Утицај температуре околине на обрадивост гипса модификованог целулозним етром

Перформансе гипса модификованог целулозним етром на различитим температурама околине су веома различите, али његов механизам није јасан. Испитивани су утицаји целулозног етра на реолошке параметре и задржавање воде у гипсаној суспензији на различитим температурама околине. Методом динамичког расејања светлости мерен је хидродинамички пречник етра целулозе у течној фази и истражен је механизам утицаја. Резултати показују да целулозни етар има добар ефекат задржавања воде и згушњавања гипса. Са повећањем садржаја целулозног етра, повећава се вискозитет суспензије и повећава капацитет задржавања воде. Међутим, са порастом температуре, капацитет задржавања воде модификованог гипсаног раствора у одређеној мери опада, а мењају се и реолошки параметри. С обзиром да колоидна асоцијација целулозног етра може постићи задржавање воде блокирањем канала за транспорт воде, пораст температуре може довести до распадања велике запреминске асоцијације коју производи целулозни етар, чиме се смањује задржавање воде и радне перформансе модификованог гипса.

Кључне речи:гипс; Целулоза етар; Температура; Задржавање воде; реологија

0. Увод

Гипс, као врста еколошки прихватљивог материјала са добрим конструкцијским и физичким својствима, широко се користи у пројектима декорације. У примени материјала на бази гипса, средство за задржавање воде се обично додаје да би се модификовао суспензија како би се спречио губитак воде у процесу хидратације и очвршћавања. Целулозни етар је тренутно најчешће средство за задржавање воде. Пошто ће јонски ЦЕ реаговати са Ца2+, често користите нејонски ЦЕ, као што су: етар хидроксипропил метил целулозе, етар хидроксиетил метил целулозе и етар метил целулозе. Важно је проучавати својства гипса модификованог целулозним етром за бољу примену гипса у декоративном инжењерству.

Етар целулозе је високо молекуларно једињење произведено реакцијом алкалне целулозе и агенса за етерификацију под одређеним условима. Нејонски целулозни етар који се користи у грађевинарству има добар ефекат дисперзије, задржавања воде, везивања и згушњавања. Додатак целулозног етра има веома очигледан ефекат на задржавање воде гипса, али чврстоћа на савијање и притисак тела очврслог гипса такође благо опада са повећањем количине додатка. То је зато што целулозни етар има одређени ефекат увлачења ваздуха, који ће у процес мешања суспензије унети мехуриће, чиме се смањују механичка својства очврслог тела. У исто време, превише целулозног етра ће учинити мешавину гипса превише лепљивом, што ће резултирати њеним конструкцијским перформансама.

Процес хидратације гипса може се поделити у четири корака: растварање калцијум сулфат хемихидрата, кристализација нуклеације калцијум сулфат дихидрата, раст кристалног језгра и формирање кристалне структуре. У процесу хидратације гипса, хидрофилна функционална група целулозног етра која се адсорбује на површини честица гипса ће фиксирати део молекула воде, одлажући на тај начин процес нуклеације хидратације гипса и продужавајући време везивања гипса. Кроз СЕМ посматрање, Мроз је открио да иако је присуство целулозног етра одложило раст кристала, али је повећало преклапање и агрегацију кристала.

Целулозни етар садржи хидрофилне групе тако да има одређену хидрофилност, полимерни дуги ланац који се међусобно повезује тако да има висок вискозитет, интеракција ова два чини да целулоза има добар ефекат згушњавања који задржава воду на мешавини гипса. Булицхен је објаснио механизам задржавања воде целулозног етра у цементу. При малом мешању, целулозни етар се адсорбује на цемент за интрамолекуларну апсорпцију воде и праћен бубрењем да би се постигло задржавање воде. У овом тренутку, задржавање воде је слабо. Висока доза, целулозни етар ће формирати стотине нанометара до неколико микрона колоидног полимера, ефикасно блокирајући систем гела у рупи, како би се постигло ефикасно задржавање воде. Механизам деловања целулозног етра у гипсу је исти као и у цементу, али већа концентрација СО42- у течној фази гипсане суспензије ће ослабити ефекат целулозе на задржавање воде.

На основу наведеног садржаја, може се утврдити да се актуелна истраживања гипса модификованог целулозним етром највише фокусирају на процес хидратације целулозног етра на мешавини гипса, својства задржавања воде, механичка својства и микроструктуру очврслог тела, као и механизам настанка целулозног етра. задржавање воде. Међутим, студија о интеракцији између целулозног етра и гипсане суспензије на високој температури је још увек недовољна. Водени раствор целулозног етра ће желатинисати на одређеној температури. Како температура расте, вискозност воденог раствора целулозног етра ће се постепено смањивати. Када се постигне температура желатинизације, целулозни етар ће се исталожити у бели гел. На пример, у летњој градњи, температура околине је висока, својства термичког гела целулозног етра морају довести до промена у обрадивости модификованог гипсаног раствора. Овај рад истражује ефекат пораста температуре на обрадивост гипсаног материјала модификованог целулозним етром кроз систематске експерименте и даје смернице за практичну примену гипса модификованог целулозним етром.

1. Експеримент

1.1 Сировине

Гипс је природни грађевински гипс β-типа који обезбеђује Беијинг Ецологицал Хоме Гроуп.

Целулозни етар изабран из групе Схандонг Иитенг Гроуп хидроксипропил метил целулозни етар, спецификације производа за 75.000 мПа·с, 100.000 мПа·с и 200.000 мПа·с, температура гелирања изнад 60 ℃. Као успоривач гипса одабрана је лимунска киселина.

1.2 Реолошки тест

Коришћени реолошки инструмент за испитивање је био РСТ⁃ЦЦ реометар који производи БРООКФИЕЛД УСА. Реолошки параметри као што су пластични вискозитет и напон течења гипсане суспензије одређивани су помоћу посуде за узорке МБТ⁃40Ф⁃0046 и ЦЦ3⁃40 ротора, а подаци су обрађени софтвером РХЕ3000.

Карактеристике мешавине гипса су у складу са реолошким понашањем Бингхамове течности, које се обично проучава коришћењем Бингхамовог модела. Међутим, због псеудопластичности целулозног етра који се додаје полимером модификованом гипсу, мешавина суспензије обично има одређено својство смицања. У овом случају, модификовани Бингхам (М⁃Б) модел може боље да опише реолошку криву гипса. У циљу проучавања посмичне деформације гипса, овај рад такође користи модел Херсцхел⁃Булклеи (Х⁃Б).

1.3 Тест задржавања воде

Процедура испитивања се односи на ГБ/Т28627⁃2012 Гипс за малтерисање. Током експеримента са температуром као променљивом, гипс је претходно загрејан 1 сат унапред на одговарајућој температури у рерни, а мешана вода коришћена у експерименту је претходно загрејана 1 сат на одговарајућој температури у воденом купатилу са константном температуром, а инструмент је коришћен. био претходно загрејан.

1.4 Испитивање хидродинамичког пречника

Хидродинамички пречник (Д50) асоцијације ХПМЦ полимера у течној фази је мерен коришћењем динамичког анализатора величине честица расејања светлости (Малверн Зетасизер НаноЗС90).

2. Резултати и дискусија

2.1 Реолошка својства ХПМЦ модификованог гипса

Привидни вискозитет је однос смичног напона и брзине смицања који делује на флуид и представља параметар који карактерише проток нењутновских флуида. Привидни вискозитет модификоване гипсане суспензије се мењао са садржајем целулозног етра под три различите спецификације (75000мПа·с, 100,000мПа·с и 200000мПа·с). Температура теста је била 20 ℃. Када је брзина смицања реометра 14 мин-1, може се наћи да се вискозност гипсане суспензије повећава са повећањем инкорпорације ХПМЦ, а што је вискозитет ХПМЦ већи, то ће бити већи вискозитет модификоване гипсане суспензије. Ово указује да ХПМЦ има очигледан ефекат згушњавања и вискозификације на гипсану суспензију. Гипсана суспензија и целулозни етар су супстанце одређеног вискозитета. У модификованој мешавини гипса, целулозни етар се адсорбује на површини производа хидратације гипса, а мрежа формирана целулозним етром и мрежа формирана од мешавине гипса се преплићу, што резултира „ефектом суперпозиције“, што значајно побољшава укупни вискозитет. модификовани материјал на бази гипса.

Криве напона на смицање ⁃ чистог гипса (Г⁃Х) и модификованог гипса (Г⁃Х) пасте допиране са 75000мПа·с-ХПМЦ, као што је закључено из ревидованог Бингхамовог (М⁃Б) модела. Може се утврдити да са повећањем брзине смицања расте и напон на смицање смеше. Добијене су вредности пластичног вискозитета (ηп) и напона течења (τ0) чистог гипса и ХПМЦ модификованог гипса на различитим температурама.

Из вредности пластичног вискозитета (ηп) и напона смицања (τ0) чистог гипса и ХПМЦ модификованог гипса на различитим температурама, може се видети да ће напон течења ХПМЦ модификованог гипса континуирано опадати са порастом температуре, а принос стрес ће се смањити за 33% на 60 ℃ у поређењу са 20 ℃. Посматрајући криву пластичног вискозитета, може се утврдити да и пластични вискозитет модификованог гипсаног раствора опада са порастом температуре. Међутим, напон течења и пластични вискозитет чистог гипсаног раствора благо расту са порастом температуре, што указује да је промена реолошких параметара ХПМЦ модификованог гипсаног раствора у процесу повећања температуре узрокована променом ХПМЦ својстава.

Вредност напона течења гипсане суспензије одражава максималну вредност напона на смицање када је суспензија отпорна на смичну деформацију. Што је већа вредност напона течења, гипсана суспензија може бити стабилнија. Пластични вискозитет одражава брзину деформације гипсане суспензије. Што је већи пластични вискозитет, то ће бити дуже време смичне деформације суспензије. У закључку, два реолошка параметра ХПМЦ модификоване гипсане суспензије очигледно се смањују са повећањем температуре, а ефекат згушњавања ХПМЦ на гипсану суспензију је ослабљен.

Смична деформација суспензије се односи на ефекат смичног згушњавања или смичног стањивања који рефлектује суспензија када је подвргнута сили смицања. Ефекат смичне деформације суспензије може се проценити на основу псеудопластичног индекса н добијеног из криве уклапања. Када је н < 1, гипсана суспензија показује разређивање смицања, а степен смичног разређивања гипсане суспензије постаје већи са смањењем н. Када је н > 1, гипсана суспензија је показала згушњавање при смицању, а степен смичног згушњавања гипсане суспензије се повећавао са повећањем н. Реолошке криве ХПМЦ модификованог гипсаног раствора на различитим температурама на основу Херсцхел⁃Булклеи (Х⁃Б) уклапања модела, на тај начин добијају псеудопластични индекс н ХПМЦ модификованог гипсаног раствора.

Према псеудопластичном индексу н ХПМЦ модификованог гипсаног раствора, смичућа деформација гипсане суспензије помешане са ХПМЦ је стањивање на смицање, а вредност н се постепено повећава са повећањем температуре, што указује да ће понашање смичног стањивања ХПМЦ модификованог гипса бити ослабљен у одређеној мери када је под утицајем температуре.

На основу привидних промена вискозитета модификоване гипсане суспензије са брзином смицања израчунате из података о напону смицања од 75000 мПа· ХПМЦ на различитим температурама, може се открити да се пластични вискозитет модификованог гипсаног суспензије брзо смањује са повећањем брзине смицања, који верификује одговарајући резултат модела Х⁃Б. Модификована гипсана суспензија је показала карактеристике смицања. Са повећањем температуре, привидни вискозитет смеше опада до одређене мере при малој брзини смицања, што указује да је ефекат смичног разређивања модификованог гипсаног раствора ослабљен.

У стварној употреби гипсаног кита, захтева се да се гипсана суспензија лако деформише у процесу трљања и да остане стабилна у мировању, што захтева да гипсана каша има добре карактеристике стањивања при смицању, а промена смицања ХПМЦ модификованог гипса је ретка. у одређеној мери, што не погодује изградњи гипсаних материјала. Вискозност ХПМЦ је један од важних параметара, а такође и главни разлог што он игра улогу згушњавања да би се побољшале варијабилне карактеристике протока мешања. Сам етар целулозе има својства врућег гела, вискозност његовог воденог раствора се постепено смањује како температура расте, а бели гел се таложи када се постигне температура гелирања. Промена реолошких параметара целулозног етром модификованог гипса са температуром је уско повезана са променом вискозитета, јер је ефекат згушњавања резултат суперпозиције етра целулозе и мешане суспензије. У практичном инжењерингу треба узети у обзир утицај температуре околине на перформансе ХПМЦ. На пример, температура сировина треба да се контролише на високој температури лети како би се избегле лоше радне перформансе модификованог гипса узроковане високом температуром.

2.2 Задржавање воде одХПМЦ модификовани гипс

Задржавање воде гипсане суспензије модификоване са три различите спецификације целулозног етра се мења са кривом дозирања. Са повећањем дозе ХПМЦ, стопа задржавања воде у гипсаној суспензији је значајно побољшана, а тренд повећања постаје стабилан када доза ХПМЦ достигне 0,3%. Коначно, стопа задржавања воде у гипсаној суспензији је стабилна на 90% ~ 95%. Ово указује да ХПМЦ има очигледан ефекат задржавања воде на пасту од камене пасте, али ефекат задржавања воде није значајно побољшан како доза наставља да расте. Три спецификације ХПМЦ разлике у стопи задржавања воде нису велике, на пример, када је садржај 0,3%, опсег стопе задржавања воде је 5%, стандардна девијација је 2,2. ХПМЦ са највећим вискозитетом није највећа стопа задржавања воде, а ХПМЦ са најнижим вискозитетом није најнижа стопа задржавања воде. Међутим, у поређењу са чистим гипсом, стопа задржавања воде три ХПМЦ за гипсану суспензију је значајно побољшана, а стопа задржавања воде модификованог гипса у садржају 0,3% је повећана за 95%, 106%, 97% у поређењу са празна контролна група. Целулозни етар очигледно може побољшати задржавање воде у гипсаној суспензији. Са повећањем садржаја ХПМЦ, стопа задржавања воде у ХПМЦ модификованој гипсаној суспензији различитог вискозитета постепено достиже тачку засићења. 10000мПа·сХПМЦ је достигао тачку засићења на 0,3%, 75000мПа·с и 20000мПа·с ХПМЦ је достигао тачку засићења на 0,2%. Резултати показују да се задржавање воде 75000мПа·с ХПМЦ модификованог гипса мења са температуром под различитим дозама. Са смањењем температуре, стопа задржавања воде ХПМЦ модификованог гипса постепено опада, док стопа задржавања воде чистог гипса у основи остаје непромењена, што указује да повећање температуре слаби ефекат задржавања воде ХПМЦ на гипсу. Стопа задржавања воде ХПМЦ-а се смањила за 31,5% када је температура порасла са 20 ℃ на 40 ℃. Када температура порасте са 40℃ на 60℃, стопа задржавања воде ХПМЦ модификованог гипса је у основи иста као код чистог гипса, што указује да је ХПМЦ изгубио ефекат побољшања задржавања воде гипса у овом тренутку. Јиан Јиан и Ванг Пеиминг су предложили да сам целулозни етар има феномен термалног гела, промена температуре ће довести до промена у вискозности, морфологији и адсорпцији етра целулозе, што ће сигурно довести до промена у перформансама мешавине суспензије. Булицхен је такође открио да се динамички вискозитет цементних раствора који садрже ХПМЦ смањује са повећањем температуре.

Промену задржавања воде у смеши изазвану повећањем температуре треба комбиновати са механизмом целулозног етра. Булицхен је објаснио механизам којим целулозни етар може задржати воду у цементу. У системима на бази цемента, ХПМЦ побољшава стопу задржавања воде у суспензији смањујући пропустљивост „филтерског колача“ формираног системом за цементирање. Одређена концентрација ХПМЦ-а у течној фази ће формирати неколико стотина нанометара до неколико микрона колоидне асоцијације, ово има одређену запремину полимерне структуре, може ефикасно да укључи канал за пренос воде у мешавину, смањи пропустљивост „филтерског колача“, за постизање ефикасног задржавања воде. Булицхен је такође показао да ХПМЦС у гипсу показује исти механизам. Стога, проучавање хидромеханичког пречника асоцијације коју формира ХПМЦ у течној фази може објаснити ефекат ХПМЦ на задржавање воде гипса.

2.3 Хидродинамички пречник ХПМЦ колоидне асоцијације

Криве расподеле честица различитих концентрација 75000мПа·с ХПМЦ у течној фази и криве расподеле честица три спецификације ХПМЦ у течној фази при концентрацији од 0,6%. Из криве расподеле честица ХПМЦ три спецификације у течној фази када је концентрација 0,6% може се видети да се са повећањем концентрације ХПМЦ повећава и величина честица повезаних једињења формираних у течној фази. Када је концентрација ниска, честице формиране ХПМЦ агрегацијом су мале, а само мали део ХПМЦ агрегира се у честице од око 100 нм. Када је ХПМЦ концентрација 1%, постоји велики број колоидних асоцијација са хидродинамичким пречником од око 300нм, што је важан знак молекуларног преклапања. Ова структура полимеризације „велике запремине“ може ефикасно блокирати канал за пренос воде у мешавини, смањити „пропусност колача“, а одговарајуће задржавање воде у мешавини гипса при овој концентрацији је такође веће од 90%. Хидромеханички пречници ХПМЦ са различитим вискозитетима у течној фази су у основи исти, што објашњава сличну стопу задржавања воде ХПМЦ модификоване гипсане суспензије са различитим вискозитетима.

Криве расподеле величине честица од 75000мПа·с ХПМЦ са концентрацијом од 1% на различитим температурама. Са повећањем температуре, очигледно се може наћи распадање ХПМЦ колоидне асоцијације. На 40 ℃, велика запремина асоцијације од 300 нм је потпуно нестала и распала се на честице мале запремине од 15 нм. Са даљим повећањем температуре, ХПМЦ постаје све ситније честице, а задржавање воде у гипсаној суспензији се потпуно губи.

Феномен ХПМЦ особина које се мењају са порастом температуре је такође познат као својства врућег гела, постојећи заједнички став је да ће на ниској температури, ХПМЦ макромолекули прво распршени у води да би растворили раствор, ХПМЦ молекули у високој концентрацији ће формирати велике асоцијације честица . Када температура порасте, хидратација ХПМЦ-а је ослабљена, вода између ланаца се постепено испушта, једињења великих асоцијација се постепено распршују у мале честице, вискозитет раствора се смањује, а тродимензионална мрежна структура се формира када се гелација температура се достигне, а бели гел се исталожи.

Бодвик је открио да су микроструктура и адсорпциона својства ХПМЦ у течној фази промењене. У комбинацији са Булицхен-овом теоријом ХПМЦ колоидне асоцијације која блокира канал транспорта воде у суспензији, закључено је да је повећање температуре довело до распада ХПМЦ колоидне асоцијације, што је резултирало смањењем задржавања воде модификованог гипса.

3. Закључак

(1) Сам етар целулозе има висок вискозитет и ефекат „преклапања” са гипсаном суспензијом, играјући очигледан ефекат згушњавања. На собној температури, ефекат згушњавања постаје очигледнији са повећањем вискозитета и дозе целулозног етра. Међутим, са повећањем температуре, вискозност целулозног етра опада, његов ефекат згушњавања слаби, напон смицања и пластични вискозитет гипсане мешавине се смањује, псеудопластичност слаби, а конструкцијска својства се погоршавају.

(2) Целулозни етар је побољшао задржавање воде гипса, али са повећањем температуре, задржавање воде модификованог гипса је такође значајно смањено, чак и на 60 ℃ потпуно ће изгубити ефекат задржавања воде. Стопа задржавања воде гипсане суспензије је значајно побољшана целулозним етром, а стопа задржавања воде у ХПМЦ модификованој гипсаној суспензији различитог вискозитета постепено је достигла тачку засићења са повећањем дозе. Задржавање воде у гипсу је генерално пропорционално вискозности целулозног етра, при високом вискозитету има мали ефекат.

(3) Унутрашњи фактори који мењају задржавање воде целулозног етра са температуром уско су повезани са микроскопском морфологијом целулозног етра у течној фази. При одређеној концентрацији, целулозни етар има тенденцију да се агрегира и формира велике колоидне асоцијације, блокирајући канал за транспорт воде мешавине гипса како би се постигло високо задржавање воде. Међутим, са повећањем температуре, због својства термичке гелације самог целулозног етра, претходно формирана велика колоидна асоцијација се поново распршује, што доводи до пада перформанси задржавања воде.