وظيفة إيثر السليلوز في الهاون

إيثر السليلوز هو بوليمر صناعي يُصنع من السليلوز الطبيعي عبر تعديل كيميائي. وهو مشتق من السليلوز الطبيعي. يختلف إنتاج إيثر السليلوز عن إنتاج البوليمرات الصناعية الأخرى، إذ أن مادته الأساسية هي السليلوز، وهو مركب بوليمري طبيعي. ونظرًا لخصوصية بنية السليلوز الطبيعي، فإنه لا يتفاعل مع عوامل الإيثرة. ولكن بعد معالجته بعامل التورم، تتفكك الروابط الهيدروجينية القوية بين سلاسل جزيئات السليلوز، مما يؤدي إلى إطلاق مجموعة الهيدروكسيل، وبالتالي الحصول على إيثر السليلوز.

في الملاط الجاهز، تكون كمية إيثر السليلوز المضافة قليلة جدًا، لكنها تُحسّن بشكل ملحوظ أداء الملاط الرطب، وتُعدّ مادة مضافة رئيسية تؤثر على خصائصه الإنشائية. يُسهم الاختيار الأمثل لإيثرات السليلوز من أنواع مختلفة، ولزوجات متباينة، وأحجام جسيمات متباينة، ودرجات لزوجة متباينة، وكميات مضافة متباينة، في تحسين أداء الملاط الجاف. في الوقت الحالي، يُعاني العديد من أنواع ملاط ​​البناء والتجصيص من ضعف في الاحتفاظ بالماء، حيث ينفصل الملاط المائي بعد دقائق قليلة من تركه.

يُعدّ الاحتفاظ بالماء خاصيةً مهمةً لإيثر ميثيل السليلوز، وهو خاصيةٌ يوليها العديد من مصنّعي الملاط الجاف المحليين اهتمامًا خاصًا، لا سيما في المناطق الجنوبية ذات درجات الحرارة المرتفعة. وتشمل العوامل المؤثرة على فعالية الاحتفاظ بالماء في الملاط الجاف كمية إيثر ميثيل السليلوز المضاف، ولزوجته، ونعومة جزيئاته، ودرجة حرارة بيئة الاستخدام.

تعتمد خصائص إيثرات السليلوز على نوع وعدد وتوزيع البدائل. كما يُصنَّف إيثر السليلوز بناءً على نوع البدائل، ودرجة الأثيرية، والذوبانية، وخصائص التطبيق ذات الصلة. وبحسب نوع البدائل على السلسلة الجزيئية، يُمكن تقسيمه إلى إيثر أحادي وإيثر مختلط. يُعدّ MC المستخدم عادةً إيثرًا أحاديًا، بينما يُعدّ HPMC إيثرًا مختلطًا. إيثر ميثيل السليلوز MC هو الناتج الناتج عن استبدال مجموعة الهيدروكسيل في وحدة الجلوكوز في السليلوز الطبيعي بمجموعة ميثوكسي. صيغته البنائية هي [COH7O2(OH)3-h(OCH3)h ]x. يتم استبدال جزء من مجموعة الهيدروكسيل على الوحدة بمجموعة ميثوكسي، ويتم استبدال الجزء الآخر بمجموعة هيدروكسي بروبيل، والصيغة الهيكلية هي [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3] n]x إيثيل ميثيل سليلوز إيثر HEMC، وهذه هي الأنواع الرئيسية المستخدمة على نطاق واسع والتي تباع في السوق.

من حيث الذوبانية، يمكن تقسيمها إلى أيونية وغير أيونية. تتكون إيثرات السليلوز غير الأيونية القابلة للذوبان في الماء بشكل أساسي من سلسلتين: إيثرات الألكيل وإيثرات الهيدروكسي ألكيل. يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز الأيوني (CMC) بشكل رئيسي في المنظفات الصناعية، وطباعة وصباغة المنسوجات، والأغذية، واستكشاف النفط. أما إيثرات السليلوز غير الأيونية (MC، HPMC، HEMC، وغيرها) فتُستخدم بشكل رئيسي في مواد البناء، وطلاءات اللاتكس، والأدوية، والمواد الكيميائية اليومية، وغيرها، كمُكثِّف، وعامل احتفاظ بالماء، ومُثبِّت، ومُشتِّت، وعامل مُكوِّن للأغشية.

قدرة إيثر السليلوز على الاحتفاظ بالماء: في إنتاج مواد البناء، وخاصةً الملاط الجاف، يلعب إيثر السليلوز دورًا لا غنى عنه، لا سيما في إنتاج الملاط الخاص (الملاط المُعدَّل)، حيث يُعدّ مكونًا أساسيًا وهامًا. وتتمثل أهمية دور إيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء في الملاط في ثلاثة جوانب رئيسية:

1. قدرة ممتازة على الاحتفاظ بالماء
2. التأثير على قوام الملاط وخاصية الانسيابية
3. التفاعل مع الأسمنت.

يعتمد تأثير احتفاظ إيثر السليلوز بالماء على امتصاص الطبقة الأساسية للماء، وتركيب الملاط، وسُمك طبقة الملاط، واحتياج الملاط للماء، ووقت تصلب مادة التصلب. وينتج احتفاظ إيثر السليلوز بالماء عن ذوبانه وجفافه. وكما هو معروف، فعلى الرغم من احتواء السلسلة الجزيئية للسليلوز على عدد كبير من مجموعات الهيدروكسيل (OH) عالية الترطيب، إلا أنها غير قابلة للذوبان في الماء، وذلك لأن بنية السليلوز تتميز بدرجة عالية من التبلور. ولا تكفي قدرة مجموعات الهيدروكسيل على الترطيب وحدها لتغطية الروابط الهيدروجينية القوية وقوى فان دير فالس بين الجزيئات. لذلك، ينتفخ السليلوز فقط دون أن يذوب في الماء. وعند إدخال بديل في السلسلة الجزيئية، لا يؤدي هذا البديل إلى تدمير الروابط الهيدروجينية فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تدمير الروابط الهيدروجينية بين السلاسل المتجاورة نتيجةً لتداخل البديل بينها. وكلما كبر حجم البديل، زادت المسافة بين الجزيئات. كلما زاد تأثير تكسير الروابط الهيدروجينية، أصبح إيثر السليلوز قابلاً للذوبان في الماء بعد تمدد شبكة السليلوز ودخول المحلول، مُشكِّلاً محلولاً عالي اللزوجة. عند ارتفاع درجة الحرارة، يضعف تميؤ البوليمر، ويُطرد الماء الموجود بين السلاسل. وعندما يكون تأثير التجفيف كافياً، تبدأ الجزيئات بالتجمع، مُشكِّلةً هلاماً ذا بنية شبكية ثلاثية الأبعاد.