Új HEMC cellulóz-éterek fejlesztése a gipsz alapú gépi szórt vakolatok agglomerációjának csökkentésére

Új HEMC cellulóz-éterek fejlesztése a gipsz alapú gépi szórt vakolatok agglomerációjának csökkentésére

A gipsz alapú gépi szórt vakolatot (GSP) az 1970-es évek óta széles körben alkalmazzák Nyugat-Európában. A mechanikus permetezés megjelenése hatékonyan javította a vakolatépítés hatékonyságát, miközben csökkentette az építési költségeket. A GSP kereskedelmi forgalomba hozatalának elmélyülésével a vízoldható cellulóz-éter kulcsfontosságú adalékanyaggá vált. A cellulóz-éter jó vízmegtartó képességgel ruházza fel a GSP-t, ami korlátozza az aljzat nedvességfelvételét a vakolatban, ezáltal stabil kötési időt és jó mechanikai tulajdonságokat biztosít. Ezenkívül a cellulóz-éter fajlagos reológiai görbéje javíthatja a gépi szórás hatását, és jelentősen leegyszerűsítheti a későbbi habarcsegyengetési és simítási folyamatokat.

A cellulóz-éterek nyilvánvaló előnyei ellenére a GSP alkalmazásokban, permetezéskor potenciálisan hozzájárulhat a száraz csomók kialakulásához. Ezeket a nem nedvesített csomókat csomósodásnak vagy csomósodásnak is nevezik, és hátrányosan befolyásolhatják a habarcs kiegyenlítését és simítását. Az agglomeráció csökkentheti a telephely hatékonyságát és növelheti a nagy teljesítményű gipsztermék-alkalmazások költségeit. Annak érdekében, hogy jobban megértsük a cellulóz-éterek hatását a csomók képződésére a GSP-ben, tanulmányt végeztünk, hogy megpróbáljuk azonosítani azokat a releváns termékparamétereket, amelyek befolyásolják a képződésüket. A tanulmány eredményei alapján csökkentett agglomerációs hajlamú cellulóz-éter-termékek sorozatát fejlesztettük ki és értékeltük a gyakorlati alkalmazásokban.

Kulcsszavak: cellulóz-éter; gipszgép szóróvakolat; oldódási sebesség; részecskemorfológia

1. Bevezetés

A vízben oldódó cellulóz-étereket sikeresen alkalmazták gipsz alapú gépi szórással készült vakolatokban (GSP) a vízigény szabályozására, a vízvisszatartás javítására és a habarcsok reológiai tulajdonságainak javítására. Ezért segít a nedves habarcs teljesítményének javításában, ezáltal biztosítva a habarcs szükséges szilárdságát. Kereskedelmi életképes és környezetbarát tulajdonságainak köszönhetően a GSP száraz keverék az elmúlt 20 évben Európa-szerte széles körben használt belsőépítészeti anyaggá vált.

A száraz keverék GSP keverésére és permetezésére szolgáló gépeket évtizedek óta sikeresen forgalmazzák. Bár a különböző gyártók berendezéseinek egyes műszaki jellemzői eltérőek, a kereskedelemben kapható permetezőgépek mindegyike nagyon korlátozott keverési időt tesz lehetővé a víz és a cellulóz-éter tartalmú gipsz szárazhabarcs keveredéséhez. Általában a teljes keverési folyamat csak néhány másodpercet vesz igénybe. Keverés után a nedves habarcsot átszivattyúzzuk a szállítótömlőn, és az aljzat falára szórjuk. Az egész folyamat egy percen belül befejeződik. Azonban ilyen rövid idő alatt a cellulóz-étereknek teljesen fel kell oldódniuk ahhoz, hogy tulajdonságaik teljes mértékben kifejlődjenek az alkalmazás során. Finomra őrölt cellulóz-éter termékek hozzáadása a gipszhabarcs készítményekhez biztosítja a teljes feloldódást a permetezési folyamat során.

A finomra őrölt cellulóz-éter a permetezőgépben történő keverés során vízzel érintkezve gyorsan konzisztenciát hoz létre. A cellulóz-éter oldódása által okozott gyors viszkozitásnövekedés problémákat okoz a gipsz cementkötésű anyagrészecskék egyidejű víznedvesedésében. Ahogy a víz sűrűsödni kezd, kevésbé folyékony lesz, és nem tud behatolni a gipszszemcsék közötti kis pórusokba. A pórusokhoz való hozzáférés elzárása után a cementkötésű anyagrészecskék víz általi nedvesedési folyamata késik. A permetezőgépben a keverési idő rövidebb volt, mint a gipszszemcsék teljes átnedvesítéséhez szükséges idő, ami a friss nedves habarcsban száraz porcsomók képződését eredményezte. Ha ezek a csomók kialakulnak, gátolják a dolgozók hatékonyságát a következő folyamatokban: a habarcs csomókkal történő kiegyenlítése nagyon fáradságos és több időt vesz igénybe. Még a habarcs megkötése után is megjelenhetnek kezdetben kialakult csomók. Például, ha az építkezés során belülről letakarjuk a csomókat, akkor a későbbi szakaszban sötét területek jelennek meg, amelyeket nem szeretnénk látni.

Bár a cellulóz-étereket évek óta használják adalékanyagként a GSP-ben, a nedvesítetlen csomók képződésére gyakorolt ​​hatásukat eddig nem nagyon vizsgálták. Ez a cikk olyan szisztematikus megközelítést mutat be, amely felhasználható az agglomeráció kiváltó okának megértéséhez cellulóz-éter szemszögéből.

2. A nem nedves csomók kialakulásának okai a GSP-ben

2.1 Gipsz alapú vakolatok nedvesítése

A kutatási program kidolgozásának korai szakaszában számos lehetséges kiváltó okot gyűjtöttek össze a CSP-ben kialakuló csomók kialakulásában. Ezután a számítógéppel segített elemzéssel a probléma arra irányul, hogy van-e gyakorlatias technikai megoldás. Ezekkel a munkákkal előzetesen kiszűrték a GSP-ben az agglomerátumképződés optimális megoldását. Műszaki és kereskedelmi megfontolásokból is kizárt a gipszszemcsék nedvesedésének felületkezeléssel történő megváltoztatásának műszaki módja. Kereskedelmi szempontból kizárt az az elképzelés, hogy a meglévő berendezéseket egy speciálisan kialakított keverőkamrával rendelkező permetező berendezéssel cseréljék ki, amely biztosítja a víz és a habarcs megfelelő keveredését.

Egy másik lehetőség a nedvesítőszerek adalékanyagként történő alkalmazása a gipszvakolat készítményekben, és erre már találtunk szabadalmat. Ennek az adalékanyagnak a hozzáadása azonban elkerülhetetlenül negatívan befolyásolja a vakolat bedolgozhatóságát. Ennél is fontosabb, hogy megváltoztatja a habarcs fizikai tulajdonságait, különösen a keménységet és a szilárdságot. Szóval nem mélyedtünk el benne. Ezen túlmenően a nedvesítőszerek hozzáadását szintén kedvezőtlen hatásúnak tekintik a környezetre.

Tekintettel arra, hogy a cellulóz-éter már része a gipsz alapú vakolatkészítménynek, magának a cellulóz-éternek az optimalizálása válik a legjobban kiválasztható megoldássá. Ugyanakkor nem befolyásolhatja a használat során használt vakolat vízvisszatartó tulajdonságait, illetve nem befolyásolhatja hátrányosan a reológiai tulajdonságait. A korábban felvetett hipotézis alapján, miszerint a GSP-ben a nem nedvesített porok keletkezése a cellulóz-éterek keverés közbeni vízzel való érintkezése utáni túl gyors viszkozitásnövekedéséből adódik, a cellulóz-éterek oldódási jellemzőinek szabályozása lett vizsgálatunk fő célja. .

2.2 A cellulóz-éter oldódási ideje

A cellulóz-éterek oldódási sebességének lelassításának egyszerű módja a szemcsés minőségű termékek használata. Ennek a megközelítésnek a fő hátránya a GSP-ben az, hogy a túl durva részecskék nem oldódnak fel teljesen a permetezőben a rövid, 10 másodperces keverési ablakon belül, ami a vízvisszatartás elvesztéséhez vezet. Ezenkívül a fel nem oldott cellulóz-éter későbbi megduzzadása a vakolás utáni megvastagodáshoz vezet, és befolyásolja az építési teljesítményt, amit nem szeretnénk látni.

A cellulóz-éterek oldódási sebességének csökkentésére egy másik lehetőség a cellulóz-éterek felületének glioxállal való reverzibilis térhálósítása. Mivel azonban a térhálósítási reakció pH-szabályozott, a cellulóz-éterek oldódási sebessége nagymértékben függ a környező vizes oldat pH-értékétől. Az oltott mésszel kevert GSP rendszer pH-értéke nagyon magas, a felületen a glioxál térhálósító kötései vízzel érintkezve gyorsan felszabadulnak, és a viszkozitás azonnal emelkedni kezd. Ezért az ilyen kémiai kezelések nem játszhatnak szerepet a GSP-ben az oldódási sebesség szabályozásában.

A cellulóz-éterek oldódási ideje a részecskemorfológiájuktól is függ. Ez a tény azonban eddig nem kapott nagy figyelmet, pedig a hatás igen jelentős. Állandó lineáris oldódási sebességgel rendelkeznek [kg/(m2•s)], így oldódásuk és viszkozitás-felhalmozódásuk arányos a rendelkezésre álló felülettel. Ez az arány jelentősen változhat a cellulózrészecskék morfológiájának változásaival. Számításainkban azt feltételezzük, hogy a teljes viszkozitást (100%) 5 másodperces keverés után érjük el.

A különböző részecskemorfológiákra vonatkozó számítások azt mutatták, hogy a gömb alakú részecskék viszkozitása a végső viszkozitás 35%-a volt a keverési idő felénél. Ugyanebben az időszakban a rúd alakú cellulóz-éter részecskék csak 10%-ot érhetnek el. A korong alakú részecskék csak ezután kezdtek feloldódni2,5 másodperc.

Ide tartoznak a cellulóz-éterek ideális oldhatósági jellemzői is a GSP-ben. Késleltesse a kezdeti viszkozitás felhalmozódását több mint 4,5 másodpercig. Ezt követően a viszkozitás gyorsan nőtt, hogy a keverés utáni 5 másodpercen belül elérje a végső viszkozitást. A GSP-ben az ilyen hosszú késleltetett oldódási idő lehetővé teszi, hogy a rendszer alacsony viszkozitású legyen, és a hozzáadott víz teljesen átnedvesítse a gipszszemcséket, és zavartalanul behatoljon a részecskék közötti pórusokba.

3. A cellulóz-éter részecskemorfológiája

3.1. A részecske morfológiájának mérése

Mivel a cellulóz-éter részecskék alakja olyan jelentős hatással van az oldhatóságra, ezért először meg kell határozni a cellulóz-éter részecskék alakját leíró paramétereket, majd azonosítani kell a nem nedvesedés közötti különbségeket. Az agglomerátum képződés különösen fontos paraméter. .

A cellulóz-éter részecskemorfológiáját dinamikus képelemző technikával határoztuk meg. A cellulózéterek részecskemorfológiája teljes mértékben jellemezhető egy SYMPATEC digitális képelemző (Németország) és speciális szoftverelemző eszközök segítségével. A részecskealak legfontosabb paraméterei a szálak átlagos hossza LEFI(50,3) és az átlagos átmérő DIFI(50,3)-ban kifejezve. A rost átlagos hosszának adatait egy bizonyos szétterített cellulóz-éter részecske teljes hosszának tekintjük.

Általában a részecskeméret-eloszlási adatokat, például az átlagos szálátmérőt (DIFI) a részecskék száma (0-val), hossza (1-gyel jelöli), területe (2-vel jelölve) vagy térfogata (3-mal jelölve) alapján lehet kiszámítani. Ebben a cikkben az összes részecskeadatok mérése térfogaton alapul, ezért 3-as utótaggal vannak jelölve. Például a DIFI(50,3)-ban a 3 a térfogateloszlást jelenti, az 50 pedig azt, hogy a részecskeméret-eloszlási görbe 50%-a kisebb, mint a jelzett érték, a másik 50%-a pedig nagyobb, mint a jelzett érték. A cellulóz-éter-részecskék alaki adatai mikrométerben (µm) vannak megadva.

3.2 Cellulóz-éter részecskemorfológiai optimalizálás után

Figyelembe véve a részecskefelület hatását, a rúdszerű szemcse alakú cellulóz-éter részecskék oldódási ideje erősen függ a DIFI átlagos szálátmérőtől (50,3). Ebből a feltételezésből kiindulva a cellulóz-éterekkel kapcsolatos fejlesztések célja nagyobb átlagos szálátmérőjű, DIFI (50,3) termékek előállítása volt a por oldhatóságának javítása érdekében.

Az átlagos szálhosszúság DIFI(50,3) növekedése azonban várhatóan nem jár együtt az átlagos részecskeméret növekedésével. A két paraméter együttes növelése olyan részecskéket eredményez, amelyek túl nagyok ahhoz, hogy a mechanikus permetezés tipikus 10 másodperces keverési ideje alatt teljesen feloldódjanak.

Ezért egy ideális hidroxi-etil-metil-cellulóznak (HEMC) nagyobb átlagos szálátmérővel kell rendelkeznie DIFI(50,3), miközben meg kell tartania az átlagos szálhosszt a LEFI(50,3). Új cellulóz-éter gyártási eljárást alkalmazunk a továbbfejlesztett HEMC előállításához. Az ezzel az előállítási eljárással nyert vízoldható cellulóz-éter részecskealakja teljesen eltér a gyártás alapanyagaként használt cellulóz részecskealakjától. Más szóval, a gyártási folyamat lehetővé teszi, hogy a cellulóz-éter részecskeformájának kialakítása független legyen a gyártási alapanyagoktól.

Három pásztázó elektronmikroszkópos kép: az egyik a szabványos eljárással előállított cellulóz-éter, a másik pedig az új eljárással előállított cellulóz-éter DIFI(50,3) átmérője nagyobb, mint a hagyományos technológiai szerszámtermékek. A két termék előállításához felhasznált finomra őrölt cellulóz morfológiája is látható.

A standard eljárással előállított cellulóz és cellulóz-éter elektronmikroszkópos felvételeit összehasonlítva könnyen megállapítható, hogy a kettő hasonló morfológiai jellemzőkkel rendelkezik. A nagyszámú részecskék mindkét képen jellemzően hosszú, vékony szerkezeteket mutatnak, ami arra utal, hogy az alapvető morfológiai jellemzők a kémiai reakció lezajlása után sem változtak. Nyilvánvaló, hogy a reakciótermékek részecskemorfológiai jellemzői erősen korrelálnak a nyersanyagokkal.

Megállapítást nyert, hogy az új eljárással előállított cellulóz-éter morfológiai jellemzői jelentősen eltérnek, nagyobb átlagos átmérőjű DIFI (50,3), és főként kerek, rövid és vastag szemcseformákat mutat be, míg a jellemző vékony és hosszú részecskéket. cellulóz alapanyagokban Majdnem kihalt.

Ez az ábra ismét azt mutatja, hogy az új eljárással előállított cellulóz-éterek részecskemorfológiája már nincs összefüggésben a cellulóz alapanyag morfológiájával – az alapanyag és a végtermék morfológiája között már nem létezik kapcsolat.

4. A HEMC részecskék morfológiájának hatása a nem nedvesített csomók képződésére GSP-ben

A GSP-t szántóföldi alkalmazási körülmények között teszteltük annak igazolására, hogy a működési mechanizmusra vonatkozó hipotézisünk (ami szerint a nagyobb átlagos átmérőjű DIFI (50,3) cellulóz-éter termék használata csökkenti a nem kívánt agglomerációt) helyes-e. Ezekben a kísérletekben 37 µm és 52 µm közötti átlagos DIFI(50,3) átmérőjű HEMC-ket használtunk. A szemcsemorfológián kívüli egyéb tényezők hatásának minimalizálása érdekében a gipszvakolat alapot és az összes többi adalékanyagot változatlan maradt. A cellulóz-éter viszkozitását a vizsgálat során állandó értéken tartottuk (60 000 mPa.s, 2%-os vizes oldat, HAAKE reométerrel mérve).

A kijuttatási kísérletekben a kereskedelemben kapható gipszpermetezőt (PFT G4) használtuk a permetezéshez. Koncentráljon a gipszhabarcs nem nedvesített csomóinak képződésének értékelésére közvetlenül a falra történő felhordás után. A csomósodás értékelése ebben a szakaszban a vakolási folyamat során a legjobban feltárja a termék teljesítményében mutatkozó különbségeket. A teszt során tapasztalt dolgozók értékelték a csomósodási helyzetet: 1 a legjobb, 6 pedig a legrosszabb.

A vizsgálati eredmények egyértelműen mutatják a korrelációt az átlagos szálátmérő DIFI (50,3) és a csomósodási teljesítmény pontszáma között. Összhangban azzal a hipotézisünkkel, hogy a nagyobb DIFI(50,3) cellulóz-éter termékek jobban teljesítettek a kisebb DIFI(50,3) termékeknél, az 52 µm-es DIFI(50,3) átlagos pontszáma 2 (jó), míg a DIFI 50,3) 37 µm és 40 µm 5 pontot ért el (hiba).

Ahogy azt vártuk, a GSP alkalmazásokban a csomósodási viselkedés jelentősen függ a felhasznált cellulóz-éter átlagos átmérőjétől DIFI(50,3). Sőt, az előző megbeszélésben említettük, hogy az összes morfológiai paraméter közül a DIFI(50,3) erősen befolyásolta a cellulóz-éter porok oldódási idejét. Ez megerősíti, hogy a cellulóz-éter oldódási ideje, amely erősen korrelál a részecske morfológiájával, végső soron befolyásolja a csomók kialakulását a GSP-ben. A nagyobb DIFI (50,3) hosszabb oldódási időt okoz a porban, ami jelentősen csökkenti az agglomeráció esélyét. A túl hosszú poroldódási idő azonban megnehezíti a cellulóz-éter teljes feloldódását a permetező berendezés keverési ideje alatt.

Az új HEMC termék optimalizált kioldódási profillal a nagyobb átlagos szálátmérőjű DIFI(50,3) miatt nemcsak jobban nedvesíti a gipszport (amint az a csomósodás értékelésénél látható), de nem befolyásolja a gipszpor vízmegtartó képességét sem. a terméket. Az EN 459-2 szerint mért vízvisszatartás nem volt megkülönböztethető az azonos viszkozitású DIFI(50,3) 37µm és 52µm közötti HEMC termékektől. 5 perc és 60 perc után minden mérés a grafikonon látható előírt tartományba esik.

Ugyanakkor az is megerősítést nyert, hogy ha a DIFI(50,3) túl nagy lesz, a cellulóz-éter részecskék már nem oldódnak fel teljesen. Ezt az 59 µM termék DIFI(50,3) tesztelésekor találtuk. A vízvisszatartási teszt eredménye 5 perc és különösen 60 perc után nem érte el a szükséges minimumot.

5. Összegzés

A cellulóz-éterek fontos adalékanyagok a GSP készítményekben. Az itt folyó kutatási és termékfejlesztési munka a cellulóz-éterek szemcsemorfológiája és a mechanikus permetezés során kialakuló nedvesítetlen csomók (ún. csomósodás) közötti összefüggést vizsgálja. A működési mechanizmus azon feltételezésén alapul, hogy a cellulóz-éter por oldódási ideje befolyásolja a gipszpor víz általi nedvesedését, és ezáltal befolyásolja a csomók képződését.

Az oldódási idő a cellulóz-éter részecskemorfológiájától függ, és digitális képelemző eszközökkel határozható meg. A GSP-ben a nagy átlagos DIFI (50,3) átmérőjű cellulóz-éterek optimalizált poroldódási jellemzőkkel rendelkeznek, így több időt hagynak a víznek a gipszrészecskék alapos megnedvesítésére, ezáltal lehetővé téve az optimális agglomerációt. Az ilyen típusú cellulóz-étert új gyártási eljárással állítják elő, és részecskeformája nem függ a gyártáshoz használt alapanyag eredeti formájától.

Az átlagos szálátmérő DIFI (50,3) nagyon fontos hatással van a csomósodásra, amit úgy igazoltunk, hogy ezt a terméket a kereskedelemben kapható gépi szórt gipszbázishoz adták a helyszíni permetezéshez. Ezen kívül ezek a terepi permetezési tesztek megerősítették laboratóriumi eredményeinket: a legjobban teljesítő, nagy DIFI-vel (50,3) rendelkező cellulóz-éter termékek teljes mértékben oldódtak a GSP keverés időablakán belül. Ezért a legjobb csomósodásgátló tulajdonságokkal rendelkező cellulóz-éter termék a szemcsék alakjának javítása után továbbra is megőrzi eredeti vízmegtartó képességét.