Эфір цэлюлозы — гэта сінтэтычны палімер, які атрымліваецца з натуральнай цэлюлозы ў якасці сыравіны шляхам хімічнай мадыфікацыі. Эфір цэлюлозы з'яўляецца вытворным натуральнай цэлюлозы, але вытворчасць эфіру цэлюлозы і сінтэтычнага палімера адрозніваецца тым, што яго асноўным матэрыялам з'яўляецца цэлюлоза, натуральнае палімернае злучэнне. З-за асаблівасцей структуры натуральнай цэлюлозы, сама цэлюлоза не мае здольнасці рэагаваць з этэрыфікуючым агентам. Але пасля апрацоўкі агентам, які выклікае набраканне, моцныя вадародныя сувязі паміж малекулярнымі ланцугамі і ланцугамі руйнуюцца, і актыўнасць гідраксільнай групы вызваляецца ў шчолачную цэлюлозу з рэакцыйнай здольнасцю, і ў выніку рэакцыі этэрыфікуючага агента — OH-група ў — OR-групу атрымліваецца эфір цэлюлозы.
Уласцівасці цэлюлозных эфіраў залежаць ад тыпу, колькасці і размеркавання замяшчальнікаў. Класіфікацыя цэлюлозных эфіраў таксама заснавана на тыпе замяшчальнікаў, ступені этэрыфікацыі, растваральнасці і адпаведным ужыванні. У залежнасці ад тыпу замяшчальнікаў у малекулярным ланцугу іх можна падзяліць на адзінарныя эфіры і змешаныя эфіры. MC звычайна выкарыстоўваецца як адзінарны эфір, а HPmc - як змешаны эфір. Метылавы эфір цэлюлозы MC - гэта натуральная цэлюлозная глюкозная адзінка, якая ўтрымлівае метаксідную адзінку ў гідраксіле, структурная формула прадукту [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, гідраксіпрапілметылавы эфір цэлюлозы HPmc - гэта адзінка ў гідраксіле, якая ўтрымлівае метаксідную адзінку, а ўтрымлівае гідраксіпрапілную адзінку. Структурная формула прадукту - [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3)M [OCH2CH (OH) CH3]N] X, а гідраксіэтылметылавы эфір цэлюлозы HEmc шырока выкарыстоўваецца і прадаецца на рынку.
Па растваральнасці іх можна падзяліць на іённыя і неіённыя. Вадарастваральныя неіённыя цэлюлозныя эфіры ў асноўным складаюцца з двух серый разнавіднасцяў алкілэфіраў і гідраксілалкілэфіраў. Іённы CMC у асноўным выкарыстоўваецца ў сінтэтычных мыйных сродках, тэкстыльнай, паліграфічнай, харчовай і нафтаздабыўной прамысловасці. Неіённыя MC, HPMC, HEmc і іншыя ў асноўным выкарыстоўваюцца ў будаўнічых матэрыялах, латексных пакрыццях, медыцыне, паўсядзённай хіміі і іншых аспектах. У якасці загушчальніка, водаўтрымліваючага агента, стабілізатара, дысперсанта, плёнкаўтваральнага агента.
Утрыманне вады эфірам цэлюлозы
У вытворчасці будаўнічых матэрыялаў, асабліва сухіх будаўнічых раствораў, цэлюлозны эфір адыгрывае незаменную ролю, асабліва ў вытворчасці спецыяльных раствораў (мадыфікаваных раствораў), ён з'яўляецца незаменнай часткай.
Важная роля водарастваральнага эфіру цэлюлозы ў растворы ў асноўным мае тры аспекты: адзін - выдатная здольнасць утрымліваць ваду, другі - уплыў кансістэнцыі раствора і тыксатропнасці, і трэці - узаемадзеянне з цэментам.
Утрыманне вады эфірам цэлюлозы залежыць ад гідраскапічнасці, складу раствора, таўшчыні пласта раствора, спажывання вады ў растворы і часу кандэнсацыі кандэнсацыйнага матэрыялу. Утрыманне вады эфірам цэлюлозы абумоўлена растваральнасцю і дэгідратацыяй самога эфіру цэлюлозы. Добра вядома, што малекулярныя ланцугі цэлюлозы, хоць і ўтрымліваюць вялікую колькасць высокагідратаваных OH-груп, нерастваральныя ў вадзе з-за іх высокакрышталічнай структуры. Адной толькі гідратнай здольнасці гідраксільных груп недастаткова, каб кампенсаваць моцныя міжмалекулярныя вадародныя сувязі і сілы Ван-дэр-Ваальса. Пры ўвядзенні замяшчальнікаў у малекулярны ланцуг не толькі замяшчальнікі разбураюць вадародны ланцуг, але і міжланцуговыя вадародныя сувязі разрываюцца з-за ўкліньвання замяшчальнікаў паміж суседнімі ланцугамі. Чым большыя замяшчальнікі, тым большая адлегласць паміж малекуламі. Чым большы эфект разбурэння вадародных сувязей, тым большае пашырэнне рашоткі цэлюлозы, тым большая адлегласць паміж малекуламі, тым большы эфект разбурэння вадародных сувязей у растворы ў эфіры цэлюлозы, тым большы эфект утварэння высокаглейкага раствора. Па меры павышэння тэмпературы гідратацыя палімера памяншаецца, і вада паміж ланцугамі выцясняецца. Калі эфект дэгідратацыі дастатковы, малекулы пачынаюць агрэгаваць, і гель згортваецца ў трохмерную сетку. Фактары, якія ўплываюць на ўтрыманне вады ў растворы, ўключаюць глейкасць эфіру цэлюлозы, дазоўку, дробнасць часціц і тэмпературу эксплуатацыі.
Чым вышэйшая глейкасць цэлюлознага эфіру, тым лепшая ўласцівасць утрымання вады, тым лепшая глейкасць раствора палімера. Малекулярная маса (ступень палімерызацыі) палімера таксама вызначаецца даўжынёй і марфалогіяй малекулярнай структуры ланцуга, а размеркаванне колькасці замяшчальнікаў непасрэдна ўплывае на дыяпазон глейкасці. [эта] = Km альфа
Унутраная глейкасць палімерных раствораў
Малекулярная маса палімера M
α-палімерная характарыстычная канстанта
Каэфіцыент раствора глейкасці K
Глейкасць палімернага раствора залежыць ад малекулярнай масы палімера. Глейкасць і канцэнтрацыя раствораў цэлюлозных эфіраў звязаны з рознымі сферамі прымянення. Такім чынам, кожны цэлюлозны эфір мае шмат розных характарыстык глейкасці, рэгуляванне глейкасці ў асноўным ажыццяўляецца шляхам раскладання шчолачнай цэлюлозы, а менавіта разрыву малекулярнага ланцуга цэлюлозы.
Што тычыцца памеру часціц, то чым драбнейшы памер часціц, тым лепш утрымліваецца вада. Буйныя часціцы эфіру цэлюлозы, кантактуючы з вадой, адразу раствараюцца на паверхні і ўтвараюць гель, які ахінае матэрыял, прадухіляючы далейшае пранікненне малекул вады. Часам пры працяглым перамешванні раствор не можа быць раўнамерна размеркаваны, утвараючы каламутны хлопьевидный раствор або агламерат. Растваральнасць эфіру цэлюлозы з'яўляецца адным з фактараў выбару эфіру цэлюлозы.
Загушчэнне і тыксатропія цэлюлознага эфіру
Другі эфект эфіру цэлюлозы — загушчэнне — залежыць ад: ступені палімерызацыі эфіру цэлюлозы, канцэнтрацыі раствора, хуткасці зруху, тэмпературы і іншых умоў. Уласцівасць гелеўтварэння раствора ўнікальная для алкілцэлюлозы і яе мадыфікаваных вытворных. Характарыстыкі гелеўтварэння залежаць ад ступені замяшчэння, канцэнтрацыі раствора і дабавак. Для мадыфікаваных вытворных з гідраксілалкілам уласцівасці геля таксама залежаць ад ступені мадыфікацыі гідраксілалкілам. Для раствора з нізкай глейкасцю MC і HPMC можна атрымаць раствор канцэнтрацыі 10%-15%, для MC і HPMC сярэдняй глейкасці — 5%-10%, а для MC і HPMC з высокай глейкасцю — толькі 2%-3%, прычым звычайна глейкасць эфіру цэлюлозы таксама градыруецца па 1%-2% растворы. Эфектыўнасць загушчальніка эфіру цэлюлозы з высокай малекулярнай масай, пры аднолькавай канцэнтрацыі раствора, розная малекулярная маса мае розную глейкасць, глейкасць і малекулярная маса могуць быць выражаны наступным чынам: [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) = 0,905, дзе DPn — сярэдняя ступень палімерызацыі высокай. Для дасягнення мэтавай глейкасці трэба дадаць больш эфіру цэлюлозы з нізкай малекулярнай масай. Яго глейкасць менш залежыць ад хуткасці зруху, для дасягнення мэтавай глейкасці патрэбная высокая глейкасць, меншая колькасць дабаўкі, глейкасць залежыць ад эфектыўнасці загушчэння. Такім чынам, для дасягнення пэўнай кансістэнцыі неабходна гарантаваць пэўную колькасць эфіру цэлюлозы (канцэнтрацыю раствора) і глейкасць раствора. Тэмпература гелеўтварэння раствора лінейна зніжаецца з павелічэннем канцэнтрацыі раствора, і гелеўтварэнне адбываецца пры пакаёвай тэмпературы пасля дасягнення пэўнай канцэнтрацыі. HPMC мае высокую канцэнтрацыю гелеўтварэння пры пакаёвай тэмпературы.
Кансістэнцыю таксама можна рэгуляваць, выбіраючы памер часціц і цэлюлозныя эфіры з рознай ступенню мадыфікацыі. Так званая мадыфікацыя - гэта ўвядзенне гідраксільнай алкільнай групы з пэўнай ступенню замяшчэння ў шкілетную структуру MC. Шляхам змены адносных значэнняў замяшчэння двух замяшчальнікаў, гэта значыць адносных значэнняў замяшчэння DS і MS метоксільных і гідраксільных груп. Розныя ўласцівасці цэлюлознага эфіру патрабуюцца шляхам змены адносных значэнняў замяшчэння двух відаў замяшчальнікаў.
Суадносіны паміж кансістэнцыяй і мадыфікацыяй. На малюнку 5 даданне эфіру цэлюлозы ўплывае на спажыванне вады растворам і змяняе суадносіны вады і звязальнага рэчыва паміж вадой і цэментам, што з'яўляецца эфектам загушчэння. Чым вышэйшая доза, тым большы расход вады.
Эфіры цэлюлозы, якія выкарыстоўваюцца ў парашкападобных будаўнічых матэрыялах, павінны хутка растварацца ў халоднай вадзе і забяспечваць сістэму патрэбнай кансістэнцыі. Калі пры дадзенай хуткасці зруху ўсё яшчэ ёсць хлопьевидная і калоідная маса, гэта няякасны прадукт.
Існуе таксама добрая лінейная залежнасць паміж кансістэнцыяй цэментнага раствора і дазоўкай цэлюлознага эфіру, цэлюлозны эфір можа значна павялічыць глейкасць раствора, чым большая дазоўка, тым больш відавочны эфект.
Водны раствор эфіру цэлюлозы з высокай глейкасцю мае высокую тыксатропію, што з'яўляецца адной з характарыстык эфіру цэлюлозы. Водныя растворы палімераў тыпу Mc звычайна маюць псеўдапластычную, нетыксатропную цякучасць ніжэй за тэмпературу геля, але ньютанаўскія ўласцівасці цякучасці пры нізкіх хуткасцях зруху. Псеўдапластычнасць павялічваецца з павелічэннем малекулярнай масы або канцэнтрацыі эфіру цэлюлозы і не залежыць ад тыпу і ступені замяшчальніка. Такім чынам, эфіры цэлюлозы аднаго класа глейкасці, няхай гэта будзе MC, HPmc або HEmc, заўсёды праяўляюць аднолькавыя рэалагічныя ўласцівасці, пакуль канцэнтрацыя і тэмпература застаюцца нязменнымі. Пры павышэнні тэмпературы ўтвараецца структурны гель і ўзнікае высокая тыксатропная цякучасць. Эфіры цэлюлозы з высокай канцэнтрацыяй і нізкай глейкасцю праяўляюць тыксатропію нават ніжэй за тэмпературу геля. Гэта ўласцівасць вельмі карысная для будаўніцтва будаўнічага раствора для рэгулявання яго цякучасці і ўласцівасці завісання пры цякучасці. Тут неабходна растлумачыць, што чым вышэй глейкасць эфіру цэлюлозы, тым лепш утрымлівае ваду, але чым вышэй глейкасць, тым вышэй адносная малекулярная маса эфіру цэлюлозы, адпаведнае зніжэнне яго растваральнасці, што негатыўна ўплывае на канцэнтрацыю раствора і будаўнічыя характарыстыкі. Чым вышэйшая глейкасць, тым больш відавочны эфект загушчэння раствора, але гэта не цалкам прапарцыйная залежнасць. Некаторыя растворы маюць нізкую глейкасць, але мадыфікаваны эфір цэлюлозы мае лепшыя характарыстыкі для паляпшэння структурнай трываласці вільготнага раствора, з павелічэннем глейкасці паляпшаецца ўтрыманне вады эфірам цэлюлозы.
Час публікацыі: 30 сакавіка 2022 г.