Alçı bazlı makine püskürtmeli sıvalarda topaklanmayı azaltmak için yeni HEMC selüloz eterlerin geliştirilmesi

Alçı bazlı makine püskürtmeli sıvalarda topaklanmayı azaltmak için yeni HEMC selüloz eterlerin geliştirilmesi

Alçı bazlı makine püskürtmeli sıva (GSP), 1970'lerden bu yana Batı Avrupa'da yaygın olarak kullanılmaktadır. Mekanik püskürtmenin ortaya çıkışı, inşaat maliyetlerini azaltırken sıva yapımının verimliliğini de etkili bir şekilde artırdı. GSP'nin ticarileşmesinin derinleşmesiyle birlikte suda çözünür selüloz eter önemli bir katkı maddesi haline geldi. Selüloz eter, GSP'ye iyi bir su tutma performansı kazandırır, bu da alt tabakanın sıvadaki nem emilimini sınırlar, böylece stabil bir sertleşme süresi ve iyi mekanik özellikler elde edilir. Ek olarak, selüloz eterin spesifik reolojik eğrisi, makineyle püskürtmenin etkisini iyileştirebilir ve sonraki harç tesviye ve bitirme işlemlerini önemli ölçüde basitleştirebilir.

GSP uygulamalarında selüloz eterlerin bariz avantajlarına rağmen, püskürtüldüğünde kuru topakların oluşmasına da potansiyel olarak katkıda bulunabilir. Bu ıslanmayan topaklanmalar aynı zamanda topaklanma veya topaklanma olarak da bilinir ve harcın tesviye edilmesini ve bitirilmesini olumsuz yönde etkileyebilirler. Aglomerasyon saha verimliliğini azaltabilir ve yüksek performanslı alçı ürünü uygulamalarının maliyetini artırabilir. Selüloz eterlerin GSP'de topak oluşumu üzerindeki etkisini daha iyi anlamak amacıyla, bunların oluşumunu etkileyen ilgili ürün parametrelerini belirlemeye yönelik bir çalışma gerçekleştirdik. Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, topaklanma eğilimi azaltılmış bir dizi selüloz eter ürünü geliştirdik ve bunları pratik uygulamalarda değerlendirdik.

Anahtar kelimeler: selüloz eter; alçı makinesi sprey sıva; çözünme hızı; parçacık morfolojisi

1. giriiş

Suda çözünebilen selüloz eterler, su talebini düzenlemek, su tutma oranını artırmak ve harçların reolojik özelliklerini iyileştirmek için alçı bazlı makine püskürtmeli sıvalarda (GSP) başarıyla kullanılmıştır. Bu nedenle ıslak harcın performansını artırmaya yardımcı olur, böylece harcın gerekli mukavemetini sağlar. Ticari olarak uygulanabilir ve çevre dostu özellikleri nedeniyle kuru karışım GSP, son 20 yılda Avrupa çapında yaygın olarak kullanılan bir iç yapı malzemesi haline geldi.

Kuru karışım GSP'nin karıştırılması ve püskürtülmesine yönelik makineler onlarca yıldır başarıyla ticarileştirilmektedir. Farklı üreticilerin ekipmanlarının bazı teknik özellikleri farklılık gösterse de, piyasada bulunan tüm püskürtme makineleri, suyun selüloz eter içeren alçı kuru karışım harcıyla karışması için çok sınırlı bir çalkalama süresine izin verir. Genel olarak tüm karıştırma işlemi yalnızca birkaç saniye sürer. Karıştırma işleminden sonra ıslak harç dağıtım hortumundan pompalanır ve alt tabaka duvarına püskürtülür. Tüm süreç bir dakika içerisinde tamamlanır. Ancak bu kadar kısa bir sürede selüloz eterlerin uygulamada özelliklerini tam olarak geliştirebilmeleri için tamamen çözünmeleri gerekmektedir. Alçı harcı formülasyonlarına ince öğütülmüş selüloz eter ürünlerinin eklenmesi, bu püskürtme işlemi sırasında tam çözünmeyi sağlar.

İnce öğütülmüş selüloz eter, püskürtücüde çalkalama sırasında suyla temas ettiğinde hızlı bir şekilde kıvam kazanır. Selüloz eterin çözünmesinin neden olduğu hızlı viskozite artışı, alçı çimentolu malzeme parçacıklarının eş zamanlı olarak suyla ıslatılmasında sorunlara neden olur. Su kalınlaşmaya başladıkça daha az akışkan hale gelir ve alçı parçacıkları arasındaki küçük gözeneklere nüfuz edemez. Gözeneklere erişim engellendikten sonra çimentolu malzeme parçacıklarının su ile ıslatılması işlemi gecikir. Püskürtücüdeki karıştırma süresi, alçı parçacıklarını tamamen ıslatmak için gereken süreden daha kısaydı, bu da taze ıslak harçta kuru toz yığınlarının oluşmasına neden oldu. Bu topaklanmalar bir kez oluştuktan sonra işçilerin sonraki işlemlerdeki verimliliğini engeller: Harcı topaklarla tesviye etmek çok zahmetli ve daha fazla zaman alır. Harç sertleştikten sonra bile başlangıçta oluşan topaklanmalar ortaya çıkabilir. Örneğin inşaat sırasında içerideki topakların kapatılması daha sonraki aşamada görmek istemediğimiz karanlık alanların ortaya çıkmasına neden olacaktır.

Selüloz eterler uzun yıllardan beri GSP'de katkı maddesi olarak kullanılmasına rağmen, ıslanmamış topakların oluşumu üzerindeki etkileri bugüne kadar çok fazla araştırılmamıştır. Bu makale, topaklanmanın temel nedenini selüloz eter perspektifinden anlamak için kullanılabilecek sistematik bir yaklaşım sunmaktadır.

2. GSP'de ıslanmayan yığınların oluşma nedenleri

2.1 Alçı esaslı sıvaların ıslatılması

Araştırma programını oluşturmanın ilk aşamalarında, CSP'de kümelenmelerin oluşmasına yönelik bir takım olası temel nedenler bir araya getirildi. Daha sonra bilgisayar destekli analiz yoluyla problemin pratik bir teknik çözümü olup olmadığına odaklanılır. Bu çalışmalar sayesinde, GSP'de topaklanma oluşumuna yönelik en uygun çözüm ön olarak tarandı. Hem teknik hem de ticari açıdan, alçı parçacıklarının ıslanmasını yüzey işlemiyle değiştirmenin teknik yolu hariç tutulmuştur. Ticari açıdan bakıldığında, mevcut ekipmanın, su ve harcın yeterli oranda karışmasını sağlayabilecek özel olarak tasarlanmış bir karıştırma odasına sahip bir püskürtme ekipmanıyla değiştirilmesi fikri göz ardı edilmektedir.

Diğer bir seçenek ise alçı sıva formülasyonlarında katkı maddesi olarak ıslatıcı maddeler kullanmaktır ve bunun için zaten bir patent bulduk. Ancak bu katkı maddesinin eklenmesi kaçınılmaz olarak sıvanın işlenebilirliğini olumsuz yönde etkiler. Daha da önemlisi harcın fiziksel özelliklerini, özellikle de sertlik ve mukavemetini değiştirir. Bu yüzden konuyu çok derinlemesine incelemedik. Ayrıca ıslatıcı maddelerin eklenmesinin çevre üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olabileceği de düşünülmektedir.

Selüloz eterin halihazırda alçı bazlı alçı formülasyonunun bir parçası olduğu göz önüne alındığında, selüloz eterin kendisinin optimize edilmesi seçilebilecek en iyi çözüm haline gelir. Aynı zamanda kullanılan sıvanın su tutma özelliğini etkilememeli veya reolojik özelliklerini olumsuz etkilememelidir. GSP'de ıslanmayan tozların oluşmasının, karıştırma sırasında suyla temas ettikten sonra selüloz eterlerin viskozitesinin aşırı hızlı artışından kaynaklandığı yönünde daha önce önerilen hipoteze dayanarak, selüloz eterlerin çözünme özelliklerinin kontrol edilmesi, çalışmamızın ana amacı haline geldi. .

2.2 Selüloz eterin çözünme süresi

Selüloz eterlerin çözünme hızını yavaşlatmanın kolay bir yolu granüler kalitede ürünler kullanmaktır. GSP'de bu yaklaşımı kullanmanın ana dezavantajı, çok iri parçacıkların püskürtücüdeki 10 saniyelik kısa çalkalama penceresi içinde tamamen çözünmemesi ve bunun da su tutma kaybına yol açmasıdır. Ayrıca çözünmemiş selüloz eterin daha sonraki aşamada şişmesi sıva sonrası kalınlaşmaya neden olacak ve inşaat performansını etkileyecektir ki bunu görmek istemiyoruz.

Selüloz eterlerin çözünme hızını azaltmak için başka bir seçenek, selüloz eterlerin yüzeyini glioksal ile tersine çevrilebilir şekilde çapraz bağlamaktır. Ancak çapraz bağlanma reaksiyonu pH kontrollü olduğundan selüloz eterlerin çözünme hızı büyük ölçüde çevredeki sulu çözeltinin pH'ına bağlıdır. Sönmüş kireçle karıştırılan GSP sisteminin pH değeri çok yüksek olup, yüzeydeki glioksalin çapraz bağlayıcı bağları suyla temas ettikten sonra hızla açılır ve viskozitesi anında yükselmeye başlar. Bu nedenle bu tür kimyasal işlemler GSP'deki çözünme hızının kontrol edilmesinde rol oynayamaz.

Selüloz eterlerin çözünme süresi aynı zamanda parçacık morfolojisine de bağlıdır. Ancak etkisi çok önemli olmasına rağmen bu gerçek şu ana kadar pek ilgi görmedi. Sabit bir doğrusal çözünme hızına sahiptirler [kg/(m2)•s)], dolayısıyla bunların çözünmesi ve viskozite oluşumu mevcut yüzeyle orantılıdır. Bu oran, selüloz parçacıklarının morfolojisindeki değişikliklere göre önemli ölçüde değişebilir. Hesaplamalarımızda, 5 saniyelik karıştırma işleminin ardından tam viskoziteye (%100) ulaşıldığı varsayılmaktadır.

Farklı parçacık morfolojilerinin hesaplamaları, küresel parçacıkların, karıştırma süresinin yarısında nihai viskozitenin %35'i kadar bir viskoziteye sahip olduğunu gösterdi. Aynı zaman diliminde çubuk şeklindeki selüloz eter parçacıkları ancak %10'a ulaşabilmektedir. Disk şeklindeki parçacıklar daha sonra erimeye başladı2,5 saniye.

Ayrıca GSP'deki selüloz eterler için ideal çözünürlük özellikleri de dahildir. İlk viskozite oluşumunu 4,5 saniyeden fazla geciktirin. Daha sonra viskozite, karıştırma karıştırma süresinden sonraki 5 saniye içinde nihai viskoziteye ulaşacak şekilde hızla arttı. GSP'de bu kadar uzun gecikmeli çözünme süresi, sistemin düşük viskoziteye sahip olmasını sağlar ve eklenen su, alçı parçacıklarını tamamen ıslatabilir ve parçacıklar arasındaki gözeneklere herhangi bir rahatsızlık vermeden girebilir.

3. Selüloz eterin parçacık morfolojisi

3.1 Parçacık morfolojisinin ölçümü

Selüloz eter parçacıklarının şekli çözünürlük üzerinde bu kadar önemli bir etkiye sahip olduğundan, öncelikle selüloz eter parçacıklarının şeklini tanımlayan parametrelerin belirlenmesi ve daha sonra selüloz eter parçacıklarının ıslanmayan özellikleri arasındaki farkların belirlenmesi gereklidir. .

Selüloz eterin parçacık morfolojisini dinamik görüntü analizi tekniğiyle elde ettik. Selüloz eterlerin parçacık morfolojisi, bir SYMPATEC dijital görüntü analizörü (Almanya'da üretilmiştir) ve özel yazılım analiz araçları kullanılarak tamamen karakterize edilebilir. En önemli parçacık şekli parametrelerinin LEFI(50,3) olarak ifade edilen ortalama lif uzunluğu ve DIFI(50,3) olarak ifade edilen ortalama çap olduğu bulunmuştur. Lif ortalama uzunluğu verilerinin, belirli bir yayılmış selüloz eter parçacığının tam uzunluğu olduğu kabul edilir.

Genellikle ortalama lif çapı DIFI gibi parçacık boyutu dağılım verileri, parçacık sayısına (0 ile gösterilir), uzunluğa (1 ile gösterilir), alana (2 ile gösterilir) veya hacme (3 ile gösterilir) dayalı olarak hesaplanabilir. Bu makaledeki tüm parçacık veri ölçümleri hacme dayalıdır ve bu nedenle 3 son ekiyle belirtilmiştir. Örneğin DIFI(50,3)'de 3 hacim dağılımını, 50 ise parçacık boyutu dağılım eğrisinin %50'sinin belirtilen değerden küçük, diğer %50'sinin belirtilen değerden büyük olduğunu ifade eder. Selüloz eter partikül şekli verileri mikrometre (μm) cinsinden verilmiştir.

3.2 Parçacık morfolojisi optimizasyonundan sonra selüloz eter

Partikül yüzeyinin etkisi dikkate alındığında, çubuk benzeri partikül şekline sahip selüloz eter partiküllerinin partikül çözünme süresi, ortalama elyaf çapına (DIFI) büyük ölçüde bağlıdır (50,3). Bu varsayıma dayanarak, selüloz eterler üzerindeki geliştirme çalışması, tozun çözünürlüğünü iyileştirmek için daha büyük bir ortalama lif çapı DIFI'ye (50,3) sahip ürünler elde etmeyi amaçladı.

Ancak ortalama lif uzunluğundaki DIFI(50,3) artışına ortalama parçacık boyutunda bir artışın eşlik etmesi beklenmemektedir. Her iki parametrenin birlikte arttırılması, mekanik püskürtmenin tipik 10 saniyelik çalkalama süresi içinde tamamen çözünemeyecek kadar büyük parçacıklarla sonuçlanacaktır.

Bu nedenle ideal bir hidroksietilmetilselülozun (HEMC), ortalama lif uzunluğu LEFI(50,3) korunurken DIFI(50,3) daha büyük bir ortalama lif çapına sahip olması gerekir. Geliştirilmiş bir HEMC üretmek için yeni bir selüloz eter üretim süreci kullanıyoruz. Bu üretim prosesi ile elde edilen suda çözünür selüloz eterin partikül şekli, üretimde hammadde olarak kullanılan selülozun partikül şeklinden tamamen farklıdır. Başka bir deyişle üretim süreci, selüloz eterin parçacık şekli tasarımının, üretim hammaddelerinden bağımsız olmasını sağlar.

Üç taramalı elektron mikroskobu görüntüsü: standart işlemle üretilen selüloz eterden biri ve geleneksel işlem aracı ürünlerinden daha büyük DIFI(50,3) çapına sahip yeni işlemle üretilen selüloz eterden biri. Ayrıca bu iki ürünün üretiminde kullanılan ince öğütülmüş selülozun morfolojisi de gösterilmektedir.

Standart işlemle üretilen selüloz ve selüloz eterin elektron mikrografları karşılaştırıldığında ikisinin benzer morfolojik özelliklere sahip olduğunu bulmak kolaydır. Her iki görüntüdeki çok sayıda parçacık tipik olarak uzun, ince yapılar sergiliyor; bu da temel morfolojik özelliklerin kimyasal reaksiyon gerçekleştikten sonra bile değişmediğini gösteriyor. Reaksiyon ürünlerinin parçacık morfolojisi özelliklerinin ham maddelerle yüksek düzeyde ilişkili olduğu açıktır.

Yeni işlemle üretilen selüloz eterin morfolojik özelliklerinin önemli ölçüde farklı olduğu, daha büyük bir ortalama DIFI çapına (50,3) sahip olduğu ve esas olarak yuvarlak kısa ve kalın parçacık şekilleri sunduğu, buna karşın tipik ince ve uzun parçacıkların olduğu bulunmuştur. selüloz hammaddelerinde neredeyse nesli tükenmiştir.

Bu şekil, yeni işlemle üretilen selüloz eterlerin parçacık morfolojisinin artık selüloz ham maddesinin morfolojisi ile ilişkili olmadığını bir kez daha göstermektedir; ham maddenin morfolojisi ile nihai ürün arasındaki bağlantı artık mevcut değildir.

4. HEMC parçacık morfolojisinin GSP'de ıslanmamış yığınların oluşumu üzerindeki etkisi

GSP, çalışma mekanizması hakkındaki hipotezimizin (daha büyük ortalama çaplı DIFI'ye (50,3) sahip bir selüloz eter ürününün kullanılmasının istenmeyen topaklanmayı azaltacağı yönündeki hipotez) doğrulandığını doğrulamak için saha uygulama koşulları altında test edildi. Bu deneylerde ortalama çapları DIFI(50,3) 37 µm ile 52 µm arasında değişen HEMC'ler kullanıldı. Parçacık morfolojisi dışındaki faktörlerin etkisini en aza indirmek için alçı sıva bazı ve diğer tüm katkı maddeleri değiştirilmeden tutuldu. Selüloz eterin viskozitesi test sırasında sabit tutuldu (60.000 mPa.s, %2 sulu çözelti, bir HAAKE reometresi ile ölçüldü).

Uygulama denemelerinde püskürtme için piyasada satılan bir alçı püskürtme makinesi (PFT G4) kullanıldı. Duvara uygulandıktan hemen sonra ıslanmayan alçı harcı yığınlarının oluşumunun değerlendirilmesine odaklanın. Sıva uygulama süreci boyunca bu aşamada topaklanmanın değerlendirilmesi, ürün performansındaki farklılıkları en iyi şekilde ortaya çıkaracaktır. Testte deneyimli çalışanlar topaklanma durumunu 1 en iyi ve 6 en kötü olacak şekilde derecelendirdi.

Test sonuçları, ortalama elyaf çapı DIFI (50,3) ile topaklanma performansı puanı arasındaki ilişkiyi açıkça göstermektedir. Daha büyük DIFI(50,3) içeren selüloz eter ürünlerinin daha küçük DIFI(50,3) ürünlerden daha iyi performans gösterdiği yönündeki hipotezimizle tutarlı olarak, 52 µm'lik DIFI(50,3) için ortalama puan 2 (iyi) iken, DIFI( 37μm ve 40μm’den 50,3) 5 (başarısızlık) puanı aldı.

Beklediğimiz gibi, GSP uygulamalarındaki topaklanma davranışı, kullanılan selüloz eterin ortalama DIFI(50,3) çapına önemli ölçüde bağlıdır. Ayrıca önceki tartışmada tüm morfolojik parametreler arasında DIFI(50,3)'ün selüloz eter tozlarının çözünme süresini güçlü bir şekilde etkilediğinden bahsedilmişti. Bu, parçacık morfolojisi ile oldukça ilişkili olan selüloz eter çözünme süresinin sonuçta GSP'de kümelerin oluşumunu etkilediğini doğrulamaktadır. Daha büyük bir DIFI (50,3), tozun daha uzun çözünme süresine neden olur ve bu da topaklanma olasılığını önemli ölçüde azaltır. Bununla birlikte, çok uzun toz çözünme süresi, selüloz eterin püskürtme ekipmanının karıştırma süresi içinde tamamen çözünmesini zorlaştıracaktır.

Daha büyük ortalama elyaf çapı DIFI(50,3) nedeniyle optimize edilmiş bir çözünme profiline sahip yeni HEMC ürünü, yalnızca alçı tozunu daha iyi ıslatmakla kalmaz (topaklanma değerlendirmesinde görüldüğü gibi), aynı zamanda su tutma performansını da etkilemez. ürün. EN 459-2'ye göre ölçülen su tutma oranı, 37 µm'den 52 µm'ye kadar DIFI(50,3) ile aynı viskoziteye sahip HEMC ürünlerinden ayırt edilemezdi. 5 dakika ve 60 dakikadan sonraki tüm ölçümler, grafikte gösterilen gerekli aralığa girer.

Ancak DIFI(50,3) çok büyürse selüloz eter parçacıklarının artık tamamen çözünmeyeceği de doğrulandı. Bu, 59 µM ürünün DIFI(50,3)'ünü test ederken bulundu. 5 dakika ve özellikle 60 dakika sonraki su tutma testi sonuçları gerekli minimum değeri karşılayamadı.

5. Özet

Selüloz eterler GSP formülasyonlarında önemli katkı maddeleridir. Buradaki araştırma ve ürün geliştirme çalışması, selüloz eterlerin parçacık morfolojisi ile mekanik olarak püskürtüldüğünde ıslanmayan topakların (topaklanma olarak adlandırılan) oluşumu arasındaki korelasyona bakıyor. Çalışma mekanizması, selüloz eter tozunun çözünme süresinin, alçı tozunun su ile ıslanmasını ve dolayısıyla topak oluşumunu etkilediği varsayımına dayanmaktadır.

Çözünme süresi selüloz eterin parçacık morfolojisine bağlıdır ve dijital görüntü analiz araçları kullanılarak elde edilebilir. GSP'de, büyük bir ortalama DIFI çapına (50,3) sahip selüloz eterler, toz çözünme özelliklerini optimize ederek suyun alçı parçacıklarını tamamen ıslatması için daha fazla zaman tanır ve böylece optimum anti-aglomerasyon sağlar. Bu tip selüloz eter, yeni bir üretim prosesi kullanılarak üretilir ve partikül formu, üretim için kullanılan ham maddenin orijinal formuna bağlı değildir.

Ortalama elyaf çapı DIFI'nın (50,3) topaklanma üzerinde çok önemli bir etkisi vardır; bu, bu ürünün, yerinde püskürtme için ticari olarak temin edilebilen, makineyle püskürtülmüş bir alçı bazına eklenmesiyle doğrulanmıştır. Ayrıca, bu saha sprey testleri laboratuvar sonuçlarımızı doğruladı: büyük DIFI'ye (50,3) sahip en iyi performansa sahip selüloz eter ürünleri, GSP çalkalama zaman penceresi içerisinde tamamen çözünürdü. Bu nedenle, parçacık şeklini iyileştirdikten sonra en iyi topaklanma önleyici özelliklere sahip olan selüloz eter ürünü, orijinal su tutma performansını korur.