Jaunu HEMC celulozes ēteru izstrāde, lai samazinātu aglomerāciju uz ģipša bāzes mašīnā izsmidzināmos apmetumos

Jaunu HEMC celulozes ēteru izstrāde, lai samazinātu aglomerāciju uz ģipša bāzes mašīnā izsmidzināmos apmetumos

Mašīnsmidzināmais apmetums uz ģipša bāzes (GSP) Rietumeiropā ir plaši izmantots kopš pagājušā gadsimta 70. gadiem. Mehāniskās smidzināšanas parādīšanās ir efektīvi uzlabojusi apmetuma konstrukciju efektivitāti, vienlaikus samazinot būvniecības izmaksas. Padziļinot VPS komercializāciju, ūdenī šķīstošais celulozes ēteris ir kļuvis par galveno piedevu. Celulozes ēteris nodrošina GSP labu ūdens aizturi, kas ierobežo pamatnes mitruma uzsūkšanos apmetumā, tādējādi iegūstot stabilu sacietēšanas laiku un labas mehāniskās īpašības. Turklāt celulozes ētera specifiskā reoloģiskā līkne var uzlabot mašīnu izsmidzināšanas efektu un būtiski vienkāršot turpmākos javas izlīdzināšanas un apdares procesus.

Neraugoties uz acīmredzamajām celulozes ētera priekšrocībām GSP lietojumos, tas var arī veicināt sausu kunkuļu veidošanos izsmidzinot. Šīs nesamitrinātās ķekarus sauc arī par salipšanu vai salipšanu, un tās var negatīvi ietekmēt javas izlīdzināšanu un apdari. Aglomerācija var samazināt vietnes efektivitāti un palielināt augstas veiktspējas ģipša izstrādājumu lietojumu izmaksas. Lai labāk izprastu celulozes ēteru ietekmi uz gabaliņu veidošanos GSP, mēs veicām pētījumu, lai mēģinātu noteikt attiecīgos produkta parametrus, kas ietekmē to veidošanos. Pamatojoties uz šī pētījuma rezultātiem, mēs izstrādājām virkni celulozes ētera produktu ar samazinātu aglomerācijas tendenci un novērtējām tos praktiskā pielietojumā.

Atslēgas vārdi: celulozes ēteris; ģipša mašīnu izsmidzināmais apmetums; šķīdināšanas ātrums; daļiņu morfoloģija

1. Ievads

Ūdenī šķīstošie celulozes ēteri ir veiksmīgi izmantoti ģipša apmetumos ar mašīnu izsmidzināšanu (GSP), lai regulētu ūdens pieprasījumu, uzlabotu ūdens aizturi un uzlabotu javu reoloģiskās īpašības. Tāpēc tas palīdz uzlabot mitrās javas veiktspēju, tādējādi nodrošinot nepieciešamo javas stiprību. Pateicoties savām komerciāli dzīvotspējīgajām un videi draudzīgajām īpašībām, pēdējo 20 gadu laikā sausais maisījums GSP ir kļuvis par plaši izmantotu interjera būvmateriālu visā Eiropā.

Mašīnas sauso maisījumu GSP sajaukšanai un izsmidzināšanai ir veiksmīgi komercializētas gadu desmitiem. Lai gan dažas dažādu ražotāju iekārtu tehniskās īpašības atšķiras, visas tirdzniecībā pieejamās smidzināšanas iekārtas pieļauj ļoti ierobežotu maisīšanas laiku, lai ūdens sajauktos ar celulozes ēteri saturošu ģipša sausā maisījuma javu. Parasti viss sajaukšanas process aizņem tikai dažas sekundes. Pēc sajaukšanas mitrā java tiek izsūknēta caur padeves šļūteni un izsmidzināta uz pamatnes sienas. Viss process tiek pabeigts minūtes laikā. Tomēr tik īsā laika periodā celulozes ēteri ir pilnībā jāizšķīdina, lai pilnībā attīstītu to īpašības lietojumā. Smalki samaltu celulozes ētera produktu pievienošana ģipša javas preparātiem nodrošina pilnīgu izšķīšanu šī izsmidzināšanas procesa laikā.

Smalki samaltais celulozes ēteris ātri izveido konsistenci, saskaroties ar ūdeni, maisot smidzinātājā. Straujais viskozitātes pieaugums, ko izraisa celulozes ētera šķīšana, rada problēmas ar ģipša cementa materiāla daļiņu vienlaicīgu mitrināšanu ūdenī. Kad ūdens sāk sabiezēt, tas kļūst mazāk šķidrs un nevar iekļūt mazajās porās starp ģipša daļiņām. Pēc tam, kad piekļuve porām ir bloķēta, cementa materiāla daļiņu mitrināšanas process ar ūdeni tiek aizkavēts. Sajaukšanas laiks smidzinātājā bija īsāks nekā laiks, kas nepieciešams ģipša daļiņu pilnīgai samitrināšanai, kā rezultātā svaigā, mitrā javā veidojās sausa pulvera pikas. Kad šie kunkuļi ir izveidojušies, tie kavē strādnieku efektivitāti turpmākajos procesos: javas izlīdzināšana ar gabaliņiem ir ļoti apgrūtinoša un aizņem vairāk laika. Pat pēc javas sacietēšanas var parādīties sākotnēji izveidojušies gabaliņi. Piemēram, būvniecības laikā nosedzot iekšā esošos gabalus, vēlākā posmā parādīsies tumši apgabali, kurus mēs nevēlamies redzēt.

Lai gan celulozes ēteri kā piedevas GSP ir izmantoti jau daudzus gadus, to ietekme uz nesamitrinātu kunkuļu veidošanos līdz šim nav daudz pētīta. Šajā rakstā ir sniegta sistemātiska pieeja, ko var izmantot, lai izprastu aglomerācijas galveno cēloni no celulozes ētera perspektīvas.

2. VPS nesamitrinātu puduru veidošanās iemesli

2.1. ģipša bāzes apmetumu mitrināšana

Pētījuma programmas izveides sākumposmā tika apkopoti vairāki iespējamie sakņu veidošanās cēloņi CSP. Tālāk, izmantojot datorizētu analīzi, problēma ir vērsta uz to, vai ir praktisks tehnisks risinājums. Veicot šos darbus, sākotnēji tika noskaidrots optimālais risinājums aglomerātu veidošanai VPS. Gan no tehniskiem, gan komerciāliem apsvērumiem tehniskais veids, kā mainīt ģipša daļiņu mitrināšanu ar virsmas apstrādi, ir izslēgts. No komerciālā viedokļa ir izslēgta doma esošās iekārtas nomainīt pret smidzināšanas iekārtu ar īpaši konstruētu maisīšanas kameru, kas spēj nodrošināt pietiekamu ūdens un javas sajaukšanos.

Vēl viena iespēja ir izmantot mitrinātājus kā piedevas ģipša apmetuma sastāvos, un mēs jau esam atraduši tam patentu. Taču šīs piedevas pievienošana neizbēgami negatīvi ietekmē apmetuma apstrādājamību. Vēl svarīgāk ir tas, ka tas maina javas fizikālās īpašības, īpaši cietību un izturību. Tāpēc mēs tajā pārāk neiedziļinājāmies. Turklāt tiek uzskatīts, ka mitrinātāju pievienošana var nelabvēlīgi ietekmēt vidi.

Ņemot vērā, ka celulozes ēteris jau ir daļa no ģipša bāzes, paša celulozes ētera optimizēšana kļūst par labāko risinājumu, ko var izvēlēties. Tajā pašā laikā tas nedrīkst ietekmēt izmantotā apmetuma ūdens aiztures īpašības vai negatīvi ietekmēt reoloģiskās īpašības. Pamatojoties uz iepriekš izvirzīto hipotēzi, ka nesamitrinātu pulveru veidošanās GSP ir saistīta ar pārmērīgi strauju celulozes ēteru viskozitātes palielināšanos pēc saskares ar ūdeni maisīšanas laikā, celulozes ēteru šķīšanas īpašību kontrole kļuva par mūsu pētījuma galveno mērķi. .

2.2. Celulozes ētera šķīšanas laiks

Vienkāršs veids, kā palēnināt celulozes ēteru šķīšanas ātrumu, ir izmantot granulētus produktus. Galvenais trūkums, izmantojot šo pieeju GSP, ir tas, ka pārāk rupjas daļiņas pilnībā neizšķīst īsajā 10 sekunžu maisīšanas logā smidzinātājā, kas noved pie ūdens aiztures zuduma. Turklāt neizšķīdinātā celulozes ētera pietūkums vēlākā stadijā novedīs pie sabiezēšanas pēc apmetuma un ietekmēs konstrukcijas veiktspēju, ko mēs nevēlamies redzēt.

Vēl viena iespēja samazināt celulozes ēteru šķīšanas ātrumu ir atgriezeniski sasaistīt celulozes ēteru virsmu ar glioksālu. Tomēr, tā kā šķērssaistīšanas reakcija tiek kontrolēta ar pH līmeni, celulozes ēteru šķīšanas ātrums ir ļoti atkarīgs no apkārtējā ūdens šķīduma pH. GSP sistēmas pH vērtība, kas sajaukta ar dzēstiem kaļķiem, ir ļoti augsta, un glioksāla šķērssaites uz virsmas ātri atveras pēc saskares ar ūdeni, un viskozitāte uzreiz sāk pieaugt. Tāpēc šādai ķīmiskai apstrādei nevar būt nozīme VPS šķīdināšanas ātruma kontrolē.

Celulozes ēteru šķīšanas laiks ir atkarīgs arī no to daļiņu morfoloģijas. Tomēr šim faktam līdz šim nav pievērsta liela uzmanība, lai gan efekts ir ļoti ievērojams. Tiem ir nemainīgs lineārais šķīdināšanas ātrums [kg/(m2•s)], tāpēc to šķīdināšana un viskozitātes palielināšanās ir proporcionāla pieejamajai virsmai. Šis ātrums var ievērojami atšķirties atkarībā no celulozes daļiņu morfoloģijas izmaiņām. Mūsu aprēķinos tiek pieņemts, ka pilna viskozitāte (100%) tiek sasniegta pēc 5 sekunžu maisīšanas.

Dažādu daļiņu morfoloģiju aprēķini parādīja, ka sfērisku daļiņu viskozitāte bija 35% no galīgās viskozitātes uz pusi no sajaukšanas laika. Tajā pašā laika periodā stieņa formas celulozes ētera daļiņas var sasniegt tikai 10%. Diska formas daļiņas tikai sāka šķīst pēc tam2,5 sekundes.

Iekļauti arī ideāli šķīdības raksturlielumi celulozes ēteriem GSP. Aizturiet sākotnējo viskozitātes veidošanos vairāk nekā par 4,5 sekundēm. Pēc tam viskozitāte strauji palielinājās, lai sasniegtu galīgo viskozitāti 5 sekunžu laikā pēc maisīšanas laika. GSP gadījumā tik ilgs aizkavēts šķīšanas laiks ļauj sistēmai iegūt zemu viskozitāti, un pievienotais ūdens var pilnībā samitrināt ģipša daļiņas un netraucēti iekļūt porās starp daļiņām.

3. Celulozes ētera daļiņu morfoloģija

3.1. Daļiņu morfoloģijas mērīšana

Tā kā celulozes ētera daļiņu formai ir tik būtiska ietekme uz šķīdību, vispirms ir jānosaka parametri, kas raksturo celulozes ētera daļiņu formu, un pēc tam jānosaka atšķirības starp nesamitrināšanu Aglomerātu veidošanās ir īpaši būtisks parametrs. .

Celulozes ētera daļiņu morfoloģiju ieguvām ar dinamiskās attēlu analīzes metodi. Celulozes ēteru daļiņu morfoloģiju var pilnībā raksturot, izmantojot SYMPATEC digitālo attēlu analizatoru (ražots Vācijā) un īpašus programmatūras analīzes rīkus. Tika konstatēts, ka svarīgākie daļiņu formas parametri ir vidējais šķiedru garums, kas izteikts kā LEFI(50,3), un vidējais diametrs, kas izteikts kā DIFI(50,3). Šķiedras vidējā garuma dati tiek uzskatīti par noteiktas izkliedētas celulozes ētera daļiņas pilnu garumu.

Parasti daļiņu izmēra sadalījuma datus, piemēram, vidējo šķiedras diametru DIFI, var aprēķināt, pamatojoties uz daļiņu skaitu (apzīmē ar 0), garumu (apzīmē ar 1), laukumu (apzīmē ar 2) vai tilpumu (apzīmē ar 3). Visi daļiņu datu mērījumi šajā rakstā ir balstīti uz tilpumu un tāpēc ir norādīti ar 3 sufiksu. Piemēram, DIFI(50,3) 3 nozīmē tilpuma sadalījumu, bet 50 nozīmē, ka 50% daļiņu izmēra sadalījuma līknes ir mazākas par norādīto vērtību, bet pārējie 50% ir lielāki par norādīto vērtību. Celulozes ētera daļiņu formas dati ir norādīti mikrometros (µm).

3.2. Celulozes ēteris pēc daļiņu morfoloģijas optimizācijas

Ņemot vērā daļiņu virsmas ietekmi, celulozes ētera daļiņām ar stieņveida daļiņu formu daļiņu šķīšanas laiks ir ļoti atkarīgs no vidējā šķiedras diametra DIFI (50,3). Pamatojoties uz šo pieņēmumu, izstrādes darbs pie celulozes ēteriem bija vērsts uz produktu ar lielāku vidējo šķiedras diametru DIFI (50,3) iegūšanu, lai uzlabotu pulvera šķīdību.

Tomēr nav sagaidāms, ka vidējā šķiedras garuma DIFI(50,3) palielināšanās palielināsies ar vidējo daļiņu izmēru. Palielinot abus parametrus kopā, daļiņas būs pārāk lielas, lai tās pilnībā izšķīdinātu mehāniskās izsmidzināšanas parastajā 10 sekunžu maisīšanas laikā.

Tāpēc ideālai hidroksietilmetilcelulozei (HEMC) jābūt lielākam vidējam šķiedras diametram DIFI(50,3), vienlaikus saglabājot vidējo šķiedras garumu LEFI(50,3). Mēs izmantojam jaunu celulozes ētera ražošanas procesu, lai iegūtu uzlabotu HEMC. Šajā ražošanas procesā iegūtā ūdenī šķīstošā celulozes ētera daļiņu forma pilnībā atšķiras no celulozes daļiņu formas, ko izmanto kā izejvielu ražošanā. Citiem vārdiem sakot, ražošanas process ļauj celulozes ētera daļiņu formas dizainam būt neatkarīgam no tā ražošanas izejvielām.

Trīs skenējošie elektronu mikroskopa attēli: viens no celulozes ētera, kas ražots ar standarta procesu, un viens no celulozes ētera, kas ražots ar jauno procesu, ar lielāku DIFI(50,3) diametru nekā parastie procesa instrumentu izstrādājumi. Parādīta arī šo divu produktu ražošanā izmantotās smalki samaltās celulozes morfoloģija.

Salīdzinot standarta procesā iegūtās celulozes un celulozes ētera elektronu mikrogrāfiju, ir viegli konstatēt, ka abiem ir līdzīgas morfoloģiskās īpašības. Lielajam daļiņu skaitam abos attēlos ir raksturīgas garas, plānas struktūras, kas liecina, ka morfoloģiskās pamatīpašības nav mainījušās pat pēc ķīmiskās reakcijas. Ir skaidrs, ka reakcijas produktu daļiņu morfoloģiskās īpašības ir ļoti saistītas ar izejvielām.

Tika konstatēts, ka jaunajā procesā ražotā celulozes ētera morfoloģiskās īpašības ir ievērojami atšķirīgas, tam ir lielāks vidējais diametrs DIFI (50,3), un galvenokārt ir apaļas īsas un biezas daļiņas, savukārt tipiskām plānām un garajām daļiņām. celulozes izejvielās Gandrīz izmiris.

Šis attēls vēlreiz parāda, ka jaunajā procesā ražoto celulozes ēteru daļiņu morfoloģija vairs nav saistīta ar celulozes izejvielas morfoloģiju – vairs nepastāv saikne starp izejvielas morfoloģiju un galaproduktu.

4. HEMC daļiņu morfoloģijas ietekme uz nesamitrinātu puduru veidošanos GSP

GSP tika pārbaudīts lauka izmantošanas apstākļos, lai pārbaudītu, vai mūsu hipotēze par darbības mehānismu (ka, izmantojot celulozes ētera produktu ar lielāku vidējo diametru DIFI (50,3), tiktu samazināta nevēlama aglomerācija) bija pareiza. Šajos eksperimentos tika izmantoti HEMC ar vidējo diametru DIFI(50,3) no 37 µm līdz 52 µm. Lai samazinātu citu faktoru ietekmi, izņemot daļiņu morfoloģiju, ģipša apmetuma pamatne un visas pārējās piedevas tika saglabātas nemainīgas. Celulozes ētera viskozitāte testa laikā tika uzturēta nemainīga (60 000 mPa.s, 2% ūdens šķīdums, mērīts ar HAAKE reometru).

Uzklāšanas izmēģinājumos izsmidzināšanai tika izmantots komerciāli pieejams ģipša smidzinātājs (PFT G4). Koncentrējieties uz ģipša javas nesamitrinātu kluču veidošanās novērtēšanu uzreiz pēc tās uzklāšanas uz sienas. Salipšanas novērtējums šajā posmā visā apmetuma uzklāšanas procesā vislabāk atklās produkta veiktspējas atšķirības. Pārbaudē pieredzējuši darbinieki novērtēja salipšanas situāciju, kur 1 bija vislabākais un 6 bija vissliktākais.

Testa rezultāti skaidri parāda korelāciju starp vidējo šķiedras diametru DIFI (50,3) un salipšanas veiktspējas rādītāju. Saskaņā ar mūsu hipotēzi, ka celulozes ētera produkti ar lielāku DIFI(50,3) pārspēja mazākus DIFI(50,3) produktus, vidējais rezultāts DIFI(50,3) ar 52 µm bija 2 (labi), savukārt tiem, kuriem ir DIFI( 50,3) no 37 µm un 40 µm ieguva 5 (atteice).

Kā mēs gaidījām, salipšanas uzvedība VPS lietojumos ir ievērojami atkarīga no izmantotā celulozes ētera vidējā diametra DIFI (50, 3). Turklāt iepriekšējā diskusijā tika minēts, ka starp visiem morfoloģiskajiem parametriem DIFI(50,3) spēcīgi ietekmēja celulozes ētera pulveru šķīšanas laiku. Tas apstiprina, ka celulozes ētera šķīdināšanas laiks, kas ir ļoti korelēts ar daļiņu morfoloģiju, galu galā ietekmē kluču veidošanos GSP. Lielāks DIFI (50,3) izraisa garāku pulvera šķīšanas laiku, kas ievērojami samazina aglomerācijas iespējamību. Tomēr pārāk ilgs pulvera šķīšanas laiks apgrūtinās celulozes ētera pilnīgu izšķīšanu smidzināšanas iekārtas maisīšanas laikā.

Jaunajam HEMC produktam ar optimizētu šķīdināšanas profilu, pateicoties lielākam vidējam šķiedras diametram DIFI(50,3), ir ne tikai labāka ģipša pulvera mitrināšana (kā redzams salipšanas novērtējumā), bet arī neietekmē ūdens aiztures īpašības. produkts. Ūdens aizture, kas izmērīta saskaņā ar EN 459-2, nebija atšķirama no HEMC produktiem ar tādu pašu viskozitāti ar DIFI(50,3) no 37 µm līdz 52 µm. Visi mērījumi pēc 5 minūtēm un 60 minūtēm ietilpst vajadzīgajā diapazonā, kas parādīts grafikā.

Tomēr tika arī apstiprināts, ka, ja DIFI(50,3) kļūst pārāk liels, celulozes ētera daļiņas vairs pilnībā neizšķīst. Tas tika konstatēts, pārbaudot DIFI(50,3) ar 59 µM produktu. Tā ūdens aiztures testa rezultāti pēc 5 minūtēm un īpaši pēc 60 minūtēm neatbilda prasītajam minimumam.

5. Kopsavilkums

Celulozes ēteri ir svarīgas piedevas VPS sastāvos. Šeit veiktais izpētes un produktu izstrādes darbs aplūko korelāciju starp celulozes ēteru daļiņu morfoloģiju un nesamitrinātu ķekaru veidošanos (tā saukto salipšanu) mehāniski izsmidzinot. Tas ir balstīts uz darba mehānisma pieņēmumu, ka celulozes ētera pulvera šķīšanas laiks ietekmē ģipša pulvera samitrināšanu ar ūdeni un tādējādi ietekmē ķekaru veidošanos.

Izšķīdināšanas laiks ir atkarīgs no celulozes ētera daļiņu morfoloģijas, un to var iegūt, izmantojot digitālo attēlu analīzes rīkus. GSP celulozes ēteriem ar lielu vidējo diametru DIFI (50,3) ir optimizētas pulvera šķīdināšanas īpašības, ļaujot ūdenim vairāk laika pilnībā samitrināt ģipša daļiņas, tādējādi nodrošinot optimālu pretaglomerāciju. Šāda veida celulozes ēteris tiek ražots, izmantojot jaunu ražošanas procesu, un tā daļiņu forma nav atkarīga no ražošanas izejmateriāla sākotnējās formas.

Vidējais šķiedras diametrs DIFI (50,3) ļoti būtiski ietekmē salipšanu, kas ir pārbaudīts, pievienojot šo produktu komerciāli pieejamai ar mašīnu izsmidzinātai ģipša pamatnei, kas paredzēta izsmidzināšanai uz vietas. Turklāt šie lauka izsmidzināšanas testi apstiprināja mūsu laboratorijas rezultātus: vislabākie celulozes ētera produkti ar lielu DIFI (50,3) bija pilnībā šķīstoši GSP maisīšanas laika logā. Tāpēc celulozes ētera produkts ar labākajām pretsalipes īpašībām pēc daļiņu formas uzlabošanas joprojām saglabā sākotnējo ūdens aiztures veiktspēju.