Effekt av omgivningstemperatur på bearbetbarheten av cellulosaetermodifierat gips

Prestandan hos cellulosaetermodifierad gips vid olika omgivningstemperaturer är mycket olika, men dess mekanism är inte klar. Effekterna av cellulosaeter på de reologiska parametrarna och vattenretentionen hos gipsslurry vid olika omgivningstemperaturer studerades. Den hydrodynamiska diametern av cellulosaeter i vätskefas mättes med en dynamisk ljusspridningsmetod och påverkansmekanismen undersöktes. Resultaten visar att cellulosaeter har en god vattenhållande och förtjockande effekt på gips. Med ökningen av cellulosaeterhalten ökar slurryns viskositet och vattenkvarhållningsförmågan ökar. Med ökningen av temperaturen minskar dock vattenhållningsförmågan hos modifierad gipsslurry i viss utsträckning, och de reologiska parametrarna förändras också. Med tanke på att cellulosaeterkolloidföreningen kan uppnå vattenretention genom att blockera vattentransportkanalen, kan temperaturökningen leda till sönderdelningen av den stora volymföreningen som produceras av cellulosaeter, vilket således minskar vattenretentionen och arbetsprestanda för det modifierade gipset.

Nyckelord:gips; Cellulosaeter; Temperatur; Vattenretention; reologi

0. Inledning

Gips, som ett slags miljövänligt material med bra konstruktion och fysiska egenskaper, används flitigt i dekorationsprojekt. Vid applicering av gipsbaserade material tillsätts vanligtvis vattenkvarhållande medel för att modifiera slurry för att förhindra vattenförlust i processen med hydratisering och härdning. Cellulosaeter är det vanligaste vattenkvarhållande medlet för närvarande. Eftersom jonisk CE kommer att reagera med Ca2+, använd ofta icke-jonisk CE, såsom: hydroxipropylmetylcellulosaeter, hydroxietylmetylcellulosaeter och metylcellulosaeter. Det är viktigt att studera egenskaperna hos cellulosaetermodifierat gips för bättre applicering av gips inom dekorationsteknik.

Cellulosaeter är en högmolekylär förening som produceras genom reaktion av alkalicellulosa och företringsmedel under vissa förhållanden. Den nonjoniska cellulosaetern som används inom byggteknik har god dispersion, vattenretention, bindning och förtjockningseffekt. Tillsatsen av cellulosaeter har en mycket tydlig effekt på vattenretentionen av gips, men böj- och tryckhållfastheten hos gipshärdad kropp minskar också något med ökningen av tillsatsmängden. Detta beror på att cellulosaeter har en viss luftindragande effekt, vilket kommer att introducera bubblor i processen för blandning av slam, vilket minskar de mekaniska egenskaperna hos den härdade kroppen. Samtidigt kommer för mycket cellulosaeter att göra gipsblandningen för klibbig, vilket resulterar i dess konstruktionsprestanda.

Hydratiseringsprocessen av gips kan delas in i fyra steg: upplösning av kalciumsulfathemihydrat, kristalliseringskärnbildning av kalciumsulfatdihydrat, tillväxt av kristallin kärna och bildning av kristallin struktur. I hydratiseringsprocessen av gips kommer den hydrofila funktionella gruppen av cellulosaeter som adsorberas på ytan av gipspartiklar att fixera en del av vattenmolekylerna, vilket fördröjer kärnbildningsprocessen för gipshydrering och förlänger gipsets härdningstiden. Genom SEM-observation fann Mroz att även om närvaron av cellulosaeter fördröjde tillväxten av kristaller, men ökade överlappningen och aggregeringen av kristaller.

Cellulosaeter innehåller hydrofila grupper så att den har en viss hydrofilicitet, polymer långkedjig sammankopplad med varandra så att den har en hög viskositet, växelverkan mellan de två gör att cellulosa har en bra vattenhållande förtjockningseffekt på gipsblandning. Bulichen förklarade vattenretentionsmekanismen för cellulosaeter i cement. Vid låg blandning adsorberas cellulosaeter på cement för intramolekylär vattenabsorption och åtföljs av svällning för att uppnå vattenretention. Vid denna tidpunkt är vattenretentionen dålig. Högdoserad cellulosaeter kommer att bilda hundratals nanometer till några mikrometer kolloidal polymer, vilket effektivt blockerar gelsystemet i hålet för att uppnå effektiv vattenretention. Verkningsmekanismen för cellulosaeter i gips är densamma som i cement, men den högre SO42-koncentrationen i gipsuppslamningens flytande fas kommer att försvaga cellulosas vattenkvarhållande effekt.

Baserat på ovanstående innehåll kan det konstateras att den aktuella forskningen om cellulosaetermodifierad gips mest fokuserar på hydratiseringsprocessen av cellulosaeter på gipsblandning, vattenretentionsegenskaper, mekaniska egenskaper och mikrostruktur hos härdad kropp, och mekanismen för cellulosaeter vattenretention. Studien om interaktionen mellan cellulosaeter och gipsslam vid hög temperatur är dock fortfarande otillräcklig. Cellulosaetervattenlösning kommer att gelatineras vid en specifik temperatur. När temperaturen ökar kommer viskositeten hos cellulosaetervattenlösningen gradvis att minska. När gelatineringstemperaturen uppnåtts kommer cellulosaeter att fällas ut i vit gel. Till exempel, i sommarkonstruktionen är omgivningstemperaturen hög, de termiska gelegenskaperna hos cellulosaeter är bundna att leda till förändringar i bearbetbarheten hos modifierad gipsslurry. Detta arbete utforskar effekten av temperaturökning på bearbetbarheten av cellulosaetermodifierat gipsmaterial genom systematiska experiment, och ger vägledning för den praktiska tillämpningen av cellulosaetermodifierat gips.

1. Experimentera

1.1 Råvaror

Gips är det naturliga byggnadsgips av β-typ som tillhandahålls av Beijing Ecological Home Group.

Cellulosaeter vald från Shandong Yiteng Groups hydroxipropylmetylcellulosaeter, produktspecifikationer för 75 000 mPa·s, 100 000 mPa·s och 200 000 mPa·s, gelningstemperatur över 60 ℃. Citronsyra valdes som gipsfördröjare.

1.2 Reologitest

Det reologiska testinstrumentet som användes var RST⁃CC-reometer tillverkad av BROOKFIELD USA. Reologiska parametrar såsom plastisk viskositet och flytspänning för gipsuppslamning bestämdes av MBT⁃40F⁃0046 provbehållare och CC3⁃40 rötor, och data bearbetades av RHE3000 mjukvara.

Egenskaperna hos gipsblandning överensstämmer med det reologiska beteendet hos Bingham-vätska, som vanligtvis studeras med Bingham-modellen. På grund av pseudoplasticiteten hos cellulosaeter som sätts till polymermodifierat gips uppvisar slurryblandningen vanligtvis en viss skjuvförtunningsegenskap. I detta fall kan modifierad Bingham (M⁃B) modell bättre beskriva den reologiska kurvan för gips. För att studera skjuvdeformationen av gips använder detta arbete även Herschel⁃Bulkley (H⁃B)-modellen.

1.3 Vattenretentionstest

Testprocedur se GB/T28627⁃2012 Gips. Under experimentet med temperatur som variabel förvärmdes gipsen 1 timme i förväg till motsvarande temperatur i ugnen, och det blandade vattnet som användes i experimentet förvärmdes 1 timme i motsvarande temperatur i vattenbadet med konstant temperatur, och instrumentet användes. förvärmdes.

1.4 Hydrodynamisk diametertest

Den hydrodynamiska diametern (D50) för HPMC-polymerassociation i vätskefas mättes med användning av en partikelstorleksanalysator för dynamisk ljusspridning (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultat och diskussion

2.1 Reologiska egenskaper hos HPMC-modifierat gips

Skenbar viskositet är förhållandet mellan skjuvspänning och skjuvhastighet som verkar på en vätska och är en parameter för att karakterisera flödet av icke-newtonska vätskor. Den skenbara viskositeten för den modifierade gipsuppslamningen förändrades med innehållet av cellulosaeter under tre olika specifikationer (75 000 mPa·s, 100 000 mPa·s och 200000 mPa·s). Testtemperaturen var 20 ℃. När reometerns skjuvhastighet är 14 min-1 kan det konstateras att viskositeten för gipsslam ökar med ökningen av HPMC-inkorporering, och ju högre HPMC-viskositeten är, desto högre blir viskositeten för modifierad gipsuppslamning. Detta indikerar att HPMC har en tydlig förtjocknings- och viskosifieringseffekt på gipsslam. Gipsslurry och cellulosaeter är ämnen med en viss viskositet. I den modifierade gipsblandningen adsorberas cellulosaeter på ytan av gipshydratiseringsprodukter, och nätverket som bildas av cellulosaeter och nätverket som bildas av gipsblandningen är sammanvävda, vilket resulterar i "superpositionseffekt", vilket avsevärt förbättrar den totala viskositeten av det modifierade gipsbaserade materialet.

Skjuv ⁃ spänningskurvorna för rent gips (G⁃H) och modifierad gips (G⁃H) pasta dopad med 75 000 mPa·s-HPMC, enligt slutsatsen från den reviderade Bingham (M⁃B) modellen. Det kan konstateras att med ökningen av skjuvhastigheten ökar även skjuvspänningen hos blandningen. Värdena för plastisk viskositet (ηp) och sträckskjuvspänning (τ0) för rent gips och HPMC-modifierat gips vid olika temperaturer erhålls.

Från värdena för plastisk viskositet (ηp) och flytspänning (τ0) för rent gips och HPMC-modifierat gips vid olika temperaturer, kan det ses att flytgränsen för HPMC-modifierat gips kommer att minska kontinuerligt med ökningen av temperaturen, och utbytet stressen kommer att minska med 33 % vid 60 ℃ jämfört med 20 ℃. Genom att observera den plastiska viskositetskurvan kan det konstateras att den plastiska viskositeten hos modifierad gipsuppslamning också minskar med ökningen av temperaturen. Sträckgränsen och plastisk viskositet för ren gipsuppslamning ökar emellertid något med ökningen av temperaturen, vilket indikerar att förändringen av reologiska parametrar för HPMC-modifierad gipsuppslamning i processen för temperaturökning orsakas av förändringen av HPMC-egenskaperna.

Sträckgränsvärdet för gipsslam återspeglar det maximala skjuvspänningsvärdet när slammet motstår skjuvdeformation. Ju högre sträckgränsvärdet är, desto stabilare kan gipsslammet vara. Den plastiska viskositeten återspeglar deformationshastigheten hos gipsslam. Ju högre plastisk viskositet är, desto längre blir slammets skjuvdeformationstid. Sammanfattningsvis minskar de två reologiska parametrarna för HPMC-modifierad gipsuppslamning uppenbarligen med ökningen av temperaturen, och den förtjockande effekten av HPMC på gipsuppslamning försvagas.

Skjuvdeformationen av slurry hänvisar till skjuvförtjocknings- eller skjuvförtunningseffekten som reflekteras av slammet när den utsätts för skjuvkraft. Skjuvdeformationseffekten av slurry kan bedömas genom det pseudoplastiska indexet n som erhålls från passningskurvan. När n < 1 visar gipsuppslamningen skjuvförtunning, och skjuvförtunningsgraden för gipsslam blir högre med minskningen av n. När n > 1 visade gipsuppslamningen skjuvningsförtjockning, och skjuvningsförtjockningsgraden för gipsslam ökade med ökningen av n. Reologiska kurvor för HPMC-modifierad gipsuppslamning vid olika temperaturer baserade på Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modellanpassning, erhåller sålunda det pseudoplastiska indexet n för HPMC-modifierad gipsslurry.

Enligt det pseudoplastiska indexet n för HPMC-modifierad gipsuppslamning är skjuvningsdeformationen av gipsuppslamningen blandad med HPMC skjuvförtunning, och n-värdet ökar gradvis med ökningen av temperaturen, vilket indikerar att skjuvförtunningsbeteendet hos HPMC-modifierat gips kommer att försvagas i viss utsträckning när den påverkas av temperaturen.

Baserat på de uppenbara viskositetsförändringarna hos den modifierade gipsslammet med skjuvhastighet beräknad från skjuvspänningsdata på 75 000 mPa· HPMC vid olika temperaturer, kan det konstateras att den plastiska viskositeten för den modifierade gipsuppslamningen minskar snabbt med ökningen av skjuvhastigheten, som verifierar passningsresultatet för H⁃B-modellen. Den modifierade gipsuppslamningen uppvisade skjuvförtunningsegenskaper. Med ökningen av temperaturen minskar blandningens skenbara viskositet i viss utsträckning vid låg skjuvhastighet, vilket indikerar att skjuvförtunningseffekten av den modifierade gipsuppslamningen försvagas.

Vid den faktiska användningen av gipsspackel krävs att gipsslam är lätt att deformeras under gnidningsprocessen och förblir stabil i vila, vilket kräver att gipsslam har goda skjuvförtunningsegenskaper, och skjuvförändringen av HPMC-modifierad gips är sällsynt. en viss omfattning, som inte är gynnsam för konstruktion av gipsmaterial. Viskositeten för HPMC är en av de viktiga parametrarna, och också huvudskälet till att det spelar rollen som förtjockning för att förbättra de varierande egenskaperna hos blandningsflödet. Cellulosaeter i sig har egenskaperna hos het gel, viskositeten hos dess vattenlösning minskar gradvis när temperaturen ökar, och vit gel fälls ut när gelningstemperaturen uppnås. Förändringen av reologiska parametrar för cellulosaetermodifierad gips med temperaturen är nära relaterad till förändringen av viskositeten, eftersom förtjockningseffekten är resultatet av överlagringen av cellulosaeter och blandad slurry. I praktisk konstruktion bör miljötemperaturens inverkan på HPMC-prestanda beaktas. Till exempel bör temperaturen på råvaror kontrolleras i hög temperatur på sommaren för att undvika dålig arbetsprestanda hos modifierat gips orsakat av hög temperatur.

2.2 Vattenretention avHPMC modifierat gips

Vattenretentionen hos gipsslurry modifierad med tre olika specifikationer av cellulosaeter ändras med doseringskurvan. Med ökningen av HPMC-doseringen förbättras vattenretentionsgraden för gipsslam avsevärt, och ökningstrenden blir stabil när HPMC-dosen når 0,3%. Slutligen är vattenretentionsgraden för gipsslam stabil på 90 % ~ 95 %. Detta tyder på att HPMC har en uppenbar vattenhållande effekt på stenpasta, men den vattenhållande effekten förbättras inte nämnvärt eftersom doseringen fortsätter att öka. Tre specifikationer för HPMC vattenretentionshastighetsskillnaden är inte stor, till exempel när innehållet är 0,3%, är vattenretentionshastighetsintervallet 5%, standardavvikelsen är 2,2. HPMC med den högsta viskositeten är inte den högsta vattenretentionsgraden, och HPMC med den lägsta viskositeten är inte den lägsta vattenretentionsgraden. Jämfört med rent gips är dock vattenretentionsgraden för de tre HPMC för gipsuppslamning avsevärt förbättrad, och vattenretentionsgraden för det modifierade gipset i innehållet på 0,3 % ökas med 95 %, 106 %, 97 % jämfört med tom kontrollgrupp. Cellulosaeter kan uppenbarligen förbättra vattenretentionen hos gipsslam. Med ökningen av HPMC-innehållet når vattenretentionshastigheten för HPMC-modifierad gipsuppslamning med olika viskositet gradvis mättnadspunkten. 10000mPa·sHPMC nådde mättnadspunkten vid 0,3%, 75000mPa·s och 20000mPa·s HPMC nådde mättnadspunkten vid 0,2%. Resultaten visar att vattenretentionen för 75 000 mPa·s HPMC modifierad gips ändras med temperaturen under olika doseringar. Med sänkningen av temperaturen minskar vattenretentionshastigheten för HPMC-modifierat gips gradvis, medan vattenretentionshastigheten för ren gips i princip förblir oförändrad, vilket indikerar att temperaturökningen försvagar vattenretentionseffekten av HPMC på gips. Vattenretentionsgraden för HPMC minskade med 31,5 % när temperaturen ökade från 20 ℃ till 40 ℃. När temperaturen stiger från 40 ℃ till 60 ℃ är vattenretentionshastigheten för HPMC-modifierad gips i princip densamma som för ren gips, vilket indikerar att HPMC har förlorat effekten av att förbättra vätskeretentionen av gips vid denna tidpunkt. Jian Jian och Wang Peiming föreslog att cellulosaeter i sig har ett termiskt gelfenomen, temperaturförändringar kommer att leda till förändringar i viskositeten, morfologin och adsorptionen av cellulosaeter, vilket kommer att leda till förändringar i uppslamningsblandningens prestanda. Bulichen fann också att den dynamiska viskositeten hos cementlösningar som innehåller HPMC minskade med ökande temperatur.

Förändringen av vattenretention i blandningen orsakad av temperaturökningen bör kombineras med cellulosaetermekanismen. Bulichen förklarade mekanismen genom vilken cellulosaeter kan hålla kvar vatten i cement. I cementbaserade system förbättrar HPMC vattenretentionshastigheten för slurry genom att minska permeabiliteten för den "filterkaka" som bildas av cementeringssystemet. En viss koncentration av HPMC i vätskefasen kommer att bilda flera hundra nanometer till några mikrometer kolloidal association, detta har en viss volym av polymerstruktur kan effektivt plugga vattenöverföringskanalen i blandningen, minska permeabiliteten av "filterkaka", för att uppnå effektiv vattenretention. Bulichen visade också att HPMCS i gips uppvisar samma mekanism. Därför kan studiet av den hydromekaniska diametern av föreningen som bildas av HPMC i vätskefasen förklara effekten av HPMC på vattenretentionen av gips.

2.3 Hydrodynamisk diameter för HPMC-kolloidassociation

Partikelfördelningskurvor av olika koncentrationer av 75000mPa·s HPMC i vätskefasen, och partikelfördelningskurvor för tre specifikationer av HPMC i vätskefasen vid koncentrationen 0,6%. Det kan ses från partikelfördelningskurvan för HPMC med tre specifikationer i vätskefasen när koncentrationen är 0,6 % att med ökningen av HPMC-koncentrationen ökar också partikelstorleken för de associerade föreningar som bildas i vätskefasen. När koncentrationen är låg är partiklarna som bildas av HPMC-aggregering små, och endast en liten del av HPMC aggregerar till partiklar på cirka 100 nm. När HPMC-koncentrationen är 1 % finns det ett stort antal kolloidala associationer med en hydrodynamisk diameter på cirka 300 nm, vilket är ett viktigt tecken på molekylär överlappning. Denna polymerisationsstruktur med "stor volym" kan effektivt blockera vattenöverföringskanalen i blandningen, minska "kakans permeabilitet", och motsvarande vattenretention av gipsblandningen vid denna koncentration är också större än 90%. De hydromekaniska diametrarna för HPMC med olika viskositeter i vätskefas är i princip desamma, vilket förklarar den liknande vattenretentionshastigheten för HPMC-modifierad gipsuppslamning med olika viskositeter.

Partikelstorleksfördelningskurvor på 75000mPa·s HPMC med 1% koncentration vid olika temperaturer. Med ökningen av temperaturen kan sönderdelningen av HPMC kolloidal association uppenbarligen hittas. Vid 40 ℃ försvann den stora volymen av 300 nm association helt och sönderdelades till partiklar med liten volym på 15 nm. Med den ytterligare ökningen av temperaturen blir HPMC mindre partiklar, och vattenretentionen i gipsslam går helt förlorad.

Fenomenet med HPMC-egenskaper som förändras med stigande temperatur är också känt som heta gelegenskaper, den befintliga allmänna uppfattningen är att vid en låg temperatur, HPMC-makromolekyler först dispergerade i vatten för att lösa upp lösningen, kommer HPMC-molekyler i hög koncentration att bilda stor partikelassociation . När temperaturen stiger försvagas hydratiseringen av HPMC, vattnet mellan kedjorna släpps ut gradvis, de stora associationsföreningarna sprids gradvis till små partiklar, lösningens viskositet minskar och den tredimensionella nätverksstrukturen bildas när gelningen temperatur uppnås och den vita gelén fälls ut.

Bodvik fann att mikrostrukturen och adsorptionsegenskaperna för HPMC i flytande fas förändrades. I kombination med Bulichens teori om HPMC-kolloidal association som blockerar slamvattentransportkanalen, drogs slutsatsen att temperaturökningen ledde till sönderdelningen av HPMC-kolloidal association, vilket resulterade i minskad vattenretention av modifierat gips.

3. Slutsats

(1) Cellulosaeter i sig har hög viskositet och "överlagd" effekt med gipsslam, vilket spelar en uppenbar förtjockningseffekt. Vid rumstemperatur blir den förtjockande effekten tydligare med ökningen av viskositeten och doseringen av cellulosaeter. Med temperaturökningen minskar emellertid cellulosaeterns viskositet, dess förtjockningseffekt försvagas, flytspänningen och plastisk viskositet för gipsblandningen minskar, pseudoplasticiteten försvagas och konstruktionsegenskapen blir sämre.

(2) Cellulosaeter förbättrade vattenretentionen av gips, men med ökningen av temperaturen minskade också vattenretentionen av modifierat gips avsevärt, även vid 60 ℃ kommer att helt förlora effekten av vattenretention. Vattenretentionshastigheten för gipsuppslamning förbättrades avsevärt av cellulosaeter, och vattenretentionshastigheten för HPMC-modifierad gipsslurry med olika viskositet nådde gradvis mättnadspunkten med ökningen av dosen. Gipsvattenretention är i allmänhet proportionell mot viskositeten hos cellulosaeter, vid hög viskositet har liten effekt.

(3) De inre faktorerna som förändrar vattenretentionen hos cellulosaeter med temperaturen är nära relaterade till den mikroskopiska morfologin hos cellulosaeter i flytande fas. Vid en viss koncentration tenderar cellulosaeter att aggregera för att bilda stora kolloidala föreningar, vilket blockerar vattentransportkanalen för gipsblandningen för att uppnå hög vattenretention. Men med ökningen av temperaturen, på grund av den termiska gelningsegenskapen hos cellulosaetern själv, återdispergeras den tidigare bildade stora kolloidföreningen, vilket leder till en minskning av vattenretentionsprestanda.