اتر سلولز چه نقشی در ملات خشک دارد؟

سلولز اتر یک پلیمر مصنوعی است که از سلولز طبیعی به عنوان ماده اولیه با اصلاح شیمیایی ساخته شده است. سلولز اتر مشتقی از سلولز طبیعی است، تولید سلولز اتر و پلیمر مصنوعی متفاوت است، اساسی‌ترین ماده آن سلولز، ترکیبات پلیمری طبیعی است. به دلیل خاص بودن ساختار سلولز طبیعی، خود سلولز توانایی واکنش با عامل اتری کننده را ندارد. اما پس از تیمار با عامل تورم، پیوندهای هیدروژنی قوی بین زنجیره‌های مولکولی و زنجیره‌ها از بین رفت و فعالیت گروه هیدروکسیل در سلولز قلیایی با قابلیت واکنش آزاد شد و سلولز اتر از طریق واکنش عامل اتری کننده - گروه OH به - گروه OR به دست آمد.

خواص اترهای سلولزی به نوع، تعداد و توزیع جانشین‌ها بستگی دارد. طبقه‌بندی اترهای سلولزی نیز بر اساس نوع جانشین‌ها، درجه اتری شدن، حلالیت و کاربردهای مرتبط قابل طبقه‌بندی است. بر اساس نوع جانشین‌ها در زنجیره مولکولی، می‌توان آنها را به اتر منفرد و اتر مختلط تقسیم کرد. MC معمولاً به عنوان یک اتر منفرد استفاده می‌شود، در حالی که HPmc یک اتر مختلط است. متیل سلولز اتر MC یک واحد گلوکز سلولز طبیعی است که روی هیدروکسیل جایگزین متوکسید شده و با فرمول ساختار محصول [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X نشان داده شده است. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر HPmc یک واحد است که روی هیدروکسیل بخشی از متوکسید جایگزین شده و بخش دیگری از محصول جایگزین هیدروکسی پروپیل است. فرمول ساختاری آن [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X است و هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر HEmc است که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و در بازار به فروش می‌رسد.

از نظر حلالیت می‌توان آن را به نوع یونی و نوع غیر یونی تقسیم کرد. اتر سلولز غیر یونی محلول در آب عمدتاً از آلکیل اتر و هیدروکسیل آلکیل اتر در دو سری از انواع مختلف تشکیل شده است. Cmc یونی عمدتاً در مواد شوینده مصنوعی، نساجی، چاپ، مواد غذایی و بهره‌برداری از نفت استفاده می‌شود. MC غیر یونی، HPmc، HEmc و سایر موارد عمدتاً در مصالح ساختمانی، پوشش‌های لاتکس، دارو، شیمی روزانه و سایر جنبه‌ها استفاده می‌شود. به عنوان عامل غلیظ‌کننده، عامل نگهدارنده آب، تثبیت‌کننده، پراکنده‌کننده، عامل تشکیل فیلم.

احتباس آب سلولز اتر

در تولید مصالح ساختمانی، به ویژه ملات خشک، اتر سلولز نقش غیرقابل جایگزینی ایفا می‌کند، به خصوص در تولید ملات مخصوص (ملات اصلاح شده)، یک بخش ضروری است.

نقش مهم اتر سلولز محلول در آب در ملات عمدتاً دارای سه جنبه است: یکی توانایی عالی در حفظ آب، دوم تأثیر بر قوام و تیکسوتروپی ملات و سوم تعامل با سیمان.

احتباس آب سلولز اتر، به پایه هیدروسکوپی، ترکیب ملات، ضخامت لایه ملات، نیاز به آب ملات، زمان تراکم مواد متراکم بستگی دارد. احتباس آب سلولز اتر از حلالیت و دهیدراتاسیون خود سلولز اتر ناشی می‌شود. به خوبی شناخته شده است که زنجیره‌های مولکولی سلولز، اگرچه حاوی تعداد زیادی از گروه‌های OH بسیار هیدراته هستند، به دلیل ساختار بسیار بلوری خود در آب نامحلول هستند. توانایی هیدراتاسیون گروه‌های هیدروکسیل به تنهایی برای تأمین پیوندهای هیدروژنی قوی بین مولکولی و نیروهای واندروالسی کافی نیست. هنگامی که جایگزین‌ها وارد زنجیره مولکولی می‌شوند، نه تنها جایگزین‌ها زنجیره هیدروژن را از بین می‌برند، بلکه پیوندهای هیدروژنی بین زنجیره‌ای نیز به دلیل گوه شدن جایگزین‌ها بین زنجیره‌های مجاور شکسته می‌شوند. هرچه جایگزین‌ها بزرگتر باشند، فاصله بین مولکول‌ها بیشتر است. هرچه تخریب اثر پیوند هیدروژنی، انبساط شبکه سلولز بیشتر باشد، محلول در سلولز اتر در آب محلول می‌شود و محلول با ویسکوزیته بالا تشکیل می‌شود. با افزایش دما، هیدراتاسیون پلیمر کاهش می‌یابد و آب بین زنجیرها به بیرون رانده می‌شود. هنگامی که اثر دهیدراتاسیون کافی باشد، مولکول‌ها شروع به تجمع می‌کنند و ژل در یک شبکه سه‌بعدی تا می‌خورد. عوامل مؤثر بر حفظ آب ملات شامل ویسکوزیته اتر سلولز، مقدار مصرف، ظرافت ذرات و دمای سرویس است.

هرچه ویسکوزیته اتر سلولز بیشتر باشد، عملکرد حفظ آب و ویسکوزیته محلول پلیمری بهتر خواهد بود. وزن مولکولی (درجه پلیمریزاسیون) پلیمر نیز توسط طول و مورفولوژی ساختار مولکولی زنجیره تعیین می‌شود و توزیع تعداد جانشین‌ها مستقیماً بر محدوده ویسکوزیته تأثیر می‌گذارد. [ε] = Km alpha

ویسکوزیته ذاتی محلول‌های پلیمری

وزن مولکولی پلیمر M

ثابت مشخصه پلیمر α

ضریب محلول ویسکوزیته K

ویسکوزیته محلول پلیمری به وزن مولکولی پلیمر بستگی دارد. ویسکوزیته و غلظت محلول‌های اتر سلولز به کاربردهای مختلف مربوط می‌شود. بنابراین، هر اتر سلولز مشخصات ویسکوزیته متفاوتی دارد، تنظیم ویسکوزیته نیز عمدتاً از طریق تخریب سلولز قلیایی، یعنی شکستن زنجیره مولکولی سلولز، انجام می‌شود.

از نظر اندازه ذرات، هرچه ذرات ریزتر باشند، احتباس آب بهتر است. ذرات بزرگ سلولز اتر در تماس با آب، بلافاصله در سطح حل شده و ژلی تشکیل می‌دهند که مواد را می‌پوشاند و از نفوذ مولکول‌های آب جلوگیری می‌کند. گاهی اوقات هم زدن طولانی مدت نمی‌تواند به طور یکنواخت حل شده را پراکنده کند و محلول گل‌آلود یا کلوخه‌ای تشکیل می‌دهد. حلالیت سلولز اتر یکی از عوامل انتخاب سلولز اتر است.

ضخیم شدن و تیکسوتروپی اتر سلولز

اثر دوم اتر سلولز - غلیظ شدن - به موارد زیر بستگی دارد: درجه پلیمریزاسیون اتر سلولز، غلظت محلول، سرعت برش، دما و سایر شرایط. خاصیت ژل شدن محلول منحصر به آلکیل سلولز و مشتقات اصلاح شده آن است. ویژگی‌های ژل شدن به درجه جایگزینی، غلظت محلول و افزودنی‌ها مربوط می‌شود. برای مشتقات اصلاح شده با هیدروکسیل آلکیل، خواص ژل نیز به درجه اصلاح هیدروکسیل آلکیل مربوط می‌شود. برای غلظت محلول با ویسکوزیته پایین، MC و HPmc را می‌توان محلول با غلظت 10٪ تا 15٪، MC و HPmc را می‌توان محلول با ویسکوزیته متوسط ​​5٪ تا 10٪ و MC و HPmc را می‌توان محلول با ویسکوزیته بالا 2٪ تا 3٪ تهیه کرد و معمولاً ویسکوزیته اتر سلولز نیز با محلول 1٪ تا 2٪ درجه‌بندی می‌شود. راندمان غلیظ‌کننده اتر سلولز با وزن مولکولی بالا، غلظت محلول یکسان است، پلیمرهای با وزن مولکولی مختلف ویسکوزیته متفاوتی دارند، ویسکوزیته و وزن مولکولی را می‌توان به صورت زیر بیان کرد، [η]=2.92×10-2 (DPn) 0.905، DPn میانگین درجه پلیمریزاسیون بالا است. اتر سلولز با وزن مولکولی کم برای رسیدن به ویسکوزیته هدف باید بیشتر اضافه شود. ویسکوزیته آن کمتر به سرعت برشی وابسته است، برای رسیدن به ویسکوزیته هدف باید مقدار کمتری اضافه شود، ویسکوزیته به راندمان غلیظ شدن بستگی دارد. بنابراین، برای دستیابی به یک قوام خاص، باید مقدار مشخصی اتر سلولز (غلظت محلول) و ویسکوزیته محلول تضمین شود. دمای ژل شدن محلول با افزایش غلظت محلول به صورت خطی کاهش می‌یابد و پس از رسیدن به غلظت خاصی، ژل شدن در دمای اتاق رخ می‌دهد. HPmc غلظت ژل شدن بالایی در دمای اتاق دارد.

همچنین می‌توان با انتخاب اندازه ذرات و اترهای سلولزی با درجات مختلف اصلاح، غلظت را تنظیم کرد. اصطلاحاً اصلاح، وارد کردن گروه هیدروکسیل آلکیل با درجه جایگزینی مشخص در ساختار اسکلت MC است. با تغییر مقادیر جایگزینی نسبی دو جایگزین، یعنی مقادیر جایگزینی نسبی DS و MS گروه‌های متوکسی و هیدروکسیل. با تغییر مقادیر جایگزینی نسبی دو نوع جایگزین، خواص مختلف اتر سلولز مورد نیاز است.

رابطه بین غلظت و اصلاح. در شکل 5، افزودن اتر سلولز بر مصرف آب ملات تأثیر می‌گذارد و نسبت آب به چسب آب و سیمان را تغییر می‌دهد که همان اثر غلیظ‌کنندگی است. هرچه مقدار مصرف بیشتر باشد، مصرف آب بیشتر می‌شود.

اترهای سلولزی مورد استفاده در مصالح ساختمانی پودری باید به سرعت در آب سرد حل شوند و سیستم را با قوام مناسب فراهم کنند. اگر سرعت برشی مشخص هنوز لخته‌ای و کلوئیدی باشد، محصول بی‌کیفیت یا غیراستاندارد است.

همچنین یک رابطه خطی خوب بین غلظت دوغاب سیمان و دوز اتر سلولز وجود دارد، اتر سلولز می‌تواند ویسکوزیته ملات را تا حد زیادی افزایش دهد، هر چه دوز بیشتر باشد، اثر آن آشکارتر است.

محلول آبی اتر سلولز با ویسکوزیته بالا، تیکسوتروپی بالایی دارد که یکی از ویژگی‌های اتر سلولز است. محلول‌های آبی پلیمرهای نوع Mc معمولاً سیالیت شبه‌پلاستیک و غیر تیکسوتروپیک در زیر دمای ژل خود دارند، اما در سرعت‌های برشی پایین، خواص جریان نیوتنی دارند. شبه‌پلاستیکی با افزایش وزن مولکولی یا غلظت اتر سلولز افزایش می‌یابد و مستقل از نوع و درجه جانشینی است. بنابراین، اترهای سلولز با درجه ویسکوزیته یکسان، چه MC، HPmc یا HEmc، همیشه خواص رئولوژیکی یکسانی را نشان می‌دهند، مادامی که غلظت و دما ثابت بماند. هنگامی که دما افزایش می‌یابد، ژل ساختاری تشکیل می‌شود و جریان تیکسوتروپیک بالایی رخ می‌دهد. اترهای سلولز با غلظت بالا و ویسکوزیته پایین، حتی در زیر دمای ژل نیز تیکسوتروپی از خود نشان می‌دهند. این خاصیت برای ساخت ملات ساختمانی جهت تنظیم جریان و خاصیت معلق بودن جریان آن بسیار مفید است. در اینجا لازم به توضیح است که هرچه ویسکوزیته سلولز اتر بالاتر باشد، احتباس آب بهتر است، اما هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، وزن مولکولی نسبی سلولز اتر بیشتر است و به تبع آن، حلالیت آن کاهش می‌یابد که تأثیر منفی بر غلظت ملات و عملکرد ساخت و ساز دارد. هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، اثر غلیظ‌کنندگی ملات آشکارتر است، اما این یک رابطه کاملاً متناسب نیست. برخی از اتر سلولز با ویسکوزیته پایین، اما اصلاح‌شده در بهبود مقاومت ساختاری ملات مرطوب عملکرد عالی‌تری دارند و با افزایش ویسکوزیته، احتباس آب سلولز اتر بهبود می‌یابد.