Desarrollo de nuevos éteres de celulosa HEMC para reducir la aglomeración en revoques proyectados a máquina a base de yeso

Desarrollo de nuevos éteres de celulosa HEMC para reducir la aglomeración en revoques proyectados a máquina a base de yeso

El yeso proyectado a máquina (GSP) a base de yeso se ha utilizado ampliamente en Europa occidental desde la década de 1970. La aparición de la pulverización mecánica ha mejorado eficazmente la eficiencia de la construcción con enlucido y al mismo tiempo ha reducido los costes de construcción. Con la profundización de la comercialización del GSP, el éter de celulosa soluble en agua se ha convertido en un aditivo clave. El éter de celulosa confiere al GSP un buen rendimiento de retención de agua, lo que limita la absorción de humedad del sustrato en el yeso, obteniendo así un tiempo de fraguado estable y buenas propiedades mecánicas. Además, la curva reológica específica del éter de celulosa puede mejorar el efecto de la pulverización mecánica y simplificar significativamente los procesos posteriores de nivelación y acabado del mortero.

A pesar de las ventajas obvias de los éteres de celulosa en aplicaciones GSP, también pueden contribuir potencialmente a la formación de grumos secos cuando se pulverizan. Estos grumos no húmedos también se conocen como aglutinantes o apelmazantes y pueden afectar negativamente la nivelación y el acabado del mortero. La aglomeración puede reducir la eficiencia del sitio y aumentar el costo de las aplicaciones de productos de yeso de alto rendimiento. Para comprender mejor el efecto de los éteres de celulosa en la formación de grumos en GSP, realizamos un estudio para intentar identificar los parámetros relevantes del producto que influyen en su formación. Con base en los resultados de este estudio, desarrollamos una serie de productos de éter de celulosa con una tendencia reducida a aglomerarse y los evaluamos en aplicaciones prácticas.

Palabras clave: éter de celulosa; yeso en aerosol para máquina de yeso; tasa de disolución; morfología de partículas

1. Introducción

Los éteres de celulosa solubles en agua se han utilizado con éxito en revoques proyectados a máquina (GSP) a base de yeso para regular la demanda de agua, mejorar la retención de agua y mejorar las propiedades reológicas de los morteros. Por tanto, ayuda a mejorar el rendimiento del mortero húmedo, asegurando así la resistencia requerida del mortero. Debido a sus propiedades comercialmente viables y respetuosas con el medio ambiente, la mezcla seca GSP se ha convertido en un material de construcción de interiores ampliamente utilizado en toda Europa durante los últimos 20 años.

La maquinaria para mezclar y pulverizar GSP en mezcla seca se ha comercializado con éxito durante décadas. Aunque algunas características técnicas de los equipos de diferentes fabricantes varían, todas las máquinas pulverizadoras disponibles comercialmente permiten un tiempo de agitación muy limitado para que el agua se mezcle con un mortero de mezcla seca de yeso que contiene éter de celulosa. Generalmente, todo el proceso de mezcla dura sólo unos segundos. Después de mezclar, el mortero húmedo se bombea a través de la manguera de suministro y se rocía sobre la pared del sustrato. Todo el proceso se completa en un minuto. Sin embargo, en un período de tiempo tan corto, los éteres de celulosa deben disolverse completamente para poder desarrollar plenamente sus propiedades en la aplicación. Agregar productos de éter de celulosa finamente molidos a las formulaciones de mortero de yeso garantiza una disolución completa durante este proceso de pulverización.

El éter de celulosa finamente molido adquiere consistencia rápidamente al entrar en contacto con el agua durante la agitación en el pulverizador. El rápido aumento de la viscosidad causado por la disolución del éter de celulosa causa problemas con la humectación simultánea con agua de las partículas de material cementoso de yeso. A medida que el agua comienza a espesarse, se vuelve menos fluida y no puede penetrar en los pequeños poros entre las partículas de yeso. Una vez bloqueado el acceso a los poros, se retrasa el proceso de humectación de las partículas de material cementoso por el agua. El tiempo de mezclado en el rociador fue más corto que el tiempo requerido para humedecer completamente las partículas de yeso, lo que resultó en la formación de grumos de polvo seco en el mortero húmedo fresco. Una vez formados estos grumos, dificultan la eficacia de los trabajadores en procesos posteriores: nivelar el mortero con grumos es muy problemático y requiere más tiempo. Incluso después de que el mortero haya fraguado, pueden aparecer grumos formados inicialmente. Por ejemplo, cubrir los grumos del interior durante la construcción dará lugar a la aparición de zonas oscuras en la etapa posterior, que no queremos ver.

Aunque los éteres de celulosa se han utilizado como aditivos en GSP durante muchos años, hasta ahora no se ha estudiado mucho su efecto sobre la formación de grumos no humedecidos. Este artículo presenta un enfoque sistemático que puede utilizarse para comprender la causa fundamental de la aglomeración desde la perspectiva del éter de celulosa.

2. Razones de la formación de grumos no humedecidos en GSP

2.1 Humectación de revoques a base de yeso

En las primeras etapas del establecimiento del programa de investigación, se reunieron una serie de posibles causas fundamentales para la formación de grumos en el CSP. A continuación, mediante un análisis asistido por ordenador, el problema se centra en si existe una solución técnica práctica. A través de estos trabajos se ha podido seleccionar preliminarmente la solución óptima para la formación de aglomerados en GSP. Por consideraciones tanto técnicas como comerciales, se descarta la vía técnica de cambiar la humectación de las partículas de yeso mediante un tratamiento superficial. Desde un punto de vista comercial, se descarta la idea de sustituir el equipo existente por un equipo de pulverización con una cámara de mezcla especialmente diseñada que pueda garantizar una mezcla suficiente de agua y mortero.

Otra opción es utilizar agentes humectantes como aditivos en formulaciones de yeso y ya encontramos una patente para esto. Sin embargo, la adición de este aditivo afecta inevitablemente negativamente a la trabajabilidad del yeso. Más importante aún, cambia las propiedades físicas del mortero, especialmente la dureza y resistencia. Así que no profundizamos demasiado en ello. Además, también se considera que la adición de agentes humectantes puede tener un impacto adverso sobre el medio ambiente.

Teniendo en cuenta que el éter de celulosa ya forma parte de la formulación del yeso a base de yeso, la optimización del éter de celulosa se convierte en la mejor solución que se puede seleccionar. Al mismo tiempo, no debe afectar a las propiedades de retención de agua ni afectar negativamente a las propiedades reológicas del yeso en uso. Basado en la hipótesis previamente propuesta de que la generación de polvos no humedecidos en GSP se debe al aumento excesivamente rápido en la viscosidad de los éteres de celulosa después del contacto con el agua durante la agitación, controlar las características de disolución de los éteres de celulosa se convirtió en el principal objetivo de nuestro estudio. .

2.2 Tiempo de disolución del éter de celulosa

Una forma sencilla de reducir la velocidad de disolución de los éteres de celulosa es utilizar productos de calidad granular. La principal desventaja de utilizar este enfoque en GSP es que las partículas que son demasiado gruesas no se disuelven completamente dentro del breve período de agitación de 10 segundos en el pulverizador, lo que conduce a una pérdida de retención de agua. Además, la hinchazón del éter de celulosa no disuelto en la etapa posterior provocará un espesamiento después del enlucido y afectará el rendimiento de la construcción, que es lo que no queremos ver.

Otra opción para reducir la velocidad de disolución de los éteres de celulosa es reticular reversiblemente la superficie de los éteres de celulosa con glioxal. Sin embargo, dado que la reacción de reticulación está controlada por el pH, la velocidad de disolución de los éteres de celulosa depende en gran medida del pH de la solución acuosa circundante. El valor de pH del sistema GSP mezclado con cal apagada es muy alto y los enlaces cruzados del glioxal en la superficie se abren rápidamente después de entrar en contacto con el agua y la viscosidad comienza a aumentar instantáneamente. Por lo tanto, dichos tratamientos químicos no pueden desempeñar ningún papel en el control de la velocidad de disolución en GSP.

El tiempo de disolución de los éteres de celulosa también depende de la morfología de sus partículas. Sin embargo, este hecho no ha recibido mucha atención hasta el momento, aunque el efecto es muy significativo. Tienen una velocidad de disolución lineal constante [kg/(m2•s)], por lo que su disolución y acumulación de viscosidad son proporcionales a la superficie disponible. Esta tasa puede variar significativamente con cambios en la morfología de las partículas de celulosa. En nuestros cálculos se supone que la viscosidad total (100%) se alcanza después de 5 segundos de agitación.

Los cálculos de diferentes morfologías de partículas mostraron que las partículas esféricas tenían una viscosidad del 35% de la viscosidad final a la mitad del tiempo de mezclado. En el mismo periodo de tiempo, las partículas de éter de celulosa en forma de varillas sólo pueden alcanzar el 10%. Las partículas en forma de disco comenzaron a disolverse después2,5 segundos.

También se incluyen características de solubilidad ideales para los éteres de celulosa en GSP. Retrase la acumulación de viscosidad inicial durante más de 4,5 segundos. Después, la viscosidad aumentó rápidamente para alcanzar la viscosidad final dentro de los 5 segundos del tiempo de agitación y mezcla. En GSP, un tiempo de disolución retardado tan prolongado permite que el sistema tenga una viscosidad baja y el agua añadida puede mojar completamente las partículas de yeso y entrar en los poros entre las partículas sin perturbaciones.

3. Morfología de las partículas del éter de celulosa.

3.1 Medición de la morfología de partículas.

Dado que la forma de las partículas de éter de celulosa tiene un impacto tan significativo en la solubilidad, primero es necesario determinar los parámetros que describen la forma de las partículas de éter de celulosa y luego identificar las diferencias entre la no humectación. La formación de aglomerados es un parámetro particularmente relevante. .

Obtuvimos la morfología de las partículas de éter de celulosa mediante la técnica de análisis dinámico de imágenes. La morfología de las partículas de éteres de celulosa se puede caracterizar completamente utilizando un analizador de imágenes digital SYMPATEC (fabricado en Alemania) y herramientas de análisis de software específicas. Se encontró que los parámetros de forma de partículas más importantes eran la longitud promedio de las fibras expresada como LEFI (50,3) y el diámetro promedio expresado como DIFI (50,3). Se considera que los datos de longitud promedio de la fibra son la longitud total de una determinada partícula de éter de celulosa extendida.

Normalmente, los datos de distribución del tamaño de partículas, como el diámetro medio de fibra DIFI, se pueden calcular en función del número de partículas (indicado por 0), longitud (indicado por 1), área (indicado por 2) o volumen (indicado por 3). Todas las mediciones de datos de partículas en este documento se basan en el volumen y, por lo tanto, se indican con un sufijo 3. Por ejemplo, en DIFI(50,3), 3 significa la distribución de volumen y 50 significa que el 50% de la curva de distribución del tamaño de partículas es menor que el valor indicado y el otro 50% es mayor que el valor indicado. Los datos sobre la forma de las partículas de éter de celulosa se dan en micrómetros (μm).

3.2 Éter de celulosa después de la optimización de la morfología de las partículas.

Teniendo en cuenta el efecto de la superficie de la partícula, el tiempo de disolución de las partículas de éter de celulosa con forma de partícula en forma de varilla depende en gran medida del diámetro medio de la fibra DIFI (50,3). Partiendo de este supuesto, el trabajo de desarrollo de éteres de celulosa tuvo como objetivo obtener productos con un diámetro medio de fibra DIFI mayor (50,3) para mejorar la solubilidad del polvo.

Sin embargo, no se espera que un aumento en la longitud promedio de la fibra DIFI(50,3) vaya acompañado de un aumento en el tamaño promedio de las partículas. El aumento conjunto de ambos parámetros dará como resultado partículas demasiado grandes para disolverse completamente dentro del tiempo de agitación típico de 10 segundos de la pulverización mecánica.

Por lo tanto, una hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) ideal debería tener un diámetro de fibra promedio mayor DIFI(50,3) manteniendo la longitud promedio de fibra LEFI(50,3). Utilizamos un nuevo proceso de producción de éter de celulosa para producir un HEMC mejorado. La forma de las partículas del éter de celulosa soluble en agua obtenido mediante este proceso de producción es completamente diferente de la forma de las partículas de la celulosa utilizada como materia prima para la producción. En otras palabras, el proceso de producción permite que el diseño de la forma de las partículas del éter de celulosa sea independiente de sus materias primas de producción.

Tres imágenes de microscopio electrónico de barrido: una del éter de celulosa producido mediante el proceso estándar y otra del éter de celulosa producido mediante el nuevo proceso con un diámetro mayor de DIFI(50,3) que los productos de herramientas de proceso convencionales. También se muestra la morfología de la celulosa finamente molida utilizada en la producción de estos dos productos.

Al comparar las micrografías electrónicas de la celulosa y el éter de celulosa producidas mediante el proceso estándar, es fácil encontrar que los dos tienen características morfológicas similares. La gran cantidad de partículas en ambas imágenes exhiben estructuras típicamente largas y delgadas, lo que sugiere que las características morfológicas básicas no han cambiado incluso después de que ha tenido lugar la reacción química. Está claro que las características morfológicas de las partículas de los productos de reacción están altamente correlacionadas con las materias primas.

Se encontró que las características morfológicas del éter de celulosa producido por el nuevo proceso son significativamente diferentes, tiene un diámetro promedio DIFI mayor (50,3), y presenta principalmente formas de partículas redondas, cortas y gruesas, mientras que las típicas partículas delgadas y largas en materias primas de celulosa Casi extinto.

Esta figura muestra nuevamente que la morfología de las partículas de los éteres de celulosa producidos por el nuevo proceso ya no está relacionada con la morfología de la materia prima de celulosa: el vínculo entre la morfología de la materia prima y el producto final ya no existe.

4. Efecto de la morfología de las partículas HEMC en la formación de grumos no humedecidos en GSP

GSP se probó en condiciones de aplicación de campo para verificar que nuestra hipótesis sobre el mecanismo de trabajo (que el uso de un producto de éter de celulosa con un diámetro medio DIFI (50,3) mayor reduciría la aglomeración no deseada) era correcta. En estos experimentos se utilizaron HEMC con diámetros medios DIFI (50,3) que oscilaban entre 37 µm y 52 µm. Para minimizar la influencia de factores distintos a la morfología de las partículas, la base de yeso y todos los demás aditivos se mantuvieron sin cambios. La viscosidad del éter de celulosa se mantuvo constante durante el ensayo (60.000 mPa.s, solución acuosa al 2 %, medida con un reómetro HAAKE).

Para la pulverización en las pruebas de aplicación se utilizó un pulverizador de yeso disponible en el mercado (PFT G4). Concéntrese en evaluar la formación de grumos no humedecidos de mortero de yeso inmediatamente después de su aplicación a la pared. La evaluación de la aglomeración en esta etapa durante todo el proceso de aplicación del yeso revelará mejor las diferencias en el desempeño del producto. En la prueba, trabajadores experimentados calificaron la situación de aglomeración, siendo 1 la mejor y 6 la peor.

Los resultados de la prueba muestran claramente la correlación entre el diámetro promedio de la fibra DIFI (50,3) y la puntuación del rendimiento de aglomeración. De acuerdo con nuestra hipótesis de que los productos de éter de celulosa con DIFI(50,3) más grande superaron a los productos DIFI(50,3) más pequeños, la puntuación promedio para DIFI(50,3) de 52 µm fue 2 (bueno), mientras que aquellos con DIFI( 50,3) de 37 µm y 40 µm obtuvieron una puntuación de 5 (reprobado).

Como esperábamos, el comportamiento de aglomeración en aplicaciones GSP depende significativamente del diámetro promedio DIFI(50,3) del éter de celulosa utilizado. Además, se mencionó en la discusión anterior que entre todos los parámetros morfológicos, DIFI (50,3) afectó fuertemente el tiempo de disolución de los polvos de éter de celulosa. Esto confirma que el tiempo de disolución del éter de celulosa, que está altamente correlacionado con la morfología de las partículas, afecta en última instancia a la formación de grumos en GSP. Un DIFI mayor (50,3) provoca un mayor tiempo de disolución del polvo, lo que reduce significativamente la posibilidad de aglomeración. Sin embargo, un tiempo de disolución del polvo demasiado prolongado dificultará que el éter de celulosa se disuelva completamente dentro del tiempo de agitación del equipo de pulverización.

El nuevo producto HEMC con un perfil de disolución optimizado debido a un mayor diámetro promedio de fibra DIFI(50,3) no sólo tiene una mejor humectación del yeso en polvo (como se ve en la evaluación de aglomeración), sino que tampoco afecta el rendimiento de retención de agua de el producto. La retención de agua medida según EN 459-2 fue indistinguible de productos HEMC de la misma viscosidad con DIFI(50,3) de 37 µm a 52 µm. Todas las mediciones después de 5 minutos y 60 minutos se encuentran dentro del rango requerido que se muestra en el gráfico.

Sin embargo, también se confirmó que si DIFI(50,3) se vuelve demasiado grande, las partículas de éter de celulosa ya no se disolverán por completo. Esto se encontró al probar un producto DIFI(50,3) de 59 µM. Los resultados de su prueba de retención de agua después de 5 minutos y especialmente después de 60 minutos no cumplieron con el mínimo requerido.

5. Resumen

Los éteres de celulosa son aditivos importantes en las formulaciones de GSP. El trabajo de investigación y desarrollo de productos analiza la correlación entre la morfología de las partículas de los éteres de celulosa y la formación de grumos no humedecidos (el llamado clumping) cuando se pulverizan mecánicamente. Se parte de la suposición del mecanismo de trabajo de que el tiempo de disolución del polvo de éter de celulosa afecta a la humectación del polvo de yeso por el agua y, por tanto, afecta a la formación de grumos.

El tiempo de disolución depende de la morfología de las partículas del éter de celulosa y se puede obtener utilizando herramientas de análisis de imágenes digitales. En GSP, los éteres de celulosa con un gran diámetro promedio de DIFI (50,3) tienen características de disolución del polvo optimizadas, lo que permite más tiempo para que el agua humedezca completamente las partículas de yeso, lo que permite una antiaglomeración óptima. Este tipo de éter de celulosa se produce mediante un nuevo proceso de producción y su forma de partículas no depende de la forma original de la materia prima para la producción.

El diámetro medio de fibra DIFI (50,3) tiene un efecto muy importante sobre la aglutinación, lo que se ha verificado añadiendo este producto a una base de yeso pulverizado a máquina disponible comercialmente para pulverización in situ. Además, estas pruebas de pulverización de campo confirmaron nuestros resultados de laboratorio: los productos de éter de celulosa de mejor rendimiento con un gran DIFI (50,3) fueron completamente solubles dentro del intervalo de tiempo de agitación GSP. Por lo tanto, el producto de éter de celulosa con las mejores propiedades antiaglomerantes después de mejorar la forma de las partículas aún mantiene el rendimiento de retención de agua original.