शुष्क मिश्रित मोर्टार में सेल्युलोज ईथर की क्या भूमिका होती है?

सेल्युलोज ईथर एक कृत्रिम बहुलक है जो प्राकृतिक सेल्युलोज को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके रासायनिक संशोधन द्वारा बनाया जाता है। सेल्युलोज ईथर प्राकृतिक सेल्युलोज का व्युत्पन्न है, हालांकि सेल्युलोज ईथर का उत्पादन और कृत्रिम बहुलक अलग-अलग हैं, क्योंकि इसका मूल घटक सेल्युलोज है, जो प्राकृतिक बहुलक यौगिक है। प्राकृतिक सेल्युलोज की संरचना की विशिष्टता के कारण, सेल्युलोज में स्वयं ईथरीकरण एजेंट के साथ प्रतिक्रिया करने की क्षमता नहीं होती है। लेकिन सूजन पैदा करने वाले एजेंट के उपचार के बाद, आणविक श्रृंखलाओं और श्रृंखलाओं के बीच मजबूत हाइड्रोजन बंध टूट जाते हैं, और हाइड्रॉक्सिल समूह की सक्रियता प्रतिक्रिया करने की क्षमता वाले क्षारीय सेल्युलोज में मुक्त हो जाती है, और ईथरीकरण एजेंट की प्रतिक्रिया से -OH समूह -OR समूह में परिवर्तित हो जाता है, जिससे सेल्युलोज ईथर प्राप्त होता है।

सेल्यूलोज ईथर के गुणधर्म प्रतिस्थापकों के प्रकार, संख्या और वितरण पर निर्भर करते हैं। सेल्यूलोज ईथर का वर्गीकरण भी प्रतिस्थापकों के प्रकार, ईथरीकरण की डिग्री, घुलनशीलता और संबंधित अनुप्रयोग के आधार पर किया जा सकता है। आणविक श्रृंखला पर प्रतिस्थापकों के प्रकार के अनुसार, इसे एकल ईथर और मिश्रित ईथर में विभाजित किया जा सकता है। MC को आमतौर पर एकल ईथर के रूप में उपयोग किया जाता है, जबकि HPmc एक मिश्रित ईथर है। मिथाइल सेलुलोज ईथर (MC) एक प्राकृतिक सेलुलोज ग्लूकोज इकाई है जिसमें हाइड्रॉक्सिल इकाई पर मेथॉक्साइड को प्रतिस्थापित किया जाता है, जिसका उत्पाद संरचना सूत्र [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X है। हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेलुलोज ईथर (HPmc) एक ऐसी इकाई है जिसमें हाइड्रॉक्सिल इकाई के एक भाग को मेथॉक्साइड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जबकि दूसरे भाग को हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इसका संरचनात्मक सूत्र [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X है। हाइड्रॉक्सीएथाइल मिथाइल सेलुलोज ईथर (HEmc) बाजार में व्यापक रूप से उपयोग और बेचा जाता है।

घुलनशीलता के आधार पर इन्हें आयनिक और गैर-आयनिक प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। जल में घुलनशील गैर-आयनिक सेलुलोज ईथर मुख्य रूप से एल्किल ईथर और हाइड्रॉक्सिल एल्किल ईथर दो श्रेणियों से मिलकर बना होता है। आयनिक सेलुलोज ईथर का उपयोग मुख्य रूप से सिंथेटिक डिटर्जेंट, वस्त्र, मुद्रण, खाद्य और पेट्रोलियम उद्योगों में किया जाता है। गैर-आयनिक सेलुलोज ईथर, जैसे कि एचपीएमसी, एचईएमसी और अन्य, मुख्य रूप से निर्माण सामग्री, लेटेक्स कोटिंग, औषधि, दैनिक रसायन विज्ञान और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं। इनका उपयोग गाढ़ा करने वाले पदार्थ, जल धारण करने वाले पदार्थ, स्टेबलाइजर, डिस्पर्सेन्ट और फिल्म बनाने वाले पदार्थ के रूप में किया जाता है।

सेल्यूलोज ईथर जल प्रतिधारण

भवन निर्माण सामग्री, विशेष रूप से शुष्क मिश्रित मोर्टार के उत्पादन में, सेल्युलोज ईथर एक अपूरणीय भूमिका निभाता है, खासकर विशेष मोर्टार (संशोधित मोर्टार) के उत्पादन में, यह एक अनिवार्य हिस्सा है।

मोर्टार में जल-घुलनशील सेल्युलोज ईथर की महत्वपूर्ण भूमिका मुख्य रूप से तीन पहलुओं में निहित है: पहला, उत्कृष्ट जल धारण क्षमता, दूसरा, मोर्टार की स्थिरता और थिक्सोट्रोपी पर प्रभाव, और तीसरा, सीमेंट के साथ इसकी परस्पर क्रिया।

सेल्यूलोज ईथर की जल धारण क्षमता जल-सम्मोहन क्षमता, मोर्टार की संरचना, मोर्टार परत की मोटाई, मोर्टार की जल आवश्यकता और संघनन सामग्री के संघनन समय पर निर्भर करती है। सेल्यूलोज ईथर की जल धारण क्षमता सेल्यूलोज ईथर की घुलनशीलता और निर्जलीकरण पर निर्भर करती है। यह सर्वविदित है कि सेल्यूलोज की आणविक श्रृंखलाओं में बड़ी संख्या में उच्च जलयोजन वाले OH समूह होते हैं, फिर भी उनकी क्रिस्टलीय संरचना के कारण वे जल में अघुलनशील होती हैं। केवल हाइड्रॉक्सिल समूहों की जलयोजन क्षमता ही मजबूत अंतर-आणविक हाइड्रोजन बंधों और वैन डेर वाल्स बलों की पूर्ति के लिए पर्याप्त नहीं होती है। जब आणविक श्रृंखला में प्रतिस्थापकों को शामिल किया जाता है, तो प्रतिस्थापक न केवल हाइड्रोजन श्रृंखला को नष्ट करते हैं, बल्कि आसन्न श्रृंखलाओं के बीच प्रतिस्थापकों के फंसने के कारण अंतर-श्रृंखला हाइड्रोजन बंध भी टूट जाते हैं। प्रतिस्थापक जितने बड़े होते हैं, अणुओं के बीच की दूरी उतनी ही अधिक होती है। हाइड्रोजन बंध के टूटने का प्रभाव जितना अधिक होता है, सेल्यूलोज की जाली का विस्तार उतना ही अधिक होता है, जिससे सेल्यूलोज ईथर का विलयन जल-घुलनशील हो जाता है और उच्च श्यानता वाला विलयन बनता है। तापमान बढ़ने पर, बहुलक का जलयोजन कम हो जाता है और श्रृंखलाओं के बीच का जल बाहर निकल जाता है। जब निर्जलीकरण का प्रभाव पर्याप्त हो जाता है, तो अणु आपस में जुड़ने लगते हैं और जेल एक त्रि-आयामी जाल में फैल जाता है। मोर्टार की जल धारण क्षमता को प्रभावित करने वाले कारकों में सेल्युलोज ईथर की श्यानता, मात्रा, कणों की सूक्ष्मता और उपयोग तापमान शामिल हैं।

सेलुलोज ईथर की श्यानता जितनी अधिक होगी, जल धारण क्षमता उतनी ही बेहतर होगी, और बहुलक विलयन की श्यानता भी उतनी ही अधिक होगी। बहुलक का आणविक भार (बहुगुणीकरण की डिग्री) भी श्रृंखला की आणविक संरचना की लंबाई और आकारिकी द्वारा निर्धारित होता है, और प्रतिस्थापकों की संख्या का वितरण सीधे श्यानता सीमा को प्रभावित करता है। [eta] = Km अल्फा

पॉलिमर विलयनों की आंतरिक श्यानता

एम बहुलक आणविक भार

α बहुलक विशेषता स्थिरांक

K श्यानता विलयन गुणांक

पॉलिमर विलयन की श्यानता पॉलिमर के आणविक भार पर निर्भर करती है। सेल्युलोज ईथर विलयनों की श्यानता और सांद्रता विभिन्न अनुप्रयोगों से संबंधित होती हैं। इसलिए, प्रत्येक सेल्युलोज ईथर की श्यानता की कई विशिष्टताएँ होती हैं, और श्यानता का नियमन मुख्य रूप से क्षार सेल्युलोज के अपघटन, अर्थात् सेल्युलोज आणविक श्रृंखला के विखंडन के माध्यम से किया जाता है।

कणों के आकार के लिए, कण जितने छोटे होंगे, जल धारण क्षमता उतनी ही बेहतर होगी। सेल्युलोज ईथर के बड़े कण पानी के संपर्क में आते ही सतह पर घुल जाते हैं और एक जेल बना लेते हैं जो पदार्थ को घेर लेता है और पानी के अणुओं को अंदर जाने से रोकता है। हालांकि, लंबे समय तक हिलाने पर भी ये कण समान रूप से घुल नहीं पाते, जिससे एक मटमैला, गुच्छेदार घोल या समूह बन जाता है। सेल्युलोज ईथर की घुलनशीलता, इसके चयन में महत्वपूर्ण कारकों में से एक है।

सेलुलोज ईथर का गाढ़ापन और थिक्सोट्रोपी

सेल्युलोज ईथर का दूसरा प्रभाव - गाढ़ापन - सेल्युलोज ईथर के बहुलकीकरण की डिग्री, विलयन की सांद्रता, अपरूपण दर, तापमान और अन्य स्थितियों पर निर्भर करता है। विलयन का जेलीकरण गुण एल्काइल सेल्युलोज और इसके संशोधित व्युत्पन्नों के लिए अद्वितीय है। जेलीकरण विशेषताएँ प्रतिस्थापन की डिग्री, विलयन की सांद्रता और योजकों से संबंधित हैं। हाइड्रॉक्सिल एल्काइल संशोधित व्युत्पन्नों के लिए, जेल गुण हाइड्रॉक्सिल एल्काइल संशोधन की डिग्री से भी संबंधित हैं। कम श्यानता वाले MC और HPmc के लिए 10%-15% सांद्रता का विलयन तैयार किया जा सकता है, मध्यम श्यानता वाले MC और HPmc के लिए 5%-10% सांद्रता का विलयन तैयार किया जा सकता है और उच्च श्यानता वाले MC और HPmc के लिए केवल 2%-3% सांद्रता का विलयन तैयार किया जा सकता है, और आमतौर पर सेल्युलोज ईथर की श्यानता को भी 1%-2% सांद्रता के विलयन में वर्गीकृत किया जाता है। उच्च आणविक भार वाले सेल्युलोज ईथर थिकनर की दक्षता समान होती है। विलयन की सांद्रता समान होने पर, विभिन्न आणविक भार वाले पॉलिमरों की श्यानता भिन्न-भिन्न होती है। श्यानता और आणविक भार के बीच संबंध को निम्न सूत्र से व्यक्त किया जा सकता है: [η]=2.92×10⁻² (DPn) ≈ 0.905, जहाँ DPn उच्च आणविक भार वाले पॉलिमरों की औसत बहुलकीकरण डिग्री है। लक्ष्य श्यानता प्राप्त करने के लिए कम आणविक भार वाले सेल्युलोज ईथर की अधिक मात्रा मिलानी पड़ती है। इसकी श्यानता अपरूपण दर पर कम निर्भर करती है। लक्ष्य श्यानता प्राप्त करने के लिए उच्च आणविक भार वाले सेल्युलोज ईथर की कम मात्रा की आवश्यकता होती है, और श्यानता गाढ़ापन दक्षता पर निर्भर करती है। इसलिए, एक निश्चित गाढ़ापन प्राप्त करने के लिए, सेल्युलोज ईथर की एक निश्चित मात्रा (विलयन की सांद्रता) और विलयन की श्यानता का संतुलन बनाए रखना आवश्यक है। विलयन का प्रज्वलन तापमान विलयन की सांद्रता में वृद्धि के साथ रैखिक रूप से घटता है, और एक निश्चित सांद्रता तक पहुँचने के बाद प्रज्वलन कमरे के तापमान पर होने लगता है। HPmc में कमरे के तापमान पर प्रज्वलन की उच्च सांद्रता होती है।

कण आकार और विभिन्न स्तरों के संशोधन वाले सेल्युलोज ईथर का चयन करके स्थिरता को भी समायोजित किया जा सकता है। यह संशोधन एमसी की कंकाल संरचना पर एक निश्चित मात्रा में हाइड्रॉक्सिल एल्काइल समूह का प्रतिस्थापन है। दो प्रतिस्थापकों के सापेक्ष प्रतिस्थापन मानों को बदलकर, अर्थात् मेथोक्सी और हाइड्रॉक्सिल समूहों के डीएस और एमएस सापेक्ष प्रतिस्थापन मानों को बदलकर, सेल्युलोज ईथर के विभिन्न गुणों को प्राप्त किया जा सकता है।

स्थिरता और संशोधन के बीच संबंध। चित्र 5 में, सेल्युलोज ईथर के मिलाने से मोर्टार की जल खपत प्रभावित होती है और पानी और सीमेंट के जल-बाध्यकारी अनुपात में परिवर्तन होता है, जो गाढ़ापन का प्रभाव है। मात्रा जितनी अधिक होगी, जल खपत उतनी ही अधिक होगी।

पाउडरनुमा निर्माण सामग्री में प्रयुक्त सेलुलोज ईथर ठंडे पानी में शीघ्रता से घुलने चाहिए और सिस्टम को सही स्थिरता प्रदान करनी चाहिए। यदि किसी निश्चित अपरूपण दर पर भी यह द्रवयुक्त और कोलाइडल बना रहता है, तो यह निम्न गुणवत्ता वाला उत्पाद है।

सीमेंट स्लरी की स्थिरता और सेल्युलोज ईथर की मात्रा के बीच एक अच्छा रैखिक संबंध भी है; सेल्युलोज ईथर मोर्टार की चिपचिपाहट को काफी हद तक बढ़ा सकता है; मात्रा जितनी अधिक होगी, प्रभाव उतना ही अधिक स्पष्ट होगा।

उच्च श्यानता वाले सेल्युलोज ईथर के जलीय विलयन में उच्च थिक्सोट्रोपी होती है, जो सेल्युलोज ईथर की एक विशेषता है। एमसी प्रकार के पॉलिमर के जलीय विलयनों में आमतौर पर उनके जेल तापमान से नीचे छद्मप्लास्टिक, गैर-थिक्सोट्रोपिक तरलता होती है, लेकिन कम अपरूपण दरों पर न्यूटोनियन प्रवाह गुण होते हैं। सेल्युलोज ईथर के आणविक भार या सांद्रता में वृद्धि के साथ छद्मप्लास्टिकता बढ़ती है और यह प्रतिस्थापक के प्रकार और मात्रा से स्वतंत्र होती है। इसलिए, समान श्यानता श्रेणी के सेल्युलोज ईथर, चाहे वे एमसी, एचपीएमसी या एचईएमसी हों, सांद्रता और तापमान स्थिर रहने तक हमेशा समान रियोलॉजिकल गुण प्रदर्शित करते हैं। तापमान बढ़ने पर, संरचनात्मक जेल बनता है और उच्च थिक्सोट्रोपिक प्रवाह होता है। उच्च सांद्रता और कम श्यानता वाले सेल्युलोज ईथर जेल तापमान से नीचे भी थिक्सोट्रोपी प्रदर्शित करते हैं। यह गुण भवन निर्माण मोर्टार के प्रवाह और प्रवाह अवरोधन गुण को समायोजित करने में बहुत उपयोगी है। यहां यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि सेल्युलोज ईथर की श्यानता जितनी अधिक होगी, जल धारण क्षमता उतनी ही बेहतर होगी, लेकिन श्यानता जितनी अधिक होगी, सेल्युलोज ईथर का सापेक्षिक आणविक भार उतना ही अधिक होगा, जिससे इसकी घुलनशीलता में कमी आएगी। इसका मोर्टार की सांद्रता और निर्माण कार्य पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। श्यानता जितनी अधिक होगी, मोर्टार का गाढ़ापन प्रभाव उतना ही अधिक स्पष्ट होगा, लेकिन यह पूर्णतः समानुपाती संबंध नहीं है। कुछ कम श्यानता वाले, लेकिन संशोधित सेल्युलोज ईथर गीले मोर्टार की संरचनात्मक मजबूती में सुधार करने में अधिक उत्कृष्ट प्रदर्शन करते हैं; श्यानता बढ़ने के साथ सेल्युलोज ईथर की जल धारण क्षमता में भी सुधार होता है।