Развој на нови HEMC целулозни етери за да се намали агломерацијата во малтери со машинско прскање базирани на гипс

Развој на нови HEMC целулозни етери за да се намали агломерацијата во малтери со машинско прскање базирани на гипс

Машински прскан малтер (GSP) базиран на гипс е широко користен во Западна Европа од 1970-тите. Појавата на механичко прскање ефективно ја подобри ефикасноста на малтерисувањето на конструкцијата додека ги намали трошоците за изградба. Со продлабочувањето на комерцијализацијата на GSP, целулозниот етер растворлив во вода стана клучен додаток. Целулозниот етер му дава на GSP добри перформанси за задржување на водата, што ја ограничува апсорпцијата на влагата од подлогата во малтерот, со што се добива стабилно време на стврднување и добри механички својства. Дополнително, специфичната реолошка крива на целулозниот етер може да го подобри ефектот на машинското прскање и значително да ги поедностави последователните процеси на израмнување и доработка на малтерот.

И покрај очигледните предности на целулозните етери во GSP апликациите, тој исто така може потенцијално да придонесе за формирање на суви грутки при прскање. Овие ненавлажнети грутки се познати и како згрутчување или згрутчување и можат негативно да влијаат на израмнувањето и доработката на малтерот. Агломерацијата може да ја намали ефикасноста на локацијата и да ги зголеми трошоците за примена на производи од гипс со високи перформанси. Со цел подобро да го разбереме ефектот на целулозните етери врз формирањето на грутки во GSP, спроведовме студија за да се обидеме да ги идентификуваме релевантните параметри на производот кои влијаат на нивното формирање. Врз основа на резултатите од оваа студија, развивме серија производи од етер од целулоза со намалена тенденција да се агломерираат и ги оценивме во практична примена.

Клучни зборови: целулоза етер; гипс машина за прскање малтер; стапка на растворање; морфологија на честички

1. Вовед

Целулозните етери растворливи во вода успешно се користат во машински прскани малтери (GSP) базирани на гипс за да се регулира побарувачката на вода, да се подобри задржувањето на водата и да се подобрат реолошките својства на малтери. Затоа, помага да се подобрат перформансите на влажниот малтер, со што се обезбедува потребната цврстина на малтерот. Поради неговите комерцијално остварливи и еколошки својства, сувата мешавина GSP стана широко користен внатрешен градежен материјал низ Европа во последните 20 години.

Машините за мешање и прскање на сува мешавина GSP успешно се комерцијализираат со децении. Иако некои технички карактеристики на опремата од различни производители варираат, сите комерцијално достапни машини за прскање овозможуваат многу ограничено време на мешање за мешање на водата со малтер за суво мешање од гипс што содржи целулоза. Општо земено, целиот процес на мешање трае само неколку секунди. По мешањето, влажниот малтер се испумпува низ доводното црево и се прска на ѕидот на подлогата. Целиот процес е завршен за една минута. Меѓутоа, за толку краток временски период, целулозните етери треба целосно да се растворат за целосно да се развијат нивните својства во апликацијата. Додавањето фино мелени производи од целулоза етер во формулациите на гипс малтер обезбедува целосно растворање за време на овој процес на прскање.

Ситно мелениот целулзен етер брзо создава конзистентност при контакт со вода за време на мешањето во распрскувачот. Брзиот пораст на вискозноста предизвикан од растворањето на целулозниот етер предизвикува проблеми со истовремено навлажнување на вода на честичките од гипс-цементен материјал. Како што водата почнува да се згуснува, таа станува помалку течност и не може да навлезе во малите пори помеѓу честичките од гипс. Откако ќе се блокира пристапот до порите, процесот на мокрење на честичките од цементниот материјал со вода се одложува. Времето на мешање во распрскувачот беше пократко од времето потребно за целосно навлажнување на честичките од гипс, што резултираше со формирање на грутки сув прашок во свежиот влажен малтер. Откако ќе се формираат овие грутки, тие ја попречуваат ефикасноста на работниците во следните процеси: израмнувањето на малтерот со грутки е многу проблематично и одзема повеќе време. Дури и откако малтерот ќе се стврдне, може да се појават првично формираните грутки. На пример, покривањето на грутките внатре за време на изградбата ќе доведе до појава на темни области во подоцнежната фаза, што не сакаме да ги видиме.

Иако целулозните етери се користат како адитиви во ГСП многу години, нивниот ефект врз формирањето на ненавлажнети грутки досега не е многу проучен. Оваа статија претставува систематски пристап што може да се користи за да се разбере основната причина за агломерација од перспектива на целулозниот етер.

2. Причини за формирање на ненавлажнети грутки во ГСП

2.1 Мокрење на малтери на база на гипс

Во раните фази на воспоставувањето на програмата за истражување, беа собрани голем број можни основни причини за формирање на купчиња во CSP. Следно, преку компјутерска анализа, проблемот се фокусира на тоа дали постои практично техничко решение. Преку овие работи, прелиминарно беше проверено оптималното решение за формирање на агломерати во ГСП. И од технички и од комерцијални размислувања, исклучена е техничката рута на промена на навлажнувањето на честичките од гипс со површинска обработка. Од комерцијална гледна точка, идејата за замена на постоечката опрема со опрема за прскање со специјално дизајнирана комора за мешање која може да обезбеди доволно мешање на вода и малтер е исклучена.

Друга опција е да се користат средства за навлажнување како адитиви во формулациите на гипс гипс и веќе најдовме патент за ова. Сепак, додавањето на овој додаток неминовно негативно влијае на обработливоста на малтерот. Уште поважно, ги менува физичките својства на малтерот, особено цврстината и цврстината. Значи, не навлегувавме премногу длабоко во тоа. Дополнително, се смета дека додавањето на средства за навлажнување може да има негативно влијание врз животната средина.

Имајќи предвид дека целулозниот етер веќе е дел од формулацијата на гипс базиран на гипс, оптимизирањето на целулозниот етер сам по себе станува најдоброто решение што може да се избере. Во исто време, тоа не смее да влијае на својствата на задржување на водата или негативно да влијае на реолошките својства на малтерот што се користи. Врз основа на претходно предложената хипотеза дека создавањето на ненавлажнети прашоци во GSP се должи на прекумерно брзо зголемување на вискозноста на целулозните етери по контакт со вода за време на мешањето, контролата на карактеристиките на растворање на целулозните етери стана главна цел на нашата студија. .

2.2 Време на растворање на целулозниот етер

Лесен начин да се забави стапката на растворање на целулозните етери е да се користат грануларни производи. Главниот недостаток на користењето на овој пристап во GSP е тоа што честичките кои се премногу груби не се раствораат целосно во краткиот прозорец за мешање од 10 секунди во распрскувачот, што доведува до губење на задржување на водата. Дополнително, отекувањето на нерастворениот целулзен етер во подоцнежната фаза ќе доведе до згуснување по малтерисувањето и ќе влијае на изведбата на градбата, што е она што не сакаме да го видиме.

Друга опција за намалување на стапката на растворање на целулозните етери е реверзибилно вкрстено поврзување на површината на целулозните етери со глиоксал. Меѓутоа, бидејќи реакцијата на вкрстено поврзување е pH-контролирана, стапката на растворање на целулозните етери е многу зависна од pH на околниот воден раствор. PH вредноста на системот GSP измешан со гасена вар е многу висока, а вкрстените врски на глиоксал на површината брзо се отвораат по контакт со вода, а вискозноста почнува веднаш да расте. Затоа, таквите хемиски третмани не можат да играат улога во контролирањето на стапката на растворање во GSP.

Времето на растворање на целулозните етери зависи и од нивната морфологија на честичките. Сепак, овој факт досега не доби големо внимание, иако ефектот е многу значаен. Тие имаат постојана линеарна стапка на растворање [kg/(m2•s)], така што нивното растворање и зголемување на вискозноста се пропорционални на расположливата површина. Оваа стапка може значително да варира со промените во морфологијата на целулозните честички. Во нашите пресметки се претпоставува дека целосната вискозност (100%) се постигнува по 5 секунди мешање мешање.

Пресметките на различни морфологии на честички покажаа дека сферичните честички имаат вискозност од 35% од конечниот вискозитет на половина од времето на мешање. Во истиот временски период, честичките од целулоза етер во форма на прачка може да достигнат само 10%. Честичките во облик на диск само што почнаа да се раствораат потоа2,5 секунди.

Исто така вклучени се карактеристиките на идеална растворливост за целулозните етери во GSP. Одложете го почетното зголемување на вискозноста повеќе од 4,5 секунди. Потоа, вискозноста брзо се зголеми за да ја достигне конечната вискозност во рок од 5 секунди од времето на мешање. Во GSP, толку долго одложено време на растворање му овозможува на системот да има низок вискозитет, а додадената вода може целосно да ги навлажни честичките од гипс и да влезе во порите помеѓу честичките без пречки.

3. Морфологија на честички на целулозниот етер

3.1 Мерење на морфологијата на честичките

Бидејќи обликот на честичките на целулозниот етер има толку значајно влијание врз растворливоста, прво е неопходно да се одредат параметрите што го опишуваат обликот на честичките на целулозниот етер, а потоа да се идентификуваат разликите помеѓу невлажните. Формирањето на агломерати е особено релевантен параметар .

Ја добивме морфологијата на честичките на целулозниот етер со техника на динамичка анализа на сликата. Морфологијата на честичките на целулозните етери може целосно да се карактеризира со користење на SYMPATEC дигитален анализатор на слики (произведен во Германија) и специфични софтверски алатки за анализа. Најважните параметри на обликот на честичките се просечната должина на влакната изразена како LEFI (50,3) и просечниот дијаметар изразен како DIFI (50,3). Податоците за просечната должина на влакната се сметаат за целосна должина на одредена распространета целулозна етер честичка.

Обично податоците за дистрибуцијата на големината на честичките како што е просечниот дијаметар на влакното DIFI може да се пресметаат врз основа на бројот на честички (означени со 0), должината (означени со 1), површината (означени со 2) или волуменот (означени со 3). Сите мерења на податоците за честичките во овој труд се засноваат на волумен и затоа се означени со суфикс 3. На пример, во DIFI(50,3), 3 значи волуменска дистрибуција, а 50 значи дека 50% од кривата на дистрибуција на големината на честичките е помала од наведената вредност, а останатите 50% се поголеми од наведената вредност. Податоците за обликот на честичките од целулозниот етер се дадени во микрометри (µm).

3.2 Целулозен етер по оптимизација на морфологијата на честичките

Земајќи го предвид ефектот на површината на честичките, времето на растворање на честичките на целулозните етерни честички со форма на честички слична на прачка силно зависи од просечниот дијаметар на влакното DIFI (50,3). Врз основа на оваа претпоставка, развојната работа на целулозните етери беше насочена кон добивање производи со поголем просечен дијаметар на влакната DIFI (50,3) за да се подобри растворливоста на прашокот.

Сепак, зголемувањето на просечната должина на влакната DIFI(50,3) не се очекува да биде придружено со зголемување на просечната големина на честички. Зголемувањето на двата параметри заедно ќе резултира со честички кои се премногу големи за целосно да се растворат во типичното време на мешање од 10 секунди на механичкото прскање.

Затоа, идеална хидроксиетилметилцелулоза (HEMC) треба да има поголем просечен дијаметар на влакното DIFI (50,3) додека ја одржува просечната должина на влакната LEFI (50,3). Ние користиме нов процес на производство на целулозен етер за да произведеме подобрен HEMC. Обликот на честички на целулозниот етер растворлив во вода добиен преку овој производствен процес е сосема различен од обликот на честичките на целулозата што се користи како суровина за производство. Со други зборови, процесот на производство овозможува дизајнот на формата на честички на целулозниот етер да биде независен од неговите производни суровини.

Три слики со електронски микроскоп за скенирање: една од целулозниот етер произведен со стандардниот процес и една од целулозниот етер произведен со новиот процес со поголем дијаметар од DIFI(50,3) од конвенционалните производи за процесни алатки. Исто така прикажана е морфологијата на ситно мелената целулоза што се користи во производството на овие два производи.

Споредувајќи ги електронските микрографи на целулоза и целулозниот етер произведени со стандардниот процес, лесно е да се открие дека двете имаат слични морфолошки карактеристики. Големиот број на честички на двете слики покажува типично долги, тенки структури, што сугерира дека основните морфолошки карактеристики не се променети дури и откако се случила хемиската реакција. Јасно е дека карактеристиките на морфологијата на честичките на реакционите производи се во голема корелација со суровините.

Утврдено е дека морфолошките карактеристики на целулозниот етер произведен со новиот процес се значително различни, тој има поголем просечен дијаметар DIFI (50,3) и главно претставува кружни кратки и дебели форми на честички, додека типичните тенки и долги честички во целулозните суровини Речиси изумрен.

Оваа слика повторно покажува дека морфологијата на честичките на целулозните етери произведени со новиот процес повеќе не е поврзана со морфологијата на целулозната суровина - врската помеѓу морфологијата на суровината и финалниот производ повеќе не постои.

4. Ефект на морфологијата на честичките HEMC врз формирањето на ненавлажни грутки во GSP

GSP беше тестиран во услови на теренска примена за да се потврди дека нашата хипотеза за работниот механизам (дека користењето производ од целулоза етер со поголем среден дијаметар DIFI (50,3) ќе ја намали несаканата агломерација) е точна. Во овие експерименти беа користени HEMC со средни дијаметри DIFI(50,3) кои се движат од 37 µm до 52 µm. Со цел да се минимизира влијанието на други фактори освен морфологијата на честичките, базата од гипс гипс и сите други адитиви беа задржани непроменети. Вискозноста на целулозниот етер се одржуваше константна за време на тестот (60.000 mPa.s, 2% воден раствор, мерено со HAAKE реометар).

Комерцијално достапен гипс распрскувач (PFT G4) беше користен за прскање во испитувањата на апликацијата. Фокусирајте се на оценка на формирањето на ненавлажнети грутки од гипс малтер веднаш откако ќе се нанесе на ѕидот. Проценката на згрутчувањето во оваа фаза во текот на процесот на нанесување на малтерисување најдобро ќе ги открие разликите во перформансите на производот. Во тестот, искусните работници ја оценија ситуацијата на згрутчување, при што 1 е најдобра и 6 најлоша.

Резултатите од тестот јасно ја покажуваат корелацијата помеѓу просечниот дијаметар на влакното DIFI (50,3) и резултатот за изведба на згрутчување. Во согласност со нашата хипотеза дека производите од етер од целулоза со поголеми DIFI(50,3) ги надминаа помалите производи DIFI(50,3), просечната оценка за DIFI (50,3) од 52 µm беше 2 (добро), додека оние со DIFI( 50,3) од 37µm и 40µm постигнаа 5 (неуспех).

Како што очекувавме, однесувањето на згрутчување во GSP апликациите значително зависи од просечниот дијаметар DIFI(50,3) на целулозниот етер што се користи. Покрај тоа, беше споменато во претходната дискусија дека меѓу сите морфолошки параметри DIFI(50,3) силно влијаеше на времето на растворање на прашоците од целулоза етер. Ова потврдува дека времето на растворање на целулозниот етер, кое е во голема корелација со морфологијата на честичките, на крајот влијае на формирањето на купчиња во GSP. Поголемиот DIFI (50,3) предизвикува подолго време на растворање на прашокот, што значително ја намалува можноста за агломерација. Сепак, предолгото време на растворање на прашокот ќе го отежне целулозниот етер целосно да се раствори во времето на мешање на опремата за прскање.

Новиот производ HEMC со оптимизиран профил на растворање поради поголем просечен дијаметар на влакната DIFI(50,3) не само што има подобро навлажнување на прашокот од гипс (како што се гледа во евалуацијата на згрутчување), туку исто така не влијае на перформансите на задржување на водата на производот. Задржувањето на водата измерено според EN 459-2 не се разликува од производите на HEMC со иста вискозност со DIFI(50,3) од 37µm до 52µm. Сите мерења по 5 минути и 60 минути спаѓаат во потребниот опсег прикажан на графиконот.

Сепак, исто така беше потврдено дека ако DIFI(50,3) стане преголем, честичките од целулозниот етер повеќе нема целосно да се растворат. Ова беше откриено при тестирање на DIFI(50,3) од 59 µM производ. Резултатите од тестот за задржување на водата по 5 минути, а особено по 60 минути, не го исполнија потребниот минимум.

5. Резиме

Целулозните етери се важни адитиви во формулациите на GSP. Работата за истражување и развој на производи овде ја разгледува корелацијата помеѓу морфологијата на честичките на целулозните етери и формирањето на ненавлажни грутки (т.н. згрутчување) кога механички се прскаат. Се заснова на претпоставката на работниот механизам дека времето на растворање на целулозниот етер во прав влијае на навлажнувањето на гипс во прав со вода и на тој начин влијае на формирањето на грутки.

Времето на растворање зависи од морфологијата на честичките на целулозниот етер и може да се добие со помош на алатки за анализа на дигитални слики. Во GSP, целулозните етери со голем просечен дијаметар од DIFI (50,3) имаат оптимизирани карактеристики на растворање на прав, овозможувајќи повеќе време за водата темелно да ги навлажни честичките од гипс, со што се овозможува оптимална антиагломерација. Овој тип на целулзен етер се произведува со помош на нов производствен процес, а неговата форма на честички не зависи од оригиналната форма на суровината за производство.

Просечниот дијаметар на влакното DIFI (50,3) има многу важен ефект врз згрутчувањето, што е потврдено со додавање на овој производ на комерцијално достапна машинска база од гипс за прскање на лице место. Понатаму, овие теренски тестови со прскање ги потврдија нашите лабораториски резултати: производите со целулозни етер со најдобри перформанси со големи DIFI (50,3) беа целосно растворливи во временскиот прозорец на мешање на GSP. Затоа, производот од целулоза етер со најдобри својства против стврднување по подобрувањето на формата на честичките сè уште ја одржува оригиналната изведба на задржување на водата.