תפקידו של אתר תאית במלט יבש

אתר תאית הוא פולימר סינתטי העשוי מתאית טבעית באמצעות שינוי כימי. אתר תאית הוא נגזרת של תאית טבעית. ייצור אתר תאית שונה מפולימרים סינתטיים. החומר הבסיסי ביותר שלו הוא תאית, תרכובת פולימר טבעית. בשל הייחודיות של מבנה התאית הטבעי, לתאית עצמה אין יכולת להגיב עם חומרי אתריפיקציה. עם זאת, לאחר הטיפול בחומר ההתפחה, קשרי המימן החזקים בין שרשראות המולקולריות לשרשראות נהרסים, והשחרור הפעיל של קבוצת ההידרוקסיל הופך לתאית אלקלית תגובתית. מתקבלים אתר תאית.

תכונותיהם של אתרי תאית תלויות בסוג, מספר ופיזור המתחלפים. סיווג אתרי התאית מבוסס גם על סוג המתחלפים, מידת האתריפיקציה, המסיסות ותכונות היישום הנלוות. לפי סוג המתחלפים בשרשרת המולקולרית, ניתן לחלק אותם למונואתר ואתר מעורב. ה-MC שאנו משתמשים בו בדרך כלל הוא מונואתר, ו-HPMC הוא אתר מעורב. אתר מתיל תאית MC הוא התוצר לאחר שקבוצת ההידרוקסיל ביחידת הגלוקוז של תאית טבעית מוחלפת במתוקסי. זהו תוצר המתקבל על ידי החלפת חלק מקבוצת ההידרוקסיל ביחידה בקבוצת מתוקסי וחלק אחר בקבוצת הידרוקסיפרופיל. נוסחת המבנה היא [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x הידרוקסיאתיל מתיל תאית אתר HEMC, אלו הם הזנים העיקריים הנמצאים בשימוש נרחב ונמכרים בשוק.

מבחינת מסיסות, ניתן לחלק אותה ליונית ולא-יונית. אתרים תאית לא-יוניים מסיסים במים מורכבים בעיקר משתי סדרות של אתרים אלקיליים ואתרים הידרוקסי-אלקיליים. CMC יוני משמש בעיקר בדטרגנטים סינתטיים, הדפסה וצביעה של טקסטיל, חיפושי מזון ונפט. MC לא-יוניים, HPMC, HEMC וכו' משמשים בעיקר בחומרי בניין, ציפויי לטקס, תרופות, כימיקלים יומיומיים וכו'. משמשים כמעבה, חומר אגירת מים, מייצב, חומר פיזור וחומר יצירת שכבות.

שמירת מים של אתר תאית

בייצור חומרי בניין, ובמיוחד טיט יבש, אתר תאית ממלא תפקיד חיוני, במיוחד בייצור טיט מיוחד (טיט שעבר שינוי), הוא מרכיב הכרחי וחשוב.

לתפקיד החשוב של אתר תאית מסיס במים בטיט יש בעיקר שלושה היבטים, האחד הוא יכולת שמירה מעולה של מים, השני הוא ההשפעה על המרקם והתיקסוטרופיה של הטיט, והשלישי הוא האינטראקציה עם צמנט.

אפקט שמירת המים של אתר תאית תלוי בספיגת המים של שכבת הבסיס, בהרכב המלט, בעובי שכבת המלט, בדרישת המים של המלט ובזמן ההתייצבות של חומר ההתייצבות. שמירת המים של אתר תאית עצמו נובעת מהמסיסות וההתייבשות של אתר התאית עצמו. כידוע לכולנו, למרות ששרשרת המולקולות של התאית מכילה מספר רב של קבוצות OH בעלות יכולת לחות גבוהה, היא אינה מסיסה במים, מכיוון שלמבנה התאית יש דרגת גבישיות גבוהה. יכולת ההידרציה של קבוצות ההידרוקסיל לבדן אינה מספיקה כדי לכסות את קשרי המימן החזקים וכוחות ואן דר ואלס בין המולקולות. לכן, היא רק מתנפחת אך אינה מתמוססת במים. כאשר מחליף מוחדר לשרשרת המולקולרית, לא רק שהמחליף הורס את שרשרת המימן, אלא גם קשר המימן הבין-שרשרתי נהרס עקב היצרות המחליף בין שרשראות סמוכות. ככל שהמחליף גדול יותר, כך גדל המרחק בין המולקולות. ככל שהמרחק גדול יותר. ככל שההשפעה של הרס קשרי מימן גדולה יותר, אתר התאית הופך למסיס במים לאחר שסריג התאית מתרחב והתמיסה נכנסת, ויוצרת תמיסה בעלת צמיגות גבוהה. כאשר הטמפרטורה עולה, הידרציה של הפולימר נחלשת, והמים בין השרשראות נדחקים החוצה. כאשר אפקט ההתייבשות מספיק, המולקולות מתחילות להתקבץ, ויוצרות מבנה רשת תלת-ממדי ג'ל ומתקפל החוצה. גורמים המשפיעים על אצירת המים של טיט כוללים את צמיגות אתר התאית, הכמות שנוספה, דקיקות החלקיקים וטמפרטורת השימוש.

ככל שצמיגות אתר התאית גבוהה יותר, כך ביצועי שמירת המים טובים יותר, וצמיגות תמיסת הפולימר גבוהה יותר. בהתאם למשקל המולקולרי (דרגת הפולימריזציה) של הפולימר, הוא נקבע גם על ידי אורך השרשרת של המבנה המולקולרי וצורת השרשרת, ופיזור הסוגים והכמויות של התחליפים משפיע ישירות גם הוא על טווח הצמיגות שלו. [η]=Kmα

[η] צמיגות פנימית של תמיסת פולימר
משקל מולקולרי של פולימר מ'
קבוע מאפיין פולימר α
מקדם צמיגות תמיסה K

צמיגותה של תמיסת פולימר תלויה במשקל המולקולרי של הפולימר. הצמיגות והריכוז של תמיסת אתר תאית קשורים ליישום בתחומים שונים. לכן, לכל אתר תאית יש מפרטי צמיגות רבים ושונים, והתאמת הצמיגות מתבצעת בעיקר על ידי פירוק של תאית אלקלית, כלומר, שבירת שרשראות מולקולריות של תאית.
ככל שכמות אתר התאית שמוסיפה לטיט גדולה יותר, כך ביצועי שמירת המים טובים יותר, וככל שהצמיגות גבוהה יותר, כך ביצועי שמירת המים טובים יותר.

מבחינת גודל החלקיקים, ככל שהחלקיק דק יותר, כך שמירה טובה יותר על המים. ראה איור 3. לאחר שחלקיק גדול של אתר תאית בא במגע עם מים, פני השטח מתמוססים מיד ויוצרים ג'ל שעוטף את החומר כדי למנוע ממולקולות מים להמשיך לחדור. פיזור פחות אחיד מתמוסס ויוצר תמיסה עכורה או אגרגטים. זה משפיע מאוד על שמירה על המים של אתר תאית, ומסיסות היא אחד הגורמים לבחירת אתר תאית.

עיבוי ותיקסוטרופיה של אתר תאית

התפקיד השני של אתר תאית - עיבוי, תלוי ב: מידת הפולימריזציה של אתר התאית, ריכוז התמיסה, קצב הגזירה, הטמפרטורה ותנאים אחרים. תכונת הג'לציה של התמיסה ייחודית לאלקיל תאית ונגזרותיה שעברו שינוי. תכונות הג'לציה קשורות למידת ההחלפה, ריכוז התמיסה ותוספים. עבור נגזרות שעברו שינוי הידרוקסי-אלקיל, תכונות הג'ל קשורות גם למידת השינוי של הידרוקסי-אלקיל. עבור MC ו-HPMC בעלי צמיגות נמוכה, ניתן להכין תמיסה של 10%-15%, עבור MC ו-HPMC בעלי צמיגות בינונית ניתן להכין תמיסה של 5%-10%, ועבור MC ו-HPMC בעלי צמיגות גבוהה ניתן להכין תמיסה של 2%-3% בלבד, ובדרך כלל סיווג הצמיגות של אתר תאית מדורג גם עם תמיסה של 1%-2%. לאתר תאית בעל משקל מולקולרי גבוה יש יעילות עיבוי גבוהה. בתמיסה עם ריכוז זהה, לפולימרים בעלי משקלים מולקולריים שונים יש צמיגות שונה. דרגה גבוהה. ניתן להשיג את הצמיגות היעד רק על ידי הוספת כמות גדולה של אתר תאית בעל משקל מולקולרי נמוך. לצמיגות שלו יש תלות מועטה בקצב הגזירה, והצמיגות הגבוהה מגיעה לצמיגות היעד, וכמות התוספת הנדרשת קטנה, והצמיגות תלויה ביעילות העיבוי. לכן, כדי להשיג עקביות מסוימת, יש להבטיח כמות מסוימת של אתר תאית (ריכוז התמיסה) וצמיגות התמיסה. טמפרטורת הג'ל של התמיסה יורדת גם היא באופן ליניארי עם עליית ריכוז התמיסה, ויוצרת ג'ל בטמפרטורת החדר לאחר הגעה לריכוז מסוים. ריכוז הג'ל של HPMC גבוה יחסית בטמפרטורת החדר.

ניתן להתאים את העקביות גם על ידי בחירת גודל החלקיקים ובחירת אתרי תאית עם דרגות שונות של שינוי. השינוי כביכול הוא הכנסת דרגה מסוימת של החלפה של קבוצות הידרוקסי-אלקיל על מבנה השלד של MC. על ידי שינוי ערכי ההחלפה היחסיים של שני המתמירים, כלומר, ערכי ההחלפה היחסיים של DS ו-MS של קבוצות המתוקסי וההידרוקסיל-אלקיל שאנו מכנים לעתים קרובות. ניתן להשיג דרישות ביצועים שונות של אתר תאית על ידי שינוי ערכי ההחלפה היחסיים של שני המתמירים.

אתרי תאית המשמשים בחומרי בניין אבקתיים חייבים להתמוסס במהירות במים קרים ולספק מרקם מתאים למערכת. אם ניתנת להם קצב גזירה מסוים, הם עדיין הופכים לגוש קולואידי ופלוקולנטי, שהוא מוצר באיכות ירודה או באיכות נמוכה.

יש גם קשר ליניארי טוב בין הסמיכות של משחת צמנט לבין מינון אתר התאית. אתר תאית יכול להגביר מאוד את צמיגות המלט. ככל שהמינון גדול יותר, כך ההשפעה ניכרת יותר.

לתמיסה מימית של אתר תאית בעל צמיגות גבוהה יש תיקוןטרופיה גבוהה, שהיא גם מאפיין עיקרי של אתר תאית. לתמיסות מימיות של פולימרים מסוג MC יש בדרך כלל נזילות פסאודופלסטית ולא תיקוןטרופית מתחת לטמפרטורת הג'ל שלהם, אך תכונות זרימה ניוטוניות בקצבי גזירה נמוכים. הפסאודופלסטיות עולה עם המשקל המולקולרי או הריכוז של אתר התאית, ללא קשר לסוג התחליף ולמידת ההחלפה. לכן, אתרי תאית בעלי דרגת צמיגות זהה, ללא קשר ל-MC, HPMC או HEMC, תמיד יציגו את אותן תכונות ריאולוגיות כל עוד הריכוז והטמפרטורה נשמרים קבועים. ג'לים מבניים נוצרים כאשר הטמפרטורה עולה, ומתרחשות זרימות תיקוןטרופיות מאוד. אתרי תאית בעלי ריכוז גבוה וצמיגות נמוכה מפגינים תיקוןטרופיה אפילו מתחת לטמפרטורת הג'ל. תכונה זו מועילה מאוד להתאמת יישור ושקיעה בבניית מלט בניין. יש להסביר כאן שככל שצמיגותו של אתר תאית גבוהה יותר, כך אצירת המים טובה יותר, אך ככל שהצמיגות גבוהה יותר, כך המשקל המולקולרי היחסי של אתר תאית גבוה יותר, והמסיסה שלו יורדת בהתאם, דבר המשפיע לרעה על ריכוז המלט וביצועי הבנייה. ככל שהצמיגות גבוהה יותר, כך אפקט העיבוי על המלט ניכר יותר, אך הוא אינו פרופורציונלי לחלוטין. צמיגות בינונית ונמוכה מסוימת, אך לאתר תאית שעבר שינוי יש ביצועים טובים יותר בשיפור החוזק המבני של מלט רטוב. עם עליית הצמיגות, אצירת המים של אתר תאית משתפרת.