تحليل تركيب مسحوق المعجون

يتكون مسحوق المعجون بشكل أساسي من مواد تشكيل الأغشية (مواد الربط)، والحشوات، وعوامل الاحتفاظ بالماء، والمكثفات، ومضادات الرغوة، وغيرها. تشمل المواد الكيميائية العضوية الخام الشائعة في مسحوق المعجون: السليلوز، والنشا المُجَلْتَن مسبقًا، وإيثر النشا، وكحول البولي فينيل، ومسحوق اللاتكس القابل للتشتت، وغيرها. سيتم تحليل أداء واستخدام مختلف المواد الكيميائية الخام بالتفصيل أدناه.

1: تعريف وفرق الألياف والسليلوز وإيثر السليلوز

الألياف (بالإنجليزية: Fiber) هي مادة تتكون من خيوط متصلة أو متقطعة، مثل الألياف النباتية، وشعر الحيوانات، وألياف الحرير، والألياف الصناعية، وغيرها.

السليلوز هو عديد سكاريد ضخم يتكون من الجلوكوز، وهو المكون البنيوي الرئيسي لجدران الخلايا النباتية. في درجة حرارة الغرفة، لا يذوب السليلوز في الماء ولا في المذيبات العضوية الشائعة. يقترب محتوى السليلوز في القطن من 100%، مما يجعله أنقى مصدر طبيعي للسليلوز. في الخشب عمومًا، يشكل السليلوز 40-50%، بينما يحتوي على 10-30% من الهيميسليلوز و20-30% من اللجنين. الفرق بين السليلوز (يمين) والنشا (يسار):

بشكل عام، يُعد كل من النشا والسليلوز من السكريات المتعددة الجزيئية الكبيرة، ويمكن التعبير عن صيغتهما الجزيئية بالصيغة (C6H10O5)n. يُعد الوزن الجزيئي للسليلوز أكبر من وزن النشا، ويمكن تحلل السليلوز لإنتاج النشا. يتكون السليلوز من D-جلوكوز و β-1,4 جليكوسيد، بينما يتكون النشا من روابط α-1,4 جليكوسيدية. لا يتفرع السليلوز عادةً، بينما يتفرع النشا بروابط 1,6 جليكوسيدية. السليلوز قليل الذوبان في الماء، بينما يذوب النشا في الماء الساخن. السليلوز غير حساس للأميليز ولا يتحول لونه إلى الأزرق عند تعرضه لليود.

يُعرف إيثر السليلوز باللغة الإنجليزية باسم "إيثر السليلوز"، وهو مركب بوليمري ذو بنية إيثرية مصنوع من السليلوز. وهو نتاج تفاعل كيميائي بين السليلوز (النباتي) وعامل الإيثرة. وبناءً على تصنيف التركيب الكيميائي للمستبدلات بعد الإيثرة، يمكن تقسيمه إلى إيثرات أنيونية، وكاتيونية، وغير أيونية. وتختلف أنواع إيثر السليلوز باختلاف عامل الإيثرة المستخدم، ومنها: ميثيل السليلوز، وهيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز، وكربوكسي ميثيل السليلوز، وإيثيل السليلوز، وبنزيل السليلوز، وهيدروكسي إيثيل السليلوز، وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، وسيانو إيثيل السليلوز، وبنزيل سيانو إيثيل السليلوز، وكربوكسي ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز، وفينيل السليلوز، وغيرها. في قطاع البناء، يُطلق على إيثر السليلوز أيضًا اسم "السليلوز"، وهو اسم غير شائع، والصحيح هو "السليلوز" (أو "الإيثر"). آلية تكثيف مُكثِّف إيثر السليلوز: مُكثِّف إيثر السليلوز مُكثِّف غير أيوني، يعمل بشكل أساسي عن طريق التميؤ والتشابك بين الجزيئات. تتميز سلسلة بوليمر إيثر السليلوز بسهولة تكوين روابط هيدروجينية مع الماء، مما يُكسبها تميؤًا عاليًا وتشابكًا جزيئيًا قويًا.

عند إضافة مُكثِّف إيثر السليلوز إلى طلاء اللاتكس، فإنه يمتص كمية كبيرة من الماء، مما يؤدي إلى تمدد حجمه بشكل كبير، وبالتالي تقليل المساحة المتاحة للأصباغ والحشوات وجزيئات اللاتكس. في الوقت نفسه، تتشابك سلاسل جزيئات إيثر السليلوز لتشكيل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد، وتُحصر جزيئات اللون والحشوات واللاتكس في مركز هذه الشبكة، مما يمنعها من التدفق بحرية. بفضل هذين التأثيرين، تتحسن لزوجة النظام، محققين بذلك تأثير التكثيف المطلوب.

السليلوز الشائع (الإيثر): يُشير مصطلح السليلوز في السوق عمومًا إلى هيدروكسي بروبيل، ويُستخدم هيدروكسي إيثيل بشكل أساسي في الدهانات، وخاصة دهانات اللاتكس، بينما يُستخدم هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز في الملاط والمعجون وغيرها من المنتجات. أما كربوكسي ميثيل السليلوز، فيُستخدم في مسحوق المعجون العادي للجدران الداخلية. يُعرف كربوكسي ميثيل السليلوز أيضًا باسم كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم، ويُشار إليه اختصارًا بـ (CMC): وهو مسحوق أبيض مُتكتل غير سام وعديم الرائحة، يتميز بثبات أدائه وسهولة ذوبانه في الماء. وهو سائل لزج شفاف قلوي، قابل للذوبان في المواد اللاصقة والراتنجات الأخرى القابلة للذوبان في الماء، وغير قابل للذوبان في المذيبات العضوية مثل الإيثانول. يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) كمادة رابطة، ومكثفة، ومعلقة، ومستحلبة، ومشتتة، ومثبتة، ومادة تحجيم، وغيرها. يُعد كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) المنتج الأكثر إنتاجًا والأوسع استخدامًا والأكثر ملاءمة بين إيثرات السليلوز، والمعروف باسم "غلوتامات أحادية الصوديوم الصناعية". يتميز كربوكسي ميثيل السليلوز بوظائف الربط، والتكثيف، والتقوية، والاستحلاب، والاحتفاظ بالماء، والتعليق. 1. استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم في صناعة الأغذية: لا يُعد كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم مُثبتًا ومكثفًا جيدًا للاستحلاب في تطبيقات الأغذية فحسب، بل يتميز أيضًا بثبات ممتاز عند التجميد والذوبان، ويمكنه تحسين نكهة المنتج وإطالة مدة صلاحيته. 2. استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم في صناعة الأدوية: يمكن استخدامه كمثبت للمستحلبات في الحقن، ومادة رابطة، ومادة مُشكلة للغشاء في الأقراص في صناعة الأدوية. 3. يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) كعامل مضاد للترسيب، ومستحلب، ومشتت، ومُسوّي، ومادة لاصقة للطلاءات. فهو يُوزّع المحتوى الصلب للطلاء بالتساوي في المذيب، مما يمنع تقشر الطلاء لفترة طويلة. كما يُستخدم على نطاق واسع في صناعة الدهانات. 4. يمكن استخدام كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم كعامل مُرسب، وعامل مُخلّب، ومستحلب، ومُكثّف، وعامل مُحتفظ بالماء، وعامل تحجيم، ومادة مُشكّلة للأغشية، وغيرها. كما يُستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات، والمبيدات الحشرية، والجلود، والبلاستيك، والطباعة، والسيراميك، والصناعات الكيميائية اليومية، وغيرها من المجالات. ونظرًا لأدائه الممتاز وتعدد استخداماته، فإنه يشهد باستمرار تطورًا في مجالات تطبيق جديدة، وآفاقه السوقية واسعة للغاية. أمثلة على الاستخدام: تركيبة مسحوق معجون الجدران الخارجية، تركيبة مسحوق معجون الجدران الداخلية، 1. مسحوق شوانغفي: 600-650 كجم، 1. مسحوق شوانغفي: 1000 كجم، 2. أسمنت أبيض: 400-350 كجم، 2. نشا مُجَلْتَن مسبقًا: 5-6 كجم، 3. نشا مُجَلْتَن مسبقًا: 5-6 كجم، 3. كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC): 10-15 كجم أو هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC): 2.5-3 كجم، 4. كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC): 10-15 كجم أو هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC): 2.5-3 كجم. خصائص مسحوق المعجون المُضاف إليه كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) والنشا المُجَلْتَن مسبقًا: ① يتميز بقدرة جيدة على التكثيف السريع، وقوة ربط عالية، واحتفاظ جيد بالماء؛ ② يُحسِّن مقاومة الانزلاق (الترهل) للمادة، ويُحسِّن أداء تشغيلها، ويجعل التشغيل أكثر سلاسة؛ ويُطيل وقت فتح المادة؛ ③ بعد التجفيف، يكون السطح أملسًا، ولا يتساقط منه المسحوق، ويتميز بخصائص جيدة لتكوين طبقة رقيقة، ولا يُسبب خدوشًا. ④ والأهم من ذلك، أن الجرعة صغيرة، ويمكن لجرعة منخفضة جدًا أن تحقق تأثيرًا كبيرًا؛ وفي الوقت نفسه، تنخفض تكلفة الإنتاج بنسبة تتراوح بين 10 و20%. في قطاع البناء، يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) في إنتاج قوالب الخرسانة الجاهزة، مما يقلل من فقدان الماء ويعمل كمؤخر للتصلب. حتى في مشاريع البناء واسعة النطاق، يُحسّن أيضًا من قوة الخرسانة ويُسهّل انفصال القوالب الجاهزة عن الغشاء. ومن استخداماته الرئيسية الأخرى كشط الجدران البيضاء ومسحوق المعجون، مما يوفر الكثير من مواد البناء ويعزز الطبقة الواقية ولمعان الجدار. هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز، ويُشار إليه اختصارًا بـ (HEC): الصيغة الكيميائية:

١. مقدمة عن هيدروكسي إيثيل السليلوز: هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) هو إيثر سليلوزي غير أيوني يُصنع من مادة السليلوز البوليمرية الطبيعية عبر سلسلة من العمليات الكيميائية. وهو مسحوق أو حبيبات بيضاء عديمة الرائحة والطعم وغير سامة، يمكن إذابتها في الماء البارد لتكوين محلول لزج شفاف، ولا تتأثر عملية الذوبان بقيمة الرقم الهيدروجيني. يتميز بخصائص التكثيف والربط والتشتيت والاستحلاب وتكوين الأغشية والتعليق والامتصاص والنشاط السطحي والاحتفاظ بالرطوبة ومقاومة الأملاح.

٢. المؤشرات الفنية - معيار المشروع: المظهر: مسحوق أبيض أو مصفر. نسبة الاستبدال المولي (MS): ١.٨-٢.٨. نسبة المواد غير القابلة للذوبان في الماء (٪): ≤ ٠.٥. نسبة الفقد عند التجفيف (WT٪): ≤ ٥.٠. نسبة البقايا عند الاحتراق (WT٪): ≤ ٥.٠. الرقم الهيدروجيني (pH): ٦.٠-٨.٥. اللزوجة (مللي باسكال.ثانية): محلول مائي بتركيزات ٢٪، ٣٠٠٠٠، ٦٠٠٠٠، ١٠٠٠٠٠ عند ٢٠ درجة مئوية. ٣. مزايا هيدروكسي إيثيل السليلوز: تأثير تكثيف عالٍ.

● يوفر هيدروكسي إيثيل السليلوز خصائص طلاء ممتازة لطلاءات اللاتكس، وخاصة طلاءات PVA عالية التركيز. لا يحدث تكتل عند استخدام طبقة طلاء سميكة.

● يتميز هيدروكسي إيثيل السليلوز بتأثير تكثيف أعلى. فهو يقلل الجرعة، ويحسن من اقتصادية التركيبة، ويعزز مقاومة الطلاء للاحتكاك.

خصائص انسيابية ممتازة

● المحلول المائي لهيدروكسي إيثيل السليلوز هو نظام غير نيوتوني، وتسمى خاصية محلوله بالانسيابية.

● في الحالة الساكنة، بعد ذوبان المنتج بالكامل، يحافظ نظام الطلاء على أفضل حالة من حيث السماكة والانفتاح.

● في حالة الصب، يحافظ النظام على لزوجة معتدلة، بحيث يتمتع المنتج بسيولة ممتازة ولن يتناثر.

● عند تطبيقه بالفرشاة أو الأسطوانة، ينتشر المنتج بسهولة على السطح، مما يجعله مناسبًا للبناء. كما أنه يتميز بمقاومة جيدة للرذاذ.

● أخيرًا، بعد الانتهاء من الطلاء، تستعيد لزوجة النظام عافيتها على الفور، ويترهل الطلاء على الفور.

قابلية التشتت والذوبان

● تُعالج مادة هيدروكسي إيثيل السليلوز بتقنية الذوبان المتأخر، مما يمنع التكتل بفعالية عند إضافة المسحوق الجاف. بعد التأكد من تشتت مسحوق هيدروكسي إيثيل السليلوز جيدًا، ابدأ عملية الترطيب.

● يمكن لهيدروكسي إيثيل السليلوز مع المعالجة السطحية المناسبة أن يضبط معدل الذوبان ومعدل زيادة لزوجة المنتج بشكل جيد.

ثبات التخزين

● يتميز هيدروكسي إيثيل السليلوز بخصائص جيدة مضادة للعفن، ويوفر فترة تخزين كافية للطلاء. كما يمنع بشكل فعال ترسب الأصباغ والمواد المالئة. 4. طريقة الاستخدام: (1) الإضافة المباشرة أثناء الإنتاج: هذه الطريقة هي الأبسط والأسرع. الخطوات كالتالي: 1. أضف الماء النقي إلى دلو كبير مزود بمحرك تقليب عالي القص. 2. ابدأ بالتقليب المستمر بسرعة منخفضة، ثم قم بتصفية هيدروكسي إيثيل السليلوز ببطء في المحلول بالتساوي. 3. استمر في التقليب حتى تذوب جميع الجزيئات. 4. ثم أضف عاملًا مضادًا للفطريات ومواد مضافة مختلفة، مثل الأصباغ، ومواد التشتيت، ومحلول الأمونيا، إلخ. 5. استمر في التقليب حتى يذوب هيدروكسي إيثيل السليلوز تمامًا (تزداد لزوجة المحلول بشكل ملحوظ) قبل إضافة المكونات الأخرى في تركيبة التفاعل. (2) تحضير المحلول الأم للاستخدام: في هذه الطريقة، يتم تحضير المحلول الأم بتركيز أعلى أولًا، ثم إضافته إلى المنتج. تتميز هذه الطريقة بمرونتها العالية وإمكانية إضافتها مباشرةً إلى المنتج النهائي، ولكن يجب تخزينها بشكل صحيح. تتشابه الخطوات مع الخطوات (1-4) في الطريقة (1): الفرق هو عدم الحاجة إلى مُحَرِّك عالي القص، بل يكفي استخدام مُحَرِّكات ذات قدرة كافية للحفاظ على تشتت هيدروكسي إيثيل السليلوز بشكل متجانس في المحلول، مع الاستمرار في التحريك حتى يذوب تمامًا ويُصبح محلولًا لزجًا. تجدر الإشارة إلى ضرورة إضافة العامل المضاد للفطريات إلى المحلول الأم في أسرع وقت ممكن. خامسًا: التطبيقات 1. يُستخدم في طلاء اللاتكس المائي: يُمكن استخدام هيدروكسي إيثيل السليلوز، كمادة غروانية واقية، في بلمرة مستحلب أسيتات الفينيل لتحسين استقرار نظام البلمرة في نطاق واسع من قيم الأس الهيدروجيني. في تصنيع المنتجات النهائية، تُستخدم إضافات مثل الأصباغ والحشوات لتشتيت المادة بشكل متجانس، وتثبيتها، وتوفير تأثيرات مُكثِّفة. كما يُمكن استخدامه كمُشتِّت لبوليمرات التعليق مثل الستايرين والأكريلات والبروبيلين. 1. في مجال حفر آبار النفط: يُستخدم HEC كمُكثِّف في أنواع الطين المختلفة المستخدمة في عمليات الحفر، وتثبيت الآبار، وتثبيتها بالأسمنت، والتكسير الهيدروليكي، مما يُكسب الطين سيولةً واستقرارًا جيدين. كما يُحسِّن قدرة الطين على حمل السوائل أثناء الحفر، ويمنع دخول كميات كبيرة من الماء إلى طبقة النفط، مما يُساهم في استقرار إنتاجية طبقة النفط. 2. في مجال الإنشاءات ومواد البناء: بفضل قدرته العالية على الاحتفاظ بالماء، يُعد HEC مُكثِّفًا ومادة رابطة فعّالة لملاط الأسمنت. يُمكن مزجه مع الملاط لتحسين سيولته وأدائه، وإطالة مدة تبخر الماء، وتحسين قوة الخرسانة الأولية، ومنع التشققات. كما يُحسِّن بشكل ملحوظ قدرة الخرسانة على الاحتفاظ بالماء وقوة التماسك عند استخدامه في الجص، واللصق، ومعجون الجص. 3. في مجال معجون الأسنان: بفضل مقاومته العالية للأملاح والأحماض، يضمن HEC استقرار معجون الأسنان. بالإضافة إلى ذلك، يصعب تجفيف معجون الأسنان نظرًا لقدرته العالية على الاحتفاظ بالماء والاستحلاب. ٥. عند استخدامه في الأحبار المائية، يُساعد هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) على تجفيف الحبر بسرعة وجعله غير منفذ للماء. كما يُستخدم HEC على نطاق واسع في طباعة وصباغة المنسوجات، وصناعة الورق، والصناعات الكيميائية اليومية، وغيرها. ٦. احتياطات استخدام HEC: أ. استرطابية: جميع أنواع هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) استرطابية. عادةً ما يكون محتوى الماء أقل من ٥٪ عند مغادرته المصنع، ولكن نظرًا لاختلاف ظروف النقل والتخزين، سيرتفع محتوى الماء. عند استخدامه، ما عليك سوى قياس محتوى الماء وطرح وزن الماء عند الحساب. لا تعرضه للهواء. ب. مسحوق الغبار قابل للاشتعال: إذا وُجدت جميع المساحيق العضوية ومسحوق هيدروكسي إيثيل السليلوز في الهواء بنسبة معينة، فسوف تنفجر عند تعرضها للهب. يجب اتباع إجراءات التشغيل المناسبة لتجنب انتشار مسحوق الغبار في الهواء قدر الإمكان. ٧. مواصفات التغليف: المنتج مصنوع من كيس مركب من الورق والبلاستيك مبطن بكيس داخلي من البولي إيثيلين، بوزن صافٍ ٢٥ كجم. يُحفظ في مكان جيد التهوية وجاف في الداخل، مع مراعاة تجنب الرطوبة. يجب حمايته من المطر وأشعة الشمس أثناء النقل. هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC): مسحوق أبيض عديم الرائحة والطعم وغير سام، يتوفر بنوعين: فوري وغير فوري. النوع الفوري: عند ملامسته للماء البارد، يذوب بسرعة ويختفي فيه، ويكون السائل في هذه الحالة عديم اللزوجة. بعد حوالي دقيقتين، تزداد لزوجة السائل، مكونًا غروانيًا لزجًا شفافًا. النوع غير الفوري: يُستخدم فقط في منتجات المساحيق الجافة مثل معجون المساحيق وملاط الأسمنت. لا يُستخدم في الغراء السائل والطلاء، حيث يتسبب في تكتل.