Гипс негізіндегі машинамен шашылатын сылақтардың агломерациясын азайту үшін жаңа HEMC целлюлоза эфирлерін жасау

Гипс негізіндегі машинамен шашылатын сылақтардың агломерациясын азайту үшін жаңа HEMC целлюлоза эфирлерін жасау

Гипс негізіндегі машинамен шашылатын гипс (GSP) Батыс Еуропада 1970 жылдардан бастап кеңінен қолданылады. Механикалық бүркудің пайда болуы құрылыс шығындарын азайту кезінде сылау құрылысының тиімділігін тиімді арттырды. GSP коммерциялануының тереңдеуімен суда еритін целлюлоза эфирі негізгі қоспаға айналды. Целлюлоза эфирі GSP-ге жақсы суды ұстау қасиетін береді, бұл субстраттың сылақтағы ылғалды сіңіруін шектейді, осылайша тұрақты қату уақытын және жақсы механикалық қасиеттерді алады. Сонымен қатар, целлюлоза эфирінің ерекше реологиялық қисығы машинамен бүрку әсерін жақсарта алады және ерітіндіні тегістеу мен өңдеудің кейінгі процестерін айтарлықтай жеңілдетеді.

GSP қолданбаларындағы целлюлоза эфирлерінің айқын артықшылықтарына қарамастан, ол бүрку кезінде құрғақ кесектердің пайда болуына ықпал етуі мүмкін. Бұл суланбаған түйіршіктер, сондай-ақ түйіршіктеу немесе шөгу деп аталады және олар ерітіндіні тегістеуге және өңдеуге теріс әсер етуі мүмкін. Агломерация алаңның тиімділігін төмендетеді және жоғары өнімді гипс өнімдерін қолдану құнын арттырады. Целлюлоза эфирлерінің GSP-дегі кесектердің пайда болуына әсерін жақсырақ түсіну үшін біз олардың түзілуіне әсер ететін тиісті өнім параметрлерін анықтауға тырысу үшін зерттеу жүргіздік. Осы зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып, біз агломерацияға бейімділігі төмен целлюлоза эфирі өнімдерінің сериясын әзірледік және оларды практикалық қолдануда бағаладық.

Негізгі сөздер: целлюлоза эфирі; гипс машинасының бүріккіш сылағы; еріту жылдамдығы; бөлшектердің морфологиясы

1. Кіріспе

Суда еритін целлюлоза эфирлері су қажеттілігін реттеу, суды ұстап тұруды жақсарту және ерітінділердің реологиялық қасиеттерін жақсарту үшін гипс негізіндегі машинамен шашылатын сылақтарда (GSP) сәтті қолданылды. Сондықтан ол дымқыл ерітіндінің өнімділігін жақсартуға көмектеседі, осылайша ерітіндінің қажетті беріктігін қамтамасыз етеді. Коммерциялық тиімді және экологиялық таза қасиеттерінің арқасында GSP құрғақ қоспасы соңғы 20 жыл ішінде бүкіл Еуропада кеңінен қолданылатын ішкі құрылыс материалына айналды.

Құрғақ араласқан GSP араластыруға және бүркуге арналған машиналар ондаған жылдар бойы сәтті коммерцияланды. Әртүрлі өндірушілердің жабдықтарының кейбір техникалық ерекшеліктері әртүрлі болғанымен, барлық сатылымдағы бүрку машиналары судың целлюлоза эфирі бар гипс құрғақ қоспасымен араласуы үшін өте шектеулі араластыру уақытын береді. Жалпы, араластыру процесі бірнеше секундты алады. Араластырудан кейін дымқыл ерітінді жеткізу шлангісі арқылы айдалады және субстрат қабырғасына шашылады. Бүкіл процесс бір минут ішінде аяқталады. Дегенмен, мұндай қысқа уақыт ішінде целлюлоза эфирлері қолданбада олардың қасиеттерін толығымен дамыту үшін толығымен еріту керек. Гипс ерітінділеріне ұсақ ұнтақталған целлюлоза эфир өнімдерін қосу осы бүрку процесінде толық еруін қамтамасыз етеді.

Ұнтақталған целлюлоза эфирі бүріккіште араластыру кезінде сумен жанасқанда тез консистенцияны түзеді. Целлюлоза эфирінің еруінен туындаған тұтқырлықтың тез көтерілуі гипс цементті материал бөлшектерінің бір мезгілде сумен сулануында қиындықтар туғызады. Су қалыңдай бастағанда, ол аз сұйықтыққа айналады және гипс бөлшектері арасындағы кішкене тесіктерге ене алмайды. Кеуектерге кіру жабылғаннан кейін цементті материал бөлшектерінің сумен сулану процесі кешіктіріледі. Бүріккіштегі араластыру уақыты гипс бөлшектерін толығымен сулау үшін қажетті уақыттан қысқа болды, бұл жаңа дымқыл ерітіндіде құрғақ ұнтақ түйірлерінің пайда болуына әкелді. Бұл түйіршіктер пайда болғаннан кейін олар жұмысшылардың келесі процестердегі тиімділігіне кедергі келтіреді: ерітінділерді түйіршіктермен тегістеу өте қиын және көп уақытты алады. Ерітінді қатып қалғаннан кейін де, бастапқыда пайда болған түйіршіктер пайда болуы мүмкін. Мысалы, құрылыс кезінде ішіндегі түйіршіктерді жабу кейінгі кезеңде біз көргіміз келмейтін қараңғы аймақтардың пайда болуына әкеледі.

Целлюлоза эфирлері көптеген жылдар бойы ГСП-да қоспалар ретінде қолданылғанымен, олардың суланбаған кесектердің пайда болуына әсері әлі күнге дейін көп зерттелмеген. Бұл мақалада целлюлоза эфирі тұрғысынан агломерацияның түпкі себебін түсіну үшін қолдануға болатын жүйелі тәсіл ұсынылған.

2. ГСП суланбаған шоғырлардың пайда болу себептері

2.1 Сылақ негізіндегі сылақтарды сулау

Ғылыми-зерттеу бағдарламасын құрудың бастапқы кезеңдерінде КТҚ-да шоғырлардың пайда болуының мүмкін болатын бірқатар негізгі себептері жинақталды. Келесі кезекте компьютерлік талдау арқылы мәселе практикалық техникалық шешімнің бар-жоғына бағытталған. Осы жұмыстар арқылы ГСП-да агломераттарды қалыптастырудың оңтайлы шешімі алдын ала скринингтен өтті. Техникалық және коммерциялық тұрғыдан алғанда, гипс бөлшектерінің ылғалдануын бетті өңдеу арқылы өзгертудің техникалық жолы жоққа шығарылады. Коммерциялық тұрғыдан алғанда, қолданыстағы жабдықты су мен ерітіндінің жеткілікті түрде араластырылуын қамтамасыз ете алатын арнайы жасалған араластырғыш камерасы бар бүрку жабдығына ауыстыру идеясы жоққа шығарылады.

Тағы бір нұсқа - ылғалдандырғыштарды гипстен жасалған қоспалар ретінде пайдалану және біз бұған патент таптық. Дегенмен, бұл қоспаны қосу сылақтың жұмысқа қабілеттілігіне сөзсіз теріс әсер етеді. Ең бастысы, ол ерітіндінің физикалық қасиеттерін, әсіресе қаттылығы мен беріктігін өзгертеді. Сондықтан біз оны тым тереңдете қоймадық. Сонымен қатар, ылғалдандырғыштарды қосу да қоршаған ортаға теріс әсер етуі мүмкін деп саналады.

Целлюлоза эфирі гипс негізіндегі гипс формуласының бір бөлігі екенін ескере отырып, целлюлоза эфирін оңтайландырудың өзі таңдауға болатын ең жақсы шешім болады. Сонымен бірге ол суды ұстау қасиеттеріне әсер етпеуі немесе қолданылатын сылақтың реологиялық қасиеттеріне теріс әсер етпеуі керек. GSP-де суланбаған ұнтақтардың пайда болуы араластыру кезінде сумен байланысқаннан кейін целлюлоза эфирлерінің тұтқырлығының шамадан тыс жылдам артуына байланысты деген бұрын ұсынылған гипотезаға сүйене отырып, целлюлоза эфирлерінің еру сипаттамаларын бақылау біздің зерттеуіміздің негізгі мақсаты болды. .

2.2 Целлюлоза эфирінің еру уақыты

Целлюлоза эфирлерінің еру жылдамдығын бәсеңдетудің оңай жолы - түйіршікті сортты өнімдерді пайдалану. GSP-де бұл тәсілді қолданудың негізгі кемшілігі тым ірі бөлшектер бүріккіштегі қысқа 10 секундтық араластыру терезесінде толығымен ерімейді, бұл суды ұстаудың жоғалуына әкеледі. Сонымен қатар, кейінгі кезеңде ерімеген целлюлоза эфирінің ісінуі сыланғаннан кейін қалыңдауға әкеледі және құрылыс өнімділігіне әсер етеді, бұл біз көргіміз келмейді.

Целлюлоза эфирлерінің еру жылдамдығын төмендетудің тағы бір нұсқасы целлюлоза эфирлерінің бетін глиоксалмен қайтымды айқастыру болып табылады. Алайда, кросс-байланыстыру реакциясы рН бақыланатындықтан, целлюлоза эфирлерінің еру жылдамдығы қоршаған сулы ерітіндінің рН-ына өте тәуелді. Сөндірген әк араласқан ГСП жүйесінің рН мәні өте жоғары, ал бетіндегі глиоксалдың айқаспалы байланыстары сумен байланысқаннан кейін тез ашылып, тұтқырлығы бірден көтеріле бастайды. Сондықтан мұндай химиялық өңдеулер GSP-де еру жылдамдығын бақылауда рөл атқара алмайды.

Целлюлоза эфирлерінің еру уақыты олардың бөлшектерінің морфологиясына да байланысты. Дегенмен, бұл факт әзірге көп көңіл бөлген жоқ, дегенмен әсері өте маңызды. Олардың тұрақты сызықтық еру жылдамдығы [кг/(м2•s)], сондықтан олардың еруі мен тұтқырлығының жиналуы қол жетімді бетке пропорционал. Бұл жылдамдық целлюлоза бөлшектерінің морфологиясының өзгеруіне байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Біздің есептеулерімізде толық тұтқырлыққа (100%) 5 секунд араластырғаннан кейін жетеді деп болжанады.

Бөлшектердің әртүрлі морфологияларының есептеулері сфералық бөлшектердің араластыру уақытының жартысында соңғы тұтқырлықтың 35% тұтқырлығы болатынын көрсетті. Дәл осы уақыт аралығында таяқша тәрізді целлюлоза эфирінің бөлшектері тек 10% жетеді. Диск тәрізді бөлшектер кейін ғана ери бастады2,5 секунд.

Сондай-ақ GSP құрамындағы целлюлоза эфирлері үшін тамаша ерігіштік сипаттамалары бар. Тұтқырлықтың бастапқы түзілуін 4,5 секундтан артық кешіктіріңіз. Содан кейін тұтқырлық араластыру уақытынан кейін 5 секунд ішінде соңғы тұтқырлыққа жету үшін тез өсті. GSP-де мұндай ұзақ кешіктірілген еріту уақыты жүйенің төмен тұтқырлыққа ие болуына мүмкіндік береді, ал қосылған су гипс бөлшектерін толығымен сулап, бөлшектер арасындағы тесіктерге кедергісіз кіре алады.

3. Целлюлоза эфирінің бөлшектер морфологиясы

3.1 Бөлшектердің морфологиясын өлшеу

Целлюлоза эфирінің бөлшектерінің пішіні ерігіштікке соншалықты маңызды әсер ететіндіктен, алдымен целлюлоза эфирінің бөлшектерінің пішінін сипаттайтын параметрлерді анықтау керек, содан кейін ылғалданбайтындар арасындағы айырмашылықтарды анықтау үшін агломераттардың түзілуі ерекше маңызды параметр болып табылады. .

Біз целлюлоза эфирінің бөлшектерінің морфологиясын динамикалық кескінді талдау әдісі арқылы алдық. Целлюлоза эфирлерінің бөлшектерінің морфологиясын SYMPATEC цифрлық кескін анализаторы (Германияда жасалған) және арнайы бағдарламалық талдау құралдары арқылы толық сипаттауға болады. Бөлшек пішінінің ең маңызды параметрлері LEFI(50,3) түрінде көрсетілген талшықтардың орташа ұзындығы және DIFI(50,3) ретінде көрсетілген орташа диаметрі болып табылды. Талшықтың орташа ұзындығы туралы деректер белгілі бір жайылған целлюлоза эфирінің бөлшектерінің толық ұзындығы болып саналады.

Әдетте талшықтардың орташа диаметрі DIFI сияқты бөлшектер өлшемін бөлу деректері бөлшектердің санына (0-мен белгіленеді), ұзындығына (1-мен белгіленеді), ауданға (2-мен белгіленеді) немесе көлемге (3-пен белгіленеді) қарай есептелуі мүмкін. Осы қағаздағы барлық бөлшектер деректерінің өлшемдері көлемге негізделген және сондықтан 3 жұрнағымен көрсетілген. Мысалы, DIFI(50,3) ішінде 3 көлемнің таралуын білдіреді, ал 50 бөлшек өлшемдерінің таралу қисығының 50% көрсетілген мәннен кіші, ал қалған 50% көрсетілген мәннен үлкен екенін білдіреді. Целлюлоза эфирінің бөлшектерінің пішіні деректері микрометрде (мкм) берілген.

3.2 Бөлшектердің морфологиясын оңтайландырудан кейін целлюлоза эфирі

Бөлшектердің бетінің әсерін ескере отырып, таяқша тәрізді бөлшектердің пішіні бар целлюлоза эфирінің бөлшектерінің еріту уақыты талшықтың орташа диаметріне DIFI (50,3) қатты тәуелді. Осы болжамға сүйене отырып, целлюлоза эфирлері бойынша әзірлеу жұмыстары ұнтақтың ерігіштігін жақсарту үшін талшықтың орташа диаметрі DIFI (50,3) үлкенірек өнімдерді алуға бағытталған.

Дегенмен, DIFI(50,3) талшықтың орташа ұзындығының ұлғаюы бөлшектердің орташа өлшемінің ұлғаюымен қатар жүрмейді деп күтілмейді. Екі параметрді бірге ұлғайту механикалық бүркудің әдеттегі 10 секундтық араластыру уақытында толығымен еру үшін тым үлкен бөлшектерге әкеледі.

Сондықтан идеалды гидроксиэтилметилцеллюлоза (HEMC) талшықтың орташа ұзындығы LEFI (50,3) сақтай отырып, үлкенірек орташа талшық диаметрі DIFI(50,3) болуы керек. Біз жақсартылған HEMC өндіру үшін жаңа целлюлоза эфирін өндіру процесін қолданамыз. Осы өндіріс процесі арқылы алынған суда еритін целлюлоза эфирінің бөлшектердің пішіні өндіріс үшін шикізат ретінде пайдаланылатын целлюлозаның бөлшектерінің пішінінен мүлдем өзгеше. Басқаша айтқанда, өндіріс процесі целлюлоза эфирінің бөлшектер пішінінің дизайны оның өндірістік шикізатынан тәуелсіз болуына мүмкіндік береді.

Үш сканерлеуші ​​электронды микроскоп кескіні: стандартты процесс арқылы өндірілген целлюлоза эфирінің бірі және әдеттегі технологиялық құрал өнімдеріне қарағанда диаметрі DIFI(50,3) үлкенірек жаңа процесс нәтижесінде алынған целлюлоза эфирінің бірі. Сондай-ақ осы екі өнімді өндіруде қолданылатын ұсақ ұнтақталған целлюлозаның морфологиясы көрсетілген.

Стандартты процесс арқылы алынған целлюлоза мен целлюлоза эфирінің электронды микросуреттерін салыстыра отырып, екеуінің морфологиялық сипаттамалары ұқсас екенін оңай табуға болады. Екі суреттегі бөлшектердің көп саны әдетте ұзын, жұқа құрылымдарды көрсетеді, бұл негізгі морфологиялық белгілердің химиялық реакция болғаннан кейін де өзгермегенін көрсетеді. Реакция өнімдерінің бөлшектердің морфологиялық сипаттамалары шикізатпен жоғары деңгейде байланысты екені анық.

Жаңа процесс нәтижесінде түзілетін целлюлоза эфирінің морфологиялық сипаттамалары айтарлықтай ерекшеленетіні, оның орташа диаметрі DIFI (50,3) үлкенірек және негізінен дөңгелек қысқа және жуан бөлшектер пішіндерін, ал типтік жұқа және ұзын бөлшектерді көрсететіні анықталды. целлюлоза шикізатында жойылуға жақын.

Бұл көрсеткіш жаңа процесс нәтижесінде түзілетін целлюлоза эфирлерінің бөлшектерінің морфологиясы целлюлоза шикізатының морфологиясымен енді байланысты емес екенін тағы да көрсетеді – шикізаттың морфологиясы мен соңғы өнім арасындағы байланыс енді жоқ.

4. HEMC бөлшектерінің морфологиясының GSP суланбаған шоғырлардың пайда болуына әсері

GSP жұмыс механизмі туралы гипотезамыздың (диаметрі үлкенірек DIFI (50,3) целлюлоза эфирін пайдалану қажетсіз агломерацияны азайтады) дұрыстығын тексеру үшін далалық қолдану жағдайында сынақтан өтті. Бұл эксперименттерде орташа диаметрлері DIFI(50,3) 37 мкм мен 52 мкм аралығындағы HEMC қолданылды. Бөлшектердің морфологиясынан басқа факторлардың әсерін азайту үшін гипс негізі және барлық басқа қоспалар өзгеріссіз қалдырылды. Сынақ кезінде целлюлоза эфирінің тұтқырлығы тұрақты сақталды (60 000 мПа.с, 2% сулы ерітінді, HAAKE реометрімен өлшенген).

Қолдану сынақтарында бүрку үшін коммерциялық қол жетімді гипс бүріккіш (PFT G4) пайдаланылды. Гипс ерітіндісін қабырғаға жағып болғаннан кейін бірден ылғалданбаған түйіршіктердің пайда болуын бағалауға назар аударыңыз. Сылақ жағу процесінде осы кезеңде жиналуды бағалау өнімнің өнімділігіндегі айырмашылықтарды жақсырақ көрсетеді. Сынақта тәжірибелі жұмысшылар жиналу жағдайын 1 ең жақсы және 6 ең нашар деп бағалады.

Сынақ нәтижелері талшықтың орташа диаметрі DIFI (50,3) мен түйіршіктеу өнімділігі арасындағы корреляцияны анық көрсетеді. Үлкен DIFI(50,3) бар целлюлоза эфирі өнімдері кішірек DIFI(50,3) өнімдерінен асып түседі деген гипотезаға сәйкес, DIFI(50,3) үшін 52 мкм орташа балл 2 (жақсы) болды, ал DIFI( 50,3) 37мкм және 40мкм 5 ұпай (сәтсіздік).

Біз күткендей, GSP қолданбаларындағы жиналу әрекеті пайдаланылатын целлюлоза эфирінің DIFI (50,3) орташа диаметріне айтарлықтай байланысты. Сонымен қатар, алдыңғы талқылауда барлық морфологиялық параметрлердің ішінде DIFI(50,3) целлюлоза эфирі ұнтақтарының еру уақытына қатты әсер ететіні айтылды. Бұл бөлшектердің морфологиясымен жоғары корреляцияға ие целлюлоза эфирінің еру уақыты, сайып келгенде, GSP-де түйіршіктердің пайда болуына әсер ететінін растайды. Үлкенірек DIFI (50,3) ұнтақтың ұзақ еру уақытын тудырады, бұл агломерация мүмкіндігін айтарлықтай төмендетеді. Дегенмен, ұнтақты еріту уақыты тым ұзақ болса, целлюлоза эфирінің бүрку жабдығының араластыру уақытында толығымен еруін қиындатады.

DIFI(50,3) талшықтың үлкенірек орташа диаметріне байланысты оңтайландырылған еріту профилі бар жаңа HEMC өнімі гипс ұнтағының жақсырақ сулануын қамтамасыз етіп қана қоймайды (үйірленуді бағалауда көрсетілгендей), сонымен қатар суды ұстау өнімділігіне де әсер етпейді. өнім. EN 459-2 стандартына сәйкес өлшенген суды ұстау 37 мкм-ден 52 мкм-ге дейінгі DIFI(50,3) бар бірдей тұтқырлықтағы HEMC өнімдерінен айырмашылығы жоқ. 5 минут және 60 минуттан кейінгі барлық өлшемдер графикте көрсетілген қажетті диапазонға түседі.

Дегенмен, егер DIFI(50,3) тым үлкен болса, целлюлоза эфирінің бөлшектері енді толық ерімейтіні де расталды. Бұл 59 мкм өнімнің DIFI(50,3) сынағы кезінде табылды. Оның суды ұстап тұру сынағы 5 минуттан кейін және әсіресе 60 минуттан кейін қажетті минимумға сәйкес келмеді.

5. Түйіндеме

Целлюлоза эфирлері GSP формулаларындағы маңызды қоспалар болып табылады. Мұндағы ғылыми-зерттеу және өнімді әзірлеу жұмыстары целлюлоза эфирлерінің бөлшектерінің морфологиясы мен механикалық бүрку кезінде суланбаған түйіршіктердің пайда болуы (үйірлену деп аталатын) арасындағы корреляцияны қарастырады. Ол целлюлоза эфирі ұнтағының еру уақыты гипс ұнтағының сумен сулануына әсер етеді және осылайша түйіршіктердің пайда болуына әсер етеді деген жұмыс механизмінің болжамына негізделген.

Еріту уақыты целлюлоза эфирінің бөлшектерінің морфологиясына байланысты және оны цифрлық кескінді талдау құралдары арқылы алуға болады. GSP-де үлкен орташа диаметрі DIFI (50,3) целлюлоза эфирлері оңтайландырылған ұнтақты еріту сипаттамаларына ие, бұл судың гипс бөлшектерін мұқият сулауына көбірек уақыт береді, осылайша оңтайлы антиагломерацияны қамтамасыз етеді. Целлюлоза эфирінің бұл түрі жаңа өндіріс процесін қолдану арқылы өндіріледі және оның бөлшектік формасы өндіріске арналған шикізаттың бастапқы түріне байланысты емес.

Талшықтың орташа диаметрі DIFI (50,3) түйілуге ​​өте маңызды әсер етеді, бұл өнімді сайтта бүрку үшін коммерциялық қол жетімді машинада шашылатын гипс негізіне қосу арқылы расталды. Сонымен қатар, бұл далалық бүріккіш сынақтар зертханалық нәтижелерімізді растады: үлкен DIFI (50,3) бар ең жақсы өнімді целлюлоза эфирі өнімдері GSP араластыру уақытының терезесінде толығымен ериді. Сондықтан, бөлшектердің пішінін жақсартқаннан кейін, ең жақсы қатып қалуға қарсы қасиеттері бар целлюлоза эфирі өнімі бұрынғысынша суды ұстаудың бастапқы өнімділігін сақтайды.