ما هي خصائص محلول إيثر السليلوز والعوامل المؤثرة فيه؟

تُعدّ الخصائص الريولوجية أهمّ خصائص محلول إيثر السليلوز. فالخصائص الريولوجية المميزة للعديد من إيثرات السليلوز تجعلها تُستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات، كما أن دراسة هذه الخصائص تُسهم في تطوير مجالات تطبيق جديدة أو تحسين بعض المجالات القائمة. وقد أجرى لي جينغ من جامعة شنغهاي جياو تونغ دراسة منهجية حول الخصائص الريولوجية لـكاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)بما في ذلك تأثير معايير البنية الجزيئية لـ CMC (الوزن الجزيئي ودرجة الاستبدال)، والتركيز، ودرجة الحموضة، والقوة الأيونية. تُظهر نتائج البحث أن لزوجة المحلول عند معدل قص صفري تزداد مع زيادة الوزن الجزيئي ودرجة الاستبدال. تعني زيادة الوزن الجزيئي نمو السلسلة الجزيئية، مما يُسهّل تشابك الجزيئات ويزيد من لزوجة المحلول. كما أن درجة الاستبدال العالية تجعل الجزيئات تتمدد بشكل أكبر في المحلول، مما يؤدي إلى زيادة الحجم الهيدروديناميكي، وبالتالي زيادة اللزوجة. تزداد لزوجة محلول CMC المائي مع زيادة التركيز، مما يدل على وجود خاصية اللزوجة المرنة. تنخفض لزوجة المحلول مع انخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني، وعندما تقل عن قيمة معينة، تزداد اللزوجة بشكل طفيف، ثم تتكون الأحماض الحرة وتترسب. CMC بوليمر متعدد الأنيونات، وعند إضافة أيونات ملح أحادية التكافؤ مثل Na+ وK+، تنخفض اللزوجة تبعًا لذلك. تؤدي إضافة كاتيون ثنائي التكافؤ Ca2+ إلى انخفاض لزوجة المحلول أولًا ثم ارتفاعها. عندما يتجاوز تركيز Ca2+ النقطة القياسية، تتفاعل جزيئات CMC مع Ca2+، مما يُشكل بنية فوقية في المحلول. استخدم ليانغ ياكين، من جامعة شمال الصين، وآخرون، طريقة قياس اللزوجة وطريقة قياس اللزوجة الدورانية لإجراء بحث متخصص حول الخصائص الريولوجية للمحاليل المخففة والمركزة من هيدروكسي إيثيل السليلوز المُعدَّل (CHEC). أظهرت نتائج البحث ما يلي: (1) يُظهر هيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني سلوك لزوجة نموذجي للبوليمرات الإلكتروليتية في الماء النقي، وتزداد اللزوجة المُخفَّضة مع زيادة التركيز. تكون اللزوجة الذاتية لهيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني ذي درجة الاستبدال العالية أكبر من تلك الخاصة بهيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني ذي درجة الاستبدال المنخفضة. (2) يُظهر محلول هيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني خصائص الموائع غير النيوتونية، ويتميز بخاصية ترقق اللزوجة مع زيادة معدل القص: فمع ازدياد تركيز كتلة المحلول، تزداد لزوجته الظاهرية؛ وفي تركيز معين من محلول الملح، تنخفض لزوجة هيدروكسي إيثيل السليلوز الظاهرية مع ازدياد تركيز الملح المضاف. عند نفس معدل القص، تكون لزوجة هيدروكسي إيثيل السليلوز الظاهرية في محلول كلوريد الكالسيوم أعلى بكثير من لزوجته في محلول كلوريد الصوديوم.

مع تعميق البحث وتوسع مجالات التطبيق، حظيت خصائص محاليل الأنظمة المختلطة المكونة من إيثرات السليلوز المختلفة باهتمام متزايد. فعلى سبيل المثال، يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (NACMC) وهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) كعوامل إزاحة للنفط في حقول النفط، لما يتميزان به من مقاومة عالية للقص، ووفرة المواد الخام، وانخفاض التلوث البيئي، إلا أن استخدامهما منفردين لا يُحقق النتائج المرجوة. فعلى الرغم من أن الأول يتمتع بلزوجة جيدة، إلا أنه يتأثر بسهولة بدرجة حرارة المكمن وملوحته؛ بينما يتمتع الثاني بمقاومة جيدة للحرارة والملح، إلا أن قدرته على التكثيف ضعيفة، كما أن الجرعة المطلوبة كبيرة نسبيًا. قام الباحثون بخلط المحلولين، ووجدوا أن لزوجة المحلول المركب قد زادت، وتحسنت مقاومته للحرارة والملح إلى حد ما، مما عزز من فعاليته. وقد درست فيريكا سوفيلج وزملاؤها السلوك الريولوجي لمحلول النظام المختلط المكون من HPMC وNACMC ومادة خافضة للتوتر السطحي أنيونية باستخدام مقياس لزوجة دوراني. يعتمد السلوك الريولوجي للنظام على HPMC-NACMC و HPMC-SDS و NACMC- (HPMC- SDS) وقد حدثت تأثيرات مختلفة بينهما.

تتأثر الخصائص الريولوجية لمحاليل إيثر السليلوز بعوامل مختلفة، مثل الإضافات والقوى الميكانيكية الخارجية ودرجة الحرارة. درس توموكي هينو وزملاؤه تأثير إضافة النيكوتين على الخصائص الريولوجية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وتركيز أقل من 3%، أظهر هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز سلوكًا سائلًا نيوتونيًا. عند إضافة النيكوتين، زادت اللزوجة، مما يشير إلى أن النيكوتين يزيد من تشابك جزيئات السليلوز.هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)تُظهر الجزيئات هنا تأثيرًا مُملِّحًا يرفع درجة التجلط ودرجة التعكّر لـ HPMC. كما أن للقوى الميكانيكية، مثل قوى القص، تأثيرًا على خصائص المحلول المائي لإيثر السليلوز. وباستخدام مقياس التعكّر الريولوجي وجهاز تشتت الضوء بزاوية صغيرة، وُجد أنه في المحلول شبه المخفف، مع زيادة معدل القص، ترتفع درجة حرارة انتقال درجة التعكّر نتيجةً لخلط القص.