تحدد جودة إيثر السليلوز جودة الملاط

في الملاط الجاهز، كمية الإضافة منإيثر السليلوزعلى الرغم من انخفاض نسبته، إلا أنه يُحسّن بشكل ملحوظ أداء الملاط الرطب، ويُعدّ مُضافًا رئيسيًا يؤثر على خصائصه الإنشائية. يُسهم الاختيار المُناسب لإيثرات السليلوز من أنواع ولزوجات وأحجام جسيمات ودرجات لزوجة مُختلفة، بالإضافة إلى الكميات المُضافة، في تحسين أداء الملاط الجاف.

تعاني العديد من أنواع ملاط ​​البناء والتجصيص حاليًا من ضعف قدرتها على الاحتفاظ بالماء، حيث ينفصل الملاط المائي بعد دقائق قليلة من تركه. يُعدّ الاحتفاظ بالماء خاصيةً مهمةً لإيثر ميثيل السليلوز، وهو أيضًا خاصيةٌ يوليها العديد من مصنّعي الملاط الجاف المحليين اهتمامًا بالغًا، لا سيما في المناطق الجنوبية ذات درجات الحرارة المرتفعة. تشمل العوامل المؤثرة على قدرة الملاط الجاف على الاحتفاظ بالماء كمية إيثر ميثيل السليلوز المضاف، ولزوجته، ونعومة جزيئاته، ودرجة حرارة بيئة الاستخدام.

1. المفهوم

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.

تعتمد خصائص إيثرات السليلوز على نوع وعدد وتوزيع البدائل. كما يُصنَّف إيثر السليلوز بناءً على نوع البدائل، ودرجة الأثيرية، والذوبانية، وخصائص التطبيق ذات الصلة. وفقًا لنوع البدائل على السلسلة الجزيئية، يمكن تقسيمه إلى إيثر أحادي وإيثر مختلط. نستخدم عادةً MC كإيثر أحادي، وPMC كإيثر مختلط. إيثر ميثيل السليلوز MC هو الناتج الناتج عن استبدال مجموعة الهيدروكسيل على وحدة الجلوكوز في السليلوز الطبيعي بمجموعة ميثوكسي. وهو ناتج يتم الحصول عليه باستبدال جزء من مجموعة الهيدروكسيل على الوحدة بمجموعة ميثوكسي وجزء آخر بمجموعة هيدروكسي بروبيل. الصيغة البنائية هي [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. إيثر هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز HEMC، وهما النوعان الرئيسيان الأكثر استخدامًا وتداولًا 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، PMC، HEMC، وغيرها) فتُستخدم بشكل رئيسي في مواد البناء، وطلاءات اللاتكس، والأدوية، والمواد الكيميائية اليومية، وغيرها، كمُكثِّف، وعامل احتفاظ بالماء، ومُثبِّت، ومُشتِّت، وعامل مُكوِّن للأغشية.

2. احتفاظ إيثر السليلوز بالماء

احتفاظ إيثر السليلوز بالماء: في إنتاج مواد البناء، وخاصة ملاط ​​المسحوق الجاف، يلعب إيثر السليلوز دورًا لا غنى عنه، وخاصة في إنتاج الملاط الخاص (الملاط المعدل)، فهو عنصر لا غنى عنه ومهم.

تتمثل الأهمية الرئيسية لإيثر السليلوز القابل للذوبان في الماء في الملاط في ثلاثة جوانب رئيسية: أولها قدرته الممتازة على الاحتفاظ بالماء، وثانيها تأثيره على قوام الملاط وخواصه الانسيابية، وثالثها تفاعله مع الأسمنت. يعتمد تأثير إيثر السليلوز في الاحتفاظ بالماء على امتصاص الطبقة الأساسية للماء، وتركيب الملاط، وسماكة 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.

لا تكفي قدرة مجموعات الهيدروكسيل على التميؤ وحدها لتغطية الروابط الهيدروجينية القوية وقوى فان دير فالس بين الجزيئات. لذلك، ينتفخ البوليمر فقط دون أن يذوب في الماء. عند إدخال بديل في السلسلة الجزيئية، لا يؤدي هذا البديل إلى تدمير الروابط الهيدروجينية فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تدمير الروابط الهيدروجينية بين السلاسل نتيجةً لتداخل البديل بين السلاسل المتجاورة. كلما كبر حجم البديل، زادت المسافة بين الجزيئات. وكلما زادت المسافة، زاد تأثير تدمير الروابط الهيدروجينية، ليصبح إيثر السليلوز قابلاً للذوبان في الماء بعد تمدد شبكة السليلوز ودخول المحلول، مكونًا محلولًا عالي اللزوجة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يضعف تميؤ البوليمر، ويُطرد الماء من بين السلاسل. وعندما يكون تأثير التجفيف كافيًا، تبدأ الجزيئات بالتجمع، مكونةً هلامًا ذا بنية شبكية ثلاثية الأبعاد. تشمل العوامل المؤثرة على احتفاظ الملاط بالماء لزوجة إيثر السليلوز، والكمية المضافة، ونعومة الجزيئات، ودرجة حرارة الاستخدام.

كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز، تحسّن أداء الاحتفاظ بالماء. تُعدّ اللزوجة معيارًا هامًا لأداء MC. حاليًا، يستخدم مُصنّعو MC طرقًا وأجهزةً مختلفة لقياس لزوجة MC. من أبرز هذه الطرق: هاكه روتوفيسكو، وهوبلر، وأوبيلوهدي، وبروكفيلد. بالنسبة للمنتج نفسه، تتباين نتائج قياس اللزوجة باستخدام طرق مختلفة تباينًا كبيرًا، وقد يصل التباين في بعضها إلى الضعف. لذا، عند مقارنة اللزوجة، يجب إجراء القياس باستخدام نفس طريقة الاختبار، بما في ذلك درجة الحرارة، وجهاز الدوران، وغيرها.

بشكل عام، كلما زادت اللزوجة، تحسّن احتفاظ الملاط بالماء. مع ذلك، كلما زادت اللزوجة وزاد الوزن الجزيئي لميثيل السليلوز، انخفض ذوبانه، مما يؤثر سلبًا على قوة الملاط وأدائه الإنشائي. كلما زادت اللزوجة، زاد تأثير زيادة كثافة الملاط، لكن العلاقة ليست طردية. فكلما زادت اللزوجة، زادت لزوجة الملاط الرطب، أي أنه أثناء البناء، يلتصق بالمكشطة ويلتصق بشدة بالسطح. لكن هذا لا يُسهم في زيادة قوة الملاط الرطب نفسه. أثناء البناء، لا يكون أداء مقاومة الترهل واضحًا. على النقيض من ذلك، تُظهر بعض أنواع إيثرات ميثيل السليلوز المعدلة ذات اللزوجة المتوسطة والمنخفضة أداءً ممتازًا في تحسين قوة الملاط الرطب.

كلما زادت كمية إيثر السليلوز المضافة إلى الملاط، كان أداء الاحتفاظ بالماء أفضل، وكلما زادت اللزوجة، كان أداء الاحتفاظ بالماء أفضل.

فيما يتعلق بحجم الجسيمات، كلما كانت الجسيمات أدق، كان احتفاظها بالماء أفضل. فعندما تتلامس الجسيمات الكبيرة من إيثر السليلوز مع الماء، يذوب سطحها فورًا مكونًا هلامًا يغلف المادة ويمنع جزيئات الماء من التغلغل فيها. أحيانًا، لا يمكن تشتيتها وذوبانها بشكل متجانس حتى بعد التقليب لفترة طويلة، مما يؤدي إلى تكوين محلول عكر متكتل أو تكتلات. يؤثر ذلك بشكل كبير على احتفاظ إيثر السليلوز بالماء، وتُعدّ الذوبانية أحد العوامل المهمة لاختيار إيثر السليلوز.

تُعدّ النعومة مؤشرًا هامًا لأداء إيثر ميثيل السليلوز. يجب أن يكون إيثر ميثيل السليلوز المستخدم في الملاط الجاف مسحوقًا، منخفض المحتوى المائي، وأن تتراوح نسبة حجم الجسيمات التي يقل حجمها عن 63 ميكرومترًا بين 20% و60%. تؤثر النعومة على ذوبانية إيثر ميثيل السليلوز. عادةً ما يكون إيثر ميثيل السليلوز الخشن حبيبيًا، ويسهل ذوبانه في الماء دون تكتل، لكن معدل ذوبانه بطيء جدًا، لذا فهو غير مناسب للاستخدام في الملاط الجاف. في الملاط الجاف، يتوزع إيثر ميثيل السليلوز بين مواد الربط مثل الركام والحشو الناعم والأسمنت، ولا يمكن تجنب تكتله عند مزجه بالماء إلا باستخدام مسحوق ناعم بدرجة كافية. عند إضافة إيثر ميثيل السليلوز إلى الماء لإذابة التكتلات، يصعب تشتيته وذوبانه.

لا يُعدّ استخدام مسحوق ميثيل السليلوز الخشن مُهدرًا فحسب، بل يُقلّل أيضًا من قوة المونة في المناطق المُختلفة. فعند استخدام هذا النوع من المونة الجافة على مساحة واسعة، تنخفض سرعة تصلبها بشكل ملحوظ، وتظهر تشققات نتيجةً لاختلاف أوقات التصلب. أما في حالة المونة المرشوشة ذات البنية الميكانيكية، فإنّ متطلبات النعومة تكون أعلى نظرًا لقصر وقت الخلط. كما تؤثر نعومة مسحوق ميثيل السليلوز على قدرته على الاحتفاظ بالماء. وبشكل عام، بالنسبة لإيثرات ميثيل السليلوز ذات اللزوجة نفسها ولكن بنعومات مُختلفة، وباستخدام الكمية نفسها، كلما كانت النعومة أكبر، كان تأثير الاحتفاظ بالماء أفضل.

يرتبط احتفاظ مادة الميثيل سليلوز بالماء بدرجة الحرارة المستخدمة، حيث يقل احتفاظ إيثر ميثيل السليلوز بالماء مع ارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، يُستخدم الملاط الجاف غالبًا على أسطح ساخنة في درجات حرارة عالية (أعلى من 40 درجة مئوية) في العديد من البيئات، مثل تجصيص الجدران الخارجية تحت أشعة الشمس في الصيف، مما يُسرّع من تصلب الأسمنت وتصلب الملاط الجاف. ويؤدي انخفاض معدل احتفاظ الملاط بالماء إلى تأثر كل من قابلية التشغيل ومقاومة التشقق، ولذا من الضروري تقليل تأثير عوامل درجة الحرارة في هذه الحالة.

بالرغم منميثيل هيدروكسي إيثيل إيثر السليلوزتُعتبر الإضافات حاليًا في طليعة التطور التكنولوجي، إلا أن اعتمادها على درجة الحرارة سيؤدي إلى إضعاف أداء الملاط الجاف. فعلى الرغم من زيادة كمية ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (في التركيبة الصيفية)، إلا أن قابلية التشغيل ومقاومة التشقق لا تزالان غير كافيتين لتلبية متطلبات الاستخدام. ومن خلال بعض المعالجات الخاصة لمادة MC، مثل زيادة درجة الأثيرية، يمكن الحفاظ على قدرتها على الاحتفاظ بالماء عند درجات حرارة أعلى، مما يُحسّن أداءها في الظروف القاسية.