تطوير إثيرات السليلوز HEMC الجديدة لتقليل التكتل في اللصقات المرشوشة بالآلات القائمة على الجبس

تطوير إثيرات السليلوز HEMC الجديدة لتقليل التكتل في اللصقات المرشوشة بالآلات القائمة على الجبس

تم استخدام الجبس الذي يتم رشه آليًا (GSP) على نطاق واسع في أوروبا الغربية منذ السبعينيات.أدى ظهور الرش الميكانيكي إلى تحسين كفاءة أعمال التجصيص بشكل فعال مع تقليل تكاليف البناء.مع تعميق تسويق نظام الأفضليات المعمم ، أصبح إيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء مادة مضافة رئيسية.يمنح إيثر السليلوز GSP أداءً جيدًا للاحتفاظ بالماء ، مما يحد من امتصاص الركيزة للرطوبة في الجص ، وبالتالي الحصول على وقت ضبط ثابت وخصائص ميكانيكية جيدة.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمنحنى الانسيابي المحدد لإيثر السليلوز أن يحسن تأثير رش الآلة ويبسط بشكل كبير عمليات تسوية الملاط والتشطيب اللاحقة.

على الرغم من المزايا الواضحة لإيثرات السليلوز في تطبيقات نظام الأفضليات المعمم ، يمكن أن تساهم أيضًا في تكوين كتل جافة عند رشها.تُعرف هذه الكتل غير المرغوبة أيضًا باسم التكتل أو التكتل ، ويمكن أن تؤثر سلبًا على تسوية الهاون وإنهائه.يمكن أن يقلل التكتل من كفاءة الموقع ويزيد من تكلفة تطبيقات منتجات الجبس عالية الأداء.من أجل فهم تأثير إثيرات السليلوز بشكل أفضل على تكوين الكتل في نظام الأفضليات المعمم ، أجرينا دراسة لمحاولة تحديد معلمات المنتج ذات الصلة التي تؤثر على تكوينها.بناءً على نتائج هذه الدراسة ، قمنا بتطوير سلسلة من منتجات الأثير السليلوز مع ميل منخفض للتكتل وتقييمها في التطبيقات العملية.

الكلمات الدالة: الأثير السليلوزرذاذ الجص آلة الجبس.معدل الذوبان؛مورفولوجيا الجسيمات

1.مقدمة

تم استخدام إيثرات السليلوز القابلة للذوبان في الماء بنجاح في اللصقات التي يتم رشها بالآلة والتي تعتمد على الجبس (GSP) لتنظيم الطلب على المياه وتحسين احتباس الماء وتحسين الخصائص الانسيابية للملاط.لذلك ، فهو يساعد على تحسين أداء الملاط الرطب ، وبالتالي ضمان القوة المطلوبة للملاط.نظرًا لخصائصه القابلة للتطبيق تجاريًا والصديقة للبيئة ، فقد أصبح المزيج الجاف GSP من مواد البناء الداخلية المستخدمة على نطاق واسع في جميع أنحاء أوروبا على مدار العشرين عامًا الماضية.

تم تسويق آلات خلط ورش المزيج الجاف بنظام الأفضليات المعمم بنجاح على مدار عقود.على الرغم من اختلاف بعض الميزات التقنية للمعدات من جهات تصنيع مختلفة ، إلا أن جميع آلات الرش المتاحة تجاريًا تسمح بوقت تقليب محدود للغاية لخلط الماء مع ملاط ​​جاف يحتوي على الإيثر السليلوز.بشكل عام ، تستغرق عملية الخلط بأكملها بضع ثوانٍ فقط.بعد الخلط ، يتم ضخ الملاط الرطب من خلال خرطوم التوصيل ويتم رشه على جدار الركيزة.اكتملت العملية برمتها في غضون دقيقة.ومع ذلك ، في مثل هذه الفترة الزمنية القصيرة ، يجب إذابة إيثرات السليلوز تمامًا من أجل تطوير خصائصها بشكل كامل في التطبيق.إن إضافة منتجات إيثر السليلوز المطحون جيدًا إلى تركيبات ملاط ​​الجبس يضمن الذوبان الكامل أثناء عملية الرش هذه.

يبني أثير السليلوز المطحون ناعماً الاتساق بسرعة عند ملامسته للماء أثناء التحريك في البخاخ.يتسبب ارتفاع اللزوجة السريع الناجم عن انحلال الأثير السليلوز في حدوث مشاكل مع ترطيب الماء المتزامن لجزيئات المواد الأسمنتية الجبسية.عندما يبدأ الماء في التكاثف ، يصبح أقل سوائل ولا يمكن أن يخترق المسام الصغيرة بين جزيئات الجبس.بعد سد الوصول إلى المسام ، تتأخر عملية ترطيب جزيئات المواد الأسمنتية بالماء.كان وقت الخلط في البخاخ أقصر من الوقت المطلوب للتبليل الكامل لجزيئات الجبس ، مما أدى إلى تكوين كتل من المسحوق الجاف في الملاط الرطب الطازج.بمجرد تشكيل هذه الكتل ، فإنها تعيق كفاءة العمال في العمليات اللاحقة: تسوية الملاط بالكتل أمر مزعج للغاية ويستغرق وقتًا أطول.حتى بعد تثبيت الهاون ، قد تظهر الكتل المشكلة مبدئيًا.على سبيل المثال ، تغطية الكتل الداخلية أثناء البناء سيؤدي إلى ظهور مناطق مظلمة في مرحلة لاحقة ، والتي لا نريد رؤيتها.

على الرغم من استخدام إثيرات السليلوز كمواد مضافة في GSP لسنوات عديدة ، إلا أن تأثيرها على تكوين كتل غير مرغوبة لم تتم دراسته كثيرًا حتى الآن.تقدم هذه المقالة طريقة منهجية يمكن استخدامها لفهم السبب الجذري للتكتل من منظور الأثير السليلوز.

2. أسباب تكون كتل غير مرغوبة في GSP

2.1 ترطيب اللصقات الجصية

في المراحل الأولى من إنشاء برنامج البحث ، تم تجميع عدد من الأسباب الجذرية المحتملة لتشكيل الكتل في CSP.بعد ذلك ، من خلال التحليل بمساعدة الكمبيوتر ، تركز المشكلة على ما إذا كان هناك حل تقني عملي.من خلال هذه الأعمال ، تم فحص الحل الأمثل لتكوين التكتلات في نظام الأفضليات المعمم بشكل أولي.من كل من الاعتبارات التقنية والتجارية ، يتم استبعاد المسار التقني لتغيير ترطيب جزيئات الجبس عن طريق المعالجة السطحية.من وجهة نظر تجارية ، تم استبعاد فكرة استبدال المعدات الموجودة بمعدات الرش بغرفة خلط مصممة خصيصًا والتي يمكن أن تضمن خلطًا كافيًا للماء والملاط.

خيار آخر هو استخدام عوامل الترطيب كإضافات في تركيبات الجبس وقد وجدنا براءة اختراع لهذا بالفعل.ومع ذلك ، فإن إضافة هذه المادة المضافة تؤثر سلبًا حتمًا على قابلية عمل الجص.والأهم من ذلك ، أنه يغير الخصائص الفيزيائية للمونة ، خاصة الصلابة والقوة.لذلك لم نتعمق فيه كثيرًا.بالإضافة إلى ذلك ، فإن إضافة عوامل ترطيب قد يكون لها تأثير سلبي على البيئة.

بالنظر إلى أن إيثر السليلوز هو بالفعل جزء من تركيبة الجبس القائمة على الجبس ، فإن تحسين إيثر السليلوز نفسه يصبح أفضل حل يمكن اختياره.في الوقت نفسه ، يجب ألا يؤثر ذلك على خصائص احتباس الماء أو يؤثر سلبًا على الخصائص الانسيابية للجص المستخدم.استنادًا إلى الفرضية المقترحة سابقًا ، فإن إنتاج مساحيق غير مبللة في نظام الأفضليات المعمم يرجع إلى الزيادة السريعة للغاية في لزوجة إثيرات السليلوز بعد ملامستها للماء أثناء التحريك ، وأصبح التحكم في خصائص انحلال إيثرات السليلوز هو الهدف الرئيسي لدراستنا .

2.2 وقت إذابة الأثير السليلوز

تتمثل إحدى الطرق السهلة لإبطاء معدل انحلال إثيرات السليلوز في استخدام منتجات حبيبية.يتمثل العيب الرئيسي لاستخدام هذا النهج في نظام الأفضليات المعمم في أن الجسيمات الخشنة جدًا لا تذوب تمامًا خلال نافذة التحريك القصيرة التي تبلغ مدتها 10 ثوانٍ في البخاخ ، مما يؤدي إلى فقدان احتباس الماء.بالإضافة إلى ذلك ، فإن تورم الأثير السليلوز غير المنحل في المرحلة اللاحقة سيؤدي إلى سماكة بعد التجصيص ويؤثر على أداء البناء ، وهو ما لا نريد رؤيته.

هناك خيار آخر لتقليل معدل انحلال إثيرات السليلوز وهو الربط العكسي لسطح إثيرات السليلوز مع الجليوكسال.ومع ذلك ، نظرًا لأن تفاعل التشابك يتحكم في الأس الهيدروجيني ، فإن معدل انحلال إيثرات السليلوز يعتمد بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني للمحلول المائي المحيط.قيمة الأس الهيدروجيني لنظام GSP الممزوج بالجير المطفأ عالية جدًا ، ويتم فتح روابط الارتباط المتقاطع للجليوكسال على السطح بسرعة بعد ملامسة الماء ، وتبدأ اللزوجة في الارتفاع على الفور.لذلك ، لا يمكن أن تلعب هذه المعالجات الكيميائية دورًا في التحكم في معدل الذوبان في GSP.

يعتمد وقت انحلال إيثرات السليلوز أيضًا على شكل الجسيمات.ومع ذلك ، لم تحظ هذه الحقيقة بالكثير من الاهتمام حتى الآن ، على الرغم من أن التأثير كبير للغاية.لديهم معدل انحلال خطي ثابت [كجم / (م 2•ق)] ، لذلك يتناسب انحلالها وتراكم اللزوجة مع السطح المتاح.يمكن أن يختلف هذا المعدل بشكل كبير مع التغيرات في مورفولوجيا جزيئات السليلوز.في حساباتنا ، من المفترض أن يتم الوصول إلى اللزوجة الكاملة (100٪) بعد 5 ثوانٍ من خلط الخلط.

أظهرت حسابات الأشكال المختلفة للجسيمات أن الجسيمات الكروية لها لزوجة بنسبة 35٪ من اللزوجة النهائية في نصف وقت الخلط.في نفس الفترة الزمنية ، يمكن أن تصل جزيئات إيثر السليلوز على شكل قضيب إلى 10٪ فقط.بدأت الجسيمات على شكل قرص في الذوبان بعد ذلك2.5 ثانية.

كما تم تضمين خصائص الذوبان المثالية لإيثرات السليلوز في نظام الأفضليات المعمم.يؤخر تراكم اللزوجة الأولية لأكثر من 4.5 ثانية.بعد ذلك ، زادت اللزوجة بسرعة لتصل إلى اللزوجة النهائية في غضون 5 ثوانٍ من وقت الخلط.في نظام الأفضليات المعمم ، يسمح وقت الذوبان المتأخر الطويل هذا للنظام بأن يكون له لزوجة منخفضة ، ويمكن للماء المضاف أن يبلل جزيئات الجبس بالكامل ويدخل المسام بين الجسيمات دون إزعاج.

3. مورفولوجيا الجسيمات من الأثير السليلوز

3.1 قياس مورفولوجيا الجسيمات

نظرًا لأن شكل جزيئات إيثر السليلوز له تأثير كبير على قابلية الذوبان ، فمن الضروري أولاً تحديد المعلمات التي تصف شكل جزيئات إيثر السليلوز ، ثم تحديد الاختلافات بين عدم التبليل. .

حصلنا على مورفولوجيا الجسيمات لإيثر السليلوز بتقنية تحليل الصور الديناميكية.يمكن وصف مورفولوجيا جسيمات إيثرات السليلوز بشكل كامل باستخدام محلل صور رقمي SYMPATEC (صنع في ألمانيا) وأدوات تحليل برمجية محددة.تم العثور على أهم معلمات شكل الجسيمات لتكون متوسط ​​طول الألياف معبرًا عنها بـ LEFI (50،3) ومتوسط ​​القطر المعبر عنه بـ DIFI (50،3).تعتبر بيانات متوسط ​​طول الألياف هي الطول الكامل لجسيم إيثر السليلوز المنتشر.

عادةً ما يتم حساب بيانات توزيع حجم الجسيمات مثل متوسط ​​قطر الألياف DIFI بناءً على عدد الجسيمات (يُشار إليها بالرمز 0) أو الطول (يُشار إليه بالرمز 1) أو المنطقة (يُشار إليها بالرمز 2) أو الحجم (يُشار إليها بالرمز 3).تستند جميع قياسات بيانات الجسيمات في هذه الورقة إلى الحجم ، وبالتالي يشار إليها بلاحقة 3.على سبيل المثال ، في DIFI (50،3) ، 3 تعني توزيع الحجم ، و 50 تعني أن 50٪ من منحنى توزيع حجم الجسيمات أصغر من القيمة المشار إليها ، و 50٪ الأخرى أكبر من القيمة المشار إليها.يتم إعطاء بيانات شكل جسيمات الأثير السليلوز بالميكرومتر (ميكرومتر).

3.2 إيثر السليلوز بعد تحسين مورفولوجيا الجسيمات

مع الأخذ في الاعتبار تأثير سطح الجسيمات ، فإن وقت انحلال الجسيمات لجزيئات إيثر السليلوز ذات الشكل الجسيمي الشبيه بالقضيب يعتمد بشدة على متوسط ​​قطر الألياف DIFI (50،3).بناءً على هذا الافتراض ، كان الهدف من أعمال التطوير على إيثرات السليلوز الحصول على منتجات ذات قطر ألياف متوسط ​​أكبر DIFI (50،3) لتحسين قابلية ذوبان المسحوق.

ومع ذلك ، لا يُتوقع أن تكون الزيادة في متوسط ​​طول الألياف DIFI (50،3) مصحوبة بزيادة في متوسط ​​حجم الجسيمات.ستؤدي زيادة كلا المعلمتين معًا إلى جزيئات كبيرة جدًا بحيث لا تذوب تمامًا خلال وقت التحريك النموذجي البالغ 10 ثوانٍ من الرش الميكانيكي.

لذلك ، يجب أن يحتوي هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز (HEMC) المثالي على متوسط ​​قطر ألياف أكبر DIFI (50،3) مع الحفاظ على متوسط ​​طول الألياف LEFI (50،3).نحن نستخدم عملية جديدة لإنتاج إيثر السليلوز لإنتاج HEMC محسّن.يختلف شكل جزيئات أثير السليلوز القابل للذوبان في الماء الذي تم الحصول عليه من خلال عملية الإنتاج هذه تمامًا عن شكل جسيم السليلوز المستخدم كمواد خام للإنتاج.بمعنى آخر ، تسمح عملية الإنتاج بتصميم شكل الجسيمات لإيثر السليلوز ليكون مستقلاً عن المواد الخام المنتجة.

ثلاث صور بالمجهر الإلكتروني الماسح: واحدة من إيثير السليلوز تم إنتاجه بواسطة العملية القياسية ، وواحدة من إيثر السليلوز الذي تم إنتاجه بواسطة العملية الجديدة بقطر أكبر لـ DIFI (50،3) من منتجات أدوات العملية التقليدية.يظهر أيضًا شكل السليلوز المطحون جيدًا المستخدم في إنتاج هذين المنتجين.

بمقارنة الصور المجهرية الإلكترونية للأثير السليلوز والإيثر السليلوز الناتج عن العملية القياسية ، من السهل أن نجد أن كلاهما لهما خصائص مورفولوجية متشابهة.يُظهر العدد الكبير من الجسيمات في كلتا الصورتين هياكل طويلة ورفيعة ، مما يشير إلى أن السمات المورفولوجية الأساسية لم تتغير حتى بعد حدوث التفاعل الكيميائي.من الواضح أن خصائص مورفولوجيا الجسيمات لمنتجات التفاعل ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالمواد الخام.

وقد وجد أن الخصائص المورفولوجية لإيثر السليلوز الناتج عن العملية الجديدة تختلف اختلافًا كبيرًا ، وله متوسط ​​قطر أكبر DIFI (50،3) ، ويعرض بشكل أساسي أشكالًا دائرية قصيرة وسميكة للجسيمات ، في حين أن الجسيمات الرقيقة والطويلة النموذجية في المواد الخام السليلوز انقرضت تقريبا.

يوضح هذا الشكل مرة أخرى أن مورفولوجيا الجسيمات لإيثرات السليلوز التي تنتجها العملية الجديدة لم تعد مرتبطة بمورفولوجيا مادة السليلوز الخام - فالرابط بين مورفولوجيا المادة الخام والمنتج النهائي لم يعد موجودًا.

4. تأثير مورفولوجيا جزيئات HEMC على تكوين كتل غير مرغوبة في GSP

تم اختبار GSP في ظل ظروف التطبيق الميداني للتحقق من صحة فرضيتنا حول آلية العمل (أن استخدام منتج إثير السليلوز بقطر متوسط ​​أكبر DIFI (50،3) من شأنه أن يقلل التكتل غير المرغوب فيه) كان صحيحًا.تم استخدام HEMCs بمتوسط ​​أقطار DIFI (50،3) تتراوح من 37 ميكرومتر إلى 52 ميكرومتر في هذه التجارب.من أجل تقليل تأثير العوامل الأخرى غير مورفولوجيا الجسيمات ، تم الاحتفاظ بقاعدة الجبس وجميع الإضافات الأخرى دون تغيير.ظلت لزوجة إيثر السليلوز ثابتة أثناء الاختبار (60.000 مللي باسكال ، 2٪ محلول مائي ، مقاسة بمقياس ريومتر HAAKE).

تم استخدام بخاخ جبس متوفر تجارياً (PFT G4) للرش في تجارب التطبيق.ركز على تقييم تكوين الكتل غير المرغوبة من ملاط ​​الجبس فور دهنه على الحائط.سيكشف تقييم التكتل في هذه المرحلة خلال عملية تطبيق التجصيص بشكل أفضل الاختلافات في أداء المنتج.في الاختبار ، صنف العمال المتمرسون حالة التكتل ، حيث كان 1 هو الأفضل و 6 هو الأسوأ.

تظهر نتائج الاختبار بوضوح العلاقة بين متوسط ​​قطر الألياف DIFI (50،3) ودرجة أداء التكتل.تمشيا مع فرضيتنا القائلة بأن منتجات إيثر السليلوز ذات DIFI الأكبر (50،3) تفوقت على منتجات DIFI الأصغر (50،3) ، كان متوسط ​​درجة DIFI (50،3) من 52 ميكرومتر 2 (جيد) ، بينما تلك التي تحتوي على DIFI ( 50،3) من 37 ميكرومتر و 40 ميكرومتر سجل 5 (فشل).

كما توقعنا ، يعتمد سلوك التكتل في تطبيقات نظام الأفضليات المعمم بشكل كبير على متوسط ​​قطر DIFI (50،3) لإيثر السليلوز المستخدم.علاوة على ذلك ، فقد ذكر في المناقشة السابقة أنه من بين جميع المعلمات المورفولوجية DIFI (50،3) أثرت بشدة على وقت انحلال مساحيق إيثر السليلوز.هذا يؤكد أن وقت انحلال إيثر السليلوز ، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمورفولوجيا الجسيمات ، يؤثر في النهاية على تكوين الكتل في GSP.يؤدي DIFI الأكبر (50،3) إلى وقت أطول للذوبان للمسحوق ، مما يقلل بشكل كبير من فرصة التكتل.ومع ذلك ، فإن وقت ذوبان المسحوق الطويل جدًا سيجعل من الصعب على إيثر السليلوز أن يذوب تمامًا خلال وقت التحريك لمعدات الرش.

منتج HEMC الجديد مع ملف تعريف انحلال محسّن نظرًا لقطر ألياف متوسط ​​أكبر DIFI (50،3) لا يحتوي فقط على ترطيب أفضل لمسحوق الجبس (كما هو موضح في تقييم التكتل) ، ولكنه لا يؤثر أيضًا على أداء احتباس الماء في المنتج.لا يمكن تمييز احتباس الماء الذي تم قياسه وفقًا للمواصفة EN 459-2 عن منتجات HEMC التي لها نفس اللزوجة مع DIFI (50،3) من 37 ميكرومتر إلى 52 ميكرومتر.تقع جميع القياسات بعد 5 دقائق و 60 دقيقة ضمن النطاق المطلوب الموضح في الرسم البياني.

ومع ذلك ، فقد تم التأكيد أيضًا على أنه إذا أصبح DIFI (50،3) كبيرًا جدًا ، فلن تتحلل جزيئات إيثر السليلوز تمامًا.تم العثور على هذا عند اختبار DIFI (50،3) من 59 ميكرومتر منتج.نتائج اختبار احتباس الماء بعد 5 دقائق وخاصة بعد 60 دقيقة فشلت في تلبية الحد الأدنى المطلوب.

5. ملخص

تعتبر إيثرات السليلوز من الإضافات المهمة في تركيبات نظام الأفضليات المعمم.تبحث أعمال البحث وتطوير المنتج هنا في العلاقة بين مورفولوجيا الجسيمات لإيثرات السليلوز وتشكيل كتل غير مرغوبة (ما يسمى التكتل) عند رشها ميكانيكيًا.يعتمد على افتراض آلية العمل أن وقت انحلال مسحوق إيثر السليلوز يؤثر على ترطيب مسحوق الجبس بالماء وبالتالي يؤثر على تكوين التكتلات.

يعتمد وقت الذوبان على مورفولوجيا جسيم الأثير السليلوز ويمكن الحصول عليه باستخدام أدوات تحليل الصور الرقمية.في نظام الأفضليات المعمم ، تتميز إيثرات السليلوز ذات القطر المتوسط ​​الكبير لـ DIFI (50،3) بخصائص إذابة المسحوق المثلى ، مما يتيح مزيدًا من الوقت للمياه لتبلل جزيئات الجبس تمامًا ، وبالتالي تمكين مكافحة التكتل بشكل مثالي.يتم إنتاج هذا النوع من إيثر السليلوز باستخدام عملية إنتاج جديدة ، ولا يعتمد شكله الجزيئي على الشكل الأصلي للمادة الخام للإنتاج.

متوسط ​​قطر الألياف DIFI (50،3) له تأثير مهم جدًا على التكتل ، والذي تم التحقق منه عن طريق إضافة هذا المنتج إلى قاعدة الجبس التي يتم رشها آليًا والمتاحة تجاريًا للرش في الموقع.علاوة على ذلك ، أكدت اختبارات الرش الميدانية نتائجنا المختبرية: كانت منتجات إيثر السليلوز الأفضل أداءً مع DIFI كبير (50،3) قابلة للذوبان تمامًا خلال النافذة الزمنية لتحريك GSP.لذلك ، فإن منتج إيثر السليلوز الذي يتمتع بأفضل خصائص مقاومة التكتل بعد تحسين شكل الجسيمات لا يزال يحافظ على الأداء الأصلي للاحتفاظ بالماء.