Dezvoltarea de noi eteri de celuloză HEMC pentru a reduce aglomerarea în tencuieli pulverizate pe mașină pe bază de gips

Dezvoltarea de noi eteri de celuloză HEMC pentru a reduce aglomerarea în tencuieli pulverizate pe mașină pe bază de gips

Tencuiala pulverizată la mașină pe bază de gips (GSP) a fost utilizată pe scară largă în Europa de Vest încă din anii 1970. Apariția pulverizării mecanice a îmbunătățit efectiv eficiența construcției tencuielii, reducând în același timp costurile de construcție. Odată cu aprofundarea comercializării GSP, eterul de celuloză solubil în apă a devenit un aditiv cheie. Eterul de celuloză conferă GSP o bună performanță de reținere a apei, ceea ce limitează absorbția de umiditate a substratului în tencuială, obținând astfel un timp de priză stabil și proprietăți mecanice bune. În plus, curba reologică specifică a eterului de celuloză poate îmbunătăți efectul pulverizării la mașină și poate simplifica semnificativ procesele ulterioare de nivelare și finisare a mortarului.

În ciuda avantajelor evidente ale eterului de celuloză în aplicațiile GSP, poate contribui, de asemenea, la formarea de bulgări uscate atunci când este pulverizat. Aceste bulgări neumezite sunt cunoscute și sub denumirea de aglomerare sau aglomerare și pot afecta negativ nivelarea și finisarea mortarului. Aglomerarea poate reduce eficiența șantierului și poate crește costul aplicațiilor de produse din gips de înaltă performanță. Pentru a înțelege mai bine efectul eterului de celuloză asupra formării de bulgări în GSP, am realizat un studiu pentru a încerca să identificăm parametrii relevanți ai produsului care influențează formarea acestora. Pe baza rezultatelor acestui studiu, am dezvoltat o serie de produse de celuloză eterică cu tendință redusă de aglomerare și le-am evaluat în aplicații practice.

Cuvinte cheie: eter de celuloză; tencuială de pulverizare pentru mașină de gips; viteza de dizolvare; morfologia particulelor

1. Introducere

Eteri de celuloză solubili în apă au fost utilizați cu succes în tencuielile pulverizate pe mașină pe bază de gips (GSP) pentru a regla cererea de apă, a îmbunătăți retenția de apă și a îmbunătăți proprietățile reologice ale mortarelor. Prin urmare, ajută la îmbunătățirea performanței mortarului umed, asigurând astfel rezistența necesară a mortarului. Datorită proprietăților sale viabile comercial și ecologice, amestecul uscat GSP a devenit un material de construcție interioară utilizat pe scară largă în toată Europa în ultimii 20 de ani.

Mașinile pentru amestecarea și pulverizarea amestecului uscat GSP au fost comercializate cu succes de zeci de ani. Deși unele caracteristici tehnice ale echipamentelor de la diferiți producători variază, toate mașinile de pulverizare disponibile în comerț permit un timp de agitare foarte limitat pentru ca apa să se amestece cu mortar uscat de gips care conține eter de celuloză. În general, întregul proces de amestecare durează doar câteva secunde. După amestecare, mortarul umed este pompat prin furtunul de livrare și pulverizat pe peretele substratului. Întregul proces este finalizat într-un minut. Cu toate acestea, într-o perioadă atât de scurtă de timp, eterii de celuloză trebuie să fie complet dizolvați pentru a-și dezvolta pe deplin proprietățile în aplicare. Adăugarea de produse eter de celuloză fin măcinate la formulările de mortar de gips asigură dizolvarea completă în timpul acestui proces de pulverizare.

Eterul de celuloză măcinat fin capătă consistență rapid la contactul cu apa în timpul agitării în pulverizator. Creșterea rapidă a vâscozității cauzată de dizolvarea eterului de celuloză provoacă probleme cu umezirea concomitentă cu apă a particulelor de material de ciment de gips. Pe măsură ce apa începe să se îngroașe, devine mai puțin fluidă și nu poate pătrunde în porii mici dintre particulele de gips. După ce accesul la pori este blocat, procesul de umectare a particulelor de material de ciment cu apă este întârziat. Timpul de amestecare în pulverizator a fost mai scurt decât timpul necesar pentru umezirea completă a particulelor de gips, ceea ce a dus la formarea de aglomerări de pulbere uscată în mortarul umed proaspăt. Odată formate aceste bulgări, ele împiedică eficiența lucrătorilor în procesele ulterioare: nivelarea mortarului cu bulgări este foarte deranjantă și necesită mai mult timp. Chiar și după ce mortarul s-a întărit, pot apărea bulgări formate inițial. De exemplu, acoperirea aglomerărilor din interior în timpul construcției va duce la apariția unor zone întunecate în etapa ulterioară, pe care nu vrem să le vedem.

Deși eterii de celuloză au fost folosiți ca aditivi în GSP de mulți ani, efectul lor asupra formării de bulgări neumezite nu a fost studiat prea mult până acum. Acest articol prezintă o abordare sistematică care poate fi utilizată pentru a înțelege cauza principală a aglomerării din perspectiva eterului de celuloză.

2. Motive pentru formarea de bulgări neumezite în GSP

2.1 Umidificarea tencuielilor pe bază de ipsos

În etapele incipiente ale stabilirii programului de cercetare, au fost asamblate o serie de cauze fundamentale posibile pentru formarea de aglomerări în CSP. În continuare, prin analiza asistată de calculator, problema se concentrează pe dacă există o soluție tehnică practică. Prin aceste lucrări, a fost eliminată preliminar soluția optimă pentru formarea aglomeratelor în GSP. Din considerente tehnice și comerciale, este exclusă calea tehnică de modificare a umectării particulelor de gips prin tratarea suprafeței. Din punct de vedere comercial, este exclusă ideea înlocuirii echipamentului existent cu un echipament de pulverizare cu o cameră de amestec special concepută care să poată asigura un amestec suficient de apă și mortar.

O altă opțiune este utilizarea agenților de umectare ca aditivi în formulările de ipsos și am găsit deja un brevet pentru acest lucru. Cu toate acestea, adăugarea acestui aditiv afectează negativ în mod inevitabil lucrabilitatea tencuielii. Mai important, modifică proprietățile fizice ale mortarului, în special duritatea și rezistența. Așa că nu am aprofundat prea mult în ea. În plus, se consideră că adăugarea de agenți de umectare poate avea un impact negativ asupra mediului.

Având în vedere că eterul de celuloză face deja parte din formula de ipsos pe bază de gips, optimizarea eterului de celuloză în sine devine cea mai bună soluție care poate fi selectată. În același timp, nu trebuie să afecteze proprietățile de reținere a apei sau să afecteze negativ proprietățile reologice ale tencuielii în uz. Pe baza ipotezei propuse anterior, conform căreia generarea de pulberi neumede în GSP se datorează creșterii excesiv de rapide a vâscozității eterilor de celuloză după contactul cu apa în timpul amestecării, controlul caracteristicilor de dizolvare a eterului de celuloză a devenit scopul principal al studiului nostru. .

2.2 Timpul de dizolvare a eterului de celuloză

O modalitate ușoară de a încetini viteza de dizolvare a eterilor de celuloză este utilizarea produselor granulare. Principalul dezavantaj al utilizării acestei abordări în GSP este că particulele care sunt prea grosiere nu se dizolvă complet în fereastra scurtă de agitare de 10 secunde din pulverizator, ceea ce duce la o pierdere a retenției de apă. În plus, umflarea eterului de celuloză nedizolvat în etapa ulterioară va duce la îngroșarea după tencuire și va afecta performanța construcției, ceea ce nu vrem să vedem.

O altă opțiune de reducere a vitezei de dizolvare a eterilor de celuloză este reticulare reversibilă a suprafeței eterilor de celuloză cu glioxal. Cu toate acestea, deoarece reacția de reticulare este controlată de pH, viteza de dizolvare a eterilor de celuloză este foarte dependentă de pH-ul soluției apoase din jur. Valoarea pH-ului sistemului GSP amestecat cu var stins este foarte mare, iar legăturile de reticulare ale glioxalului de la suprafață se deschid rapid după contactul cu apa, iar vâscozitatea începe să crească instantaneu. Prin urmare, astfel de tratamente chimice nu pot juca un rol în controlul ratei de dizolvare în GSP.

Timpul de dizolvare al eterului de celuloză depinde, de asemenea, de morfologia particulelor acestora. Cu toate acestea, acest fapt nu a primit prea multă atenție până acum, deși efectul este foarte semnificativ. Au o viteză de dizolvare liniară constantă [kg/(m2•s)], astfel încât dizolvarea lor și creșterea vâscozității sunt proporționale cu suprafața disponibilă. Această rată poate varia semnificativ cu modificările morfologiei particulelor de celuloză. În calculele noastre se presupune că vâscozitatea completă (100%) este atinsă după 5 secunde de amestecare prin agitare.

Calculele diferitelor morfologii ale particulelor au arătat că particulele sferice aveau o vâscozitate de 35% din vâscozitatea finală la jumătate din timpul de amestecare. În aceeași perioadă de timp, particulele de eter de celuloză în formă de tijă pot atinge doar 10%. Particulele în formă de disc tocmai au început să se dizolve după2,5 secunde.

Sunt incluse, de asemenea, caracteristicile ideale de solubilitate pentru eterii de celuloză în GSP. Întârzieți acumularea inițială a vâscozității cu mai mult de 4,5 secunde. După aceea, vâscozitatea a crescut rapid pentru a ajunge la vâscozitatea finală în 5 secunde după timpul de amestecare cu agitare. În GSP, un timp atât de lung de dizolvare întârziat permite sistemului să aibă o vâscozitate scăzută, iar apa adăugată poate umezi complet particulele de gips și poate intra în porii dintre particule fără perturbări.

3. Morfologia particulelor de eter de celuloză

3.1 Măsurarea morfologiei particulelor

Deoarece forma particulelor de eter de celuloză are un impact atât de semnificativ asupra solubilității, este mai întâi necesar să se determine parametrii care descriu forma particulelor de eter celuloză și apoi să se identifice diferențele dintre neumezire. Formarea aglomeratelor este un parametru deosebit de relevant. .

Am obținut morfologia particulelor de eter de celuloză prin tehnica de analiză dinamică a imaginii. Morfologia particulelor eterului de celuloză poate fi pe deplin caracterizată folosind un analizor digital de imagini SYMPATEC (fabricat în Germania) și instrumente software specifice de analiză. Cei mai importanți parametri de formă a particulelor s-au dovedit a fi lungimea medie a fibrelor exprimată ca LEFI(50,3) și diametrul mediu exprimat ca DIFI(50,3). Datele privind lungimea medie a fibrei sunt considerate a fi lungimea completă a unei anumite particule de eter de celuloză.

De obicei, datele de distribuție a dimensiunii particulelor, cum ar fi diametrul mediu al fibrei DIFI, pot fi calculate pe baza numărului de particule (notat cu 0), lungime (notat cu 1), suprafață (notat cu 2) sau volum (notat cu 3). Toate măsurătorile datelor despre particule din această lucrare se bazează pe volum și, prin urmare, sunt indicate cu un sufix 3. De exemplu, în DIFI(50,3), 3 înseamnă distribuția volumului, iar 50 înseamnă că 50% din curba de distribuție a dimensiunii particulelor este mai mică decât valoarea indicată, iar celelalte 50% sunt mai mari decât valoarea indicată. Datele despre forma particulelor de eter de celuloză sunt date în micrometri (µm).

3.2 Eter de celuloză după optimizarea morfologiei particulelor

Luând în considerare efectul suprafeței particulelor, timpul de dizolvare a particulelor de eter de celuloză cu o formă de particule de tip tij depinde puternic de diametrul mediu al fibrei DIFI (50,3). Pe baza acestei ipoteze, munca de dezvoltare a eterii de celuloză a avut ca scop obținerea de produse cu un diametru mediu de fibre DIFI mai mare (50,3) pentru a îmbunătăți solubilitatea pulberii.

Cu toate acestea, o creștere a lungimii medii a fibrei DIFI(50,3) nu este de așteptat să fie însoțită de o creștere a dimensiunii medii a particulelor. Creșterea ambilor parametri împreună va avea ca rezultat particule care sunt prea mari pentru a se dizolva complet în timpul tipic de agitare de 10 secunde al pulverizării mecanice.

Prin urmare, o hidroxietilmetilceluloză (HEMC) ideală ar trebui să aibă un diametru mediu mai mare al fibrei DIFI(50,3) menținând în același timp lungimea medie a fibrei LEFI(50,3). Folosim un nou proces de producere a eterului de celuloză pentru a produce un HEMC îmbunătățit. Forma particulelor eterului de celuloză solubil în apă obținut prin acest proces de producție este complet diferită de forma particulelor celulozei utilizate ca materie primă pentru producție. Cu alte cuvinte, procesul de producție permite ca designul formei particulei eterului de celuloză să fie independent de materiile prime de producție.

Trei imagini cu microscop electronic de scanare: una cu eter de celuloză produs prin procesul standard și una cu eter de celuloză produs prin noul proces cu un diametru mai mare de DIFI(50,3) decât produsele de instrumente de proces convenționale. De asemenea, este prezentată morfologia celulozei fin măcinate utilizată la producerea acestor două produse.

Comparând micrografiile electronice ale celulozei și eterului de celuloză produse prin procesul standard, este ușor de constatat că cele două au caracteristici morfologice similare. Numărul mare de particule din ambele imagini prezintă de obicei structuri lungi și subțiri, ceea ce sugerează că caracteristicile morfologice de bază nu s-au schimbat nici după ce a avut loc reacția chimică. Este clar că caracteristicile morfologiei particulelor ale produselor de reacție sunt foarte corelate cu materiile prime.

S-a constatat că caracteristicile morfologice ale eterului de celuloză produs prin noul proces sunt semnificativ diferite, are un diametru mediu DIFI mai mare (50,3) și prezintă în principal forme rotunde de particule scurte și groase, în timp ce particulele tipice subțiri și lungi în materii prime celulozice Aproape dispărute.

Această figură arată din nou că morfologia particulelor eterii de celuloză produși prin noul proces nu mai este legată de morfologia materiei prime celulozice – legătura dintre morfologia materiei prime și produsul final nu mai există.

4. Efectul morfologiei particulelor HEMC asupra formării de bulgări neumezite în GSP

GSP a fost testat în condiții de aplicare pe teren pentru a verifica dacă ipoteza noastră despre mecanismul de lucru (că utilizarea unui produs eter de celuloză cu un diametru mediu mai mare DIFI (50,3) ar reduce aglomerarea nedorită) este corectă. În aceste experimente au fost utilizate HEMC cu diametre medii DIFI(50,3) cuprinse între 37 µm și 52 µm. Pentru a minimiza influența altor factori decât morfologia particulelor, baza de ipsos și toți ceilalți aditivi au fost păstrate neschimbate. Vâscozitatea eterului de celuloză a fost menținută constantă în timpul testului (60.000 mPa.s, soluție apoasă 2%, măsurată cu un reometru HAAKE).

Un pulverizator de gips disponibil comercial (PFT G4) a fost folosit pentru pulverizare în testele de aplicare. Concentrați-vă pe evaluarea formării de bulgări neumezite de mortar de gips imediat după ce a fost aplicat pe perete. Evaluarea aglomerării în această etapă de-a lungul procesului de aplicare a tencuielii va dezvălui cel mai bine diferențele în performanța produsului. În test, lucrătorii cu experiență au evaluat situația de aglomerare, 1 fiind cel mai bun și 6 fiind cel mai rău.

Rezultatele testului arată în mod clar corelația dintre diametrul mediu al fibrei DIFI (50,3) și scorul de performanță de aglomerare. În concordanță cu ipoteza noastră conform căreia produsele de eter de celuloză cu DIFI(50,3) mai mare au depășit produsele DIFI(50,3) mai mici, scorul mediu pentru DIFI(50,3) de 52 µm a fost 2 (bine), în timp ce cei cu DIFI( 50,3) de 37µm și 40µm au punctat 5 (eșec).

După cum ne așteptam, comportamentul de aglomerare în aplicațiile GSP depinde în mod semnificativ de diametrul mediu DIFI(50,3) al eterului de celuloză utilizat. Mai mult, s-a menționat în discuția anterioară că dintre toți parametrii morfologici DIFI(50,3) a afectat puternic timpul de dizolvare a pulberilor de eter de celuloză. Acest lucru confirmă faptul că timpul de dizolvare a eterului de celuloză, care este foarte corelat cu morfologia particulelor, afectează în cele din urmă formarea de aglomerări în GSP. Un DIFI mai mare (50,3) determină un timp de dizolvare mai lung al pulberii, ceea ce reduce semnificativ șansa de aglomerare. Cu toate acestea, timpul prea lung de dizolvare a pulberii va face dificilă dizolvarea completă a eterului de celuloză în timpul de agitare al echipamentului de pulverizare.

Noul produs HEMC cu un profil de dizolvare optimizat datorită unui diametru mediu mai mare al fibrei DIFI(50,3) nu numai că are o umezire mai bună a pulberii de gips (după cum s-a observat în evaluarea aglomerației), dar nici nu afectează performanța de retenție a apei a produsul. Retenția de apă măsurată conform EN 459-2 nu se distinge de produsele HEMC de aceeași vâscozitate cu DIFI(50,3) de la 37µm la 52µm. Toate măsurătorile după 5 minute și 60 de minute se încadrează în intervalul necesar prezentat în grafic.

Cu toate acestea, s-a confirmat, de asemenea, că dacă DIFI(50,3) devine prea mare, particulele de eter de celuloză nu se vor mai dizolva complet. Acest lucru a fost găsit la testarea unui produs DIFI(50,3) de 59 pM. Rezultatele testului său de reținere a apei după 5 minute și mai ales după 60 de minute nu au îndeplinit minimul necesar.

5. Rezumat

Eteri de celuloză sunt aditivi importanți în formulările GSP. Lucrările de cercetare și dezvoltare a produsului se uită aici la corelația dintre morfologia particulelor eterului de celuloză și formarea de aglomerări neumezite (așa-numita aglomerare) atunci când sunt pulverizate mecanic. Se bazează pe ipoteza mecanismului de lucru că timpul de dizolvare a pulberii de eter de celuloză afectează umezirea pulberii de gips cu apă și afectează astfel formarea de bulgări.

Timpul de dizolvare depinde de morfologia particulelor eterului de celuloză și poate fi obținut folosind instrumente de analiză digitală a imaginii. În GSP, eterii de celuloză cu un diametru mediu mare de DIFI (50,3) au caracteristici optimizate de dizolvare a pulberii, permițând apei mai mult timp pentru a umezi complet particulele de gips, permițând astfel o anti-aglomerare optimă. Acest tip de eter de celuloză este produs printr-un nou proces de producție, iar forma sa de particule nu depinde de forma originală a materiei prime pentru producție.

Diametrul mediu al fibrei DIFI (50,3) are un efect foarte important asupra aglomerației, care a fost verificat prin adăugarea acestui produs la o bază de gips pulverizat la mașină disponibilă în comerț pentru pulverizare la fața locului. Mai mult, aceste teste de pulverizare pe teren au confirmat rezultatele noastre de laborator: cele mai performante produse cu eter de celuloză cu DIFI mare (50,3) au fost complet solubile în fereastra de timp de agitare GSP. Prin urmare, produsul eter de celuloză cu cele mai bune proprietăți anti-aglomerare după îmbunătățirea formei particulelor păstrează încă performanța inițială de reținere a apei.