셀룰로오스 에테르 개질 석고의 가공성에 대한 주위 온도의 영향

서로 다른 주변 온도에서 셀룰로오스 에테르 개질 석고의 성능은 매우 다르지만 그 메커니즘은 명확하지 않습니다. 서로 다른 주변 온도에서 석고 슬러리의 유변학적 변수와 수분 보유에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향을 연구했습니다. 액상 셀룰로오스 에테르의 유체역학적 직경은 동적 광산란법으로 측정하고 영향 메커니즘을 조사했습니다. 결과는 셀룰로오스 에테르가 석고에 대해 우수한 수분 유지 및 증점 효과를 가지고 있음을 보여줍니다. 셀룰로오스 에테르 함량이 증가하면 슬러리의 점도가 증가하고 보수력이 증가합니다. 그러나 온도가 증가함에 따라 개질 석고 슬러리의 보수력은 어느 정도 감소하고 유변학적 변수도 변화합니다. 셀룰로오스 에테르 콜로이드 회합이 물 수송 채널을 차단함으로써 수분 보유를 달성할 수 있다는 점을 고려할 때, 온도 상승은 셀룰로오스 에테르에 의해 생성된 대용량 회합의 붕괴로 이어질 수 있으며, 이에 따라 개질 석고의 보수 및 작업 성능이 저하될 수 있다.

핵심 단어:석고; 셀룰로오스 에테르; 온도; 수분 보유; 유변학

0. 소개

석고는 우수한 구조와 물리적 특성을 지닌 친환경 소재로서 장식 프로젝트에 널리 사용됩니다. 석고 기반 재료를 적용할 때 일반적으로 수화 및 경화 과정에서 수분 손실을 방지하기 위해 슬러리를 개질하기 위해 보수제를 첨가합니다. 셀룰로오스 에테르는 현재 가장 일반적인 수분 유지제입니다. 이온성 CE는 Ca2+와 반응하기 때문에 종종 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르, 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르 및 메틸 셀룰로오스 에테르와 같은 비이온성 CE를 사용합니다. 장식 공학에서 석고를 더 잘 활용하기 위해서는 셀룰로오스 에테르 개질 석고의 특성을 연구하는 것이 중요합니다.

셀룰로오스 에테르는 특정 조건에서 알칼리 셀룰로오스와 에테르화제의 반응에 의해 생성되는 고분자 화합물입니다. 건설 엔지니어링에 사용되는 비이온성 셀룰로오스 에테르는 분산성, 수분 보유성, 결합 및 증점 효과가 우수합니다. 셀룰로오스 에테르의 첨가는 석고의 보수성에 매우 뚜렷한 영향을 미치지만, 첨가량 증가에 따라 석고 경화체의 굽힘강도 및 압축강도도 약간 감소한다. 이는 셀룰로오스 에테르가 특정 공기 연행 효과를 갖고 있어 슬러리 혼합 과정에서 기포가 발생하여 경화체의 기계적 특성이 감소하기 때문입니다. 동시에, 셀룰로오스 에테르가 너무 많으면 석고 혼합물이 너무 끈적해져서 건축 성능이 저하됩니다.

석고의 수화과정은 황산칼슘 반수화물의 용해, 황산칼슘 이수화물의 결정핵생성, 결정핵의 성장, 결정구조의 형성 등 4단계로 나눌 수 있다. 석고의 수화 과정에서 석고 입자 표면에 흡착된 셀룰로오스 에테르의 친수성 작용기는 물 분자의 일부를 고정시켜 석고 수화의 핵 생성 과정을 지연시키고 석고의 경화 시간을 연장시킵니다. Mroz는 SEM 관찰을 통해 셀룰로오스 에테르의 존재가 결정 성장을 지연시키지만 결정의 중첩과 응집을 증가시킨다는 사실을 발견했습니다.

셀룰로오스 에테르는 친수성 그룹을 함유하여 특정 친수성을 갖고, 고분자 장쇄가 서로 연결되어 점도가 높으며, 두 가지의 상호 작용으로 셀룰로오스가 석고 혼합물에 우수한 수분 유지 증점 효과를 갖게 됩니다. Bulichen은 시멘트에서 셀룰로오스 에테르의 수분 보유 메커니즘을 설명했습니다. 낮은 혼합에서 셀룰로오스 에테르는 분자 내 수분 흡수를 위해 시멘트에 흡착되고 팽윤을 동반하여 수분 보유를 달성합니다. 이때 수분 보유력이 좋지 않습니다. 고용량의 셀룰로오스 에테르는 수백 나노미터에서 수 마이크론의 콜로이드 폴리머를 형성하여 구멍의 겔 시스템을 효과적으로 차단하여 효율적인 수분 유지를 달성합니다. 석고 내 셀룰로오스 에테르의 작용 메커니즘은 시멘트의 작용 메커니즘과 동일하지만 석고 슬러리의 유동상에서 SO42- 농도가 높을수록 셀룰로오스의 보수 효과가 약화됩니다.

상기 내용을 토대로 현재 셀룰로오스에테르 개질석고에 관한 연구는 대부분 석고 혼합물에 대한 셀룰로오스에테르의 수화과정, 보수성, 경화체의 기계적 성질 및 미세구조, 셀룰로오스에테르의 메커니즘에 중점을 두고 있음을 알 수 있다. 수분 보유. 그러나 셀룰로오스 에테르와 석고 슬러리의 고온에서의 상호작용에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 셀룰로오스 에테르 수용액은 특정 온도에서 젤라틴화됩니다. 온도가 증가함에 따라 셀룰로오스 에테르 수용액의 점도는 점차 감소합니다. 젤라틴화 온도에 도달하면 셀룰로오스 에테르가 흰색 젤로 침전됩니다. 예를 들어, 여름철 건축의 경우 주변 온도가 높기 때문에 셀룰로오스 에테르의 열 겔 특성은 개질 석고 슬러리의 작업성에 변화를 가져옵니다. 본 연구에서는 온도 상승이 셀룰로오스 에테르 개질 석고 재료의 가공성에 미치는 영향을 탐구하고, 셀룰로오스 에테르 개질 석고의 실제 적용에 대한 지침을 제공합니다.

1. 실험

1.1 원자재

석고는 베이징 생태 홈 그룹에서 제공하는 β형 천연 건축 석고입니다.

Shandong Yiteng Group 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르에서 선택된 셀룰로오스 에테르, 제품 사양 75,000mPa·s, 100,000mPa·s 및 200000mPa·s, 겔화 온도 60℃ 이상. 석고 지연제로 구연산을 선택했습니다.

1.2 유변학 시험

사용된 유변학 시험 장비는 BROOKFIELD USA에서 생산한 RST⁃CC 레오미터였습니다. 석고 슬러리의 소성점도, 항복전단응력 등의 유변학적 변수는 MBT⁃40F⁃0046 시료용기와 CC3⁃40 로터로 측정하였고, 데이터는 RHE3000 소프트웨어로 처리하였다.

석고 혼합물의 특성은 일반적으로 Bingham 모델을 사용하여 연구되는 Bingham 유체의 유변학적 거동과 일치합니다. 그러나 중합체 개질 석고에 첨가된 셀룰로오스 에테르의 유사가소성으로 인해 슬러리 혼합물은 일반적으로 특정 전단 담화 특성을 나타냅니다. 이 경우 수정된 Bingham(M⁃B) 모델이 석고의 유변학적 곡선을 더 잘 설명할 수 있습니다. 본 연구에서도 석고의 전단변형을 연구하기 위해 Herschel⁃Bulkley(H⁃B) 모델을 사용하였다.

1.3 보수성 시험

테스트 절차는 GB/T28627⁃2012 석고 석고를 참조하십시오. 온도를 변수로 하는 실험에서는 석고를 오븐에서 해당 온도로 1시간 미리 예열하였고, 실험에 사용된 혼합수는 항온수조에서 해당 온도로 1시간 예열하였으며, 사용된 기구는 다음과 같다. 예열되었습니다.

1.4 유체역학적 직경 시험

액상에서 HPMC 중합체 결합의 유체역학적 직경(D50)은 동적 광산란 입자 크기 분석기(Malvern Zetasizer NanoZS90)를 사용하여 측정되었습니다.

2. 결과 및 논의

2.1 HPMC 개량석고의 유변학적 특성

겉보기 점도는 유체에 작용하는 전단 응력 대 전단 속도의 비율이며 비뉴턴 유체의 흐름을 특성화하는 매개변수입니다. 개질된 석고 슬러리의 겉보기 점도는 세 가지 다른 사양(75000mPa·s, 100,000mpa·s 및 200000mPa·s)에서 셀룰로오스 에테르 함량에 따라 변했습니다. 시험 온도는 20℃였다. 레오미터의 전단속도가 14min-1일 때 HPMC 혼입량이 증가함에 따라 석고 슬러리의 점도가 증가하는 것을 알 수 있으며, HPMC 점도가 높을수록 개질 석고 슬러리의 점도도 높아지는 것을 알 수 있다. 이는 HPMC가 석고 슬러리에 대해 확실한 증점 및 점성화 효과를 가지고 있음을 나타냅니다. 석고 슬러리와 셀룰로오스 에테르는 특정 점도를 갖는 물질입니다. 개질석고믹스는 셀룰로오스에테르가 석고수화제품의 표면에 흡착되어 셀룰로오스에테르가 형성한 망상구조와 석고믹스가 형성한 망상구조가 서로 얽히게 되어 “중첩효과”가 나타나게 되며, 이는 석고수화물의 전체적인 점도를 현저히 향상시키는 효과가 있다. 변형된 석고 기반 재료.

수정된 Bingham(M⁃B) 모델에서 추론된 바와 같이, 75000mPa·s-HPMC로 도핑된 순수 석고(G⁃H) 및 개질 석고(G⁃H) 페이스트의 전단 ⁃ 응력 곡선. 전단율이 증가함에 따라 혼합물의 전단응력도 증가하는 것을 알 수 있다. 서로 다른 온도에서 순수석고와 HPMC 개질석고의 소성점도(θp)와 항복전단응력(τ0) 값을 구합니다.

서로 다른 온도에서 순수석고와 HPMC 개질석고의 소성점도(θp)와 항복전단응력(τ0) 값으로부터 온도가 증가함에 따라 HPMC 개질석고의 항복응력은 지속적으로 감소하고 항복응력은 감소함을 알 수 있다. 스트레스는 20℃에 비해 60℃에서 33% 감소합니다. 소성점도곡선을 관찰하면 개질석고슬러리의 소성점도도 온도증가에 따라 감소함을 알 수 있다. 그러나 순수 석고 슬러리의 항복응력과 소성점도는 온도 증가에 따라 약간 증가하는데, 이는 온도 증가 과정에서 HPMC 개질 석고 슬러리의 유변학적 변수의 변화가 HPMC 특성의 변화에 ​​기인함을 의미한다.

석고 슬러리의 항복 응력 값은 슬러리가 전단 변형에 저항할 때 최대 전단 응력 값을 반영합니다. 항복 응력 값이 클수록 석고 슬러리는 더욱 안정해질 수 있습니다. 소성 점도는 석고 슬러리의 변형률을 반영합니다. 소성 점도가 클수록 슬러리의 전단 변형 시간이 길어집니다. 결론적으로, HPMC 개질 석고 슬러리의 두 가지 유변학적 변수는 온도가 증가함에 따라 명백히 감소하며, 석고 슬러리에 대한 HPMC의 증점 효과는 약화됩니다.

슬러리의 전단 변형은 전단력을 받을 때 슬러리에 의해 반영되는 전단 농축 또는 전단 담화 효과를 나타냅니다. 슬러리의 전단 변형 효과는 피팅 곡선에서 얻은 의가소성 지수 n으로 판단할 수 있습니다. n<1일 때 석고 슬러리는 전단담화 현상을 나타내며, n이 감소할수록 석고 슬러리의 전단담화 정도는 높아진다. n > 1일 때 석고 슬러리는 전단농화를 나타내며, n이 증가함에 따라 석고 슬러리의 전단농화도는 증가하였다. Herschel⁃Bulkley(H⁃B) 모델 피팅을 기반으로 다양한 온도에서 HPMC 개질 석고 슬러리의 유변학적 곡선을 통해 HPMC 개질 석고 슬러리의 유사가소성 지수 n을 구합니다.

HPMC 개질 석고 슬러리의 의가소성 지수 n에 따르면, HPMC를 혼합한 석고 슬러리의 전단 변형은 전단 담화이며, n 값은 온도가 증가함에 따라 점차 증가하며, 이는 HPMC 개질 석고의 전단 담화 거동이 온도의 영향을 받으면 어느 정도 약해집니다.

다양한 온도에서 75000 mPa·HPMC의 전단응력 데이터로부터 계산된 전단율에 따른 개질 석고 슬러리의 겉보기 점도 변화에 기초하여, 전단율이 증가함에 따라 개질 석고 슬러리의 소성 점도가 급격하게 감소하는 것을 알 수 있으며, 이는 H⁃B 모델의 피팅 결과를 검증합니다. 개질된 석고 슬러리는 전단 담화 특성을 나타냈다. 온도가 증가함에 따라 혼합물의 겉보기 점도는 낮은 전단율에서 어느 정도 감소하는데, 이는 개질 석고 슬러리의 전단 담화 효과가 약화됨을 의미합니다.

석고 퍼티의 실제 사용에 있어서 석고 슬러리는 마찰 과정에서 쉽게 변형되고 정지 상태에서 안정한 상태를 유지해야 하므로 석고 슬러리의 전단 담화 특성이 양호해야 하며, HPMC 개질 석고의 전단 변화는 거의 발생하지 않습니다. 이는 석고 재료의 건설에 도움이 되지 않습니다. HPMC의 점도는 중요한 변수 중 하나이며, 혼합 흐름의 가변 특성을 개선하는 농축 역할을 하는 주된 이유이기도 합니다. 셀룰로오스 에테르 자체는 뜨거운 젤의 성질을 가지고 있으며, 수용액의 점도는 온도가 증가함에 따라 점차 감소하며, 젤화 온도에 도달하면 흰색 젤이 침전됩니다. 온도에 따른 셀룰로오스 에테르 개질 석고의 유변학적 변수 변화는 점도 변화와 밀접한 관련이 있는데, 그 이유는 증점 효과가 셀룰로오스 에테르와 혼합 슬러리의 중첩 결과이기 때문입니다. 실제 엔지니어링에서는 환경 온도가 HPMC 성능에 미치는 영향을 고려해야 합니다. 예를 들어, 고온으로 인해 개질석고의 작업 성능이 저하되는 것을 방지하려면 여름철 고온에서 원료 온도를 제어해야 합니다.

2.2 수분 보유량HPMC 개량 석고

세 가지 다른 규격의 셀룰로오스 에테르로 개질된 석고 슬러리의 수분 보유율은 투여량 곡선에 따라 달라집니다. HPMC 투여량이 증가함에 따라 석고 슬러리의 보수율이 크게 향상되었으며 HPMC 투여량이 0.3%에 도달하면 증가 추세가 안정됩니다. 마지막으로 석고 슬러리의 보수율은 90%~95%로 안정적이다. 이는 HPMC가 석재 페이스트에 대해 명백한 보수 효과를 가지고 있음을 나타냅니다. 그러나 복용량이 계속 증가함에 따라 보수 효과가 크게 향상되지는 않습니다. HPMC 수분 보유율의 세 가지 사양 차이는 크지 않습니다. 예를 들어 함량이 0.3%일 때 보수율 범위는 5%, 표준 편차는 2.2입니다. 점도가 가장 높다고 보수율이 가장 높은 HPMC는 아니며, 점도가 가장 낮다고 보수율이 가장 낮은 HPMC는 아닙니다. 그러나 순수석고와 비교하여 석고슬러리용 HPMC 3종의 보수율은 현저히 향상되었으며, 0.3% 함량의 개질석고의 보수율은 95%, 106%, 97% 증가하였다. 빈 대조군. 셀룰로오스 에테르는 분명히 석고 슬러리의 수분 보유를 향상시킬 수 있습니다. HPMC 함량이 증가함에 따라 점도가 다른 HPMC 개질 석고 슬러리의 보수율은 점차 포화점에 도달합니다. 10000mPa·sHPMC는 0.3%로 포화점에 도달했고, 75000mPa·s, 20000mPa·s HPMC는 0.2%로 포화점에 도달했다. 결과는 75000mPa·s HPMC 개질 석고의 수분 유지율이 다양한 투여량에서 온도에 따라 변한다는 것을 보여줍니다. 온도가 감소함에 따라 HPMC 개량석고의 보수율은 점차 감소하는 반면, 순수석고의 보수율은 기본적으로 변하지 않으며, 이는 온도의 증가가 석고에 대한 HPMC의 보수효과를 약화시킨다는 것을 의미한다. HPMC의 보수율은 온도가 20℃에서 40℃로 증가함에 따라 31.5% 감소하였다. 온도가 40℃에서 60℃로 상승할 때 HPMC 개량석고의 보수율은 기본적으로 순수석고와 동일하며, 이는 이때 HPMC가 석고의 보수성 향상 효과를 상실한 것을 의미한다. Jian Jian과 Wang Peiming은 셀룰로오스 에테르 자체가 열 겔 현상을 가지며, 온도 변화는 셀룰로오스 에테르의 점도, 형태 및 흡착의 변화로 이어져 슬러리 혼합물의 성능 변화로 이어질 것이라고 제안했습니다. Bulichen은 또한 HPMC를 함유한 시멘트 용액의 동적 점도가 온도가 증가함에 따라 감소한다는 것을 발견했습니다.

온도 상승에 따른 혼합물의 수분 보유력 변화는 셀룰로오스 에테르의 메커니즘과 결합되어야 합니다. Bulichen은 셀룰로오스 에테르가 시멘트에 물을 보유할 수 있는 메커니즘을 설명했습니다. 시멘트 기반 시스템에서 HPMC는 접착 시스템에 의해 형성된 "필터 케이크"의 투과성을 감소시켜 슬러리의 수분 보유율을 향상시킵니다. 액상의 특정 농도의 HPMC는 수백 나노미터에서 수 마이크론의 콜로이드 결합을 형성하며, 이는 특정 부피의 폴리머 구조를 가지며 혼합물의 물 전달 채널을 효과적으로 막고 "필터 케이크"의 투과성을 감소시킬 수 있습니다. 효율적인 수분 보유를 달성합니다. Bulichen은 또한 석고의 HPMCS가 동일한 메커니즘을 나타냄을 보여주었습니다. 따라서 액상에서 HPMC에 의해 형성된 결합의 유체역학적 직경에 대한 연구는 HPMC가 석고의 수분 보유에 미치는 영향을 설명할 수 있습니다.

2.3 HPMC 콜로이드 결합의 유체역학적 직경

액상 내 다양한 ​​농도의 75000mPa·s HPMC에 대한 입자 분포 곡선 및 0.6% 농도의 액상 내 세 가지 사양 HPMC의 입자 분포 곡선. 농도가 0.6%일 때 액상에서 세 가지 사양의 HPMC의 입자 분포 곡선을 보면 HPMC 농도가 증가함에 따라 액상에서 형성되는 결합 화합물의 입자 크기도 증가하는 것을 알 수 있습니다. 농도가 낮을 ​​경우 HPMC 응집에 의해 형성된 입자는 작으며, HPMC의 극히 일부만이 약 100nm의 입자로 응집됩니다. HPMC 농도가 1%일 때 유체역학적 직경이 약 300nm인 콜로이드 결합이 많이 존재하며 이는 분자 중첩의 중요한 신호입니다. 이러한 "대용량" 중합 구조는 혼합물의 물 전달 채널을 효과적으로 차단하고 "케이크의 투과성"을 감소시키며, 이 농도에서 석고 혼합물의 해당 수분 보유율도 90% 이상입니다. 액상에서 점도가 다른 HPMC의 유체역학적 직경은 기본적으로 동일하며, 이는 점도가 다른 HPMC 개질 석고 슬러리의 보수율이 유사한 것을 설명합니다.

다양한 온도에서 1% 농도의 75000mPa·s HPMC의 입자 크기 분포 곡선. 온도가 증가함에 따라 HPMC 콜로이드 결합의 분해가 명백히 발견됩니다. 40℃에서는 300nm의 큰 부피의 결합이 완전히 사라지고 15nm의 작은 부피의 입자로 분해됩니다. 온도가 더욱 증가함에 따라 HPMC는 더 작은 입자가 되고 석고 슬러리의 수분 보유력은 완전히 상실됩니다.

온도 상승에 따라 HPMC 특성이 변하는 현상은 핫 겔 특성이라고도 알려져 있으며, 기존의 일반적인 견해는 저온에서 HPMC 거대분자가 먼저 물에 분산되어 용액을 용해시키고 고농도의 HPMC 분자가 큰 입자 결합을 형성한다는 것입니다. . 온도가 상승하면 HPMC의 수화력이 약해지고 사슬 사이의 수분이 점차 배출되어 큰 회합 화합물이 점차 작은 입자로 분산되어 용액의 점도가 낮아지고 겔화 시 3차원 망상구조가 형성된다. 온도에 도달하면 흰색 젤이 침전됩니다.

Bodvik은 액상에서 HPMC의 미세구조와 흡착 특성이 변경된다는 사실을 발견했습니다. Bulichen의 HPMC 콜로이드 결합이 슬러리 물 수송 채널을 차단한다는 이론과 결합하여, 온도의 증가가 HPMC 콜로이드 결합의 붕괴를 초래하여 개질 석고의 수분 보유력을 감소시키는 것으로 결론지었습니다.

3. 결론

(1) 셀룰로오스 에테르 자체는 점도가 높고 석고 슬러리와 "중첩" 효과가 있어 뚜렷한 증점 효과를 나타냅니다. 실온에서는 셀룰로오스 에테르의 점도와 복용량이 증가함에 따라 증점 효과가 더욱 분명해졌습니다. 그러나 온도가 상승함에 따라 셀룰로오스 에테르의 점도가 감소하고 증점 효과가 약화되며 석고 믹스의 항복 전단 응력 및 소성 점도가 감소하고 의가소성이 약화되어 시공성이 악화됩니다.

(2) 셀룰로오스 에테르는 석고의 보수성을 향상시켰으나, 온도가 증가함에 따라 개량석고의 보수성도 크게 감소하여 60℃에서도 보수 효과가 완전히 상실된다. 석고 슬러리의 보수율은 셀룰로오스 에테르에 의해 크게 향상되었으며, 점도가 다른 HPMC 개질 석고 슬러리의 보수율은 투입량이 증가함에 따라 점차 포화점에 도달했습니다. 석고 수분 보유량은 일반적으로 셀룰로오스 에테르의 점도에 비례하며, 점도가 높으면 효과가 거의 없습니다.

(3) 온도에 따라 셀룰로오스 에테르의 수분 유지율을 변화시키는 내부 요인은 액상에서 셀룰로오스 에테르의 미세한 형태와 밀접한 관련이 있습니다. 특정 농도에서, 셀룰로오스 에테르는 응집되어 큰 콜로이드 결합을 형성하는 경향이 있으며, 높은 수분 유지를 달성하기 위해 석고 혼합물의 물 수송 채널을 차단합니다. 그러나 온도가 상승함에 따라 셀룰로오스 에테르 자체의 열겔화 특성으로 인해 이전에 형성된 큰 콜로이드 회합이 재분산되어 보수 성능이 저하됩니다.