Vývoj nových HEMC celulózových éterov na zníženie aglomerácie v strojovo striekaných omietkach na báze sadry

Vývoj nových HEMC celulózových éterov na zníženie aglomerácie v strojovo striekaných omietkach na báze sadry

Strojovo striekaná omietka na báze sadry (GSP) je v západnej Európe široko používaná od 70. rokov minulého storočia. Vznik mechanického nástreku účinne zlepšil efektivitu omietania konštrukcie a zároveň znížil stavebné náklady. S prehlbovaním komercializácie GSP sa kľúčovou prísadou stal éter celulózy rozpustný vo vode. Éter celulózy dodáva GSP dobrú schopnosť zadržiavať vodu, čo obmedzuje absorpciu vlhkosti podkladu v omietke, čím sa dosahuje stabilný čas tuhnutia a dobré mechanické vlastnosti. Okrem toho špecifická reologická krivka éteru celulózy môže zlepšiť účinok strojového nástreku a výrazne zjednodušiť následné procesy vyrovnávania a dokončovania malty.

Napriek zjavným výhodám éterov celulózy v aplikáciách GSP môže tiež potenciálne prispieť k tvorbe suchých hrudiek pri striekaní. Tieto nezmáčané hrudky sú tiež známe ako hrudkovanie alebo spekanie a môžu nepriaznivo ovplyvniť vyrovnávanie a konečnú úpravu malty. Aglomerácia môže znížiť efektívnosť lokality a zvýšiť náklady na aplikácie vysokovýkonných sadrových produktov. Aby sme lepšie pochopili vplyv éterov celulózy na tvorbu hrudiek v GSP, uskutočnili sme štúdiu, v ktorej sme sa pokúsili identifikovať relevantné parametre produktu, ktoré ovplyvňujú ich tvorbu. Na základe výsledkov tejto štúdie sme vyvinuli sériu produktov éterov celulózy so zníženým sklonom k ​​aglomerácii a vyhodnotili ich v praktických aplikáciách.

kľúčové slová: éter celulózy; Sadrová strojová striekacia omietka; rýchlosť rozpúšťania; morfológia častíc

1. Úvod

Vo vode rozpustné étery celulózy sa úspešne používajú v strojových striekaných omietkach (GSP) na báze sadry na reguláciu potreby vody, zlepšenie zadržiavania vody a zlepšenie reologických vlastností mált. Preto pomáha zlepšovať vlastnosti mokrej malty, čím zabezpečuje požadovanú pevnosť malty. Suchá zmes GSP sa vďaka svojim komerčne realizovateľným a ekologickým vlastnostiam za posledných 20 rokov stala široko používaným interiérovým stavebným materiálom v celej Európe.

Stroje na miešanie a striekanie suchých zmesí GSP sa úspešne komercializovali už desaťročia. Hoci sa niektoré technické vlastnosti zariadení od rôznych výrobcov líšia, všetky komerčne dostupné striekacie stroje umožňujú veľmi obmedzený čas miešania vody na zmiešanie so sadrovou maltou na suchú zmes obsahujúcu éter celulózy. Vo všeobecnosti celý proces miešania trvá len niekoľko sekúnd. Po premiešaní sa vlhká malta prečerpá cez výtlačnú hadicu a nastrieka sa na stenu podkladu. Celý proces je dokončený do minúty. V takom krátkom čase je však potrebné, aby sa étery celulózy úplne rozpustili, aby sa pri aplikácii naplno rozvinuli ich vlastnosti. Pridanie jemne mletých produktov éteru celulózy do formulácií sadrovej malty zaisťuje úplné rozpustenie počas tohto procesu striekania.

Jemne rozomletý éter celulózy rýchlo získa konzistenciu pri kontakte s vodou počas miešania v postrekovači. Rýchly nárast viskozity spôsobený rozpustením éteru celulózy spôsobuje problémy so súčasným zmáčaním častíc sadrového cementového materiálu vodou. Keď voda začne hustnúť, stáva sa menej tekutou a nemôže preniknúť do malých pórov medzi časticami sadry. Po zablokovaní prístupu k pórom sa proces zmáčania častíc cementového materiálu vodou oneskorí. Čas miešania v rozprašovači bol kratší ako čas potrebný na úplné navlhčenie častíc sadry, čo viedlo k vytvoreniu zhlukov suchého prášku v čerstvej vlhkej malte. Akonáhle sa tieto zhluky vytvoria, bránia efektivite pracovníkov v následných procesoch: vyrovnávanie malty s hrudkami je veľmi problematické a vyžaduje viac času. Aj po vytvrdnutí malty sa môžu objaviť pôvodne vytvorené hrudky. Napríklad zakrytie zhlukov vo vnútri počas výstavby povedie v neskoršom štádiu k vzniku tmavých oblastí, ktoré nechceme vidieť.

Hoci sa étery celulózy ako prísady v GSP používajú už mnoho rokov, ich vplyv na tvorbu nezmáčaných hrudiek nebol doteraz príliš skúmaný. Tento článok predstavuje systematický prístup, ktorý možno použiť na pochopenie hlavnej príčiny aglomerácie z hľadiska éteru celulózy.

2. Dôvody tvorby nezmáčaných zhlukov v GSP

2.1 Vlhčenie omietok na báze omietky

V počiatočných fázach vytvárania výskumného programu sa zhromaždilo množstvo možných základných príčin tvorby zhlukov v CSP. Ďalej sa problém pomocou počítačom podporovanej analýzy zameriava na to, či existuje praktické technické riešenie. Prostredníctvom týchto prác sa predbežne vytriedilo optimálne riešenie tvorby aglomerátov v GSP. Technická cesta zmeny zmáčavosti častíc sadry povrchovou úpravou je z technických aj obchodných hľadísk vylúčená. Z obchodného hľadiska je vylúčená myšlienka nahradiť existujúce zariadenie striekacím zariadením so špeciálne navrhnutou miešacou komorou, ktorá dokáže zabezpečiť dostatočné premiešanie vody a malty.

Ďalšou možnosťou je použiť zmáčadlá ako prísady do sadrových omietok a na to sme už našli patent. Pridanie tejto prísady však nevyhnutne negatívne ovplyvňuje spracovateľnosť omietky. Dôležitejšie je, že mení fyzikálne vlastnosti malty, najmä tvrdosť a pevnosť. Takže sme sa tomu príliš nevenovali. Okrem toho sa predpokladá, že pridávanie zmáčadiel môže mať nepriaznivý vplyv na životné prostredie.

Vzhľadom na to, že éter celulózy je už súčasťou zloženia omietky na báze sadry, optimalizácia samotného éteru celulózy sa stáva najlepším riešením, ktoré možno zvoliť. Zároveň nesmie ovplyvňovať vodozádržné vlastnosti ani nepriaznivo ovplyvňovať reologické vlastnosti omietky pri používaní. Na základe predtým navrhovanej hypotézy, že tvorba nezmáčaných práškov v GSP je spôsobená nadmerne rýchlym zvýšením viskozity éterov celulózy po kontakte s vodou počas miešania, sa hlavným cieľom našej štúdie stala kontrola charakteristík rozpúšťania éterov celulózy. .

2.2 Čas rozpúšťania éteru celulózy

Jednoduchý spôsob, ako spomaliť rýchlosť rozpúšťania éterov celulózy, je použitie produktov granulovanej kvality. Hlavnou nevýhodou použitia tohto prístupu v GSP je, že príliš hrubé častice sa úplne nerozpustia počas krátkeho 10-sekundového intervalu miešania v postrekovači, čo vedie k strate zadržiavania vody. Navyše, napučiavanie nerozpusteného éteru celulózy v neskoršom štádiu povedie k zahusteniu po omietke a ovplyvní výkon konštrukcie, čo nechceme vidieť.

Ďalšou možnosťou zníženia rýchlosti rozpúšťania éterov celulózy je reverzibilné zosieťovanie povrchu éterov celulózy s glyoxalom. Pretože je však zosieťovacia reakcia riadená pH, rýchlosť rozpúšťania éterov celulózy je vysoko závislá od pH okolitého vodného roztoku. Hodnota pH systému GSP zmiešaného s haseným vápnom je veľmi vysoká a sieťovacie väzby glyoxalu na povrchu sa po kontakte s vodou rýchlo otvoria a viskozita začne okamžite stúpať. Preto takéto chemické úpravy nemôžu hrať úlohu pri kontrole rýchlosti rozpúšťania v GSP.

Doba rozpúšťania éterov celulózy tiež závisí od morfológie ich častíc. Tejto skutočnosti sa však doteraz nevenovala veľká pozornosť, hoci efekt je veľmi výrazný. Majú konštantnú lineárnu rýchlosť rozpúšťania [kg/(m2•s)], takže ich rozpúšťanie a nárast viskozity sú úmerné dostupnému povrchu. Táto rýchlosť sa môže výrazne meniť so zmenami v morfológii celulózových častíc. V našich výpočtoch sa predpokladá, že plná viskozita (100 %) sa dosiahne po 5 sekundách miešania.

Výpočty rôznych morfológií častíc ukázali, že sférické častice mali viskozitu 35 % konečnej viskozity pri polovici času miešania. V rovnakom časovom období môžu tyčinkovité častice éteru celulózy dosiahnuť iba 10 %. Častice v tvare disku sa potom začali rozpúšťať2,5 sekundy.

Zahrnuté sú tiež ideálne charakteristiky rozpustnosti pre celulózové étery v GSP. Odložte počiatočný nárast viskozity o viac ako 4,5 sekundy. Potom sa viskozita rýchlo zvýšila, aby sa konečná viskozita dosiahla v priebehu 5 sekúnd po miešaní. V GSP takýto dlhý oneskorený čas rozpúšťania umožňuje systému mať nízku viskozitu a pridaná voda môže úplne zmáčať častice sadry a bez narušenia vstúpiť do pórov medzi časticami.

3. Morfológia častíc éteru celulózy

3.1 Meranie morfológie častíc

Keďže tvar častíc éteru celulózy má taký významný vplyv na rozpustnosť, je najprv potrebné určiť parametre popisujúce tvar častíc éteru celulózy a potom identifikovať rozdiely medzi nezmáčavosťou Tvorba aglomerátov je obzvlášť dôležitým parametrom .

Morfológiu častíc éteru celulózy sme získali technikou dynamickej analýzy obrazu. Morfológiu častíc celulózových éterov možno plne charakterizovať pomocou digitálneho obrazového analyzátora SYMPATEC (vyrobeného v Nemecku) a špecifických softvérových analytických nástrojov. Najdôležitejšími parametrami tvaru častíc boli priemerná dĺžka vlákien vyjadrená ako LEFI(50,3) a priemerný priemer vyjadrený ako DIFI(50,3). Údaje o priemernej dĺžke vlákna sa považujú za celú dĺžku určitej rozprestretej častice éteru celulózy.

Údaje o distribúcii veľkosti častíc, ako je priemerný priemer vlákna DIFI, sa zvyčajne môžu vypočítať na základe počtu častíc (označené 0), dĺžky (označené 1), plochy (označené 2) alebo objemu (označené 3). Všetky merania údajov o časticiach v tomto dokumente sú založené na objeme, a preto sú označené príponou 3. Napríklad v DIFI(50,3) 3 znamená distribúciu objemu a 50 znamená, že 50 % krivky distribúcie veľkosti častíc je menších ako uvedená hodnota a ďalších 50 % je väčších ako uvedená hodnota. Údaje o tvare častíc éteru celulózy sú uvedené v mikrometroch (µm).

3.2 Éter celulózy po optimalizácii morfológie častíc

Berúc do úvahy účinok povrchu častíc, čas rozpúšťania častíc častíc éteru celulózy s tyčinkovitým tvarom častíc silne závisí od priemerného priemeru vlákna DIFI (50,3). Na základe tohto predpokladu boli vývojové práce na éteroch celulózy zamerané na získanie produktov s väčším stredným priemerom vlákna DIFI (50,3), aby sa zlepšila rozpustnosť prášku.

Neočakáva sa však, že zvýšenie priemernej dĺžky vlákna DIFI(50,3) bude sprevádzané zvýšením priemernej veľkosti častíc. Spoločné zvýšenie oboch parametrov povedie k časticiam, ktoré sú príliš veľké na to, aby sa úplne rozpustili počas typického 10-sekundového času miešania mechanického rozprašovania.

Preto by ideálna hydroxyetylmetylcelulóza (HEMC) mala mať väčší priemerný priemer vlákna DIFI(50,3) pri zachovaní priemernej dĺžky vlákna LEFI(50,3). Na výrobu vylepšeného HEMC používame nový výrobný proces éteru celulózy. Tvar častíc vo vode rozpustného éteru celulózy získaného týmto výrobným procesom je úplne odlišný od tvaru častíc celulózy použitej ako suroviny na výrobu. Inými slovami, výrobný proces umožňuje, aby bol dizajn tvaru častíc éteru celulózy nezávislý od jeho výrobných surovín.

Tri snímky z rastrovacieho elektrónového mikroskopu: jeden z éteru celulózy vyrobený štandardným procesom a jeden z éteru celulózy vyrobený novým procesom s väčším priemerom DIFI (50,3) ako bežné produkty procesných nástrojov. Tiež je znázornená morfológia jemne mletej celulózy použitej pri výrobe týchto dvoch produktov.

Porovnaním elektrónových mikrografov celulózy a celulózového éteru vyrobených štandardným procesom je ľahké zistiť, že tieto dva majú podobné morfologické charakteristiky. Veľký počet častíc na oboch obrázkoch vykazuje typicky dlhé tenké štruktúry, čo naznačuje, že základné morfologické znaky sa nezmenili ani po chemickej reakcii. Je jasné, že morfologické charakteristiky častíc reakčných produktov vysoko korelujú so surovinami.

Zistilo sa, že morfologické charakteristiky éteru celulózy vyrobeného novým postupom sú výrazne odlišné, má väčší priemerný priemer DIFI (50,3) a má hlavne okrúhle krátke a hrubé častice, zatiaľ čo typické tenké a dlhé častice v celulózových surovinách Takmer vyhynul.

Tento obrázok opäť ukazuje, že morfológia častíc celulózových éterov vyrobených novým procesom už nesúvisí s morfológiou celulózovej suroviny – prepojenie medzi morfológiou suroviny a konečným produktom už neexistuje.

4. Vplyv morfológie častíc HEMC na tvorbu nezmáčaných zhlukov v GSP

GSP bol testovaný v podmienkach poľnej aplikácie, aby sa overilo, že naša hypotéza o pracovnom mechanizme (že použitie produktu éteru celulózy s väčším stredným priemerom DIFI (50,3) by znížilo nežiaducu aglomeráciu) bola správna. V týchto experimentoch boli použité HEMC so strednými priemermi DIFI(50,3) v rozsahu od 37 um do 52 um. Aby sa minimalizoval vplyv iných faktorov ako je morfológia častíc, základ sadrovej omietky a všetky ostatné prísady zostali nezmenené. Viskozita éteru celulózy sa počas testu udržiavala konštantná (60 000 mPa.s, 2 % vodný roztok, merané pomocou reometra HAAKE).

Na striekanie v aplikačných pokusoch sa použil komerčne dostupný sadrový postrekovač (PFT G4). Zamerajte sa na vyhodnotenie tvorby nezvlhnutých zhlukov sadrovej malty ihneď po jej nanesení na stenu. Posúdenie zhlukovania v tejto fáze počas procesu nanášania omietky najlepšie odhalí rozdiely vo výkonnosti produktu. V teste skúsení pracovníci hodnotili situáciu zhlukovania, pričom 1 bola najlepšia a 6 najhoršia.

Výsledky testu jasne ukazujú koreláciu medzi priemerným priemerom vlákna DIFI (50,3) a skóre zhlukovania. V súlade s našou hypotézou, že produkty z éteru celulózy s väčším DIFI(50,3) prekonali menšie produkty DIFI(50,3), priemerné skóre pre DIFI(50,3) 52 µm bolo 2 (dobré), kým produkty s DIFI( 50,3) 37 um a 40 um skóre 5 (zlyhanie).

Ako sme očakávali, zhlukovanie v aplikáciách GSP významne závisí od priemerného priemeru DIFI (50, 3) použitého éteru celulózy. Okrem toho bolo v predchádzajúcej diskusii uvedené, že spomedzi všetkých morfologických parametrov DIFI (50, 3) silne ovplyvnil čas rozpúšťania práškov éteru celulózy. To potvrdzuje, že čas rozpúšťania éteru celulózy, ktorý vysoko koreluje s morfológiou častíc, v konečnom dôsledku ovplyvňuje tvorbu zhlukov v GSP. Väčší DIFI (50,3) spôsobuje dlhší čas rozpúšťania prášku, čo výrazne znižuje možnosť aglomerácie. Príliš dlhý čas rozpúšťania prášku však sťaží úplné rozpustenie éteru celulózy počas doby miešania rozprašovacieho zariadenia.

Nový produkt HEMC s optimalizovaným profilom rozpúšťania vďaka väčšiemu priemernému priemeru vlákna DIFI(50,3) má nielen lepšiu zmáčavosť sadrového prášku (ako je vidieť v hodnotení zhlukovania), ale tiež neovplyvňuje schopnosť zadržiavať vodu. výrobok. Retencia vody meraná podľa EN 459-2 bola na nerozoznanie od produktov HEMC s rovnakou viskozitou s DIFI(50,3) od 37 um do 52 um. Všetky merania po 5 minútach a 60 minútach spadajú do požadovaného rozsahu uvedeného v grafe.

Bolo však tiež potvrdené, že ak sa DIFI(50,3) stane príliš veľkým, častice éteru celulózy sa už úplne nerozpustia. Toto sa zistilo pri testovaní DIFI(50,3) 59 uM produktu. Jeho výsledky testu zadržiavania vody po 5 minútach a najmä po 60 minútach nesplnili požadované minimum.

5. Zhrnutie

Étery celulózy sú dôležitými aditívami vo formuláciách GSP. Výskum a vývoj produktov sa tu zameriava na koreláciu medzi morfológiou častíc éterov celulózy a tvorbou nezmáčaných zhlukov (tzv. hrudkovanie) pri mechanickom striekaní. Vychádza sa z predpokladu pracovného mechanizmu, že doba rozpúšťania prášku éteru celulózy ovplyvňuje zmáčanie sadrového prášku vodou a tým ovplyvňuje tvorbu zhlukov.

Čas rozpúšťania závisí od morfológie častíc éteru celulózy a možno ho získať pomocou nástrojov digitálnej analýzy obrazu. V GSP majú étery celulózy s veľkým priemerným priemerom DIFI (50,3) optimalizované charakteristiky rozpúšťania prášku, čo umožňuje vode viac času na dôkladné zvlhčenie sadrových častíc, čím umožňujú optimálnu antiaglomeráciu. Tento typ éteru celulózy sa vyrába pomocou nového výrobného procesu a jeho časticová forma nezávisí od pôvodnej formy suroviny na výrobu.

Stredný priemer vlákna DIFI (50,3) má veľmi dôležitý vplyv na hrudkovanie, čo bolo overené pridaním tohto produktu do komerčne dostupného strojom striekaného sadrového základu na striekanie na mieste. Okrem toho tieto testy poľného postreku potvrdili naše laboratórne výsledky: najlepšie fungujúce produkty éteru celulózy s veľkým DIFI (50,3) boli úplne rozpustné v časovom okne miešania GSP. Preto si produkt z éteru celulózy s najlepšími vlastnosťami proti spekaniu po zlepšení tvaru častíc stále zachováva pôvodnú schopnosť zadržiavať vodu.