Tsellulooseeter on sünteetiline polümeer, mis on valmistatud looduslikust tselluloosist keemilise modifitseerimise teel. Tsellulooseeter on loodusliku tselluloosi derivaat. Tsellulooseetri tootmine ja sünteetiline polümeer erinevad üksteisest. Selle kõige põhilisem materjal on tselluloos, looduslikud polümeerühendid. Loodusliku tselluloosi struktuuri eripära tõttu ei ole tselluloosil endal võimet eeterdajaga reageerida. Kuid pärast paisumisainega töötlemist hävivad molekulaarsete ahelate ja ahelate vahelised tugevad vesiniksidemed ning hüdroksüülrühma aktiivsus vabaneb reaktsioonivõimeliseks leelismetalli tselluloosiks. Tsellulooseeter saadakse eeterdaja ja OH-rühma vahelise reaktsiooni kaudu OR-rühmaks.
Tsellulooseetrite omadused sõltuvad asendajate tüübist, arvust ja jaotusest. Tsellulooseetrite klassifikatsioon põhineb ka asendajate tüübil, eeterdamise astmel, lahustuvusel ja sellega seotud rakendusel. Molekulaarahelas olevate asendajate tüübi järgi saab need jagada üksikeetriteks ja segaeetriteks. MC-d kasutatakse tavaliselt üksikeetrina, HPmc-d aga segaeetrina. Metüültsellulooseeter MC on loodusliku tselluloosi glükoosi ühik hüdroksüülrühmal, mis on asendatud metoksiidiga ja mille produkti struktuurivalem on [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X. Hüdroksüpropüülmetüültselluloosi eetris HPmc on hüdroksüülrühmal olev ühik, mis on asendatud metoksiidiga ja hüdroksüpropüülrühmaga. Struktuurivalem on [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X. Hüdroksüetüülmetüültselluloosi eetris HEmc kasutatakse ja müüakse turul laialdaselt.
Lahustuvuse järgi saab seda jagada ioonseks ja mitteioonseks. Vees lahustuv mitteioonne tsellulooseeter koosneb peamiselt alküüleetrist ja hüdroksüülalküüleetrist kahes erinevas variandis. Ioonset CMC-d kasutatakse peamiselt sünteetilistes pesuvahendites, tekstiili-, trüki-, toidu- ja naftatööstuses. Mitteioonset MC-d, HPMC-d, HEmc-d ja muid e-vedelikke kasutatakse peamiselt ehitusmaterjalides, latekskattes, meditsiinis, igapäevases keemias ja mujal. Seda kasutatakse paksendajana, niiskust säilitava ainena, stabilisaatorina, dispergeerijana, kilemoodustajana.
Tsellulooseetri veepeetus
Ehitusmaterjalide, eriti kuiva segamördi tootmisel mängib tsellulooseeter asendamatut rolli, eriti spetsiaalse mördi (modifitseeritud mördi) tootmisel on see lahutamatu osa.
Vees lahustuva tsellulooseetri oluline roll mördis on peamiselt seotud kolme aspektiga: üks on suurepärane veepeetusvõime, teine on mördi konsistentsi ja tiksotroopia mõju ning kolmas on interaktsioon tsemendiga.
Tsellulooseetri veepeetusvõime sõltub hügroskoopsusest, mördi koostisest, mördi kihi paksusest, mördi veevajadusest ja kondensatsioonimaterjali kondensatsiooniajast. Tsellulooseetri veepeetusvõime tuleneb tsellulooseetri enda lahustuvusest ja dehüdratsioonist. On hästi teada, et tselluloosi molekulaarsed ahelad, kuigi need sisaldavad suures koguses väga hüdreeritud OH-rühmi, on oma väga kristallilise struktuuri tõttu vees lahustumatud. Hüdroksüülrühmade hüdratsioonivõimest üksi ei piisa, et kompenseerida tugevaid molekulidevahelisi vesiniksidemeid ja van der Waalsi jõude. Kui molekulaarsesse ahelasse lisatakse asendajaid, siis mitte ainult asendajad ei hävita vesinikahelat, vaid ka ahelatevahelised vesiniksidemed katkevad külgnevate ahelate vahele kiiluvate asendajate tõttu. Mida suuremad on asendajad, seda suurem on molekulide vaheline kaugus. Mida suurem on vesiniksidemete hävimise efekt, seda suurem on tselluloosi võre laienemine, seda suurem on lahuse vees lahustuvus tsellulooseetris, moodustades kõrge viskoossusega lahuse. Temperatuuri tõustes polümeeri hüdratsioon väheneb ja vesi ahelate vahelt tõrjutakse välja. Kui dehüdratsiooniefekt on piisav, hakkavad molekulid agregeeruma ja geel moodustab kolmemõõtmelise võrgustiku. Mördi veepeetust mõjutavad tegurid on tsellulooseetri viskoossus, doseerimine, osakeste peenus ja töötemperatuur.
Mida suurem on tsellulooseetri viskoossus, seda parem on veepeetusvõime ja polümeerilahuse viskoossus. Polümeeri molekulmassi (polümerisatsiooniastet) määravad ka ahela molekulaarstruktuuri pikkus ja morfoloogia ning asendajate arvu jaotus mõjutab otseselt viskoossuse vahemikku. [eta] = Km alfa
Polümeerlahuste sisemine viskoossus
M polümeeri molekulmass
α polümeeri karakteristiku konstant
K viskoossuse lahuse koefitsient
Polümeerlahuse viskoossus sõltub polümeeri molekulmassist. Tsellulooseetri lahuste viskoossus ja kontsentratsioon on seotud erinevate rakendustega. Seetõttu on igal tsellulooseetril palju erinevaid viskoossuse spetsifikatsioone, viskoossuse reguleerimine toimub peamiselt leelismetalli tselluloosi lagundamise, nimelt tselluloosi molekulaarse ahela purustamise kaudu.
Osakeste suuruse osas, mida peenem on osake, seda parem on veepeetusvõime. Tsellulooseetri suured osakesed puutuvad kokku veega ja lahustuvad pinnal koheselt ning moodustavad geeli, mis ümbritseb materjali ja takistab veemolekulide edasist tungimist. Mõnikord ei ole pikaajalisel segamisel võimalik lahustunud ainet ühtlaselt jaotada, moodustades mudase flokulantse lahuse või aglomeraadi. Tsellulooseetri lahustuvus on üks tsellulooseetri valiku tegureid.
Tsellulooseetri paksenemine ja tiksotroopia
Tsellulooseetri teine efekt – paksenemine – sõltub: tsellulooseetri polümerisatsiooniastmest, lahuse kontsentratsioonist, nihkekiirusest, temperatuurist ja muudest tingimustest. Lahuse geelistumisomadus on ainulaadne alküültselluloosile ja selle modifitseeritud derivaatidele. Geelistumisomadused on seotud asendusastme, lahuse kontsentratsiooni ja lisanditega. Hüdroksüülalküülmodifitseeritud derivaatide puhul on geelistumisomadused samuti seotud hüdroksüülalküülmodifikatsiooni astmega. Madala viskoossusega MC ja HPmc lahuse kontsentratsiooni jaoks saab valmistada 10–15% kontsentratsiooniga lahust, keskmise viskoossusega MC ja HPmc saab valmistada 5–10% kontsentratsiooniga lahust ning kõrge viskoossusega MC ja HPmc saab valmistada ainult 2–3% kontsentratsiooniga lahust ja tavaliselt astmeliselt määratakse tsellulooseetri viskoossus 1–2% lahuse järgi. Suure molekulmassiga tsellulooseetri paksendaja efektiivsus: sama lahuse kontsentratsiooni korral on erineva molekulmassiga polümeeridel erinev viskoossus. Viskoossust ja molekulmassi saab väljendada järgmiselt: [η] = 2,92 × 10–2 (DPn) 0,905, DPn on suure molekulmassiga tsellulooseetri keskmine polümerisatsiooniaste. Madala molekulmassiga tsellulooseetri lisamiseks tuleb lisada ainet, et saavutada soovitud viskoossus. Selle viskoossus sõltub vähem nihkekiirusest, kõrge viskoossus on vajalik sihtviskoossuse saavutamiseks, vajaminev kogus on väiksem ja viskoossus sõltub paksenemise efektiivsusest. Seetõttu tuleb teatud konsistentsi saavutamiseks tagada teatud kogus tsellulooseetri (lahuse kontsentratsioon) ja lahuse viskoossus. Lahuse geelistumistemperatuur langeb lineaarselt lahuse kontsentratsiooni suurenemisega ja geelistumistemperatuur toimub toatemperatuuril pärast teatud kontsentratsiooni saavutamist. HPmc-l on toatemperatuuril kõrge geelistumiskontsentratsioon.
Konsistentsi saab reguleerida ka osakeste suuruse ja erineva modifitseerimisastmega tsellulooseetrite valimise teel. Nn modifikatsioon on hüdroksüülalküülrühma sisseviimine MC skeletistruktuuri teatud asendusastmega. See toimub kahe asendaja suhtelise asendusväärtuse, st metoksü- ja hüdroksüülrühmade DS-i ja MS-i suhtelise asendusväärtuse muutmisega. Tsellulooseetri mitmesuguseid omadusi on vaja kahe asendaja suhtelise asendusväärtuse muutmisega.
Konsistentsi ja modifikatsiooni vaheline seos. Joonisel 5 mõjutab tsellulooseetri lisamine mördi veetarbimist ja muudab vee ja tsemendi vee-sideaine suhet, mis on paksendav efekt. Mida suurem on annus, seda suurem on veetarbimine.
Pulbrilistes ehitusmaterjalides kasutatavad tsellulooseetrid peavad külmas vees kiiresti lahustuma ja andma süsteemile õige konsistentsi. Kui antud nihkekiiruse juures on toode endiselt flokulaarne ja kolloidne, on see ebakvaliteetne või halva kvaliteediga.
Tsemendisuspensiooni konsistentsi ja tsellulooseetri annuse vahel on ka hea lineaarne seos, tsellulooseeter võib mördi viskoossust oluliselt suurendada, mida suurem on annus, seda ilmsem on efekt.
Kõrge viskoossusega tsellulooseetri vesilahusel on kõrge tiksotroopia, mis on üks tsellulooseetri omadusi. Mc-tüüpi polümeeride vesilahustel on tavaliselt pseudoplastiline, mitte-tiksotroopne voolavus alla geeli temperatuuri, kuid Newtoni voolavus madalatel nihkekiirustel. Pseudoplastilisus suureneb tsellulooseetri molekulmassi või kontsentratsiooni suurenemisega ning ei sõltu asendusrühma tüübist ja astmest. Seetõttu on sama viskoossusastmega tsellulooseetritel, olgu see siis MC, HPmc või HEmc, alati samad reoloogilised omadused, kui kontsentratsioon ja temperatuur jäävad konstantseks. Temperatuuri tõustes moodustub struktuurgeel ja tekib kõrge tiksotroopne voolavus. Kõrge kontsentratsiooni ja madala viskoossusega tsellulooseetritel on tiksotroopia isegi alla geeli temperatuuri. See omadus on ehitusmördi ehitamisel väga kasulik selle voolavuse ja voolavuse säilitamise omaduse reguleerimiseks. Siinkohal tuleb selgitada, et mida suurem on tsellulooseetri viskoossus, seda parem on veepeetus, kuid mida suurem on viskoossus, seda suurem on tsellulooseetri suhteline molekulmass, mis omakorda vähendab selle lahustuvust, millel on negatiivne mõju mördi kontsentratsioonile ja konstruktsiooni toimivusele. Mida suurem on viskoossus, seda ilmsem on mördi paksendav toime, kuid see ei ole täielik proportsionaalne seos. Kuigi viskoossus on mõnevõrra madalam, on modifitseeritud tsellulooseeter märja mördi konstruktsioonitugevuse parandamisel suurepärasem jõudlus ning viskoossuse suurenemisega paraneb ka tsellulooseetri veepeetusvõime.
Postituse aeg: 30. märts 2022