كيف يعمل هيدروكسي إيثيل السليلوز كمكثف؟

السليلوز هو عديد سكاريد يُكوّن مجموعة متنوعة من الإيثرات القابلة للذوبان في الماء. مُكثّفات السليلوز هي بوليمرات غير أيونية قابلة للذوبان في الماء. يعود تاريخ استخدامها إلى أكثر من 30 عامًا، وتتوفر منها أنواع عديدة. لا تزال تُستخدم في جميع أنواع دهانات اللاتكس تقريبًا، وتُعدّ المُكثّفات الرئيسية. تتميز مُكثّفات السليلوز بفعاليتها العالية في الأنظمة المائية لأنها تُكثّف الماء بنفسها. في صناعة الدهانات، تشمل مُكثّفات السليلوز الأكثر شيوعًا: ميثيل السليلوز (MC)، وهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، وإيثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (EHEC)، وهيدروكسي بروبيل السليلوز (HPC)، وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، وهيدروكسي إيثيل السليلوز المُعدّل كيميائيًا لزيادة كراهية الماء (HMHEC). يُعدّ HEC عديد سكاريد قابل للذوبان في الماء، ويُستخدم على نطاق واسع في تكثيف دهانات اللاتكس المعمارية غير اللامعة وشبه اللامعة. تتوفر مواد التكثيف بدرجات لزوجة مختلفة، وتتميز مواد التكثيف التي تحتوي على السليلوز بتوافق لوني ممتاز وثبات تخزيني.

تعتمد خصائص تسوية طبقة الطلاء، ومقاومتها للتناثر، وقدرتها على تكوين طبقة رقيقة، ومقاومتها للترهل، على الوزن الجزيئي النسبي لـ HEC. يعمل HEC، إلى جانب بوليمرات أخرى غير مرتبطة قابلة للذوبان في الماء، على زيادة لزوجة الطور المائي للطلاء. يمكن استخدام مُكثِّفات السليلوز منفردة أو بالاشتراك مع مُكثِّفات أخرى للحصول على خصائص انسيابية محددة. تتفاوت أوزان إيثرات السليلوز الجزيئية النسبية ودرجات لزوجتها، بدءًا من محلول مائي منخفض الوزن الجزيئي بنسبة 2% ولزوجة تبلغ حوالي 10 ميجا باسكال، وصولًا إلى وزن جزيئي نسبي عالٍ ولزوجة تبلغ 100000 ميجا باسكال. تُستخدم الدرجات منخفضة الوزن الجزيئي عادةً كغرويات واقية في بلمرة مستحلبات طلاء اللاتكس، بينما تُستخدم الدرجات الأكثر شيوعًا (لزوجة تتراوح بين 4800 و50000 ميجا باسكال.ثانية) كمُكثِّفات. وتعود آلية عمل هذا النوع من المُكثِّفات إلى التميؤ العالي للروابط الهيدروجينية والتشابك بين سلاسلها الجزيئية.

السليلوز التقليدي بوليمر ذو وزن جزيئي عالٍ، يزداد سمكه بشكل رئيسي من خلال تشابك السلاسل الجزيئية. ونظرًا للزوجة العالية عند معدل القص المنخفض، تكون خاصية التسوية ضعيفة، مما يؤثر على لمعان طبقة الطلاء. أما عند معدل القص العالي، فتكون اللزوجة منخفضة، وتكون مقاومة تناثر طبقة الطلاء ضعيفة، كما أن امتلاء طبقة الطلاء غير جيد. وترتبط خصائص تطبيق السليلوز عالي التماسك، مثل مقاومة الفرشاة، وتكوين طبقة، وتناثر الطلاء بالأسطوانة، ارتباطًا مباشرًا باختيار المُكثِّف. كما تتأثر خصائص تدفقه، مثل التسوية ومقاومة الترهل، بشكل كبير بالمُكثِّفات.

السليلوز المُعدَّل كيميائيًا لزيادة خواصه الكارهة للماء (HMHEC) هو مُكثِّف سليلوزي يتميز بتعديل كاره للماء على بعض السلاسل المتفرعة (حيث تُضاف عدة مجموعات ألكيل طويلة السلسلة على طول السلسلة الرئيسية). يتميز هذا الطلاء بلزوجة أعلى عند معدلات القص العالية، مما يُحسِّن تكوين طبقة رقيقة. ومن الأمثلة على ذلك Natrosol Plus Grade 330 و331 وCellosize SG-100 وBermocoll EHM-100. يُضاهي تأثيره في زيادة الخشونة تأثير مُكثِّفات إيثر السليلوز ذات الكتلة الجزيئية النسبية الأكبر بكثير. يُحسِّن هذا الطلاء لزوجة وتجانس طلاء ICI، ويُقلِّل من التوتر السطحي. على سبيل المثال، يبلغ التوتر السطحي لـ HEC حوالي 67 ميجا نيوتن/متر، بينما يتراوح التوتر السطحي لـ HMHEC بين 55 و65 ميجا نيوتن/متر.

يتميز مُكثّف HMHEC بسهولة رشه، ومقاومته للترهل، وخصائصه المُسوية، ولمعانه الجيد، ومقاومته لتكتل الصبغة. وهو واسع الاستخدام ولا يؤثر سلبًا على تكوين طبقة الطلاء لدهانات اللاتكس ذات الجزيئات الدقيقة. يتميز بأداء جيد في تكوين طبقة الطلاء ومقاومة التآكل. يعمل هذا المُكثّف الترابطي بشكل أفضل مع أنظمة كوبوليمر أسيتات الفينيل، ويُشابه أداؤه أداء المُكثّفات الترابطية الأخرى، ولكن بتركيبات أبسط.