إيثرات السليلوز في إضافات الملاط الجاهز

1. الوظيفة الرئيسية لإيثر السليلوز

في الملاط الجاهز، يعتبر إيثر السليلوز مادة مضافة رئيسية تضاف بكمية قليلة جدًا ولكنها يمكن أن تحسن بشكل كبير أداء الملاط الرطب وتؤثر على أداء بناء الملاط.

2. أنواع إيثرات السليلوز

يتم إنتاج إيثر السليلوز بشكل أساسي من الألياف الطبيعية من خلال الذوبان القلوي، وتفاعل التطعيم (الأثيرية)، والغسل، والتجفيف، والطحن، وغيرها من العمليات.

بحسب المواد الخام الرئيسية، يمكن تقسيم الألياف الطبيعية إلى: ألياف القطن، وألياف الأرز، وألياف الزان، وغيرها. وتختلف درجات بلمرتها، مما يؤثر على لزوجة منتجاتها النهائية. حاليًا، يستخدم كبار مصنعي السليلوز ألياف القطن (منتج ثانوي من نيتروسليلوز) كمادة خام رئيسية.

يمكن تقسيم إيثرات السليلوز إلى أيونية وغير أيونية. يشمل النوع الأيوني بشكل رئيسي ملح كربوكسي ميثيل السليلوز، بينما يشمل النوع غير الأيوني بشكل رئيسي ميثيل السليلوز، وميثيل هيدروكسي إيثيل (بروبيل) السليلوز، وهيدروكسي إيثيل السليلوز، وما إلى ذلك.

تُستخدم حاليًا في الملاط الجاهز أنواعٌ رئيسية من إيثرات السليلوز، وهي: إيثر ميثيل السليلوز (MC)، وإيثر ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (MHEC)، وإيثر ميثيل هيدروكسي بروبيل السليلوز (MHPG)، وإيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC). ونظرًا لعدم استقرار السليلوز الأيوني (ملح كربوكسي ميثيل السليلوز) في وجود أيونات الكالسيوم، فإنه نادرًا ما يُستخدم في الملاط الجاهز الذي يستخدم الأسمنت والجير المطفأ، وغيرها من المواد الرابطة. وفي بعض المناطق في الصين، يُستخدم ملح كربوكسي ميثيل السليلوز كمُكثِّف لبعض منتجات التشطيبات الداخلية التي تُصنع باستخدام النشا المُعدَّل كمادة رابطة رئيسية ومسحوق شوانغفي كمادة مالئة. إلا أن هذا المنتج عُرضة للعفن وغير مقاوم للماء، ويجري التخلص منه تدريجيًا. كما يُستخدم هيدروكسي إيثيل السليلوز في بعض منتجات الملاط الجاهز، ولكن حصته السوقية ضئيلة جدًا.

3. مؤشرات الأداء الرئيسية لإيثر السليلوز

(1) الذوبانية

السليلوز مركب بوليمر متعدد الهيدروكسيل لا يذوب ولا ينصهر. بعد عملية الأثيرية، يصبح السليلوز قابلاً للذوبان في الماء، والمحاليل القلوية المخففة، والمذيبات العضوية، ويتمتع بخاصية اللدونة الحرارية. تعتمد الذوبانية بشكل أساسي على أربعة عوامل: أولاً، تتغير الذوبانية بتغير اللزوجة، فكلما انخفضت اللزوجة زادت الذوبانية. ثانياً، خصائص المجموعات المُدخلة في عملية الأثيرية، فكلما كبرت المجموعة المُدخلة انخفضت الذوبانية؛ وكلما زادت قطبية المجموعة المُدخلة، سهُل ذوبان إيثر السليلوز في الماء. ثالثاً، درجة الاستبدال وتوزيع المجموعات المُؤثيرية في الجزيئات الكبيرة. لا تذوب معظم إيثرات السليلوز في الماء إلا عند درجة استبدال معينة. رابعاً، درجة بلمرة إيثر السليلوز، فكلما زادت درجة البلمرة قلت الذوبانية؛ وكلما انخفضت درجة البلمرة اتسع نطاق درجات الاستبدال التي يمكن أن تذوب في الماء.

(2) احتباس الماء

يُعدّ الاحتفاظ بالماء خاصيةً مهمةً لإيثر السليلوز، وهو خاصيةٌ يوليها العديد من مصنّعي المساحيق الجافة المحليين اهتمامًا بالغًا، لا سيما في المناطق الجنوبية ذات درجات الحرارة المرتفعة. تشمل العوامل المؤثرة على قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء كمية إيثر السليلوز المضافة، واللزوجة، ونعومة الجزيئات، ودرجة حرارة بيئة الاستخدام. فكلما زادت كمية إيثر السليلوز المضافة، تحسّنت قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء؛ وكلما زادت اللزوجة، تحسّنت قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء؛ وكلما كانت الجزيئات أنعم، تحسّنت قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء.

(3) اللزوجة

تُعدّ اللزوجة أحد أهمّ معايير منتجات إيثر السليلوز. حاليًا، يستخدم مُصنّعو إيثر السليلوز طرقًا وأجهزةً مختلفة لقياس اللزوجة. بالنسبة للمنتج نفسه، تتباين نتائج قياس اللزوجة باستخدام طرق مختلفة تباينًا كبيرًا، وقد يصل التباين في بعضها إلى الضعف. لذا، عند مقارنة اللزوجة، يجب إجراء القياس باستخدام نفس طرق الاختبار، بما في ذلك درجة الحرارة، وجهاز الدوران، وغيرها.

بشكل عام، كلما زادت اللزوجة، كان تأثير الاحتفاظ بالماء أفضل. مع ذلك، كلما زادت اللزوجة، زاد الوزن الجزيئي لإيثر السليلوز، ويؤدي انخفاض ذوبانه إلى تأثير سلبي على قوة المونة وأدائها الإنشائي. كلما زادت اللزوجة، كان تأثير زيادة كثافة المونة أكثر وضوحًا، لكن العلاقة ليست طردية. فكلما زادت اللزوجة، زادت لزوجة المونة الرطبة. أثناء البناء، يظهر ذلك في التصاقها بالمكشطة والتصاقها الشديد بالسطح. لكن هذا لا يُسهم في زيادة قوة المونة الرطبة نفسها. أثناء البناء، لا يكون أداء مقاومة الترهل واضحًا. على النقيض من ذلك، تُظهر بعض إيثرات ميثيل السليلوز المعدلة ذات اللزوجة المتوسطة والمنخفضة أداءً ممتازًا في تحسين قوة المونة الرطبة.

(4) دقة الجسيمات:

يُشترط أن يكون إيثر السليلوز المستخدم في الملاط الجاهز مسحوقًا ذا محتوى مائي منخفض، وأن تتراوح نسبة حجم جزيئاته بين 20% و60% من إجمالي حجم الجزيئات التي يقل حجمها عن 63 ميكرومترًا. تؤثر درجة النعومة على ذوبانية إيثر السليلوز. عادةً ما يكون إيثر السليلوز الخشن على شكل حبيبات، وهي سهلة التشتت والذوبان في الماء دون تكتل، إلا أن معدل ذوبانها بطيء جدًا، لذا فهي غير مناسبة للاستخدام في الملاط الجاهز (بعض المنتجات المحلية متكتلة، يصعب تشتيتها وذوبانها في الماء، وعرضة للتكتل). في الملاط الجاهز، يُوزع إيثر السليلوز بين الركام والحشوات الدقيقة والأسمنت ومواد الربط الأخرى. لا يمكن تجنب تكتل إيثر السليلوز عند مزجه بالماء إلا باستخدام مسحوق ناعم بدرجة كافية. عند إضافة إيثر السليلوز إلى الماء لإذابة التكتلات، يصعب تشتيته وذوبانه.

(5) تعديل إيثر السليلوز

يُعدّ تعديل إيثر السليلوز بمثابة توسيع لنطاق أدائه، وهو الجزء الأهم. إذ يُمكن تحسين خصائص إيثر السليلوز لتعزيز قابليته للترطيب، وتشتيته، والتصاقه، وتكثيفه، واستحلابه، واحتفاظه بالماء، وقدرته على تكوين الأغشية، فضلاً عن تقليل نفاذيته للزيت.

4. تأثير درجة الحرارة المحيطة على احتفاظ الملاط بالماء

يقل احتفاظ إيثر السليلوز بالماء مع ارتفاع درجة الحرارة. في التطبيقات العملية، يُستخدم الملاط غالبًا على أسطح ساخنة في درجات حرارة عالية (أعلى من 40 درجة مئوية) في العديد من البيئات. وقد أدى انخفاض احتفاظه بالماء إلى تأثير ملحوظ على قابلية التشغيل ومقاومة التشقق. ولا يزال اعتماده على درجة الحرارة يُضعف خصائص الملاط، ومن الأهمية بمكان تقليل تأثير عوامل درجة الحرارة في هذه الحالة. تم تعديل تركيبات الملاط وفقًا لذلك، وأُجريت العديد من التغييرات المهمة على التركيبات الموسمية. وعلى الرغم من زيادة الجرعة (تركيبة الصيف)، إلا أن قابلية التشغيل ومقاومة التشقق لا تزالان غير كافيتين لتلبية احتياجات الاستخدام، مما يستدعي معالجة خاصة لإيثر السليلوز، مثل زيادة درجة الأثيرية، لتحقيق تأثير احتفاظ أفضل بالماء عند درجات حرارة عالية نسبيًا، مما يوفر أداءً أفضل في الظروف القاسية.

5. الاستخدام في الملاط الجاهز

في الملاط الجاهز، يؤدي إيثر السليلوز دورًا هامًا في الاحتفاظ بالماء، وزيادة الكثافة، وتحسين أداء البناء. يضمن الاحتفاظ الجيد بالماء عدم حدوث رمل أو تفتت أو انخفاض في قوة الملاط نتيجة نقص الماء أو عدم اكتمال عملية الترطيب. كما يعزز تأثير زيادة الكثافة بشكل كبير من قوة الملاط الرطب. تُحسّن إضافة إيثر السليلوز بشكل ملحوظ من لزوجة الملاط الرطب، ويتميز بلزوجة جيدة على مختلف الأسطح، مما يُحسّن أداء الملاط الرطب في بناء الجدران ويقلل من الهدر. بالإضافة إلى ذلك، يختلف دور إيثر السليلوز باختلاف المنتجات. على سبيل المثال، في مواد لاصقة البلاط، يُمكن لإيثر السليلوز زيادة وقت الفتح وضبطه؛ وفي ملاط ​​الرش الميكانيكي، يُحسّن من قوة الملاط الرطب؛ وفي مواد التسوية الذاتية، يمنع الهبوط والانفصال والطبقات. لذلك، يُستخدم إيثر السليلوز على نطاق واسع في الملاط الجاف كمُضاف هام.