Vpliv temperature okolja na obdelavnost sadre, modificirane s celuloznim etrom

Učinkovitost sadre, modificirane s celuloznim etrom, je pri različnih temperaturah okolja zelo različna, vendar njen mehanizem ni jasen. Proučevali smo učinke celuloznega etra na reološke parametre in zadrževanje vode mavčne brozge pri različnih temperaturah okolja. Z metodo dinamičnega sipanja svetlobe smo izmerili hidrodinamični premer celuloznega etra v tekoči fazi in raziskali vplivni mehanizem. Rezultati kažejo, da ima celulozni eter dober učinek zadrževanja vode in zgoščevanja sadre. S povečanjem vsebnosti celuloznega etra se poveča viskoznost gošče in poveča se sposobnost zadrževanja vode. Vendar pa se s povišanjem temperature sposobnost zadrževanja vode modificirane mavčne brozge do določene mere zmanjša, spremenijo pa se tudi reološki parametri. Glede na to, da lahko koloidna povezava celuloznega etra doseže zadrževanje vode z blokiranjem kanala za transport vode, lahko dvig temperature povzroči razpad velike prostorninske povezave, ki jo proizvaja celulozni eter, s čimer se zmanjša zadrževanje vode in delovna učinkovitost modificirane sadre.

Ključne besede:mavec; Celulozni eter; temperatura; Zadrževanje vode; reologija

0. Uvod

Mavec kot nekakšen okolju prijazen material z dobrimi gradbenimi in fizikalnimi lastnostmi se pogosto uporablja v projektih dekoracije. Pri uporabi materialov na osnovi mavca se običajno doda sredstvo za zadrževanje vode, da se spremeni gnojevka, da se prepreči izguba vode v procesu hidracije in strjevanja. Celulozni eter je trenutno najpogostejše sredstvo za zadrževanje vode. Ker bo ionski CE reagiral s Ca2+, pogosto uporabite neionski CE, kot so: hidroksipropil metil celulozni eter, hidroksietil metil celulozni eter in metil celulozni eter. Pomembno je preučiti lastnosti mavca, modificiranega s celuloznim etrom, za boljšo uporabo mavca v dekorativnem inženirstvu.

Celulozni eter je visoko molekularna spojina, ki nastane z reakcijo alkalne celuloze in sredstva za eteriranje pod določenimi pogoji. Neionski celulozni eter, ki se uporablja v gradbeništvu, ima dober učinek disperzije, zadrževanja vode, lepljenja in zgoščevanja. Dodatek celuloznega etra ima zelo očiten učinek na zadrževanje vode mavca, vendar se tudi upogibna in tlačna trdnost mavčno utrjenega telesa nekoliko zmanjša s povečanjem količine dodatka. To je zato, ker ima celulozni eter določen učinek zavleka zraka, ki bo v procesu mešanja gnojevke vnesel mehurčke in tako zmanjšal mehanske lastnosti utrjenega telesa. Hkrati bo preveč celuloznega etra povzročilo, da bo mavčna zmes preveč lepljiva, kar bo povzročilo njeno konstrukcijsko učinkovitost.

Postopek hidratacije sadre lahko razdelimo na štiri korake: raztapljanje kalcijevega sulfata hemihidrata, kristalizacijska nukleacija kalcijevega sulfata dihidrata, rast kristalnega jedra in tvorba kristalne strukture. V procesu hidracije sadre bo hidrofilna funkcionalna skupina celuloznega etra, ki se adsorbira na površini delcev sadre, pritrdila del molekul vode, s čimer bo upočasnila proces nukleacije hidracije sadre in podaljšala čas strjevanja sadre. Z opazovanjem SEM je Mroz ugotovil, da čeprav je prisotnost celuloznega etra upočasnila rast kristalov, je povečala prekrivanje in združevanje kristalov.

Celulozni eter vsebuje hidrofilne skupine, tako da ima določeno hidrofilnost, dolge verige polimerov, ki se medsebojno povezujejo, tako da ima visoko viskoznost, medsebojno delovanje obeh povzroči, da ima celuloza dober učinek zgoščevanja vode na mešanico mavca. Bulichen je pojasnil mehanizem zadrževanja vode celuloznega etra v cementu. Pri nizkem mešanju se celulozni eter adsorbira na cement za intramolekularno absorpcijo vode in spremlja nabrekanje, da se doseže zadrževanje vode. V tem času je zadrževanje vode slabo. Visoko odmerjen celulozni eter bo tvoril na stotine nanometrov do nekaj mikronov koloidnega polimera, ki učinkovito blokira gelni sistem v luknji, da doseže učinkovito zadrževanje vode. Mehanizem delovanja celuloznega etra v mavcu je enak kot v cementu, vendar bo višja koncentracija SO42- v tekoči fazi mavčne brozge oslabila učinek celuloze na zadrževanje vode.

Na podlagi zgornje vsebine je mogoče ugotoviti, da se trenutne raziskave mavca, modificiranega s celuloznim etrom, večinoma osredotočajo na postopek hidratacije celuloznega etra v mešanici sadre, lastnosti zadrževanja vode, mehanske lastnosti in mikrostrukturo utrjenega telesa ter mehanizem celuloznega etra zadrževanje vode. Vendar je študija o interakciji med celuloznim etrom in mavčno brozgo pri visoki temperaturi še vedno nezadostna. Vodna raztopina celuloznega etra bo želatinirala pri določeni temperaturi. Z zviševanjem temperature se bo viskoznost vodne raztopine celuloznega etra postopoma zmanjševala. Ko je dosežena temperatura želatinizacije, se celulozni eter obori v bel gel. Na primer, pri poletni gradnji je temperatura okolja visoka, lastnosti toplotnega gela celuloznega etra bodo povzročile spremembe v uporabnosti modificirane mavčne brozge. To delo s sistematičnimi poskusi raziskuje učinek dviga temperature na uporabnost mavčnega materiala, modificiranega s celuloznim etrom, in zagotavlja smernice za praktično uporabo s celuloznim etrom modificiranega mavca.

1. Eksperimentirajte

1.1 Surovine

Mavec je naravna gradbena sadra tipa β, ki jo zagotavlja Beijing Ecological Home Group.

Celulozni eter, izbran iz hidroksipropil metil celuloznega etra skupine Shandong Yiteng, specifikacije izdelka za 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s in 200.000 mPa·s, temperatura geliranja nad 60 ℃. Citronska kislina je bila izbrana kot zaviralec sadre.

1.2 Reološki test

Uporabljeni reološki testni instrument je bil reometer RST⁃CC proizvajalca BROOKFIELD USA. Reološki parametri, kot sta plastična viskoznost in strižna napetost tečenja mavčne brozge, so bili določeni s posodo za vzorce MBT⁃40F⁃0046 in rotorjem CC3⁃40, podatki pa so bili obdelani s programsko opremo RHE3000.

Značilnosti mavčne mešanice so v skladu z reološkim obnašanjem Binghamove tekočine, ki se običajno preučuje z Binghamovim modelom. Zaradi psevdoplastičnosti celuloznega etra, dodanega polimerno modificirani sadri, ima mešanica gošče običajno določeno lastnost redčenja pri strigu. V tem primeru lahko modificirani Binghamov (M⁃B) model bolje opiše reološko krivuljo sadre. Za preučevanje strižne deformacije sadre to delo uporablja tudi model Herschel⁃Bulkley (H⁃B).

1.3 Preskus zadrževanja vode

Preskusni postopek se nanaša na GB/T28627⁃2012 Mavec za omet. Med poskusom s temperaturo kot spremenljivko je bila sadra predhodno segreta 1 uro vnaprej na ustrezni temperaturi v pečici, mešana voda, uporabljena v poskusu, pa je bila predhodno segreta 1 uro na ustrezni temperaturi v vodni kopeli s konstantno temperaturo, instrument pa je bil uporabljen je bil predgret.

1.4 Hidrodinamični preskus premera

Hidrodinamični premer (D50) HPMC polimerne asociacije v tekoči fazi je bil izmerjen z dinamičnim analizatorjem velikosti delcev z sipanjem svetlobe (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Rezultati in razprava

2.1 Reološke lastnosti HPMC modificirane sadre

Navidezna viskoznost je razmerje med strižno napetostjo in strižno hitrostjo, ki deluje na tekočino, in je parameter za karakterizacijo toka ne-newtonskih tekočin. Navidezna viskoznost modificirane gipsove gošče se je spreminjala z vsebnostjo celuloznega etra pod tremi različnimi specifikacijami (75000 mPa·s, 100.000 mpa ·s in 200000 mPa·s). Testna temperatura je bila 20 ℃. Ko je strižna hitrost reometra 14 min-1, lahko ugotovimo, da se viskoznost mavčne gošče poveča s povečanjem vdelave HPMC, in višja kot je viskoznost HPMC, višja bo viskoznost modificirane mavčne gošče. To kaže, da ima HPMC očiten učinek zgostitve in viskozifikacije mavčne brozge. Mavčna gošča in celulozni eter sta snovi z določeno viskoznostjo. V modificirani mavčni mešanici se celulozni eter adsorbira na površini produktov hidratacije mavca, mreža, ki jo tvori celulozni eter, in mreža, ki jo tvori mavčna mešanica, se prepletata, kar ima za posledico "učinek superpozicije", ki bistveno izboljša celotno viskoznost modificiran material na osnovi mavca.

Krivulji strižne ⁃ napetosti čistega mavca (G⁃H) in modificirane mavčne (G⁃H) paste, dopirane s 75000 mPa·s-HPMC, kot izhaja iz revidiranega Binghamovega (M⁃B) modela. Ugotovimo lahko, da s povečevanjem strižne hitrosti narašča tudi strižna napetost zmesi. Dobljene so vrednosti plastične viskoznosti (ηp) in strižne napetosti tečenja (τ0) čiste sadre in HPMC modificirane sadre pri različnih temperaturah.

Iz vrednosti plastične viskoznosti (ηp) in strižne napetosti tečenja (τ0) čiste sadre in HPMC modificirane sadre pri različnih temperaturah je razvidno, da se bo meja tečenja HPMC modificirane sadre stalno zmanjševala s povišanjem temperature in izkoristek stres se bo zmanjšal za 33 % pri 60 ℃ v primerjavi z 20 ℃. Z opazovanjem krivulje plastične viskoznosti lahko ugotovimo, da se tudi plastična viskoznost modificirane mavčne kaše zmanjšuje s povišanjem temperature. Vendar pa se meja tečenja in plastična viskoznost čiste mavčne gošče rahlo povečata s povišanjem temperature, kar kaže, da je sprememba reoloških parametrov HPMC modificirane mavčne gošče v procesu zvišanja temperature posledica spremembe lastnosti HPMC.

Vrednost napetosti tečenja mavčne kaše odraža največjo vrednost strižne napetosti, ko se kaša upira strižni deformaciji. Večja kot je vrednost napetosti tečenja, bolj stabilna je lahko mavčna gošča. Plastična viskoznost odraža stopnjo deformacije mavčne kaše. Večja kot je plastična viskoznost, daljši bo čas strižne deformacije gošče. Skratka, dva reološka parametra HPMC modificirane mavčne brozge se očitno zmanjšata s povišanjem temperature, učinek zgoščevanja HPMC na mavčno brozgo pa oslabi.

Strižna deformacija gnojevke se nanaša na učinek strižne zgostitve ali strižnega redčenja, ki ga odraža gnojevka, ko je izpostavljena strižni sili. Učinek strižne deformacije gnojevke je mogoče oceniti s psevdoplastičnim indeksom n, dobljenim iz prilegajoče krivulje. Ko je n < 1, se mavčna gošča strižno redči in stopnja strižnega redčenja mavčne gošče postane višja z zmanjšanjem n. Ko je n > 1, je mavčna gošča pokazala strižno zgostitev, stopnja strižne zgostitve mavčne gošče pa se je povečala s povečanjem n. Reološke krivulje HPMC modificirane mavčne brozge pri različnih temperaturah na podlagi prileganja modela Herschel⁃Bulkley (H⁃B), tako dobimo psevdoplastični indeks n HPMC modificirane mavčne brozge.

Glede na psevdoplastični indeks n HPMC modificirane mavčne brozge je strižna deformacija mavčne gošče, pomešane s HPMC, strižno redčenje, vrednost n pa postopoma narašča s povišanjem temperature, kar kaže, da bo strižno redčenje HPMC modificirane sadre pod vplivom temperature do določene mere oslabi.

Na podlagi navideznih sprememb viskoznosti modificirane mavčne gošče s strižno hitrostjo, izračunano iz podatkov o strižni napetosti 75000 mPa · HPMC pri različnih temperaturah, je mogoče ugotoviti, da se plastična viskoznost modificirane mavčne gošče hitro zmanjšuje s povečanjem strižne hitrosti, ki preverja rezultat prileganja modela H⁃B. Modificirana mavčna gošča je pokazala lastnosti redčenja zaradi striga. S povišanjem temperature se navidezna viskoznost zmesi zmanjša do določene mere pri nizki strižni hitrosti, kar kaže, da je strižni učinek redčenja modificirane mavčne kaše oslabljen.

Pri dejanski uporabi mavčnega kita se zahteva, da se mavčna gošča zlahka deformira v procesu drgnjenja in ostane stabilna v mirovanju, kar zahteva, da ima mavčna gošča dobre strižne lastnosti redčenja, strižna sprememba HPMC modificirane sadre pa je redka. v določeni meri, ki ni ugodna za gradnjo mavčnih materialov. Viskoznost HPMC je eden od pomembnih parametrov in tudi glavni razlog, da igra vlogo zgoščevanja za izboljšanje spremenljivih značilnosti mešalnega toka. Sam celulozni eter ima lastnosti vročega gela, viskoznost njegove vodne raztopine postopoma pada z naraščanjem temperature, pri doseganju temperature geliranja pa se izloča bel gel. Sprememba reoloških parametrov sadre, modificirane s celuloznim etrom, s temperaturo je tesno povezana s spremembo viskoznosti, ker je učinek zgoščevanja posledica superpozicije celuloznega etra in mešane brozge. V praktičnem inženirstvu je treba upoštevati vpliv temperature okolja na delovanje HPMC. Na primer, temperaturo surovin je treba nadzorovati pri visoki temperaturi poleti, da se izognemo slabi delovni učinkovitosti modificiranega mavca, ki jo povzroča visoka temperatura.

2.2 Zadrževanje vodeHPMC modificirana sadra

Zadrževanje vode mavčne brozge, modificirane s tremi različnimi specifikacijami celuloznega etra, se spreminja z odmerno krivuljo. S povečanjem odmerka HPMC se stopnja zadrževanja vode v mavčni brozgi znatno izboljša, trend povečanja pa postane stabilen, ko odmerek HPMC doseže 0,3 %. Končno je stopnja zadrževanja vode mavčne gošče stabilna pri 90% ~ 95%. To kaže, da ima HPMC očiten učinek zadrževanja vode na pasto iz kamnite paste, vendar učinek zadrževanja vode ni bistveno izboljšan, ker se odmerek še naprej povečuje. Razlika v stopnji zadrževanja vode v treh specifikacijah HPMC ni velika, na primer, ko je vsebnost 0,3 %, obseg stopnje zadrževanja vode je 5 %, standardni odklon je 2,2. HPMC z najvišjo viskoznostjo ni najvišja stopnja zadrževanja vode in HPMC z najnižjo viskoznostjo ni najnižja stopnja zadrževanja vode. Vendar pa je v primerjavi s čisto sadro stopnja zadrževanja vode treh HPMC za mavčno goščo znatno izboljšana, stopnja zadrževanja vode modificirane sadre v 0,3-odstotni vsebnosti pa se poveča za 95 %, 106 %, 97 % v primerjavi z prazna kontrolna skupina. Celulozni eter lahko očitno izboljša zadrževanje vode mavčne gošče. S povečanjem vsebnosti HPMC stopnja zadrževanja vode HPMC modificirane mavčne brozge z različno viskoznostjo postopoma doseže točko nasičenja. 10000mPa·sHPMC je dosegel točko nasičenja pri 0,3%, 75000mPa·s in 20000mPa·s HPMC je dosegel točko nasičenosti pri 0,2%. Rezultati kažejo, da se zadrževanje vode 75000 mPa·s HPMC modificirane sadre spreminja s temperaturo pri različnih odmerkih. Z znižanjem temperature se stopnja zadrževanja vode HPMC modificirane sadre postopoma zmanjšuje, medtem ko stopnja zadrževanja vode čiste sadre v bistvu ostane nespremenjena, kar kaže, da zvišanje temperature oslabi učinek zadrževanja vode HPMC na sadro. Stopnja zadrževanja vode HPMC se je zmanjšala za 31,5 %, ko se je temperatura zvišala z 20 ℃ na 40 ℃. Ko se temperatura dvigne s 40 ℃ na 60 ℃, je stopnja zadrževanja vode pri HPMC modificirani sadri v bistvu enaka kot pri čisti sadri, kar kaže, da je HPMC v tem času izgubil učinek izboljšanja zadrževanja vode pri sadri. Jian Jian in Wang Peiming sta predlagala, da ima sam celulozni eter fenomen toplotnega gela, sprememba temperature bo povzročila spremembe v viskoznosti, morfologiji in adsorpciji celuloznega etra, kar bo zagotovo povzročilo spremembe v delovanju mešanice gnojevke. Bulichen je tudi ugotovil, da se dinamična viskoznost cementnih raztopin, ki vsebujejo HPMC, zmanjšuje z naraščajočo temperaturo.

Spremembo zadrževanja vode v mešanici, ki jo povzroči zvišanje temperature, je treba kombinirati z mehanizmom celuloznega etra. Bulichen je pojasnil mehanizem, s katerim lahko celulozni eter zadrži vodo v cementu. V sistemih na osnovi cementa HPMC izboljša stopnjo zadrževanja vode v gnojevki z zmanjšanjem prepustnosti "filtrske pogače", ki jo tvori cementni sistem. Določena koncentracija HPMC v tekoči fazi bo tvorila nekaj sto nanometrov do nekaj mikronov koloidnega združenja, to ima določen volumen polimerne strukture, ki lahko učinkovito zamaši kanal za prenos vode v mešanici, zmanjša prepustnost "filtrske pogače", za učinkovito zadrževanje vode. Bulichen je tudi pokazal, da HPMCS v mavcu kaže enak mehanizem. Zato lahko študija hidromehanskega premera asociacije, ki jo tvori HPMC v tekoči fazi, pojasni učinek HPMC na zadrževanje vode v sadri.

2.3 Hidrodinamični premer koloidne asociacije HPMC

Krivulje porazdelitve delcev različnih koncentracij HPMC 75000mPa·s v tekoči fazi in krivulje porazdelitve delcev treh specifikacij HPMC v tekoči fazi pri koncentraciji 0,6 %. Iz krivulje porazdelitve delcev HPMC treh specifikacij v tekoči fazi, ko je koncentracija 0,6 %, je razvidno, da se s povečanjem koncentracije HPMC poveča tudi velikost delcev povezanih spojin, ki nastanejo v tekoči fazi. Ko je koncentracija nizka, so delci, ki nastanejo z agregacijo HPMC, majhni in le majhen del HPMC se združi v delce s približno 100 nm. Ko je koncentracija HPMC 1 %, obstaja veliko število koloidnih asociacij s hidrodinamičnim premerom približno 300 nm, kar je pomemben znak molekularnega prekrivanja. Ta polimerizacijska struktura "velikega volumna" lahko učinkovito blokira kanal za prenos vode v mešanici, zmanjša "prepustnost pogače" in ustrezno zadrževanje vode mavčne mešanice pri tej koncentraciji je tudi večje od 90 %. Hidromehanski premeri HPMC z različnimi viskoznostmi v tekoči fazi so v bistvu enaki, kar pojasnjuje podobno stopnjo zadrževanja vode HPMC modificirane mavčne brozge z različnimi viskoznostmi.

Krivulje porazdelitve velikosti delcev 75000 mPa·s HPMC z 1 % koncentracijo pri različnih temperaturah. S povišanjem temperature lahko očitno ugotovimo razgradnjo koloidne asociacije HPMC. Pri 40 ℃ je velika prostornina 300 nm asociacije popolnoma izginila in razpadla na delce majhne prostornine 15 nm. Z nadaljnjim povišanjem temperature HPMC postane manjši delci in zadrževanje vode v mavčni kaši se popolnoma izgubi.

Pojav lastnosti HPMC, ki se spreminjajo z dvigom temperature, je znan tudi kot lastnosti vročega gela, obstoječe skupno mnenje je, da pri nizki temperaturi makromolekule HPMC najprej razpršijo v vodi, da se raztopi raztopina, molekule HPMC v visoki koncentraciji pa tvorijo velike asociacije delcev . Ko se temperatura dvigne, je hidratacija HPMC oslabljena, voda med verigami se postopoma odvaja, velike asociacijske spojine se postopoma razpršijo v majhne delce, viskoznost raztopine se zmanjša in tridimenzionalna mrežasta struktura se oblikuje, ko gelira dosežena temperatura in beli gel se obori.

Bodvik je ugotovil, da so se mikrostruktura in adsorpcijske lastnosti HPMC v tekoči fazi spremenile. V kombinaciji z Bulichenovo teorijo koloidne asociacije HPMC, ki blokira transportni kanal vode za gnojevko, je bilo ugotovljeno, da je povišanje temperature povzročilo razpad koloidne asociacije HPMC, kar je povzročilo zmanjšanje zadrževanja vode modificirane sadre.

3. Zaključek

(1) Celulozni eter ima sam visoko viskoznost in učinek "prekrivanja" z mavčno brozgo, kar ima očiten učinek zgoščevanja. Pri sobni temperaturi postane učinek zgoščevanja bolj očiten s povečanjem viskoznosti in odmerka celuloznega etra. Vendar pa se s povišanjem temperature viskoznost celuloznega etra zmanjša, njegov učinek zgoščevanja oslabi, strižna napetost tečenja in plastična viskoznost mavčne mešanice se zmanjšata, psevdoplastičnost oslabi in konstrukcijske lastnosti postanejo slabše.

(2) Celulozni eter je izboljšal zadrževanje vode mavca, toda s povišanjem temperature se je tudi zadrževanje vode modificiranega mavca znatno zmanjšalo, celo pri 60 ℃ bo popolnoma izgubil učinek zadrževanja vode. Hitrost zadrževanja vode mavčne gošče je bila bistveno izboljšana s celuloznim etrom, stopnja zadrževanja vode HPMC modificirane mavčne gošče z različno viskoznostjo pa je postopoma dosegla točko nasičenja s povečanjem odmerka. Zadrževanje vode v gipsu je na splošno sorazmerno z viskoznostjo celuloznega etra, pri visoki viskoznosti pa ima majhen učinek.

(3) Notranji dejavniki, ki spreminjajo zadrževanje vode celuloznega etra s temperaturo, so tesno povezani z mikroskopsko morfologijo celuloznega etra v tekoči fazi. Pri določeni koncentraciji se celulozni eter nagiba k agregaciji, da tvori velike koloidne asociacije, ki blokirajo vodni transportni kanal mavčne mešanice, da se doseže visoko zadrževanje vode. Vendar pa se s povišanjem temperature, zaradi lastnosti toplotnega geliranja samega celuloznega etra, predhodno oblikovana velika koloidna zveza ponovno razprši, kar vodi do zmanjšanja zmogljivosti zadrževanja vode.