Datblygu etherau cellwlos HEMC newydd i leihau crynhoad mewn plastrau gypswm wedi'u chwistrellu â pheiriant

Datblygu etherau cellwlos HEMC newydd i leihau crynhoad mewn plastrau gypswm wedi'u chwistrellu â pheiriant

Mae plastr wedi'i chwistrellu â pheiriant (GSP) seiliedig ar gypswm wedi'i ddefnyddio'n helaeth yng Ngorllewin Ewrop ers y 1970au. Mae ymddangosiad chwistrellu mecanyddol wedi gwella effeithlonrwydd adeiladu plastro yn effeithiol wrth leihau costau adeiladu. Gyda dyfnhau masnacheiddio GSP, mae ether cellwlos sy'n hydoddi mewn dŵr wedi dod yn ychwanegyn allweddol. Mae ether cellwlos yn rhoi perfformiad cadw dŵr da i GSP, sy'n cyfyngu ar amsugno lleithder y swbstrad yn y plastr, a thrwy hynny gael amser gosod sefydlog a phriodweddau mecanyddol da. Yn ogystal, gall cromlin rheolegol penodol ether cellwlos wella effaith chwistrellu peiriant a symleiddio'n sylweddol y prosesau lefelu a gorffen morter dilynol.

Er gwaethaf manteision amlwg etherau seliwlos mewn cymwysiadau GSP, gall hefyd gyfrannu at ffurfio lympiau sych wrth chwistrellu. Gelwir y twmpathau heb eu gwlychu hyn hefyd yn glwmpio neu gacen, a gallant effeithio'n andwyol ar lefelu a gorffeniad y morter. Gall crynhoad leihau effeithlonrwydd safle a chynyddu cost cymwysiadau cynnyrch gypswm perfformiad uchel. Er mwyn deall yn well effaith etherau cellwlos ar ffurfio lympiau mewn GSP, fe wnaethom gynnal astudiaeth i geisio nodi'r paramedrau cynnyrch perthnasol sy'n dylanwadu ar eu ffurfiant. Yn seiliedig ar ganlyniadau'r astudiaeth hon, rydym wedi datblygu cyfres o gynhyrchion ether seliwlos gyda llai o duedd i grynhoi a'u gwerthuso mewn cymwysiadau ymarferol.

Geiriau allweddol: ether seliwlos; plastr chwistrellu peiriant gypswm; cyfradd diddymu; morffoleg gronynnau

1. Rhagymadrodd

Mae etherau cellwlos sy'n hydoddi mewn dŵr wedi'u defnyddio'n llwyddiannus mewn plastrau wedi'u chwistrellu â pheiriant gypswm (GSP) i reoleiddio'r galw am ddŵr, gwella cadw dŵr a gwella priodweddau rheolegol morterau. Felly, mae'n helpu i wella perfformiad y morter gwlyb, a thrwy hynny sicrhau cryfder gofynnol y morter. Oherwydd ei briodweddau masnachol hyfyw ac ecogyfeillgar, mae cymysgedd sych GSP wedi dod yn ddeunydd adeiladu mewnol a ddefnyddir yn eang ledled Ewrop dros yr 20 mlynedd diwethaf.

Mae peiriannau ar gyfer cymysgu a chwistrellu GSP cymysg sych wedi'u masnacheiddio'n llwyddiannus ers degawdau. Er bod rhai nodweddion technegol offer gan weithgynhyrchwyr gwahanol yn amrywio, mae pob peiriant chwistrellu sydd ar gael yn fasnachol yn caniatáu amser cynnwrf cyfyngedig iawn i ddŵr gymysgu â morter cymysgedd sych gypswm sy'n cynnwys ether seliwlos. Yn gyffredinol, dim ond ychydig eiliadau y mae'r broses gymysgu gyfan yn ei gymryd. Ar ôl cymysgu, mae'r morter gwlyb yn cael ei bwmpio trwy'r bibell ddosbarthu a'i chwistrellu ar wal y swbstrad. Cwblheir y broses gyfan o fewn munud. Fodd bynnag, mewn cyfnod mor fyr, mae angen diddymu etherau cellwlos yn llwyr er mwyn datblygu eu priodweddau yn llawn yn y cais. Mae ychwanegu cynhyrchion ether seliwlos wedi'i falu'n fân at fformwleiddiadau morter gypswm yn sicrhau diddymiad llwyr yn ystod y broses chwistrellu hon.

Mae'r ether cellwlos wedi'i falu'n fân yn cronni cysondeb yn gyflym wrth ddod i gysylltiad â dŵr yn ystod cynnwrf yn y chwistrellwr. Mae'r cynnydd gludedd cyflym a achosir gan hydoddiad yr ether seliwlos yn achosi problemau gyda gwlychu dŵr cydamserol y gronynnau deunydd gypswm smentaidd. Wrth i'r dŵr ddechrau tewychu, mae'n dod yn llai hylif ac ni all dreiddio i'r mandyllau bach rhwng y gronynnau gypswm. Ar ôl i'r mynediad i'r mandyllau gael ei rwystro, mae proses wlychu'r gronynnau deunydd cementaidd gan ddŵr yn cael ei ohirio. Roedd yr amser cymysgu yn y chwistrellwr yn fyrrach na'r amser sydd ei angen i wlychu'r gronynnau gypswm yn llawn, a arweiniodd at ffurfio clystyrau powdr sych yn y morter gwlyb ffres. Unwaith y bydd y clystyrau hyn yn cael eu ffurfio, maent yn rhwystro effeithlonrwydd gweithwyr mewn prosesau dilynol: mae lefelu morter gyda chlympiau yn drafferthus iawn ac yn cymryd mwy o amser. Hyd yn oed ar ôl i'r morter setio, gall clystyrau a ffurfiwyd yn wreiddiol ymddangos. Er enghraifft, bydd gorchuddio'r clystyrau y tu mewn yn ystod y gwaith adeiladu yn arwain at ymddangosiad ardaloedd tywyll yn ddiweddarach, nad ydym am eu gweld.

Er bod etherau seliwlos wedi'u defnyddio fel ychwanegion mewn GSP ers blynyddoedd lawer, nid yw eu heffaith ar ffurfio lympiau heb ei wlychu wedi'i astudio llawer hyd yn hyn. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno dull systematig y gellir ei ddefnyddio i ddeall achos sylfaenol crynhoad o safbwynt ether cellwlos.

2. Rhesymau dros ffurfio clystyrau heb eu gwlychu yn GSP

2.1 Gwlychu plastrau plastr

Yn ystod camau cynnar sefydlu'r rhaglen ymchwil, casglwyd nifer o achosion sylfaenol posibl ar gyfer ffurfio clystyrau yn y PDC. Nesaf, trwy ddadansoddiad â chymorth cyfrifiadur, mae'r broblem yn canolbwyntio ar a oes ateb technegol ymarferol. Trwy'r gweithiau hyn, cafodd yr ateb gorau posibl i ffurfio crynoadau mewn GSP ei sgrinio allan yn gyntaf. O ystyriaethau technegol a masnachol, diystyrir y llwybr technegol o newid gwlychu gronynnau gypswm trwy driniaeth arwyneb. O safbwynt masnachol, diystyrir y syniad o newid yr offer presennol am offer chwistrellu gyda siambr gymysgu wedi'i dylunio'n arbennig a all sicrhau bod digon o ddŵr a morter yn cael ei gymysgu.

Opsiwn arall yw defnyddio cyfryngau gwlychu fel ychwanegion mewn fformwleiddiadau plastr gypswm a daethom o hyd i batent ar gyfer hyn eisoes. Fodd bynnag, mae ychwanegu'r ychwanegyn hwn yn anochel yn effeithio'n negyddol ar ymarferoldeb y plastr. Yn bwysicach fyth, mae'n newid priodweddau ffisegol y morter, yn enwedig caledwch a chryfder. Felly ni wnaethom ymchwilio'n rhy ddwfn iddo. Yn ogystal, ystyrir hefyd y gallai ychwanegu cyfryngau gwlychu gael effaith andwyol ar yr amgylchedd.

O ystyried bod ether seliwlos eisoes yn rhan o'r ffurfiad plastr sy'n seiliedig ar gypswm, mae optimeiddio ether seliwlos ei hun yn dod yn ateb gorau y gellir ei ddewis. Ar yr un pryd, ni ddylai effeithio ar eiddo cadw dŵr nac effeithio'n andwyol ar briodweddau rheolegol y plastr a ddefnyddir. Yn seiliedig ar y rhagdybiaeth a gynigiwyd yn flaenorol bod cynhyrchu powdrau heb eu gwlychu mewn GSP yn ganlyniad i'r cynnydd rhy gyflym yn gludedd etherau seliwlos ar ôl dod i gysylltiad â dŵr wrth ei droi, daeth rheoli nodweddion diddymu etherau seliwlos yn brif nod ein hastudiaeth. .

2.2 Amser hydoddi ether seliwlos

Ffordd hawdd o arafu cyfradd diddymu etherau cellwlos yw defnyddio cynhyrchion gradd gronynnog. Prif anfantais defnyddio'r dull hwn yn GSP yw nad yw gronynnau sy'n rhy fras yn hydoddi'n llwyr o fewn y ffenestr cynnwrf 10 eiliad byr yn y chwistrellwr, sy'n arwain at golli cadw dŵr. Yn ogystal, bydd chwyddo ether seliwlos heb ei hydoddi yn y cyfnod diweddarach yn arwain at dewychu ar ôl plastro ac yn effeithio ar y perfformiad adeiladu, sef yr hyn nad ydym am ei weld.

Opsiwn arall i leihau cyfradd diddymu etherau cellwlos yw croesgysylltu wyneb etherau cellwlos â glyoxal yn wrthdroadwy. Fodd bynnag, gan fod yr adwaith croesgysylltu wedi'i reoli gan pH, mae cyfradd diddymu etherau cellwlos yn dibynnu'n fawr ar pH yr hydoddiant dyfrllyd o'i amgylch. Mae gwerth pH y system GSP wedi'i gymysgu â chalch tawdd yn uchel iawn, ac mae'r bondiau trawsgysylltu o glyoxal ar yr wyneb yn cael eu hagor yn gyflym ar ôl cysylltu â dŵr, ac mae'r gludedd yn dechrau codi'n syth. Felly, ni all triniaethau cemegol o'r fath chwarae rhan wrth reoli'r gyfradd diddymu mewn GSP.

Mae amser diddymu etherau cellwlos hefyd yn dibynnu ar eu morffoleg gronynnau. Fodd bynnag, nid yw'r ffaith hon wedi cael llawer o sylw hyd yn hyn, er bod yr effaith yn arwyddocaol iawn. Mae ganddynt gyfradd hydoddi llinol gyson [kg/(m2•s)], felly mae eu diddymiad a'u crynhoad gludedd yn gymesur â'r arwyneb sydd ar gael. Gall y gyfradd hon amrywio'n sylweddol gyda newidiadau ym morffoleg y gronynnau cellwlos. Yn ein cyfrifiadau, rhagdybir y cyrhaeddir gludedd llawn (100%) ar ôl 5 eiliad o gymysgu troi.

Dangosodd cyfrifiadau o forffolegau gronynnau gwahanol fod gan ronynnau sfferig gludedd o 35% o'r gludedd terfynol ar hanner yr amser cymysgu. Yn yr un cyfnod, dim ond 10% y gall gronynnau ether cellwlos siâp gwialen gyrraedd 10%. Mae'r gronynnau siâp disg newydd ddechrau hydoddi ar ôl2.5 eiliad.

Mae nodweddion hydoddedd delfrydol ar gyfer etherau cellwlos yn GSP hefyd wedi'u cynnwys. Gohirio cronni gludedd cychwynnol am fwy na 4.5 eiliad. Wedi hynny, cynyddodd y gludedd yn gyflym i gyrraedd y gludedd terfynol o fewn 5 eiliad i'r amser cymysgu troi. Yn GSP, mae amser diddymu mor hir oedi yn caniatáu i'r system gael gludedd isel, a gall y dŵr ychwanegol wlychu'r gronynnau gypswm yn llawn a mynd i mewn i'r mandyllau rhwng y gronynnau heb aflonyddwch.

3. Morffoleg gronynnau ether cellwlos

3.1 Mesur morffoleg gronynnau

Gan fod siâp gronynnau ether cellwlos yn cael effaith mor sylweddol ar hydoddedd, yn gyntaf mae angen pennu'r paramedrau sy'n disgrifio siâp gronynnau ether cellwlos, ac yna i nodi'r gwahaniaethau rhwng nad ydynt yn wlychu Mae ffurfio crynoadau yn baramedr arbennig o berthnasol. .

Cawsom forffoleg gronynnau ether seliwlos trwy dechneg dadansoddi delweddau deinamig. Gellir nodweddu morffoleg gronynnau etherau cellwlos yn llawn gan ddefnyddio dadansoddwr delwedd ddigidol SYMPATEC (a wnaed yn yr Almaen) ac offer dadansoddi meddalwedd penodol. Canfuwyd mai'r paramedrau siâp gronynnau pwysicaf oedd hyd cyfartalog y ffibrau a fynegir fel LEFI (50,3) a'r diamedr cyfartalog wedi'i fynegi fel DIFI(50,3). Ystyrir mai data hyd cyfartalog ffibr yw hyd llawn gronyn ether cellwlos penodol.

Fel arfer gellir cyfrifo data dosbarthiad maint gronynnau fel diamedr ffibr cyfartalog DIFI yn seiliedig ar nifer y gronynnau (a ddynodir gan 0), hyd (a ddynodir gan 1), arwynebedd (a ddynodir gan 2) neu gyfaint (a ddynodir gan 3). Mae'r holl fesuriadau data gronynnau yn y papur hwn yn seiliedig ar gyfaint ac felly fe'u nodir ag ôl-ddodiad 3. Er enghraifft, yn DIFI (50,3), mae 3 yn golygu'r dosbarthiad cyfaint, ac mae 50 yn golygu bod 50% o gromlin dosbarthiad maint gronynnau yn llai na'r gwerth a nodir, ac mae'r 50% arall yn fwy na'r gwerth a nodir. Rhoddir data siâp gronynnau ether cellwlos mewn micromedrau (µm).

3.2 Ether cellwlos ar ôl optimeiddio morffoleg gronynnau

Gan ystyried effaith wyneb y gronynnau, mae amser diddymu gronynnau gronynnau ether cellwlos gyda siâp gronynnau tebyg i wialen yn dibynnu'n gryf ar y diamedr ffibr cyfartalog DIFI (50,3). Yn seiliedig ar y rhagdybiaeth hon, anelwyd gwaith datblygu ar etherau cellwlos at gael cynhyrchion â diamedr ffibr cyfartalog mwy DIFI (50,3) i wella hydoddedd y powdr.

Fodd bynnag, ni ddisgwylir y bydd cynnydd ym maint gronynnau cyfartalog yn cyd-fynd â chynnydd yn hyd ffibr cyfartalog DIFI(50,3). Bydd cynyddu'r ddau baramedr gyda'i gilydd yn arwain at ronynnau sy'n rhy fawr i'w diddymu'n llwyr o fewn yr amser cynnwrf nodweddiadol o 10 eiliad o chwistrellu mecanyddol.

Felly, dylai fod gan hydroxyethylmethylcellulose delfrydol (HEMC) ddiamedr ffibr cyfartalog mwy DIFI (50,3) tra'n cynnal hyd ffibr cyfartalog LEFI (50,3). Rydym yn defnyddio proses gynhyrchu ether seliwlos newydd i gynhyrchu HEMC gwell. Mae siâp gronynnau'r ether cellwlos sy'n hydoddi mewn dŵr a geir trwy'r broses gynhyrchu hon yn hollol wahanol i siâp gronynnau'r cellwlos a ddefnyddir fel y deunydd crai ar gyfer cynhyrchu. Mewn geiriau eraill, mae'r broses gynhyrchu yn caniatáu i ddyluniad siâp gronynnau ether seliwlos fod yn annibynnol ar ei ddeunyddiau crai cynhyrchu.

Tri delwedd microsgop electron sganio: un o ether seliwlos a gynhyrchir gan y broses safonol, ac un o ether seliwlos a gynhyrchir gan y broses newydd gyda diamedr mwy o DIFI (50,3) na chynhyrchion offer proses confensiynol. Dangosir hefyd morffoleg y seliwlos wedi'i falu'n fân a ddefnyddir i gynhyrchu'r ddau gynnyrch hyn.

Wrth gymharu'r micrograffau electron o ether seliwlos a seliwlos a gynhyrchir gan y broses safonol, mae'n hawdd canfod bod gan y ddau nodweddion morffolegol tebyg. Mae'r nifer fawr o ronynnau yn y ddwy ddelwedd yn arddangos strwythurau hir, tenau fel arfer, sy'n awgrymu nad yw'r nodweddion morffolegol sylfaenol wedi newid hyd yn oed ar ôl i'r adwaith cemegol ddigwydd. Mae'n amlwg bod cydberthynas fawr rhwng nodweddion morffoleg gronynnau'r cynhyrchion adwaith â'r deunyddiau crai.

Canfuwyd bod nodweddion morffolegol yr ether cellwlos a gynhyrchir gan y broses newydd yn sylweddol wahanol, mae ganddo ddiamedr cyfartalog mwy DIFI (50,3), ac yn bennaf mae'n cyflwyno siapiau gronynnau byr a thrwchus crwn, tra bod y gronynnau tenau a hir nodweddiadol mewn deunyddiau crai seliwlos Bron wedi darfod.

Mae'r ffigur hwn eto'n dangos nad yw morffoleg gronynnau'r etherau cellwlos a gynhyrchir gan y broses newydd bellach yn gysylltiedig â morffoleg y deunydd crai cellwlos - nid yw'r cysylltiad rhwng morffoleg y deunydd crai a'r cynnyrch terfynol yn bodoli mwyach.

4. Effaith morffoleg gronynnau HEMC ar ffurfio clystyrau heb eu gwlychu yn GSP

Profwyd GSP o dan amodau cais maes i wirio bod ein rhagdybiaeth am y mecanwaith gweithio (y byddai defnyddio cynnyrch ether cellwlos gyda diamedr cymedrig mwy DIFI (50,3) yn lleihau crynhoad diangen) yn gywir. Defnyddiwyd HEMCs gyda diamedrau cymedrig DIFI(50,3) yn amrywio o 37 µm i 52 µm yn yr arbrofion hyn. Er mwyn lleihau dylanwad ffactorau heblaw morffoleg gronynnau, cadwyd y sylfaen plastr gypswm a'r holl ychwanegion eraill heb eu newid. Cadwyd gludedd yr ether cellwlos yn gyson yn ystod y prawf (60,000mPa.s, hydoddiant dyfrllyd 2%, wedi'i fesur â rheomedr HAAKE).

Defnyddiwyd chwistrellwr gypswm sydd ar gael yn fasnachol (PFT G4) ar gyfer chwistrellu yn y treialon cais. Canolbwyntiwch ar werthuso ffurfiant clystyrau heb eu gwlychu o forter gypswm yn syth ar ôl iddo gael ei roi ar y wal. Bydd asesu clystyru ar y cam hwn drwy gydol y broses plastro yn datgelu gwahaniaethau ym mherfformiad y cynnyrch orau. Yn y prawf, rhoddodd gweithwyr profiadol radd i'r sefyllfa lletchwith, gydag 1 y gorau a 6 y gwaethaf.

Mae canlyniadau'r profion yn dangos yn glir y gydberthynas rhwng y diamedr ffibr cyfartalog DIFI (50,3) a'r sgôr perfformiad clwmpio. Yn gyson â'n rhagdybiaeth bod cynhyrchion ether cellwlos gyda DIFI (50,3) mwy yn perfformio'n well na chynhyrchion DIFI (50,3) llai, y sgôr cyfartalog ar gyfer DIFI (50,3) o 52 µm oedd 2 (da), tra bod y rhai â DIFI ( 50,3) o 37µm a 40µm yn sgorio 5 (methiant).

Fel y disgwyliwyd, mae'r ymddygiad clwmpio mewn cymwysiadau GSP yn dibynnu'n sylweddol ar ddiamedr cyfartalog DIFI (50,3) yr ether cellwlos a ddefnyddir. Ar ben hynny, crybwyllwyd yn y drafodaeth flaenorol bod DIFI (50,3) ymhlith yr holl baramedrau morffolegol wedi effeithio'n gryf ar amser diddymu powdrau ether cellwlos. Mae hyn yn cadarnhau bod amser diddymu ether cellwlos, sy'n cydberthyn yn fawr â morffoleg gronynnau, yn y pen draw yn effeithio ar ffurfio clystyrau yn GSP. Mae DIFI mwy (50,3) yn achosi amser diddymu hirach o'r powdr, sy'n lleihau'n sylweddol y siawns o grynhoad. Fodd bynnag, bydd amser diddymu powdr rhy hir yn ei gwneud hi'n anodd i'r ether seliwlos hydoddi'n llwyr o fewn amser troi'r offer chwistrellu.

Mae'r cynnyrch HEMC newydd gyda phroffil diddymu wedi'i optimeiddio oherwydd diamedr ffibr cyfartalog mwy DIFI (50,3) nid yn unig yn gwlychu'r powdr gypswm yn well (fel y gwelir yn y gwerthusiad clwmpio), ond nid yw hefyd yn effeithio ar berfformiad cadw dŵr. y cynnyrch. Nid oedd modd gwahaniaethu rhwng y cadw dŵr a fesurwyd yn unol ag EN 459-2 a chynhyrchion HEMC o'r un gludedd â DIFI(50,3) o 37µm i 52µm. Mae pob mesuriad ar ôl 5 munud a 60 munud yn dod o fewn yr ystod ofynnol a ddangosir yn y graff.

Fodd bynnag, cadarnhawyd hefyd, os bydd DIFI (50,3) yn mynd yn rhy fawr, ni fydd y gronynnau ether cellwlos bellach yn hydoddi'n llwyr. Darganfuwyd hyn wrth brofi cynnyrch DIFI(50,3) o 59 µM. Canlyniadau ei brawf cadw dŵr ar ôl 5 munud ac yn enwedig ar ôl 60 munud wedi methu â chyrraedd y lleiafswm gofynnol.

5. Crynodeb

Mae etherau cellwlos yn ychwanegion pwysig mewn fformwleiddiadau GSP. Mae'r gwaith ymchwil a datblygu cynnyrch yma yn edrych ar y gydberthynas rhwng morffoleg gronynnau etherau cellwlos a ffurfio clystyrau heb eu gwlychu (clwmpio fel y'u gelwir) wrth chwistrellu'n fecanyddol. Mae'n seiliedig ar ragdybiaeth y mecanwaith gweithio bod amser diddymu powdr ether cellwlos yn effeithio ar wlychu powdr gypswm gan ddŵr ac felly'n effeithio ar ffurfio clystyrau.

Mae'r amser diddymu yn dibynnu ar forffoleg gronynnau'r ether cellwlos a gellir ei gael gan ddefnyddio offer dadansoddi delwedd ddigidol. Yn GSP, mae etherau cellwlos â diamedr cyfartalog mawr o DIFI (50,3) wedi optimeiddio nodweddion diddymu powdr, gan ganiatáu mwy o amser i ddŵr wlychu'r gronynnau gypswm yn drylwyr, gan alluogi gwrth-grynhoad gorau posibl. Mae'r math hwn o ether cellwlos yn cael ei gynhyrchu gan ddefnyddio proses gynhyrchu newydd, ac nid yw ei ffurf gronynnau yn dibynnu ar ffurf wreiddiol y deunydd crai ar gyfer cynhyrchu.

Mae diamedr ffibr cyfartalog DIFI (50,3) yn cael effaith bwysig iawn ar glwmpio, sydd wedi'i wirio trwy ychwanegu'r cynnyrch hwn at sylfaen gypswm wedi'i chwistrellu â pheiriant sydd ar gael yn fasnachol ar gyfer chwistrellu ar y safle. At hynny, cadarnhaodd y profion chwistrellu maes hyn ein canlyniadau labordy: roedd y cynhyrchion ether cellwlos a berfformiodd orau gyda DIFI mawr (50,3) yn gwbl hydawdd o fewn y ffenestr amser o gynnwrf GSP. Felly, mae'r cynnyrch ether cellwlos gyda'r eiddo gwrth-cacen gorau ar ôl gwella'r siâp gronynnau yn dal i gynnal y perfformiad cadw dŵr gwreiddiol.