Pembangunan eter selulosa HEMC baru untuk mengurangkan penggumpalan dalam plaster semburan mesin berasaskan gipsum

Pembangunan eter selulosa HEMC baru untuk mengurangkan penggumpalan dalam plaster semburan mesin berasaskan gipsum

Plaster semburan mesin (GSP) berasaskan gipsum telah digunakan secara meluas di Eropah Barat sejak 1970-an. Kemunculan penyemburan mekanikal telah meningkatkan kecekapan pembinaan melepa dengan berkesan sambil mengurangkan kos pembinaan. Dengan pendalaman pengkomersilan GSP, eter selulosa larut air telah menjadi bahan tambahan utama. Eter selulosa memberikan GSP dengan prestasi pengekalan air yang baik, yang mengehadkan penyerapan lembapan substrat dalam plaster, dengan itu memperoleh masa tetapan yang stabil dan sifat mekanikal yang baik. Di samping itu, lengkung reologi khusus eter selulosa boleh meningkatkan kesan penyemburan mesin dan memudahkan proses perataan dan penamat mortar seterusnya dengan ketara.

Walaupun kelebihan jelas selulosa eter dalam aplikasi GSP, ia juga berpotensi menyumbang kepada pembentukan ketulan kering apabila disembur. Gumpalan yang tidak dibasahi ini juga dikenali sebagai gumpalan atau caking, dan ia boleh memberi kesan buruk kepada perataan dan kemasan mortar. Aglomerasi boleh mengurangkan kecekapan tapak dan meningkatkan kos aplikasi produk gipsum berprestasi tinggi. Untuk lebih memahami kesan eter selulosa pada pembentukan ketulan dalam GSP, kami menjalankan kajian untuk cuba mengenal pasti parameter produk berkaitan yang mempengaruhi pembentukannya. Berdasarkan keputusan kajian ini, kami membangunkan satu siri produk eter selulosa dengan kecenderungan berkurangan untuk menggumpal dan menilai mereka dalam aplikasi praktikal.

Kata kunci: selulosa eter; plaster semburan mesin gipsum; kadar pembubaran; morfologi zarah

1. pengenalan

Eter selulosa larut air telah berjaya digunakan dalam plaster semburan mesin (GSP) berasaskan gipsum untuk mengawal permintaan air, meningkatkan pengekalan air dan memperbaiki sifat reologi mortar. Oleh itu, ia membantu meningkatkan prestasi mortar basah, dengan itu memastikan kekuatan mortar yang diperlukan. Disebabkan sifatnya yang berdaya maju secara komersial dan mesra alam, campuran kering GSP telah menjadi bahan binaan dalaman yang digunakan secara meluas di seluruh Eropah sejak 20 tahun yang lalu.

Jentera untuk membancuh dan menyembur GSP campuran kering telah berjaya dikomersialkan selama beberapa dekad. Walaupun beberapa ciri teknikal peralatan daripada pengeluar berbeza berbeza-beza, semua mesin penyembur yang tersedia secara komersial membenarkan masa pengadukan yang sangat terhad untuk air bercampur dengan mortar campuran kering gipsum yang mengandungi eter selulosa. Secara amnya, keseluruhan proses pencampuran mengambil masa beberapa saat sahaja. Selepas mencampurkan, mortar basah dipam melalui hos penghantaran dan disembur ke dinding substrat. Keseluruhan proses selesai dalam masa seminit. Walau bagaimanapun, dalam tempoh masa yang singkat, eter selulosa perlu dibubarkan sepenuhnya untuk membangunkan sepenuhnya sifat mereka dalam aplikasi. Menambah produk eter selulosa yang dikisar halus pada formulasi mortar gipsum memastikan pembubaran lengkap semasa proses penyemburan ini.

Eter selulosa yang dikisar halus membina konsistensi dengan cepat apabila bersentuhan dengan air semasa pengadukan dalam penyembur. Peningkatan kelikatan yang cepat disebabkan oleh pembubaran eter selulosa menyebabkan masalah dengan pembasahan air serentak zarah bahan bersimen gipsum. Apabila air mula menebal, ia menjadi kurang cecair dan tidak dapat menembusi ke dalam liang kecil di antara zarah gipsum. Selepas akses ke liang tersumbat, proses pembasahan zarah bahan bersimen oleh air ditangguhkan. Masa pencampuran dalam penyembur adalah lebih pendek daripada masa yang diperlukan untuk membasahi zarah gipsum sepenuhnya, yang mengakibatkan pembentukan gumpalan serbuk kering dalam mortar basah segar. Sebaik sahaja rumpun ini terbentuk, ia menghalang kecekapan pekerja dalam proses seterusnya: meratakan mortar dengan rumpun sangat menyusahkan dan mengambil lebih banyak masa. Walaupun selepas mortar telah ditetapkan, gumpalan yang terbentuk pada mulanya mungkin muncul. Sebagai contoh, menutup rumpun di dalam semasa pembinaan akan membawa kepada kemunculan kawasan gelap di peringkat kemudian, yang kita tidak mahu lihat.

Walaupun eter selulosa telah digunakan sebagai bahan tambahan dalam GSP selama bertahun-tahun, kesannya terhadap pembentukan ketulan yang tidak dibasahi belum banyak dikaji setakat ini. Artikel ini membentangkan pendekatan sistematik yang boleh digunakan untuk memahami punca aglomerasi dari perspektif eter selulosa.

2. Sebab pembentukan gumpalan tidak basah dalam GSP

2.1 Pembasahan plaster berasaskan plaster

Pada peringkat awal penubuhan program penyelidikan, beberapa kemungkinan punca pembentukan rumpun dalam CSP telah dikumpulkan. Seterusnya, melalui analisis berbantukan komputer, masalah tertumpu kepada sama ada terdapat penyelesaian teknikal yang praktikal. Melalui kerja-kerja ini, penyelesaian optimum kepada pembentukan aglomerat dalam GSP telah disaring terlebih dahulu. Dari kedua-dua pertimbangan teknikal dan komersial, laluan teknikal untuk menukar pembasahan zarah gipsum dengan rawatan permukaan diketepikan. Dari sudut komersial, idea untuk menggantikan peralatan sedia ada dengan peralatan penyemburan dengan ruang bancuhan yang direka khas yang boleh memastikan pencampuran air dan mortar mencukupi diketepikan.

Pilihan lain ialah menggunakan agen pembasahan sebagai bahan tambahan dalam formulasi plaster gipsum dan kami telah menemui paten untuk ini. Walau bagaimanapun, penambahan bahan tambahan ini tidak dapat tidak menjejaskan kebolehkerjaan plaster. Lebih penting lagi, ia mengubah sifat fizikal mortar, terutamanya kekerasan dan kekuatan. Jadi kami tidak mendalaminya secara mendalam. Selain itu, penambahan agen pembasahan juga dianggap berkemungkinan memberi kesan buruk kepada alam sekitar.

Memandangkan eter selulosa sudah pun menjadi sebahagian daripada formulasi plaster berasaskan gipsum, mengoptimumkan eter selulosa itu sendiri menjadi penyelesaian terbaik yang boleh dipilih. Pada masa yang sama, ia tidak boleh menjejaskan sifat pengekalan air atau menjejaskan sifat reologi plaster yang digunakan. Berdasarkan hipotesis yang dicadangkan sebelum ini bahawa penjanaan serbuk tidak dibasahi dalam GSP adalah disebabkan oleh peningkatan yang terlalu cepat dalam kelikatan eter selulosa selepas bersentuhan dengan air semasa kacau, mengawal ciri-ciri pelarutan eter selulosa menjadi matlamat utama kajian kami. .

2.2 Masa larut selulosa eter

Cara mudah untuk memperlahankan kadar pelarutan eter selulosa adalah dengan menggunakan produk gred berbutir. Kelemahan utama menggunakan pendekatan ini dalam GSP ialah zarah yang terlalu kasar tidak larut sepenuhnya dalam tetingkap pengadukan 10 saat yang singkat dalam penyembur, yang membawa kepada kehilangan pengekalan air. Di samping itu, pembengkakan selulosa eter yang tidak larut pada peringkat kemudian akan membawa kepada penebalan selepas melepa dan menjejaskan prestasi pembinaan, yang kita tidak mahu lihat.

Satu lagi pilihan untuk mengurangkan kadar pembubaran eter selulosa adalah untuk memaut silang secara balik permukaan eter selulosa dengan glioksal. Walau bagaimanapun, oleh kerana tindak balas silang silang dikawal pH, kadar pelarutan eter selulosa sangat bergantung kepada pH larutan akueus di sekelilingnya. Nilai pH sistem GSP dicampur dengan kapur slaked adalah sangat tinggi, dan ikatan silang glioksal pada permukaan dibuka dengan cepat selepas bersentuhan dengan air, dan kelikatan mula meningkat serta-merta. Oleh itu, rawatan kimia tersebut tidak boleh memainkan peranan dalam mengawal kadar pelarutan dalam GSP.

Masa pembubaran eter selulosa juga bergantung pada morfologi zarahnya. Walau bagaimanapun, fakta ini tidak mendapat banyak perhatian setakat ini, walaupun kesannya sangat ketara. Mereka mempunyai kadar pembubaran linear yang tetap [kg/(m2•s)], jadi pelarutan dan pembentukan kelikatannya adalah berkadar dengan permukaan yang tersedia. Kadar ini boleh berbeza dengan ketara dengan perubahan dalam morfologi zarah selulosa. Dalam pengiraan kami, diandaikan bahawa kelikatan penuh (100%) dicapai selepas 5 saat mencampurkan kacau.

Pengiraan morfologi zarah yang berbeza menunjukkan bahawa zarah sfera mempunyai kelikatan 35% daripada kelikatan akhir pada separuh masa pencampuran. Dalam tempoh masa yang sama, zarah eter selulosa berbentuk batang hanya boleh mencapai 10%. Zarah berbentuk cakera baru mula larut selepas itu2.5 saat.

Juga termasuk ciri keterlarutan yang ideal untuk eter selulosa dalam GSP. Menangguhkan pembentukan kelikatan awal selama lebih daripada 4.5 saat. Selepas itu, kelikatan meningkat dengan cepat untuk mencapai kelikatan akhir dalam masa 5 saat dari masa mencampurkan kacau. Dalam GSP, masa pembubaran tertunda yang begitu lama membolehkan sistem mempunyai kelikatan yang rendah, dan air tambahan boleh membasahi zarah gipsum sepenuhnya dan memasuki liang antara zarah tanpa gangguan.

3. Morfologi zarah selulosa eter

3.1 Pengukuran morfologi zarah

Oleh kerana bentuk zarah eter selulosa mempunyai kesan yang begitu ketara terhadap keterlarutan, pertama sekali adalah perlu untuk menentukan parameter yang menerangkan bentuk zarah eter selulosa, dan kemudian untuk mengenal pasti perbezaan antara tidak membasahkan Pembentukan aglomerat adalah parameter yang sangat relevan. .

Kami memperoleh morfologi zarah selulosa eter dengan teknik analisis imej dinamik. Morfologi zarah eter selulosa boleh dicirikan sepenuhnya menggunakan penganalisis imej digital SYMPATEC (dibuat di Jerman) dan alat analisis perisian khusus. Parameter bentuk zarah yang paling penting didapati ialah purata panjang gentian dinyatakan sebagai LEFI(50,3) dan purata diameter dinyatakan sebagai DIFI(50,3). Data panjang purata gentian dianggap sebagai panjang penuh bagi zarah eter selulosa yang tersebar.

Biasanya data taburan saiz zarah seperti diameter gentian purata DIFI boleh dikira berdasarkan bilangan zarah (ditandakan dengan 0), panjang (ditandakan dengan 1), luas (ditandakan dengan 2) atau isipadu (ditandakan dengan 3). Semua ukuran data zarah dalam kertas ini adalah berdasarkan volum dan oleh itu ditunjukkan dengan akhiran 3. Contohnya, dalam DIFI(50,3), 3 bermaksud taburan volum, dan 50 bermakna 50% daripada lengkung taburan saiz zarah adalah lebih kecil daripada nilai yang ditunjukkan, dan 50% lagi adalah lebih besar daripada nilai yang ditunjukkan. Data bentuk zarah eter selulosa diberikan dalam mikrometer (µm).

3.2 Eter selulosa selepas pengoptimuman morfologi zarah

Dengan mengambil kira kesan permukaan zarah, masa pelarutan zarah zarah eter selulosa dengan bentuk zarah seperti rod sangat bergantung pada diameter gentian purata DIFI (50,3). Berdasarkan andaian ini, kerja pembangunan pada eter selulosa bertujuan untuk mendapatkan produk dengan diameter gentian purata DIFI yang lebih besar (50,3) untuk meningkatkan keterlarutan serbuk.

Walau bagaimanapun, peningkatan dalam purata panjang gentian DIFI(50,3) tidak dijangka akan disertai dengan peningkatan saiz zarah purata. Menambahkan kedua-dua parameter bersama-sama akan menghasilkan zarah yang terlalu besar untuk larut sepenuhnya dalam masa pengadukan 10 saat biasa penyemburan mekanikal.

Oleh itu, hidroksietilmetilselulosa (HEMC) yang ideal harus mempunyai diameter gentian purata DIFI(50,3) yang lebih besar sambil mengekalkan purata panjang gentian LEFI(50,3). Kami menggunakan proses pengeluaran eter selulosa baharu untuk menghasilkan HEMC yang lebih baik. Bentuk zarah selulosa eter larut air yang diperolehi melalui proses pengeluaran ini adalah berbeza sama sekali daripada bentuk zarah selulosa yang digunakan sebagai bahan mentah untuk pengeluaran. Dalam erti kata lain, proses pengeluaran membolehkan reka bentuk bentuk zarah selulosa eter bebas daripada bahan mentah pengeluarannya.

Tiga imej mikroskop elektron pengimbasan: satu daripada eter selulosa yang dihasilkan oleh proses standard, dan satu daripada eter selulosa yang dihasilkan oleh proses baharu dengan diameter DIFI(50,3) yang lebih besar daripada produk alat proses konvensional. Turut ditunjukkan ialah morfologi selulosa yang dikisar halus yang digunakan dalam penghasilan kedua-dua produk ini.

Membandingkan mikrograf elektron selulosa dan selulosa eter yang dihasilkan oleh proses standard, adalah mudah untuk mendapati bahawa kedua-duanya mempunyai ciri morfologi yang serupa. Sebilangan besar zarah dalam kedua-dua imej mempamerkan struktur yang panjang dan nipis, menunjukkan bahawa ciri morfologi asas tidak berubah walaupun selepas tindak balas kimia telah berlaku. Adalah jelas bahawa ciri-ciri morfologi zarah produk tindak balas sangat berkorelasi dengan bahan mentah.

Didapati bahawa ciri-ciri morfologi eter selulosa yang dihasilkan oleh proses baru adalah berbeza dengan ketara, ia mempunyai purata diameter DIFI yang lebih besar (50,3), dan terutamanya membentangkan bentuk zarah pendek dan tebal bulat, manakala zarah nipis dan panjang tipikal. dalam bahan mentah selulosa Hampir pupus.

Angka ini sekali lagi menunjukkan bahawa morfologi zarah eter selulosa yang dihasilkan oleh proses baru tidak lagi berkaitan dengan morfologi bahan mentah selulosa - hubungan antara morfologi bahan mentah dan produk akhir tidak lagi wujud.

4. Kesan morfologi zarah HEMC terhadap pembentukan gumpalan tidak basah dalam GSP

GSP telah diuji di bawah keadaan aplikasi lapangan untuk mengesahkan bahawa hipotesis kami tentang mekanisme kerja (bahawa menggunakan produk eter selulosa dengan diameter purata DIFI yang lebih besar (50,3) akan mengurangkan aglomerasi yang tidak diingini) adalah betul. HEMC dengan purata diameter DIFI(50,3) antara 37 µm hingga 52 µm telah digunakan dalam eksperimen ini. Untuk meminimumkan pengaruh faktor selain morfologi zarah, asas plaster gipsum dan semua bahan tambahan lain disimpan tidak berubah. Kelikatan eter selulosa dikekalkan malar semasa ujian (60,000mPa.s, larutan akueus 2%, diukur dengan rheometer HAAKE).

Penyembur gipsum yang tersedia secara komersil (PFT G4) telah digunakan untuk penyemburan dalam ujian aplikasi. Fokus pada menilai pembentukan gumpalan mortar gipsum yang tidak dibasahi serta-merta selepas ia digunakan pada dinding. Penilaian penggumpalan pada peringkat ini sepanjang proses permohonan melepa akan mendedahkan perbezaan dalam prestasi produk. Dalam ujian itu, pekerja berpengalaman menilai situasi bergumpal, dengan 1 adalah yang terbaik dan 6 adalah yang paling teruk.

Keputusan ujian jelas menunjukkan korelasi antara purata diameter gentian DIFI (50,3) dan skor prestasi bergumpal. Selaras dengan hipotesis kami bahawa produk eter selulosa dengan DIFI(50,3) yang lebih besar mengatasi produk DIFI(50,3) yang lebih kecil, skor purata untuk DIFI(50,3) daripada 52 µm ialah 2 (baik) , manakala mereka yang mempunyai DIFI( 50,3) daripada 37µm dan 40µm mendapat 5 (kegagalan).

Seperti yang kami jangkakan, tingkah laku penggumpalan dalam aplikasi GSP bergantung dengan ketara pada diameter purata DIFI(50,3) eter selulosa yang digunakan. Selain itu, telah disebutkan dalam perbincangan sebelum ini bahawa antara semua parameter morfologi DIFI(50,3) sangat mempengaruhi masa pembubaran serbuk eter selulosa. Ini mengesahkan bahawa masa pelarutan eter selulosa, yang sangat berkorelasi dengan morfologi zarah, akhirnya mempengaruhi pembentukan gumpalan dalam GSP. DIFI yang lebih besar (50,3) menyebabkan masa pembubaran serbuk yang lebih lama, yang mengurangkan peluang penggumpalan dengan ketara. Walau bagaimanapun, masa pelarutan serbuk yang terlalu lama akan menyukarkan eter selulosa untuk larut sepenuhnya dalam masa kacau peralatan penyemburan.

Produk HEMC baharu dengan profil pembubaran yang dioptimumkan kerana diameter gentian purata yang lebih besar DIFI(50,3) bukan sahaja mempunyai pembasahan serbuk gipsum yang lebih baik (seperti yang dilihat dalam penilaian bergumpal), tetapi juga tidak menjejaskan prestasi pengekalan air produk tersebut. Pengekalan air yang diukur mengikut EN 459-2 tidak dapat dibezakan daripada produk HEMC dengan kelikatan yang sama dengan DIFI(50,3) daripada 37µm hingga 52µm. Semua ukuran selepas 5 minit dan 60 minit berada dalam julat yang diperlukan yang ditunjukkan dalam graf.

Walau bagaimanapun, ia juga disahkan bahawa jika DIFI(50,3) menjadi terlalu besar, zarah eter selulosa tidak lagi akan larut sepenuhnya. Ini ditemui semasa menguji produk DIFI(50,3) 59 µM. Keputusan ujian pengekalan airnya selepas 5 minit dan terutamanya selepas 60 minit gagal memenuhi minimum yang diperlukan.

5. Rumusan

Eter selulosa adalah bahan tambahan penting dalam formulasi GSP. Kerja penyelidikan dan pembangunan produk di sini melihat korelasi antara morfologi zarah eter selulosa dan pembentukan gumpalan yang tidak dibasahi (kononnya gumpalan) apabila disembur secara mekanikal. Ia berdasarkan andaian mekanisme kerja bahawa masa pembubaran serbuk selulosa eter mempengaruhi pembasahan serbuk gipsum oleh air dan dengan itu menjejaskan pembentukan gumpalan.

Masa pelarutan bergantung kepada morfologi zarah eter selulosa dan boleh diperoleh menggunakan alat analisis imej digital. Dalam GSP, eter selulosa dengan diameter purata besar DIFI (50,3) telah mengoptimumkan ciri-ciri pembubaran serbuk, membolehkan lebih banyak masa untuk air membasahi zarah gipsum secara menyeluruh, sekali gus membolehkan anti-penggumpalan optimum. Eter selulosa jenis ini dihasilkan menggunakan proses pengeluaran baru, dan bentuk zarahnya tidak bergantung pada bentuk asal bahan mentah untuk pengeluaran.

Purata diameter gentian DIFI (50,3) mempunyai kesan yang sangat penting pada penggumpalan, yang telah disahkan dengan menambahkan produk ini pada tapak gipsum yang disembur mesin yang tersedia secara komersial untuk penyemburan di tapak. Tambahan pula, ujian semburan medan ini mengesahkan keputusan makmal kami: produk eter selulosa berprestasi terbaik dengan DIFI besar (50,3) larut sepenuhnya dalam tetingkap masa pengadukan GSP. Oleh itu, produk eter selulosa dengan sifat anti-caking terbaik selepas memperbaiki bentuk zarah masih mengekalkan prestasi pengekalan air asal.