إيثرات السليلوز في لاصق البلاط

1. مقدمة

يُعدّ لاصق البلاط الأسمنتي حاليًا الاستخدام الأوسع للمونة الجافة الخاصة، والتي تتكون من الأسمنت كمادة أساسية، وتُضاف إليها مواد مُدرّجة، ومواد حافظة للماء، ومواد مُقوّية مبكرة، ومسحوق اللاتكس، ومواد مُضافة عضوية أو غير عضوية أخرى. يكفي عادةً خلطها بالماء عند الاستخدام. وبالمقارنة مع المونة الأسمنتية العادية، يُحسّن هذا اللاصق بشكل كبير قوة التماسك بين مادة التغطية والسطح، كما يتميز بمقاومة جيدة للانزلاق ومقاومة ممتازة للماء. يُستخدم بشكل أساسي للصق مواد الديكور مثل بلاط الجدران الداخلية والخارجية، وبلاط الأرضيات، وغيرها. ويُستخدم على نطاق واسع في الجدران الداخلية والخارجية، والأرضيات، والحمامات، والمطابخ، وغيرها من أماكن الديكور. وهو حاليًا أكثر مواد لصق البلاط استخدامًا.

عند تقييم أداء لاصق البلاط، لا نقتصر عادةً على كفاءته التشغيلية وقدرته على منع الانزلاق، بل نولي اهتمامًا أيضًا لقوته الميكانيكية وسرعة جفافه. يؤثر إيثر السليلوز الموجود في لاصق البلاط ليس فقط على خصائصه الريولوجية، مثل سهولة الاستخدام والالتصاق بالسكين، بل يؤثر أيضًا بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية.

2. تأثير ذلك على وقت جفاف لاصق البلاط

عندما يتواجد مسحوق المطاط وإيثر السليلوز معًا في الملاط الرطب، تُظهر بعض نماذج البيانات أن مسحوق المطاط يتمتع بطاقة حركية أكبر للارتباط بنواتج إماهة الأسمنت، وأن إيثر السليلوز يتواجد بكميات أكبر في السائل البيني، مما يؤثر بشكل أكبر على لزوجة الملاط وزمن تصلبه. كما أن التوتر السطحي لإيثر السليلوز أعلى من التوتر السطحي لمسحوق المطاط، وبالتالي فإن زيادة تركيز إيثر السليلوز على سطح الملاط يُسهم في تكوين روابط هيدروجينية بين السطح الأساسي وإيثر السليلوز.

في الملاط الرطب، يتبخر الماء الموجود في الملاط، ويتراكم إيثر السليلوز على السطح، وتتشكل طبقة رقيقة على سطح الملاط في غضون 5 دقائق، مما يقلل من معدل التبخر اللاحق، حيث تتم إزالة المزيد من الماء من الملاط الأكثر سمكًا. ينتقل جزء منه إلى طبقة الملاط الأقل سمكًا، وتذوب الطبقة المتكونة في البداية جزئيًا، وسيؤدي انتقال الماء إلى زيادة تراكم إيثر السليلوز على سطح الملاط.

لذا، فإنّ تكوّن طبقة من إيثر السليلوز على سطح الملاط يؤثر بشكل كبير على أدائه. 1) إذا كانت الطبقة المتكوّنة رقيقة جدًا، فإنها ستذوب مرتين، مما لا يحدّ من تبخّر الماء ويقلل من قوة الملاط. 2) إذا كانت الطبقة المتكوّنة سميكة جدًا، فإنّ تركيز إيثر السليلوز في السائل البيني للملاط يكون مرتفعًا، وتكون اللزوجة عالية، مما يجعل من الصعب كسر الطبقة السطحية عند لصق البلاط. يتضح من ذلك أنّ خصائص تكوّن طبقة إيثر السليلوز تؤثر بشكل كبير على زمن التصلب. كما أنّ نوع إيثر السليلوز (HPMC، HEMC، MC، إلخ) ودرجة الأثيرية (درجة الاستبدال) تؤثر بشكل مباشر على خصائص تكوّن طبقة إيثر السليلوز، وعلى صلابة الطبقة ومتانتها.

3. التأثير على قوة السحب

إضافةً إلى الخصائص المفيدة المذكورة آنفًا للملاط، يُؤخر إيثر السليلوز أيضًا حركية إماهة الأسمنت. ويعود هذا التأثير المُؤخر بشكل رئيسي إلى امتزاز جزيئات إيثر السليلوز على مختلف الأطوار المعدنية في نظام الأسمنت المُمَيَّأ، ولكن بشكل عام، يُجمع على أن جزيئات إيثر السليلوز تُمتز بشكل أساسي على الماء، مثل سيليكات الكالسيوم المائية (CSH) وهيدروكسيد الكالسيوم. أما بالنسبة للمنتجات الكيميائية، فنادرًا ما تُمتز على الطور المعدني الأصلي للكلنكر. علاوة على ذلك، يُقلل إيثر السليلوز من حركة الأيونات (Ca2+، SO42-، ...) في محلول المسام نتيجةً لزيادة لزوجة محلول المسام، مما يُؤخر عملية الإماهة بشكل أكبر.

تُعدّ اللزوجة معيارًا مهمًا آخر، إذ تُمثّل الخصائص الكيميائية لإيثر السليلوز. وكما ذُكر سابقًا، تؤثر اللزوجة بشكل رئيسي على قدرة الأسمنت على الاحتفاظ بالماء، ولها أيضًا تأثير كبير على قابلية تشغيل الملاط الطازج. مع ذلك، أظهرت الدراسات التجريبية أن لزوجة إيثر السليلوز لا تكاد تُؤثر على حركية إماهة الأسمنت. كما أن للوزن الجزيئي تأثيرًا طفيفًا على الإماهة، ولا يتجاوز الفرق الأقصى بين الأوزان الجزيئية المختلفة 10 دقائق. لذا، لا يُعدّ الوزن الجزيئي معيارًا أساسيًا للتحكم في إماهة الأسمنت.

يعتمد تأثير تثبيط إيثر السليلوز على بنيته الكيميائية، وقد أظهرت الدراسات أن زيادة درجة المَثْيَلَة في إيثر السليلوز أحادي الهيدروكسي إيثيل (MHEC) تُقلل من تأثيره المُثَبِّط. كما أن تأثير التثبيط الناتج عن الاستبدال المحب للماء (مثل استبداله بـ HEC) أقوى من تأثير التثبيط الناتج عن الاستبدال الكاره للماء (مثل استبداله بـ MH، MHEC، MHPC). ويتأثر تأثير تثبيط إيثر السليلوز بشكل رئيسي بعاملين: نوع وكمية المجموعات البديلة.

أظهرت تجاربنا المنهجية أيضًا أن محتوى البدائل يلعب دورًا هامًا في المتانة الميكانيكية لمواد لاصقة البلاط. قمنا بتقييم أداء هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) بدرجات استبدال مختلفة في مواد لاصقة البلاط، واختبرنا تأثير إيثرات السليلوز التي تحتوي على مجموعات مختلفة في ظل ظروف معالجة مختلفة على الخواص الميكانيكية لمواد لاصقة البلاط.

في الاختبار، نأخذ في الاعتبار مركب هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)، وهو إيثر مركب، لذا علينا ربط الصورتين معًا. يحتاج HPMC إلى درجة معينة من الامتصاص لضمان ذوبانه في الماء ونفاذيته للضوء. نعلم أن محتوى البدائل يحدد درجة حرارة التصلب لـ HPMC، والتي بدورها تحدد بيئة استخدامه. وبهذه الطريقة، يُحدد محتوى المجموعات في HPMC، الذي يُستخدم عادةً، ضمن نطاق معين. ضمن هذا النطاق، يكمن جوهر بحثنا في كيفية دمج مجموعات الميثوكسيل والهيدروكسي بروبوكسيل لتحقيق أفضل النتائج. يوضح الشكل 2 أنه ضمن نطاق معين، تؤدي زيادة محتوى مجموعات الميثوكسيل إلى انخفاض في قوة السحب، بينما تؤدي زيادة محتوى مجموعات الهيدروكسي بروبوكسيل إلى زيادة في قوة السحب. وينطبق تأثير مماثل على ساعات الفتح.

يتوافق اتجاه تغير القوة الميكانيكية في ظروف وقت الفتح مع اتجاه تغيرها في ظروف درجة الحرارة العادية. يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) ذو المحتوى العالي من الميثوكسيل (DS) والمحتوى المنخفض من الهيدروكسي بروبوكسيل (MS) بمتانة جيدة للغشاء، ولكنه يؤثر سلبًا على خصائص ترطيب الملاط الرطب.