Целюлозний ефір – це синтетичний полімер, отриманий з природної целюлози шляхом хімічної модифікації. Целюлозний ефір є похідною природної целюлози. Виробництво целюлозного ефіру відрізняється від виробництва синтетичних полімерів. Його найосновнішим матеріалом є целюлоза, природна полімерна сполука. Через особливості структури природної целюлози, сама целюлоза не має здатності реагувати з етерифікаційними агентами. Однак після обробки набухаючим агентом міцні водневі зв'язки між молекулярними ланцюгами та ланцюгами руйнуються, а активне вивільнення гідроксильної групи перетворюється на реакційноздатну лужну целюлозу. Отримання целюлозного ефіру.
Властивості ефірів целюлози залежать від типу, кількості та розподілу замісників. Класифікація ефірів целюлози також базується на типі замісників, ступені етерифікації, розчинності та пов'язаних із цим властивостях застосування. За типом замісників у молекулярному ланцюзі їх можна розділити на моноефіри та змішані ефіри. Зазвичай використовується моноефір (MC), а HPMC – змішаний ефір. Ефір метилцелюлози (MC) – це продукт, що утворюється після заміщення гідроксильної групи в глюкозній ланці природної целюлози метоксигрупою. Це продукт, отриманий шляхом заміщення частини гідроксильної групи в ланці метоксигрупою, а іншої частини – гідроксипропілгрупою. Структурна формула: [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x Гідроксиетилметилцелюлозний ефір HEMC, це основні різновиди, що широко використовуються та продаються на ринку.
За розчинністю їх можна розділити на іонні та неіонні. Водорозчинні неіонні ефіри целюлози в основному складаються з двох серій алкільних ефірів та гідроксиалкільних ефірів. Іонна КМЦ в основному використовується в синтетичних мийних засобах, текстильному друкарстві та фарбуванні, харчових продуктах та нафтогазових компаніях. Неіонні КМЦ, ГПМЦ, ГЕМЦ тощо в основному використовуються в будівельних матеріалах, латексних покриттях, медицині, повсякденних хімікатах тощо. Використовуються як загусник, вологоутримуючий агент, стабілізатор, диспергатор та плівкоутворювач.
Утримання води целюлозним ефіром
У виробництві будівельних матеріалів, особливо сухих розчинів, ефір целюлози відіграє незамінну роль, особливо у виробництві спеціальних розчинів (модифікованих розчинів) він є незамінним і важливим компонентом.
Важлива роль водорозчинного ефіру целюлози в розчині має три основні аспекти: перший - це чудова водоутримувальна здатність, інший - вплив на консистенцію та тиксотропію розчину, а третій - взаємодія з цементом.
Водоутримувальний ефект целюлозного ефіру залежить від водопоглинання базового шару, складу розчину, товщини шару розчину, водопотреби розчину та часу затвердіння матеріалу, що затвердіває. Водоутримування самого целюлозного ефіру зумовлене розчинністю та дегідратацією самого целюлозного ефіру. Як відомо, хоча молекулярний ланцюг целюлози містить велику кількість високогідратованих ОН-груп, він не розчиняється у воді, оскільки структура целюлози має високий ступінь кристалічності. Гідратаційної здатності гідроксильних груп недостатньо для покриття міцних водневих зв'язків та сил Ван-дер-Ваальса між молекулами. Тому вона лише набухає, але не розчиняється у воді. Коли в молекулярний ланцюг вводиться замісник, він руйнує не тільки водневий ланцюг, але й міжланцюговий водневий зв'язок через заклинення замісника між сусідніми ланцюгами. Чим більший замісник, тим більша відстань між молекулами. Чим більша відстань. Чим більший ефект руйнування водневих зв'язків, целюлозний ефір стає водорозчинним після розширення целюлозної решітки та потрапляння розчину, утворюючи розчин з високою в'язкістю. Коли температура підвищується, гідратація полімеру послаблюється, і вода між ланцюгами витісняється. Коли ефект дегідратації достатній, молекули починають агрегувати, утворюючи тривимірну сітчасту структуру гелю та згортаючись. Фактори, що впливають на водоутримування розчину, включають в'язкість целюлозного ефіру, кількість доданого матеріалу, дрібність частинок та температуру використання.
Чим вища в'язкість целюлозного ефіру, тим краща водоутримувальна здатність і тим вища в'язкість полімерного розчину. Залежно від молекулярної маси (ступеню полімеризації) полімеру, вона також визначається довжиною ланцюга молекулярної структури та формою ланцюга, а розподіл типів і кількості замісників також безпосередньо впливає на діапазон його в'язкості. [η]=Kmα
[η] Власна в'язкість полімерного розчину
m молекулярна маса полімеру
α-полімерна характеристична константа
Коефіцієнт розчину в'язкості K
В'язкість полімерного розчину залежить від молекулярної маси полімеру. В'язкість та концентрація розчину целюлозного ефіру пов'язані із застосуванням у різних галузях. Тому кожен целюлозний ефір має багато різних характеристик в'язкості, і регулювання в'язкості головним чином здійснюється шляхом розкладання лужної целюлози, тобто розриву молекулярних ланцюгів целюлози.
Чим більша кількість целюлозного ефіру додається до розчину, тим краща водоутримуюча здатність, а чим вища в'язкість, тим краща водоутримуюча здатність.
Що стосується розміру частинок, то чим дрібніша частинка, тим краще утримується вода. Див. Рисунок 3. Після того, як велика частинка целюлозного ефіру контактує з водою, її поверхня негайно розчиняється та утворює гель, який огортає матеріал, запобігаючи подальшому проникненню молекул води. Менш рівномірна дисперсія розчиняється, утворюючи каламутний флокулянтний розчин або агломерати. Це значно впливає на утримання води целюлозним ефіром, а розчинність є одним із факторів вибору целюлозного ефіру.
Загущення та тиксотропія целюлозного ефіру
Друга функція целюлозного ефіру – загущення, залежить від: ступеня полімеризації целюлозного ефіру, концентрації розчину, швидкості зсуву, температури та інших умов. Гелеутворююча властивість розчину є унікальною для алкілцелюлози та її модифікованих похідних. Гелеутворюючі властивості пов'язані зі ступенем заміщення, концентрацією розчину та добавками. Для гідроксиалкілмодифікованих похідних гелеутворюючі властивості також пов'язані зі ступенем модифікації гідроксиалкілу. Для низьков'язких MC та HPMC можна приготувати 10%-15% розчин, для середньов'язких MC та HPMC можна приготувати 5%-10% розчин, а для високов'язких MC та HPMC можна приготувати лише 2%-3% розчин, і зазвичай класифікація в'язкості целюлозного ефіру також класифікується за 1%-2% розчином. Високомолекулярний целюлозний ефір має високу ефективність загущення. У розчині однакової концентрації полімери з різною молекулярною масою мають різну в'язкість. Цільової в'язкості можна досягти лише шляхом додавання великої кількості низькомолекулярного целюлозного ефіру. Його в'язкість мало залежить від швидкості зсуву, а висока в'язкість досягає цільової в'язкості, а необхідна кількість додавання невелика, а в'язкість залежить від ефективності загущення. Тому для досягнення певної консистенції необхідно забезпечити певну кількість целюлозного ефіру (концентрацію розчину) та в'язкість розчину. Температура гелеутворення розчину також лінійно зменшується зі збільшенням концентрації розчину, і гелеутворення відбувається за кімнатної температури після досягнення певної концентрації. Концентрація гелеутворення ГПМЦ є відносно високою за кімнатної температури.
Консистенцію також можна регулювати, вибираючи розмір частинок та вибираючи ефіри целюлози з різним ступенем модифікації. Так звана модифікація полягає у введенні певного ступеня заміщення гідроксиалкільних груп у структуру скелета целюлози. Змінюючи відносні значення заміщення двох замісників, тобто відносні значення заміщення метокси- та гідроксиалкільних груп DS та MS, про які ми часто говоримо. Різні вимоги до експлуатаційних характеристик ефіру целюлози можна отримати, змінюючи відносні значення заміщення двох замісників.
Целюлозні ефіри, що використовуються в порошкоподібних будівельних матеріалах, повинні швидко розчинятися в холодній воді та забезпечувати відповідну консистенцію для системи. Якщо їм дати певну швидкість зсуву, вони все одно стануть хлоп'ястими та колоїдними блоками, що є неякісним продуктом.
Також існує хороша лінійна залежність між консистенцією цементної пасти та дозуванням ефіру целюлози. Ефір целюлози може значно збільшити в'язкість розчину. Чим більше дозування, тим помітніший ефект.
Водний розчин ефіру целюлози з високою в'язкістю має високу тиксотропію, що також є основною характеристикою ефіру целюлози. Водні розчини полімерів MC зазвичай мають псевдопластичну та нетиксотропну плинність нижче температури гелю, але ньютонівські властивості текучості при низьких швидкостях зсуву. Псевдопластичність зростає зі збільшенням молекулярної маси або концентрації ефіру целюлози, незалежно від типу замісника та ступеня заміщення. Тому ефіри целюлози одного класу в'язкості, незалежно від MC, HPMC, HEMC, завжди демонструватимуть однакові реологічні властивості, якщо концентрація та температура залишаються постійними. Структурні гелі утворюються при підвищенні температури, і виникають високо тиксотропні течії. Ефіри целюлози з високою концентрацією та низькою в'язкістю демонструють тиксотропію навіть нижче температури гелю. Ця властивість є дуже корисною для регулювання вирівнювання та просідання при будівництві будівельного розчину. Тут слід пояснити, що чим вища в'язкість целюлозного ефіру, тим краще утримує воду, але чим вища в'язкість, тим вища відносна молекулярна маса целюлозного ефіру та відповідне зниження його розчинності, що негативно впливає на концентрацію розчину та будівельні характеристики. Чим вища в'язкість, тим помітніший ефект загущення розчину, але він не є повністю пропорційним. Деякі розчини мають середню та низьку в'язкість, але модифікований целюлозний ефір має кращі показники покращення структурної міцності вологого розчину. Зі збільшенням в'язкості покращується утримання води целюлозним ефіром.
Час публікації: 22 листопада 2022 р.