Opracowanie nowych eterów celulozy HEMC w celu zmniejszenia aglomeracji w tynkach maszynowych na bazie gipsu

Opracowanie nowych eterów celulozy HEMC w celu zmniejszenia aglomeracji w tynkach maszynowych na bazie gipsu

Gipsowy tynk maszynowy (GSP) jest szeroko stosowany w Europie Zachodniej od lat 70. XX wieku.Pojawienie się natrysku mechanicznego skutecznie poprawiło efektywność tynkowania konstrukcji przy jednoczesnym obniżeniu kosztów budowy.Wraz z pogłębianiem się komercjalizacji GSP, rozpuszczalny w wodzie eter celulozy stał się kluczowym dodatkiem.Eter celulozy nadaje GSP dobre właściwości retencji wody, co ogranicza wchłanianie wilgoci przez podłoże w tynku, uzyskując w ten sposób stabilny czas wiązania i dobre właściwości mechaniczne.Ponadto specyficzna krzywa reologiczna eteru celulozy może poprawić efekt natrysku maszynowego i znacznie uprościć późniejsze procesy wyrównywania i wykańczania zaprawy.

Pomimo oczywistych zalet eterów celulozy w zastosowaniach GSP, mogą one również potencjalnie przyczyniać się do powstawania suchych grudek podczas natryskiwania.Te niezwilżone grudki są również znane jako zbrylanie lub zbrylanie i mogą niekorzystnie wpływać na wyrównanie i wykończenie zaprawy.Aglomeracja może zmniejszyć wydajność zakładu i zwiększyć koszty zastosowań produktów gipsowych o wysokiej wydajności.Aby lepiej zrozumieć wpływ eterów celulozy na powstawanie grudek w GSP, przeprowadziliśmy badanie mające na celu określenie odpowiednich parametrów produktu, które wpływają na ich powstawanie.Na podstawie wyników tych badań opracowaliśmy serię produktów na bazie eteru celulozy o obniżonej tendencji do aglomeracji i dokonaliśmy ich oceny w zastosowaniach praktycznych.

słowa kluczowe: eter celulozy;gipsowy tynk maszynowy w sprayu;szybkość rozpuszczania;morfologia cząstek

1.Wstęp

Rozpuszczalne w wodzie etery celulozy są z powodzeniem stosowane w gipsowych tynkach natryskiwanych maszynowo (GSP) w celu regulacji zapotrzebowania na wodę, poprawy retencji wody i poprawy właściwości reologicznych zapraw.Dlatego pomaga poprawić wydajność mokrej zaprawy, zapewniając w ten sposób wymaganą wytrzymałość zaprawy.Dzięki swoim komercyjnym i przyjaznym dla środowiska właściwościom sucha mieszanka GSP stała się w ciągu ostatnich 20 lat szeroko stosowanym materiałem do budowy wnętrz w całej Europie.

Maszyny do mieszania i natryskiwania suchej mieszanki GSP są z powodzeniem komercjalizowane od dziesięcioleci.Chociaż niektóre cechy techniczne sprzętu różnych producentów różnią się, wszystkie dostępne na rynku maszyny natryskowe pozwalają na bardzo ograniczony czas mieszania wody z zaprawą gipsową zawierającą eter celulozy.Generalnie cały proces mieszania zajmuje tylko kilka sekund.Po wymieszaniu mokra zaprawa jest pompowana przez wąż doprowadzający i natryskiwana na ścianę podłoża.Cały proces kończy się w ciągu minuty.Jednak w tak krótkim czasie etery celulozy muszą zostać całkowicie rozpuszczone, aby w pełni rozwinąć swoje właściwości w zastosowaniu.Dodanie drobno zmielonych produktów eteru celulozy do preparatów zapraw gipsowych zapewnia całkowite rozpuszczenie podczas tego procesu natryskiwania.

Drobno zmielony eter celulozy szybko nabiera konsystencji w kontakcie z wodą podczas mieszania w opryskiwaczu.Gwałtowny wzrost lepkości spowodowany rozpuszczaniem eteru celulozy powoduje problemy z równoczesnym zwilżaniem wodą cząstek materiału gipsowo-cementowego.Gdy woda zaczyna gęstnieć, staje się mniej płynna i nie może wnikać w małe pory między cząsteczkami gipsu.Po zablokowaniu dostępu do porów proces zwilżania cząstek materiału cementowego przez wodę jest opóźniony.Czas mieszania w rozpylaczu był krótszy od czasu potrzebnego do całkowitego zwilżenia cząstek gipsu, co skutkowało tworzeniem grudek suchego proszku w świeżej wilgotnej zaprawie.Powstałe grudki utrudniają wydajność pracowników w kolejnych procesach: wyrównanie zaprawy z grudami jest bardzo uciążliwe i zajmuje więcej czasu.Nawet po związaniu zaprawy mogą pojawić się początkowo utworzone grudki.Na przykład zakrywanie kęp wewnątrz podczas budowy doprowadzi do pojawienia się w późniejszym etapie ciemnych obszarów, których nie chcemy widzieć.

Chociaż etery celulozy są stosowane jako dodatki w GSP od wielu lat, ich wpływ na tworzenie niezwilżonych grudek nie był dotychczas dokładnie badany.W tym artykule przedstawiono systematyczne podejście, które można wykorzystać do zrozumienia pierwotnej przyczyny aglomeracji z perspektywy eteru celulozy.

2. Przyczyny powstawania niezwilżonych kęp w GSP

2.1 Zwilżanie tynków gipsowych

Na wczesnych etapach tworzenia programu badawczego zebrano szereg możliwych pierwotnych przyczyn powstawania skupisk w CSP.Następnie, poprzez analizę wspomaganą komputerowo, problem koncentruje się na tym, czy istnieje praktyczne rozwiązanie techniczne.Dzięki tym pracom wstępnie wybrano optymalne rozwiązanie tworzenia się aglomeratów w GSP.Ze względów technicznych i handlowych wyklucza się techniczną drogę zmiany zwilżania cząstek gipsu przez obróbkę powierzchniową.Z komercyjnego punktu widzenia pomysł wymiany istniejącego sprzętu na sprzęt natryskowy ze specjalnie zaprojektowaną komorą mieszania, która może zapewnić wystarczające wymieszanie wody z zaprawą, jest wykluczony.

Inną opcją jest stosowanie środków zwilżających jako dodatków w recepturach tynków gipsowych i znaleźliśmy już na to patent.Jednak dodatek tego dodatku nieuchronnie wpływa negatywnie na urabialność tynku.Co ważniejsze, zmienia właściwości fizyczne zaprawy, zwłaszcza twardość i wytrzymałość.Więc nie zagłębialiśmy się w to zbyt głęboko.Ponadto uważa się, że dodatek środków zwilżających może mieć niekorzystny wpływ na środowisko.

Biorąc pod uwagę, że eter celulozy jest już częścią receptury tynku na bazie gipsu, optymalizacja samego eteru celulozy staje się najlepszym rozwiązaniem, jakie można wybrać.Jednocześnie nie może wpływać na właściwości retencji wody ani niekorzystnie wpływać na właściwości reologiczne stosowanego tynku.Opierając się na wcześniej postawionej hipotezie, że powstawanie niezwilżonych proszków w GSP jest spowodowane zbyt szybkim wzrostem lepkości eterów celulozy po kontakcie z wodą podczas mieszania, głównym celem naszych badań stało się kontrolowanie charakterystyki rozpuszczania eterów celulozy .

2.2 Czas rozpuszczania eteru celulozy

Łatwym sposobem na spowolnienie szybkości rozpuszczania eterów celulozy jest stosowanie produktów o jakości granulowanej.Główną wadą stosowania tego podejścia w GSP jest to, że cząstki, które są zbyt grube, nie rozpuszczają się całkowicie w krótkim 10-sekundowym oknie mieszania w opryskiwaczu, co prowadzi do utraty retencji wody.Ponadto pęcznienie nierozpuszczonego eteru celulozy w późniejszym etapie doprowadzi do zgrubienia po tynkowaniu i wpłynie na parametry użytkowe konstrukcji, czego nie chcemy widzieć.

Inną możliwością zmniejszenia szybkości rozpuszczania eterów celulozy jest odwracalne usieciowanie powierzchni eterów celulozy za pomocą glioksalu.Jednakże, ponieważ reakcja sieciowania jest kontrolowana pod kątem pH, szybkość rozpuszczania eterów celulozy w dużym stopniu zależy od pH otaczającego roztworu wodnego.Wartość pH systemu GSP zmieszanego z wapnem gaszonym jest bardzo wysoka, a wiązania sieciujące glioksalu na powierzchni po zetknięciu z wodą szybko się otwierają, a lepkość zaczyna natychmiast rosnąć.Dlatego takie obróbki chemiczne nie mogą odgrywać roli w kontrolowaniu szybkości rozpuszczania w GSP.

Czas rozpuszczania eterów celulozy zależy również od morfologii ich cząstek.Jednak do tej pory faktowi temu nie poświęcono wiele uwagi, chociaż efekt jest bardzo znaczący.Mają stałą liniową szybkość rozpuszczania [kg/(m2•s)], więc ich rozpuszczanie i narastanie lepkości są proporcjonalne do dostępnej powierzchni.Szybkość ta może zmieniać się znacznie wraz ze zmianami morfologii cząstek celulozy.W naszych obliczeniach przyjęto, że pełną lepkość (100%) uzyskuje się po 5 sekundach mieszania.

Obliczenia różnych morfologii cząstek wykazały, że kuliste cząstki miały lepkość 35% lepkości końcowej w połowie czasu mieszania.W tym samym okresie cząstki eteru celulozy w kształcie pręcików mogą osiągnąć tylko 10%.Cząsteczki w kształcie dysku zaczęły się rozpuszczać2,5 sekundy.

Uwzględniono również charakterystykę idealnej rozpuszczalności eterów celulozy w GSP.Opóźnij narastanie początkowej lepkości o ponad 4,5 sekundy.Następnie lepkość gwałtownie wzrosła, aby osiągnąć końcową lepkość w ciągu 5 sekund czasu mieszania.W GSP tak długi opóźniony czas rozpuszczania sprawia, że ​​układ ma niską lepkość, a dodana woda może całkowicie zwilżyć cząstki gipsu i wejść w pory między cząstkami bez zakłóceń.

3. Morfologia cząstek eteru celulozy

3.1 Pomiar morfologii cząstek

Ponieważ kształt cząstek eteru celulozy ma tak znaczący wpływ na rozpuszczalność, konieczne jest najpierw określenie parametrów opisujących kształt cząstek eteru celulozy, a następnie określenie różnic między niezwilżalnością. Szczególnie istotnym parametrem jest tworzenie się aglomeratów .

Morfologię cząstek eteru celulozy uzyskaliśmy techniką dynamicznej analizy obrazu.Morfologię cząstek eterów celulozy można w pełni scharakteryzować za pomocą cyfrowego analizatora obrazu SYMPATEC (wyprodukowanego w Niemczech) i specjalnego oprogramowania do analizy.Za najważniejsze parametry kształtu cząstek uznano średnią długość włókien wyrażoną jako LEFI(50,3) oraz średnią średnicę wyrażoną jako DIFI(50,3).Dane dotyczące średniej długości włókna są uważane za pełną długość pewnej rozłożonej cząstki eteru celulozy.

Zwykle dane dotyczące rozkładu wielkości cząstek, takie jak średnia średnica włókna DIFI, można obliczyć na podstawie liczby cząstek (oznaczonej przez 0), długości (oznaczonej przez 1), powierzchni (oznaczonej przez 2) lub objętości (oznaczonej przez 3).Wszystkie pomiary danych dotyczących cząstek w tym dokumencie są oparte na objętości i dlatego są oznaczone przyrostkiem 3.Na przykład w DIFI(50,3) 3 oznacza rozkład objętości, a 50 oznacza, że ​​50% krzywej rozkładu wielkości cząstek jest mniejsze niż wskazana wartość, a pozostałe 50% jest większe niż wskazana wartość.Dane dotyczące kształtu cząstek eteru celulozy podano w mikrometrach (µm).

3.2 Eter celulozy po optymalizacji morfologii cząstek

Biorąc pod uwagę wpływ powierzchni cząstki, czas rozpuszczania cząstek eteru celulozy o kształcie pręcika silnie zależy od średniej średnicy włókna DIFI (50,3).Wychodząc z tego założenia prace rozwojowe nad eterami celulozy miały na celu otrzymanie produktów o większej średniej średnicy włókna DIFI (50,3) poprawiającej rozpuszczalność proszku.

Jednakże nie oczekuje się, aby wzrostowi średniej długości włókna DIFI(50,3) towarzyszył wzrost średniej wielkości cząstek.Jednoczesne zwiększenie obu parametrów spowoduje powstanie cząstek, które są zbyt duże, aby całkowicie się rozpuścić w ciągu typowego 10-sekundowego czasu mieszania podczas natryskiwania mechanicznego.

Dlatego idealna hydroksyetylometyloceluloza (HEMC) powinna mieć większą średnią średnicę włókna DIFI(50,3) przy zachowaniu średniej długości włókna LEFI(50,3).Używamy nowego procesu produkcji eteru celulozy do produkcji ulepszonego HEMC.Kształt cząstek rozpuszczalnego w wodzie eteru celulozy otrzymanego w tym procesie produkcyjnym jest zupełnie inny niż kształt cząstek celulozy użytej jako surowiec do produkcji.Innymi słowy, proces produkcyjny umożliwia niezależność projektowania kształtu cząstek eteru celulozy od surowców do produkcji.

Trzy obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego: jedno eteru celulozy wytworzonego w standardowym procesie i jedno eteru celulozy wytworzonego w nowym procesie o większej średnicy DIFI(50,3) niż konwencjonalne produkty narzędziowe.Pokazano również morfologię drobno zmielonej celulozy użytej do produkcji tych dwóch produktów.

Porównując mikrografie elektronowe celulozy i eteru celulozy wytworzonych w standardowym procesie, łatwo stwierdzić, że oba mają podobne właściwości morfologiczne.Duża liczba cząstek na obu obrazach wykazuje zazwyczaj długie, cienkie struktury, co sugeruje, że podstawowe cechy morfologiczne nie zmieniły się nawet po zajściu reakcji chemicznej.Oczywiste jest, że cechy morfologii cząstek produktów reakcji są silnie skorelowane z surowcami.

Stwierdzono, że charakterystyki morfologiczne eteru celulozy wytwarzanego w nowym procesie znacznie się różnią, ma on większą średnią średnicę DIFI (50,3) i ma głównie okrągły kształt cząstek krótkich i grubych, podczas gdy typowe cząstki cienkie i długie w surowcach celulozowych Prawie wymarły.

Ten rysunek ponownie pokazuje, że morfologia cząstek eterów celulozy wytwarzanych w nowym procesie nie jest już związana z morfologią surowca celulozowego – związek między morfologią surowca a produktem końcowym już nie istnieje.

4. Wpływ morfologii cząstek HEMC na powstawanie niezwilżonych grudek w GSP

GSP przetestowano w warunkach stosowania w terenie, aby zweryfikować, czy nasza hipoteza dotycząca mechanizmu działania (że użycie eteru celulozy o większej średniej średnicy DIFI (50,3) zmniejszy niepożądaną aglomerację) jest poprawna.W doświadczeniach tych stosowano HEMC o średnich średnicach DIFI(50,3) w zakresie od 37 µm do 52 µm.W celu zminimalizowania wpływu czynników innych niż morfologia cząstek, podłoże gipsowe oraz wszystkie inne dodatki pozostały niezmienione.Lepkość eteru celulozy utrzymywano na stałym poziomie podczas testu (60000 mPa.s, 2% wodny roztwór, mierzona reometrem HAAKE).

Do natryskiwania w próbach aplikacyjnych użyto dostępnego w handlu opryskiwacza do gipsu (PFT G4).Skoncentruj się na ocenie tworzenia się niezwilżonych grudek zaprawy gipsowej bezpośrednio po jej nałożeniu na ścianę.Ocena zbrylania się na tym etapie procesu nakładania tynku najlepiej ujawni różnice w działaniu produktu.W teście doświadczeni pracownicy ocenili sytuację zbrylania, przy czym 1 oznaczało najlepszą, a 6 najgorszą.

Wyniki badań wyraźnie pokazują korelację pomiędzy średnią średnicą włókna DIFI (50,3) a oceną skuteczności zbijania.Zgodnie z naszą hipotezą, że produkty zawierające eter celulozy z większym DIFI(50,3) przewyższały mniejsze produkty DIFI(50,3), średni wynik dla DIFI(50,3) wynoszący 52 µm wyniósł 2 (dobry), podczas gdy produkty z DIFI( 50,3) 37µm i 40µm zdobył 5 punktów (niepowodzenie).

Jak się spodziewaliśmy, zbrylanie się w zastosowaniach GSP zależy znacząco od średniej średnicy DIFI(50,3) użytego eteru celulozy.Ponadto w poprzedniej dyskusji wspomniano, że spośród wszystkich parametrów morfologicznych DIFI(50,3) silnie wpływa na czas rozpuszczania proszków eteru celulozy.Potwierdza to, że czas rozpuszczania eteru celulozy, który jest silnie skorelowany z morfologią cząstek, ostatecznie wpływa na tworzenie się grudek w GSP.Większy DIFI (50,3) powoduje dłuższy czas rozpuszczania proszku, co znacznie zmniejsza szansę na aglomerację.Jednak zbyt długi czas rozpuszczania proszku utrudni całkowite rozpuszczenie eteru celulozy w czasie mieszania sprzętu do natryskiwania.

Nowy produkt HEMC o zoptymalizowanym profilu rozpuszczania dzięki większej średniej średnicy włókien DIFI(50,3) nie tylko lepiej zwilża proszek gipsowy (co widać w ocenie zbrylania), ale także nie wpływa na zdolność zatrzymywania wody przez produkt.Retencja wody mierzona zgodnie z EN 459-2 była nie do odróżnienia od produktów HEMC o tej samej lepkości z DIFI(50,3) od 37µm do 52µm.Wszystkie pomiary po 5 minutach i 60 minutach mieszczą się w wymaganym zakresie pokazanym na wykresie.

Jednak potwierdzono również, że jeśli DIFI(50,3) stanie się zbyt duży, cząstki eteru celulozy nie będą się już całkowicie rozpuszczać.Stwierdzono to podczas testowania produktu DIFI(50,3) o stężeniu 59 µM.Jego wyniki testu retencji wody po 5 minutach, a zwłaszcza po 60 minutach nie spełniały wymaganego minimum.

5. Podsumowanie

Etery celulozy są ważnymi dodatkami w preparatach GSP.Prace badawczo-rozwojowe dotyczą korelacji między morfologią cząstek eterów celulozy a tworzeniem się niezwilżonych grudek (tzw. zbrylanie) podczas natryskiwania mechanicznego.Opiera się ona na założeniu mechanizmu działania, że ​​czas rozpuszczania sproszkowanego eteru celulozy wpływa na zwilżanie sproszkowanego gipsu wodą, a tym samym na powstawanie grudek.

Czas rozpuszczania zależy od morfologii cząstek eteru celulozy i można go uzyskać za pomocą narzędzi do cyfrowej analizy obrazu.W GSP etery celulozy o dużej średniej średnicy DIFI (50,3) mają zoptymalizowaną charakterystykę rozpuszczania proszku, dając wodzie więcej czasu na dokładne zwilżenie cząstek gipsu, co umożliwia optymalne przeciwdziałanie aglomeracji.Ten rodzaj eteru celulozy jest wytwarzany przy użyciu nowego procesu produkcyjnego, a jego postać cząstek nie zależy od pierwotnej postaci surowca do produkcji.

Średnia średnica włókna DIFI (50,3) ma bardzo istotny wpływ na zbrylanie, co zostało zweryfikowane poprzez dodanie tego produktu do dostępnej w handlu bazy gipsowej natryskiwanej maszynowo do natryskiwania na miejscu.Co więcej, testy oprysków polowych potwierdziły nasze wyniki laboratoryjne: najlepiej działające produkty na bazie eteru celulozy z dużym DIFI (50,3) były całkowicie rozpuszczalne w oknie czasowym mieszania GSP.Dlatego też produkt na bazie eteru celulozy o najlepszych właściwościach przeciwzbrylających po poprawie kształtu cząstek nadal zachowuje pierwotną zdolność zatrzymywania wody.