Celulozni eter je sintetski polimer dobiven kemijskom modifikacijom prirodne celuloze kao sirovine. Celulozni eter je derivat prirodne celuloze, a proizvodnja celuloznog etera i sintetskog polimera razlikuje se po tome što je njegov najosnovniji materijal celuloza, prirodni polimerni spoj. Zbog specifičnosti prirodne strukture celuloze, sama celuloza nema sposobnost reakcije s eterificirajućim sredstvom. Međutim, nakon tretmana sredstvom za bubrenje, jake vodikove veze između molekularnih lanaca i lanaca su uništene, a aktivnost hidroksilne skupine je oslobođena u alkalnu celulozu s reakcijskom sposobnošću, te je celulozni eter dobiven reakcijom eterificirajućeg sredstva - OH skupine u - OR skupinu.
Svojstva celuloznih etera ovise o vrsti, broju i raspodjeli supstituenata. Klasifikacija celuloznih etera također se temelji na vrsti supstituenata, stupnju eterifikacije, topljivosti 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 skupini koja je metoksidom zamijenjena strukturnom formulom produkta [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, hidroksipropil metil celulozni eter HPmc je jedinica na hidroksilnoj skupini koja je dio metoksida zamijenjenog, a drugi dio hidroksipropilom zamijenjenog produkta. 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 topljivosti, mogu se podijeliti na ionski i neionski tip. Neionski celulozni eter topljiv u vodi uglavnom se sastoji od dvije serije alkil etera i hidroksil alkil etera. Ionski CMC se uglavnom koristi u sintetičkim deterdžentima, tekstilu, tiskarstvu, hrani i eksploataciji nafte. Neionski MC, HPMC, HEMC i drugi uglavnom se koriste u građevinskim materijalima, lateks premazima, medicini, svakodnevnoj kemiji i drugim aspektima. Kao sredstvo za zgušnjavanje, sredstvo za zadržavanje vode, stabilizator, disperzant, sredstvo za stvaranje filma.
Zadržavanje vode u celuloznom eteru
U proizvodnji građevinskog materijala, posebno suhog miješanog morta, celulozni eter igra nezamjenjivu ulogu, a posebno u proizvodnji specijalnog morta (modificiranog morta) je neizostavan dio.
Važna uloga vodotopivog celuloznog etera u mortu uglavnom ima tri aspekta, prvi je izvrsna sposobnost zadržavanja vode, drugi je utjecaj konzistencije morta i tiksotropije, a treći je interakcija s cementom.
Zadržavanje vode celuloznog etera ovisi o hidroskopičnosti, sastavu morta, debljini sloja morta, potrebi morta za vodom i vremenu kondenzacije kondenzacijskog materijala. Zadržavanje vode celuloznog etera dolazi od topljivosti i dehidracije samog celuloznog etera. Poznato je da su molekularni lanci celuloze, iako sadrže veliki broj visoko hidratiziranih OH skupina, netopljivi u vodi zbog svoje visoko kristalne strukture. Sama sposobnost hidratacije hidroksilnih skupina nije dovoljna da pokrije jake intermolekularne vodikove veze i van der Waalsove sile. Kada se supstituenti uvedu u molekularni lanac, ne samo da supstituenti uništavaju vodikov lanac, već se i interlančane vodikove veze prekidaju zbog uklinjanja supstituenata između susjednih lanaca. Što su supstituenti veći, to je veća udaljenost između molekula. Što je veći učinak uništavanja vodikovih veza, širenje celulozne rešetke dovodi do širenja otopine u celuloznom eteru, što dovodi do stvaranja otopine visoke viskoznosti. Kako temperatura raste, hidratacija polimera se smanjuje i voda između lanaca se istiskuje. Kada je učinak dehidracije dovoljan, molekule se počinju agregirati i gel se savija u trodimenzionalnu mrežu. Čimbenici koji utječu na zadržavanje vode u mortu uključuju viskoznost celuloznog etera, doziranje, finoću čestica i temperaturu rada.
Što je veća viskoznost celuloznog etera, to je bolja sposobnost zadržavanja vode, odnosno viskoznost polimerne otopine. Molekularna težina (stupanj polimerizacije) polimera također je određena duljinom i morfologijom molekularne strukture lanca, a raspodjela broja supstituenata izravno utječe na raspon viskoznosti. [eta] = Km alfa
Intrinzična viskoznost polimernih otopina
Molekularna težina polimera M
α karakteristična konstanta polimera
Koeficijent viskoznosti K otopine
Viskoznost polimerne otopine ovisi o molekularnoj težini polimera. Viskoznost i koncentracija otopina celuloznog etera povezane su s različitim primjenama. Stoga svaki celulozni eter ima mnogo različitih specifikacija viskoznosti, a regulacija viskoznosti se uglavnom provodi razgradnjom alkalne celuloze, odnosno lomljenjem molekularnog lanca celuloze.
Što se tiče veličine čestica, što je čestica finija, to je bolje zadržavanje vode. Velike čestice celuloznog etera dođu u kontakt s vodom, odmah se otapaju na površini i stvaraju gel koji obavija materijal kako bi se spriječilo daljnje prodiranje molekula vode. Ponekad se dugotrajno miješanje ne može ravnomjerno raspršiti, što dovodi do stvaranja mutne flokulentne otopine ili aglomerata. Topljivost celuloznog etera jedan je od čimbenika za odabir celuloznog etera.
Zgušnjavanje i tiksotropija celuloznog etera
Drugi učinak celuloznog etera – zgušnjavanje – ovisi o: stupnju polimerizacije celuloznog etera, koncentraciji otopine, brzini smicanja, temperaturi i drugim uvjetima. Svojstvo geliranja otopine jedinstveno je za alkil celulozu i njezine modificirane derivate. Karakteristike geliranja povezane su sa stupnjem supstitucije, koncentracijom otopine i aditivima. Za hidroksialkil modificirane derivate, svojstva gela također su povezana sa stupnjem modifikacije hidroksialkila. Za koncentraciju otopine MC i HPmc niske viskoznosti može se pripremiti otopina koncentracije 10%-15%, MC i HPmc srednje viskoznosti mogu se pripremiti otopina koncentracije 5%-10%, a MC i HPmc visoke viskoznosti mogu se pripremiti samo otopina koncentracije 2%-3%, a obično se viskoznost celuloznog etera stupnjeva za otopinu koncentracije 1%-2%. Učinkovitost zgušnjivača celuloznog etera visoke molekularne težine, ista koncentracija otopine, 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 prosječni stupanj polimerizacije visoke. Celulozni eter niske molekularne težine treba dodati više kako 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 učinkovitosti 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 prilagoditi odabirom veličine čestica i celuloznih etera s različitim stupnjevima modifikacije. Takozvana modifikacija je uvođenje hidroksil alkilne skupine u određenom stupnju supstitucije u strukturu kostura MC-a. Promjenom relativnih vrijednosti supstitucije dvaju supstituenata, odnosno relativnih vrijednosti supstitucije DS i MS metoksi i hidroksilnih skupina. Različita svojstva celuloznog etera potrebna su promjenom relativnih vrijednosti supstitucije dviju vrsta supstituenata.
odnos između konzistencije i modifikacije. Na slici 5, dodatak celuloznog etera utječe na potrošnju vode morta i mijenja omjer vode i veziva između vode i cementa, što je učinak zgušnjavanja. Što je veća doza, veća je potrošnja vode.
Celulozni eteri koji se koriste u praškastim građevinskim materijalima moraju se brzo otopiti u hladnoj vodi i osigurati sustavu pravu konzistenciju. Ako je određena brzina smicanja i dalje flokulantna i koloidna, radi se o proizvodu loše kvalitete ili loše kvalitete.
Također postoji dobar linearni odnos između konzistencije cementne kaše i doze celuloznog etera, celulozni eter može uvelike povećati viskoznost morta, što je veća doza, to je učinak očitiji.
Vodena otopina celuloznog etera s visokom viskoznošću ima visoku tiksotropiju, što je jedna od karakteristika celuloznog etera. Vodene otopine polimera tipa Mc obično imaju pseudoplastičnu, netiksotropnu fluidnost ispod temperature gela, ali Newtonova svojstva tečenja pri niskim brzinama smicanja. Pseudoplastičnost se povećava s povećanjem molekularne težine ili koncentracije celuloznog etera i neovisna je o vrsti i stupnju supstituenta. Stoga, celulozni eteri istog stupnja 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 s visokom koncentracijom i niskom viskoznošću pokazuju tiksotropiju čak i ispod temperature gela. Ovo svojstvo je od velike koristi za izgradnju građevinskog morta kako bi se prilagodilo njegovo svojstvo tečenja i zadržavanja tečenja. Ovdje treba objasniti da što je veća viskoznost celuloznog etera, to je bolje zadržavanje vode, ali što je veća viskoznost, to je veća relativna molekularna težina celuloznog etera, što odgovara smanjenju njegove topljivosti, što negativno utječe na koncentraciju morta i građevinske performanse. Što je veća viskoznost, to je očitiji učinak zgušnjavanja morta, ali to nije potpuno proporcionalan odnos. Neki mortovi s niskom viskoznošću, ali modificirani celulozni eter ima izvrsnije performanse u poboljšanju strukturne čvrstoće mokrog morta, a s povećanjem viskoznosti, zadržavanje vode celuloznog etera se poboljšava.
Vrijeme objave: 30. ožujka 2022.