Celulozni etar je sintetički polimer napravljen od prirodne celuloze kao sirovine hemijskom modifikacijom. Celulozni etar je derivat prirodne celuloze, a proizvodnja celuloznog etra i sintetičkog polimera je drugačija, njegov najosnovniji materijal je celuloza, prirodni polimerni spoj. Zbog specifičnosti prirodne strukture celuloze, sama celuloza nema sposobnost reakcije sa sredstvom za eterifikaciju. Međutim, nakon tretmana sredstvom za bubrenje, jake vodikove veze između molekularnih lanaca i lanaca su uništene, a aktivnost hidroksilne grupe je oslobođena u alkalnu celulozu sa reakcijskom sposobnošću, te je celulozni etar dobijen reakcijom sredstva za eterifikaciju - OH grupe u - OR grupu.
Svojstva celuloznih etera zavise od vrste, broja i distribucije supstituenata. Klasifikacija celuloznih etera se također zasniva na vrsti supstituenata, stepenu eterifikacije, rastvorljivosti i srodnoj primjeni. Prema vrsti supstituenata na molekularnom lancu, mogu se podijeliti na pojedinačni eter i miješani eter. MC se obično koristi kao pojedinačni eter, dok je HPmc miješani eter. Metil celulozni eter MC je prirodna celulozna glukozna jedinica na hidroksilnoj grupi koja je metoksidom zamijenjena strukturnom formulom proizvoda [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, hidroksipropil metil celulozni eter HPmc je jedinica na hidroksilnoj grupi koja je dio metoksida zamijenjenog, a drugi dio hidroksipropilom zamijenjenog proizvoda. Strukturna formula je [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X i hidroksietil metil celulozni eter HEmc, koji se široko koristi i prodaje na tržištu.
Prema rastvorljivosti, mogu se podijeliti na jonski i nejonski tip. Nejonski celulozni eter rastvorljiv u vodi uglavnom se sastoji od dvije serije alkil etera i hidroksil alkil etera. Jonski CMC se uglavnom koristi u sintetičkim deterdžentima, tekstilu, štamparskoj, prehrambenoj i naftnoj industriji. Nejonski MC, HPMC, HEMC i drugi se uglavnom koriste u građevinskim materijalima, lateks premazima, medicini, svakodnevnoj hemiji i drugim aspektima. Kao sredstvo za zgušnjavanje, sredstvo za zadržavanje vode, stabilizator, disperzant, sredstvo za stvaranje filma.
Zadržavanje vode u celuloznom etru
U proizvodnji građevinskog materijala, posebno suhog miješanog maltera, celulozni eter igra nezamjenjivu ulogu, a posebno u proizvodnji specijalnih maltera (modificiranih maltera) je neizostavan dio.
Važna uloga vodotopivog celuloznog etera u malteru uglavnom ima tri aspekta, prvi je odlična sposobnost zadržavanja vode, drugi je utjecaj konzistencije maltera i tiksotropije, a treći je interakcija s cementom.
Zadržavanje vode u celuloznom etru zavisi od hidroskopičnosti, sastava maltera, debljine sloja maltera, potrebe za vodom maltera i vremena kondenzacije materijala za kondenzaciju. Zadržavanje vode u celuloznom etru potiče od rastvorljivosti i dehidracije samog celuloznog etra. Dobro je poznato da su molekularni lanci celuloze, iako sadrže veliki broj visoko hidratiziranih OH grupa, nerastvorljivi u vodi zbog svoje visoko kristalne strukture. Sama sposobnost hidratacije hidroksilnih grupa nije dovoljna da pokrije jake intermolekularne vodonične veze i van der Waalsove sile. Kada se supstituenti uvedu u molekularni lanac, ne samo da supstituenti uništavaju vodonični lanac, već se i međulančane vodonične veze prekidaju zbog uklinjanja supstituenata između susjednih lanaca. Što su supstituenti veći, to je veća udaljenost između molekula. Što je veći efekat uništavanja vodoničnih veza, širenje celulozne rešetke dovodi do širenja rastvora u celuloznom etru, što dovodi do formiranja rastvora visoke viskoznosti. Kako temperatura raste, hidratacija polimera se smanjuje i voda između lanaca se istiskuje. Kada je efekat dehidratacije dovoljan, molekuli počinju da se agregiraju i gel se savija u trodimenzionalnu mrežu. Faktori koji utiču na zadržavanje vode u malteru uključuju viskoznost celuloznog etra, doziranje, finoću čestica i temperaturu upotrebe.
Što je veća viskoznost celuloznog etera, to su bolje performanse zadržavanja vode, odnosno viskoznost polimernog rastvora. Molekularna težina (stepen polimerizacije) polimera je također određena dužinom i morfologijom molekularne strukture lanca, a raspodjela broja supstituenata direktno utiče na raspon viskoznosti. [eta] = Km alfa
Intrinzična viskoznost polimernih rastvora
Molekularna težina polimera M
α karakteristična konstanta polimera
Koeficijent viskoznosti K rastvora
Viskoznost polimernog rastvora zavisi od molekularne težine polimera. Viskoznost i koncentracija rastvora celuloznog etera su povezane sa različitim primjenama. Stoga, svaki celulozni eter ima mnogo različitih specifikacija viskoznosti, a regulacija viskoznosti se uglavnom vrši degradacijom alkalne celuloze, odnosno lomljenjem molekularnog lanca celuloze.
Što se tiče veličine čestica, što je čestica finija, to bolje zadržava vodu. Velike čestice celuloznog etra dođu u kontakt s vodom, odmah se otapaju na površini i formiraju gel koji obavija materijal, sprječavajući molekule vode da dalje prodiru. Ponekad se dugotrajno miješanje ne može ravnomjerno raspršiti, što dovodi do stvaranja mutne flokulentne otopine ili aglomerata. Rastvorljivost celuloznog etra je jedan od faktora za odabir celuloznog etra.
Zgušnjavanje i tiksotropija celuloznog etera
Drugi efekat celuloznog etra - zgušnjavanje zavisi od: stepena polimerizacije celuloznog etra, koncentracije rastvora, brzine smicanja, temperature i drugih uslova. Svojstvo želiranja rastvora je jedinstveno za alkil celulozu i njene modifikovane derivate. Karakteristike želiranja su povezane sa stepenom supstitucije, koncentracijom rastvora i aditivima. Za hidroksialkil modifikovane derivate, svojstva gela su također povezana sa stepenom modifikacije hidroksialkila. Za koncentraciju rastvora, MC i HPmc niske viskoznosti mogu se pripremiti sa 10%-15% koncentracijom, MC i HPmc srednje viskoznosti mogu se pripremiti sa 5%-10% rastvorom, a MC i HPmc visoke viskoznosti mogu se pripremiti samo sa 2%-3% rastvorom, a obično se viskoznost celuloznog etra također stepenuje sa 1%-2% rastvorom. Efikasnost zgušnjivača celuloznog etra visoke molekularne težine, ista koncentracija rastvora, različite molekularne težine polimera imaju različitu viskoznost, viskoznost i molekularna težina mogu se izraziti na sljedeći način, [η]=2,92×10-2 (DPn) = 0,905, gdje je DPn prosječan stepen polimerizacije visokog. Celulozni eter niske molekularne težine treba dodati više da bi se postigla ciljana viskoznost. Njegova viskoznost manje ovisi o brzini smicanja, visoka viskoznost za postizanje ciljane viskoznosti, potrebna je manja količina za dodavanje, viskoznost ovisi o efikasnosti zgušnjavanja. Stoga, da bi se postigla određena konzistencija, mora se osigurati određena količina celuloznog etera (koncentracija otopine) i viskoznost otopine. Temperatura želiranja otopine linearno se smanjuje s povećanjem koncentracije otopine, a želiranje se događa na sobnoj temperaturi nakon postizanja određene koncentracije. HPmc ima visoku koncentraciju želiranja na sobnoj temperaturi.
Konzistencija se također može podesiti odabirom veličine čestica i celuloznih etera s različitim stupnjevima modifikacije. Takozvana modifikacija je uvođenje hidroksil alkil grupe u određenom stupnju supstitucije u skeletnu strukturu MC-a. Promjenom relativnih vrijednosti supstitucije dva supstituenta, odnosno relativnih vrijednosti supstitucije DS i MS metoksi i hidroksil grupa. Različita svojstva celuloznog etera potrebna su promjenom relativnih vrijednosti supstitucije dvije vrste supstituenata.
Odnos između konzistencije i modifikacije. Na slici 5, dodatak celuloznog etera utiče na potrošnju vode maltera i mijenja odnos vode i veziva između vode i cementa, što je efekat zgušnjavanja. Što je veća doza, veća je potrošnja vode.
Celulozni eteri koji se koriste u praškastim građevinskim materijalima moraju se brzo rastvarati u hladnoj vodi i osigurati sistemu odgovarajuću konzistenciju. Ako je data brzina smicanja i dalje flokulantna i koloidna, radi se o proizvodu lošeg kvaliteta ili lošeg kvaliteta.
Također postoji dobra linearna veza između konzistencije cementne kaše i doze celuloznog etera, celulozni eter može značajno povećati viskoznost maltera, što je veća doza, to je učinak očigledniji.
Vodeni rastvor celuloznog etra sa visokom viskoznošću ima visoku tiksotropiju, što je jedna od karakteristika celuloznog etra. Vodeni rastvori polimera tipa Mc obično imaju pseudoplastičnu, netiksotropnu fluidnost ispod temperature gela, ali Newtonova svojstva tečenja pri niskim brzinama smicanja. Pseudoplastičnost se povećava sa povećanjem molekularne težine ili koncentracije celuloznog etra i nezavisna je od vrste i stepena supstituenta. Stoga, celulozni eteri iste klase viskoznosti, bilo da se radi o MC, HPmc ili HEmc, uvijek pokazuju ista reološka svojstva sve dok koncentracija i temperatura ostaju konstantne. Kada se temperatura poveća, formira se strukturni gel i dolazi do visokog tiksotropnog tečenja. Celulozni eteri sa visokom koncentracijom i niskom viskoznošću pokazuju tiksotropiju čak i ispod temperature gela. Ovo svojstvo je od velike koristi za izgradnju građevinskog maltera za podešavanje njegovog tečenja i svojstava zadržavanja tečenja. Ovdje je potrebno objasniti da što je veći viskozitet celuloznog etra, to je bolje zadržavanje vode, ali što je veći viskozitet, to je veća relativna molekularna težina celuloznog etra, što odgovara smanjenju njegove rastvorljivosti, što negativno utiče na koncentraciju maltera i performanse konstrukcije. Što je veća viskoznost, to je očigledniji efekat zgušnjavanja maltera, ali to nije potpuno proporcionalan odnos. Neki malteri niske viskoznosti, ali modifikovani celulozni eter u poboljšanju strukturne čvrstoće vlažnog maltera ima odlične performanse, sa povećanjem viskoznosti, zadržavanje vode celuloznog etera se poboljšava.
Vrijeme objave: 30. mart 2022.