Uusien HEMC-selluloosaeettereiden kehittäminen agglomeroitumisen vähentämiseksi kipsipohjaisissa koneruiskutetuissa laastareissa

Uusien HEMC-selluloosaeettereiden kehittäminen agglomeroitumisen vähentämiseksi kipsipohjaisissa koneruiskutetuissa laastareissa

Kipsipohjaista koneruiskutettua kipsiä (GSP) on käytetty laajalti Länsi-Euroopassa 1970-luvulta lähtien. Mekaanisen ruiskutuksen ilmaantuminen on parantanut tehokkaasti rappausrakentamisen tehokkuutta ja samalla alentanut rakennuskustannuksia. GSP:n kaupallistamisen syvenemisen myötä vesiliukoisesta selluloosaeetteristä on tullut keskeinen lisäaine. Selluloosaeetteri antaa GSP:lle hyvän vedenpidätyskyvyn, mikä rajoittaa alustan kosteuden imeytymistä rappaukseen, jolloin saavutetaan vakaa kovettumisaika ja hyvät mekaaniset ominaisuudet. Lisäksi selluloosaeetterin erityinen reologinen käyrä voi parantaa koneruiskutuksen vaikutusta ja yksinkertaistaa merkittävästi myöhempiä laastin tasoitus- ja viimeistelyprosesseja.

Huolimatta selluloosaeettereiden ilmeisistä eduista GSP-sovelluksissa, se voi myös mahdollisesti edistää kuivien kokkarien muodostumista ruiskutettaessa. Näitä kostumattomia kokkareita kutsutaan myös paakkuuntumiseksi tai paakkuuntumiseksi, ja ne voivat vaikuttaa haitallisesti laastin tasoittamiseen ja viimeistelyyn. Agglomeraatio voi vähentää paikan tehokkuutta ja nostaa korkean suorituskyvyn kipsituotesovellusten kustannuksia. Ymmärtääksemme paremmin selluloosaeetterien vaikutusta kokkarien muodostumiseen GSP:ssä, teimme tutkimuksen, jonka tarkoituksena oli tunnistaa asiaankuuluvat tuoteparametrit, jotka vaikuttavat niiden muodostumiseen. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella kehitimme sarjan selluloosaeetterituotteita, joilla on vähentynyt taipumus agglomeroitua, ja arvioimme niitä käytännön sovelluksissa.

Avainsanat: selluloosaeetteri; kipsi kone spray kipsi; liukenemisnopeus; hiukkasten morfologia

1. Johdanto

Vesiliukoisia selluloosaeettereitä on käytetty menestyksekkäästi kipsipohjaisissa koneruiskutuslaastareissa (GSP) säätelemään veden tarvetta, parantamaan vedenpidätyskykyä ja parantamaan laastien reologisia ominaisuuksia. Siksi se auttaa parantamaan märän laastin suorituskykyä ja varmistamaan siten laastin vaaditun lujuuden. Kaupallisesti kannattavien ja ympäristöystävällisten ominaisuuksiensa ansiosta GSP-kuivasekoituksesta on tullut laajalti käytetty sisustusrakennusmateriaali kaikkialla Euroopassa viimeisen 20 vuoden aikana.

Kuivasekoitus-GSP:n sekoitus- ja ruiskutuskoneita on kaupallistettu menestyksekkäästi vuosikymmeniä. Vaikka jotkin eri valmistajien laitteiden tekniset ominaisuudet vaihtelevat, kaikki kaupallisesti saatavilla olevat ruiskukoneet sallivat hyvin rajoitetun sekoitusajan veden sekoittumiseen selluloosaeetteriä sisältävään kipsikuivasekoituslaastiin. Yleensä koko sekoitusprosessi kestää vain muutaman sekunnin. Sekoituksen jälkeen märkä laasti pumpataan syöttöletkun läpi ja ruiskutetaan alustan seinälle. Koko prosessi valmistuu minuutissa. Kuitenkin niin lyhyessä ajassa selluloosaeetterit on liuotettava täysin, jotta niiden ominaisuudet kehittyvät täysin sovelluksessa. Hienoksi jauhettujen selluloosaeetterituotteiden lisääminen kipsilaastikoostumuksiin varmistaa täydellisen liukenemisen tämän ruiskutusprosessin aikana.

Hienoksi jauhettu selluloosaeetteri muodostaa sakeutta nopeasti joutuessaan kosketuksiin veden kanssa ruiskussa sekoitettaessa. Selluloosaeetterin liukenemisen aiheuttama nopea viskositeetin nousu aiheuttaa ongelmia kipsisementtimäisten materiaalihiukkasten samanaikaisessa vesikostutuksessa. Kun vesi alkaa sakeutua, se muuttuu vähemmän nestemäiseksi eikä pääse tunkeutumaan kipsihiukkasten välisiin pieniin huokosiin. Sen jälkeen, kun huokosten pääsy on estetty, sementtimäisten materiaalihiukkasten veden kostutusprosessi viivästyy. Sekoitusaika ruiskussa oli lyhyempi kuin aika, joka vaadittiin kipsihiukkasten täydelliseen kastumiseen, mikä johti kuivajauhemöykkyjen muodostumiseen tuoreeseen märään laastiin. Kun nämä paakut ovat muodostuneet, ne haittaavat työntekijöiden tehokkuutta myöhemmissä prosesseissa: laastin tasoitus kokkareilla on erittäin hankalaa ja vie enemmän aikaa. Senkin jälkeen, kun laasti on kovettunut, alun perin muodostuneita kokkareita saattaa näkyä. Esimerkiksi sisällä olevien möhkäleiden peittäminen rakentamisen aikana johtaa myöhemmässä vaiheessa tummien alueiden ilmaantumiseen, joita emme halua nähdä.

Vaikka selluloosaeettereitä on käytetty lisäaineina GSP:ssä useiden vuosien ajan, niiden vaikutusta kostumattomien kokkareiden muodostumiseen ei ole toistaiseksi paljoa tutkittu. Tässä artikkelissa esitetään systemaattinen lähestymistapa, jota voidaan käyttää agglomeroitumisen perimmäisen syyn ymmärtämiseen selluloosaeetterin näkökulmasta.

2. Syyt kastumattomien kokkarien muodostumiseen GSP:ssä

2.1 Kipsipohjaisten laastarien kostutus

Tutkimusohjelman perustamisen alkuvaiheessa koottiin useita mahdollisia perimmäisiä syitä möhkäleiden muodostumiseen CSP:ssä. Seuraavaksi tietokoneavusteisen analyysin avulla ongelma keskittyy siihen, onko olemassa käytännön teknistä ratkaisua. Näiden töiden kautta selvitettiin alustavasti optimaalinen ratkaisu agglomeraattien muodostumiselle GSP:ssä. Sekä teknisistä että kaupallisista syistä on poissuljettu tekninen tapa muuttaa kipsihiukkasten kostumista pintakäsittelyllä. Kaupallisesta näkökulmasta ajatus olemassa olevien laitteiden korvaamisesta ruiskutuslaitteistolla, jossa on erityisesti suunniteltu sekoituskammio, joka pystyy varmistamaan riittävän veden ja laastin sekoittumisen.

Toinen vaihtoehto on käyttää kostutusaineita lisäaineina kipsivalmisteissa, ja tälle olemme jo löytäneet patentin. Tämän lisäaineen lisääminen vaikuttaa kuitenkin väistämättä negatiivisesti kipsin työstettävyyteen. Vielä tärkeämpää on, että se muuttaa laastin fysikaalisia ominaisuuksia, erityisesti kovuutta ja lujuutta. Emme siis perehtyneet siihen liian syvällisesti. Lisäksi kostutusaineiden lisäämisellä katsotaan mahdollisesti olevan haitallisia ympäristövaikutuksia.

Ottaen huomioon, että selluloosaeetteri on jo osa kipsipohjaista kipsikoostumusta, itse selluloosaeetterin optimoinnista tulee paras valittavissa oleva ratkaisu. Samalla se ei saa vaikuttaa käytössä olevan kipsin vedenpidätysominaisuuksiin tai haitallisesti reologisiin ominaisuuksiin. Aiemmin ehdotetun hypoteesin perusteella, että kostumattomien jauheiden syntyminen GSP:ssä johtuu selluloosaeettereiden viskositeetin liian nopeasta noususta sen jälkeen, kun se joutui kosketuksiin veden kanssa sekoittamisen aikana, selluloosaeetterien liukenemisominaisuuksien kontrolloinnista tuli tutkimuksemme päätavoitteena. .

2.2 Selluloosaeetterin liukenemisaika

Helppo tapa hidastaa selluloosaeetterien liukenemisnopeutta on käyttää rakeisia tuotteita. Suurin haitta tämän lähestymistavan käytössä GSP:ssä on se, että liian karkeat hiukkaset eivät liukene kokonaan ruiskun lyhyen 10 sekunnin sekoitusikkunan sisällä, mikä johtaa vedenpidätyskyvyn menetykseen. Lisäksi liukenemattoman selluloosaeetterin turpoaminen myöhemmässä vaiheessa johtaa rapauksen jälkeiseen paksuuntumiseen ja vaikuttaa rakentamisen suorituskykyyn, jota emme halua nähdä.

Toinen vaihtoehto selluloosaeettereiden liukenemisnopeuden alentamiseksi on silloittaa selluloosaeetterien pinta reversiibelisti glyoksaalilla. Koska silloitusreaktio on kuitenkin pH-säädelty, selluloosaeettereiden liukenemisnopeus riippuu suuresti ympäröivän vesiliuoksen pH:sta. Sammutettuun kalkkiin sekoitetun GSP-järjestelmän pH-arvo on erittäin korkea, ja pinnalla olevat glyoksaalin silloittavat sidokset avautuvat nopeasti joutuessaan kosketuksiin veden kanssa ja viskositeetti alkaa nousta välittömästi. Siksi tällaisilla kemiallisilla käsittelyillä ei voi olla merkitystä GSP:n liukenemisnopeuden säätelyssä.

Selluloosaeetterien liukenemisaika riippuu myös niiden hiukkasten morfologiasta. Tämä tosiasia ei kuitenkaan ole toistaiseksi saanut paljon huomiota, vaikka vaikutus on erittäin merkittävä. Niillä on vakio lineaarinen liukenemisnopeus [kg/(m2•s)], joten niiden liukeneminen ja viskositeetin muodostuminen ovat verrannollisia käytettävissä olevaan pintaan. Tämä nopeus voi vaihdella merkittävästi selluloosahiukkasten morfologian muutosten mukaan. Laskelmissamme oletetaan, että täysi viskositeetti (100 %) saavutetaan 5 sekunnin sekoituksen jälkeen.

Eri hiukkasten morfologioiden laskelmat osoittivat, että pallomaisten hiukkasten viskositeetti oli 35 % lopullisesta viskositeetista puolella sekoitusajasta. Samaan aikaan sauvan muotoiset selluloosaeetterihiukkaset voivat saavuttaa vain 10 %. Kiekon muotoiset hiukkaset alkoivat vasta liueta sen jälkeen2,5 sekuntia.

Mukana on myös ihanteelliset liukoisuusominaisuudet selluloosaeettereille GSP:ssä. Viivytä alkuperäisen viskositeetin muodostumista yli 4,5 sekuntia. Sen jälkeen viskositeetti nousi nopeasti saavuttaakseen lopullisen viskositeetin 5 sekunnissa sekoitusajan jälkeen. GSP:ssä tällainen pitkä viivästetty liukenemisaika mahdollistaa järjestelmän alhaisen viskositeetin, ja lisätty vesi voi täysin kastella kipsihiukkaset ja päästä hiukkasten välisiin huokosiin ilman häiriöitä.

3. Selluloosaeetterin hiukkasten morfologia

3.1 Hiukkasten morfologian mittaus

Koska selluloosaeetterihiukkasten muodolla on niin merkittävä vaikutus liukoisuuteen, on ensin määritettävä selluloosaeetterihiukkasten muotoa kuvaavat parametrit ja sitten selvitettävä erot kastumattomien välillä. Agglomeraattien muodostuminen on erityisen tärkeä parametri. .

Saimme selluloosaeetterin hiukkasmorfologian dynaamisella kuva-analyysitekniikalla. Selluloosaeettereiden hiukkasmorfologia voidaan karakterisoida täysin käyttämällä digitaalista SYMPATEC-kuvaanalysaattoria (valmistettu Saksassa) ja erityisiä ohjelmistoanalyysityökaluja. Tärkeimmiksi hiukkasten muotoparametreiksi todettiin kuitujen keskimääräinen pituus ilmaistuna LEFI(50,3) ja keskimääräinen halkaisija ilmaistuna muodossa DIFI(50,3). Kuitujen keskipituustiedon katsotaan olevan tietyn levitetyn selluloosaeetterihiukkasen koko pituus.

Yleensä hiukkaskokojakaumatiedot, kuten keskimääräinen kuidun halkaisija DIFI, voidaan laskea hiukkasten lukumäärän (merkitty 0), pituuden (merkitty 1), pinta-alan (merkitty 2) tai tilavuuden (merkitty numerolla 3) perusteella. Kaikki tämän paperin hiukkastietojen mittaukset perustuvat tilavuuteen ja on siksi merkitty 3-liitteellä. Esimerkiksi DIFI(50,3) 3 tarkoittaa tilavuusjakaumaa ja 50 tarkoittaa, että 50 % partikkelikokojakaumakäyrästä on pienempi kuin ilmoitettu arvo ja loput 50 % on suurempi kuin ilmoitettu arvo. Selluloosaeetterihiukkasten muototiedot on annettu mikrometreinä (µm).

3.2 Selluloosaeetteri hiukkasten morfologian optimoinnin jälkeen

Partikkelin pinnan vaikutus huomioon ottaen sauvamaisten hiukkasten muotoisten selluloosaeetterihiukkasten liukenemisaika riippuu voimakkaasti kuidun keskimääräisestä halkaisijasta DIFI (50,3). Tämän oletuksen perusteella selluloosaeettereiden kehitystyöllä pyrittiin saamaan tuotteita, joilla on suurempi keskimääräinen kuidun halkaisija DIFI (50,3) jauheen liukoisuuden parantamiseksi.

Kuitujen keskimääräisen pituuden DIFI(50,3) kasvuun ei kuitenkaan odoteta liittyvän keskimääräisen hiukkaskoon kasvua. Molempien parametrien lisääminen yhdessä johtaa partikkeleihin, jotka ovat liian suuria liukenemaan kokonaan mekaanisen ruiskutuksen tyypillisen 10 sekunnin sekoitusajassa.

Siksi ihanteellisella hydroksietyylimetyyliselluloosalla (HEMC) tulisi olla suurempi keskimääräinen kuidun halkaisija DIFI(50,3) samalla kun keskimääräinen kuidun pituus LEFI(50,3) säilyy. Käytämme uutta selluloosaeetterin tuotantoprosessia parannetun HEMC:n tuottamiseksi. Tällä tuotantoprosessilla saadun vesiliukoisen selluloosaeetterin hiukkasmuoto on täysin erilainen kuin tuotannon raaka-aineena käytetyn selluloosan hiukkasmuoto. Toisin sanoen tuotantoprosessi mahdollistaa sen, että selluloosaeetterin hiukkasmuotosuunnittelu on riippumaton sen tuotantoraaka-aineista.

Kolme pyyhkäisyelektronimikroskoopin kuvaa: yksi vakioprosessilla tuotetusta selluloosaeetteristä ja yksi uudella prosessilla tuotetusta selluloosaeetteristä, jonka DIFI(50,3)-halkaisija on suurempi kuin tavanomaisten prosessityökalutuotteiden. Esitetään myös näiden kahden tuotteen valmistuksessa käytetyn hienoksi jauhetun selluloosan morfologia.

Vertaamalla standardiprosessilla tuotettuja selluloosan ja selluloosaeetterin elektronimikrovalokuvia on helppo havaita, että näillä kahdella on samanlaiset morfologiset ominaisuudet. Molempien kuvien suuri määrä hiukkasia osoittaa tyypillisesti pitkiä, ohuita rakenteita, mikä viittaa siihen, että morfologiset perusominaisuudet eivät ole muuttuneet edes kemiallisen reaktion jälkeen. On selvää, että reaktiotuotteiden hiukkasmorfologiset ominaisuudet korreloivat voimakkaasti raaka-aineiden kanssa.

Todettiin, että uudella menetelmällä tuotetun selluloosaeetterin morfologiset ominaisuudet ovat merkittävästi erilaiset, sillä on suurempi keskihalkaisija DIFI (50,3) ja se on pääasiassa pyöreitä lyhyitä ja paksuja hiukkasia, kun taas tyypilliset ohuet ja pitkät hiukkaset selluloosaraaka-aineissa Lähes sukupuuttoon kuollut.

Tämä kuva osoittaa jälleen, että uudella menetelmällä valmistettujen selluloosaeetterien hiukkasmorfologia ei enää liity selluloosaraaka-aineen morfologiaan – yhteyttä raaka-aineen ja lopputuotteen morfologian välillä ei enää ole.

4. HEMC-hiukkasten morfologian vaikutus kostumattomien kokkareiden muodostumiseen GSP:ssä

GSP testattiin kenttäkäyttöolosuhteissa sen varmistamiseksi, että hypoteesimme toimintamekanismista (että selluloosaeetterituotteen käyttäminen, jonka keskihalkaisija on suurempi DIFI (50,3) vähentäisi ei-toivottua agglomeraatiota) piti paikkansa. Näissä kokeissa käytettiin HEMC:itä, joiden keskimääräiset halkaisijat DIFI(50,3) vaihtelivat välillä 37 µm - 52 µm. Muiden tekijöiden kuin partikkelimorfologian vaikutuksen minimoimiseksi kipsipohja ja kaikki muut lisäaineet pidettiin ennallaan. Selluloosaeetterin viskositeetti pidettiin vakiona testin aikana (60 000 mPa.s, 2 % vesiliuos, mitattuna HAAKE-reometrillä).

Levityskokeissa ruiskutukseen käytettiin kaupallisesti saatavaa kipsiruiskua (PFT G4). Keskity arvioimaan kostumattomien kipsilaastin paakkujen muodostumista välittömästi sen jälkeen, kun se on levitetty seinälle. Arvio paakkuuntumisesta tässä vaiheessa koko rappausprosessin aikana paljastaa parhaiten tuotteen suorituskyvyn erot. Testissä kokeneet työntekijät arvioivat paakkuuntumisen tilanteen siten, että 1 oli paras ja 6 huonoin.

Testitulokset osoittavat selvästi korrelaation keskimääräisen kuidun halkaisijan DIFI (50,3) ja paakkuuntumissuorituskyvyn välillä. Yhdessä hypoteesimme kanssa, jonka mukaan selluloosaeetterituotteet, joissa on suurempi DIFI(50,3) ylittivät pienempiä DIFI(50,3)-tuotteita, DIFI(50,3):n 52 µm:n keskimääräinen pistemäärä oli 2 (hyvä) , kun taas DIFI 50,3) 37 µm:stä ja 40 µm:stä sai 5 (vika).

Kuten odotimme, paakkuuntumiskäyttäytyminen GSP-sovelluksissa riippuu merkittävästi käytetyn selluloosaeetterin keskimääräisestä halkaisijasta DIFI(50,3). Lisäksi edellisessä keskustelussa mainittiin, että kaikkien morfologisten parametrien joukossa DIFI(50,3) vaikutti voimakkaasti selluloosaeetterijauheiden liukenemisaikaan. Tämä vahvistaa, että selluloosaeetterin liukenemisaika, joka korreloi voimakkaasti hiukkasten morfologian kanssa, vaikuttaa viime kädessä kokkarien muodostumiseen GSP:ssä. Suurempi DIFI (50,3) aiheuttaa pidemmän jauheen liukenemisajan, mikä vähentää merkittävästi agglomeroitumisen mahdollisuutta. Liian pitkä jauheen liukenemisaika kuitenkin vaikeuttaa selluloosaeetterin liukenemista täydellisesti ruiskutuslaitteiston sekoitusajassa.

Uudella HEMC-tuotteella, jolla on optimoitu liukenemisprofiili suuremman keskimääräisen kuidun halkaisijan DIFI(50,3) ansiosta, ei ainoastaan ​​ole kipsijauheen parempi kostutus (kuten paakkuuntumisen arvioinnissa), vaan se ei myöskään vaikuta kipsijauheen vedenpidätyskykyyn. tuotetta. EN 459-2:n mukaisesti mitattu vedenpidätyskyky ei ollut erotettavissa HEMC-tuotteista, joilla oli sama viskositeetti DIFI(50,3):lla 37µm - 52µm. Kaikki mittaukset 5 minuutin ja 60 minuutin jälkeen ovat kaaviossa esitetyllä vaaditulla alueella.

Kuitenkin myös vahvistettiin, että jos DIFI(50,3) kasvaa liian suureksi, selluloosaeetterihiukkaset eivät enää liukene kokonaan. Tämä havaittiin testattaessa 59 µM tuotetta DIFI(50,3). Sen vedenpidätystestitulokset 5 minuutin ja varsinkin 60 minuutin jälkeen eivät täyttäneet vaadittua minimiä.

5. Yhteenveto

Selluloosaeetterit ovat tärkeitä lisäaineita GSP-formulaatioissa. Tässä tutkimus- ja tuotekehitystyössä tarkastellaan korrelaatiota selluloosaeettereiden hiukkasmorfologian ja kostumattomien paakkuuntumisen (ns. paakkuuntumisen) välillä mekaanisesti ruiskutettaessa. Se perustuu oletukseen toimintamekanismista, että selluloosaeetterijauheen liukenemisaika vaikuttaa kipsijauheen kostutukseen vedessä ja siten paakkujen muodostumiseen.

Liukenemisaika riippuu selluloosaeetterin hiukkasten morfologiasta, ja se voidaan saada käyttämällä digitaalisia kuva-analyysityökaluja. GSP:ssä selluloosaeettereillä, joiden keskimääräinen halkaisija on suuri DIFI (50,3), on optimoidut jauheen liukenemisominaisuudet, mikä antaa vedelle enemmän aikaa kastella kipsihiukkaset perusteellisesti, mikä mahdollistaa optimaalisen agglomeroitumisen eston. Tämän tyyppinen selluloosaeetteri valmistetaan uudella tuotantoprosessilla, eikä sen hiukkasmuoto riipu tuotannon raaka-aineen alkuperäisestä muodosta.

Keskimääräisellä kuidun halkaisijalla DIFI (50,3) on erittäin tärkeä vaikutus paakkuuntumiseen, mikä on todistettu lisäämällä tämä tuote kaupallisesti saatavilla olevaan koneruiskutettuun kipsipohjaan paikan päällä ruiskutettavaksi. Lisäksi nämä kenttäruiskutuskokeet vahvistivat laboratoriotuloksemme: parhaiten toimivat selluloosaeetterituotteet suurella DIFI:llä (50,3) olivat täysin liukenevia GSP-sekoituksen aikaikkunassa. Siksi selluloosaeetterituote, jolla on parhaat paakkuuntumisenesto-ominaisuudet, säilyttää hiukkasten muodon parantamisen jälkeen edelleen alkuperäisen vedenpidätyskyvyn.