Ukuzaji wa riwaya ya HEMC selulosi etha ili kupunguza mkusanyiko katika plasters iliyonyunyiziwa na mashine ya jasi.

Ukuzaji wa riwaya ya HEMC selulosi etha ili kupunguza mkusanyiko katika plasters iliyonyunyiziwa na mashine ya jasi.

Plasta iliyonyunyiziwa kwa mashine ya Gypsum (GSP) imekuwa ikitumika sana Ulaya Magharibi tangu miaka ya 1970. Kuibuka kwa unyunyiziaji wa mitambo kumeboresha ufanisi wa ujenzi wa plasta huku kupunguza gharama za ujenzi. Pamoja na kuongezeka kwa ufanyaji biashara wa GSP, etha ya selulosi mumunyifu katika maji imekuwa kiungo muhimu. Etha ya selulosi huipa GSP utendakazi mzuri wa kuhifadhi maji, ambayo huzuia ufyonzaji wa substrate ya unyevu kwenye plasta, na hivyo kupata muda wa kuweka imara na sifa nzuri za mitambo. Kwa kuongeza, curve maalum ya rheological ya etha ya selulosi inaweza kuboresha athari za kunyunyiza kwa mashine na kurahisisha kwa kiasi kikubwa michakato ya baadaye ya kusawazisha na kumaliza.

Licha ya manufaa ya wazi ya etha za selulosi katika programu za GSP, inaweza pia kuchangia katika uundaji wa uvimbe kavu wakati wa kunyunyiziwa. Makundi haya ambayo hayajatiwa maji pia yanajulikana kama clumping au caking, na yanaweza kuathiri vibaya kusawazisha na kumaliza kwa chokaa. Agglomeration inaweza kupunguza ufanisi wa tovuti na kuongeza gharama ya utendakazi wa matumizi ya bidhaa za jasi. Ili kuelewa vyema athari za etha za selulosi kwenye uundaji wa uvimbe katika GSP, tulifanya utafiti ili kujaribu kutambua vigezo vya bidhaa vinavyoathiri uundaji wao. Kulingana na matokeo ya utafiti huu, tulitengeneza mfululizo wa bidhaa za selulosi etha zenye mwelekeo mdogo wa kuzikusanya na kuzitathmini katika matumizi ya vitendo.

Maneno muhimu: etha ya selulosi; plasta ya dawa ya mashine ya jasi; kiwango cha kufutwa; mofolojia ya chembe

1. Utangulizi

Etha za selulosi mumunyifu katika maji zimetumika kwa mafanikio katika plasters za kunyunyiziwa kwa mashine ya jasi (GSP) ili kudhibiti mahitaji ya maji, kuboresha uhifadhi wa maji na kuboresha sifa za rheological za chokaa. Kwa hiyo, inasaidia kuboresha utendaji wa chokaa cha mvua, na hivyo kuhakikisha nguvu zinazohitajika za chokaa. Kwa sababu ya uwezo wake wa kibiashara na rafiki wa mazingira, mchanganyiko kavu wa GSP umekuwa nyenzo ya ujenzi wa mambo ya ndani inayotumiwa sana kote Ulaya katika kipindi cha miaka 20 iliyopita.

Mashine ya kuchanganya na kunyunyizia GSP ya mchanganyiko kavu imefanikiwa kuuzwa kwa miongo kadhaa. Ingawa baadhi ya vipengele vya kiufundi vya vifaa kutoka kwa wazalishaji tofauti hutofautiana, mashine zote za kunyunyizia dawa zinazopatikana kibiashara huruhusu muda mdogo sana wa msukosuko wa maji kuchanganyika na chokaa cha mchanganyiko wa jasi iliyo na selulosi etha. Kwa ujumla, mchakato mzima wa kuchanganya huchukua sekunde chache tu. Baada ya kuchanganya, chokaa cha mvua hupigwa kupitia hose ya kujifungua na kunyunyiziwa kwenye ukuta wa substrate. Mchakato wote unakamilika ndani ya dakika. Walakini, kwa muda mfupi kama huo, ether za selulosi zinahitaji kufutwa kabisa ili kukuza mali zao kikamilifu katika programu. Kuongeza bidhaa za etha za selulosi iliyosagwa laini kwenye uundaji wa chokaa cha jasi huhakikisha kufutwa kabisa wakati wa mchakato huu wa kunyunyizia dawa.

Etha ya selulosi iliyosagwa laini hujenga uthabiti haraka inapogusana na maji wakati wa msukosuko kwenye kinyunyizio. Kupanda kwa kasi kwa mnato unaosababishwa na kufutwa kwa etha ya selulosi husababisha matatizo na wetting ya maji ya wakati mmoja ya chembe za nyenzo za saruji za jasi. Maji yanapoanza kuwa mazito, huwa maji kidogo na hayawezi kupenya kwenye vinyweleo vidogo kati ya chembe za jasi. Baada ya upatikanaji wa pores imefungwa, mchakato wa mvua wa chembe za nyenzo za saruji na maji huchelewa. Wakati wa kuchanganya katika dawa ya kunyunyizia dawa ulikuwa mfupi zaidi kuliko muda unaohitajika kwa mvua kikamilifu chembe za jasi, ambayo ilisababisha kuundwa kwa makundi ya poda kavu kwenye chokaa safi cha mvua. Mara tu makundi haya yanapoundwa, huzuia ufanisi wa wafanyakazi katika michakato inayofuata: kusawazisha chokaa na makundi ni shida sana na inachukua muda zaidi. Hata baada ya chokaa kuweka, makundi yaliyoundwa awali yanaweza kuonekana. Kwa mfano, kufunika clumps ndani wakati wa ujenzi itasababisha kuonekana kwa maeneo ya giza katika hatua ya baadaye, ambayo hatutaki kuona.

Ingawa etha za selulosi zimetumika kama nyongeza katika GSP kwa miaka mingi, athari zake katika uundaji wa uvimbe ambao haujatiwa maji haujasomwa sana hadi sasa. Makala haya yanawasilisha mkabala wa kimfumo ambao unaweza kutumika kuelewa chanzo kikuu cha mkusanyiko kutoka kwa mtazamo wa selulosi etha.

2. Sababu za kuundwa kwa clumps zisizo na maji katika GSP

2.1 Kulowesha kwa plasters zenye msingi wa plasta

Katika hatua za mwanzo za kuanzisha mpango wa utafiti, idadi ya sababu za msingi zinazowezekana za kuunda clumps katika CSP zilikusanywa. Ifuatayo, kwa njia ya uchambuzi wa kompyuta, tatizo linalenga ikiwa kuna ufumbuzi wa kiufundi wa vitendo. Kupitia kazi hizi, suluhu mojawapo la uundaji wa mikusanyiko katika GSP ilichunguzwa awali. Kutoka kwa masuala ya kiufundi na ya kibiashara, njia ya kiufundi ya kubadilisha wetting ya chembe za jasi kwa matibabu ya uso imetolewa. Kutoka kwa mtazamo wa kibiashara, wazo la kuchukua nafasi ya vifaa vilivyopo na vifaa vya kunyunyizia dawa na chumba maalum cha kuchanganya ambacho kinaweza kuhakikisha mchanganyiko wa kutosha wa maji na chokaa hutolewa.

Chaguo jingine ni kutumia mawakala wa kulowesha kama viungio katika uundaji wa plasta ya jasi na tulipata hataza ya hili tayari. Walakini, nyongeza ya nyongeza hii inaathiri vibaya utendaji wa plasta. Muhimu zaidi, inabadilisha mali ya kimwili ya chokaa, hasa ugumu na nguvu. Kwa hivyo hatukuzama sana ndani yake. Kwa kuongeza, nyongeza ya mawakala wa mvua pia inachukuliwa kuwa inawezekana kuwa na athari mbaya kwa mazingira.

Kwa kuzingatia kwamba ether ya selulosi tayari ni sehemu ya uundaji wa plasta ya jasi, kuboresha ether ya selulosi yenyewe inakuwa suluhisho bora zaidi ambalo linaweza kuchaguliwa. Wakati huo huo, haipaswi kuathiri mali ya uhifadhi wa maji au kuathiri vibaya mali ya rheological ya plasta inayotumiwa. Kulingana na dhana iliyopendekezwa hapo awali kwamba uzalishaji wa poda zisizo na unyevu katika GSP ni kutokana na ongezeko la haraka sana la mnato wa etha za selulosi baada ya kuwasiliana na maji wakati wa kuchochea, kudhibiti sifa za kufutwa kwa etha za selulosi ikawa lengo kuu la utafiti wetu. .

2.2 Wakati wa kufutwa kwa etha ya selulosi

Njia rahisi ya kupunguza kasi ya kufutwa kwa etha za selulosi ni kutumia bidhaa za daraja la punjepunje. Hasara kuu ya kutumia mbinu hii katika GSP ni kwamba chembe ambazo ni coarse haziyeyuki kabisa ndani ya dirisha fupi la msukosuko wa sekunde 10 kwenye kinyunyizio, ambacho husababisha upotezaji wa uhifadhi wa maji. Kwa kuongeza, uvimbe wa etha ya selulosi isiyoweza kufutwa katika hatua ya baadaye itasababisha kuimarisha baada ya kupiga plasta na kuathiri utendaji wa ujenzi, ambayo hatutaki kuona.

Chaguo jingine la kupunguza kiwango cha kuyeyuka kwa etha za selulosi ni kuunganisha tena uso wa etha za selulosi na glyoxal. Hata hivyo, kwa kuwa mmenyuko wa kuunganisha hudhibitiwa na pH, kiwango cha kufutwa kwa etha za selulosi hutegemea sana pH ya mmumunyo wa maji unaozunguka. Thamani ya pH ya mfumo wa GSP iliyochanganywa na chokaa iliyopigwa ni ya juu sana, na vifungo vya kuunganisha msalaba vya glyoxal juu ya uso vinafunguliwa haraka baada ya kuwasiliana na maji, na viscosity huanza kuongezeka mara moja. Kwa hiyo, matibabu hayo ya kemikali hayawezi kuwa na jukumu katika kudhibiti kiwango cha kufutwa katika GSP.

Wakati wa kufutwa kwa etha za selulosi pia inategemea mofolojia ya chembe zao. Walakini, ukweli huu haujazingatiwa sana hadi sasa, ingawa athari ni kubwa sana. Zina kiwango cha kufutwa cha mstari [kg/(m2•s)], kwa hivyo kufutwa kwao na mkusanyiko wa mnato ni sawia na uso unaopatikana. Kiwango hiki kinaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa na mabadiliko katika morpholojia ya chembe za selulosi. Katika mahesabu yetu inachukuliwa kuwa viscosity kamili (100%) inafikiwa baada ya sekunde 5 za kuchanganya kuchanganya.

Mahesabu ya mofolojia ya chembe tofauti yalionyesha kuwa chembe za spherical zilikuwa na mnato wa 35% ya mnato wa mwisho kwa nusu ya wakati wa kuchanganya. Katika kipindi hicho hicho, chembe za etha za selulosi zenye umbo la fimbo zinaweza kufikia 10% tu. Chembe zenye umbo la diski zilianza kuyeyuka tu baada yaSekunde 2.5.

Pia ni pamoja na sifa bora za umumunyifu kwa etha za selulosi katika GSP. Kuchelewesha ujenzi wa mnato wa awali kwa zaidi ya sekunde 4.5. Baada ya hapo, mnato uliongezeka kwa kasi hadi kufikia mnato wa mwisho ndani ya sekunde 5 za kuchochea wakati wa kuchanganya. Katika GSP, muda wa kuchelewa kwa muda mrefu wa kufuta inaruhusu mfumo kuwa na viscosity ya chini, na maji yaliyoongezwa yanaweza mvua kikamilifu chembe za jasi na kuingia kwenye pores kati ya chembe bila usumbufu.

3. Mofolojia ya chembe ya etha ya selulosi

3.1 Upimaji wa mofolojia ya chembe

Kwa kuwa sura ya chembe za etha ya selulosi ina athari kubwa juu ya umumunyifu, ni muhimu kwanza kuamua vigezo vinavyoelezea umbo la chembe za etha za selulosi, na kisha kutambua tofauti kati ya zisizo za wetting. .

Tulipata mofolojia ya chembe ya etha ya selulosi kwa mbinu ya uchambuzi wa picha. Mofolojia ya chembe ya etha za selulosi inaweza kubainishwa kikamilifu kwa kutumia kichanganuzi cha picha dijitali cha SYMPATEC (kilichotengenezwa Ujerumani) na zana mahususi za uchanganuzi wa programu. Vigezo muhimu zaidi vya umbo la chembe vilipatikana kuwa urefu wa wastani wa nyuzi zilizoonyeshwa kama LEFI(50,3) na kipenyo cha wastani kilichoonyeshwa kama DIFI(50,3). Data ya urefu wa wastani wa nyuzinyuzi inachukuliwa kuwa urefu kamili wa chembe fulani ya etha ya selulosi iliyoenea.

Kawaida data ya usambazaji wa ukubwa wa chembe kama vile kipenyo cha wastani cha nyuzinyuzi DIFI inaweza kukokotolewa kulingana na idadi ya chembe (inayoashiria 0), urefu (inayoashiria 1), eneo (inayoashiria 2) au ujazo (inayoonyeshwa na 3). Vipimo vyote vya data ya chembe kwenye karatasi hii vinatokana na sauti na kwa hivyo huonyeshwa kwa kiambishi 3. Kwa mfano, katika DIFI(50,3), 3 ina maana ya usambazaji wa sauti, na 50 ina maana kwamba 50% ya curve ya usambazaji wa ukubwa wa chembe ni ndogo kuliko thamani iliyoonyeshwa, na 50% nyingine ni kubwa kuliko thamani iliyoonyeshwa. Data ya umbo la chembe ya etha ya selulosi hutolewa katika maikromita (µm).

3.2 Etha ya selulosi baada ya uboreshaji wa mofolojia ya chembe

Kwa kuzingatia athari ya uso wa chembe, wakati wa kufutwa kwa chembe ya etha ya selulosi yenye umbo la fimbo-kama chembe inategemea sana kipenyo cha nyuzinyuzi DIFI (50,3). Kulingana na dhana hii, kazi ya ukuzaji wa etha za selulosi ililenga kupata bidhaa zilizo na kipenyo kikubwa cha wastani cha nyuzi DIFI (50,3) ili kuboresha umumunyifu wa poda.

Hata hivyo, ongezeko la urefu wa wastani wa nyuzi DIFI(50,3) haitarajiwi kuambatana na ongezeko la ukubwa wa wastani wa chembe. Kuongeza vigezo vyote viwili kwa pamoja kutasababisha chembe ambazo ni kubwa sana kuyeyuka kabisa ndani ya muda wa kawaida wa msukosuko wa sekunde 10 wa kunyunyiza kwa mitambo.

Kwa hiyo, hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) bora inapaswa kuwa na kipenyo kikubwa cha wastani cha nyuzi DIFI(50,3) huku ikidumisha urefu wa wastani wa nyuzi LEFI(50,3). Tunatumia mchakato mpya wa utengenezaji wa etha ya selulosi kutengeneza HEMC iliyoboreshwa. Umbo la chembe la etha ya selulosi mumunyifu katika maji inayopatikana kupitia mchakato huu wa uzalishaji ni tofauti kabisa na umbo la chembe ya selulosi inayotumiwa kama malighafi ya uzalishaji. Kwa maneno mengine, mchakato wa uzalishaji huruhusu muundo wa umbo la chembe ya etha ya selulosi kuwa huru kutokana na malighafi ya uzalishaji wake.

Picha tatu za hadubini ya elektroni zinazochanganua: moja ya etha ya selulosi inayozalishwa na mchakato wa kawaida, na moja ya etha ya selulosi inayozalishwa na mchakato mpya wenye kipenyo kikubwa cha DIFI(50,3) kuliko bidhaa za kawaida za mchakato. Pia inavyoonyeshwa ni mofolojia ya selulosi iliyosagwa laini inayotumika katika utengenezaji wa bidhaa hizi mbili.

Kulinganisha maikrografu za elektroni za selulosi na etha ya selulosi zinazozalishwa na mchakato wa kawaida, ni rahisi kupata kwamba hizo mbili zina sifa sawa za kimofolojia. Idadi kubwa ya chembe katika picha zote mbili huonyesha miundo mirefu na nyembamba, ikipendekeza kuwa vipengele vya kimsingi vya kimofolojia hazijabadilika hata baada ya mmenyuko wa kemikali kutokea. Ni wazi kwamba sifa za mofolojia ya chembe za bidhaa za mmenyuko zinahusiana sana na malighafi.

Ilibainika kuwa sifa za kimofolojia za etha ya selulosi zinazozalishwa na mchakato mpya ni tofauti sana, ina kipenyo kikubwa cha DIFI (50,3), na hasa inatoa maumbo ya pande zote fupi na nene ya chembe, wakati chembe nyembamba na ndefu za kawaida. katika malighafi ya selulosi Karibu kutoweka.

Takwimu hii inaonyesha tena kwamba mofolojia ya chembe ya etha za selulosi zinazozalishwa na mchakato mpya haihusiani tena na morphology ya malighafi ya selulosi - kiungo kati ya mofolojia ya malighafi na bidhaa ya mwisho haipo tena.

4. Athari ya mofolojia ya chembe ya HEMC kwenye uundaji wa makundi ambayo hayajatiwa maji katika GSP

GSP ilijaribiwa chini ya hali ya utumizi wa shambani ili kuthibitisha kwamba dhahania yetu kuhusu utaratibu wa kufanya kazi (kwamba kutumia bidhaa ya etha selulosi yenye kipenyo kikubwa cha DIFI (50,3) kungepunguza mkusanyiko usiohitajika) ilikuwa sahihi. HEMC zenye wastani wa kipenyo DIFI(50,3) kuanzia 37 µm hadi 52 µm zilitumika katika majaribio haya. Ili kupunguza ushawishi wa mambo mengine isipokuwa mofolojia ya chembe, msingi wa plaster ya jasi na viongeza vingine vyote vilihifadhiwa bila kubadilika. Mnato wa etha ya selulosi uliwekwa mara kwa mara wakati wa jaribio (60,000mPa.s, 2% ya mmumunyo wa maji, uliopimwa na rheometer ya HAAKE).

Kinyunyuziaji cha jasi kinachopatikana kibiashara (PFT G4) kilitumika kwa kunyunyuzia katika majaribio ya uwekaji dawa. Kuzingatia kutathmini uundaji wa makundi yasiyotiwa maji ya chokaa cha jasi mara baada ya kutumika kwenye ukuta. Tathmini ya kuunganisha katika hatua hii katika mchakato wa uwekaji mpako itaonyesha vyema tofauti katika utendakazi wa bidhaa. Katika jaribio hilo, wafanyikazi wenye uzoefu walikadiria hali ya kukwama, huku 1 akiwa bora na 6 akiwa mbaya zaidi.

Matokeo ya jaribio yanaonyesha kwa uwazi uwiano kati ya wastani wa kipenyo cha nyuzinyuzi DIFI (50,3) na alama ya utendakazi iliyoshikana. Sambamba na dhana yetu kwamba bidhaa za etha za selulosi zilizo na DIFI(50,3) kubwa zaidi zilifanya kazi vizuri kuliko bidhaa ndogo za DIFI(50,3), wastani wa alama za DIFI(50,3) kati ya 52 µm zilikuwa 2 (nzuri) , huku zile zilizo na DIFI( 50,3) ya 37µm na 40µm ilipata 5 (kufeli).

Kama tulivyotarajia, tabia ya kukusanyika katika programu za GSP inategemea kwa kiasi kikubwa kipenyo cha wastani cha DIFI(50,3) cha etha ya selulosi inayotumika. Zaidi ya hayo, ilitajwa katika majadiliano ya awali kuwa kati ya vigezo vyote vya morphological DIFI (50,3) iliathiri sana wakati wa kufutwa kwa poda za etha za selulosi. Hii inathibitisha kwamba wakati wa kufutwa kwa etha ya selulosi, ambayo ina uhusiano mkubwa na mofolojia ya chembe, hatimaye huathiri uundaji wa makundi katika GSP. DIFI kubwa (50,3) husababisha muda mrefu wa kufutwa kwa poda, ambayo hupunguza kwa kiasi kikubwa nafasi ya mkusanyiko. Hata hivyo, muda mrefu sana wa kufutwa kwa poda itafanya kuwa vigumu kwa etha ya selulosi kufuta kabisa ndani ya muda wa kuchochea wa vifaa vya kunyunyizia dawa.

Bidhaa mpya ya HEMC yenye wasifu ulioboreshwa wa kuyeyuka kutokana na kipenyo kikubwa cha wastani cha nyuzinyuzi DIFI(50,3) sio tu kwamba ina uloweshaji bora wa unga wa jasi (kama inavyoonekana katika tathmini ya mkusanyiko), lakini pia haiathiri utendaji wa uhifadhi wa maji. bidhaa. Uhifadhi wa maji uliopimwa kulingana na EN 459-2 haukuweza kutofautishwa na bidhaa za HEMC za mnato sawa na DIFI(50,3) kutoka 37µm hadi 52µm. Vipimo vyote baada ya dakika 5 na dakika 60 viko ndani ya safu inayohitajika iliyoonyeshwa kwenye grafu.

Hata hivyo, ilithibitishwa pia kwamba ikiwa DIFI(50,3) inakuwa kubwa sana, chembe za etha za selulosi hazitayeyuka tena kabisa. Hii ilipatikana wakati wa kujaribu bidhaa ya DIFI(50,3) ya 59 µM. Matokeo yake ya mtihani wa kuhifadhi maji baada ya dakika 5 na hasa baada ya dakika 60 kushindwa kufikia kiwango cha chini kinachohitajika.

5. Muhtasari

Etha za selulosi ni viungio muhimu katika uundaji wa GSP. Kazi ya utafiti na ukuzaji wa bidhaa hapa inaangazia uwiano kati ya mofolojia ya chembe ya etha za selulosi na uundaji wa mafundo yasiyonyoweshwa (kinachojulikana kama kugandisha) wakati kunyunyiziwa kimitambo. Inategemea dhana ya utaratibu wa kufanya kazi kwamba wakati wa kufutwa kwa poda ya ether ya selulosi huathiri unyevu wa poda ya jasi na maji na hivyo huathiri uundaji wa makundi.

Wakati wa kufutwa hutegemea mofolojia ya chembe ya etha ya selulosi na inaweza kupatikana kwa kutumia zana za uchambuzi wa picha za dijiti. Katika GSP, etha za selulosi zenye kipenyo kikubwa cha wastani cha DIFI (50,3) zimeboresha sifa za kuyeyusha poda, na hivyo kuruhusu muda zaidi wa maji kulowanisha chembe za jasi, hivyo basi kuwezesha upambanaji bora zaidi. Aina hii ya ether ya selulosi huzalishwa kwa kutumia mchakato mpya wa uzalishaji, na fomu yake ya chembe haitegemei fomu ya awali ya malighafi kwa ajili ya uzalishaji.

Wastani wa kipenyo cha nyuzinyuzi DIFI (50,3) ina athari muhimu sana kwenye kuunganisha, ambayo imethibitishwa kwa kuongeza bidhaa hii kwenye msingi wa jasi ulionyunyiziwa na mashine unaouzwa kwa ajili ya kunyunyizia kwenye tovuti. Zaidi ya hayo, majaribio haya ya dawa ya shambani yalithibitisha matokeo yetu ya maabara: bidhaa za etha za selulosi zinazofanya vizuri na DIFI kubwa (50,3) ziliyeyushwa kabisa ndani ya dirisha la muda la msukosuko wa GSP. Kwa hiyo, bidhaa ya etha ya selulosi yenye sifa bora zaidi za kupambana na keki baada ya kuboresha umbo la chembe bado hudumisha utendaji wa awali wa kuhifadhi maji.