Uute HEMC tsellulooseetrite väljatöötamine kipsipõhiste masinaga pihustatud krohvide aglomeratsiooni vähendamiseks

Uute HEMC tsellulooseetrite väljatöötamine kipsipõhiste masinaga pihustatud krohvide aglomeratsiooni vähendamiseks

Kipsipõhist masinaga pihustatud krohvi (GSP) on Lääne-Euroopas laialdaselt kasutatud alates 1970. aastatest. Mehaanilise pihustamise tekkimine on tõhusalt parandanud krohvimiskonstruktsioonide efektiivsust, vähendades samal ajal ehituskulusid. GSP turustamise süvenedes on vees lahustuv tsellulooseeter muutunud oluliseks lisandiks. Tsellulooseeter annab GSP-le hea veepidavuse, mis piirab aluspinna niiskuse imendumist krohvis, saavutades seeläbi stabiilse tardumisaja ja head mehaanilised omadused. Lisaks võib tsellulooseetri spetsiifiline reoloogiline kõver parandada masinpihustamise mõju ja oluliselt lihtsustada järgnevaid mördi tasandus- ja viimistlusprotsesse.

Hoolimata tselluloosi eetrite ilmsetest eelistest GSP-rakendustes, võib see pihustamise ajal ka potentsiaalselt kaasa aidata kuivade tükkide tekkele. Neid niisutamata tükke tuntakse ka kui klompimist või paakumist ning need võivad negatiivselt mõjutada mördi tasandamist ja viimistlust. Aglomeratsioon võib vähendada saidi tõhusust ja suurendada suure jõudlusega kipsitoodete rakenduste kulusid. Selleks, et paremini mõista tselluloosi eetrite mõju GSP-s tükkide tekkele, viisime läbi uuringu, et püüda tuvastada nende teket mõjutavad asjakohased tooteparameetrid. Selle uuringu tulemuste põhjal töötasime välja rea ​​tsellulooseetri tooteid, millel on vähenenud kalduvus aglomeerida, ja hindasime neid praktilistes rakendustes.

Võtmesõnad: tselluloosi eeter; kipsmasina pihustuskrohv; lahustumiskiirus; osakeste morfoloogia

1. Sissejuhatus

Veeslahustuvaid tselluloosi eetreid on edukalt kasutatud kipsipõhistes masinpihustuskrohvides (GSP) veevajaduse reguleerimiseks, veepeetuse parandamiseks ja mörtide reoloogiliste omaduste parandamiseks. Seetõttu aitab see parandada märja mördi jõudlust, tagades seeläbi mördi vajaliku tugevuse. Tänu oma äriliselt tasuvatele ja keskkonnasõbralikele omadustele on kuivsegu GSP muutunud viimase 20 aasta jooksul laialdaselt kasutatavaks siseehitusmaterjaliks kogu Euroopas.

Kuivsegu GSP segamise ja pihustamise masinaid on edukalt turustatud aastakümneid. Kuigi erinevate tootjate seadmete mõned tehnilised omadused on erinevad, võimaldavad kõik müügil olevad pihustusmasinad väga piiratud segamisaega, et vesi seguneks tsellulooseetrit sisaldava kipsi kuivsegumördiga. Üldiselt võtab kogu segamisprotsess vaid mõne sekundi. Pärast segamist pumbatakse märg mört läbi väljastusvooliku ja pihustatakse aluspinna seinale. Kogu protsess viiakse lõpule minuti jooksul. Kuid nii lühikese aja jooksul tuleb tsellulooseetrid täielikult lahustada, et nende omadused rakenduses täielikult välja areneksid. Peeneks jahvatatud tsellulooseetri toodete lisamine kipsmördi koostistele tagab selle pihustusprotsessi ajal täieliku lahustumise.

Peeneks jahvatatud tsellulooseeter tekitab pihusti segamisel veega kokkupuutel kiiresti konsistentsi. Tsellulooseetri lahustumisest põhjustatud kiire viskoossuse tõus põhjustab probleeme kipsi tsemendimaterjali osakeste samaaegsel veeniiskumisel. Kui vesi hakkab paksenema, muutub see vähem vedelaks ega suuda tungida kipsiosakeste vahele jäävatesse väikestesse pooridesse. Pärast seda, kui juurdepääs pooridele on blokeeritud, viibib tsemendimaterjali osakeste niisutamine vee toimel. Segamisaeg pihustis oli lühem kui aeg, mis kulus kipsiosakeste täielikuks niisutamiseks, mille tulemusena tekkisid värskes märjas mördis kuiva pulbri tükid. Kui need tükid on moodustunud, takistavad need töötajate efektiivsust järgmistes protsessides: mördi tasandamine tükkidega on väga tülikas ja võtab rohkem aega. Isegi pärast mördi tahkumist võivad ilmneda algselt moodustunud tükid. Näiteks sees olevate tükkide katmine ehituse ajal toob kaasa tumedate alade ilmumise hilisemas etapis, mida me ei taha näha.

Kuigi tsellulooseetreid on GSP-s lisandina kasutatud juba aastaid, ei ole nende mõju niisutamata tükkide tekkele seni eriti uuritud. See artikkel tutvustab süstemaatilist lähenemisviisi, mida saab kasutada aglomeratsiooni algpõhjuse mõistmiseks tsellulooseetri vaatenurgast.

2. GSP-s niisutamata tükkide moodustumise põhjused

2.1 Krohvipõhiste krohvide niisutamine

Uurimisprogrammi loomise varases staadiumis pandi kokku mitmeid võimalikke algpõhjuseid, mis võivad CSP-s klompide moodustumist põhjustada. Järgmisena keskendutakse arvutipõhise analüüsi abil probleemile, kas on olemas praktiline tehniline lahendus. Nende tööde kaudu sõeluti esialgselt välja optimaalne lahendus aglomeraatide tekkeks GSP-s. Nii tehnilistest kui ka kaubanduslikest kaalutlustest lähtuvalt on välistatud tehniline viis kipsiosakeste märgumise muutmiseks pinnatöötlusega. Kaubanduslikust vaatenurgast on välistatud idee olemasolevate seadmete asendamiseks pritsimisseadmega, millel on spetsiaalselt projekteeritud segamiskamber, mis suudab tagada piisava vee ja mördi segunemise.

Teine võimalus on kasutada kipskrohvi koostistes lisandina märgavaid aineid ja me leidsime sellele juba patendi. Selle lisandi lisamine mõjutab aga paratamatult negatiivselt krohvi töödeldavust. Veelgi olulisem on see, et see muudab mördi füüsikalisi omadusi, eriti kõvadust ja tugevust. Nii et me ei süvenenud sellesse liiga sügavalt. Lisaks arvatakse, et märgavate ainete lisamine võib kahjustada keskkonda.

Arvestades, et tsellulooseeter on juba osa kipsipõhisest krohvi koostisest, saab tsellulooseetri enda optimeerimisest parim lahendus, mida saab valida. Samas ei tohi see mõjutada kasutatava krohvi veepidavuse omadusi ega kahjustada reoloogilisi omadusi. Lähtudes eelnevalt välja pakutud hüpoteesist, et mittemärgutavate pulbrite teke GSP-s on tingitud tselluloosi eetrite viskoossuse liiga kiirest tõusust pärast kokkupuudet veega segamise ajal, sai meie uuringu peamiseks eesmärgiks tselluloosi eetrite lahustumisomaduste kontrollimine. .

2.2 Tsellulooseetri lahustumisaeg

Lihtne viis tselluloosi eetrite lahustumiskiirust aeglustada on kasutada granuleeritud tooteid. Selle lähenemisviisi GSP-s kasutamise peamine puudus on see, et liiga jämedad osakesed ei lahustu pihusti lühikese 10-sekundilise segamisakna jooksul täielikult, mis põhjustab veepeetuse kadumise. Lisaks põhjustab lahustumata tsellulooseetri paisumine hilisemas etapis pärast krohvimist paksenemist ja mõjutab konstruktsiooni jõudlust, mida me ei taha näha.

Teine võimalus tsellulooseetrite lahustumiskiiruse vähendamiseks on tsellulooseetrite pinna pöörduv ristsidumine glüoksaaliga. Kuna aga ristsidumise reaktsioon on kontrollitud pH-ga, sõltub tsellulooseetrite lahustumiskiirus suuresti ümbritseva vesilahuse pH-st. Kustutatud lubjaga segatud GSP-süsteemi pH väärtus on väga kõrge ning pinnal olevad glüoksaali ristsiduvad sidemed avanevad kiiresti pärast kokkupuudet veega ning viskoossus hakkab koheselt tõusma. Seetõttu ei saa sellised keemilised töötlused GSP-s lahustumiskiiruse kontrollimisel rolli mängida.

Tsellulooseetrite lahustumisaeg sõltub ka nende osakeste morfoloogiast. Sellele asjaolule pole aga seni erilist tähelepanu pööratud, kuigi mõju on väga märkimisväärne. Neil on konstantne lineaarne lahustumiskiirus [kg/(m2•s)], seega on nende lahustumine ja viskoossuse suurenemine võrdelised olemasoleva pinnaga. See kiirus võib oluliselt erineda sõltuvalt tselluloosiosakeste morfoloogia muutustest. Meie arvutustes eeldatakse, et täielik viskoossus (100%) saavutatakse pärast 5-sekundilist segamist.

Erinevate osakeste morfoloogiate arvutused näitasid, et sfääriliste osakeste viskoossus oli poole segamisaja juures 35% lõplikust viskoossusest. Samal perioodil võivad vardakujulised tsellulooseetri osakesed ulatuda vaid 10% -ni. Kettakujulised osakesed hakkasid alles pärast seda lahustuma2,5 sekundit.

Kaasatud on ka tselluloosi eetrite ideaalsed lahustuvusnäitajad GSP-s. Viivitada esialgse viskoossuse kogunemisega rohkem kui 4,5 sekundit. Seejärel suurenes viskoossus kiiresti, et saavutada lõplik viskoossus 5 sekundi jooksul pärast segamist. GSP-s võimaldab selline pikk viivitatud lahustumisaeg süsteemil olla madala viskoossusega ning lisatud vesi suudab kipsiosakesed täielikult märjaks teha ja osakeste vahele jäävatesse pooridesse segamatult siseneda.

3. Tsellulooseetri osakeste morfoloogia

3.1 Osakeste morfoloogia mõõtmine

Kuna tsellulooseetri osakeste kuju mõjutab oluliselt lahustuvust, tuleb esmalt määrata tsellulooseetri osakeste kuju kirjeldavad parameetrid ja seejärel teha kindlaks erinevused mittemärgumise vahel. Eriti oluline parameeter on aglomeraatide moodustumine. .

Saime tsellulooseetri osakeste morfoloogia dünaamilise pildianalüüsi tehnikaga. Tsellulooseetrite osakeste morfoloogiat saab täielikult iseloomustada digitaalse pildianalüsaatori SYMPATEC (valmistatud Saksamaal) ja spetsiaalsete tarkvaraanalüüsi tööriistade abil. Leiti, et kõige olulisemad osakeste kuju parameetrid on kiudude keskmine pikkus, väljendatuna LEFI(50,3) ja keskmine läbimõõt, väljendatud ühikuga DIFI(50,3). Kiu keskmise pikkusega andmeteks loetakse teatud laiali laotatud tsellulooseetri osakese täispikkus.

Tavaliselt võib osakeste suuruse jaotuse andmeid, nagu kiu keskmine läbimõõt DIFI, arvutada osakeste arvu (tähistatakse 0), pikkuse (tähistatakse 1), pindala (tähistatakse 2) või mahu (tähistatud 3-ga) põhjal. Kõik selles artiklis esitatud osakeste andmete mõõtmised põhinevad mahul ja on seetõttu tähistatud järelliitega 3. Näiteks DIFI(50,3) puhul tähendab 3 mahujaotust ja 50, et 50% osakeste suuruse jaotuse kõverast on näidatud väärtusest väiksem ja ülejäänud 50% on näidatud väärtusest suurem. Tsellulooseetri osakeste kuju andmed on antud mikromeetrites (µm).

3.2 Tsellulooseeter pärast osakeste morfoloogia optimeerimist

Võttes arvesse osakese pinna mõju, sõltub pulgakujulise osakese kujuga tsellulooseetri osakeste osakeste lahustumisaeg tugevalt keskmisest kiu läbimõõdust DIFI (50,3). Sellest eeldusest lähtudes oli tsellulooseetrite arendustöö suunatud suurema keskmise kiu läbimõõduga DIFI (50,3) toodete saamisele, et parandada pulbri lahustuvust.

Siiski ei eeldata, et keskmise kiu pikkuse DIFI(50,3) suurenemisega kaasne osakeste keskmise suuruse suurenemine. Mõlema parameetri koos suurendamine toob kaasa osakesed, mis on liiga suured, et mehaanilise pihustamise tüüpilise 10-sekundilise segamisaja jooksul täielikult lahustuda.

Seetõttu peaks ideaalsel hüdroksüetüülmetüültselluloosil (HEMC) olema suurem keskmine kiu läbimõõt DIFI(50,3), säilitades samal ajal keskmise kiu pikkuse LEFI(50,3). Kasutame täiustatud HEMC tootmiseks uut tsellulooseetri tootmisprotsessi. Selle tootmisprotsessi käigus saadud vees lahustuva tsellulooseetri osakeste kuju erineb täielikult tootmise toorainena kasutatava tselluloosi osakeste kujust. Teisisõnu võimaldab tootmisprotsess olla tsellulooseetri osakeste kuju sõltumatu selle tootmise toorainest.

Kolm skaneerivat elektronmikroskoobi kujutist: üks standardmeetodil toodetud tsellulooseetrist ja üks uue protsessiga toodetud tsellulooseetrist, mille DIFI(50,3) läbimõõt on suurem kui tavapärastel protsessitööriistadel. Samuti on näidatud nende kahe toote valmistamisel kasutatud peeneks jahvatatud tselluloosi morfoloogia.

Võrreldes standardmeetodil toodetud tselluloosi ja tsellulooseetri elektronmikrograafe, on lihtne leida, et neil kahel on sarnased morfoloogilised omadused. Mõlema pildi osakeste suurel arvul on tavaliselt pikad õhukesed struktuurid, mis viitab sellele, et põhilised morfoloogilised tunnused ei ole muutunud isegi pärast keemilise reaktsiooni toimumist. On selge, et reaktsioonisaaduste osakeste morfoloogilised omadused on tugevas korrelatsioonis toorainega.

Leiti, et uue protsessiga toodetud tsellulooseetri morfoloogilised omadused on oluliselt erinevad, sellel on suurem keskmine läbimõõt DIFI (50,3) ning peamiselt ümarad lühikesed ja paksud osakesed, tüüpilised õhukesed ja pikad osakesed. tselluloosi tooraines Peaaegu väljasurnud.

See joonis näitab taas, et uue protsessiga toodetud tselluloosi eetrite osakeste morfoloogia ei ole enam seotud tselluloosi tooraine morfoloogiaga – seost tooraine morfoloogia ja lõpptoote vahel enam ei eksisteeri.

4. HEMC osakeste morfoloogia mõju niisutamata tükkide tekkele GSP-s

GSP-d testiti välitingimustes, et kontrollida, kas meie hüpotees töömehhanismi kohta (et suurema keskmise läbimõõduga DIFI (50,3) tsellulooseetri toote kasutamine vähendab soovimatut aglomeratsiooni) oli õige. Nendes katsetes kasutati HEMC-sid keskmise läbimõõduga DIFI(50,3) vahemikus 37 µm kuni 52 µm. Et minimeerida muude tegurite kui osakeste morfoloogia mõju, jäeti kipskrohvi alus ja kõik muud lisandid muutumatuks. Tsellulooseetri viskoossust hoiti katse ajal konstantsena (60 000 mPa.s, 2% vesilahus, mõõdetud HAAKE reomeetriga).

Kasutuskatsetes kasutati pihustamiseks kaubanduslikult saadavat kipsipihustit (PFT G4). Keskenduge kipsmördi niisutamata tükkide moodustumise hindamisele kohe pärast selle seinale kandmist. Kogu krohvi pealekandmisprotsessi käigus antud klombumise hindamine näitab kõige paremini erinevusi toote toimimises. Testis hindasid kogenud töötajad klompimise olukorda, kusjuures 1 oli parim ja 6 halvim.

Katsetulemused näitavad selgelt korrelatsiooni keskmise kiu läbimõõdu DIFI (50,3) ja kokkukleepumise tulemuslikkuse skoori vahel. Kooskõlas meie hüpoteesiga, et suurema DIFI(50,3) tsellulooseetri tooted ületasid väiksemaid DIFI(50,3) tooteid, oli 52 µm DIFI(50,3) keskmine tulemus 2 (hea), samas kui DIFI(50,3) puhul oli keskmine tulemus 2 (hea). 50,3) 37 µm ja 40 µm said 5 (tõrge).

Nagu eeldasime, sõltub GSP-rakenduste kokkukleepumise käitumine oluliselt kasutatud tsellulooseetri keskmisest läbimõõdust DIFI (50, 3). Veelgi enam, eelmises arutelus mainiti, et kõigi morfoloogiliste parameetrite hulgas mõjutas DIFI(50,3) tugevalt tsellulooseetri pulbrite lahustumisaega. See kinnitab, et tsellulooseetri lahustumisaeg, mis on tugevalt korrelatsioonis osakeste morfoloogiaga, mõjutab lõpuks GSP-s tükkide moodustumist. Suurem DIFI (50,3) põhjustab pulbri pikema lahustumisaja, mis vähendab oluliselt aglomeratsiooni võimalust. Kuid liiga pikk pulbri lahustumisaeg raskendab tsellulooseetri täielikku lahustumist pihustusseadmete segamisaja jooksul.

Uus HEMC toode, millel on optimeeritud lahustumisprofiil tänu suuremale keskmisele kiu läbimõõdule DIFI(50,3), mitte ainult ei niisuta paremini kipsipulbrit (nagu on näha klombumise hindamisel), vaid ei mõjuta ka kiu veepidavust. toode. Vastavalt standardile EN 459-2 mõõdetud veepeetus ei olnud eristatav HEMC toodetest, mille viskoossus on DIFI(50,3) vahemikus 37 µm kuni 52 µm. Kõik mõõtmised pärast 5 minutit ja 60 minutit jäävad graafikul näidatud nõutavasse vahemikku.

Samas leidis ka kinnitust, et kui DIFI(50,3) muutub liiga suureks, ei lahustu tsellulooseetri osakesed enam täielikult. See leiti 59 µM toote DIFI(50,3) testimisel. Selle veepeetuse testi tulemused pärast 5 minutit ja eriti pärast 60 minutit ei vastanud nõutavale miinimumile.

5. Kokkuvõte

Tselluloosi eetrid on GSP preparaatides olulised lisandid. Siinne uurimis- ja tootearendustöö vaatleb korrelatsiooni tsellulooseetrite osakeste morfoloogia ja mehaanilisel pihustamisel niisutamata tükkide moodustumise (nn klombumise) vahel. See põhineb töömehhanismi eeldusel, et tsellulooseetri pulbri lahustumisaeg mõjutab kipsipulbri märgumist vee toimel ja mõjutab seega tükkide teket.

Lahustumisaeg sõltub tsellulooseetri osakeste morfoloogiast ja seda saab saada digitaalse pildianalüüsi tööriistade abil. GSP-s on suure keskmise läbimõõduga DIFI (50,3) tsellulooseetritel optimeeritud pulbri lahustumisomadused, mis annab veele rohkem aega kipsiosakeste põhjalikuks niisutamiseks, võimaldades seega optimaalset aglomeratsioonivastast toimet. Seda tüüpi tsellulooseetrit toodetakse uue tootmisprotsessi abil ja selle osakeste vorm ei sõltu tootmiseks kasutatava tooraine algsest vormist.

Kiudude keskmisel läbimõõdul DIFI (50,3) on väga oluline mõju kleepumisele, mida on tõestatud selle toote lisamisega müügilolevale masinaga pihustatud kipsialusele kohapeal pritsimiseks. Lisaks kinnitasid need välipihustustestid meie laboratoorseid tulemusi: parimate tulemustega tsellulooseetri tooted suure DIFI-ga (50,3) lahustuvad täielikult GSP segamise ajaaknas. Seetõttu säilitab tsellulooseetri toode, millel on parimad paakumisvastased omadused pärast osakeste kuju parandamist, endiselt esialgse veepidavuse.