Ефект на температурата на околината врз обработливоста на гипсот модифициран со целулоза етер

Перформансите на гипсот модифициран со целулоза етер при различни температури на околината се многу различни, но неговиот механизам не е јасен. Беа проучувани ефектите на целулозниот етер врз реолошките параметри и задржувањето на водата на гипсната кашеста маса на различни температури на околината. Хидродинамичкиот дијаметар на целулозниот етер во течна фаза беше измерен со метод на динамичко расејување на светлината и беше истражен механизмот на влијание. Резултатите покажуваат дека целулозниот етер има добар ефект на задржување на водата и згуснување на гипсот. Со зголемување на содржината на целулозниот етер, се зголемува вискозноста на кашеста маса и се зголемува капацитетот за задржување вода. Но, со зголемувањето на температурата до одреден степен се намалува капацитетот на задржување вода на модифицираната гипсена кашеста маса, а се менуваат и реолошките параметри. Имајќи предвид дека колоидната асоцијација на целулозниот етер може да постигне задржување на водата со блокирање на каналот за транспорт на вода, порастот на температурата може да доведе до распаѓање на асоцијацијата со голем волумен произведена од целулозниот етер, со што се намалува задржувањето на водата и работните перформанси на модифицираниот гипс.

Клучни зборови:гипс; Целулоза етер; Температура; Задржување на вода; реологија

0. Вовед

Гипсот, како еден вид еколошки материјал со добра градба и физички својства, е широко користен во проектите за украсување. Во примената на материјали на база на гипс, средството за задржување вода обично се додава за да се измени кашеста маса за да се спречи губење на вода во процесот на хидратација и стврднување. Целулозниот етер е најчестиот агенс за задржување на водата во моментов. Бидејќи јонскиот CE ќе реагира со Ca2+, често користете нејонски CE, како што се: хидроксипропил метил целулоза етер, хидроксиетил метил целулоза етер и метил целулоза етер. Важно е да се проучат својствата на модифицираниот гипс со целулоза етер за подобра примена на гипсот во инженерството за декорација.

Целулозниот етер е високомолекуларно соединение произведено со реакција на алкална целулоза и етерифицирачки агенс под одредени услови. Нејонскиот целулзен етер што се користи во градежништвото има добра дисперзија, задржување на водата, врзување и ефект на згуснување. Додавањето на целулозниот етер има многу очигледен ефект врз задржувањето на водата на гипсот, но јакоста на свиткување и притисок на стврднатото тело со гипс исто така малку се намалува со зголемувањето на количината на додавање. Тоа е затоа што целулозниот етер има одреден ефект на вовлекување на воздухот, што ќе внесе меурчиња во процесот на мешање на кашеста маса, со што ќе се намалат механичките својства на стврднатото тело. Во исто време, премногу целулзен етер ќе ја направи мешавината од гипс премногу леплива, што ќе резултира со неговите градежни перформанси.

Процесот на хидратација на гипсот може да се подели во четири чекори: растворање на калциум сулфат хемихидрат, кристализација нуклеација на калциум сулфат дихидрат, раст на кристално јадро и формирање на кристална структура. Во процесот на хидратација на гипсот, хидрофилната функционална група на целулозниот етер што се адсорбира на површината на честичките од гипсот ќе фиксира дел од молекулите на водата, со што ќе го одложи процесот на нуклеација на хидратацијата на гипсот и ќе го продолжи времето на стврднување на гипсот. Преку набљудување на SEM, Мроз откри дека иако присуството на целулозниот етер го одложи растот на кристалите, но го зголеми преклопувањето и агрегацијата на кристалите.

Целулозниот етер содржи хидрофилни групи така што има одредена хидрофилност, полимерен долг ланец меѓусебно се поврзува така што има висок вискозитет, интеракцијата на двете ја прави целулозата да има добар ефект на згуснување што ја задржува водата врз мешавината од гипс. Булихен го објасни механизмот за задржување вода на целулозниот етер во цементот. При слабо мешање, целулозниот етер се адсорбира на цемент за интрамолекуларна апсорпција на вода и придружен со оток за да се постигне задржување на водата. Во тоа време, задржувањето на водата е слабо. Високото дозирање, целулозниот етер ќе формира стотици нанометри до неколку микрони колоиден полимер, ефикасно блокирајќи го системот на гел во дупката, за да се постигне ефикасно задржување на водата. Механизмот на дејство на целулозниот етер во гипсот е ист како оној во цементот, но повисоката концентрација на SO42- во течната фаза на гипсната кашеста маса ќе го ослаби ефектот на целулоза на задржување на водата.

Врз основа на горенаведената содржина, може да се открие дека тековното истражување за модифицираниот гипс со целулоза етер најмногу се фокусира на процесот на хидратација на целулозниот етер на мешавината од гипс, својствата на задржување вода, механичките својства и микроструктурата на стврднатото тело и механизмот на целулозниот етер задржување на водата. Сепак, студијата за интеракцијата помеѓу целулозниот етер и кашеста маса од гипс на висока температура сè уште е недоволна. Воден раствор на целулоза етер ќе се желатинизира на одредена температура. Како што се зголемува температурата, вискозноста на водениот раствор на етер на целулоза постепено ќе се намалува. Кога ќе се достигне температурата на желатинизација, целулозниот етер ќе се преципитира во бел гел. На пример, во летната конструкција, температурата на околината е висока, својствата на термички гел на целулозниот етер сигурно ќе доведат до промени во обработливоста на модифицираната гипсена кашеста маса. Ова дело го истражува ефектот на порастот на температурата врз обработливоста на гипсниот материјал модифициран со целулоза етер преку систематски експерименти и дава насоки за практична примена на гипсот модифициран со целулоза етер.

1. Експериментирајте

1.1 Суровини

Гипсот е природен градежен гипс од β-тип обезбеден од Beijing Ecological Home Group.

Целулозниот етер одбран од хидроксипропил метил целулозниот етер од Шандонг Јитенг Група, спецификации на производот за 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s и 200.000 mPa·s, температура на желатација над 60 ℃. Лимонската киселина беше избрана како забавувач на гипс.

1.2 Реолошки тест

Користениот реолошки инструмент за тестирање беше RST3CC реометар произведен од BROOKFIELD USA. Реолошките параметри како што се вискозноста на пластиката и напрегањето на смолкнување на гипсната кашеста маса беа одредени со контејнер за примерок MBT340F30046 и роторот CC3340, а податоците беа обработени со софтверот RHE3000.

Карактеристиките на гипсната смеса се усогласени со реолошкото однесување на Бингамската течност, која обично се проучува со користење на Бингамскиот модел. Меѓутоа, поради псевдопластичноста на целулозниот етер додаден на гипс модифициран со полимер, смесата од кашеста маса обично има одредена особина за разредување на смолкнување. Во овој случај, модифицираниот Bingham (M3B) модел може подобро да ја опише реолошката крива на гипсот. Со цел да се проучи деформацијата на смолкнување на гипсот, оваа работа го користи и моделот Herschel⁃Bulkley (H3B).

1.3 Тест за задржување вода

Процедурата за тестирање погледнете во GB/T28627⁃2012 малтерисување малтер. За време на експериментот со температурата како променлива, гипсот беше претходно загреан 1 час однапред на соодветната температура во рерната, а мешаната вода користена во експериментот беше претходно загреана 1 час во соодветната температура во водена бања со константна температура, а инструментот се користеше беше претходно загреан.

1.4 Тест за хидродинамички дијаметар

Хидродинамичкиот дијаметар (D50) на поврзувањето на полимерот HPMC во течна фаза беше измерен со помош на динамички анализатор на големина на честички што расејува светлина (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Резултати и дискусија

2.1 Реолошки својства на HPMC модифициран гипс

Очигледната вискозност е односот на напрегањето на смолкнување со брзината на смолкнување што делува на течноста и е параметар за карактеризирање на протокот на не-Њутнови течности. Очигледната вискозност на модифицираната гипсена кашеста маса се менуваше со содржината на целулозниот етер под три различни спецификации (75000mPa·s, 100000mpa·s и 200000mPa·s). Температурата за тестирање беше 20 ℃. Кога стапката на смолкнување на реометарот е 14 мин-1, може да се открие дека вискозноста на гипсната кашеста маса се зголемува со зголемувањето на вградувањето на HPMC, а колку е поголема вискозноста на HPMC, толку ќе биде поголема вискозноста на модифицираната гипсена кашеста маса. Ова укажува дека HPMC има очигледен ефект на задебелување и вискозификација на гипсната кашеста маса. Гипсната кашеста маса и целулозниот етер се супстанции со одредена вискозност. Во модифицираната мешавина од гипс, целулозниот етер се адсорбира на површината на производите за хидратација на гипс, а мрежата формирана од целулозниот етер и мрежата формирана од мешавината на гипс се испреплетени, што резултира со „ефект на суперпозиција“, што значително ја подобрува вкупната вискозност на модифицираниот материјал на база на гипс.

Кривите на напрегање ⁃ на чист гипс (G3H) и модифицирана паста од гипс (G3H) намачкани со 75000mPa·s-HPMC, како што се заклучува од ревидираниот Bingham (M3B) модел. Може да се открие дека со зголемувањето на брзината на смолкнување се зголемува и напрегањето на смолкнување на смесата. Добиени се вредностите на пластичната вискозност (ηp) и напонот на смолкнување (τ0) на чист гипс и HPMC модифициран гипс на различни температури.

Од вредностите на пластичната вискозност (ηp) и напонот на смолкнување (τ0) на чист гипс и HPMC модифициран гипс на различни температури, може да се види дека напрегањето на издувноста на HPMC модифицираниот гипс континуирано ќе се намалува со зголемувањето на температурата, а издашноста стресот ќе се намали за 33% на 60 ℃ во споредба со 20 ℃. Со набљудување на кривата на пластична вискозност, може да се открие дека пластичната вискозност на модифицираната гипсена кашеста маса исто така се намалува со зголемувањето на температурата. Сепак, напрегањето и пластичната вискозност на чистата гипсена кашеста маса незначително се зголемуваат со зголемувањето на температурата, што укажува дека промената на реолошките параметри на HPMC модифицираната гипс-кашеста маса во процесот на зголемување на температурата е предизвикана од промената на својствата на HPMC.

Вредноста на испуштањето на напрегањето на гипсната кашеста маса ја рефлектира максималната вредност на напрегањето на смолкнување кога кашеста маса се спротивставува на деформација на смолкнување. Колку е поголема вредноста на напрегањето на приносот, толку постабилна може да биде гипсната кашеста маса. Пластичната вискозност ја рефлектира стапката на деформација на гипсната кашеста маса. Колку е поголема пластичната вискозност, толку подолго ќе биде времето на деформација на смолкнување на кашеста маса. Како заклучок, двата реолошки параметри на HPMC модифицираната гипсена кашеста маса очигледно се намалуваат со зголемувањето на температурата, а ефектот на згуснување на HPMC врз гипсната кашеста маса е ослабен.

Деформацијата на смолкнување на кашеста маса се однесува на ефектот на задебелување на смолкнување или разредување на смолкнување што се рефлектира од кашеста маса кога е подложена на сила на смолкнување. Ефектот на деформација на смолкнување на кашеста маса може да се процени според псевдопластичниот индекс n добиен од кривата на фитинг. Кога n < 1, гипсната кашеста маса покажува истенчување на смолкнување, а степенот на истенчување на смолкнување на гипсната кашеста маса станува повисок со намалувањето на n. Кога n > 1, гипсната кашеста маса покажала задебелување на смолкнување, а степенот на задебелување на смолкнување на гипсната кашеста маса се зголемувал со зголемувањето на n. Реолошки кривини на HPMC модифицирана гипс-кашеста маса на различни температури врз основа на фитинг на моделот Herschel⁃Bulkley (H3B), со што се добива псевдопластичен индекс n на HPMC модифицирана гипс-кашеста маса.

Според псевдопластичниот индекс n на HPMC модифицираната гипс-кашеста маса, деформацијата на смолкнување на гипсната кашеста маса измешана со HPMC се разредува со смолкнување, а n вредноста постепено се зголемува со зголемувањето на температурата, што покажува дека однесувањето на истенчување на смолкнување на HPMC модифицираниот гипс ќе да биде ослабен до одреден степен кога е под влијание на температурата.

Врз основа на привидните промени на вискозноста на модифицираната гипсена кашеста маса со стапка на смолкнување пресметана од податоците за напрегањето на смолкнување од 75000 mPa· HPMC на различни температури, може да се открие дека пластичната вискозност на модифицираната гипсена кашеста маса брзо се намалува со зголемувањето на брзината на смолкнување, што го потврдува резултатот на фитинг на моделот H3B. Модифицираната гипсена кашеста маса покажа карактеристики на разредување со смолкнување. Со зголемувањето на температурата, привидната вискозност на смесата до одреден степен се намалува при мала брзина на смолкнување, што покажува дека ефектот на разредување на смолкнување на модифицираната гипсена кашеста маса е ослабен.

Во реалната употреба на гипс кит, гипсната кашеста маса е потребно да биде лесно да се деформира во процесот на триење и да остане стабилна во мирување, што бара гипсната кашеста маса да има добри карактеристики на разредување на смолкнување, а промената на смолкнување на HPMC модифицираниот гипс е ретка до одреден степен, што не е погодно за изградба на материјали од гипс. Вискозноста на HPMC е еден од важните параметри, а исто така и главната причина што ја игра улогата на згуснување за да ги подобри променливите карактеристики на протокот на мешање. Самиот целулзен етер има својства на врел гел, вискозноста на неговиот воден раствор постепено се намалува како што температурата се зголемува, а белиот гел се таложи кога ќе се достигне температурата на желатирање. Промената на реолошките параметри на целулозниот етер модифициран гипс со температурата е тесно поврзана со промената на вискозноста, бидејќи ефектот на згуснување е резултат на суперпозиција на целулозниот етер и мешаната кашеста маса. Во практичното инженерство, треба да се земе предвид влијанието на температурата на околината врз перформансите на HPMC. На пример, температурата на суровините треба да се контролира на висока температура во лето за да се избегнат лошите работни перформанси на модифицираниот гипс предизвикани од високата температура.

2.2 Задржување на вода наHPMC модифициран гипс

Задржувањето на водата на гипсната кашеста маса модифицирана со три различни спецификации на целулозниот етер се менува со кривата на дозирање. Со зголемувањето на дозата на HPMC, стапката на задржување на водата на гипсната кашеста маса е значително подобрена, а трендот на зголемување станува стабилен кога дозата на HPMC ќе достигне 0,3%. Конечно, стапката на задржување на водата на гипсната кашеста маса е стабилна на 90% ~ 95%. Ова покажува дека HPMC има очигледен ефект на задржување на водата на пастата од камен, но ефектот на задржување на водата не е значително подобрен бидејќи дозата продолжува да се зголемува. Три спецификации на HPMC разликата во стапката на задржување на водата не е голема, на пример, кога содржината е 0,3%, опсегот на стапката на задржување на водата е 5%, стандардното отстапување е 2,2. HPMC со највисок вискозитет не е највисока стапка на задржување вода, а HPMC со најнизок вискозитет не е најниска стапка на задржување вода. Сепак, во споредба со чистиот гипс, стапката на задржување на водата на трите HPMC за гипс кашеста маса е значително подобрена, а стапката на задржување на водата на модифицираниот гипс во содржината од 0,3% е зголемена за 95%, 106%, 97% во споредба со празна контролна група. Целулозниот етер очигледно може да го подобри задржувањето на водата на гипсната кашеста маса. Со зголемувањето на содржината на HPMC, стапката на задржување на водата на HPMC модифицираната гипс-кашеста маса со различен вискозитет постепено ја достигнува точката на заситеност. 10000mPa·sHPMC достигна точка на заситеност на 0,3%, 75000mPa·s и 20000mPa·s HPMC достигна точка на заситеност на 0,2%. Резултатите покажуваат дека задржувањето на водата на 75000mPa·s HPMC модифицираниот гипс се менува со температурата при различни дози. Со намалувањето на температурата, стапката на задржување на водата на HPMC модифицираниот гипс постепено се намалува, додека стапката на задржување на водата на чистиот гипс во основа останува непроменета, што укажува дека зголемувањето на температурата го ослабува ефектот на задржување вода на HPMC врз гипсот. Стапката на задржување на водата на HPMC се намали за 31,5% кога температурата се зголеми од 20 ℃ на 40 ℃. Кога температурата се зголемува од 40℃ до 60℃, стапката на задржување на водата на HPMC модифицираниот гипс е во основа иста како онаа на чистиот гипс, што покажува дека HPMC го изгубил ефектот на подобрување на задржувањето на водата на гипсот во овој момент. Jian Jian и Wang Peiming предложија дека целулозниот етер самиот има феномен на термички гел, промената на температурата ќе доведе до промени во вискозноста, морфологијата и адсорпцијата на целулозниот етер, што е обврзано да доведе до промени во перформансите на мешавината од кашеста маса. Буликен, исто така, откри дека динамичкиот вискозитет на цементните раствори што содржат HPMC се намалува со зголемување на температурата.

Промената на задржувањето на водата на смесата предизвикана од зголемувањето на температурата треба да се комбинира со механизмот на целулозниот етер. Буликен го објасни механизмот со кој целулозниот етер може да ја задржи водата во цементот. Во системите базирани на цемент, HPMC ја подобрува стапката на задржување на водата на кашеста маса со намалување на пропустливоста на „филтер колачот“ формиран од системот за цементирање. Одредена концентрација на HPMC во течната фаза ќе формира колоидна асоцијација од неколку стотици нанометри до неколку микрони, ова има одреден волумен на полимерна структура, може ефикасно да го приклучи каналот за пренос на вода во мешавината, да ја намали пропустливоста на „филтер колачот“. за да се постигне ефикасно задржување на водата. Буликен, исто така, покажа дека HPMCS во гипсот го покажува истиот механизам. Затоа, проучувањето на хидромеханичкиот дијаметар на асоцијацијата формирана од HPMC во течната фаза може да го објасни ефектот на HPMC врз задржувањето на водата на гипсот.

2.3 Хидродинамички дијаметар на HPMC колоидна асоцијација

Криви на дистрибуција на честички со различни концентрации од 75000mPa·s HPMC во течна фаза и криви на дистрибуција на честички од три спецификации на HPMC во течна фаза во концентрација од 0,6%. Може да се види од кривата на дистрибуција на честички на HPMC од три спецификации во течната фаза кога концентрацијата е 0,6% дека, со зголемувањето на концентрацијата на HPMC, се зголемува и големината на честичките на поврзаните соединенија формирани во течната фаза. Кога концентрацијата е ниска, честичките формирани од HPMC агрегација се мали, а само мал дел од HPMC агрегираат во честички од околу 100 nm. Кога концентрацијата на HPMC е 1%, има голем број на колоидни асоцијации со хидродинамички дијаметар од околу 300 nm, што е важен знак за молекуларно преклопување. Оваа структура на полимеризација со „голем волумен“ може ефективно да го блокира каналот за пренос на вода во мешавината, да ја намали „пропустливоста на колачот“, а соодветното задржување на водата на мешавината од гипс во оваа концентрација е исто така поголемо од 90%. Хидромеханичките дијаметри на HPMC со различни вискозитети во течна фаза се во основа исти, што ја објаснува сличната стапка на задржување на водата на HPMC модифицираната гипс-кашеста маса со различни вискозитети.

Криви на дистрибуција на големина на честички од 75000mPa·s HPMC со 1% концентрација на различни температури. Со зголемувањето на температурата, очигледно може да се најде распаѓање на HPMC колоидна асоцијација. На 40 ℃, големиот волумен на асоцијацијата од 300 nm целосно исчезна и се распадна на честички со мал волумен од 15 nm. Со понатамошното зголемување на температурата, HPMC станува помали честички, а задржувањето на водата на гипсната кашеста маса целосно се губи.

Феноменот на својствата на HPMC кои се менуваат со порастот на температурата е исто така познат како својства на топол гел, постоечкото општо мислење е дека при ниска температура, HPMC макромолекулите прво се дисперзираат во вода за да се раствори растворот, молекулите на HPMC во висока концентрација ќе формираат голема асоцијација на честички . Кога температурата се зголемува, хидратацијата на HPMC е ослабена, водата помеѓу синџирите постепено се испушта, големите асоцијативни соединенија постепено се дисперзираат во мали честички, вискозноста на растворот се намалува и тродимензионалната мрежна структура се формира кога гелацијата се постигнува температура и се таложи белиот гел.

Бодвик откри дека микроструктурата и својствата на адсорпција на HPMC во течна фаза се променети. Во комбинација со теоријата на Булихен за HPMC колоидна асоцијација што го блокира каналот за транспорт на вода на кашеста маса, беше заклучено дека зголемувањето на температурата доведе до распаѓање на HPMC колоидната асоцијација, што резултираше со намалување на задржувањето на водата на модифицираниот гипс.

3. Заклучок

(1) Самиот целулзен етер има висок вискозитет и „надреден“ ефект со кашеста маса од гипс, играјќи очигледен ефект на згуснување. На собна температура, ефектот на згуснување станува поочигледен со зголемувањето на вискозноста и дозирањето на целулозниот етер. Меѓутоа, со зголемувањето на температурата, вискозноста на целулозниот етер се намалува, неговиот ефект на згуснување слабее, напрегањето на смолкнувањето и пластичната вискозност на мешавината од гипс се намалуваат, псевдопластичноста слабее, а градежната особина станува полоша.

(2) Целулозниот етер го подобри задржувањето на водата на гипсот, но со зголемувањето на температурата, задржувањето на водата на модифицираниот гипс исто така значително се намали, дури и на 60℃ целосно ќе го изгуби ефектот на задржување на водата. Стапката на задржување на водата на гипсната кашеста маса беше значително подобрена со целулозниот етер, а стапката на задржување на водата кај HPMC модифицираната гипс-кашеста маса со различен вискозитет постепено достигна точка на заситеност со зголемувањето на дозата. Задржувањето на водата од гипс е генерално пропорционално на вискозноста на целулозниот етер, при висок вискозитет има мал ефект.

(3) Внатрешните фактори кои го менуваат задржувањето на водата на целулозниот етер со температурата се тесно поврзани со микроскопската морфологија на целулозниот етер во течна фаза. При одредена концентрација, целулозниот етер има тенденција да се агрегира за да формира големи колоидни асоцијации, блокирајќи го каналот за транспорт на вода на мешавината од гипс за да се постигне високо задржување на водата. Меѓутоа, со зголемувањето на температурата, поради термалното желативно својство на самиот целулозен етер, претходно формираната голема колоидна асоцијација повторно се дисперзира, што доведува до опаѓање на перформансите на задржување на водата.