ما هو الدور الذي يلعبه إيثر السليلوز في الملاط المختلط الجاف؟

إيثر السليلوز هو بوليمر صناعي مصنوع من السليلوز الطبيعي كمادة خام عن طريق التعديل الكيميائي. إيثر السليلوز مشتق من السليلوز الطبيعي، ويختلف إنتاجه عن البوليمر الصناعي، فمادته الأساسية هي السليلوز، وهو مركبات بوليمرية طبيعية. نظرًا لخصوصية بنية السليلوز الطبيعي، لا يتفاعل السليلوز نفسه مع عامل الأثير. ولكن بعد معالجة عامل التورم، تدمرت الروابط الهيدروجينية القوية بين السلاسل الجزيئية، وتحرر نشاط مجموعة الهيدروكسيل في السليلوز القلوي ذي القدرة على التفاعل، وتم الحصول على إيثر السليلوز من خلال تفاعل عامل الأثير - مجموعة OH - مع - مجموعة OR.

تعتمد خصائص إيثرات السليلوز على نوع وعدد وتوزيع البدائل. ويعتمد تصنيف إيثر السليلوز أيضًا على نوع البدائل، ودرجة الأثير، والذوبانية، والاستخدامات ذات الصلة. ووفقًا لنوع البدائل في السلسلة الجزيئية، يُمكن تقسيمه إلى إيثر مفرد وإيثر مختلط. يُستخدم MC عادةً كإيثر مفرد، بينما يُستخدم HPmc كإيثر مختلط. ميثيل السليلوز الأثير MC هو وحدة الجلوكوز السليلوز الطبيعية على الهيدروكسيل هو ميثوكسيد استبداله صيغة هيكل المنتج [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X، هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز الأثير HPmc هي وحدة على الهيدروكسيل هو جزء من الميثوكسيد استبداله، جزء آخر من هيدروكسي بروبيل استبدال المنتج، الصيغة الهيكلية هي [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X وهيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز الأثير HEmc، والذي يستخدم على نطاق واسع ويباع في السوق.

من حيث الذوبانية، يمكن تقسيمها إلى نوعين: أيوني وغير أيوني. يتكون إيثر السليلوز غير الأيوني القابل للذوبان في الماء بشكل رئيسي من إيثر ألكيل وإيثر ألكيل هيدروكسيل، وهما سلسلتان من الأنواع. يُستخدم Cmc الأيوني بشكل رئيسي في المنظفات الصناعية، والمنسوجات، والطباعة، والأغذية، واستخراج النفط. أما MC وHPmc وHEmc غير الأيونية، وغيرها، فتُستخدم بشكل رئيسي في مواد البناء، وطلاء اللاتكس، والأدوية، والكيمياء اليومية، وغيرها. كما يُستخدم كعامل تكثيف، وعامل احتباس ماء، ومثبت، ومشتت، وعامل تشكيل أغشية.

احتباس الماء في إيثر السليلوز

في إنتاج مواد البناء، وخاصة الملاط المختلط الجاف، يلعب إيثر السليلوز دورًا لا غنى عنه، وخاصة في إنتاج الملاط الخاص (الملاط المعدل)، وهو جزء لا غنى عنه.

إن الدور المهم لإيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء في الملاط له ثلاثة جوانب رئيسية، الأول هو القدرة الممتازة على الاحتفاظ بالماء، والثاني هو تأثير اتساق الملاط والثيكسوتروبي، والثالث هو التفاعل مع الأسمنت.

يعتمد احتباس الماء في إيثر السليلوز على أساس قابلية الذوبان، وتركيب الملاط، وسمك طبقة الملاط، وحاجة الملاط للماء، وزمن تكثيف مادة التكثيف. يأتي احتباس الماء في إيثر السليلوز من قابلية ذوبان إيثر السليلوز نفسه وجفافه. من المعروف أن سلاسل السليلوز الجزيئية، على الرغم من احتوائها على عدد كبير من مجموعات OH عالية الترطيب، غير قابلة للذوبان في الماء بسبب بنيتها البلورية للغاية. إن قدرة مجموعات الهيدروكسيل على الترطيب وحدها لا تكفي لدفع ثمن الروابط الهيدروجينية القوية بين الجزيئات وقوى فان دير فالس. عند إدخال البدائل في السلسلة الجزيئية، لا تدمر البدائل سلسلة الهيدروجين فحسب، بل تنكسر أيضًا الروابط الهيدروجينية بين السلاسل بسبب انحشار البدائل بين السلاسل المتجاورة. كلما كبرت البدائل، زادت المسافة بين الجزيئات. كلما زاد تأثير تدمير الرابطة الهيدروجينية وتمدد شبكة السليلوز، أصبح المحلول في إيثر السليلوز قابلاً للذوبان في الماء، مما أدى إلى تكوين محلول عالي اللزوجة. مع ارتفاع درجة الحرارة، تقل نسبة ترطيب البوليمر، ويُطرد الماء بين السلاسل. عندما يكون تأثير التجفيف كافياً، تبدأ الجزيئات بالتجمع، وينثني الجل في شبكة ثلاثية الأبعاد. تشمل العوامل المؤثرة على احتباس الماء في الملاط: لزوجة إيثر السليلوز، والجرعة، ودقة الجسيمات، ودرجة حرارة الاستخدام.

كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز، تحسن أداء احتباس الماء، وبالتالي لزوجة محلول البوليمر. كما يُحدد الوزن الجزيئي (درجة البلمرة) للبوليمر بطول وشكل البنية الجزيئية للسلسلة، ويؤثر توزيع عدد البدائل بشكل مباشر على نطاق اللزوجة. [eta] = Km ألفا

اللزوجة الجوهرية لمحاليل البوليمر

الوزن الجزيئي للبوليمر M

ثابت خصائص البوليمر ألفا

معامل محلول اللزوجة K

تعتمد لزوجة محلول البوليمر على وزنه الجزيئي. وترتبط لزوجة وتركيز محاليل إيثر السليلوز بتطبيقات متنوعة. لذلك، لكل إيثر سليولوز مواصفات لزوجة مختلفة، كما يتم تنظيم اللزوجة بشكل رئيسي من خلال تحلل السليلوز القلوي، أي من خلال كسر السلسلة الجزيئية للسليلوز.

بالنسبة لحجم الجسيمات، كلما كان الجسيم أدق، كان احتباس الماء أفضل. عند ملامسة جزيئات إيثر السليلوز الكبيرة للماء، يذوب السطح فورًا ويشكل هلامًا يغلف المادة ويمنع جزيئات الماء من الاستمرار في الاختراق. في بعض الأحيان، لا يمكن توزيع المحلول بالتساوي بعد التحريك لفترة طويلة، مما يؤدي إلى تكوين محلول متكتل أو موحل. تُعد قابلية ذوبان إيثر السليلوز أحد عوامل اختيار إيثر السليلوز.

تكثيف وتشكيل مادة الإيثر السليلوزية

يعتمد التأثير الثاني لإيثر السليلوز - التكثيف - على: درجة بلمرة إيثر السليلوز، وتركيز المحلول، ومعدل القص، ودرجة الحرارة، وظروف أخرى. تتميز خواص التجلط في المحلول بخصائص فريدة للسليلوز الألكي ومشتقاته المعدلة. وترتبط خصائص التجلط بدرجة الاستبدال، وتركيز المحلول، والمواد المضافة. أما بالنسبة لمشتقات هيدروكسيل ألكيل المعدلة، فترتبط خصائص التجلط أيضًا بدرجة تعديل هيدروكسيل ألكيل. بالنسبة لتركيز المحلول، يمكن تحضير MC وHPmc منخفضي اللزوجة بتركيز 10%-15%، وMC وHPmc متوسطي اللزوجة بتركيز 5%-10%، وMC وHPmc عاليي اللزوجة بتركيز 2%-3% فقط، وعادةً ما تُحدد لزوجة إيثر السليلوز بتركيز 1%-2%. كفاءة مكثف إيثر السليلوز عالي الوزن الجزيئي، نفس تركيز المحلول، بوليمرات الوزن الجزيئي المختلفة لها لزوجة مختلفة، يمكن التعبير عن اللزوجة والوزن الجزيئي على النحو التالي، [η] = 2.92 × 10-2 (DPn) 0.905، DPn هو متوسط ​​درجة البلمرة العالية. إيثر السليلوز منخفض الوزن الجزيئي لإضافة المزيد لتحقيق اللزوجة المستهدفة. تعتمد لزوجته بشكل أقل على معدل القص، اللزوجة العالية لتحقيق اللزوجة المستهدفة، الكمية المطلوبة لإضافة أقل، تعتمد اللزوجة على كفاءة التكثيف. لذلك، لتحقيق قوام معين، يجب ضمان كمية معينة من إيثر السليلوز (تركيز المحلول) ولزوجة المحلول. انخفضت درجة حرارة التجلط للمحلول خطيًا مع زيادة تركيز المحلول، وحدث التجلط في درجة حرارة الغرفة بعد الوصول إلى تركيز معين. يحتوي HPmc على تركيز تجلط عالي في درجة حرارة الغرفة.

يمكن أيضًا تعديل الاتساق باختيار حجم الجسيمات وإيثرات السليلوز بدرجات تعديل مختلفة. يُسمى هذا التعديل بإدخال مجموعة هيدروكسيل ألكيل بدرجة استبدال معينة على هيكل MC. وذلك بتغيير قيم الاستبدال النسبية للمستبدلين، أي قيم الاستبدال النسبية لمجموعتي الميثوكسي والهيدروكسيل في DS وMS. يتطلب تغيير قيم الاستبدال النسبية لنوعين من المستبدلات الحصول على خصائص مختلفة لإيثر السليلوز.

العلاقة بين القوام والتعديل. في الشكل 5، تؤثر إضافة إيثر السليلوز على استهلاك الملاط للماء، وتُغيّر نسبة الماء إلى المادة الرابطة بين الماء والأسمنت، وهو ما يُسمّى بتأثير التكثيف. كلما زادت الجرعة، زاد استهلاك الماء.

يجب أن تذوب إيثرات السليلوز المستخدمة في مواد البناء المسحوقة بسرعة في الماء البارد، وأن تُوفر للنظام القوام المناسب. إذا كان معدل القصّ مُتَخَلِّطًا وغرويًا، فهذا يعني أن المنتج دون المستوى أو رديء الجودة.

هناك أيضًا علاقة خطية جيدة بين اتساق ملاط ​​الأسمنت وجرعة إيثر السليلوز، حيث يمكن لإيثر السليلوز زيادة لزوجة الملاط بشكل كبير، وكلما زادت الجرعة، كان التأثير أكثر وضوحًا.

يتميز محلول إيثر السليلوز المائي ذو اللزوجة العالية بخاصية لزجة عالية، وهي إحدى خصائص إيثر السليلوز. عادةً ما تتميز المحاليل المائية لبوليمرات نوع Mc بسيولة شبه بلاستيكية وغير لزجة عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة الهلام، ولكنها تتمتع بخصائص تدفق نيوتنية عند معدلات قص منخفضة. تزداد اللدونة الزائفة بزيادة الوزن الجزيئي أو تركيز إيثر السليلوز، وهي مستقلة عن نوع ودرجة المادة البديلة. لذلك، تُظهر إيثرات السليلوز من نفس درجة اللزوجة، سواء كانت MC أو HPmc أو HEmc، دائمًا نفس الخصائص الريولوجية طالما ظل التركيز ودرجة الحرارة ثابتين. عندما ترتفع درجة الحرارة، يتكون هلام هيكلي ويحدث تدفق لزج عالي. تُظهر إيثرات السليلوز ذات التركيز العالي واللزوجة المنخفضة خاصية لزجة حتى عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة الهلام. هذه الخاصية مفيدة جدًا في بناء ملاط ​​البناء لضبط تدفقه وخاصية تعليقه. يجب توضيح أنه كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز، كان احتباس الماء أفضل، ولكن كلما زادت اللزوجة، زاد الوزن الجزيئي النسبي لإيثر السليلوز، مما أدى إلى انخفاض قابليته للذوبان، مما يؤثر سلبًا على تركيز الملاط وأداء البناء. كلما زادت اللزوجة، كان تأثير تكثيف الملاط أكثر وضوحًا، ولكنه ليس علاقة تناسبية كاملة. بعض اللزوجة المنخفضة، ولكن إيثر السليلوز المعدل في تحسين القوة الهيكلية للملاط الرطب لديه أداء أفضل، مع زيادة اللزوجة، يتحسن احتباس الماء لإيثر السليلوز.