Desenvolvemento de novos éteres de celulosa HEMC para reducir a aglomeración en xeso pulverizado a máquina a base de xeso

Desenvolvemento de novos éteres de celulosa HEMC para reducir a aglomeración en xeso pulverizado a máquina a base de xeso

O xeso pulverizado a máquina (GSP) a base de xeso foi moi utilizado en Europa Occidental desde os anos 70. A aparición da pulverización mecánica mellorou efectivamente a eficiencia da construción de xeso á vez que reduciu os custos de construción. Coa profundización da comercialización do GSP, o éter de celulosa soluble en auga converteuse nun aditivo clave. O éter de celulosa dota ao GSP dun bo rendemento de retención de auga, o que limita a absorción de humidade do substrato no xeso, obtendo así un tempo de fraguado estable e boas propiedades mecánicas. Ademais, a curva reolóxica específica do éter de celulosa pode mellorar o efecto da pulverización da máquina e simplificar significativamente os procesos posteriores de nivelación e acabado de morteiro.

A pesar das vantaxes obvias dos éteres de celulosa nas aplicacións GSP, tamén pode contribuír á formación de grumos secos cando se pulveriza. Estes grumos non mollados tamén son coñecidos como aglomeración ou aglomeración e poden afectar negativamente á nivelación e ao acabado do morteiro. A aglomeración pode reducir a eficiencia do sitio e aumentar o custo das aplicacións de produtos de xeso de alto rendemento. Para comprender mellor o efecto dos éteres de celulosa na formación de grumos en GSP, realizamos un estudo para tratar de identificar os parámetros relevantes do produto que inflúen na súa formación. A partir dos resultados deste estudo, desenvolvemos unha serie de produtos de éter de celulosa cunha tendencia reducida a aglomerarse e avaliámolos en aplicacións prácticas.

Palabras clave: éter de celulosa; xeso de pulverización da máquina de xeso; taxa de disolución; morfoloxía das partículas

1. Introdución

Os éteres de celulosa solubles en auga utilizáronse con éxito nos xesos pulverizados a máquina (GSP) a base de xeso para regular a demanda de auga, mellorar a retención de auga e mellorar as propiedades reolóxicas dos morteiros. Polo tanto, axuda a mellorar o rendemento do morteiro húmido, garantindo así a resistencia requirida do morteiro. Debido ás súas propiedades comercialmente viables e respectuosas co medio ambiente, a mestura seca GSP converteuse nun material de construción interior moi utilizado en toda Europa nos últimos 20 anos.

A maquinaria para mesturar e pulverizar GSP de mestura seca comercializouse con éxito dende hai décadas. Aínda que algunhas características técnicas dos equipos de diferentes fabricantes varían, todas as máquinas de pulverización dispoñibles comercialmente permiten un tempo de axitación moi limitado para que a auga se mesture co morteiro de mestura en seco de xeso que contén éter de celulosa. Xeralmente, todo o proceso de mestura leva só uns segundos. Despois da mestura, o morteiro húmido é bombeado a través da mangueira de entrega e pulverizado sobre a parede do substrato. Todo o proceso complétase nun minuto. Non obstante, nun período tan curto de tempo, os éteres de celulosa deben disolverse completamente para desenvolver plenamente as súas propiedades na aplicación. A adición de produtos de éter de celulosa finamente moído ás formulacións de morteiro de xeso garante a disolución completa durante este proceso de pulverización.

O éter de celulosa finamente moído acumula consistencia rapidamente ao contacto coa auga durante a axitación no pulverizador. O rápido aumento da viscosidade causado pola disolución do éter de celulosa provoca problemas coa molladura concomitante de auga das partículas do material cementoso de xeso. A medida que a auga comeza a espesar, faise menos fluída e non pode penetrar nos pequenos poros entre as partículas de xeso. Despois de bloquear o acceso aos poros, o proceso de humectación das partículas de material cementoso pola auga atrasase. O tempo de mestura no pulverizador foi máis curto que o tempo necesario para mollar completamente as partículas de xeso, o que provocou a formación de grumos de po seco no morteiro húmido fresco. Unha vez formados estes grumos, dificultan a eficacia dos traballadores nos procesos posteriores: nivelar o morteiro con grumos resulta moi problemático e leva máis tempo. Mesmo despois de que o morteiro se fixese, poden aparecer grumos formados inicialmente. Por exemplo, cubrir os grumos no interior durante a construción levará á aparición de áreas escuras na fase posterior, que non queremos ver.

Aínda que os éteres de celulosa foron utilizados como aditivos no GSP durante moitos anos, o seu efecto sobre a formación de grumos non mollados non foi estudado moito ata agora. Este artigo presenta un enfoque sistemático que se pode usar para comprender a causa raíz da aglomeración desde a perspectiva do éter de celulosa.

2. Razóns para a formación de grumos non humedecidos en GSP

2.1 Mollaxe de revocos a base de xeso

Nas primeiras etapas do establecemento do programa de investigación, reuníronse unha serie de posibles causas raíz para a formación de grumos no CSP. A continuación, a través da análise asistida por ordenador, o problema céntrase en se existe unha solución técnica práctica. A través destes traballos, eliminouse previamente a solución óptima para a formación de aglomerados en GSP. Tanto por consideracións técnicas como comerciais, descártase a vía técnica de cambiar a humectación das partículas de xeso polo tratamento superficial. Desde o punto de vista comercial, descártase a idea de substituír os equipos existentes por un equipo de pulverización cunha cámara de mestura especialmente deseñada que permita unha mestura suficiente de auga e morteiro.

Outra opción é usar axentes humectantes como aditivos nas formulacións de xeso de xeso e xa atopamos unha patente para iso. Non obstante, a adición deste aditivo afecta inevitablemente negativamente á traballabilidade do xeso. Máis importante aínda, cambia as propiedades físicas do morteiro, especialmente a dureza e a resistencia. Así que non afondamos demasiado nela. Ademais, tamén se considera que a adición de axentes humectantes pode ter un impacto negativo no medio ambiente.

Tendo en conta que o éter de celulosa xa forma parte da formulación de xeso a base de xeso, a optimización do propio éter de celulosa convértese na mellor solución que se pode seleccionar. Ao mesmo tempo, non debe afectar ás propiedades de retención de auga nin afectar negativamente ás propiedades reolóxicas do xeso en uso. Con base na hipótese proposta anteriormente de que a xeración de po non mollado en GSP débese ao aumento excesivamente rápido da viscosidade dos éteres de celulosa despois do contacto coa auga durante a axitación, o control das características de disolución dos éteres de celulosa converteuse no obxectivo principal do noso estudo. .

2.2 Tempo de disolución do éter de celulosa

Un xeito sinxelo de diminuír a velocidade de disolución dos éteres de celulosa é usar produtos de grao granular. A principal desvantaxe de usar este enfoque en GSP é que as partículas demasiado grosas non se disolven completamente dentro da curta ventá de axitación de 10 segundos no pulverizador, o que leva a unha perda de retención de auga. Ademais, o inchazo do éter de celulosa non disolto na fase posterior provocará un engrosamento despois do revoco e afectará o rendemento da construción, que é o que non queremos ver.

Outra opción para reducir a velocidade de disolución dos éteres de celulosa é reticular de forma reversible a superficie dos éteres de celulosa con glioxal. Non obstante, dado que a reacción de reticulación está controlada polo pH, a velocidade de disolución dos éteres de celulosa depende moito do pH da solución acuosa circundante. O valor de pH do sistema GSP mesturado con cal apagada é moi alto, e os enlaces de enlace cruzado do glioxal na superficie ábrense rapidamente despois de entrar en contacto coa auga e a viscosidade comeza a aumentar instantaneamente. Polo tanto, tales tratamentos químicos non poden desempeñar un papel no control da taxa de disolución en GSP.

O tempo de disolución dos éteres de celulosa tamén depende da súa morfoloxía de partículas. Porén, este feito non recibiu moita atención ata agora, aínda que o efecto é moi significativo. Teñen unha velocidade de disolución lineal constante [kg/(m2•s)], polo que a súa disolución e a acumulación de viscosidade son proporcionais á superficie dispoñible. Esta taxa pode variar significativamente cos cambios na morfoloxía das partículas de celulosa. Nos nosos cálculos asúmese que a viscosidade total (100%) se alcanza despois de 5 segundos de mestura axitada.

Os cálculos de diferentes morfoloxías de partículas mostraron que as partículas esféricas tiñan unha viscosidade do 35% da viscosidade final á metade do tempo de mestura. No mesmo período de tempo, as partículas de éter de celulosa en forma de vara só poden alcanzar o 10%. As partículas en forma de disco comezaron a disolverse despois2,5 segundos.

Tamén se inclúen as características de solubilidade ideais para os éteres de celulosa en GSP. Retrasa a acumulación de viscosidade inicial durante máis de 4,5 segundos. Despois diso, a viscosidade aumentou rapidamente ata alcanzar a viscosidade final en 5 segundos despois do tempo de mestura. En GSP, un tempo de disolución retardado tan longo permite que o sistema teña unha viscosidade baixa e a auga engadida pode mollar completamente as partículas de xeso e entrar nos poros entre as partículas sen perturbacións.

3. Morfoloxía das partículas do éter de celulosa

3.1 Medición da morfoloxía das partículas

Dado que a forma das partículas de éter de celulosa ten un impacto tan significativo na solubilidade, primeiro é necesario determinar os parámetros que describen a forma das partículas de éter de celulosa e, a continuación, identificar as diferenzas entre as partículas de éter de celulosa non humectantes. A formación de aglomerados é un parámetro especialmente relevante. .

Obtivemos a morfoloxía das partículas do éter de celulosa mediante a técnica de análise de imaxe dinámica. A morfoloxía das partículas dos éteres de celulosa pódese caracterizar completamente mediante un analizador dixital de imaxes SYMPATEC (fabricado en Alemaña) e ferramentas de análise de software específicas. Os parámetros de forma de partículas máis importantes foron a lonxitude media das fibras expresada como LEFI(50,3) e o diámetro medio expresado como DIFI(50,3). Os datos de lonxitude media da fibra considéranse como a lonxitude total dunha determinada partícula de éter de celulosa espallada.

Normalmente, os datos de distribución do tamaño das partículas, como o diámetro medio da fibra DIFI, pódense calcular en función do número de partículas (indicado por 0), da lonxitude (indicado por 1), da área (indicado por 2) ou do volume (indicado por 3). Todas as medidas de datos de partículas deste traballo baséanse no volume e, polo tanto, indícanse cun sufixo 3. Por exemplo, en DIFI(50,3), 3 significa a distribución de volume e 50 significa que o 50% da curva de distribución de tamaño de partícula é menor que o valor indicado e o outro 50% é maior que o valor indicado. Os datos da forma das partículas de éter de celulosa danse en micrómetros (µm).

3.2 Éter de celulosa despois da optimización da morfoloxía das partículas

Tendo en conta o efecto da superficie da partícula, o tempo de disolución das partículas de éter de celulosa cunha forma de partícula en forma de vara depende en gran medida do diámetro medio da fibra DIFI (50,3). Partindo deste suposto, o traballo de desenvolvemento de éteres de celulosa tivo como obxectivo obter produtos cun diámetro medio de fibra DIFI maior (50,3) para mellorar a solubilidade do po.

Non obstante, non se espera que un aumento da lonxitude media da fibra DIFI(50,3) vaia acompañado dun aumento do tamaño medio das partículas. O aumento dos dous parámetros xuntos producirá partículas demasiado grandes para disolverse completamente dentro do tempo de axitación típico de 10 segundos da pulverización mecánica.

Polo tanto, unha hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) ideal debería ter un diámetro medio de fibra DIFI maior (50,3) mantendo a lonxitude media da fibra LEFI (50,3). Usamos un novo proceso de produción de éter de celulosa para producir un HEMC mellorado. A forma das partículas do éter de celulosa soluble en auga obtido mediante este proceso de produción é completamente diferente da forma das partículas da celulosa utilizada como materia prima para a produción. Noutras palabras, o proceso de produción permite que o deseño da forma de partículas do éter de celulosa sexa independente das súas materias primas de produción.

Tres imaxes de microscopio electrónico de varrido: unha de éter de celulosa producido polo proceso estándar e outra de éter de celulosa producido polo novo proceso cun diámetro maior de DIFI(50,3) que os produtos de ferramentas de proceso convencionais. Tamén se mostra a morfoloxía da celulosa finamente moída utilizada na elaboración destes dous produtos.

Comparando as micrografías electrónicas de celulosa e éter de celulosa producidas polo proceso estándar, é fácil descubrir que ambas teñen características morfolóxicas similares. O gran número de partículas en ambas as imaxes presenta estruturas tipicamente longas e delgadas, o que suxire que as características morfolóxicas básicas non cambiaron mesmo despois de que se producise a reacción química. Está claro que as características da morfoloxía das partículas dos produtos de reacción están moi correlacionadas coas materias primas.

Descubriuse que as características morfolóxicas do éter de celulosa producido polo novo proceso son significativamente diferentes, ten un diámetro medio DIFI maior (50,3) e presenta principalmente formas redondas de partículas curtas e grosas, mentres que as típicas partículas finas e longas. en materias primas celulosas Case extinguidas.

Esta figura mostra de novo que a morfoloxía das partículas dos éteres de celulosa producidos polo novo proceso xa non está relacionada coa morfoloxía da materia prima de celulosa: xa non existe o vínculo entre a morfoloxía da materia prima e o produto final.

4. Efecto da morfoloxía das partículas HEMC na formación de grumos non humedecidos en GSP

GSP probouse en condicións de aplicación de campo para verificar que a nosa hipótese sobre o mecanismo de traballo (que usar un produto de éter de celulosa cun diámetro medio DIFI maior (50,3) reduciría a aglomeración non desexada) era correcta. Nestes experimentos utilizáronse HEMC con diámetros medios DIFI(50,3) que van de 37 µm a 52 µm. Co fin de minimizar a influencia de factores distintos da morfoloxía das partículas, a base de xeso e todos os demais aditivos mantivéronse sen cambios. A viscosidade do éter de celulosa mantívose constante durante a proba (60.000 mPa.s, solución acuosa ao 2 %, medida cun reómetro HAAKE).

Para as probas de aplicación utilizouse un pulverizador de xeso dispoñible no comercio (PFT G4). Concéntrase en avaliar a formación de grumos non mollados de morteiro de xeso inmediatamente despois de ser aplicado á parede. A avaliación da agrupación nesta fase ao longo do proceso de aplicación do revoco revelará mellor as diferenzas no rendemento do produto. Na proba, os traballadores experimentados valoraron a situación de aglomeración, sendo 1 o mellor e 6 o peor.

Os resultados da proba mostran claramente a correlación entre o diámetro medio da fibra DIFI (50,3) e a puntuación de rendemento de aglomeración. En consonancia coa nosa hipótese de que os produtos de éter de celulosa con DIFI(50,3) máis grandes superaron os produtos DIFI(50,3) máis pequenos, a puntuación media para DIFI(50,3) de 52 µm foi de 2 (bo), mentres que aqueles con DIFI(50,3). 50,3) de 37µm e 40µm puntuaron 5 (falla).

Como esperabamos, o comportamento de agrupación nas aplicacións GSP depende significativamente do diámetro medio DIFI(50,3) do éter de celulosa utilizado. Ademais, mencionouse na discusión anterior que entre todos os parámetros morfolóxicos DIFI(50,3) afectou fortemente o tempo de disolución dos po de éter de celulosa. Isto confirma que o tempo de disolución do éter de celulosa, que está altamente correlacionado coa morfoloxía das partículas, afecta finalmente á formación de grumos no GSP. Un DIFI maior (50,3) provoca un tempo de disolución máis longo do po, o que reduce significativamente a posibilidade de aglomeración. Non obstante, o tempo de disolución do po demasiado longo dificultará a disolución completa do éter de celulosa dentro do tempo de axitación do equipo de pulverización.

O novo produto HEMC cun perfil de disolución optimizado debido a un diámetro medio de fibra DIFI maior (50,3) non só ten unha mellor humectación do po de xeso (como se viu na avaliación de aglomeración), senón que tampouco afecta o rendemento de retención de auga de o produto. A retención de auga medida segundo a norma EN 459-2 era indistinguible dos produtos HEMC da mesma viscosidade con DIFI(50,3) de 37 µm a 52 µm. Todas as medicións despois de 5 minutos e 60 minutos están dentro do intervalo requirido que se mostra no gráfico.

Non obstante, tamén se confirmou que se DIFI(50,3) se fai demasiado grande, as partículas de éter de celulosa xa non se disolverán completamente. Isto atopouse ao probar un produto DIFI(50,3) de 59 µM. Os seus resultados da proba de retención de auga despois de 5 minutos e especialmente despois de 60 minutos non alcanzaron o mínimo esixido.

5. Resumo

Os éteres de celulosa son aditivos importantes nas formulacións GSP. O traballo de investigación e desenvolvemento de produtos aquí analiza a correlación entre a morfoloxía das partículas dos éteres de celulosa e a formación de grumos non mollados (o chamado clumping) cando se pulverizan mecánicamente. Baséase na suposición do mecanismo de traballo de que o tempo de disolución do po de éter de celulosa afecta á humectación do po de xeso pola auga e, polo tanto, afecta á formación de grumos.

O tempo de disolución depende da morfoloxía das partículas do éter de celulosa e pódese obter mediante ferramentas de análise de imaxe dixital. En GSP, os éteres de celulosa cun gran diámetro medio de DIFI (50,3) teñen características de disolución en po optimizadas, permitindo máis tempo á auga para mollar completamente as partículas de xeso, permitindo así unha óptima antiaglomeración. Este tipo de éter de celulosa prodúcese mediante un novo proceso de produción e a súa forma de partículas non depende da forma orixinal da materia prima para a produción.

O diámetro medio da fibra DIFI (50,3) ten un efecto moi importante na aglutinación, que se comprobou engadindo este produto a unha base de xeso pulverizado a máquina dispoñible no comercio para a pulverización in situ. Ademais, estas probas de pulverización de campo confirmaron os resultados do noso laboratorio: os produtos de éter de celulosa con mellor rendemento con gran DIFI (50,3) foron completamente solubles na xanela de tempo da axitación GSP. Polo tanto, o produto de éter de celulosa coas mellores propiedades antiaglomerantes despois de mellorar a forma das partículas aínda mantén o rendemento orixinal de retención de auga.