Razvoj novih celuloznih etrov HEMC za zmanjšanje aglomeracije v strojno brizganih ometih na osnovi mavca

Razvoj novih celuloznih etrov HEMC za zmanjšanje aglomeracije v strojno brizganih ometih na osnovi mavca

Strojno brizgani omet (GSP) na osnovi mavca se v zahodni Evropi pogosto uporablja od sedemdesetih let prejšnjega stoletja. Pojav mehanskega brizganja je učinkovito izboljšal učinkovitost mavčne konstrukcije in hkrati zmanjšal stroške gradnje. S poglabljanjem komercializacije GSP je vodotopen celulozni eter postal ključni dodatek. Celulozni eter daje GSP dobro sposobnost zadrževanja vode, kar omejuje substrat pri vpijanju vlage v ometu, s čimer se doseže stabilen čas strjevanja in dobre mehanske lastnosti. Poleg tega lahko specifična reološka krivulja celuloznega etra izboljša učinek strojnega brizganja in bistveno poenostavi poznejšo izravnavo malte in končne postopke.

Kljub očitnim prednostim celuloznih etrov v aplikacijah GSP lahko potencialno prispeva tudi k nastanku suhih grudic pri razprševanju. Te nenamočene kepe so znane tudi kot strjevanje ali strjevanje in lahko negativno vplivajo na izravnavo in končno obdelavo malte. Aglomeracija lahko zmanjša učinkovitost gradbišča in poveča stroške uporabe visoko zmogljivih izdelkov iz mavca. Da bi bolje razumeli učinek celuloznih etrov na nastanek grudic v GSP, smo izvedli študijo, da bi poskušali identificirati ustrezne parametre izdelka, ki vplivajo na njihov nastanek. Na podlagi rezultatov te študije smo razvili serijo izdelkov iz celuloznega etra z zmanjšano nagnjenostjo k aglomeraciji in jih ovrednotili v praksi.

Ključne besede: celulozni eter; mavčni strojni brizgalni omet; hitrost raztapljanja; morfologija delcev

1. Uvod

Vodotopni celulozni etri so bili uspešno uporabljeni v strojno brizganih ometih (GSP) na osnovi mavca za uravnavanje potreb po vodi, izboljšanje zadrževanja vode in izboljšanje reoloških lastnosti malt. Zato pomaga izboljšati učinkovitost mokre malte in s tem zagotoviti potrebno trdnost malte. Zaradi svojih komercialno upravičenih in okolju prijaznih lastnosti je suha mešanica GSP v zadnjih 20 letih postala široko uporabljen material za notranje gradnje po vsej Evropi.

Stroji za mešanje in brizganje suhih mešanic GSP se že desetletja uspešno komercializirajo. Čeprav se nekatere tehnične lastnosti opreme različnih proizvajalcev razlikujejo, vsi komercialno dostopni škropilni stroji omogočajo zelo omejen čas mešanja vode s suho mešanico mavčne malte, ki vsebuje celulozni eter. Na splošno celoten postopek mešanja traja le nekaj sekund. Po mešanju se mokra malta prečrpa skozi dovodno cev in razprši na steno podlage. Celoten postopek je končan v eni minuti. Vendar se morajo celulozni etri v tako kratkem času popolnoma raztopiti, da v celoti razvijejo svoje lastnosti pri uporabi. Dodajanje fino mletih produktov celuloznega etra formulacijam mavčne malte zagotavlja popolno raztapljanje med tem postopkom pršenja.

Fino mlet celulozni eter hitro pridobi konsistenco ob stiku z vodo med mešanjem v pršilniku. Hiter dvig viskoznosti, ki ga povzroči raztapljanje celuloznega etra, povzroča težave pri sočasnem omočenju z vodo delcev mavčnega cementnega materiala. Ko se voda začne gostiti, postane manj tekoča in ne more prodreti v majhne pore med delci sadre. Ko je dostop do por blokiran, se proces vlaženja delcev cementnega materiala z vodo upočasni. Čas mešanja v razpršilniku je bil krajši od časa, ki je bil potreben za popolno omočenje delcev sadre, kar je povzročilo nastanek grudic suhega prahu v sveži mokri malti. Ko te grudice enkrat nastanejo, ovirajo učinkovitost delavcev v nadaljnjih procesih: izravnavanje malte z grudami je zelo težavno in traja več časa. Tudi ko se malta strdi, se lahko pojavijo prvotno nastale grudice. Na primer, prekrivanje grudic v notranjosti med gradnjo bo povzročilo pojav temnih področij v poznejši fazi, ki jih ne želimo videti.

Čeprav se celulozni etri že vrsto let uporabljajo kot dodatki v GSP, njihov učinek na tvorbo nenamočenih grudic doslej ni bil veliko raziskan. Ta članek predstavlja sistematičen pristop, ki ga je mogoče uporabiti za razumevanje temeljnega vzroka aglomeracije z vidika celuloznega etra.

2. Vzroki za nastanek nenamočenih grudic v GSP

2.1 Vlaženje ometov na osnovi mavca

V zgodnjih fazah vzpostavitve raziskovalnega programa je bilo sestavljenih več možnih temeljnih vzrokov za nastanek grudic v CSP. Nato se z računalniško podprto analizo problem osredotoči na to, ali obstaja praktična tehnična rešitev. S temi deli je bila preliminarno izbrana optimalna rešitev za nastanek aglomeratov v GSP. Iz tehničnih in komercialnih razlogov je tehnična pot spreminjanja omočenosti mavčnih delcev s površinsko obdelavo izključena. S komercialnega vidika je ideja o zamenjavi obstoječe opreme z brizgalno opremo s posebej zasnovano mešalno komoro, ki lahko zagotovi zadostno mešanje vode in malte, odpadla.

Druga možnost je uporaba vlažilnih sredstev kot dodatkov v formulacijah mavčnih ometov in za to smo že našli patent. Vendar dodajanje tega dodatka neizogibno negativno vpliva na obdelavnost ometa. Še pomembneje pa je, da spremeni fizikalne lastnosti malte, predvsem trdoto in trdnost. Zato se v to nismo preveč poglabljali. Poleg tega velja, da ima dodajanje vlažilnih sredstev možne škodljive vplive na okolje.

Glede na to, da je celulozni eter že del formulacije ometa na osnovi mavca, postane optimizacija samega celuloznega etra najboljša rešitev, ki jo lahko izberete. Hkrati ne sme vplivati ​​na lastnosti zadrževanja vode ali negativno vplivati ​​na reološke lastnosti ometa v uporabi. Na podlagi predhodno predlagane hipoteze, da je nastajanje nemočenih praškov v GSP posledica prehitrega povečanja viskoznosti celuloznih etrov po stiku z vodo med mešanjem, je nadzor nad karakteristikami raztapljanja celuloznih etrov postal glavni cilj naše študije. .

2.2 Čas raztapljanja celuloznega etra

Enostaven način za upočasnitev stopnje raztapljanja celuloznih etrov je uporaba zrnatih izdelkov. Glavna pomanjkljivost uporabe tega pristopa v GSP je, da se pregrobi delci ne raztopijo popolnoma v kratkem 10-sekundnem oknu mešanja v razpršilniku, kar povzroči izgubo zadrževanja vode. Poleg tega bo nabrekanje neraztopljenega celuloznega etra v poznejši fazi povzročilo zgostitev po ometu in vplivalo na učinkovitost gradnje, česar nočemo videti.

Druga možnost za zmanjšanje stopnje raztapljanja celuloznih etrov je reverzibilno zamreženje površine celuloznih etrov z glioksalom. Ker pa je reakcija zamreženja pod nadzorom pH, je hitrost raztapljanja celuloznih etrov zelo odvisna od pH okoliške vodne raztopine. Vrednost pH sistema GSP, pomešanega z gašenim apnom, je zelo visoka, zamrežne vezi glioksala na površini pa se po stiku z vodo hitro odprejo, viskoznost pa začne takoj naraščati. Zato takšna kemična obdelava ne more imeti vloge pri nadzoru stopnje raztapljanja v GSP.

Čas raztapljanja celuloznih etrov je odvisen tudi od njihove morfologije delcev. Vendar temu dejstvu doslej ni bilo posvečeno veliko pozornosti, čeprav je učinek zelo pomemben. Imajo konstantno linearno stopnjo raztapljanja [kg/(m2•s)], zato sta njihovo raztapljanje in povečanje viskoznosti sorazmerna z razpoložljivo površino. Ta stopnja se lahko znatno spreminja s spremembami v morfologiji celuloznih delcev. V naših izračunih predpostavljamo, da je polna viskoznost (100 %) dosežena po 5 sekundah mešanja.

Izračuni različnih morfologij delcev so pokazali, da so imeli sferični delci viskoznost 35 % končne viskoznosti pri polovici časa mešanja. V istem časovnem obdobju lahko paličasti delci celuloznega etra dosežejo le 10 %. Delci v obliki diska so se šele začeli raztapljati2,5 sekunde.

Vključene so tudi idealne karakteristike topnosti za celulozne etre v GSP. Zakasnitev začetne viskoznosti za več kot 4,5 sekunde. Nato se je viskoznost hitro povečevala in dosegla končno viskoznost v 5 sekundah po času mešanja. V GSP tako dolg zakasnjen čas raztapljanja omogoča sistemu nizko viskoznost, dodana voda pa lahko popolnoma zmoči delce sadre in brez motenj vstopi v pore med delci.

3. Morfologija delcev celuloznega etra

3.1 Merjenje morfologije delcev

Ker oblika delcev celuloznega etra tako pomembno vpliva na topnost, je treba najprej določiti parametre, ki opisujejo obliko delcev celuloznega etra, nato pa ugotoviti razlike med neomočljivostjo. Tvorba aglomeratov je posebej pomemben parameter. .

S tehniko dinamične analize slike smo pridobili morfologijo delcev celuloznega etra. Morfologijo delcev celuloznih etrov je mogoče v celoti opisati z uporabo analizatorja digitalne slike SYMPATEC (izdelanega v Nemčiji) in posebnih programskih orodij za analizo. Ugotovljeno je bilo, da sta najpomembnejša parametra oblike delcev povprečna dolžina vlaken, izražena kot LEFI (50,3), in povprečni premer, izražen kot DIFI (50,3). Podatki o povprečni dolžini vlaken se štejejo za celotno dolžino določenega razprtega delca celuloznega etra.

Običajno se lahko podatki o porazdelitvi velikosti delcev, kot je povprečni premer vlaken DIFI, izračunajo na podlagi števila delcev (označeno z 0), dolžine (označeno z 1), površine (označeno z 2) ali volumna (označeno z 3). Vse meritve podatkov o delcih v tem dokumentu temeljijo na prostornini in so zato označene s pripono 3. Na primer, v DIFI(50,3) 3 pomeni prostorninsko porazdelitev, 50 pa pomeni, da je 50 % krivulje porazdelitve velikosti delcev manjše od navedene vrednosti, ostalih 50 % pa je večje od navedene vrednosti. Podatki o obliki delcev celuloznega etra so podani v mikrometrih (µm).

3.2 Celulozni eter po optimizaciji morfologije delcev

Ob upoštevanju vpliva površine delcev je čas raztapljanja delcev celuloznega etra delcev s paličasto obliko delcev močno odvisen od povprečnega premera vlaken DIFI (50,3). Na podlagi te predpostavke je bilo razvojno delo na celuloznih etrih usmerjeno v pridobivanje izdelkov z večjim povprečnim premerom vlaken DIFI (50,3) za izboljšanje topnosti prahu.

Vendar pa ni pričakovati, da bo povečanje povprečne dolžine vlaken DIFI(50,3) spremljalo povečanje povprečne velikosti delcev. Povečanje obeh parametrov skupaj bo povzročilo delce, ki so preveliki, da bi se popolnoma raztopili v tipičnem 10-sekundnem času mešanja mehanskega pršenja.

Zato bi morala imeti idealna hidroksietilmetilceluloza (HEMC) večji povprečni premer vlaken DIFI(50,3) ob ohranjanju povprečne dolžine vlaken LEFI(50,3). Za izdelavo izboljšanega HEMC uporabljamo nov proizvodni postopek celuloznega etra. Oblika delcev vodotopnega celuloznega etra, pridobljenega s tem proizvodnim postopkom, je popolnoma drugačna od oblike delcev celuloze, ki se uporablja kot surovina za proizvodnjo. Z drugimi besedami, proizvodni proces omogoča, da je oblika delcev celuloznega etra neodvisna od proizvodnih surovin.

Tri slike z vrstičnim elektronskim mikroskopom: ena celuloznega etra, proizvedenega s standardnim postopkom, in ena celuloznega etra, proizvedenega z novim postopkom z večjim premerom DIFI(50,3) kot običajni izdelki procesnih orodij. Prikazana je tudi morfologija fino mlete celuloze, uporabljene v proizvodnji teh dveh izdelkov.

Če primerjamo elektronske mikrofotografije celuloze in celuloznega etra, proizvedenega s standardnim postopkom, zlahka ugotovimo, da imata oba podobne morfološke značilnosti. Veliko število delcev na obeh slikah kaže tipično dolge, tanke strukture, kar kaže na to, da se osnovne morfološke značilnosti niso spremenile niti po izvedbi kemične reakcije. Jasno je, da so značilnosti morfologije delcev reakcijskih produktov močno povezane s surovinami.

Ugotovljeno je bilo, da so morfološke značilnosti celuloznega etra, proizvedenega z novim postopkom, bistveno drugačne, ima večji povprečni premer DIFI (50,3) in predstavlja predvsem okrogle kratke in debele oblike delcev, medtem ko so značilni tanki in dolgi delci v celuloznih surovinah Skoraj izumrl.

Ta slika znova kaže, da morfologija delcev celuloznih etrov, proizvedenih z novim postopkom, ni več povezana z morfologijo celulozne surovine – povezava med morfologijo surovine in končnim izdelkom ne obstaja več.

4. Učinek morfologije delcev HEMC na tvorbo nenamočenih grudic v GSP

GSP je bil testiran v pogojih uporabe na terenu, da bi preverili, ali je bila naša hipoteza o delovnem mehanizmu (da bi uporaba produkta celuloznega etra z večjim srednjim premerom DIFI (50,3) zmanjšala neželeno aglomeracijo) pravilna. V teh poskusih so bili uporabljeni HEMC s povprečnim premerom DIFI(50,3) v razponu od 37 µm do 52 µm. Da bi čim bolj zmanjšali vpliv dejavnikov, ki niso morfologija delcev, smo osnovo iz mavčnega ometa in vse druge dodatke ohranili nespremenjene. Viskoznost celuloznega etra je bila med preskusom konstantna (60.000 mPa.s, 2% vodna raztopina, merjeno z reometrom HAAKE).

Pri poskusih nanosa je bil za pršenje uporabljen komercialno dostopen razpršilec za mavec (PFT G4). Osredotočite se na oceno nastanka nenamočenih grudic mavčne malte takoj po nanosu na steno. Ocena strjevanja na tej stopnji med postopkom nanašanja ometa bo najbolje razkrila razlike v učinkovitosti izdelka. Pri preizkusu so izkušeni delavci ocenili stanje grudanja, pri čemer je 1 najboljša in 6 najslabša.

Rezultati testa jasno kažejo korelacijo med povprečnim premerom vlaken DIFI (50,3) in oceno učinkovitosti strjevanja. V skladu z našo hipotezo, da so izdelki celuloznega etra z večjim DIFI(50,3) boljši od manjših izdelkov DIFI(50,3), je bila povprečna ocena za DIFI(50,3) 52 µm 2 (dobro), medtem ko so bili izdelki z DIFI( 50,3) od 37 µm in 40 µm z oceno 5 (neuspeh).

Kot smo pričakovali, je obnašanje grud v aplikacijah GSP močno odvisno od povprečnega premera DIFI(50,3) uporabljenega celuloznega etra. Poleg tega je bilo v prejšnji razpravi omenjeno, da je med vsemi morfološkimi parametri DIFI(50,3) močno vplival na čas raztapljanja praškov celuloznega etra. To potrjuje, da čas raztapljanja celuloznega etra, ki je močno povezan z morfologijo delcev, na koncu vpliva na nastanek grudic v GSP. Večji DIFI (50,3) povzroči daljši čas raztapljanja prahu, kar bistveno zmanjša možnost aglomeracije. Vendar bo predolg čas raztapljanja praška otežil popolno raztapljanje celuloznega etra v času mešanja opreme za pršenje.

Novi izdelek HEMC z optimiziranim profilom raztapljanja zaradi večjega povprečnega premera vlaken DIFI(50,3) ne samo, da ima boljše omočenje mavčnega prahu (kot je razvidno iz ocene strjevanja), ampak tudi ne vpliva na učinkovitost zadrževanja vode izdelek. Zadrževanje vode, izmerjeno v skladu z EN 459-2, se ni razlikovalo od izdelkov HEMC z enako viskoznostjo z DIFI(50,3) od 37 µm do 52 µm. Vse meritve po 5 minutah in 60 minutah spadajo v zahtevano območje, prikazano na grafu.

Vendar pa je bilo tudi potrjeno, da če DIFI(50,3) postane prevelik, se delci celuloznega etra ne bodo več popolnoma raztopili. To je bilo ugotovljeno pri testiranju DIFI(50,3) 59 µM izdelka. Rezultati testa zadrževanja vode po 5 minutah in zlasti po 60 minutah niso dosegli zahtevanega minimuma.

5. Povzetek

Celulozni etri so pomembni dodatki v formulacijah GSP. Raziskovalno in razvojno delo tukaj preučuje korelacijo med morfologijo delcev celuloznih etrov in tvorbo nenamočenih grudic (tako imenovano strjevanje) pri mehanskem razprševanju. Temelji na predpostavki delovnega mehanizma, da čas raztapljanja prahu celuloznega etra vpliva na omočenje mavčnega prahu z vodo in tako vpliva na nastanek grudic.

Čas raztapljanja je odvisen od morfologije delcev celuloznega etra in ga je mogoče pridobiti z orodji za analizo digitalne slike. V GSP imajo celulozni etri z velikim povprečnim premerom DIFI (50,3) optimizirane lastnosti raztapljanja prahu, kar omogoča več časa, da voda temeljito zmoči delce sadre, kar omogoča optimalno preprečevanje aglomeracije. Ta vrsta celuloznega etra se proizvaja z uporabo novega proizvodnega procesa, njegova oblika delcev pa ni odvisna od prvotne oblike surovine za proizvodnjo.

Povprečni premer vlaken DIFI (50,3) ima zelo pomemben učinek na strjevanje, kar je bilo preverjeno z dodajanjem tega izdelka komercialno dostopni strojno brizgani mavčni podlagi za brizganje na mestu. Poleg tega so ti testi razprševanja na terenu potrdili naše laboratorijske rezultate: najboljši produkti celuloznega etra z velikim DIFI (50,3) so bili popolnoma topni v časovnem oknu mešanja GSP. Zato izdelek celuloznega etra z najboljšimi lastnostmi proti sprijemanju po izboljšanju oblike delcev še vedno ohranja prvotno zmogljivost zadrževanja vode.