Desenvolvimento de novos éteres de celulose HEMC para reduzir a aglomeração em rebocos pulverizados à base de gesso

Desenvolvimento de novos éteres de celulose HEMC para reduzir a aglomeração em rebocos pulverizados à base de gesso

O gesso pulverizado à máquina (GSP) à base de gesso tem sido amplamente utilizado na Europa Ocidental desde a década de 1970.O surgimento da pulverização mecânica melhorou efetivamente a eficiência da construção com reboco, reduzindo os custos de construção.Com o aprofundamento da comercialização do GSP, o éter de celulose solúvel em água tornou-se um aditivo chave.O éter de celulose confere ao GSP um bom desempenho de retenção de água, o que limita a absorção de humidade pelo suporte no reboco, obtendo-se assim um tempo de presa estável e boas propriedades mecânicas.Além disso, a curva reológica específica do éter de celulose pode melhorar o efeito da pulverização mecânica e simplificar significativamente os processos subsequentes de nivelamento e acabamento da argamassa.

Apesar das vantagens óbvias dos éteres de celulose em aplicações GSP, eles também podem potencialmente contribuir para a formação de grumos secos quando pulverizados.Esses aglomerados não umedecidos também são conhecidos como aglomerados ou aglomerados e podem afetar adversamente o nivelamento e o acabamento da argamassa.A aglomeração pode reduzir a eficiência do local e aumentar o custo das aplicações de produtos de gesso de alto desempenho.A fim de entender melhor o efeito dos éteres de celulose na formação de grumos em GSP, realizamos um estudo para tentar identificar os parâmetros relevantes do produto que influenciam sua formação.Com base nos resultados deste estudo, desenvolvemos uma série de produtos de éter de celulose com reduzida tendência de aglomeração e os avaliamos em aplicações práticas.

Palavras-chave: éter de celulose;gesso spray máquina;taxa de dissolução;morfologia das partículas

1.Introdução

Os éteres de celulose solúveis em água têm sido usados ​​com sucesso em rebocos pulverizados à máquina (GSP) à base de gesso para regular a demanda de água, melhorar a retenção de água e melhorar as propriedades reológicas das argamassas.Portanto, ajuda a melhorar o desempenho da argamassa úmida, garantindo assim a resistência necessária da argamassa.Devido às suas propriedades comercialmente viáveis ​​e ecológicas, a mistura seca GSP tornou-se um material de construção de interiores amplamente utilizado em toda a Europa nos últimos 20 anos.

O maquinário para misturar e pulverizar GSP de mistura seca é comercializado com sucesso há décadas.Embora algumas características técnicas de equipamentos de diferentes fabricantes variem, todas as máquinas de pulverização disponíveis comercialmente permitem um tempo de agitação muito limitado para a mistura de água com argamassa de mistura seca de gesso contendo éter de celulose.Geralmente, todo o processo de mistura leva apenas alguns segundos.Após a mistura, a argamassa úmida é bombeada pela mangueira de entrega e pulverizada na parede do substrato.Todo o processo é concluído em um minuto.No entanto, em tão curto período de tempo, os éteres de celulose precisam ser completamente dissolvidos para desenvolver plenamente suas propriedades na aplicação.Adicionar produtos de éter de celulose finamente moídos a formulações de argamassa de gesso garante a dissolução completa durante este processo de pulverização.

O éter de celulose finamente moído ganha consistência rapidamente ao entrar em contato com a água durante a agitação no pulverizador.O rápido aumento da viscosidade causado pela dissolução do éter de celulose causa problemas com o molhamento simultâneo com água das partículas de material cimentício de gesso.À medida que a água começa a engrossar, torna-se menos fluida e não consegue penetrar nos pequenos poros entre as partículas de gesso.Depois que o acesso aos poros é bloqueado, o processo de umedecimento das partículas de material cimentício pela água é retardado.O tempo de mistura no pulverizador foi menor do que o tempo necessário para molhar totalmente as partículas de gesso, o que resultou na formação de torrões de pó seco na argamassa fresca úmida.Uma vez formados esses torrões, eles prejudicam a eficiência dos operários nos processos posteriores: nivelar a argamassa com torrões é muito trabalhoso e demorado.Mesmo após a presa da argamassa, podem aparecer torrões inicialmente formados.Por exemplo, cobrir os aglomerados internos durante a construção levará ao aparecimento de áreas escuras na etapa posterior, que não queremos ver.

Embora os éteres de celulose tenham sido usados ​​como aditivos em GSP por muitos anos, seu efeito na formação de grumos não umedecidos não foi muito estudado até agora.Este artigo apresenta uma abordagem sistemática que pode ser usada para entender a causa raiz da aglomeração do ponto de vista do éter de celulose.

2. Razões para a formação de aglomerados não molhados em GSP

2.1 Humedecimento de rebocos à base de gesso

Nos estágios iniciais do estabelecimento do programa de pesquisa, várias causas possíveis para a formação de aglomerados no CSP foram reunidas.Em seguida, por meio de análise auxiliada por computador, o problema é focado em saber se existe uma solução técnica prática.Através destes trabalhos, foi triada preliminarmente a solução ótima para a formação de aglomerados em GSP.Por considerações técnicas e comerciais, a rota técnica de alterar a umectação das partículas de gesso por tratamento de superfície é descartada.Do ponto de vista comercial, está descartada a ideia de substituir o equipamento existente por um equipamento de pulverização com uma câmara de mistura especialmente projetada que possa garantir uma mistura suficiente de água e argamassa.

Outra opção é usar agentes umectantes como aditivos em formulações de gesso e já encontramos uma patente para isso.No entanto, a adição deste aditivo inevitavelmente afeta negativamente a trabalhabilidade do gesso.Mais importante ainda, altera as propriedades físicas da argamassa, especialmente dureza e resistência.Portanto, não nos aprofundamos muito nisso.Além disso, a adição de agentes umectantes também pode ter um impacto adverso no meio ambiente.

Considerando que o éter de celulose já faz parte da formulação do gesso à base de gesso, otimizar o próprio éter de celulose torna-se a melhor solução a ser escolhida.Ao mesmo tempo, não deve afetar as propriedades de retenção de água ou prejudicar as propriedades reológicas do gesso em uso.Com base na hipótese previamente proposta de que a geração de pós não umedecidos no GSP se deve ao aumento excessivamente rápido da viscosidade dos éteres de celulose após o contato com a água durante a agitação, controlar as características de dissolução dos éteres de celulose tornou-se o principal objetivo do nosso estudo .

2.2 Tempo de dissolução do éter de celulose

Uma maneira fácil de diminuir a taxa de dissolução dos éteres de celulose é usar produtos de grau granular.A principal desvantagem de usar essa abordagem no GSP é que as partículas muito grossas não se dissolvem completamente dentro da curta janela de agitação de 10 segundos no pulverizador, o que leva a uma perda de retenção de água.Além disso, o inchaço do éter de celulose não dissolvido na fase posterior levará ao espessamento após o reboco e afetará o desempenho da construção, que é o que não queremos ver.

Outra opção para reduzir a taxa de dissolução dos éteres de celulose é reticular reversivelmente a superfície dos éteres de celulose com glioxal.No entanto, uma vez que a reação de reticulação é controlada pelo pH, a taxa de dissolução dos éteres de celulose é altamente dependente do pH da solução aquosa circundante.O valor de pH do sistema GSP misturado com cal apagada é muito alto, e as ligações cruzadas de glioxal na superfície são rapidamente abertas após o contato com a água, e a viscosidade começa a aumentar instantaneamente.Portanto, tais tratamentos químicos não podem desempenhar um papel no controle da taxa de dissolução no GSP.

O tempo de dissolução dos éteres de celulose também depende da morfologia de suas partículas.No entanto, esse fato não recebeu muita atenção até agora, embora o efeito seja muito significativo.Eles têm uma taxa de dissolução linear constante [kg/(m2•s)], de modo que sua dissolução e acúmulo de viscosidade são proporcionais à superfície disponível.Esta taxa pode variar significativamente com mudanças na morfologia das partículas de celulose.Em nossos cálculos, assume-se que a viscosidade total (100%) é alcançada após 5 segundos de agitação.

Cálculos de diferentes morfologias de partículas mostraram que as partículas esféricas tinham uma viscosidade de 35% da viscosidade final na metade do tempo de mistura.No mesmo período, as partículas de éter de celulose em forma de bastonete podem atingir apenas 10%.As partículas em forma de disco começaram a se dissolver depois2,5 segundos.

Também estão incluídas características de solubilidade ideais para éteres de celulose em GSP.Atrase o acúmulo de viscosidade inicial por mais de 4,5 segundos.Depois disso, a viscosidade aumentou rapidamente para atingir a viscosidade final em 5 segundos após o tempo de mistura com agitação.No GSP, um tempo de dissolução tão longo permite que o sistema tenha uma baixa viscosidade, e a água adicionada pode molhar totalmente as partículas de gesso e entrar nos poros entre as partículas sem perturbação.

3. Morfologia de partículas de éter de celulose

3.1 Medição da morfologia das partículas

Uma vez que a forma das partículas de éter de celulose tem um impacto tão significativo na solubilidade, primeiro é necessário determinar os parâmetros que descrevem a forma das partículas de éter de celulose e, em seguida, identificar as diferenças entre não molhar A formação de aglomerados é um parâmetro particularmente relevante .

Obtivemos a morfologia das partículas de éter de celulose pela técnica de análise dinâmica de imagens.A morfologia das partículas de éteres de celulose pode ser totalmente caracterizada usando um analisador de imagem digital SYMPATEC (fabricado na Alemanha) e ferramentas específicas de análise de software.Os parâmetros de forma de partícula mais importantes foram o comprimento médio das fibras expresso como LEFI(50,3) e o diâmetro médio expresso como DIFI(50,3).Os dados de comprimento médio da fibra são considerados o comprimento total de uma certa partícula de éter de celulose espalhada.

Normalmente, os dados de distribuição de tamanho de partícula, como o diâmetro médio da fibra DIFI, podem ser calculados com base no número de partículas (indicado por 0), comprimento (indicado por 1), área (indicada por 2) ou volume (indicado por 3).Todas as medições de dados de partículas neste documento são baseadas em volume e, portanto, são indicadas com um sufixo 3.Por exemplo, em DIFI(50,3), 3 significa a distribuição de volume e 50 significa que 50% da curva de distribuição de tamanho de partícula é menor que o valor indicado e os outros 50% são maiores que o valor indicado.Os dados de forma de partícula de éter de celulose são dados em micrômetros (µm).

3.2 Éter de celulose após otimização da morfologia das partículas

Levando em consideração o efeito da superfície da partícula, o tempo de dissolução das partículas de éter de celulose com formato de partícula em forma de bastão depende fortemente do diâmetro médio da fibra DIFI (50,3).Partindo desse pressuposto, o trabalho de desenvolvimento de éteres de celulose teve como objetivo a obtenção de produtos com maior diâmetro médio de fibra DIFI (50,3) para melhorar a solubilidade do pó.

No entanto, não se espera que um aumento no comprimento médio da fibra DIFI(50,3) seja acompanhado por um aumento no tamanho médio das partículas.Aumentar ambos os parâmetros juntos resultará em partículas muito grandes para se dissolverem completamente dentro do tempo típico de agitação de 10 segundos da pulverização mecânica.

Portanto, uma hidroxietilmetilcelulose (HEMC) ideal deve ter um diâmetro médio de fibra DIFI(50,3) maior, mantendo o comprimento médio de fibra LEFI(50,3).Usamos um novo processo de produção de éter de celulose para produzir um HEMC aprimorado.A forma da partícula do éter de celulose solúvel em água obtido através deste processo de produção é completamente diferente da forma da partícula da celulose usada como matéria-prima para a produção.Em outras palavras, o processo de produção permite que o desenho da forma da partícula do éter de celulose seja independente de suas matérias-primas de produção.

Três imagens de microscópio eletrônico de varredura: uma de éter de celulose produzido pelo processo padrão e uma de éter de celulose produzido pelo novo processo com um diâmetro maior de DIFI(50,3) do que os produtos de ferramentas de processo convencionais.Também é mostrada a morfologia da celulose finamente moída usada na produção desses dois produtos.

Comparando as micrografias eletrônicas de celulose e éter de celulose produzidos pelo processo padrão, é fácil descobrir que os dois têm características morfológicas semelhantes.O grande número de partículas em ambas as imagens exibe estruturas tipicamente longas e finas, sugerindo que as características morfológicas básicas não mudaram mesmo após a ocorrência da reação química.É claro que as características da morfologia das partículas dos produtos da reação são altamente correlacionadas com as matérias-primas.

Verificou-se que as características morfológicas do éter de celulose produzido pelo novo processo são significativamente diferentes, tem um diâmetro médio maior DIFI (50,3), e apresenta principalmente formas arredondadas de partículas curtas e grossas, enquanto as típicas partículas finas e longas em matérias-primas de celulose Quase extinto.

Esta figura mostra novamente que a morfologia das partículas dos éteres de celulose produzidos pelo novo processo não está mais relacionada à morfologia da matéria-prima da celulose – a ligação entre a morfologia da matéria-prima e o produto final não existe mais.

4. Efeito da morfologia das partículas HEMC na formação de aglomerados não molhados em GSP

O GSP foi testado em condições de aplicação de campo para verificar se nossa hipótese sobre o mecanismo de trabalho (que usar um produto de éter de celulose com um DIFI de diâmetro médio maior (50,3) reduziria a aglomeração indesejada) estava correta.HEMCs com diâmetros médios DIFI(50,3) variando de 37 µm a 52 µm foram usados ​​nesses experimentos.A fim de minimizar a influência de outros fatores além da morfologia das partículas, a base de gesso e todos os outros aditivos foram mantidos inalterados.A viscosidade do éter de celulose foi mantida constante durante o teste (60.000mPa.s, solução aquosa a 2%, medida com um reômetro HAAKE).

Um pulverizador de gesso disponível comercialmente (PFT G4) foi usado para pulverização nos ensaios de aplicação.Concentre-se em avaliar a formação de torrões não umedecidos de argamassa de gesso imediatamente após sua aplicação na parede.A avaliação da aglomeração nesta fase ao longo do processo de aplicação do reboco revelará melhor as diferenças no desempenho do produto.No teste, trabalhadores experientes classificaram a situação de aglomeração, sendo 1 a melhor e 6 a pior.

Os resultados do teste mostram claramente a correlação entre o diâmetro médio da fibra DIFI (50,3) e a pontuação do desempenho de aglomeração.Consistente com nossa hipótese de que os produtos de éter de celulose com DIFI(50,3) maior superaram os produtos DIFI(50,3) menores, a pontuação média para DIFI(50,3) de 52 µm foi 2 (bom), enquanto aqueles com DIFI( 50,3) de 37µm e 40µm com pontuação 5 (falha).

Como esperávamos, o comportamento de aglomeração em aplicações GSP depende significativamente do diâmetro médio DIFI(50,3) do éter de celulose usado.Além disso, foi mencionado na discussão anterior que entre todos os parâmetros morfológicos DIFI(50,3) afetou fortemente o tempo de dissolução dos pós de éter de celulose.Isso confirma que o tempo de dissolução do éter de celulose, altamente correlacionado com a morfologia das partículas, afeta a formação de grumos no GSP.Um DIFI maior (50,3) causa maior tempo de dissolução do pó, o que reduz significativamente a chance de aglomeração.No entanto, um tempo de dissolução do pó muito longo dificultará a dissolução completa do éter de celulose dentro do tempo de agitação do equipamento de pulverização.

O novo produto HEMC com um perfil de dissolução otimizado devido a um maior diâmetro médio da fibra DIFI(50,3) não só tem melhor umedecimento do pó de gesso (como visto na avaliação de aglomeração), mas também não afeta o desempenho de retenção de água de o produto.A retenção de água medida de acordo com EN 459-2 foi indistinguível de produtos HEMC da mesma viscosidade com DIFI(50,3) de 37µm a 52µm.Todas as medições após 5 minutos e 60 minutos estão dentro do intervalo necessário mostrado no gráfico.

No entanto, também foi confirmado que, se o DIFI(50,3) se tornar muito grande, as partículas de éter de celulose não se dissolverão completamente.Isso foi encontrado ao testar um produto DIFI(50,3) de 59 µM.Seus resultados de teste de retenção de água após 5 minutos e especialmente após 60 minutos não atenderam ao mínimo exigido.

5. Resumo

Os éteres de celulose são aditivos importantes nas formulações de GSP.O trabalho de pesquisa e desenvolvimento de produtos aqui analisa a correlação entre a morfologia das partículas de éteres de celulose e a formação de aglomerados não umedecidos (os chamados aglomerados) quando pulverizados mecanicamente.Baseia-se na suposição do mecanismo de trabalho de que o tempo de dissolução do pó de éter de celulose afeta o umedecimento do pó de gesso pela água e, portanto, afeta a formação de aglomerados.

O tempo de dissolução depende da morfologia da partícula do éter de celulose e pode ser obtido usando ferramentas de análise de imagem digital.No GSP, os éteres de celulose com grande diâmetro médio de DIFI (50,3) têm características otimizadas de dissolução do pó, permitindo mais tempo para a água molhar completamente as partículas de gesso, permitindo assim uma ótima antiaglomeração.Esse tipo de éter de celulose é produzido por meio de um novo processo de produção, e sua forma de partícula não depende da forma original da matéria-prima para produção.

O diâmetro médio da fibra DIFI (50,3) tem um efeito muito importante na aglomeração, o que foi verificado pela adição deste produto a uma base de gesso pulverizado à máquina disponível comercialmente para pulverização no local.Além disso, esses testes de pulverização de campo confirmaram nossos resultados de laboratório: os produtos de éter de celulose de melhor desempenho com grande DIFI (50,3) foram completamente solúveis dentro da janela de tempo de agitação do GSP.Portanto, o produto de éter de celulose com as melhores propriedades antiaglomerantes após melhorar o formato da partícula ainda mantém o desempenho original de retenção de água.