Pag-unlad ng nobelang HEMC cellulose ether upang mabawasan ang pagsasama-sama sa mga plaster na na-spray ng makina na nakabatay sa gypsum

Pag-unlad ng nobelang HEMC cellulose ether upang mabawasan ang pagsasama-sama sa mga plaster na na-spray ng makina na nakabatay sa gypsum

Ang gypsum-based machine-sprayed plaster (GSP) ay malawakang ginagamit sa Kanlurang Europa mula noong 1970s. Ang paglitaw ng mekanikal na pag-spray ay epektibong nagpabuti sa kahusayan ng pagtatayo ng plastering habang binabawasan ang mga gastos sa pagtatayo. Sa pagpapalalim ng komersyalisasyon ng GSP, ang nalulusaw sa tubig na cellulose eter ay naging isang pangunahing additive. Ang cellulose eter ay nagbibigay sa GSP ng mahusay na pagganap ng pagpapanatili ng tubig, na naglilimita sa pagsipsip ng kahalumigmigan ng substrate sa plaster, sa gayon ay nakakakuha ng isang matatag na oras ng pagtatakda at mahusay na mga katangian ng mekanikal. Bilang karagdagan, ang tiyak na rheological curve ng cellulose ether ay maaaring mapabuti ang epekto ng pag-spray ng makina at makabuluhang pasimplehin ang mga kasunod na proseso ng pag-level at pagtatapos ng mortar.

Sa kabila ng mga halatang bentahe ng mga cellulose ether sa mga aplikasyon ng GSP, maaari rin itong mag-ambag sa pagbuo ng mga tuyong bukol kapag na-spray. Ang mga unwetted clump na ito ay kilala rin bilang clumping o caking, at maaari silang makaapekto nang masama sa leveling at finishing ng mortar. Maaaring bawasan ng pagsasama-sama ang kahusayan sa site at pataasin ang gastos ng mga application ng produkto ng gypsum na may mataas na pagganap. Upang mas maunawaan ang epekto ng mga cellulose ether sa pagbuo ng mga bukol sa GSP, nagsagawa kami ng pag-aaral upang subukang tukuyin ang mga nauugnay na parameter ng produkto na nakakaimpluwensya sa kanilang pagbuo. Batay sa mga resulta ng pag-aaral na ito, nakabuo kami ng isang serye ng mga produktong cellulose eter na may pinababang tendensya na magsama-sama at sinusuri ang mga ito sa mga praktikal na aplikasyon.

Susing salita: selulusa eter; dyipsum machine spray plaster; rate ng paglusaw; morpolohiya ng butil

1. Panimula

Matagumpay na nagamit ang water-soluble cellulose ethers sa gypsum-based machine-sprayed plasters (GSP) upang i-regulate ang pangangailangan ng tubig, pagbutihin ang pagpapanatili ng tubig at pagbutihin ang mga rheological na katangian ng mga mortar. Samakatuwid, nakakatulong ito upang mapabuti ang pagganap ng wet mortar, sa gayon ay tinitiyak ang kinakailangang lakas ng mortar. Dahil sa mga ari-arian na mabubuhay sa komersyo at environment friendly, ang dry mix na GSP ay naging malawakang ginagamit na interior building material sa buong Europe sa nakalipas na 20 taon.

Ang makinarya para sa paghahalo at pag-spray ng dry-blend GSP ay matagumpay na na-komersyal sa loob ng mga dekada. Bagama't iba-iba ang ilang teknikal na katangian ng mga kagamitan mula sa iba't ibang mga tagagawa, lahat ng magagamit na pangkomersyong spraying machine ay nagbibigay-daan sa napakalimitadong oras ng agitation para sa tubig na mahalo sa cellulose ether-containing gypsum dry-mix mortar. Sa pangkalahatan, ang buong proseso ng paghahalo ay tumatagal lamang ng ilang segundo. Pagkatapos ng paghahalo, ang basang mortar ay ibobomba sa pamamagitan ng hose ng paghahatid at i-spray sa dingding ng substrate. Ang buong proseso ay nakumpleto sa loob ng isang minuto. Gayunpaman, sa isang maikling panahon, ang mga cellulose eter ay kailangang ganap na matunaw upang ganap na mabuo ang kanilang mga katangian sa aplikasyon. Ang pagdaragdag ng pinong giniling na mga produkto ng cellulose ether sa mga formulation ng gypsum mortar ay nagsisiguro ng kumpletong pagkalusaw sa panahon ng proseso ng pag-spray na ito.

Ang pinong giniling na cellulose ether ay mabilis na nagkakaroon ng consistency kapag nadikit sa tubig sa panahon ng agitation sa sprayer. Ang mabilis na pagtaas ng lagkit na dulot ng pagkatunaw ng cellulose ether ay nagdudulot ng mga problema sa kasabay na pag-basa ng tubig ng mga particle ng dyipsum na cementitious na materyal. Habang nagsisimulang lumapot ang tubig, nagiging mas kaunting likido ito at hindi makapasok sa maliliit na butas sa pagitan ng mga particle ng dyipsum. Matapos ma-block ang pag-access sa mga pores, naantala ang proseso ng basa ng mga cementitious material particle ng tubig. Ang oras ng paghahalo sa sprayer ay mas maikli kaysa sa oras na kinakailangan upang ganap na mabasa ang mga particle ng dyipsum, na nagresulta sa pagbuo ng mga tuyong pulbos na kumpol sa sariwang basang mortar. Kapag nabuo ang mga kumpol na ito, hinahadlangan nila ang kahusayan ng mga manggagawa sa mga kasunod na proseso: ang pag-level ng mortar na may mga kumpol ay napakahirap at tumatagal ng mas maraming oras. Kahit na matapos na ang mortar, maaaring lumitaw ang mga unang nabuong kumpol. Halimbawa, ang pagtatakip sa mga kumpol sa loob sa panahon ng pagtatayo ay hahantong sa paglitaw ng mga madilim na lugar sa huling yugto, na hindi natin gustong makita.

Kahit na ang mga cellulose ether ay ginamit bilang mga additives sa GSP sa loob ng maraming taon, ang epekto nito sa pagbuo ng mga hindi nabasa na bukol ay hindi pa napag-aaralan hanggang ngayon. Ang artikulong ito ay nagpapakita ng isang sistematikong diskarte na maaaring magamit upang maunawaan ang ugat na sanhi ng pagsasama-sama mula sa pananaw ng cellulose ether.

2. Mga dahilan para sa pagbuo ng hindi basang mga kumpol sa GSP

2.1 Pagbasa ng mga plaster-based na plaster

Sa mga unang yugto ng pagtatatag ng programa sa pagsasaliksik, maraming posibleng ugat na sanhi ng pagbuo ng mga kumpol sa CSP ay binuo. Susunod, sa pamamagitan ng computer-aided analysis, ang problema ay nakatuon sa kung mayroong praktikal na teknikal na solusyon. Sa pamamagitan ng mga gawaing ito, ang pinakamainam na solusyon sa pagbuo ng mga agglomerates sa GSP ay paunang na-screen out. Mula sa parehong teknikal at komersyal na pagsasaalang-alang, ang teknikal na ruta ng pagbabago ng basa ng mga particle ng dyipsum sa pamamagitan ng paggamot sa ibabaw ay pinasiyahan. Mula sa isang komersyal na punto ng view, ang ideya ng pagpapalit ng umiiral na kagamitan sa isang spraying equipment na may espesyal na idinisenyong mixing chamber na maaaring matiyak ang sapat na paghahalo ng tubig at mortar ay pinasiyahan.

Ang isa pang pagpipilian ay ang paggamit ng mga wetting agent bilang mga additives sa dyipsum plaster formulations at nakahanap na kami ng patent para dito. Gayunpaman, ang pagdaragdag ng additive na ito ay hindi maiiwasang negatibong nakakaapekto sa kakayahang magamit ng plaster. Higit sa lahat, binabago nito ang mga pisikal na katangian ng mortar, lalo na ang katigasan at lakas. Kaya't hindi namin ito pinalalim nang malalim. Bilang karagdagan, ang pagdaragdag ng mga wetting agent ay itinuturing din na posibleng magkaroon ng masamang epekto sa kapaligiran.

Isinasaalang-alang na ang cellulose ether ay bahagi na ng gypsum-based na plaster formulation, ang pag-optimize ng cellulose ether mismo ay nagiging pinakamahusay na solusyon na maaaring mapili. Kasabay nito, hindi ito dapat makaapekto sa mga katangian ng pagpapanatili ng tubig o masamang epekto sa mga rheological na katangian ng plaster na ginagamit. Batay sa naunang iminungkahing hypothesis na ang henerasyon ng mga di-basa na pulbos sa GSP ay dahil sa sobrang mabilis na pagtaas ng lagkit ng mga cellulose ether pagkatapos makipag-ugnay sa tubig sa panahon ng pagpapakilos, ang pagkontrol sa mga katangian ng pagkalusaw ng mga cellulose eter ay naging pangunahing layunin ng aming pag-aaral. .

2.2 Oras ng pagtunaw ng cellulose eter

Ang isang madaling paraan upang pabagalin ang rate ng dissolution ng mga cellulose ether ay ang paggamit ng mga butil-butil na produkto. Ang pangunahing kawalan ng paggamit ng diskarteng ito sa GSP ay ang mga particle na masyadong magaspang ay hindi ganap na natutunaw sa loob ng maikling 10-segundong agitation window sa sprayer, na humahantong sa pagkawala ng pagpapanatili ng tubig. Bilang karagdagan, ang pamamaga ng undissolved cellulose ether sa huling yugto ay hahantong sa pampalapot pagkatapos ng plastering at makakaapekto sa pagganap ng konstruksiyon, na kung ano ang ayaw nating makita.

Ang isa pang pagpipilian upang bawasan ang rate ng pagkalusaw ng mga cellulose ether ay ang pabaligtad na pag-crosslink sa ibabaw ng mga cellulose ether na may glyoxal. Gayunpaman, dahil ang crosslinking reaction ay pH-controlled, ang dissolution rate ng cellulose ethers ay lubos na nakadepende sa pH ng nakapalibot na aqueous solution. Ang halaga ng pH ng sistema ng GSP na may halong slaked lime ay napakataas, at ang mga cross-linking bond ng glyoxal sa ibabaw ay mabilis na nabubuksan pagkatapos makipag-ugnay sa tubig, at ang lagkit ay nagsisimulang tumaas kaagad. Samakatuwid, ang mga naturang kemikal na paggamot ay hindi maaaring gumanap ng isang papel sa pagkontrol sa rate ng pagkalusaw sa GSP.

Ang oras ng paglusaw ng mga cellulose eter ay nakasalalay din sa kanilang particle morphology. Gayunpaman, ang katotohanang ito ay hindi nakatanggap ng maraming pansin sa ngayon, kahit na ang epekto ay napaka makabuluhan. Mayroon silang pare-parehong linear dissolution rate [kg/(m2•s)], kaya ang kanilang pagkalusaw at pag-build-up ng lagkit ay proporsyonal sa magagamit na ibabaw. Ang rate na ito ay maaaring mag-iba nang malaki sa mga pagbabago sa morpolohiya ng mga partikulo ng selulusa. Sa aming mga kalkulasyon, ipinapalagay na ang buong lagkit (100%) ay naabot pagkatapos ng 5 segundo ng paghahalo.

Ang mga kalkulasyon ng iba't ibang morphologies ng particle ay nagpakita na ang mga spherical na particle ay may lagkit na 35% ng huling lagkit sa kalahati ng oras ng paghahalo. Sa parehong yugto ng panahon, ang mga particle ng cellulose eter na hugis baras ay maaari lamang umabot ng 10%. Ang mga particle na hugis disc ay nagsimulang matunaw pagkatapos2.5 segundo.

Kasama rin ang mga perpektong katangian ng solubility para sa mga cellulose ether sa GSP. I-antala ang paunang pagbubuo ng lagkit nang higit sa 4.5 segundo. Pagkatapos noon, mabilis na tumaas ang lagkit upang maabot ang huling lagkit sa loob ng 5 segundo ng oras ng paghahalo. Sa GSP, ang napakatagal na naantalang oras ng dissolution ay nagbibigay-daan sa system na magkaroon ng mababang lagkit, at ang idinagdag na tubig ay maaaring ganap na mabasa ang mga particle ng dyipsum at makapasok sa mga pores sa pagitan ng mga particle nang walang kaguluhan.

3. Particle morphology ng cellulose ether

3.1 Pagsukat ng morpolohiya ng butil

Dahil ang hugis ng mga particle ng cellulose eter ay may malaking epekto sa solubility, kailangan munang matukoy ang mga parameter na naglalarawan sa hugis ng mga particle ng cellulose eter, at pagkatapos ay kilalanin ang mga pagkakaiba sa pagitan ng hindi basa Ang pagbuo ng mga agglomerates ay isang partikular na nauugnay na parameter. .

Nakuha namin ang particle morphology ng cellulose ether sa pamamagitan ng dynamic na diskarte sa pagsusuri ng imahe. Ang particle morphology ng cellulose ethers ay maaaring ganap na mailalarawan gamit ang isang SYMPATEC digital image analyzer (ginawa sa Germany) at mga partikular na tool sa pagsusuri ng software. Ang pinakamahalagang mga parameter ng hugis ng butil ay natagpuan na ang average na haba ng mga hibla na ipinahayag bilang LEFI (50,3) at ang average na diameter na ipinahayag bilang DIFI (50,3). Ang data ng average na haba ng hibla ay itinuturing na buong haba ng isang partikular na pagkalat ng cellulose ether particle.

Karaniwan ang data ng pamamahagi ng laki ng butil gaya ng average na diameter ng fiber DIFI ay maaaring kalkulahin batay sa bilang ng mga particle (na tinutukoy ng 0), haba (na tinutukoy ng 1), lugar (na tinutukoy ng 2) o dami (na tinutukoy ng 3). Ang lahat ng mga sukat ng data ng particle sa papel na ito ay batay sa dami at samakatuwid ay ipinahiwatig ng isang 3 suffix. Halimbawa, sa DIFI(50,3), ang ibig sabihin ng 3 ay ang volume distribution, at ang 50 ay nangangahulugan na ang 50% ng particle size distribution curve ay mas maliit kaysa sa ipinahiwatig na halaga, at ang iba pang 50% ay mas malaki kaysa sa ipinahiwatig na halaga. Ang data ng hugis ng cellulose eter particle ay ibinibigay sa micrometers (µm).

3.2 Cellulose eter pagkatapos ng optimization ng particle morphology

Isinasaalang-alang ang epekto ng ibabaw ng butil, ang oras ng paglusaw ng butil ng mga partikulo ng selulusa eter na may hugis ng butil na tulad ng baras ay lubos na nakasalalay sa average na diameter ng fiber DIFI (50,3). Batay sa pagpapalagay na ito, ang gawaing pagpapaunlad sa mga cellulose ether ay naglalayong makakuha ng mga produkto na may mas malaking average na diameter ng fiber DIFI (50,3) upang mapabuti ang solubility ng powder.

Gayunpaman, ang pagtaas sa average na haba ng fiber DIFI(50,3) ay hindi inaasahang sasamahan ng pagtaas sa average na laki ng particle. Ang pagtaas ng parehong mga parameter nang magkasama ay magreresulta sa mga particle na masyadong malaki upang ganap na matunaw sa loob ng tipikal na 10 segundong oras ng agitation ng mekanikal na pag-spray.

Samakatuwid, ang isang perpektong hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) ay dapat magkaroon ng isang mas malaking average na diameter ng fiber DIFI(50,3) habang pinapanatili ang average na haba ng fiber LEFI(50,3). Gumagamit kami ng bagong proseso ng paggawa ng cellulose ether para makagawa ng pinahusay na HEMC. Ang hugis ng butil ng nalulusaw sa tubig na cellulose eter na nakuha sa proseso ng produksyon na ito ay ganap na naiiba sa hugis ng butil ng selulusa na ginamit bilang hilaw na materyal para sa produksyon. Sa madaling salita, pinahihintulutan ng proseso ng produksyon ang disenyo ng hugis ng butil ng cellulose ether na maging independiyente sa mga hilaw na materyales ng produksyon nito.

Tatlong pag-scan ng mga imahe ng mikroskopyo ng elektron: isa sa cellulose eter na ginawa ng karaniwang proseso, at isa sa cellulose eter na ginawa ng bagong proseso na may mas malaking diameter ng DIFI(50,3) kaysa sa mga produktong pang-proseso na tool. Ipinapakita rin ang morpolohiya ng pinong giniling na selulusa na ginagamit sa paggawa ng dalawang produktong ito.

Ang paghahambing ng mga electron micrographs ng selulusa at selulusa eter na ginawa ng karaniwang proseso, madaling mahanap na ang dalawa ay may magkatulad na mga katangiang morphological. Ang malaking bilang ng mga particle sa parehong mga imahe ay nagpapakita ng karaniwang mahaba, manipis na mga istraktura, na nagmumungkahi na ang mga pangunahing tampok na morphological ay hindi nagbago kahit na matapos ang kemikal na reaksyon ay naganap. Malinaw na ang mga katangian ng particle morphology ng mga produkto ng reaksyon ay lubos na nauugnay sa mga hilaw na materyales.

Napag-alaman na ang mga morphological na katangian ng cellulose eter na ginawa ng bagong proseso ay makabuluhang naiiba, mayroon itong mas malaking average na diameter na DIFI (50,3), at higit sa lahat ay nagpapakita ng mga bilog na maikli at makapal na mga hugis ng butil, habang ang tipikal na manipis at mahabang mga particle sa selulusa hilaw na materyales Halos maubos.

Ang figure na ito ay muling nagpapakita na ang particle morphology ng cellulose ethers na ginawa ng bagong proseso ay hindi na nauugnay sa morpolohiya ng cellulose raw material - ang link sa pagitan ng morpolohiya ng hilaw na materyal at ang huling produkto ay wala na.

4. Epekto ng HEMC particle morphology sa pagbuo ng unwetted clumps sa GSP

Ang GSP ay nasubok sa ilalim ng mga kondisyon ng aplikasyon sa larangan upang mapatunayan na ang aming hypothesis tungkol sa mekanismo ng pagtatrabaho (na ang paggamit ng isang produkto ng cellulose ether na may mas malaking mean diameter na DIFI (50,3) ay magbabawas ng hindi gustong pagsasama-sama) ay tama. Ang mga HEMC na may mean diameter na DIFI(50,3) mula 37 µm hanggang 52 µm ay ginamit sa mga eksperimentong ito. Upang mabawasan ang impluwensya ng mga kadahilanan maliban sa morpolohiya ng butil, ang base ng plaster ng dyipsum at lahat ng iba pang mga additives ay pinananatiling hindi nagbabago. Ang lagkit ng cellulose eter ay pinananatiling pare-pareho sa panahon ng pagsubok (60,000mPa.s, 2% aqueous solution, sinusukat gamit ang HAAKE rheometer).

Ang isang komersyal na magagamit na gypsum sprayer (PFT G4) ay ginamit para sa pag-spray sa mga pagsubok sa aplikasyon. Tumutok sa pagsusuri sa pagbuo ng hindi nabasa na mga kumpol ng gypsum mortar kaagad pagkatapos na mailapat ito sa dingding. Ang pagtatasa ng clumping sa yugtong ito sa buong proseso ng paglalagay ng plaster ay pinakamahusay na magpapakita ng mga pagkakaiba sa pagganap ng produkto. Sa pagsusulit, na-rate ng mga may karanasang manggagawa ang clumping na sitwasyon, kung saan 1 ang pinakamahusay at 6 ang pinakamasama.

Ang mga resulta ng pagsubok ay malinaw na nagpapakita ng ugnayan sa pagitan ng average na diameter ng fiber DIFI (50,3) at ang clumping performance score. Alinsunod sa aming hypothesis na ang mga produktong cellulose ether na may mas malaking DIFI(50,3) ay nalampasan ang mas maliliit na produkto ng DIFI(50,3), ang average na marka para sa DIFI(50,3) na 52 µm ay 2 (mabuti) , habang ang mga may DIFI( 50,3) ng 37µm at 40µm ay nakakuha ng 5 (kabiguan).

Tulad ng inaasahan namin, ang pag-uugali ng clumping sa mga aplikasyon ng GSP ay nakasalalay nang malaki sa average na diameter na DIFI (50,3) ng cellulose eter na ginamit. Bukod dito, nabanggit sa nakaraang talakayan na sa lahat ng mga morphological parameter na DIFI(50,3) ay malakas na naapektuhan ang oras ng paglusaw ng cellulose ether powders. Kinukumpirma nito na ang oras ng paglusaw ng cellulose eter, na lubos na nakakaugnay sa morpolohiya ng particle, sa huli ay nakakaapekto sa pagbuo ng mga kumpol sa GSP. Ang isang mas malaking DIFI (50,3) ay nagiging sanhi ng mas mahabang oras ng paglusaw ng pulbos, na makabuluhang binabawasan ang pagkakataon ng pagsasama-sama. Gayunpaman, ang masyadong mahabang oras ng paglusaw ng pulbos ay magiging mahirap para sa cellulose ether na ganap na matunaw sa loob ng oras ng pagpapakilos ng kagamitan sa pag-spray.

Ang bagong produkto ng HEMC na may optimized na profile ng dissolution dahil sa mas malaking average na diameter ng fiber DIFI(50,3) ay hindi lamang mas mahusay na basa ng dyipsum powder (tulad ng nakikita sa clumping evaluation), ngunit hindi rin nakakaapekto sa pagganap ng pagpapanatili ng tubig ng ang produkto. Ang pagpapanatili ng tubig na sinusukat ayon sa EN 459-2 ay hindi nakikilala sa mga produkto ng HEMC na may parehong lagkit na may DIFI(50,3) mula 37µm hanggang 52µm. Ang lahat ng mga sukat pagkatapos ng 5 minuto at 60 minuto ay nasa loob ng kinakailangang hanay na ipinapakita sa graph.

Gayunpaman, nakumpirma rin na kung ang DIFI(50,3) ay nagiging masyadong malaki, ang mga particle ng cellulose eter ay hindi na ganap na matutunaw. Natagpuan ito noong sinusubukan ang isang DIFI(50,3) ng 59 µM na produkto. Ang mga resulta ng water retention test nito pagkatapos ng 5 minuto at lalo na pagkatapos ng 60 minuto ay nabigo na matugunan ang kinakailangang minimum.

5. Buod

Ang mga cellulose ether ay mahalagang mga additives sa mga formulation ng GSP. Ang gawaing pananaliksik at pagbuo ng produkto dito ay tumitingin sa ugnayan sa pagitan ng particle morphology ng cellulose ethers at ang pagbuo ng hindi nabasa na mga kumpol (tinatawag na clumping) kapag na-spray nang mekanikal. Ito ay batay sa pagpapalagay ng mekanismo ng pagtatrabaho na ang oras ng paglusaw ng cellulose ether powder ay nakakaapekto sa basa ng dyipsum powder sa pamamagitan ng tubig at sa gayon ay nakakaapekto sa pagbuo ng mga kumpol.

Ang oras ng paglusaw ay depende sa particle morphology ng cellulose ether at maaaring makuha gamit ang mga digital na tool sa pagsusuri ng imahe. Sa GSP, ang mga cellulose ether na may malaking average na diameter ng DIFI (50,3) ay may na-optimize na mga katangian ng paglusaw ng pulbos, na nagbibigay-daan sa mas maraming oras para sa tubig na lubusang mabasa ang mga particle ng dyipsum, kaya pinapagana ang pinakamabuting kalagayan na anti-aglomerasyon. Ang ganitong uri ng cellulose eter ay ginawa gamit ang isang bagong proseso ng produksyon, at ang anyo ng particle nito ay hindi nakadepende sa orihinal na anyo ng hilaw na materyal para sa produksyon.

Ang average na diameter ng fiber DIFI (50,3) ay may napakahalagang epekto sa clumping, na na-verify sa pamamagitan ng pagdaragdag ng produktong ito sa isang komersyal na magagamit na machine-sprayed gypsum base para sa on-site na pag-spray. Higit pa rito, kinumpirma ng mga field spray test na ito ang aming mga resulta sa laboratoryo: ang pinakamahusay na gumaganap na mga produktong cellulose ether na may malaking DIFI (50,3) ay ganap na natutunaw sa loob ng time window ng GSP agitation. Samakatuwid, ang produkto ng cellulose eter na may pinakamahusay na mga katangian ng anti-caking pagkatapos ng pagpapabuti ng hugis ng butil ay nagpapanatili pa rin ng orihinal na pagganap ng pagpapanatili ng tubig.