석고 기반 기계 분사 플라스터의 응집을 줄이기 위한 새로운 HEMC 셀룰로오스 에테르 개발

석고 기반 기계 분사 플라스터의 응집을 줄이기 위한 새로운 HEMC 셀룰로오스 에테르 개발

석고 기반 기계 분무 석고(GSP)는 1970년대부터 서유럽에서 널리 사용되었습니다. 기계식 스프레이의 출현으로 미장 공사의 효율성이 효과적으로 향상되었으며 공사 비용도 절감되었습니다. GSP 상용화가 심화되면서 수용성 셀룰로오스 에테르가 핵심 첨가제로 자리 잡았습니다. 셀룰로오스 에테르는 GSP에 우수한 보수 성능을 부여하여 미장에서 기질의 수분 흡수를 제한함으로써 안정적인 응결 시간과 우수한 기계적 특성을 얻습니다. 또한, 셀룰로오스 에테르의 특정 유변학적 곡선은 기계 분사 효과를 향상시키고 후속 모르타르 레벨링 및 마감 공정을 크게 단순화할 수 있습니다.

GSP 응용 분야에서 셀룰로오스 에테르의 명백한 이점에도 불구하고 분무 시 건조 덩어리 형성에 잠재적으로 기여할 수도 있습니다. 이러한 젖지 않은 덩어리는 응집 또는 굳음이라고도 알려져 있으며 모르타르의 레벨링 및 마무리에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 응집은 현장 효율성을 감소시키고 고성능 석고 제품 적용 비용을 증가시킬 수 있습니다. GSP의 덩어리 형성에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향을 더 잘 이해하기 위해 우리는 덩어리 형성에 영향을 미치는 관련 제품 매개 변수를 식별하려는 연구를 수행했습니다. 본 연구 결과를 바탕으로 응집 경향이 감소된 일련의 셀룰로오스 에테르 제품을 개발하고 실제 응용 분야에서 평가했습니다.

핵심 단어: 셀룰로오스 에테르; 석고 기계 스프레이 석고; 용해율; 입자 형태

1. 소개

수용성 셀룰로오스 에테르는 물 수요를 조절하고 수분 보유력을 향상시키며 모르타르의 유변학적 특성을 개선하기 위해 석고 기반 기계 분무 플라스터(GSP)에 성공적으로 사용되었습니다. 따라서 습식 모르타르의 성능을 향상시키는데 도움을 주어 요구되는 모르타르의 강도를 확보하게 된다. 상업적으로 실행 가능하고 환경 친화적인 특성으로 인해 건식 혼합 GSP는 지난 20년 동안 유럽 전역에서 널리 사용되는 내장 건축 자재가 되었습니다.

건식 블렌드 GSP의 혼합 및 분사 기계는 수십 년 동안 성공적으로 상용화되었습니다. 제조사마다 장비의 일부 기술적 특징이 다르지만, 시중에서 판매되는 모든 분무 기계는 물이 셀룰로오스 에테르 함유 석고 건조 혼합물 모르타르와 혼합되는 교반 시간이 매우 제한적입니다. 일반적으로 전체 혼합 과정은 몇 초 밖에 걸리지 않습니다. 혼합 후, 젖은 모르타르는 공급 호스를 통해 펌핑되어 하지 벽에 분사됩니다. 모든 과정은 1분 안에 완료됩니다. 그러나 이러한 짧은 시간 내에 셀룰로오스 에테르가 응용 분야에서 그 특성을 완전히 발현하려면 완전히 용해되어야 합니다. 미세하게 분쇄된 셀룰로오스 에테르 제품을 석고 모르타르 제제에 첨가하면 이 분무 과정에서 완전한 용해가 보장됩니다.

미세하게 분쇄된 셀룰로오스 에테르는 분무기에서 교반하는 동안 물과 접촉하면 빠르게 농도를 형성합니다. 셀룰로오스 에테르의 용해로 인한 급격한 점도 상승은 석고 시멘트질 재료 입자의 동시 물 습윤 문제를 야기한다. 물이 걸쭉해지기 시작하면 유동성이 낮아지고 석고 입자 사이의 작은 기공으로 침투할 수 없습니다. 기공으로의 접근이 차단된 후, 물에 의한 시멘트질 재료 입자의 습윤 과정이 지연됩니다. 분무기에서의 혼합 시간은 석고 입자를 완전히 적시는 데 필요한 시간보다 짧았으며, 이로 인해 새로운 젖은 모르타르에 건조 분말 덩어리가 형성되었습니다. 이러한 덩어리가 형성되면 후속 공정에서 작업자의 효율성을 방해합니다. 덩어리로 모르타르를 수평으로 맞추는 것은 매우 번거롭고 시간이 더 걸립니다. 모르타르가 굳은 후에도 처음에 형성된 덩어리가 나타날 수 있습니다. 예를 들어, 시공 중에 내부 덩어리를 덮으면 나중에 우리가 보고 싶지 않은 어두운 영역이 나타나게 됩니다.

셀룰로오스 에테르는 수년 동안 GSP의 첨가제로 사용되어 왔지만 젖지 않은 덩어리 형성에 미치는 영향은 지금까지 많이 연구되지 않았습니다. 이 기사에서는 셀룰로오스 에테르 관점에서 응집의 근본 원인을 이해하는 데 사용할 수 있는 체계적인 접근 방식을 제시합니다.

2. GSP에서 젖지 않은 덩어리가 형성되는 이유

2.1 석고 기반 석고의 습윤

연구 프로그램 수립 초기 단계에서 CSP의 덩어리 형성에 대한 여러 가지 가능한 근본 원인이 수집되었습니다. 다음으로 컴퓨터를 이용한 분석을 통해 실질적인 기술적 해결방안이 있는지에 대한 문제를 집중적으로 살펴본다. 이러한 작업을 통해 GSP의 응집체 형성에 대한 최적의 솔루션이 예비적으로 선별되었습니다. 기술적 및 상업적 고려사항 모두에서, 표면 처리를 통해 석고 입자의 습윤성을 변화시키는 기술적 경로는 배제됩니다. 상업적인 관점에서 기존 장비를 물과 모르타르의 충분한 혼합을 보장할 수 있도록 특별히 설계된 혼합 챔버를 갖춘 스프레이 장비로 교체하려는 아이디어는 배제됩니다.

또 다른 옵션은 석고 플라스터 제형의 첨가제로 습윤제를 사용하는 것이며 우리는 이미 이에 대한 특허를 찾았습니다. 그러나 이러한 첨가제의 첨가는 필연적으로 석고의 가공성에 부정적인 영향을 미친다. 더 중요한 것은 모르타르의 물리적 특성, 특히 경도와 강도를 변화시킨다는 것입니다. 그래서 우리는 그것에 대해 너무 깊이 탐구하지 않았습니다. 또한, 습윤제를 첨가하는 것도 환경에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있는 것으로 간주됩니다.

셀룰로오스 에테르가 이미 석고 기반 석고 제형의 일부라는 점을 고려하면 셀룰로오스 에테르 자체를 최적화하는 것이 선택할 수 있는 최상의 솔루션이 됩니다. 동시에, 보수 특성에 영향을 미치거나 사용 중인 석고의 유변학적 특성에 부정적인 영향을 주어서는 안 됩니다. GSP에서 비습윤 분말의 생성은 교반 중 물과 접촉한 후 셀룰로오스 에테르의 점도가 지나치게 빠르게 증가하기 때문이라는 이전에 제안된 가설을 바탕으로 셀룰로오스 에테르의 용해 특성을 제어하는 ​​것이 본 연구의 주요 목표가 되었습니다. .

2.2 셀룰로오스 에테르의 용해 시간

셀룰로오스 에테르의 용해 속도를 늦추는 쉬운 방법은 과립 등급 제품을 사용하는 것입니다. GSP에서 이 접근법을 사용할 때의 주요 단점은 너무 거친 입자가 분무기의 짧은 10초 교반 창 내에 완전히 용해되지 않아 수분 보유력이 손실된다는 것입니다. 또한, 후기 단계에서 용해되지 않은 셀룰로오스 에테르의 팽윤은 미장 후 두꺼워지게 되어 시공 성능에 영향을 미치게 되는데, 이는 우리가 보고 싶지 않은 것입니다.

셀룰로오스 에테르의 용해 속도를 줄이는 또 다른 옵션은 셀룰로오스 에테르의 표면을 글리옥살과 가역적으로 가교시키는 것입니다. 그러나 가교 반응은 pH에 의해 제어되므로 셀룰로오스 에테르의 용해 속도는 주변 수용액의 pH에 ​​따라 크게 달라집니다. 소석회를 혼합한 GSP 시스템의 pH 값은 매우 높으며, 물과 접촉한 후 표면의 글리옥살의 가교결합이 빠르게 열려 점도가 순간적으로 상승하기 시작합니다. 따라서 이러한 화학적 처리는 GSP의 용출률을 조절하는 역할을 할 수 없습니다.

셀룰로오스 에테르의 용해 시간은 입자 형태에 따라 달라집니다. 그러나 이 사실은 그 효과가 매우 중요함에도 불구하고 지금까지 많은 주목을 받지 못했다. 이는 일정한 선형 용해 속도 [kg/(m2•s)], 따라서 용해 및 점도 축적은 사용 가능한 표면에 비례합니다. 이 속도는 셀룰로오스 입자의 형태 변화에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 계산에서는 5초 동안 교반 혼합한 후 전체 점도(100%)에 도달하는 것으로 가정합니다.

다양한 입자 형태를 계산한 결과 구형 입자의 점도는 혼합 시간의 절반에서 최종 점도의 35%인 것으로 나타났습니다. 같은 기간에 막대 모양의 셀룰로오스 에테르 입자는 10%에만 도달할 수 있습니다. 디스크 모양의 입자가 막 녹기 시작했습니다.2.5초.

또한 GSP의 셀룰로오스 에테르에 대한 이상적인 용해도 특성도 포함되어 있습니다. 초기 점도 형성을 4.5초 이상 지연합니다. 이후 교반 혼합 시간 5초 이내에 점도가 급격하게 증가하여 최종 점도에 도달하였다. GSP에서는 이렇게 긴 용해 시간 지연으로 인해 시스템의 점도가 낮아지고 첨가된 물은 석고 입자를 완전히 적시고 교란 없이 입자 사이의 기공으로 들어갈 수 있습니다.

3. 셀룰로오스 에테르의 입자 형태

3.1 입자 형태 측정

셀룰로오스 에테르 입자의 모양은 용해도에 큰 영향을 미치기 때문에 먼저 셀룰로오스 에테르 입자의 모양을 설명하는 매개변수를 결정한 다음 비습윤 입자와 입자의 차이를 식별하는 것이 필요합니다. 응집체 형성은 특히 관련된 매개변수입니다. .

동적 이미지 분석 기술을 통해 셀룰로오스 에테르의 입자 형태를 얻었습니다. 셀룰로오스 에테르의 입자 형태는 SYMPATEC 디지털 이미지 분석기(독일산)와 특정 소프트웨어 분석 도구를 사용하여 완전히 특성화할 수 있습니다. 가장 중요한 입자 형상 매개변수는 LEFI(50,3)로 표시되는 섬유의 평균 길이와 DIFI(50,3)로 표시되는 평균 직경인 것으로 나타났습니다. 섬유 평균 길이 데이터는 특정 퍼진 셀룰로오스 에테르 입자의 전체 길이로 간주됩니다.

일반적으로 평균 섬유 직경 DIFI와 같은 입자 크기 분포 데이터는 입자 수(0으로 표시), 길이(1로 표시), 면적(2로 표시) 또는 부피(3으로 표시)를 기준으로 계산할 수 있습니다. 본 백서의 모든 입자 데이터 측정은 부피를 기준으로 하므로 접미사 3으로 표시됩니다. 예를 들어, DIFI(50,3)에서 3은 부피 분포를 의미하고, 50은 입자 크기 분포 곡선의 50%가 표시된 값보다 작고 나머지 50%는 표시된 값보다 크다는 것을 의미합니다. 셀룰로오스 에테르 입자 모양 데이터는 마이크로미터(μm) 단위로 제공됩니다.

3.2 입자 형태 최적화 후의 셀룰로오스 에테르

입자 표면의 영향을 고려할 때, 막대 모양의 입자 모양을 가진 셀룰로오스 에테르 입자의 입자 용해 시간은 평균 섬유 직경 DIFI(50,3)에 크게 의존합니다. 이러한 가정을 바탕으로 셀룰로오스 에테르에 대한 개발 작업은 분말의 용해도를 향상시키기 위해 더 큰 평균 섬유 직경 DIFI(50,3)를 갖는 제품을 얻는 것을 목표로 했습니다.

그러나 평균 섬유 길이 DIFI(50,3)의 증가는 평균 입자 크기의 증가를 동반하지 않을 것으로 예상됩니다. 두 매개변수를 함께 높이면 입자가 너무 커서 기계식 스프레이의 일반적인 10초 교반 시간 내에 완전히 용해되지 않을 수 있습니다.

따라서 이상적인 하이드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)는 평균 섬유 길이 LEFI(50,3)를 유지하면서 더 큰 평균 섬유 직경 DIFI(50,3)를 가져야 합니다. 우리는 개선된 HEMC를 생산하기 위해 새로운 셀룰로오스 에테르 생산 공정을 사용합니다. 본 제조과정을 통해 얻어지는 수용성 셀룰로오스 에테르의 입자 형태는 제조 원료로 사용되는 셀룰로오스의 입자 형태와 전혀 다르다. 즉, 생산 공정에서는 셀룰로오스 에테르의 입자 모양 설계가 생산 원료와 무관할 수 있습니다.

3개의 주사전자현미경 이미지: 표준 공정으로 생산된 셀룰로오스 에테르 중 하나, 기존 공정 도구 제품보다 DIFI(50,3) 직경이 더 큰 새로운 공정으로 생산된 셀룰로오스 에테르 중 하나. 또한 이 두 제품의 생산에 사용된 미세하게 분쇄된 셀룰로오스의 형태도 표시되어 있습니다.

표준 공정으로 생산된 셀룰로오스와 셀룰로오스 에테르의 전자 현미경 사진을 비교해 보면 두 가지가 유사한 형태학적 특성을 가지고 있음을 쉽게 알 수 있습니다. 두 이미지 모두에 있는 많은 수의 입자는 일반적으로 길고 얇은 구조를 나타내며, 이는 화학 반응이 발생한 후에도 기본적인 형태학적 특징이 변하지 않았음을 시사합니다. 반응 생성물의 입자 형태 특성은 원료와 높은 상관관계가 있다는 것이 분명합니다.

새로운 공정으로 생산된 셀룰로오스 에테르의 형태학적 특성은 크게 다르며 평균 직경이 더 큰 DIFI(50,3)를 가지며 주로 둥글고 짧고 두꺼운 입자 모양을 나타내는 반면, 일반적인 얇고 긴 입자는 셀룰로오스 원료에서는 거의 멸종되었습니다.

이 그림은 새로운 공정으로 생산된 셀룰로오스 에테르의 입자 형태가 더 이상 셀룰로오스 원료의 형태와 관련이 없음을 다시 보여줍니다. 즉, 원료의 형태와 최종 제품 간의 연결이 더 이상 존재하지 않습니다.

4. GSP에서 젖지 않은 덩어리의 형성에 대한 HEMC 입자 형태의 영향

GSP는 작동 메커니즘에 대한 우리의 가설(평균 직경이 더 큰 DIFI(50,3)을 갖는 셀룰로오스 에테르 제품을 사용하면 원치 않는 응집을 줄일 수 있다는 것)이 올바른지 확인하기 위해 현장 적용 조건에서 테스트되었습니다. 이 실험에는 평균 직경 DIFI(50,3)가 37μm~52μm인 HEMC가 사용되었습니다. 입자 형태 이외의 요인의 영향을 최소화하기 위해 석고 플라스터 베이스 및 기타 모든 첨가제는 변경되지 않은 상태로 유지되었습니다. 셀룰로오스 에테르의 점도는 테스트 동안 일정하게 유지되었습니다(60,000mPa.s, 2% 수용액, HAAKE 레오미터로 측정).

시판되는 석고 분무기(PFT G4)를 적용 시험의 분무에 사용했습니다. 벽에 적용된 직후 젖지 않은 석고 모르타르 덩어리의 형성을 평가하는 데 중점을 둡니다. 미장 도포 공정 전반에 걸쳐 이 단계에서 응집을 평가하면 제품 성능의 차이가 가장 잘 드러납니다. 테스트에서 숙련된 작업자는 뭉치는 상황을 1이 가장 좋고 6이 가장 나쁜 것으로 평가했습니다.

테스트 결과는 평균 섬유 직경 DIFI(50,3)와 응집 성능 점수 사이의 상관 관계를 명확하게 보여줍니다. 더 큰 DIFI(50,3)를 가진 셀룰로오스 에테르 제품이 더 작은 DIFI(50,3) 제품보다 성능이 뛰어나다는 가설과 일치하여 52μm의 DIFI(50,3)에 대한 평균 점수는 2(좋음)인 반면 DIFI( 37μm 및 40μm 중 50,3)은 5점(실패)을 기록했습니다.

예상한 대로 GSP 응용 분야의 응집 거동은 사용된 셀룰로오스 에테르의 평균 직경 DIFI(50,3)에 따라 크게 달라집니다. 더욱이, 모든 형태학적 매개변수 중에서 DIFI(50,3)가 셀룰로오스 에테르 분말의 용해 시간에 큰 영향을 미친다는 것이 이전 논의에서 언급되었습니다. 이는 입자 형태와 높은 상관관계가 있는 셀룰로오스 에테르 용해 시간이 궁극적으로 GSP의 덩어리 형성에 영향을 미친다는 것을 확인시켜 줍니다. DIFI(50,3)가 클수록 분말의 용해 시간이 길어져 응집 가능성이 크게 줄어듭니다. 그러나 분말 용해 시간이 너무 길면 분무 장비의 교반 시간 내에 셀룰로오스 에테르가 완전히 용해되기 어렵습니다.

더 큰 평균 섬유 직경 DIFI(50,3)로 인해 최적화된 용해 프로파일을 갖춘 새로운 HEMC 제품은 석고 분말의 습윤성이 더 좋을 뿐만 아니라(응집 평가에서 볼 수 있듯이) 석고 분말의 보수 성능에 영향을 미치지 않습니다. 제품. EN 459-2에 따라 측정된 수분 보유량은 37μm에서 52μm까지 DIFI(50,3)와 동일한 점도의 HEMC 제품과 구별할 수 없었습니다. 5분과 60분 후의 모든 측정값은 그래프에 표시된 필수 범위 내에 속합니다.

그러나 DIFI(50,3)이 너무 커지면 셀룰로오스 에테르 입자가 더 이상 완전히 용해되지 않는 것도 확인되었습니다. 이는 59 µM 제품의 DIFI(50,3)를 테스트할 때 발견되었습니다. 5분 후, 특히 60분 후의 수분 유지 테스트 결과는 요구되는 최소 기준을 충족하지 못했습니다.

5. 요약

셀룰로오스 에테르는 GSP 제제의 중요한 첨가제입니다. 여기의 연구 및 제품 개발 작업에서는 셀룰로오스 에테르의 입자 형태와 기계적으로 분무할 때 젖지 않은 덩어리(소위 덩어리) 형성 사이의 상관관계를 조사합니다. 이는 셀룰로오스에테르 분말의 용해시간이 석고분말의 물습윤에 영향을 주어 덩어리 형성에 영향을 미친다는 작동 메커니즘의 가정에 기초한 것이다.

용해 시간은 셀룰로오스 에테르의 입자 형태에 따라 다르며 디지털 이미지 분석 도구를 사용하여 얻을 수 있습니다. GSP에서 DIFI(50,3)의 평균 직경이 큰 셀룰로오스 에테르는 최적화된 분말 용해 특성을 가지며, 물이 석고 입자를 완전히 적시는 데 더 많은 시간을 허용하여 최적의 응집 방지를 가능하게 합니다. 이러한 유형의 셀룰로오스 에테르는 새로운 생산 공정을 사용하여 생산되며, 그 입자 형태는 생산 원료의 원래 형태에 의존하지 않습니다.

평균 섬유 직경 DIFI(50,3)는 응집에 매우 중요한 영향을 미치며, 이는 현장 분사를 위해 시판되는 기계 분사 석고 베이스에 이 제품을 추가하여 검증되었습니다. 또한, 이러한 현장 스프레이 테스트는 실험실 결과를 확인했습니다. 큰 DIFI(50,3)를 갖는 최고 성능의 셀룰로오스 에테르 제품은 GSP 교반 시간 내에 완전히 용해되었습니다. 따라서 입자 형상을 개선한 후에도 최고의 케이킹 방지 특성을 지닌 셀룰로오스 에테르 제품은 여전히 ​​원래의 보수 성능을 유지합니다.