শুষ্ক মিশ্রিত মর্টারে সেলুলোজ ইথার কী ভূমিকা পালন করে?

সেলুলোজ ইথার হলো একটি কৃত্রিম পলিমার যা প্রাকৃতিক সেলুলোজকে কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহার করে রাসায়নিক পরিবর্তনের মাধ্যমে তৈরি করা হয়। সেলুলোজ ইথার প্রাকৃতিক সেলুলোজের একটি উপজাত। সেলুলোজ ইথার উৎপাদন এবং কৃত্রিম পলিমার তৈরির প্রক্রিয়া ভিন্ন, এর সবচেয়ে মৌলিক উপাদান হলো সেলুলোজ, যা একটি প্রাকৃতিক পলিমার যৌগ। প্রাকৃতিক সেলুলোজের কাঠামোগত বিশেষত্বের কারণে, সেলুলোজের নিজের ইথারিফাইং এজেন্টের সাথে বিক্রিয়া করার কোনো ক্ষমতা নেই। কিন্তু স্ফীতকারী এজেন্টের সাথে বিক্রিয়ার পর, আণবিক শৃঙ্খল এবং শৃঙ্খলের মধ্যেকার শক্তিশালী হাইড্রোজেন বন্ধনগুলো ভেঙে যায় এবং হাইড্রোক্সিল গ্রুপের সক্রিয়তা বিক্রিয়া করার ক্ষমতাসহ ক্ষারীয় সেলুলোজে মুক্ত হয়। ইথারিফাইং এজেন্টের সাথে বিক্রিয়ার মাধ্যমে —OH গ্রুপ —OR গ্রুপে রূপান্তরিত হয়ে সেলুলোজ ইথার তৈরি হয়।

সেলুলোজ ইথারের বৈশিষ্ট্য প্রতিস্থাপকগুলির প্রকার, সংখ্যা এবং বিন্যাসের উপর নির্ভর করে। প্রতিস্থাপকের প্রকার, ইথারিফিকেশনের মাত্রা, দ্রবণীয়তা এবং সংশ্লিষ্ট প্রয়োগের উপর ভিত্তি করে সেলুলোজ ইথারের শ্রেণিবিন্যাস করা যেতে পারে। আণবিক শৃঙ্খলে প্রতিস্থাপকের প্রকারভেদ অনুসারে, একে একক ইথার এবং মিশ্র ইথারে ভাগ করা যায়। MC সাধারণত একক ইথার হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যেখানে HPmc একটি মিশ্র ইথার। মিথাইল সেলুলোজ ইথার (MC) হলো একটি প্রাকৃতিক সেলুলোজের গ্লুকোজ এককের হাইড্রোক্সিল অবস্থানে মিথোক্সাইড প্রতিস্থাপিত একটি উৎপাদ, যার গাঠনিক সংকেত হলো [C6H7O2(OH)3-H(OCH3)H]X। হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইল সেলুলোজ ইথার (HPmc) হলো এমন একটি উৎপাদ, যার হাইড্রোক্সিল এককের একাংশ মিথোক্সাইড দ্বারা প্রতিস্থাপিত এবং অন্যাংশ হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল দ্বারা প্রতিস্থাপিত। এর গাঠনিক সংকেত হলো [C6H7O2(OH)3-MN(OCH3)M[OCH2CH(OH)CH3]N]X। এছাড়া রয়েছে হাইড্রোক্সিইথাইল মিথাইল সেলুলোজ ইথার (HEmc), যা বাজারে বহুল ব্যবহৃত ও বিক্রি হয়।

দ্রবণীয়তার ভিত্তিতে একে আয়নীয় এবং অন-আয়নীয় প্রকারে ভাগ করা যায়। জলে দ্রবণীয় অন-আয়নীয় সেলুলোজ ইথার প্রধানত অ্যালকাইল ইথার এবং হাইড্রোক্সিল অ্যালকাইল ইথার এই দুই শ্রেণীর প্রকারভেদ নিয়ে গঠিত। আয়নীয় সিএমসি প্রধানত সিন্থেটিক ডিটারজেন্ট, বস্ত্রশিল্প, মুদ্রণ, খাদ্য এবং পেট্রোলিয়াম শিল্পে ব্যবহৃত হয়। অন-আয়নীয় এমসি, এইচপিএমসি, এইচইএমসি এবং অন্যান্য প্রধানত নির্মাণ সামগ্রী, ল্যাটেক্স কোটিং, ঔষধ, দৈনন্দিন রসায়ন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ঘনকারক পদার্থ, জল ধারণক পদার্থ, স্টেবিলাইজার, ডিসপারসেন্ট এবং ফিল্ম গঠনকারী পদার্থ হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

সেলুলোজ ইথারের জল ধারণ ক্ষমতা

নির্মাণ সামগ্রী উৎপাদনে, বিশেষত শুষ্ক মিশ্রিত মর্টার তৈরিতে, সেলুলোজ ইথার এক অপরিহার্য ভূমিকা পালন করে; বিশেষত বিশেষ মর্টার (সংশোধিত মর্টার) উৎপাদনে এটি একটি অপরিহার্য অংশ।

মর্টারে পানিতে দ্রবণীয় সেলুলোজ ইথারের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকার প্রধানত তিনটি দিক রয়েছে। প্রথমত, এর চমৎকার পানি ধারণ ক্ষমতা; দ্বিতীয়ত, মর্টারের দৃঢ়তা ও থিক্সোট্রপির উপর এর প্রভাব; এবং তৃতীয়ত, সিমেন্টের সাথে এর মিথস্ক্রিয়া।

সেলুলোজ ইথারের জল ধারণ ক্ষমতা নির্ভর করে এর জলগ্রাহিতা, মর্টারের গঠন, মর্টারের স্তরের পুরুত্ব, মর্টারের জলের চাহিদা এবং ঘনীভূত পদার্থের ঘনীভবন সময়ের উপর। সেলুলোজ ইথারের জল ধারণ ক্ষমতা এর নিজস্ব দ্রবণীয়তা এবং ডিহাইড্রেশন থেকে আসে। এটি সুবিদিত যে, সেলুলোজের আণবিক শৃঙ্খলে প্রচুর পরিমাণে উচ্চমাত্রায় হাইড্রেটেড OH গ্রুপ থাকা সত্ত্বেও, এর অত্যন্ত স্ফটিকাকার কাঠামোর কারণে এটি জলে অদ্রবণীয়। শক্তিশালী আন্তঃআণবিক হাইড্রোজেন বন্ধন এবং ভ্যান ডার ওয়ালস বলকে প্রতিহত করার জন্য শুধুমাত্র হাইড্রোক্সিল গ্রুপের হাইড্রেশন ক্ষমতাই যথেষ্ট নয়। যখন আণবিক শৃঙ্খলে প্রতিস্থাপক যুক্ত করা হয়, তখন প্রতিস্থাপকগুলো কেবল হাইড্রোজেন শৃঙ্খলকেই ধ্বংস করে না, বরং পাশাপাশি থাকা শৃঙ্খলগুলোর মধ্যে প্রতিস্থাপকের আটকে যাওয়ার কারণে আন্তঃশৃঙ্খল হাইড্রোজেন বন্ধনও ভেঙে যায়। প্রতিস্থাপক যত বড় হয়, অণুগুলোর মধ্যে দূরত্বও তত বেশি হয়। হাইড্রোজেন বন্ধন ধ্বংসের প্রভাব যত বেশি হয়, সেলুলোজ ল্যাটিসের প্রসারণ ঘটে, সেলুলোজ ইথারের দ্রবণ তত বেশি জলে দ্রবণীয় হয়ে ওঠে এবং উচ্চ সান্দ্রতার দ্রবণ তৈরি হয়। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে পলিমারের হাইড্রেশন কমে যায় এবং চেইনগুলোর মধ্যবর্তী পানি বেরিয়ে যায়। যখন ডিহাইড্রেশন প্রভাব যথেষ্ট হয়, তখন অণুগুলো একত্রিত হতে শুরু করে এবং জেলটি একটি ত্রিমাত্রিক নেটওয়ার্কে প্রসারিত হয়। মর্টারের পানি ধারণ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে এমন উপাদানগুলোর মধ্যে রয়েছে সেলুলোজ ইথারের সান্দ্রতা, মাত্রা, কণার সূক্ষ্মতা এবং ব্যবহারের তাপমাত্রা।

সেলুলোজ ইথারের সান্দ্রতা যত বেশি হবে, এর জল ধারণ ক্ষমতা তত ভালো হবে, যা পলিমার দ্রবণের সান্দ্রতার উপর নির্ভরশীল। পলিমারের আণবিক ওজন (পলিমারাইজেশনের মাত্রা) শৃঙ্খলের আণবিক কাঠামোর দৈর্ঘ্য এবং রূপবিদ্যা দ্বারাও নির্ধারিত হয় এবং প্রতিস্থাপকগুলির সংখ্যার বন্টন সরাসরি সান্দ্রতার পরিসরকে প্রভাবিত করে। [eta] = Km alpha

পলিমার দ্রবণের অন্তর্নিহিত সান্দ্রতা

এম পলিমার আণবিক ওজন

α পলিমার বৈশিষ্ট্যসূচক ধ্রুবক

K সান্দ্রতা দ্রবণ সহগ

পলিমার দ্রবণের সান্দ্রতা পলিমারের আণবিক ওজনের উপর নির্ভর করে। সেলুলোজ ইথার দ্রবণের সান্দ্রতা এবং ঘনত্ব বিভিন্ন প্রয়োগের সাথে সম্পর্কিত। তাই, প্রতিটি সেলুলোজ ইথারের বিভিন্ন সান্দ্রতার নির্দিষ্টকরণ রয়েছে এবং সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণও মূলত অ্যালকালি সেলুলোজের অবক্ষয়, অর্থাৎ সেলুলোজ আণবিক শৃঙ্খলের ভাঙনের মাধ্যমে সম্পন্ন হয়।

কণার আকারের ক্ষেত্রে, কণা যত সূক্ষ্ম হবে, জল ধারণ ক্ষমতা তত ভালো হবে। সেলুলোজ ইথারের বড় কণা জলের সংস্পর্শে এলে, এর পৃষ্ঠতল সঙ্গে সঙ্গে দ্রবীভূত হয়ে একটি জেল তৈরি করে যা উপাদানটিকে আবৃত করে রাখে এবং জলের অণুগুলিকে আরও ভিতরে প্রবেশ করতে বাধা দেয়। কখনও কখনও দীর্ঘক্ষণ নাড়াচাড়া করলেও দ্রবীভূত কণাগুলি সমানভাবে ছড়িয়ে পড়তে পারে না, ফলে একটি ঘোলাটে, দলা পাকানো দ্রবণ তৈরি হয় বা জমাট বাঁধে। সেলুলোজ ইথার বেছে নেওয়ার ক্ষেত্রে এর দ্রবণীয়তা অন্যতম একটি নির্ণায়ক।

সেলুলোজ ইথারের ঘন হওয়া এবং থিক্সোট্রপি

সেলুলোজ ইথারের দ্বিতীয় প্রভাব—ঘনত্ব বৃদ্ধি—নির্ভর করে: সেলুলোজ ইথারের পলিমারাইজেশন মাত্রা, দ্রবণের ঘনত্ব, শিয়ার রেট, তাপমাত্রা এবং অন্যান্য অবস্থার উপর। দ্রবণের জেল তৈরির বৈশিষ্ট্যটি অ্যালকাইল সেলুলোজ এবং এর পরিবর্তিত ডেরিভেটিভগুলোর জন্য অনন্য। জেল তৈরির বৈশিষ্ট্যগুলো প্রতিস্থাপনের মাত্রা, দ্রবণের ঘনত্ব এবং অ্যাডিটিভের সাথে সম্পর্কিত। হাইড্রোক্সিল অ্যালকাইল পরিবর্তিত ডেরিভেটিভগুলোর ক্ষেত্রে, জেলের বৈশিষ্ট্যগুলো হাইড্রোক্সিল অ্যালকাইল পরিবর্তনের মাত্রার সাথেও সম্পর্কিত। কম সান্দ্রতার MC এবং HPmc দ্রবণের জন্য ১০%-১৫% ঘনত্বের দ্রবণ, মাঝারি সান্দ্রতার MC এবং HPmc দ্রবণের জন্য ৫%-১০% ঘনত্বের দ্রবণ এবং উচ্চ সান্দ্রতার MC এবং HPmc দ্রবণের জন্য কেবল ২%-৩% ঘনত্বের দ্রবণ প্রস্তুত করা যেতে পারে, এবং সাধারণত সেলুলোজ ইথারের সান্দ্রতাও ১%-২% দ্রবণ দ্বারা গ্রেড করা হয়। উচ্চ আণবিক ওজনের সেলুলোজ ইথার ঘনকারকের কার্যকারিতা নির্ভর করে একই ঘনত্বের দ্রবণে বিভিন্ন আণবিক ওজনের পলিমারের সান্দ্রতার উপর। সান্দ্রতা এবং আণবিক ওজনকে নিম্নোক্তভাবে প্রকাশ করা যায়, [η]=2.92×10-2 (DPn) 0.905, যেখানে DPn হলো উচ্চ আণবিক ওজনের পলিমারাইজেশন ডিগ্রির গড়। লক্ষ্যমাত্রার সান্দ্রতা অর্জনের জন্য কম আণবিক ওজনের সেলুলোজ ইথার বেশি পরিমাণে যোগ করতে হয়। এর সান্দ্রতা শিয়ার রেটের উপর কম নির্ভরশীল; উচ্চ সান্দ্রতার ক্ষেত্রে লক্ষ্যমাত্রার সান্দ্রতা অর্জনের জন্য কম পরিমাণে যোগ করার প্রয়োজন হয় এবং সান্দ্রতা ঘন করার দক্ষতার উপর নির্ভর করে। অতএব, একটি নির্দিষ্ট ঘনত্ব অর্জনের জন্য, একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ সেলুলোজ ইথার (দ্রবণের ঘনত্ব) এবং দ্রবণের সান্দ্রতা অবশ্যই নিশ্চিত করতে হবে। দ্রবণের ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে এর জেল তৈরির তাপমাত্রা রৈখিকভাবে হ্রাস পায় এবং একটি নির্দিষ্ট ঘনত্বে পৌঁছানোর পর কক্ষ তাপমাত্রায় জেল তৈরি হয়। HPmc-এর ক্ষেত্রে কক্ষ তাপমাত্রায় জেল তৈরির ঘনত্ব বেশি।

কণার আকার এবং বিভিন্ন মাত্রার পরিবর্তনসহ সেলুলোজ ইথার নির্বাচন করে এর সামঞ্জস্যতাও সমন্বয় করা যায়। এই তথাকথিত পরিবর্তন হলো MC-এর কঙ্কাল কাঠামোতে একটি নির্দিষ্ট মাত্রার প্রতিস্থাপনে হাইড্রোক্সিল অ্যালকাইল গ্রুপ যুক্ত করা। দুটি প্রতিস্থাপকের আপেক্ষিক প্রতিস্থাপন মান, অর্থাৎ মিথক্সি এবং হাইড্রোক্সিল গ্রুপের DS এবং MS আপেক্ষিক প্রতিস্থাপন মান পরিবর্তন করে এটি করা হয়। দুই ধরনের প্রতিস্থাপকের আপেক্ষিক প্রতিস্থাপন মান পরিবর্তনের মাধ্যমে সেলুলোজ ইথারের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য প্রয়োজন হয়।

সামঞ্জস্য এবং পরিবর্তনের মধ্যে সম্পর্ক। চিত্র ৫-এ, সেলুলোজ ইথারের সংযোজন মর্টারের জল ব্যবহারের উপর প্রভাব ফেলে এবং জল ও সিমেন্টের জল-বাইন্ডার অনুপাত পরিবর্তন করে, যা হলো ঘন করার প্রভাব। এর মাত্রা যত বেশি হয়, জল ব্যবহারও তত বেশি হয়।

গুঁড়ো নির্মাণ সামগ্রীতে ব্যবহৃত সেলুলোজ ইথার অবশ্যই ঠান্ডা জলে দ্রুত দ্রবীভূত হতে হবে এবং সিস্টেমটিকে সঠিক ঘনত্ব প্রদান করতে হবে। যদি একটি নির্দিষ্ট শিয়ার রেটেও এটি ফ্লোকুলেন্ট এবং কলয়েডাল থাকে, তবে এটি একটি নিম্নমানের বা খারাপ মানের পণ্য।

সিমেন্ট স্লারির ঘনত্ব এবং সেলুলোজ ইথারের পরিমাণের মধ্যে একটি সুস্পষ্ট রৈখিক সম্পর্কও রয়েছে। সেলুলোজ ইথার মর্টারের সান্দ্রতা ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করতে পারে এবং এর পরিমাণ যত বেশি হয়, এর প্রভাবও তত বেশি স্পষ্ট হয়।

উচ্চ সান্দ্রতাযুক্ত সেলুলোজ ইথারের জলীয় দ্রবণের উচ্চ থিক্সোট্রপি থাকে, যা সেলুলোজ ইথারের অন্যতম একটি বৈশিষ্ট্য। Mc ধরনের পলিমারের জলীয় দ্রবণের সাধারণত জেল তাপমাত্রার নিচে সিউডোপ্লাস্টিক, নন-থিক্সোট্রপিক প্রবাহমানতা থাকে, কিন্তু কম শিয়ার হারে এদের প্রবাহ বৈশিষ্ট্য নিউটোনীয় হয়। সেলুলোজ ইথারের আণবিক ওজন বা ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে সিউডোপ্লাস্টিসিটি বৃদ্ধি পায় এবং এটি প্রতিস্থাপকের ধরন ও মাত্রার উপর নির্ভরশীল নয়। তাই, একই সান্দ্রতা গ্রেডের সেলুলোজ ইথার, তা MC, HPmc বা HEmc যাই হোক না কেন, ঘনত্ব এবং তাপমাত্রা স্থির থাকলে সর্বদা একই রিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। তাপমাত্রা বাড়লে, কাঠামোগত জেল গঠিত হয় এবং উচ্চ থিক্সোট্রপিক প্রবাহ ঘটে। উচ্চ ঘনত্ব এবং কম সান্দ্রতাযুক্ত সেলুলোজ ইথার জেল তাপমাত্রার নিচেও থিক্সোট্রপি প্রদর্শন করে। এই বৈশিষ্ট্যটি বিল্ডিং মর্টারের প্রবাহ এবং প্রবাহ-ঝুলন্ত বৈশিষ্ট্য সামঞ্জস্য করার জন্য নির্মাণে অত্যন্ত উপকারী। এখানে এটি ব্যাখ্যা করা প্রয়োজন যে, সেলুলোজ ইথারের সান্দ্রতা যত বেশি হয়, এর জল ধারণ ক্ষমতাও তত ভালো হয়। কিন্তু সান্দ্রতা যত বেশি হয়, সেলুলোজ ইথারের আপেক্ষিক আণবিক ওজনও তত বেশি হয়, যার ফলে এর দ্রবণীয়তা আনুপাতিকভাবে কমে যায়, যা মর্টারের ঘনত্ব এবং নির্মাণ কার্যকারিতার উপর নেতিবাচক প্রভাব ফেলে। সান্দ্রতা যত বেশি হয়, মর্টারের ঘন করার প্রভাব তত বেশি স্পষ্ট হয়, কিন্তু এটি একটি সম্পূর্ণ সমানুপাতিক সম্পর্ক নয়। কিছু কম সান্দ্রতার, কিন্তু পরিবর্তিত সেলুলোজ ইথার ভেজা মর্টারের কাঠামোগত শক্তি উন্নত করার ক্ষেত্রে আরও চমৎকার কার্যকারিতা দেখায় এবং সান্দ্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে সেলুলোজ ইথারের জল ধারণ ক্ষমতাও উন্নত হয়।