اتر سلولز یک پلیمر مصنوعی است که از طریق اصلاح شیمیایی از سلولز طبیعی ساخته میشود. اتر سلولز مشتقی از سلولز طبیعی است. تولید اتر سلولز با پلیمرهای مصنوعی متفاوت است. اساسیترین ماده آن سلولز است که یک ترکیب پلیمری طبیعی است. به دلیل خاص بودن ساختار سلولز طبیعی، خود سلولز توانایی واکنش با عوامل اتری شدن را ندارد. با این حال، پس از تصفیه با عامل تورم، پیوندهای هیدروژنی قوی بین زنجیرههای مولکولی و زنجیرهها از بین میرود و آزادسازی فعال گروه هیدروکسیل به یک سلولز قلیایی واکنشپذیر تبدیل میشود. اتر سلولز را به دست آورید.
خواص اترهای سلولزی به نوع، تعداد و توزیع جایگزینها بستگی دارد. طبقهبندی اترهای سلولزی همچنین بر اساس نوع جایگزینها، درجه اتری شدن، حلالیت و خواص کاربردی مرتبط است. با توجه به نوع جایگزینها در زنجیره مولکولی، میتوان آن را به مونواتر و اتر مخلوط تقسیم کرد. متیل سلولز اتر که معمولاً استفاده میکنیم مونواتر و HPMC اتر مخلوط است. متیل سلولز اتر MC محصول پس از جایگزینی گروه هیدروکسیل روی واحد گلوکز سلولز طبیعی با متوکسی است. این محصولی است که با جایگزینی بخشی از گروه هیدروکسیل روی واحد با یک گروه متوکسی و بخش دیگر با یک گروه هیدروکسی پروپیل به دست میآید. فرمول ساختاری آن [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر HEMC است، اینها انواع اصلی هستند که به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند و در بازار فروخته میشوند.
از نظر حلالیت، میتوان آن را به یونی و غیر یونی تقسیم کرد. اترهای سلولزی غیر یونی محلول در آب عمدتاً از دو سری آلکیل اترها و هیدروکسی آلکیل اترها تشکیل شدهاند. CMC یونی عمدتاً در شویندههای مصنوعی، چاپ و رنگرزی پارچه، اکتشاف مواد غذایی و روغن استفاده میشود. MC غیر یونی، HPMC، HEMC و غیره عمدتاً در مصالح ساختمانی، پوششهای لاتکس، دارو، مواد شیمیایی روزانه و غیره استفاده میشوند. به عنوان غلیظکننده، عامل نگهدارنده آب، تثبیتکننده، پراکندهکننده و عامل تشکیل فیلم استفاده میشوند.
احتباس آب سلولز اتر
در تولید مصالح ساختمانی، به ویژه ملات خشک، اتر سلولز نقش غیرقابل جایگزینی ایفا میکند، به خصوص در تولید ملات مخصوص (ملات اصلاح شده)، یک جزء ضروری و مهم است.
نقش مهم اتر سلولز محلول در آب در ملات عمدتاً دارای سه جنبه است: یکی ظرفیت عالی نگهداری آب، دیگری تأثیر بر قوام و تیکسوتروپی ملات و سوم تعامل با سیمان.
اثر احتباس آب سلولز اتر به جذب آب لایه پایه، ترکیب ملات، ضخامت لایه ملات، نیاز آبی ملات و زمان گیرش ماده گیرش بستگی دارد. احتباس آب سلولز اتر خود از حلالیت و دهیدراتاسیون خود سلولز اتر ناشی میشود. همانطور که همه ما میدانیم، اگرچه زنجیره مولکولی سلولز حاوی تعداد زیادی گروه OH با قابلیت هیدراتاسیون بالا است، اما در آب محلول نیست، زیرا ساختار سلولز درجه بلورینگی بالایی دارد. توانایی هیدراتاسیون گروههای هیدروکسیل به تنهایی برای پوشش پیوندهای هیدروژنی قوی و نیروهای واندروالسی بین مولکولها کافی نیست. بنابراین، فقط متورم میشود اما در آب حل نمیشود. هنگامی که یک جایگزین وارد زنجیره مولکولی میشود، نه تنها جایگزین زنجیره هیدروژن را از بین میبرد، بلکه پیوند هیدروژنی بین زنجیرهای نیز به دلیل گوه خوردن جایگزین بین زنجیرههای مجاور از بین میرود. هرچه جایگزین بزرگتر باشد، فاصله بین مولکولها بیشتر میشود. هرچه فاصله بیشتر باشد. هرچه اثر تخریب پیوندهای هیدروژنی بیشتر باشد، اتر سلولز پس از انبساط شبکه سلولز و ورود محلول، محلول در آب میشود و محلولی با ویسکوزیته بالا تشکیل میدهد. هنگامی که دما افزایش مییابد، هیدراتاسیون پلیمر ضعیف میشود و آب بین زنجیرها به بیرون رانده میشود. هنگامی که اثر دهیدراتاسیون کافی باشد، مولکولها شروع به تجمع میکنند و یک ساختار شبکهای سهبعدی ژل مانند تشکیل میدهند و به بیرون تا میشوند. عواملی که بر حفظ آب ملات تأثیر میگذارند عبارتند از ویسکوزیته اتر سلولز، مقدار اضافه شده، ظرافت ذرات و دمای استفاده.
هرچه ویسکوزیته اتر سلولز بالاتر باشد، عملکرد حفظ آب بهتر است و ویسکوزیته محلول پلیمری نیز بالاتر است. بسته به وزن مولکولی (درجه پلیمریزاسیون) پلیمر، طول زنجیره ساختار مولکولی و شکل زنجیره نیز تعیین میشود و توزیع انواع و مقادیر جایگزینها نیز مستقیماً بر محدوده ویسکوزیته آن تأثیر میگذارد. [η]=Kmα
[η] ویسکوزیته ذاتی محلول پلیمری
وزن مولکولی پلیمر m
ثابت مشخصه پلیمر α
ضریب محلول ویسکوزیته K
ویسکوزیته محلول پلیمری به وزن مولکولی پلیمر بستگی دارد. ویسکوزیته و غلظت محلول اتر سلولز به کاربرد آن در زمینههای مختلف مربوط میشود. بنابراین، هر اتر سلولز مشخصات ویسکوزیته متفاوتی دارد و تنظیم ویسکوزیته عمدتاً با تخریب سلولز قلیایی، یعنی شکستن زنجیرههای مولکولی سلولز، محقق میشود.
هرچه مقدار اتر سلولز اضافه شده به ملات بیشتر باشد، عملکرد حفظ آب بهتر است و هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، عملکرد حفظ آب بهتر است.
برای اندازه ذرات، هرچه ذرات ریزتر باشند، احتباس آب بهتر است. به شکل 3 مراجعه کنید. پس از تماس ذرات بزرگ سلولز اتر با آب، سطح بلافاصله حل میشود و ژلی تشکیل میدهد که مواد را میپوشاند تا از ادامه نفوذ مولکولهای آب جلوگیری کند. پراکندگی کمتر از یکنواختی، حل میشود و یک محلول لختهای ابری یا کلوخه تشکیل میدهد. این امر تا حد زیادی بر احتباس آب سلولز اتر تأثیر میگذارد و حلالیت یکی از عوامل انتخاب سلولز اتر است.
غلیظسازی و تیکسوتروپی سلولز اتر
عملکرد دوم سلولز اتر - غلیظسازی، به موارد زیر بستگی دارد: درجه پلیمریزاسیون سلولز اتر، غلظت محلول، سرعت برش، دما و سایر شرایط. خاصیت ژل شدن محلول منحصر به آلکیل سلولز و مشتقات اصلاحشده آن است. خواص ژل شدن به درجه جایگزینی، غلظت محلول و افزودنیها مربوط میشود. برای مشتقات اصلاحشده با هیدروکسی آلکیل، خواص ژل نیز به درجه اصلاح هیدروکسی آلکیل مربوط میشود. برای MC و HPMC با ویسکوزیته پایین، میتوان محلول 10٪-15٪ تهیه کرد، MC و HPMC با ویسکوزیته متوسط میتوانند محلول 5٪-10٪ تهیه کنند و MC و HPMC با ویسکوزیته بالا فقط میتوانند محلول 2٪-3٪ تهیه کنند و معمولاً طبقهبندی ویسکوزیته سلولز اتر نیز با محلول 1٪-2٪ درجهبندی میشود. سلولز اتر با وزن مولکولی بالا راندمان غلیظسازی بالایی دارد. در محلول با غلظت یکسان، پلیمرها با وزن مولکولی مختلف ویسکوزیتههای متفاوتی دارند. درجه بالا. ویسکوزیته هدف فقط با افزودن مقدار زیادی سلولز اتر با وزن مولکولی پایین قابل دستیابی است. ویسکوزیته آن وابستگی کمی به سرعت برشی دارد و ویسکوزیته بالا به ویسکوزیته هدف میرسد و مقدار افزودنی مورد نیاز کم است و ویسکوزیته به راندمان غلیظ شدن بستگی دارد. بنابراین، برای دستیابی به یک قوام خاص، باید مقدار مشخصی از اتر سلولز (غلظت محلول) و ویسکوزیته محلول تضمین شود. دمای ژل محلول نیز با افزایش غلظت محلول به صورت خطی کاهش مییابد و پس از رسیدن به غلظت خاصی در دمای اتاق ژل میشود. غلظت ژل شدن HPMC در دمای اتاق نسبتاً زیاد است.
همچنین میتوان با انتخاب اندازه ذرات و انتخاب اترهای سلولزی با درجات مختلف اصلاح، غلظت را تنظیم کرد. اصطلاحاً اصلاح، وارد کردن درجه خاصی از جایگزینی گروههای هیدروکسی آلکیل بر روی ساختار اسکلت MC است. با تغییر مقادیر جایگزینی نسبی دو جایگزین، یعنی مقادیر جایگزینی نسبی DS و MS گروههای متوکسی و هیدروکسی آلکیل که اغلب به آنها اشاره میکنیم. با تغییر مقادیر جایگزینی نسبی دو جایگزین، میتوان به الزامات عملکردی مختلفی برای اتر سلولز دست یافت.
اترهای سلولزی مورد استفاده در مصالح ساختمانی پودری باید به سرعت در آب سرد حل شوند و قوام مناسبی برای سیستم فراهم کنند. اگر سرعت برشی مشخصی به آنها داده شود، باز هم به صورت لخته و بلوک کلوئیدی در میآیند که محصولی نامرغوب یا بیکیفیت است.
همچنین یک رابطه خطی خوب بین غلظت خمیر سیمان و مقدار مصرف اتر سلولز وجود دارد. اتر سلولز میتواند ویسکوزیته ملات را به میزان زیادی افزایش دهد. هرچه مقدار مصرف بیشتر باشد، اثر آن آشکارتر است.
محلول آبی اتر سلولز با ویسکوزیته بالا، تیکسوتروپی بالایی دارد که از ویژگیهای اصلی اتر سلولز نیز میباشد. محلولهای آبی پلیمرهای MC معمولاً سیالیت شبهپلاستیک و غیر تیکسوتروپیک در زیر دمای ژل خود دارند، اما در سرعتهای برشی پایین، خواص جریان نیوتنی دارند. شبهپلاستیکی با وزن مولکولی یا غلظت اتر سلولز، صرف نظر از نوع جانشین و درجه جانشینی، افزایش مییابد. بنابراین، اترهای سلولزی با درجه ویسکوزیته یکسان، صرف نظر از MC، HPMC، HEMC، همیشه خواص رئولوژیکی یکسانی را نشان میدهند، مادامی که غلظت و دما ثابت نگه داشته شوند. ژلهای ساختاری با افزایش دما تشکیل میشوند و جریانهای بسیار تیکسوتروپیک رخ میدهند. اترهای سلولزی با غلظت بالا و ویسکوزیته پایین، حتی در زیر دمای ژل نیز تیکسوتروپی نشان میدهند. این خاصیت برای تنظیم تراز و افت در ساخت ملات ساختمانی بسیار مفید است. در اینجا لازم به توضیح است که هرچه ویسکوزیته سلولز اتر بالاتر باشد، احتباس آب بهتر است، اما هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، وزن مولکولی نسبی سلولز اتر بیشتر و در نتیجه کاهش حلالیت آن رخ میدهد که تأثیر منفی بر غلظت ملات و عملکرد ساخت و ساز دارد. هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، اثر غلیظ شدن بر ملات آشکارتر است، اما کاملاً متناسب نیست. مقداری ویسکوزیته متوسط و پایین دارد، اما سلولز اتر اصلاح شده عملکرد بهتری در بهبود مقاومت ساختاری ملات مرطوب دارد. با افزایش ویسکوزیته، احتباس آب سلولز اتر بهبود مییابد.
زمان ارسال: ۲۲ نوامبر ۲۰۲۲