هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز

نظرة عامة: يُشار إليه اختصارًا بـ HPMC، وهو مسحوق ليفي أو حبيبي أبيض أو مائل للبياض. توجد أنواع عديدة من السليلوز وتُستخدم على نطاق واسع، ولكننا نتعامل بشكل رئيسي مع عملاء في صناعة مواد البناء الجافة. يُعدّ هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) أكثر أنواع السليلوز شيوعًا.

عملية الإنتاج: تتكون المواد الخام الرئيسية لـ HPMC من القطن المكرر، وكلوريد الميثيل، وأكسيد البروبيلين. تشمل المواد الخام الأخرى القلويات الرقائقية، والأحماض، والتولوين، والإيزوبروبانول، وغيرها. يُعالج سليلوز القطن المكرر بمحلول قلوي عند درجة حرارة 35-40 درجة مئوية لمدة نصف ساعة، ثم يُضغط ويُطحن، ويُترك لينضج عند درجة حرارة 35 درجة مئوية، بحيث يكون متوسط ​​درجة بلمرة الألياف القلوية الناتجة ضمن النطاق المطلوب. توضع الألياف القلوية في وعاء الأثير، ويُضاف أكسيد البروبيلين وكلوريد الميثيل بالتتابع، وتُجرى عملية الأثير عند درجة حرارة 50-80 درجة مئوية لمدة 5 ساعات، بضغط أقصى يبلغ حوالي 1.8 ميجا باسكال. بعد ذلك، تُضاف كمية مناسبة من حمض الهيدروكلوريك وحمض الأكساليك إلى الماء الساخن عند درجة حرارة 90 درجة مئوية لغسل المادة وزيادة حجمها. ثم تُجفف باستخدام جهاز طرد مركزي. اغسل حتى يصبح متعادلاً، وعندما تقل نسبة الرطوبة في الخامة عن 60%، جففها بتيار هواء ساخن عند 130 درجة مئوية حتى تقل عن 5%. الوظائف: الاحتفاظ بالماء، زيادة السماكة، مقاومة الترهل، تحسين قابلية التشكيل، تأخير التصلب.

الاحتفاظ بالماء: يُعدّ الاحتفاظ بالماء أهم خصائص إيثر السليلوز! فاستخدامه ضروري في إنتاج ملاط ​​الجبس وغيرها من المواد. إذ يُتيح الاحتفاظ العالي بالماء تفاعلًا كاملًا بين رماد الأسمنت وجبس الكالسيوم (وكلما كان التفاعل أكثر اكتمالًا، زادت قوة المادة). في ظل الظروف نفسها، كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز، تحسّن الاحتفاظ بالماء (ويقلّ الفارق عند اللزوجة التي تتجاوز 100,000). كما أن زيادة الجرعة تُحسّن الاحتفاظ بالماء، وعادةً ما تُحسّن كمية صغيرة من إيثر السليلوز أداء الملاط بشكل كبير. وعندما يصل تركيزه إلى مستوى معين، يتباطأ معدل زيادة الاحتفاظ بالماء. وعادةً ما ينخفض ​​معدل الاحتفاظ بالماء لإيثر السليلوز مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة، إلا أن بعض أنواع إيثر السليلوز عالية الهلام تُظهر أداءً أفضل في درجات الحرارة المرتفعة. يُمكّن الانتشار المتبادل بين جزيئات الماء وسلاسل جزيئات إيثر السليلوز جزيئات الماء من الدخول إلى داخل سلاسل جزيئات إيثر السليلوز الكبيرة والحصول على قوة ربط قوية، مما يؤدي إلى تكوين ماء حر، وتشابك الماء، وتحسين احتفاظ ملاط ​​الأسمنت بالماء.

مُكثِّف، مُتَسَوِّي، ومُضاد للترهل: يُضفي لزوجة ممتازة على الملاط الرطب! يُمكنه زيادة التماسك بين الملاط الرطب والطبقة الأساسية بشكل ملحوظ، وتحسين مقاومة الملاط للترهل. كما يُحسِّن تأثير التكثيف لإيثرات السليلوز مقاومة التشتت وتجانس المواد المخلوطة حديثًا، مما يمنع انفصال الطبقات، وانفصال المكونات، ونزفها. ينشأ تأثير التكثيف لإيثرات السليلوز على المواد الأسمنتية من لزوجة محاليل إيثر السليلوز. في ظل نفس الظروف، كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز، كانت لزوجة المادة الأسمنتية المُعدَّلة أفضل، ولكن إذا كانت اللزوجة عالية جدًا، فإنها ستؤثر على سيولة المادة وسهولة استخدامها (مثل استخدام مجرفة لاصقة وكاشطة خلط). يتطلب الملاط ذاتي التسوية والخرسانة ذاتية الدمك، اللذان يتطلبان سيولة عالية، لزوجة منخفضة لإيثرات السليلوز. بالإضافة إلى ذلك، يزيد تأثير إيثر السليلوز المُكثِّف من حاجة المواد الأسمنتية للماء، وبالتالي يزيد من إنتاجية الملاط. يتميز محلول إيثر السليلوز المائي عالي اللزوجة بخاصية الانسيابية العالية، وهي سمة رئيسية لإيثر السليلوز. تتميز محاليل السليلوز المائية عمومًا بخصائص انسيابية غير انسيابية عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة التصلب، ولكنها تتميز بخصائص انسيابية نيوتونية عند معدلات القص المنخفضة. تزداد اللدونة الكاذبة مع زيادة الوزن الجزيئي أو تركيز إيثر السليلوز. تتشكل الهلامات البنيوية عند ارتفاع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تدفق انسيابي عالٍ. تُظهر إيثرات السليلوز ذات التركيزات العالية واللزوجة المنخفضة خاصية الانسيابية حتى عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة التصلب. تُعد هذه الخاصية مفيدة للغاية في بناء ملاط ​​البناء، حيث تُساعد على ضبط استوائه ومنع ترهله. تجدر الإشارة هنا إلى أنه كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز، كان الاحتفاظ بالماء أفضل، ولكن كلما زادت اللزوجة، زاد الوزن الجزيئي النسبي لإيثر السليلوز، والانخفاض المقابل في قابليته للذوبان، مما يؤثر سلبًا على تركيز الملاط وقابليته للتشغيل.

السبب: يتميز إيثر السليلوز بتأثير واضح في إدخال الهواء إلى المواد الأسمنتية الطازجة. يحتوي إيثر السليلوز على مجموعتين: مجموعة محبة للماء (مجموعة الهيدروكسيل، مجموعة الإيثر) ومجموعة كارهة للماء (مجموعة الميثيل، حلقة الجلوكوز)، وهو عامل خافض للتوتر السطحي، وله نشاط سطحي، وبالتالي يُحدث تأثيرًا في إدخال الهواء. يُنتج هذا التأثير تأثيرًا كرويًا، مما يُحسّن من أداء الخلطة الطازجة، مثل زيادة لدونة ونعومة الملاط أثناء التشغيل، وهو أمر مفيد لرصف الملاط؛ كما أنه يزيد من إنتاجية الملاط، مما يقلل من تكلفة إنتاجه؛ ولكنه يزيد من مسامية المادة المتصلبة ويقلل من خصائصها الميكانيكية مثل القوة ومعامل المرونة. وبصفته عاملًا خافضًا للتوتر السطحي، يُضفي إيثر السليلوز أيضًا تأثيرًا مُبللًا أو مُزلقًا على جزيئات الأسمنت، مما يزيد، إلى جانب تأثيره في إدخال الهواء، من سيولة المواد الأسمنتية، ولكن تأثيره المُكثّف يُقلل من هذه السيولة. يُعدّ تأثير التدفق مزيجًا من تأثيرات التلدين والتكثيف. فعندما يكون محتوى إيثر السليلوز منخفضًا جدًا، يتجلى ذلك بشكل أساسي في تأثير التلدين أو تقليل الماء؛ أما عندما يكون المحتوى مرتفعًا، يزداد تأثير تكثيف إيثر السليلوز بسرعة، ويميل تأثيره في إدخال الهواء إلى التشبع، مما يؤدي إلى تحسين الأداء وزيادة الطلب على الماء.

تأخير التصلب: يمكن لإيثر السليلوز أن يؤخر عملية إماهة الأسمنت. يمنح إيثر السليلوز الملاط خصائص مفيدة متعددة، كما يقلل من حرارة الإماهة المبكرة للأسمنت ويؤخر حركية عملية الإماهة. وهذا غير مرغوب فيه لاستخدام الملاط في المناطق الباردة. وينتج هذا التأخير عن امتزاز جزيئات إيثر السليلوز على نواتج الإماهة مثل سيليكات الكالسيوم المائية (CSH) وهيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)2). وبسبب زيادة لزوجة محلول المسام، يقلل إيثر السليلوز من حركة الأيونات في المحلول، مما يؤخر عملية الإماهة. وكلما زاد تركيز إيثر السليلوز في مادة الهلام المعدني، ازداد تأثير تأخير الإماهة وضوحًا. لا يقتصر تأثير إيثر السليلوز على تأخير التصلب فحسب، بل يؤخر أيضًا عملية تصلب نظام ملاط ​​الأسمنت. ويعتمد تأثير التأخير لإيثر السليلوز ليس فقط على تركيزه في نظام الهلام المعدني، بل أيضًا على تركيبه الكيميائي. كلما زادت درجة مثيلة HEMC، كان تأثير إيثر السليلوز في إبطاء عملية التصلب أقوى. ومع ذلك، فإن لزوجة إيثر السليلوز لا تؤثر بشكل كبير على حركية إماهة الأسمنت. مع زيادة محتوى إيثر السليلوز، يزداد زمن تصلب الملاط بشكل ملحوظ. توجد علاقة غير خطية جيدة بين زمن التصلب الأولي للملاط ومحتوى إيثر السليلوز، بينما يرتبط زمن التصلب النهائي ارتباطًا خطيًا جيدًا بمحتوى إيثر السليلوز. يمكننا التحكم في زمن تشغيل الملاط عن طريق تغيير محتوى إيثر السليلوز. في المنتج، يلعب دورًا في الاحتفاظ بالماء، وزيادة الكثافة، وتأخير قوة إماهة الأسمنت، وتحسين أداء البناء. إن قدرة الاحتفاظ الجيدة بالماء تجعل تفاعل رماد جبس الأسمنت مع الكالسيوم أكثر اكتمالًا، مما يزيد بشكل كبير من اللزوجة الرطبة، ويحسن قوة تماسك الملاط، وفي الوقت نفسه يمكنه تحسين قوة الشد وقوة القص بشكل مناسب، مما يحسن بشكل كبير من تأثير البناء وكفاءة العمل. زمن قابل للتعديل. يحسّن من قابلية رش أو ضخ الملاط، بالإضافة إلى قوته الهيكلية. في عملية التطبيق الفعلية، من الضروري تحديد نوع السليلوز ولزوجته وكميته وفقًا للمنتجات المختلفة وعادات البناء والبيئة.