ცელულოზის ეთერის როლი მშრალ შერეულ ხსნარში

ცელულოზის ეთერი არის სინთეზური პოლიმერი, რომელიც დამზადებულია ბუნებრივი ცელულოზისგან ქიმიური მოდიფიკაციის გზით. ცელულოზის ეთერი არის ბუნებრივი ცელულოზის წარმოებული. ცელულოზის ეთერის წარმოება განსხვავდება სინთეზური პოლიმერებისგან. მისი ყველაზე ძირითადი მასალაა ცელულოზა, ბუნებრივი პოლიმერული ნაერთი. ბუნებრივი ცელულოზის სტრუქტურის თავისებურებების გამო, თავად ცელულოზას არ გააჩნია ეთერიფიკაციის აგენტებთან რეაგირების უნარი. თუმცა, შეშუპების აგენტის დამუშავების შემდეგ, ძლიერი წყალბადის ბმები მოლეკულურ ჯაჭვებსა და ჯაჭვებს შორის ნადგურდება და ჰიდროქსილის ჯგუფის აქტიური გათავისუფლება ხდება რეაქტიული ტუტე ცელულოზა. მიიღეთ ცელულოზის ეთერი.

ცელულოზის ეთერების თვისებები დამოკიდებულია შემცვლელების ტიპზე, რაოდენობასა და განაწილებაზე. ცელულოზის ეთერების კლასიფიკაცია ასევე ეფუძნება შემცვლელების ტიპს, ეთერიფიკაციის ხარისხს, ხსნადობას და შესაბამის გამოყენების თვისებებს. მოლეკულურ ჯაჭვზე შემცვლელების ტიპის მიხედვით, იგი შეიძლება დაიყოს მონოეთერად და შერეულ ეთერად. MC, რომელსაც ჩვენ ჩვეულებრივ ვიყენებთ არის მონოეთერი, ხოლო HPMC არის შერეული ეთერი. მეთილის ცელულოზის ეთერი MC არის პროდუქტი მას შემდეგ, რაც ჰიდროქსილის ჯგუფი ბუნებრივი ცელულოზის გლუკოზის ერთეულზე შეიცვლება მეთოქსით. ეს არის პროდუქტი, რომელიც მიიღება ერთეულზე ჰიდროქსილის ჯგუფის ნაწილის მეთოქსი ჯგუფით და მეორე ნაწილის ჰიდროქსიპროპილის ჯგუფით ჩანაცვლებით. სტრუქტურული ფორმულა არის [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x ჰიდროქსიეთილ მეთილის ცელულოზის ეთერი HEMC, ეს არის ძირითადი ჯიშები, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება და იყიდება ბაზარზე.

ხსნადობის თვალსაზრისით, იგი შეიძლება დაიყოს იონურ და არაიონად. წყალში ხსნადი არაიონური ცელულოზის ეთერები ძირითადად შედგება ორი სერიის ალკილის ეთერებისა და ჰიდროქსიალკილის ეთერებისგან. Ionic CMC ძირითადად გამოიყენება სინთეზურ სარეცხ საშუალებებში, ტექსტილის ბეჭდვასა და შეღებვაში, საკვებისა და ზეთის ძიებაში. არაიონური MC, HPMC, HEMC და ა.შ. ძირითადად გამოიყენება სამშენებლო მასალებში, ლატექსის საფარებში, მედიცინაში, ყოველდღიურ ქიმიკატებში და სხვა.

ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება

სამშენებლო მასალების, განსაკუთრებით მშრალ შერეული ნაღმტყორცნების წარმოებაში ცელულოზის ეთერი შეუცვლელ როლს ასრულებს, განსაკუთრებით სპეციალური ნაღმტყორცნების (მოდიფიცირებული ნაღმტყორცნების) წარმოებაში, ის შეუცვლელი და მნიშვნელოვანი კომპონენტია.

წყალში ხსნადი ცელულოზის ეთერის მნიშვნელოვან როლს ნაღმტყორცნებში ძირითადად აქვს სამი ასპექტი, ერთი არის შესანიშნავი წყლის შეკავების უნარი, მეორე არის გავლენა ნაღმტყორცნების კონსისტენციაზე და თიქსოტროპიაზე და მესამე არის ურთიერთქმედება ცემენტთან.

ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავების ეფექტი დამოკიდებულია საბაზისო ფენის წყლის შთანთქმაზე, ნაღმტყორცნების შემადგენლობაზე, ნაღმტყორცნების ფენის სისქეზე, ნაღმტყორცნების წყალზე მოთხოვნილებაზე და დამაგრების მასალის დროზე. თავად ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება ხდება თავად ცელულოზის ეთერის ხსნადობისა და გაუწყლოების შედეგად. როგორც ყველამ ვიცით, მიუხედავად იმისა, რომ ცელულოზის მოლეკულური ჯაჭვი შეიცავს უამრავ ჰიდრატირებად OH ჯგუფებს, ის წყალში არ არის ხსნადი, რადგან ცელულოზის სტრუქტურას აქვს კრისტალურობის მაღალი ხარისხი. მხოლოდ ჰიდროქსილის ჯგუფების ჰიდრატაციის უნარი არ არის საკმარისი იმისათვის, რომ დაფაროს ძლიერი წყალბადის ბმები და მოლეკულებს შორის ვან დერ ვაალის ძალები. ამიტომ, ის მხოლოდ ადიდებს, მაგრამ არ იხსნება წყალში. როდესაც შემცვლელი შეჰყავთ მოლეკულურ ჯაჭვში, არა მხოლოდ შემცვლელი ანადგურებს წყალბადის ჯაჭვს, არამედ ნადგურდება წყალბადის ჯაჭვური კავშირი მეზობელ ჯაჭვებს შორის შემცვლელის ჩაყრის გამო. რაც უფრო დიდია შემცვლელი, მით მეტია მანძილი მოლეკულებს შორის. რაც უფრო დიდია მანძილი. რაც უფრო დიდია წყალბადის ბმების განადგურების ეფექტი, ცელულოზის ეთერი წყალში ხსნადი ხდება მას შემდეგ, რაც ცელულოზის გისოსი გაფართოვდება და ხსნარი შედის, რაც ქმნის მაღალი სიბლანტის ხსნარს. ტემპერატურის მატებისას პოლიმერის ჰიდრატაცია სუსტდება და ჯაჭვებს შორის წყალი გამოიდევნება. როდესაც დეჰიდრატაციის ეფექტი საკმარისია, მოლეკულები იწყებენ აგრეგაციას, ქმნიან სამგანზომილებიანი ქსელის სტრუქტურის გელს და იკეცება. ნაღმტყორცნების წყლის შეკავებაზე მოქმედი ფაქტორები მოიცავს ცელულოზის ეთერის სიბლანტეს, დამატებულ რაოდენობას, ნაწილაკების სისუფთავეს და გამოყენების ტემპერატურას.

რაც უფრო მაღალია ცელულოზის ეთერის სიბლანტე, მით უკეთესია წყლის შეკავების მოქმედება და მით უფრო მაღალია პოლიმერული ხსნარის სიბლანტე. პოლიმერის მოლეკულური წონის (პოლიმერიზაციის ხარისხი) მიხედვით, იგი ასევე განისაზღვრება მოლეკულური სტრუქტურის ჯაჭვის სიგრძით და ჯაჭვის ფორმით, ხოლო შემცვლელების ტიპებისა და რაოდენობის განაწილება ასევე პირდაპირ გავლენას ახდენს მის სიბლანტის დიაპაზონზე. [η]=Kmα

[η] პოლიმერული ხსნარის შინაგანი სიბლანტე
მ პოლიმერის მოლეკულური წონა
α პოლიმერის დამახასიათებელი მუდმივი
K სიბლანტის ხსნარის კოეფიციენტი

პოლიმერის ხსნარის სიბლანტე დამოკიდებულია პოლიმერის მოლეკულურ წონაზე. ცელულოზის ეთერის ხსნარის სიბლანტე და კონცენტრაცია დაკავშირებულია გამოყენებასთან სხვადასხვა სფეროში. ამრიგად, თითოეულ ცელულოზის ეთერს აქვს მრავალი განსხვავებული სიბლანტის სპეციფიკაცია და სიბლანტის რეგულირება ძირითადად რეალიზდება ტუტე ცელულოზის დაშლით, ანუ ცელულოზის მოლეკულური ჯაჭვების რღვევით.
რაც უფრო დიდია ნაღმტყორცნებში დამატებული ცელულოზის ეთერის რაოდენობა, მით უკეთესია წყლის შეკავება და რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უკეთესია წყლის შეკავების მოქმედება.

ნაწილაკების ზომისთვის, რაც უფრო თხელია ნაწილაკი, მით უკეთესია წყლის შეკავება. იხილეთ სურათი 3. მას შემდეგ, რაც ცელულოზის ეთერის დიდი ნაწილაკი წყალთან კონტაქტშია, ზედაპირი მაშინვე იშლება და წარმოიქმნება გელი მასალის შესაფუთად, რათა თავიდან აიცილოს წყლის მოლეკულების გაგრძელების შეღწევა. ერთგვაროვანზე ნაკლები დისპერსია იხსნება, ქმნის მოღრუბლულ ფლოკულენტურ ხსნარს ან აგლომერატებს. ეს დიდად მოქმედებს ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავებაზე და ხსნადობა არის ცელულოზის ეთერის არჩევის ერთ-ერთი ფაქტორი.

ცელულოზის ეთერის გასქელება და თიქსოტროპია

ცელულოზის ეთერის მეორე ფუნქცია - გასქელება, დამოკიდებულია: ცელულოზის ეთერის პოლიმერიზაციის ხარისხზე, ხსნარის კონცენტრაციაზე, ათვლის სიჩქარეზე, ტემპერატურაზე და სხვა პირობებზე. ხსნარის გელის თვისება უნიკალურია ალკილის ცელულოზისა და მისი მოდიფიცირებული წარმოებულებისთვის. გელაციის თვისებები დაკავშირებულია ჩანაცვლების ხარისხთან, ხსნარის კონცენტრაციასთან და დანამატებთან. ჰიდროქსიალკილის მოდიფიცირებული წარმოებულებისთვის, გელის თვისებები ასევე დაკავშირებულია ჰიდროქსიალკილის მოდიფიკაციის ხარისხთან. დაბალი სიბლანტის MC და HPMC შეიძლება მომზადდეს 10%-15% ხსნარი, საშუალო სიბლანტის MC და HPMC შეიძლება მომზადდეს 5%-10% ხსნარი, ხოლო მაღალი სიბლანტის MC და HPMC მხოლოდ 2%-3% ხსნარის მომზადება და ჩვეულებრივ. ცელულოზის ეთერის სიბლანტის კლასიფიკაცია ასევე ფასდება 1%-2% ხსნარით. მაღალი მოლეკულური წონის ცელულოზის ეთერს აქვს მაღალი გასქელება ეფექტურობა. იმავე კონცენტრაციის ხსნარში, სხვადასხვა მოლეკულური წონის პოლიმერებს აქვთ განსხვავებული სიბლანტე. მაღალი ხარისხი. სამიზნე სიბლანტის მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ დიდი რაოდენობით დაბალმოლეკულური წონის ცელულოზის ეთერის დამატებით. მისი სიბლანტე მცირეა დამოკიდებული ათვლის სიჩქარეზე, ხოლო მაღალი სიბლანტე აღწევს სამიზნე სიბლანტეს, ხოლო საჭირო დანამატის რაოდენობა მცირეა, ხოლო სიბლანტე დამოკიდებულია გასქელების ეფექტურობაზე. ამიტომ, გარკვეული თანმიმდევრულობის მისაღწევად, გარანტირებული უნდა იყოს ცელულოზის ეთერის გარკვეული რაოდენობა (ხსნარის კონცენტრაცია) და ხსნარის სიბლანტე. ხსნარის გელის ტემპერატურა ასევე წრფივად მცირდება ხსნარის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად და გელი ოთახის ტემპერატურაზე გარკვეული კონცენტრაციის მიღწევის შემდეგ. HPMC-ის გელის კონცენტრაცია შედარებით მაღალია ოთახის ტემპერატურაზე.

თანმიმდევრულობა ასევე შეიძლება დარეგულირდეს ნაწილაკების ზომის არჩევით და ცელულოზის ეთერების არჩევით სხვადასხვა ხარისხის მოდიფიკაციით. ეგრეთ წოდებული მოდიფიკაცია არის MC-ის ჩონჩხის სტრუქტურაზე ჰიდროქსიალკილის ჯგუფების ჩანაცვლების გარკვეული ხარისხის დანერგვა. ორი შემცვლელის ფარდობითი ჩანაცვლების მნიშვნელობების შეცვლით, ანუ მეთოქსი და ჰიდროქსიალკილის ჯგუფების DS და MS ფარდობითი ჩანაცვლების მნიშვნელობების შეცვლით, რასაც ჩვენ ხშირად ვამბობთ. ცელულოზის ეთერის მუშაობის სხვადასხვა მოთხოვნები შეიძლება მიღებულ იქნეს ორი შემცვლელის ფარდობითი ჩანაცვლების მნიშვნელობების შეცვლით.

დაფხვნილ სამშენებლო მასალებში გამოყენებული ცელულოზის ეთერები სწრაფად უნდა გაიხსნას ცივ წყალში და უზრუნველყოს სისტემის შესაბამისი კონსისტენცია. თუ მიეცემა გარკვეული ათვლის სიჩქარე, ის მაინც ხდება ფლოკულენტური და კოლოიდური ბლოკი, რომელიც არის უხარისხო ან უხარისხო პროდუქტი.

ასევე არსებობს კარგი ხაზოვანი კავშირი ცემენტის პასტის კონსისტენციასა და ცელულოზის ეთერის დოზას შორის. ცელულოზის ეთერს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ნაღმტყორცნების სიბლანტე. რაც უფრო დიდია დოზა, მით უფრო აშკარაა ეფექტი.

მაღალი სიბლანტის ცელულოზის ეთერის წყალხსნარს აქვს მაღალი თიქსოტროპია, რაც ასევე ცელულოზის ეთერის მთავარი მახასიათებელია. MC პოლიმერების წყალხსნარებს ჩვეულებრივ აქვთ ფსევდოპლასტიკური და არათიქსოტროპული სითხე მათი გელის ტემპერატურაზე დაბალი, მაგრამ ნიუტონის ნაკადის თვისებები დაბალი ათვლის სიჩქარით. ფსევდოპლასტიურობა იზრდება ცელულოზის ეთერის მოლეკულურ წონასთან ან კონცენტრაციასთან ერთად, მიუხედავად შემცვლელის ტიპისა და ჩანაცვლების ხარისხისა. ამიტომ, ერთი და იგივე სიბლანტის ხარისხის ცელულოზის ეთერები, არ აქვს მნიშვნელობა MC, HPMC, HEMC, ყოველთვის აჩვენებენ ერთსა და იმავე რეოლოგიურ თვისებებს, სანამ კონცენტრაცია და ტემპერატურა მუდმივია. ტემპერატურის მომატებისას წარმოიქმნება სტრუქტურული გელები და ჩნდება ძლიერ თიქსოტროპული ნაკადები. მაღალი კონცენტრაცია და დაბალი სიბლანტის ცელულოზის ეთერები აჩვენებენ თიქსოტროპიას გელის ტემპერატურის ქვემოთაც კი. ამ ქონებას დიდი სარგებლობა მოაქვს სამშენებლო ნაღმტყორცნების მშენებლობაში გათანაბრებისა და დახრის კორექტირებისთვის. აქვე უნდა განვმარტოთ, რომ რაც უფრო მაღალია ცელულოზის ეთერის სიბლანტე, მით უკეთესია წყლის შეკავება, მაგრამ რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უფრო მაღალია ცელულოზის ეთერის ფარდობითი მოლეკულური წონა და მცირდება მისი ხსნადობა, რაც უარყოფითად მოქმედებს. ნაღმტყორცნების კონცენტრაციაზე და კონსტრუქციულ შესრულებაზე. რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უფრო აშკარაა გასქელების ეფექტი ნაღმტყორცნებზე, მაგრამ ეს არ არის სრულიად პროპორციული. ზოგიერთი საშუალო და დაბალი სიბლანტის, მაგრამ მოდიფიცირებული ცელულოზის ეთერს აქვს უკეთესი მოქმედება სველი ნაღმტყორცნების სტრუქტურული სიძლიერის გასაუმჯობესებლად. სიბლანტის მატებასთან ერთად უმჯობესდება ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება