Pengembangan eter selulosa HEMC baru untuk mengurangi aglomerasi pada plester yang disemprot mesin berbasis gipsum

Pengembangan eter selulosa HEMC baru untuk mengurangi aglomerasi pada plester yang disemprot mesin berbasis gipsum

Plester penyemprotan mesin (GSP) berbahan dasar gipsum telah banyak digunakan di Eropa Barat sejak tahun 1970-an. Munculnya penyemprotan mekanis telah secara efektif meningkatkan efisiensi konstruksi plesteran sekaligus mengurangi biaya konstruksi. Dengan semakin mendalamnya komersialisasi GSP, selulosa eter yang larut dalam air telah menjadi bahan tambahan utama. Selulosa eter memberi GSP kinerja retensi air yang baik, yang membatasi penyerapan kelembapan substrat dalam plester, sehingga memperoleh waktu pengerasan yang stabil dan sifat mekanik yang baik. Selain itu, kurva reologi spesifik selulosa eter dapat meningkatkan efek penyemprotan mesin dan secara signifikan menyederhanakan proses perataan dan penyelesaian mortar selanjutnya.

Meskipun selulosa eter memiliki keuntungan nyata dalam aplikasi GSP, selulosa eter juga berpotensi berkontribusi terhadap pembentukan gumpalan kering saat disemprotkan. Gumpalan yang tidak dibasahi ini juga dikenal sebagai penggumpalan atau penggumpalan, dan dapat berdampak buruk terhadap perataan dan penyelesaian mortar. Aglomerasi dapat mengurangi efisiensi lokasi dan meningkatkan biaya aplikasi produk gipsum berkinerja tinggi. Untuk lebih memahami pengaruh selulosa eter terhadap pembentukan gumpalan di GSP, kami melakukan penelitian untuk mencoba mengidentifikasi parameter produk relevan yang mempengaruhi pembentukannya. Berdasarkan hasil penelitian ini, kami mengembangkan serangkaian produk selulosa eter dengan kecenderungan yang berkurang untuk menggumpal dan mengevaluasinya dalam aplikasi praktis.

Kata kunci: selulosa eter; plester semprot mesin gipsum; tingkat disolusi; morfologi partikel

1. Perkenalan

Eter selulosa yang larut dalam air telah berhasil digunakan dalam plester yang disemprotkan mesin (GSP) berbahan gipsum untuk mengatur kebutuhan air, meningkatkan retensi air dan meningkatkan sifat reologi mortar. Oleh karena itu, ini membantu meningkatkan kinerja mortar basah, sehingga memastikan kekuatan mortar yang dibutuhkan. Karena sifatnya yang layak secara komersial dan ramah lingkungan, GSP campuran kering telah menjadi bahan bangunan interior yang banyak digunakan di seluruh Eropa selama 20 tahun terakhir.

Mesin untuk mencampur dan menyemprotkan GSP campuran kering telah berhasil dikomersialkan selama beberapa dekade. Meskipun beberapa fitur teknis peralatan dari produsen yang berbeda berbeda-beda, semua mesin penyemprot yang tersedia secara komersial memungkinkan waktu pengadukan yang sangat terbatas agar air dapat bercampur dengan mortar campuran kering gipsum yang mengandung selulosa eter. Umumnya, seluruh proses pencampuran hanya memakan waktu beberapa detik. Setelah tercampur, mortar basah dipompa melalui selang pengiriman dan disemprotkan ke dinding substrat. Seluruh proses selesai dalam satu menit. Namun, dalam waktu sesingkat itu, selulosa eter perlu dilarutkan seluruhnya agar sifat-sifatnya dapat dikembangkan sepenuhnya dalam penerapannya. Menambahkan produk selulosa eter yang digiling halus ke dalam formulasi mortar gipsum memastikan pembubaran sempurna selama proses penyemprotan ini.

Selulosa eter yang digiling halus akan membentuk konsistensi dengan cepat jika terkena air selama pengadukan di dalam penyemprot. Peningkatan viskositas yang cepat yang disebabkan oleh pelarutan selulosa eter menyebabkan masalah dengan pembasahan air secara bersamaan pada partikel bahan semen gipsum. Saat air mulai mengental, cairannya menjadi berkurang dan tidak dapat menembus pori-pori kecil di antara partikel gipsum. Setelah akses ke pori-pori tersumbat, proses pembasahan partikel material semen oleh air tertunda. Waktu pencampuran dalam sprayer lebih singkat dibandingkan waktu yang dibutuhkan untuk membasahi seluruh partikel gipsum, sehingga mengakibatkan terbentuknya gumpalan bubuk kering pada mortar basah segar. Begitu gumpalan ini terbentuk, maka akan menghambat efisiensi pekerja dalam proses selanjutnya: meratakan mortar dengan gumpalan sangat merepotkan dan memerlukan waktu lebih lama. Bahkan setelah mortar mengeras, gumpalan yang terbentuk pada awalnya mungkin masih muncul. Misalnya, menutupi gumpalan di dalam selama konstruksi akan menyebabkan munculnya area gelap pada tahap selanjutnya, yang tidak ingin kita lihat.

Meskipun selulosa eter telah digunakan sebagai aditif dalam GSP selama bertahun-tahun, pengaruhnya terhadap pembentukan gumpalan yang tidak dibasahi sejauh ini belum banyak diteliti. Artikel ini menyajikan pendekatan sistematis yang dapat digunakan untuk memahami akar penyebab aglomerasi dari perspektif selulosa eter.

2. Alasan terbentuknya gumpalan yang tidak dibasahi di GSP

2.1 Pembasahan plester berbahan dasar gipsum

Pada tahap awal penetapan program penelitian, sejumlah kemungkinan akar penyebab terbentuknya rumpun di CSP telah dikumpulkan. Selanjutnya, melalui analisis dengan bantuan komputer, masalahnya difokuskan pada apakah terdapat solusi teknis yang praktis. Melalui karya-karya ini, solusi optimal pembentukan aglomerat di GSP telah disaring terlebih dahulu. Dari pertimbangan teknis dan komersial, jalur teknis untuk mengubah pembasahan partikel gipsum melalui perlakuan permukaan dikesampingkan. Dari sudut pandang komersial, gagasan untuk mengganti peralatan yang ada dengan peralatan penyemprotan dengan ruang pencampuran yang dirancang khusus yang dapat memastikan pencampuran air dan mortar yang cukup tidak dapat dilakukan.

Pilihan lainnya adalah dengan menggunakan bahan pembasah sebagai bahan tambahan dalam formulasi plester gipsum dan kami telah menemukan hak paten untuk hal ini. Namun, penambahan bahan tambahan ini pasti berdampak negatif terhadap kemampuan kerja plester. Lebih penting lagi, hal ini mengubah sifat fisik mortar, terutama kekerasan dan kekuatan. Jadi kami tidak mendalaminya terlalu dalam. Selain itu, penambahan bahan pembasah juga dinilai berpotensi memberikan dampak buruk terhadap lingkungan.

Mengingat selulosa eter sudah menjadi bagian dari formulasi plester berbahan dasar gipsum, maka optimalisasi selulosa eter sendiri menjadi solusi terbaik yang dapat dipilih. Pada saat yang sama, hal tersebut tidak boleh mempengaruhi sifat retensi air atau mempengaruhi sifat reologi plester yang digunakan. Berdasarkan hipotesis yang diajukan sebelumnya bahwa pembentukan bubuk yang tidak dibasahi dalam GSP disebabkan oleh peningkatan viskositas selulosa eter yang terlalu cepat setelah kontak dengan air selama pengadukan, mengendalikan karakteristik disolusi selulosa eter menjadi tujuan utama penelitian kami. .

2.2 Waktu pelarutan selulosa eter

Cara mudah untuk memperlambat laju disolusi eter selulosa adalah dengan menggunakan produk tingkat granular. Kerugian utama menggunakan pendekatan ini pada GSP adalah partikel yang terlalu kasar tidak larut sepenuhnya dalam waktu pengadukan 10 detik di penyemprot, sehingga menyebabkan hilangnya retensi air. Selain itu, pembengkakan selulosa eter yang tidak larut pada tahap selanjutnya akan menyebabkan penebalan setelah plesteran dan mempengaruhi kinerja konstruksi, hal yang tidak ingin kita lihat.

Pilihan lain untuk mengurangi laju disolusi selulosa eter adalah dengan mengikat silang permukaan selulosa eter dengan glioksal secara reversibel. Namun, karena reaksi pengikatan silang dikontrol pH, laju disolusi selulosa eter sangat bergantung pada pH larutan berair di sekitarnya. Nilai pH sistem GSP yang dicampur dengan kapur mati sangat tinggi, dan ikatan silang glioksal di permukaan dengan cepat terbuka setelah kontak dengan air, dan viskositas mulai meningkat seketika. Oleh karena itu, perlakuan kimia tersebut tidak dapat berperan dalam mengendalikan laju disolusi dalam GSP.

Waktu pembubaran selulosa eter juga bergantung pada morfologi partikelnya. Namun fakta tersebut sejauh ini belum banyak mendapat perhatian, meski pengaruhnya sangat signifikan. Laju disolusi liniernya konstan [kg/(m2•s)], sehingga pelarutan dan peningkatan viskositasnya sebanding dengan permukaan yang tersedia. Laju ini dapat bervariasi secara signifikan seiring dengan perubahan morfologi partikel selulosa. Dalam perhitungan kami diasumsikan bahwa viskositas penuh (100%) tercapai setelah 5 detik pengadukan.

Perhitungan morfologi partikel yang berbeda menunjukkan bahwa partikel berbentuk bola memiliki viskositas 35% dari viskositas akhir pada separuh waktu pencampuran. Dalam jangka waktu yang sama, partikel selulosa eter berbentuk batang hanya bisa mencapai 10%. Partikel berbentuk cakram baru mulai larut setelahnya2,5 detik.

Juga disertakan karakteristik kelarutan ideal untuk selulosa eter dalam GSP. Menunda peningkatan viskositas awal selama lebih dari 4,5 detik. Setelah itu, viskositas meningkat dengan cepat hingga mencapai viskositas akhir dalam waktu 5 detik waktu pencampuran pengadukan. Dalam GSP, waktu pelarutan tertunda yang lama memungkinkan sistem memiliki viskositas yang rendah, dan air yang ditambahkan dapat membasahi partikel gipsum sepenuhnya dan memasuki pori-pori antar partikel tanpa gangguan.

3. Morfologi partikel selulosa eter

3.1 Pengukuran morfologi partikel

Karena bentuk partikel selulosa eter mempunyai dampak yang signifikan terhadap kelarutan, maka pertama-tama perlu ditentukan parameter yang menggambarkan bentuk partikel selulosa eter, dan kemudian mengidentifikasi perbedaan antara non-pembasahan. Pembentukan aglomerat adalah parameter yang sangat relevan .

Kami memperoleh morfologi partikel selulosa eter dengan teknik analisis gambar dinamis. Morfologi partikel selulosa eter dapat dikarakterisasi sepenuhnya menggunakan penganalisis gambar digital SYMPATEC (buatan Jerman) dan alat analisis perangkat lunak khusus. Parameter bentuk partikel yang paling penting ditemukan pada panjang rata-rata serat yang dinyatakan dalam LEFI(50,3) dan diameter rata-rata dinyatakan dalam DIFI(50,3). Data panjang rata-rata serat dianggap sebagai panjang penuh partikel selulosa eter tertentu yang tersebar.

Biasanya data distribusi ukuran partikel seperti diameter rata-rata serat DIFI dapat dihitung berdasarkan jumlah partikel (dilambangkan dengan 0), panjang (dilambangkan dengan 1), luas (dilambangkan dengan 2) atau volume (dilambangkan dengan 3). Semua pengukuran data partikel dalam makalah ini didasarkan pada volume dan oleh karena itu ditandai dengan akhiran 3. Misalnya, dalam DIFI(50,3), 3 berarti distribusi volume, dan 50 berarti 50% kurva distribusi ukuran partikel lebih kecil dari nilai yang ditunjukkan, dan 50% lainnya lebih besar dari nilai yang ditunjukkan. Data bentuk partikel selulosa eter diberikan dalam mikrometer (µm).

3.2 Selulosa eter setelah optimasi morfologi partikel

Dengan mempertimbangkan pengaruh permukaan partikel, waktu pelarutan partikel partikel selulosa eter dengan bentuk partikel seperti batang sangat bergantung pada rata-rata diameter serat DIFI (50,3). Berdasarkan asumsi ini, pengembangan selulosa eter ditujukan untuk memperoleh produk dengan diameter serat rata-rata DIFI yang lebih besar (50,3) untuk meningkatkan kelarutan bubuk.

Namun, peningkatan rata-rata panjang serat DIFI(50,3) diperkirakan tidak akan dibarengi dengan peningkatan rata-rata ukuran partikel. Meningkatkan kedua parameter secara bersamaan akan menghasilkan partikel yang terlalu besar untuk larut sepenuhnya dalam waktu pengadukan 10 detik pada penyemprotan mekanis.

Oleh karena itu, hidroksietilmetilselulosa (HEMC) yang ideal harus memiliki diameter serat rata-rata DIFI(50,3) yang lebih besar dengan tetap mempertahankan panjang serat rata-rata LEFI(50,3). Kami menggunakan proses produksi selulosa eter baru untuk menghasilkan HEMC yang lebih baik. Bentuk partikel selulosa eter yang larut dalam air yang diperoleh melalui proses produksi ini sama sekali berbeda dengan bentuk partikel selulosa yang digunakan sebagai bahan baku produksi. Dengan kata lain, proses produksi memungkinkan desain bentuk partikel selulosa eter tidak bergantung pada bahan baku produksinya.

Tiga gambar mikroskop elektron pemindaian: satu selulosa eter yang dihasilkan melalui proses standar, dan satu lagi selulosa eter yang dihasilkan melalui proses baru dengan diameter DIFI(50,3) lebih besar dibandingkan produk alat proses konvensional. Juga diperlihatkan morfologi selulosa halus yang digunakan dalam produksi kedua produk ini.

Membandingkan mikrograf elektron selulosa dan selulosa eter yang dihasilkan melalui proses standar, mudah untuk menemukan bahwa keduanya memiliki karakteristik morfologi yang serupa. Banyaknya jumlah partikel pada kedua gambar tersebut menunjukkan struktur yang panjang dan tipis, menunjukkan bahwa ciri-ciri morfologi dasar tidak berubah bahkan setelah reaksi kimia berlangsung. Jelas bahwa karakteristik morfologi partikel produk reaksi sangat berkorelasi dengan bahan bakunya.

Ditemukan bahwa karakteristik morfologi selulosa eter yang dihasilkan oleh proses baru ini berbeda secara signifikan, memiliki diameter rata-rata DIFI yang lebih besar (50,3), dan terutama menyajikan bentuk partikel bulat pendek dan tebal, sedangkan tipikal partikel tipis dan panjang dalam bahan baku selulosa Hampir punah.

Gambar ini sekali lagi menunjukkan bahwa morfologi partikel selulosa eter yang dihasilkan oleh proses baru tidak lagi berhubungan dengan morfologi bahan baku selulosa – hubungan antara morfologi bahan mentah dan produk akhir tidak ada lagi.

4. Pengaruh morfologi partikel HEMC terhadap pembentukan gumpalan yang tidak dibasahi di GSP

GSP diuji dalam kondisi aplikasi lapangan untuk memverifikasi bahwa hipotesis kami tentang mekanisme kerja (bahwa menggunakan produk selulosa eter dengan diameter rata-rata DIFI yang lebih besar (50,3) akan mengurangi aglomerasi yang tidak diinginkan) adalah benar. HEMC dengan diameter rata-rata DIFI (50,3) berkisar antara 37 µm hingga 52 µm digunakan dalam percobaan ini. Untuk meminimalkan pengaruh faktor selain morfologi partikel, bahan dasar plester gipsum dan semua bahan tambahan lainnya tidak diubah. Viskositas selulosa eter dijaga konstan selama pengujian (60.000mPa.s, larutan berair 2%, diukur dengan rheometer HAAKE).

Penyemprot gipsum yang tersedia secara komersial (PFT G4) digunakan untuk penyemprotan dalam uji coba aplikasi. Fokus pada evaluasi pembentukan gumpalan mortar gipsum yang tidak dibasahi segera setelah diaplikasikan pada dinding. Penilaian penggumpalan pada tahap ini selama proses penerapan plesteran akan menunjukkan perbedaan terbaik dalam kinerja produk. Dalam pengujian tersebut, pekerja berpengalaman menilai situasi penggumpalan, dengan nilai 1 sebagai yang terbaik dan 6 sebagai yang terburuk.

Hasil pengujian jelas menunjukkan korelasi antara rata-rata diameter serat DIFI (50,3) dengan skor kinerja penggumpalan. Konsisten dengan hipotesis kami bahwa produk selulosa eter dengan DIFI(50,3) yang lebih besar mengungguli produk DIFI(50,3) yang lebih kecil, skor rata-rata untuk DIFI(50,3) sebesar 52 µm adalah 2 (baik), sedangkan produk dengan DIFI( 50,3) dari 37µm dan 40µm mendapat skor 5 (gagal).

Seperti yang kami harapkan, perilaku penggumpalan dalam aplikasi GSP sangat bergantung pada diameter rata-rata DIFI(50,3) selulosa eter yang digunakan. Selain itu, telah disebutkan dalam pembahasan sebelumnya bahwa di antara semua parameter morfologi DIFI(50,3) sangat mempengaruhi waktu disolusi bubuk selulosa eter. Hal ini menegaskan bahwa waktu pelarutan selulosa eter, yang sangat berkorelasi dengan morfologi partikel, pada akhirnya mempengaruhi pembentukan gumpalan di GSP. DIFI yang lebih besar (50,3) menyebabkan waktu pembubaran bubuk lebih lama, yang secara signifikan mengurangi kemungkinan aglomerasi. Namun waktu pelarutan serbuk yang terlalu lama akan menyulitkan selulosa eter untuk larut sempurna dalam waktu pengadukan alat penyemprotan.

Produk HEMC baru dengan profil disolusi yang dioptimalkan karena diameter serat rata-rata DIFI (50,3) yang lebih besar tidak hanya memiliki pembasahan bubuk gipsum yang lebih baik (seperti terlihat dalam evaluasi penggumpalan), namun juga tidak mempengaruhi kinerja retensi air. produk. Retensi air yang diukur menurut EN 459-2 tidak dapat dibedakan dari produk HEMC dengan viskositas yang sama dengan DIFI(50,3) dari 37µm hingga 52µm. Semua pengukuran setelah 5 menit dan 60 menit berada dalam rentang yang disyaratkan seperti yang ditunjukkan pada grafik.

Namun dipastikan juga bahwa jika DIFI(50,3) menjadi terlalu besar, partikel selulosa eter tidak akan larut sempurna lagi. Hal ini ditemukan ketika menguji produk DIFI(50,3) 59 µM. Hasil uji retensi airnya setelah 5 menit dan terutama setelah 60 menit gagal memenuhi persyaratan minimum.

5. Ringkasan

Selulosa eter merupakan bahan tambahan penting dalam formulasi GSP. Penelitian dan pengembangan produk di sini mengamati korelasi antara morfologi partikel eter selulosa dan pembentukan gumpalan yang tidak dibasahi (disebut penggumpalan) ketika disemprotkan secara mekanis. Hal ini didasarkan pada asumsi mekanisme kerja bahwa waktu pelarutan serbuk selulosa eter mempengaruhi pembasahan bubuk gipsum oleh air sehingga mempengaruhi pembentukan gumpalan.

Waktu pelarutan bergantung pada morfologi partikel selulosa eter dan dapat diperoleh dengan menggunakan alat analisis gambar digital. Dalam GSP, selulosa eter dengan diameter rata-rata DIFI yang besar (50,3) memiliki karakteristik pelarutan bubuk yang optimal, memberikan lebih banyak waktu bagi air untuk membasahi partikel gipsum secara menyeluruh, sehingga memungkinkan anti-aglomerasi yang optimal. Selulosa eter jenis ini diproduksi dengan menggunakan proses produksi baru, dan bentuk partikelnya tidak bergantung pada bentuk asli bahan baku produksinya.

DIFI diameter serat rata-rata (50,3) mempunyai pengaruh yang sangat penting terhadap penggumpalan, yang telah diverifikasi dengan menambahkan produk ini ke dasar gipsum yang disemprotkan mesin yang tersedia secara komersial untuk penyemprotan di tempat. Selain itu, uji semprotan lapangan ini mengkonfirmasi hasil laboratorium kami: produk selulosa eter dengan kinerja terbaik dengan DIFI besar (50,3) dapat larut sepenuhnya dalam rentang waktu agitasi GSP. Oleh karena itu, produk selulosa eter dengan sifat anti-caking terbaik setelah memperbaiki bentuk partikel tetap mempertahankan kinerja retensi air aslinya.