Развој нових ХЕМЦ етера целулозе за смањење агломерације у малтерима на бази гипса који се машински прскају

Развој нових ХЕМЦ етера целулозе за смањење агломерације у малтерима на бази гипса који се машински прскају

Машински прскани малтер на бази гипса (ГСП) се широко користи у западној Европи од 1970-их. Појава механичког прскања је ефективно побољшала ефикасност малтерисања и истовремено смањила трошкове изградње. Са продубљивањем комерцијализације ГСП-а, целулозни етар растворљив у води постао је кључни адитив. Целулозни етар даје ГСП-у добре карактеристике задржавања воде, што ограничава апсорпцију влаге подлоге у малтеру, чиме се постиже стабилно време везивања и добра механичка својства. Поред тога, специфична реолошка крива целулозног етра може побољшати ефекат машинског прскања и значајно поједноставити накнадни процес изравнавања малтера и завршне обраде.

Упркос очигледним предностима етра целулозе у ГСП апликацијама, он такође може потенцијално допринети стварању сувих грудвица када се прска. Ове ненавлажене грудвице су такође познате као згрудавање или згрушавање и могу негативно утицати на изравнавање и завршну обраду малтера. Агломерација може смањити ефикасност локације и повећати цену апликација за производе од гипса високих перформанси. Да бисмо боље разумели ефекат етра целулозе на формирање грудвица у ГСП-у, спровели смо студију да покушамо да идентификујемо релевантне параметре производа који утичу на њихово формирање. На основу резултата ове студије развили смо серију производа од етра целулозе са смањеном тенденцијом агломерације и проценили их у практичним применама.

Кључне речи: целулозни етар; гипс машина за прскање малтера; брзина растварања; морфологија честица

1. Увод

Етри целулозе растворљиви у води успешно се користе у малтерима на бази гипса који се наносе машинским прскањем (ГСП) за регулисање потражње за водом, побољшање задржавања воде и побољшање реолошких својстава малтера. Због тога помаже у побољшању перформанси влажног малтера, чиме се обезбеђује потребна чврстоћа малтера. Због својих комерцијално одрживих и еколошки прихватљивих својстава, сува мешавина ГСП је постала широко коришћени унутрашњи грађевински материјал широм Европе у последњих 20 година.

Машине за мешање и прскање суве мешавине ГСП успешно су комерцијализоване деценијама. Иако се неке техничке карактеристике опреме различитих произвођача разликују, све комерцијално доступне машине за прскање дозвољавају веома ограничено време мешања воде да се помеша са гипсаним малтером за суву мешавину који садржи целулозни етар. Генерално, цео процес мешања траје само неколико секунди. Након мешања, мокри малтер се пумпа кроз доводно црево и прска на зид подлоге. Цео процес је завршен за минут. Међутим, у тако кратком временском периоду, етри целулозе морају бити потпуно растворени да би у потпуности развили своја својства у примени. Додавање производа од фино млевеног етра целулозе у формулације гипсаног малтера обезбеђује потпуно растварање током овог процеса прскања.

Фино млевени етар целулозе брзо ствара конзистенцију у контакту са водом током мешања у распршивачу. Брзи пораст вискозитета узрокован растварањем целулозног етра узрокује проблеме са истовременим влажењем воде честица гипсаног цементног материјала. Како вода почиње да се згушњава, постаје мање течна и не може да продре у мале поре између честица гипса. Након што је приступ порама блокиран, процес влажења честица цементног материјала водом се одлаже. Време мешања у распршивачу било је краће од времена потребног за потпуно квашење честица гипса, што је резултирало стварањем сувих грудвица праха у свежем влажном малтеру. Једном када се ове грудве формирају, оне ометају ефикасност радника у наредним процесима: изравнавање малтера са грудвицама је веома проблематично и захтева више времена. Чак и након што се малтер стегне, могу се појавити првобитно формиране грудвице. На пример, покривање грудвица изнутра током изградње ће довести до појаве тамних подручја у каснијој фази, које не желимо да видимо.

Иако се етри целулозе већ дуги низ година користе као адитиви у ГСП-у, њихов утицај на стварање ненавлажених грудвица до сада није много проучаван. Овај чланак представља систематски приступ који се може користити за разумевање основног узрока агломерације из перспективе целулозног етра.

2. Разлози за стварање неоквашених грудвица у ГСП

2.1 Влажење малтера на бази гипса

У раним фазама успостављања истраживачког програма, прикупљен је низ могућих узрока за формирање грудвица у ЦСП-у. Затим, кроз компјутерску анализу, проблем се фокусира на то да ли постоји практично техничко решење. Овим радовима прелиминарно је издвојено оптимално решење за формирање агломерата у ГСП. Из техничких и комерцијалних разматрања, технички пут промене влажења честица гипса површинском обрадом је искључен. Са комерцијалне тачке гледишта, идеја о замени постојеће опреме опремом за прскање са специјално дизајнираном комором за мешање која може да обезбеди довољно мешање воде и малтера је искључена.

Друга опција је употреба средстава за влажење као адитива у формулацијама гипсаног малтера и за то смо већ пронашли патент. Међутим, додавање овог адитива неизбежно негативно утиче на обрадивост гипса. Што је још важније, мења физичка својства малтера, посебно тврдоћу и чврстоћу. Тако да нисмо превише улазили у то. Поред тога, сматра се да додавање средстава за влажење може имати негативан утицај на животну средину.

С обзиром да је целулозни етар већ део формулације гипса на бази гипса, оптимизација самог етра целулозе постаје најбоље решење које се може изабрати. Истовремено, не сме да утиче на својства задржавања воде или негативно утиче на реолошка својства малтера у употреби. На основу раније предложене хипотезе да је стварање ненавлажених прахова у ГСП-у услед претерано брзог повећања вискозитета етра целулозе након контакта са водом током мешања, контрола карактеристика растварања етра целулозе постало је главни циљ нашег истраживања. .

2.2 Време растварања целулозног етра

Једноставан начин да се успори брзина растварања етра целулозе је употреба производа грануларног квалитета. Главни недостатак коришћења овог приступа у ГСП-у је тај што се честице које су превише грубе не растварају у потпуности унутар кратког периода мешања од 10 секунди у распршивачу, што доводи до губитка задржавања воде. Осим тога, бубрење нераствореног етра целулозе у каснијој фази ће довести до згушњавања након малтерисања и утицати на перформансе конструкције, што не желимо да видимо.

Друга опција за смањење брзине растварања етра целулозе је реверзибилно умрежавање површине етра целулозе са глиоксалом. Међутим, пошто је реакција умрежавања контролисана пХ вредности, брзина растварања етра целулозе у великој мери зависи од пХ околног воденог раствора. пХ вредност ГСП система помешаног са гашеним кречом је веома висока, а умрежене везе глиоксала на површини се брзо отварају након контакта са водом, а вискозитет одмах почиње да расте. Стога, такви хемијски третмани не могу играти улогу у контроли брзине растварања у ГСП.

Време растварања етра целулозе такође зависи од њихове морфологије честица. Међутим, овој чињеници до сада није придавана велика пажња, иако је ефекат веома значајан. Имају константну линеарну брзину растварања [кг/(м2•с)], тако да су њихово растварање и повећање вискозитета пропорционални расположивој површини. Ова стопа може значајно да варира са променама у морфологији целулозних честица. У нашим прорачунима се претпоставља да се пуни вискозитет (100%) постиже након 5 секунди мешања.

Прорачуни различитих морфологија честица су показали да су сферне честице имале вискозитет од 35% коначног вискозитета при половини времена мешања. У истом временском периоду, честице целулозног етра у облику штапа могу достићи само 10%. Честице у облику диска су тек почеле да се растварају2,5 секунди.

Такође су укључене идеалне карактеристике растворљивости за етре целулозе у ГСП. Одложите повећање почетног вискозитета за више од 4,5 секунде. Након тога, вискозитет се брзо повећава да би достигао коначни вискозитет у року од 5 секунди од времена мешања. У ГСП-у, тако дуго одложено време растварања омогућава систему да има низак вискозитет, а додата вода може у потпуности навлажити честице гипса и ући у поре између честица без сметњи.

3. Морфологија честица целулозног етра

3.1 Мерење морфологије честица

Пошто облик честица етра целулозе има тако значајан утицај на растворљивост, потребно је прво одредити параметре који описују облик честица целулозног етра, а затим идентификовати разлике између неквашења. Посебно релевантан параметар је формирање агломерата. .

Добили смо морфологију честица целулозног етра техником динамичке анализе слике. Морфологија честица етра целулозе може се у потпуности окарактерисати коришћењем СИМПАТЕЦ дигиталног анализатора слике (произведен у Немачкој) и специфичних софтверских алата за анализу. Утврђено је да су најважнији параметри облика честица просечна дужина влакана изражена као ЛЕФИ(50,3) и просечни пречник изражен као ДИФИ(50,3). Подаци о просечној дужини влакана сматрају се пуном дужином одређене раширене честице етра целулозе.

Обично подаци о расподели величине честица, као што је просечни пречник влакана ДИФИ, могу се израчунати на основу броја честица (означених са 0), дужине (означене са 1), површине (означене са 2) или запремине (означене са 3). Сва мерења података о честицама у овом раду заснивају се на запремини и стога су означена суфиксом 3. На пример, у ДИФИ(50,3), 3 значи расподелу запремине, а 50 значи да је 50% криве расподеле величине честица мање од назначене вредности, а осталих 50% је веће од назначене вредности. Подаци о облику честица целулозног етра дати су у микрометрима (µм).

3.2 Етар целулозе након оптимизације морфологије честица

Узимајући у обзир ефекат површине честице, време растварања честица целулозног етра са шипкастим обликом честица снажно зависи од просечног пречника влакна ДИФИ (50,3). На основу ове претпоставке, развојни рад на етрима целулозе био је усмерен на добијање производа са већим просечним пречником влакана ДИФИ (50,3) за побољшање растворљивости праха.

Међутим, не очекује се да ће повећање просечне дужине влакана ДИФИ(50,3) бити праћено повећањем просечне величине честица. Повећање оба параметра заједно ће резултирати честицама које су превелике да би се потпуно раствориле унутар типичног времена мешања од 10 секунди механичког прскања.

Према томе, идеална хидроксиетилметилцелулоза (ХЕМЦ) треба да има већи просечни пречник влакана ДИФИ(50,3) уз одржавање просечне дужине влакна ЛЕФИ(50,3). Користимо нови процес производње целулозног етра да бисмо произвели побољшани ХЕМЦ. Облик честица целулозног етра растворљивог у води добијеног овим производним процесом је потпуно другачији од облика честица целулозе која се користи као сировина за производњу. Другим речима, производни процес омогућава да дизајн облика честица целулозног етра буде независан од његових производних сировина.

Три слике помоћу скенирајућег електронског микроскопа: једна од целулозног етра произведеног стандардним поступком, и једна од целулозног етра произведеног новим процесом са већим пречником ДИФИ(50,3) од конвенционалних производних алата. Такође је приказана морфологија фино млевене целулозе која се користи у производњи ова два производа.

Упоређујући електронске микрофотографије целулозе и целулозног етра произведене стандардним поступком, лако је открити да ова два имају сличне морфолошке карактеристике. Велики број честица на обе слике показује типично дуге, танке структуре, што сугерише да се основне морфолошке карактеристике нису промениле чак ни након што се хемијска реакција одиграла. Јасно је да су карактеристике морфологије честица производа реакције у великој корелацији са сировинама.

Утврђено је да се морфолошке карактеристике целулозног етра произведеног новим поступком значајно разликују, има већи средњи пречник ДИФИ (50,3), и углавном има округле кратке и дебеле честице, док су типичне танке и дугачке честице. у целулозним сировинама Готово изумрла.

Ова слика поново показује да морфологија честица целулозног етра произведеног новим процесом више није повезана са морфологијом целулозног сировог материјала – веза између морфологије сировог материјала и коначног производа више не постоји.

4. Утицај морфологије ХЕМЦ честица на формирање ненавлажених грудвица у ГСП-у

ГСП је тестиран у условима теренске примене да би се потврдило да је наша хипотеза о механизму рада (да би употреба производа од целулозног етра са већим средњим пречником ДИФИ (50,3) смањила нежељену агломерацију) била тачна. У овим експериментима су коришћени ХЕМЦ са средњим пречникима ДИФИ(50,3) у распону од 37 µм до 52 µм. Да би се минимизирао утицај других фактора осим морфологије честица, подлога од гипсаног малтера и сви остали адитиви су остали непромењени. Вискозитет целулозног етра је одржаван константним током теста (60,000 мПа.с, 2% водени раствор, мерено ХААКЕ реометром).

За прскање у огледима примене коришћена је комерцијално доступна прскалица за гипс (ПФТ Г4). Фокусирајте се на процену формирања ненавлажених грудвица гипсаног малтера одмах након наношења на зид. Процена накупљања у овој фази током процеса наношења малтера најбоље ће открити разлике у перформансама производа. У тесту, искусни радници су оценили ситуацију згрушавања, при чему је 1 најбоља и 6 најгора.

Резултати теста јасно показују корелацију између просечног пречника влакана ДИФИ (50,3) и оцене перформанси згрушавања. У складу са нашом хипотезом да производи целулозног етра са већим ДИФИ(50,3) надмашују мање ДИФИ(50,3) производе, просечна оцена за ДИФИ(50,3) од 52 µм је 2 (добар), док они са ДИФИ( 50,3) од 37 µм и 40 µм је добио 5 (неуспех).

Као што смо очекивали, понашање згрушавања у ГСП апликацијама значајно зависи од просечног пречника ДИФИ(50,3) коришћеног етра целулозе. Штавише, у претходној расправи је поменуто да је међу свим морфолошким параметрима ДИФИ(50,3) снажно утицао на време растварања праха целулозног етра. Ово потврђује да време растварања целулозног етра, које је у великој корелацији са морфологијом честица, на крају утиче на формирање грудвица у ГСП. Већи ДИФИ (50,3) узрокује дуже време растварања праха, што значајно смањује могућност агломерације. Међутим, предуго време растварања праха ће отежати да се целулозни етар потпуно раствори током времена мешања опреме за прскање.

Нови ХЕМЦ производ са оптимизованим профилом растварања због већег просечног пречника влакана ДИФИ(50,3) не само да има боље влажење гипсаног праха (као што се види у процени згрушавања), већ такође не утиче на перформансе задржавања воде производ. Задржавање воде измерено према ЕН 459-2 није се разликовало од ХЕМЦ производа истог вискозитета са ДИФИ(50,3) од 37µм до 52µм. Сва мерења после 5 минута и 60 минута спадају у захтевани опсег приказан на графикону.

Међутим, такође је потврђено да ако ДИФИ(50,3) постане превелик, честице целулозног етра се више неће потпуно растворити. Ово је пронађено приликом тестирања ДИФИ(50,3) производа од 59 µМ. Његови резултати теста задржавања воде након 5 минута, а посебно након 60 минута нису испунили тражени минимум.

5. Резиме

Етри целулозе су важни адитиви у ГСП формулацијама. Рад на истраживању и развоју производа овде се бави корелацијом између морфологије честица етра целулозе и формирања ненавлажених грудвица (тзв. згрудавање) када се механички прскају. Заснива се на претпоставци механизма рада да време растварања праха целулозног етра утиче на влажење гипсаног праха водом и на тај начин утиче на формирање грудвица.

Време растварања зависи од морфологије честица целулозног етра и може се добити коришћењем алата за дигиталну анализу слике. У ГСП-у, етри целулозе са великим просечним пречником ДИФИ (50,3) имају оптимизоване карактеристике растварања праха, омогућавајући више времена води да темељно навлажи честице гипса, чиме се омогућава оптимална анти-агломерација. Ова врста целулозног етра се производи новим производним процесом, а његов облик честица не зависи од првобитног облика сировине за производњу.

Просечан пречник влакана ДИФИ (50,3) има веома важан утицај на згрудвање, што је потврђено додавањем овог производа комерцијално доступној машински прсканој подлози од гипса за прскање на лицу места. Штавише, ова теренска испитивања распршивањем потврдила су наше лабораторијске резултате: производи целулозног етра са најбољим учинком са великим ДИФИ (50,3) били су потпуно растворљиви у временском оквиру ГСП мешања. Стога, производ целулозног етра са најбољим својствима против згрушавања након побољшања облика честица и даље одржава оригиналне перформансе задржавања воде.