Effekt av omgivelsestemperatur på bearbeidbarheten til celluloseetermodifisert gips

Ytelsen til celluloseetermodifisert gips ved forskjellige omgivelsestemperaturer er svært forskjellig, men mekanismen er ikke klar. Effektene av celluloseeter på de reologiske parameterne og vannretensjon av gipsslurry ved forskjellige omgivelsestemperaturer ble studert. Den hydrodynamiske diameteren til celluloseeter i flytende fase ble målt ved dynamisk lysspredningsmetode, og påvirkningsmekanismen ble utforsket. Resultatene viser at celluloseeter har en god vannholdende og fortykkende effekt på gips. Med økningen av innholdet av celluloseeter øker viskositeten til slurryen og vannholdingskapasiteten øker. Men med temperaturøkningen reduseres vannholdingsevnen til modifisert gipsoppslemming til en viss grad, og de reologiske parametrene endres også. Tatt i betraktning at celluloseeterkolloidforeningen kan oppnå vannretensjon ved å blokkere vanntransportkanalen, kan temperaturøkningen føre til desintegrering av den store volumsammenslutningen produsert av celluloseeter, og dermed redusere vannretensjonen og arbeidsytelsen til den modifiserte gipsen.

Stikkord:gips; Celluloseeter; Temperatur; Vannretensjon; reologi

0. Introduksjon

Gips, som et slags miljøvennlig materiale med god konstruksjon og fysiske egenskaper, er mye brukt i dekorasjonsprosjekter. Ved påføring av gipsbaserte materialer tilsettes vanligvis vannholdende middel for å modifisere slurry for å forhindre vanntap i prosessen med hydrering og herding. Celluloseeter er det vanligste vannholdingsmidlet for tiden. Fordi ionisk CE vil reagere med Ca2+, bruk ofte ikke-ionisk CE, slik som: hydroksypropylmetylcelluloseeter, hydroksyetylmetylcelluloseeter og metylcelluloseeter. Det er viktig å studere egenskapene til celluloseetermodifisert gips for bedre bruk av gips i dekorasjonsteknikk.

Celluloseeter er en høymolekylær forbindelse produsert ved reaksjon av alkalicellulose og foretringsmiddel under visse forhold. Den ikke-ioniske celluloseeteren som brukes i konstruksjonsteknikk har god spredning, vannretensjon, binding og fortykningseffekt. Tilsetningen av celluloseeter har en veldig tydelig effekt på vannretensjonen av gips, men bøye- og trykkstyrken til gipsherdet legeme avtar også litt med økningen av tilsetningsmengden. Dette er fordi celluloseeter har en viss luftinndragende effekt, som vil introdusere bobler i prosessen med slurryblanding, og dermed redusere de mekaniske egenskapene til den herdede kroppen. Samtidig vil for mye celluloseeter gjøre gipsblandingen for klissete, noe som resulterer i konstruksjonsytelsen.

Hydratiseringsprosessen av gips kan deles inn i fire trinn: oppløsning av kalsiumsulfathemihydrat, krystalliseringskjernedannelse av kalsiumsulfatdihydrat, vekst av krystallinsk kjerne og dannelse av krystallinsk struktur. I hydratiseringsprosessen av gips vil den hydrofile funksjonelle gruppen av celluloseeter som adsorberes på overflaten av gipspartikler fiksere en del av vannmolekylene, og dermed forsinke kjernedannelsesprosessen for gipshydrering og forlenge herdetiden for gips. Gjennom SEM-observasjon fant Mroz at selv om tilstedeværelsen av celluloseeter forsinket veksten av krystaller, men økte overlappingen og aggregeringen av krystaller.

Celluloseeter inneholder hydrofile grupper slik at den har en viss hydrofilisitet, polymer langkjede som forbinder med hverandre slik at den har høy viskositet, samspillet mellom de to gjør at cellulose har en god vannholdende fortykningseffekt på gipsblanding. Bulichen forklarte vannretensjonsmekanismen til celluloseeter i sement. Ved lav blanding adsorberer celluloseeter på sement for intramolekylær vannabsorpsjon og ledsages av svelling for å oppnå vannretensjon. På dette tidspunktet er vannretensjonen dårlig. Høydosering, celluloseeter vil danne hundrevis av nanometer til noen få mikron kolloidal polymer, og effektivt blokkere gelsystemet i hullet, for å oppnå effektiv vannretensjon. Virkningsmekanismen til celluloseeter i gips er den samme som i sement, men den høyere SO42-konsentrasjonen i væskefasen til gipsslurry vil svekke den vannholdende effekten til cellulose.

Basert på innholdet ovenfor, kan det bli funnet at den nåværende forskningen på celluloseetermodifisert gips hovedsakelig fokuserer på hydratiseringsprosessen av celluloseeter på gipsblanding, vannretensjonsegenskaper, mekaniske egenskaper og mikrostruktur av herdet kropp, og mekanismen til celluloseeter vannretensjon. Studiet om samspillet mellom celluloseeter og gipsslurry ved høy temperatur er imidlertid fortsatt utilstrekkelig. Vannløsning av celluloseeter vil gelatinisere ved en bestemt temperatur. Når temperaturen øker, vil viskositeten til den vandige celluloseeterløsningen gradvis avta. Når gelatineringstemperaturen er nådd, vil celluloseeter bli utfelt i hvit gel. For eksempel, i sommerkonstruksjonen, er omgivelsestemperaturen høy, de termiske gelegenskapene til celluloseeter er bundet til å føre til endringer i bearbeidbarheten til modifisert gipsslurry. Dette arbeidet utforsker effekten av temperaturøkning på bearbeidbarheten til celluloseetermodifisert gipsmateriale gjennom systematiske eksperimenter, og gir veiledning for praktisk anvendelse av celluloseetermodifisert gips.

1. Eksperiment

1.1 Råvarer

Gips er β-type naturlig bygningsgips levert av Beijing Ecological Home Group.

Celluloseeter valgt fra Shandong Yiteng Group hydroksypropylmetylcelluloseeter, produktspesifikasjoner for 75 000 mPa·s, 100 000 mPa·s og 200 000 mPa·s, geleringstemperatur over 60 ℃. Sitronsyre ble valgt som gipsretarder.

1.2 Reologitest

Det reologiske testinstrumentet som ble brukt var RST⁃CC reometer produsert av BROOKFIELD USA. Reologiske parametere som plastisk viskositet og flyteskjærspenning for gipsoppslemming ble bestemt av MBT⁃40F⁃0046 prøvebeholder og CC3⁃40 rotor, og dataene ble behandlet av RHE3000 programvare.

Egenskapene til gipsblanding samsvarer med den reologiske oppførselen til Bingham-væske, som vanligvis studeres ved å bruke Bingham-modellen. På grunn av pseudoplastisiteten til celluloseeter tilsatt polymermodifisert gips, har imidlertid slurryblandingen vanligvis en viss skjærfortynnende egenskap. I dette tilfellet kan modifisert Bingham (M⁃B) modell bedre beskrive den reologiske kurven til gips. For å studere skjærdeformasjonen av gips bruker dette arbeidet også Herschel⁃Bulkley (H⁃B)-modellen.

1.3 Vannretensjonstest

Testprosedyre referer til GB/T28627⁃2012 Gips. Under forsøket med temperatur som variabel, ble gipsen forvarmet 1 time i forveien til tilsvarende temperatur i ovnen, og blandingsvannet som ble brukt i forsøket ble forvarmet 1 time i tilsvarende temperatur i vannbadet med konstant temperatur, og instrumentet ble brukt. ble forvarmet.

1.4 Hydrodynamisk diametertest

Den hydrodynamiske diameteren (D50) til HPMC-polymerassosiasjon i væskefase ble målt ved bruk av en dynamisk lysspredningspartikkelstørrelsesanalysator (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultater og diskusjon

2.1 Reologiske egenskaper til HPMC modifisert gips

Tilsynelatende viskositet er forholdet mellom skjærspenning og skjærhastighet som virker på en væske og er en parameter for å karakterisere strømmen av ikke-newtonske væsker. Den tilsynelatende viskositeten til den modifiserte gipsoppslemmingen endret seg med innholdet av celluloseeter under tre forskjellige spesifikasjoner (75000mPa·s, 100.000mpa·s og 200000mPa·s). Testtemperaturen var 20 ℃. Når skjærhastigheten til reometeret er 14min-1, kan det bli funnet at viskositeten til gipsslurry øker med økningen av HPMC-inkorporering, og jo høyere HPMC-viskositeten er, desto høyere vil viskositeten til modifisert gipsslurry være. Dette indikerer at HPMC har åpenbar fortyknings- og viskosifiseringseffekt på gipsslurry. Gipsslurry og celluloseeter er stoffer med en viss viskositet. I den modifiserte gipsblandingen adsorberes celluloseeter på overflaten av gipshydratiseringsprodukter, og nettverket dannet av celluloseeter og nettverket dannet av gipsblandingen er sammenvevd, noe som resulterer i "superposisjonseffekt", som betydelig forbedrer den totale viskositeten til det modifiserte gipsbaserte materialet.

Skjærspenningskurvene for ren gips (G⁃H) og modifisert gips (G⁃H) pasta dopet med 75000mPa·s-HPMC, som utledet fra den reviderte Bingham (M⁃B) modellen. Det kan oppdages at med økningen av skjærhastigheten, øker også skjærspenningen til blandingen. Verdiene for plastisk viskositet (ηp) og flyteskjærspenning (τ0) for ren gips og HPMC-modifisert gips ved forskjellige temperaturer oppnås.

Fra verdier for plastisk viskositet (ηp) og flyteskjærspenning (τ0) for ren gips og HPMC-modifisert gips ved forskjellige temperaturer, kan man se at flytespenningen til HPMC-modifisert gips vil avta kontinuerlig med temperaturøkningen, og flytespenningen. stress vil redusere 33 % ved 60 ℃ sammenlignet med 20 ℃. Ved å observere den plastiske viskositetskurven, kan man finne at den plastiske viskositeten til modifisert gipsoppslemming også avtar med temperaturøkningen. Imidlertid øker flytespenningen og den plastiske viskositeten til ren gipsoppslemming litt med temperaturøkningen, noe som indikerer at endringen av reologiske parametere til HPMC-modifisert gipsoppslemming i prosessen med temperaturøkning er forårsaket av endringen av HPMC-egenskaper.

Flytespenningsverdien til gipsslurry reflekterer den maksimale skjærspenningsverdien når slurryen motstår skjærdeformasjon. Jo større flytespenningsverdien er, desto mer stabil kan gipsoppslemmingen være. Den plastiske viskositeten gjenspeiler deformasjonshastigheten til gipsslurry. Jo større plastisk viskositet er, desto lengre vil skjærdeformasjonstiden for slurryen være. Avslutningsvis reduseres de to reologiske parameterne til HPMC-modifisert gipsslurry åpenbart med økningen i temperaturen, og fortykningseffekten av HPMC på gipsslurry svekkes.

Skjærdeformasjonen av slurry refererer til skjærfortykningseffekten eller skjærfortynnende effekt som reflekteres av slurryen når den utsettes for skjærkraft. Skjærdeformasjonseffekten til slurry kan bedømmes ved den pseudoplastiske indeksen n oppnådd fra tilpasningskurven. Når n < 1, viser gipsoppslemmingen skjærfortynning, og skjærfortynningsgraden for gipsslurry blir høyere med reduksjonen på n. Når n > 1, viste gipsoppslemmingen skjærfortykning, og skjærfortykningsgraden for gipsoppslemming økte med økningen av n. Reologiske kurver for HPMC-modifisert gipsslurry ved forskjellige temperaturer basert på Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modelltilpasning, oppnår dermed den pseudoplastiske indeksen n for HPMC-modifisert gipsslurry.

I henhold til den pseudoplastiske indeksen n til HPMC-modifisert gipsoppslemming, er skjærdeformasjonen av gipsoppslemmingen blandet med HPMC skjærfortynning, og n-verdien øker gradvis med økningen i temperaturen, noe som indikerer at skjærfortynningsoppførselen til HPMC-modifisert gips vil svekkes til en viss grad når de påvirkes av temperatur.

Basert på de tilsynelatende viskositetsendringene til den modifiserte gipsslurryen med skjærhastighet beregnet fra skjærspenningsdata på 75 000 mPa· HPMC ved forskjellige temperaturer, kan det bli funnet at den plastiske viskositeten til den modifiserte gipsslurryen avtar raskt med økningen i skjærhastigheten, som verifiserer tilpasningsresultatet til H⁃B-modellen. Den modifiserte gipsslurryen viste skjærfortynnende egenskaper. Med temperaturøkningen avtar den tilsynelatende viskositeten til blandingen til en viss grad ved lav skjærhastighet, noe som indikerer at skjærfortynnende effekten til den modifiserte gipsslurryen svekkes.

Ved selve bruken av gipsmasse kreves det at gipsslurry er lett å deformere i gnidningsprosessen og forblir stabil i hvile, noe som krever at gipsslurry har gode skjærfortynnende egenskaper, og skjærendring av HPMC-modifisert gips er sjelden. en viss grad, som ikke er gunstig for konstruksjon av gipsmaterialer. Viskositeten til HPMC er en av de viktige parametrene, og også hovedårsaken til at den spiller rollen som fortykning for å forbedre de variable egenskapene til blandingsstrømmen. Celluloseeter i seg selv har egenskapene til varm gel, viskositeten til den vandige løsningen avtar gradvis når temperaturen øker, og hvit gel utfelles når geleringstemperaturen nås. Endringen av reologiske parametere for celluloseetermodifisert gips med temperatur er nært knyttet til endringen av viskositet, fordi fortykningseffekten er et resultat av superposisjonen av celluloseeter og blandet slurry. I praktisk prosjektering bør innvirkningen av miljøtemperatur på HPMC-ytelse vurderes. For eksempel bør temperaturen på råvarene kontrolleres i høy temperatur om sommeren for å unngå dårlig arbeidsytelse til modifisert gips forårsaket av høy temperatur.

2.2 Vannretensjon avHPMC modifisert gips

Vannretensjonen til gipsslurry modifisert med tre forskjellige spesifikasjoner av celluloseeter endres med doseringskurven. Med økningen av HPMC-dosering forbedres vannretensjonshastigheten for gipsslurry betydelig, og økningstrenden blir stabil når HPMC-dosen når 0,3%. Til slutt er vannretensjonshastigheten til gipsoppslemming stabil på 90 % ~ 95 %. Dette indikerer at HPMC har åpenbar vannholdende effekt på steinpasta, men den vannholdende effekten er ikke vesentlig forbedret ettersom doseringen fortsetter å øke. Tre spesifikasjoner av HPMC vannretensjonshastighetsforskjellen er ikke stor, for eksempel når innholdet er 0,3%, er vannretensjonshastighetsområdet 5%, standardavviket er 2,2. HPMC med den høyeste viskositeten er ikke den høyeste vannretensjonshastigheten, og HPMC med den laveste viskositeten er ikke den laveste vannretensjonshastigheten. Sammenlignet med ren gips er imidlertid vannretensjonshastigheten til de tre HPMC for gipsoppslemming betydelig forbedret, og vannretensjonshastigheten til den modifiserte gipsen i innholdet på 0,3 % økes med 95 %, 106 %, 97 % sammenlignet med tom kontrollgruppe. Celluloseeter kan åpenbart forbedre vannretensjonen til gipsslurry. Med økningen av HPMC-innholdet når vannretensjonshastigheten til HPMC-modifisert gipsoppslemming med forskjellig viskositet gradvis metningspunktet. 10000mPa·sHPMC nådde metningspunktet ved 0,3 %, 75000mPa·s og 20000mPa·s HPMC nådde metningspunktet ved 0,2%. Resultatene viser at vannretensjonen til 75000mPa·s HPMC-modifisert gips endres med temperaturen under forskjellig dosering. Med temperaturreduksjonen avtar vannretensjonshastigheten til HPMC-modifisert gips gradvis, mens vannretensjonshastigheten til ren gips i utgangspunktet forblir uendret, noe som indikerer at temperaturøkningen svekker vannretensjonseffekten til HPMC på gips. Vannretensjonshastigheten til HPMC sank med 31,5 % når temperaturen økte fra 20 ℃ til 40 ℃. Når temperaturen stiger fra 40 ℃ til 60 ℃, er vannretensjonshastigheten til HPMC-modifisert gips i utgangspunktet den samme som for ren gips, noe som indikerer at HPMC har mistet effekten av å forbedre vannretensjonen til gips på dette tidspunktet. Jian Jian og Wang Peiming foreslo at celluloseeter i seg selv har et termisk gelfenomen, temperaturendringer vil føre til endringer i viskositeten, morfologien og adsorpsjonen av celluloseeteren, noe som er bundet til å føre til endringer i ytelsen til slurryblandingen. Bulichen fant også at den dynamiske viskositeten til sementløsninger som inneholder HPMC avtok med økende temperatur.

Endringen i vannretensjon av blandingen forårsaket av temperaturøkningen bør kombineres med mekanismen til celluloseeter. Bulichen forklarte mekanismen som celluloseeter kan holde på vann i sement. I sementbaserte systemer forbedrer HPMC vannretensjonshastigheten til slurry ved å redusere permeabiliteten til "filterkaken" som dannes av sementeringssystemet. En viss konsentrasjon av HPMC i væskefasen vil danne flere hundre nanometer til noen få mikron kolloidal assosiasjon, dette har et visst volum av polymerstruktur som effektivt kan plugge vannoverføringskanalen i blandingen, redusere permeabiliteten til "filterkake", for å oppnå effektiv vannretensjon. Bulichen viste også at HPMCS i gips viser samme mekanisme. Derfor kan studiet av den hydromekaniske diameteren til assosiasjonen dannet av HPMC i væskefasen forklare effekten av HPMC på vannretensjon av gips.

2.3 Hydrodynamisk diameter av HPMC kolloid assosiasjon

Partikkelfordelingskurver med forskjellige konsentrasjoner av 75000mPa·s HPMC i væskefasen, og partikkelfordelingskurver for tre spesifikasjoner av HPMC i væskefasen ved konsentrasjonen 0,6%. Det kan sees fra partikkelfordelingskurven til HPMC med tre spesifikasjoner i væskefasen når konsentrasjonen er 0,6 % at med økningen av HPMC-konsentrasjonen øker også partikkelstørrelsen til de assosierte forbindelsene dannet i væskefasen. Når konsentrasjonen er lav, er partiklene som dannes ved HPMC-aggregering små, og bare en liten del av HPMC aggregerer til partikler på ca. 100 nm. Når HPMC-konsentrasjonen er 1 %, er det et stort antall kolloidale assosiasjoner med en hydrodynamisk diameter på ca. 300nm, som er et viktig tegn på molekylær overlapping. Denne "stort volum" polymerisasjonsstrukturen kan effektivt blokkere vannoverføringskanalen i blandingen, redusere "permeabiliteten til kaken", og den tilsvarende vannretensjonen av gipsblandingen ved denne konsentrasjonen er også større enn 90%. De hydromekaniske diametrene til HPMC med forskjellige viskositeter i flytende fase er i utgangspunktet de samme, noe som forklarer den lignende vannretensjonshastigheten til HPMC-modifisert gipsslurry med forskjellige viskositeter.

Partikkelstørrelsesfordelingskurver på 75000mPa·s HPMC med 1 % konsentrasjon ved forskjellige temperaturer. Med økningen av temperaturen kan dekomponeringen av HPMC kolloidal assosiasjon åpenbart bli funnet. Ved 40 ℃ forsvant det store volumet på 300 nm assosiasjonen fullstendig og ble spaltet til små volumpartikler på 15 nm. Med ytterligere temperaturøkning blir HPMC mindre partikler, og vannretensjonen til gipsslurry går helt tapt.

Fenomenet med HPMC-egenskaper som endrer seg med temperaturstigningen er også kjent som varmegelegenskaper, den eksisterende vanlige oppfatningen er at ved lav temperatur vil HPMC-makromolekyler først dispergert i vann for å løse opp løsningen, HPMC-molekyler i høy konsentrasjon vil danne stor partikkelassosiasjon . Når temperaturen stiger, svekkes hydreringen av HPMC, vannet mellom kjedene slippes gradvis ut, de store assosiasjonsforbindelsene spres gradvis til små partikler, viskositeten til løsningen synker, og den tredimensjonale nettverksstrukturen dannes når geldannelsen temperaturen nås, og den hvite gelen utfelles.

Bodvik fant at mikrostrukturen og adsorpsjonsegenskapene til HPMC i flytende fase ble endret. Kombinert med Bulichens teori om HPMC-kolloidal assosiasjon som blokkerer slurry-vanntransportkanalen, ble det konkludert med at temperaturøkningen førte til oppløsning av HPMC kolloidal assosiasjon, noe som resulterte i reduksjon av vannretensjon av modifisert gips.

3. Konklusjon

(1) Celluloseeter i seg selv har høy viskositet og "overlagret" effekt med gipsslurry, og spiller en åpenbar fortykningseffekt. Ved romtemperatur blir fortykningseffekten tydeligere med økningen av viskositeten og doseringen av celluloseeter. Men med økningen i temperaturen synker viskositeten til celluloseeteren, dens fortykningseffekt svekkes, flytespenningen og plastisk viskositeten til gipsblandingen reduseres, pseudoplastisiteten svekkes, og konstruksjonsegenskapene blir dårligere.

(2) Celluloseeter forbedret vannretensjonen av gips, men med økningen i temperaturen ble vannretensjonen av modifisert gips også betydelig redusert, selv ved 60 ℃ vil helt miste effekten av vannretensjon. Vannretensjonshastigheten til gipsslurry ble betydelig forbedret av celluloseeter, og vannretensjonshastigheten til HPMC-modifisert gipsslurry med forskjellig viskositet nådde gradvis metningspunktet med økningen av dosen. Gips vannretensjon er generelt proporsjonal med viskositeten til celluloseeter, ved høy viskositet har liten effekt.

(3) De interne faktorene som endrer vannretensjonen til celluloseeter med temperaturen er nært knyttet til den mikroskopiske morfologien til celluloseeter i flytende fase. Ved en viss konsentrasjon har celluloseeter en tendens til å aggregere for å danne store kolloidale assosiasjoner, og blokkerer vanntransportkanalen til gipsblandingen for å oppnå høy vannretensjon. Men med økningen av temperaturen, på grunn av den termiske geleringsegenskapen til selve celluloseeteren, blir den tidligere dannede store kolloidforeningen redispergert, noe som fører til nedgang i vannretensjonsytelsen.