Phát triển ete cellulose HEMC mới để giảm sự kết tụ trong thạch cao phun bằng máy

Phát triển ete cellulose HEMC mới để giảm sự kết tụ trong thạch cao phun bằng máy

Thạch cao phun bằng máy (GSP) gốc thạch cao đã được sử dụng rộng rãi ở Tây Âu từ những năm 1970.Sự xuất hiện của phun cơ học đã cải thiện hiệu quả hiệu quả của việc xây dựng thạch cao trong khi giảm chi phí xây dựng.Với việc thương mại hóa GSP ngày càng sâu rộng, ete cellulose hòa tan trong nước đã trở thành một chất phụ gia chính.Cellulose ether mang lại cho GSP khả năng giữ nước tốt, hạn chế sự hấp thụ độ ẩm của chất nền trong thạch cao, do đó có được thời gian đông kết ổn định và tính chất cơ học tốt.Ngoài ra, đường cong lưu biến cụ thể của cellulose ether có thể cải thiện hiệu quả của việc phun bằng máy và đơn giản hóa đáng kể các quy trình san phẳng và hoàn thiện vữa tiếp theo.

Mặc dù có những ưu điểm rõ ràng của ete cellulose trong các ứng dụng GSP, nhưng nó cũng có khả năng góp phần hình thành các cục khô khi phun.Những cục không được làm ướt này còn được gọi là vón cục hoặc đóng bánh, và chúng có thể ảnh hưởng xấu đến độ phẳng và hoàn thiện của vữa.Sự kết tụ có thể làm giảm hiệu quả của trang web và tăng chi phí của các ứng dụng sản phẩm thạch cao hiệu suất cao.Để hiểu rõ hơn về tác động của ete cellulose đối với sự hình thành cục trong GSP, chúng tôi đã tiến hành một nghiên cứu để cố gắng xác định các thông số sản phẩm có liên quan ảnh hưởng đến sự hình thành cục.Dựa trên kết quả của nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển một loạt sản phẩm cellulose ether có xu hướng giảm kết tụ và đánh giá chúng trong các ứng dụng thực tế.

từ khóa: ete xenlulô;máy thạch cao phun thạch cao;tỷ lệ hòa tan;hình thái hạt

1.Giới thiệu

Các ete cellulose hòa tan trong nước đã được sử dụng thành công trong thạch cao phun bằng máy (GSP) để điều chỉnh nhu cầu nước, cải thiện khả năng giữ nước và cải thiện tính chất lưu biến của vữa.Do đó giúp nâng cao tính năng của vữa ướt, từ đó đảm bảo cường độ yêu cầu của vữa.Do các đặc tính thân thiện với môi trường và khả thi về mặt thương mại, hỗn hợp khô GSP đã trở thành vật liệu xây dựng nội thất được sử dụng rộng rãi trên khắp châu Âu trong hơn 20 năm qua.

Máy trộn và phun hỗn hợp khô GSP đã được thương mại hóa thành công trong nhiều thập kỷ.Mặc dù một số tính năng kỹ thuật của thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau là khác nhau, nhưng tất cả các máy phun có bán trên thị trường đều cho phép thời gian trộn rất hạn chế để nước trộn với vữa hỗn hợp khô thạch cao chứa ête cellulose.Nói chung, toàn bộ quá trình trộn chỉ mất vài giây.Sau khi trộn, vữa ướt được bơm qua vòi phân phối và phun lên tường bề mặt.Toàn bộ quá trình được hoàn thành trong vòng một phút.Tuy nhiên, trong một khoảng thời gian ngắn như vậy, ete cellulose cần được hòa tan hoàn toàn để phát huy hết tính chất của chúng trong ứng dụng.Việc thêm các sản phẩm cellulose ether nghiền mịn vào công thức vữa thạch cao đảm bảo hòa tan hoàn toàn trong quá trình phun này.

Ête cellulose nghiền mịn sẽ nhanh chóng tạo thành độ đặc khi tiếp xúc với nước trong quá trình khuấy trộn trong bình phun.Độ nhớt tăng nhanh do sự hòa tan của ete cellulose gây ra vấn đề đồng thời làm ướt nước của các hạt vật liệu xi măng thạch cao.Khi nước bắt đầu đặc lại, nó trở nên ít lỏng hơn và không thể thấm vào các lỗ nhỏ giữa các hạt thạch cao.Sau khi lối vào các lỗ rỗng bị chặn, quá trình làm ướt các hạt vật liệu xi măng bằng nước bị trì hoãn.Thời gian trộn trong máy phun ngắn hơn thời gian cần thiết để làm ướt hoàn toàn các hạt thạch cao, dẫn đến hình thành các cục bột khô trong vữa mới ướt.Khi các cục này được hình thành, chúng sẽ cản trở hiệu quả của công nhân trong các quá trình tiếp theo: việc san phẳng vữa bị vón cục rất rắc rối và mất nhiều thời gian hơn.Ngay cả sau khi vữa đông kết, các cục hình thành ban đầu có thể xuất hiện.Ví dụ, việc che lấp các cục bên trong trong quá trình xây dựng sẽ dẫn đến sự xuất hiện của các vùng tối trong giai đoạn sau mà chúng ta không muốn nhìn thấy.

Mặc dù ete cellulose đã được sử dụng làm chất phụ gia trong GSP trong nhiều năm, nhưng tác dụng của chúng đối với sự hình thành các cục chưa được làm ướt cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu nhiều.Bài viết này trình bày một cách tiếp cận có hệ thống có thể được sử dụng để hiểu nguyên nhân gốc rễ của sự kết tụ từ góc độ cellulose ether.

2. Lý do hình thành các cục không thấm nước trong GSP

2.1 Làm ướt vữa trát tường

Trong giai đoạn đầu thiết lập chương trình nghiên cứu, một số nguyên nhân gốc rễ có thể dẫn đến sự hình thành các cục trong CSP đã được tập hợp lại.Tiếp theo, thông qua phân tích có sự trợ giúp của máy tính, vấn đề được tập trung vào việc liệu có giải pháp kỹ thuật thực tế hay không.Thông qua các công trình này, giải pháp tối ưu cho sự hình thành các chất kết tụ trong GSP đã được sàng lọc sơ bộ.Từ cả những cân nhắc về kỹ thuật và thương mại, con đường kỹ thuật thay đổi độ ẩm của các hạt thạch cao bằng cách xử lý bề mặt bị loại trừ.Từ quan điểm thương mại, ý tưởng thay thế thiết bị hiện có bằng thiết bị phun có buồng trộn được thiết kế đặc biệt có thể đảm bảo trộn đều nước và vữa bị loại trừ.

Một lựa chọn khác là sử dụng chất làm ẩm làm chất phụ gia trong công thức thạch cao thạch cao và chúng tôi đã tìm thấy bằng sáng chế cho điều này.Tuy nhiên, việc bổ sung chất phụ gia này chắc chắn ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng thi công của thạch cao.Quan trọng hơn, nó làm thay đổi tính chất vật lý của vữa, đặc biệt là độ cứng và cường độ.Vì vậy, chúng tôi đã không đào sâu vào nó.Ngoài ra, việc bổ sung các chất làm ẩm cũng được coi là có thể có tác động xấu đến môi trường.

Xem xét rằng cellulose ether đã là một phần của công thức thạch cao gốc thạch cao, việc tối ưu hóa bản thân cellulose ether trở thành giải pháp tốt nhất có thể được lựa chọn.Đồng thời không được ảnh hưởng đến tính chất giữ nước hoặc ảnh hưởng xấu đến tính chất lưu biến của vữa trát đang sử dụng.Dựa trên giả thuyết được đề xuất trước đây rằng việc tạo ra bột không ướt trong GSP là do độ nhớt của ete cellulose tăng quá nhanh sau khi tiếp xúc với nước trong quá trình khuấy, việc kiểm soát các đặc tính hòa tan của ete cellulose trở thành mục tiêu chính trong nghiên cứu của chúng tôi .

2.2 Thời gian hòa tan của cellulose ether

Một cách dễ dàng để làm chậm tốc độ hòa tan của ete cellulose là sử dụng các sản phẩm dạng hạt.Nhược điểm chính của việc sử dụng phương pháp này trong GSP là các hạt quá thô không hòa tan hoàn toàn trong cửa sổ khuấy trộn ngắn 10 giây trong máy phun, dẫn đến mất khả năng giữ nước.Ngoài ra, sự trương nở của cellulose ether không hòa tan trong giai đoạn sau sẽ dẫn đến quá trình trát trở nên đặc lại và ảnh hưởng đến hiệu quả thi công, đây là điều chúng ta không muốn thấy.

Một lựa chọn khác để giảm tốc độ hòa tan của ete cellulose là liên kết ngang thuận nghịch bề mặt của ete cellulose với glyoxal.Tuy nhiên, do phản ứng tạo liên kết ngang được kiểm soát bằng độ pH nên tốc độ hòa tan của ete cellulose phụ thuộc nhiều vào độ pH của dung dịch nước xung quanh.Giá trị pH của hệ thống GSP trộn với vôi tôi rất cao và các liên kết ngang của glyoxal trên bề mặt nhanh chóng mở ra sau khi tiếp xúc với nước và độ nhớt bắt đầu tăng ngay lập tức.Do đó, các phương pháp xử lý hóa học như vậy không thể đóng vai trò kiểm soát tốc độ hòa tan trong GSP.

Thời gian hòa tan của ete cellulose cũng phụ thuộc vào hình thái hạt của chúng.Tuy nhiên, thực tế này cho đến nay vẫn chưa nhận được nhiều sự quan tâm, mặc dù hiệu quả là rất đáng kể.Chúng có tốc độ hòa tan tuyến tính không đổi [kg/(m2•s)], vì vậy độ hòa tan và độ nhớt của chúng tỷ lệ thuận với bề mặt có sẵn.Tỷ lệ này có thể thay đổi đáng kể với những thay đổi về hình thái của các hạt cellulose.Theo tính toán của chúng tôi, giả định rằng độ nhớt đầy đủ (100%) đạt được sau 5 giây khuấy trộn.

Tính toán các hình thái hạt khác nhau cho thấy các hạt hình cầu có độ nhớt bằng 35% độ nhớt cuối cùng ở một nửa thời gian trộn.Trong cùng khoảng thời gian, các hạt ether cellulose hình que chỉ có thể đạt 10%.Các hạt hình đĩa chỉ bắt đầu hòa tan sau2,5 giây.

Cũng bao gồm các đặc tính hòa tan lý tưởng cho ete xenlulô trong GSP.Trì hoãn quá trình tích tụ độ nhớt ban đầu trong hơn 4,5 giây.Sau đó, độ nhớt tăng nhanh để đạt được độ nhớt cuối cùng trong vòng 5 giây kể từ thời gian trộn khuấy.Trong GSP, thời gian hòa tan bị trì hoãn lâu như vậy cho phép hệ thống có độ nhớt thấp và nước được thêm vào có thể làm ướt hoàn toàn các hạt thạch cao và đi vào các lỗ chân lông giữa các hạt mà không bị xáo trộn.

3. Hình thái hạt của cellulose ether

3.1 Phép đo hình thái hạt

Do hình dạng của các hạt cellulose ether có tác động đáng kể đến độ hòa tan, nên trước tiên cần xác định các tham số mô tả hình dạng của các hạt ether cellulose, sau đó xác định sự khác biệt giữa việc không làm ướt Sự hình thành các chất kết tụ là một tham số đặc biệt liên quan .

Chúng tôi đã thu được hình thái hạt của cellulose ether bằng kỹ thuật phân tích hình ảnh động.Hình thái hạt của ete cellulose có thể được mô tả đầy đủ bằng cách sử dụng máy phân tích hình ảnh kỹ thuật số SYMPATEC (sản xuất tại Đức) và các công cụ phân tích phần mềm cụ thể.Các tham số hình dạng hạt quan trọng nhất được tìm thấy là chiều dài trung bình của sợi được biểu thị bằng LEFI(50,3) và đường kính trung bình được biểu thị bằng DIFI(50,3).Dữ liệu về độ dài trung bình của sợi được coi là toàn bộ chiều dài của một hạt cellulose ether trải ra nhất định.

Thông thường, dữ liệu phân bố kích thước hạt như đường kính sợi trung bình DIFI có thể được tính toán dựa trên số lượng hạt (ký hiệu là 0), chiều dài (ký hiệu là 1), diện tích (ký hiệu là 2) hoặc thể tích (ký hiệu là 3).Tất cả các phép đo dữ liệu hạt trong bài báo này đều dựa trên khối lượng và do đó được biểu thị bằng hậu tố 3.Ví dụ: trong DIFI(50,3), 3 có nghĩa là phân bố khối lượng và 50 có nghĩa là 50% đường cong phân bố kích thước hạt nhỏ hơn giá trị được chỉ định và 50% còn lại lớn hơn giá trị được chỉ định.Dữ liệu hình dạng hạt cellulose ether được tính bằng micromet (µm).

3.2 Cellulose ether sau khi tối ưu hóa hình thái hạt

Khi tính đến ảnh hưởng của bề mặt hạt, thời gian hòa tan hạt của các hạt cellulose ether có hình dạng hạt giống như que phụ thuộc rất nhiều vào đường kính sợi trung bình DIFI (50,3).Dựa trên giả định này, công việc phát triển ete cellulose nhằm mục đích thu được các sản phẩm có đường kính sợi trung bình lớn hơn DIFI (50,3) để cải thiện khả năng hòa tan của bột.

Tuy nhiên, việc tăng chiều dài sợi trung bình DIFI(50,3) dự kiến ​​sẽ không đi kèm với việc tăng kích thước hạt trung bình.Việc tăng cả hai tham số cùng nhau sẽ dẫn đến các hạt quá lớn để hòa tan hoàn toàn trong thời gian khuấy trộn điển hình 10 giây của phun cơ học.

Do đó, một hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) lý tưởng phải có đường kính sợi trung bình lớn hơn DIFI(50,3) trong khi vẫn duy trì chiều dài sợi trung bình LEFI(50,3).Chúng tôi sử dụng quy trình sản xuất cellulose ether mới để tạo ra HEMC cải tiến.Hình dạng hạt của ether cellulose hòa tan trong nước thu được thông qua quy trình sản xuất này hoàn toàn khác với hình dạng hạt của cellulose được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất.Nói cách khác, quy trình sản xuất cho phép thiết kế hình dạng hạt của cellulose ether độc lập với nguyên liệu sản xuất của nó.

Ba hình ảnh kính hiển vi điện tử quét: một bằng cellulose ether được sản xuất theo quy trình tiêu chuẩn và một bằng cellulose ether được sản xuất bằng quy trình mới với đường kính DIFI(50,3) lớn hơn các sản phẩm công cụ quy trình thông thường.Hình thái của cellulose nghiền mịn được sử dụng trong sản xuất hai sản phẩm này cũng được thể hiện.

So sánh các vi ảnh điện tử của cellulose và cellulose ether được sản xuất theo quy trình tiêu chuẩn, dễ dàng nhận thấy rằng hai loại này có các đặc điểm hình thái tương tự nhau.Số lượng lớn các hạt trong cả hai hình ảnh thể hiện các cấu trúc mỏng và dài điển hình, cho thấy rằng các đặc điểm hình thái cơ bản không thay đổi ngay cả sau khi phản ứng hóa học diễn ra.Rõ ràng là các đặc điểm hình thái hạt của các sản phẩm phản ứng có mối tương quan cao với các nguyên liệu thô.

Người ta nhận thấy rằng các đặc điểm hình thái của cellulose ether được tạo ra bởi quy trình mới là khác biệt đáng kể, nó có đường kính trung bình lớn hơn DIFI (50,3) và chủ yếu thể hiện hình dạng hạt tròn ngắn và dày, trong khi các hạt mỏng và dài điển hình trong nguyên liệu cellulose Gần như tuyệt chủng.

Hình này một lần nữa cho thấy rằng hình thái hạt của ete cellulose được tạo ra bởi quy trình mới không còn liên quan đến hình thái của nguyên liệu cellulose thô – mối liên hệ giữa hình thái của nguyên liệu thô và sản phẩm cuối cùng không còn tồn tại.

4. Ảnh hưởng của hình thái hạt HEMC đến sự hình thành các khối không thấm nước trong GSP

GSP đã được thử nghiệm trong các điều kiện ứng dụng tại hiện trường để xác minh rằng giả thuyết của chúng tôi về cơ chế hoạt động (rằng việc sử dụng sản phẩm cellulose ether có đường kính trung bình lớn hơn DIFI (50,3) sẽ làm giảm sự kết tụ không mong muốn) là chính xác.Các HEMC có đường kính trung bình DIFI(50,3) nằm trong khoảng từ 37 µm đến 52 µm đã được sử dụng trong các thí nghiệm này.Để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố khác ngoài hình thái hạt, nền thạch cao thạch cao và tất cả các chất phụ gia khác được giữ nguyên.Độ nhớt của ete xenlulô được giữ không đổi trong suốt quá trình thử nghiệm (60.000mPa.s, dung dịch nước 2%, được đo bằng máy đo lưu biến HAAKE).

Máy phun thạch cao có bán trên thị trường (PFT G4) đã được sử dụng để phun trong các thử nghiệm ứng dụng.Tập trung vào việc đánh giá sự hình thành các cục thạch cao chưa được làm ướt ngay sau khi nó được áp dụng cho tường.Việc đánh giá hiện tượng vón cục ở giai đoạn này trong suốt quá trình trát vữa sẽ cho thấy rõ nhất sự khác biệt về hiệu suất của sản phẩm.Trong thử nghiệm, những người thợ có kinh nghiệm đánh giá tình trạng vón cục, với 1 là tốt nhất và 6 là tệ nhất.

Kết quả thử nghiệm cho thấy rõ mối tương quan giữa đường kính sợi trung bình DIFI (50,3) và điểm hiệu suất vón cục.Phù hợp với giả thuyết của chúng tôi rằng các sản phẩm cellulose ether có DIFI(50,3) lớn hơn hoạt động tốt hơn các sản phẩm DIFI(50,3) nhỏ hơn, điểm trung bình cho DIFI(50,3) của 52 µm là 2 (tốt), trong khi những sản phẩm có DIFI( 50,3) của 37µm và 40µm cho điểm 5 (không đạt).

Như chúng tôi mong đợi, hành vi vón cục trong các ứng dụng GSP phụ thuộc đáng kể vào đường kính trung bình DIFI(50,3) của cellulose ether được sử dụng.Hơn nữa, nó đã được đề cập trong cuộc thảo luận trước đây rằng trong số tất cả các tham số hình thái DIFI(50,3) ảnh hưởng mạnh đến thời gian hòa tan của bột cellulose ether.Điều này xác nhận rằng thời gian hòa tan cellulose ether, có mối tương quan cao với hình thái hạt, cuối cùng ảnh hưởng đến sự hình thành các khối trong GSP.DIFI lớn hơn (50,3) khiến thời gian hòa tan bột lâu hơn, làm giảm đáng kể khả năng kết tụ.Tuy nhiên, thời gian hòa tan bột quá lâu sẽ khiến cellulose ether khó hòa tan hoàn toàn trong khoảng thời gian khuấy của thiết bị phun.

Sản phẩm HEMC mới với cấu hình hòa tan được tối ưu hóa do đường kính sợi trung bình lớn hơn DIFI(50,3) không chỉ làm ướt bột thạch cao tốt hơn (như đã thấy trong đánh giá vón cục) mà còn không ảnh hưởng đến hiệu suất giữ nước của sản phẩm.Khả năng giữ nước được đo theo EN 459-2 không thể phân biệt được với các sản phẩm HEMC có cùng độ nhớt với DIFI(50,3) từ 37µm đến 52µm.Tất cả các phép đo sau 5 phút và 60 phút nằm trong phạm vi yêu cầu được hiển thị trong biểu đồ.

Tuy nhiên, người ta cũng xác nhận rằng nếu DIFI(50,3) trở nên quá lớn, các hạt cellulose ether sẽ không còn hòa tan hoàn toàn nữa.Điều này được tìm thấy khi thử nghiệm sản phẩm DIFI(50,3) của 59 µM.Kết quả kiểm tra khả năng giữ nước sau 5 phút và đặc biệt sau 60 phút không đạt mức tối thiểu theo yêu cầu.

5. Tóm tắt

Ête cellulose là chất phụ gia quan trọng trong công thức GSP.Công việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm ở đây xem xét mối tương quan giữa hình thái hạt của ete xenlulô và sự hình thành các cục không được làm ướt (còn gọi là vón cục) khi phun bằng máy.Nó dựa trên giả định về cơ chế hoạt động rằng thời gian hòa tan của bột cellulose ether ảnh hưởng đến việc làm ướt bột thạch cao bằng nước và do đó ảnh hưởng đến sự hình thành cục.

Thời gian hòa tan phụ thuộc vào hình thái hạt của cellulose ether và có thể thu được bằng các công cụ phân tích hình ảnh kỹ thuật số.Trong GSP, ete cellulose có đường kính trung bình lớn DIFI (50,3) có đặc tính hòa tan bột tối ưu, giúp nước có nhiều thời gian thấm ướt hoàn toàn các hạt thạch cao, nhờ đó chống kết tụ tối ưu.Loại cellulose ether này được sản xuất bằng quy trình sản xuất mới và dạng hạt của nó không phụ thuộc vào dạng ban đầu của nguyên liệu thô để sản xuất.

Đường kính sợi trung bình DIFI (50,3) có ảnh hưởng rất quan trọng đến việc vón cục, điều này đã được kiểm chứng bằng cách thêm sản phẩm này vào nền thạch cao phun bằng máy có bán trên thị trường để phun tại chỗ.Hơn nữa, các thử nghiệm phun tại hiện trường này đã xác nhận kết quả trong phòng thí nghiệm của chúng tôi: các sản phẩm cellulose ether hoạt động tốt nhất với DIFI lớn (50,3) hòa tan hoàn toàn trong khoảng thời gian khuấy trộn GSP.Do đó, sản phẩm cellulose ether với khả năng chống đóng bánh tốt nhất sau khi cải thiện hình dạng hạt vẫn duy trì hiệu suất giữ nước ban đầu.