja no està relacionada amb la morfologia de la matèria primera de cel·lulosa: ja no existeix el vincle entre la morfologia de la matèria primera i el producte final.

4. Efecte de la morfologia de partícules HEMC sobre la formació de cúmuls no humits en GSP

Es va provar GSP en condicions d'aplicació de camp per verificar que la nostra hipòtesi sobre el mecanisme de treball (que utilitzar un producte d'èter de cel·lulosa amb un DIFI de diàmetre mitjà més gran (50,3) reduiria l'aglomeració no desitjada) era correcta. En aquests experiments es van utilitzar HEMC amb diàmetres mitjans DIFI (50,3) que oscil·laven entre 37 µm i 52 µm. Per tal de minimitzar la influència de factors diferents de la morfologia de partícules, la base de guix i tots els altres additius es van mantenir sense canvis. La viscositat de l'èter de cel·lulosa es va mantenir constant durant la prova (60.000 mPa.s, solució aquosa al 2%, mesurada amb un reòmetre HAAKE).

En les proves d'aplicació es va utilitzar un polvoritzador de guix disponible comercialment (PFT G4). Centreu-vos a avaluar la formació de grumolls no humits de morter de guix immediatament després d'haver estat aplicat a la paret. L'avaluació de l'aglomeració en aquesta etapa al llarg del procés d'aplicació del guix revelarà millor les diferències en el rendiment del producte. A la prova, els treballadors experimentats van valorar la situació d'aglomeració, amb 1 el millor i 6 el pitjor.

Els resultats de la prova mostren clarament la correlació entre el diàmetre mitjà de fibra DIFI (50,3) i la puntuació de rendiment d'aglomeració. D'acord amb la nostra hipòtesi que els productes d'èter de cel·lulosa amb DIFI(50,3) més gran van superar els productes DIFI(50,3) més petits, la puntuació mitjana de DIFI(50,3) de 52 µm va ser de 2 (bo), mentre que els que tenien DIFI(50,3). 50,3) de 37µm i 40µm van puntuar 5 (falla).

Com esperàvem, el comportament d'aglomeració a les aplicacions GSP depèn significativament del diàmetre mitjà DIFI (50,3) de l'èter de cel·lulosa utilitzat. A més, es va esmentar en la discussió anterior que entre tots els paràmetres morfològics DIFI(50,3) va afectar fortament el temps de dissolució de pols d'èter de cel·lulosa. Això confirma que el temps de dissolució de l'èter de cel·lulosa, que està altament correlacionat amb la morfologia de les partícules, afecta finalment la formació de grups en GSP. Un DIFI més gran (50,3) provoca un temps de dissolució més llarg de la pols, que redueix significativament la possibilitat d'aglomeració. Tanmateix, un temps de dissolució de pols massa llarg farà que sigui difícil que l'èter de cel·lulosa es dissolgui completament dins del temps d'agitació de l'equip de polvorització.

El nou producte HEMC amb un perfil de dissolució optimitzat a causa d'un diàmetre mitjà de fibra més gran DIFI (50,3) no només té una millor humectació de la pols de guix (com es veu a l'avaluació d'aglomeració), sinó que tampoc afecta el rendiment de retenció d'aigua de el producte. La retenció d'aigua mesurada segons EN 459-2 era indistinguible dels productes HEMC de la mateixa viscositat amb DIFI(50,3) de 37 µm a 52 µm. Totes les mesures després de 5 minuts i 60 minuts es troben dins de l'interval requerit que es mostra al gràfic.

Tanmateix, també es va confirmar que si el DIFI (50,3) es fa massa gran, les partícules d'èter de cel·lulosa ja no es dissoldran completament. Això es va trobar en provar un producte DIFI (50,3) de 59 µM. Els resultats de la seva prova de retenció d'aigua després de 5 minuts i, sobretot, després de 60 minuts, no van complir el mínim requerit.

5. Resum

Els èters de cel·lulosa són additius importants en les formulacions GSP. El treball d'investigació i desenvolupament de productes aquí analitza la correlació entre la morfologia de partícules dels èters de cel·lulosa i la formació de grumolls no humits (l'anomenada agrupació) quan s'estan ruixant mecànicament. Es basa en el supòsit del mecanisme de treball que el temps de dissolució de la pols d'èter de cel·lulosa afecta la humectació de la pols de guix per l'aigua i, per tant, afecta la formació de grumolls.

El temps de dissolució depèn de la morfologia de les partícules de l'èter de cel·lulosa i es pot obtenir mitjançant eines d'anàlisi d'imatges digitals. A GSP, els èters de cel·lulosa amb un gran diàmetre mitjà de DIFI (50,3) tenen característiques de dissolució de pols optimitzades, permetent més temps perquè l'aigua mulli a fons les partícules de guix, permetent així una antiaglomeració òptima. Aquest tipus d'èter de cel·lulosa es produeix mitjançant un nou procés de producció i la seva forma de partícules no depèn de la forma original de la matèria primera per a la producció.

El diàmetre mitjà de fibra DIFI (50,3) té un efecte molt important sobre l'aglomeració, que s'ha verificat afegint aquest producte a una base de guix rociada a màquina disponible comercialment per a la polvorització in situ. A més, aquestes proves de polvorització de camp van confirmar els nostres resultats de laboratori: els productes d'èter de cel·lulosa de millor rendiment amb DIFI gran (50,3) eren completament solubles dins la finestra de temps d'agitació GSP. Per tant, el producte d'èter de cel·lulosa amb les millors propietats antiaglomerants després de millorar la forma de la partícula encara manté el rendiment original de retenció d'aigua.