מהו אתר תאית?

אתר תאיתהיא תרכובת פולימר בעלת מבנה אתר העשויה מתאית. כל טבעת גלוקוזיל במקרומולקולת התאית מכילה שלוש קבוצות הידרוקסיל, קבוצת ההידרוקסיל הראשונית על אטום הפחמן השישי, קבוצת ההידרוקסיל המשנית על אטומי הפחמן השני והשלישי, והמימן בקבוצת ההידרוקסיל מוחלף בקבוצת פחמימנים ליצירת נגזרות של אתר תאית. זהו תוצר שבו המימן של קבוצת ההידרוקסיל בפולימר התאית מוחלף בקבוצת פחמימנים. תאית היא תרכובת פולימר פוליהידרוקסית שאינה מתמוססת ואינה נמסה. לאחר אתריפיקציה, תאית מסיסה במים, בתמיסה אלקלית מדוללת ובממס אורגני, ובעלת תרמופלסטיות.

תאית היא תרכובת פולימר פוליהידרוקסית שאינה מתמוססת ואינה נמסה. לאחר אתריפיקציה, תאית מסיסה במים, בתמיסה אלקלית מדוללת ובממס אורגני, ובעלת תרמופלסטיות.

1. טבע:

מסיסות התאית לאחר אתריפיקציה משתנה באופן משמעותי. ניתן להמיס אותה במים, חומצה מדוללת, אלקלית מדוללת או ממס אורגני. המסיסות תלויה בעיקר בשלושה גורמים: (1) מאפייני הקבוצות המוכנסות בתהליך האתריפיקציה, ככל שהקבוצה גדולה יותר, כך המסיסות נמוכה יותר, וככל שהקוטביות של הקבוצה המוכנסת חזקה יותר, כך אתר התאית מתמוסס בקלות רבה יותר במים; (2) מידת ההחלפה ופיזור הקבוצות המאותרות במקרומולקולה. רוב אתרי התאית ניתנים להמסה במים רק תחת מידת החלפה מסוימת, ומידת ההחלפה היא בין 0 ל-3; (3) מידת הפילמור של אתר התאית, ככל שמידת הפילמור גבוהה יותר, כך המסיסות פחותה; ככל שמידת ההחלפה שניתן להמיס במים נמוכה יותר, כך הטווח רחב יותר. ישנם סוגים רבים של אתרי תאית בעלי ביצועים מצוינים, והם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות הבנייה, מלט, נפט, מזון, טקסטיל, חומרי ניקוי, צבע, רפואה, ייצור נייר ורכיבים אלקטרוניים ותעשיות אחרות.

2. פיתוח:

סין היא היצרנית והצרכנית הגדולה בעולם של אתר תאית, עם קצב צמיחה שנתי ממוצע של יותר מ-20%. על פי נתונים סטטיסטיים ראשוניים, ישנם כ-50 מפעלים לייצור אתר תאית בסין, כושר הייצור המתוכנן של תעשיית אתר התאית עלה על 400,000 טון, וישנם כ-20 מפעלים עם יותר מ-10,000 טון, המפוזרים בעיקר בשאנדונג, חביי, צ'ונגצ'ינג וג'יאנגסו, ג'ג'יאנג, שנגחאי ומקומות אחרים.

3. צורך:

בשנת 2011, כושר הייצור של CMC בסין היה כ-300,000 טון. עם הביקוש הגובר לאתרי תאית איכותיים בתעשיות כמו רפואה, מזון וכימיקלים יומיומיים, הביקוש המקומי למוצרי אתר תאית אחרים מלבד CMC עולה. כושר הייצור של MC/HPMC הוא כ-120,000 טון, ושל HEC הוא כ-20,000 טון. PAC עדיין נמצא בשלבי קידום ויישום בסין. עם פיתוח שדות נפט גדולים ימיים ופיתוח חומרי בניין, מזון, כימיקלים ותעשיות אחרות, כמות ותחום ה-PAC גדלים ומתרחבים משנה לשנה, עם כושר ייצור של יותר מ-10,000 טון.

4. סיווג:

לפי סיווג המבנה הכימי של התחליפים, ניתן לחלק אותם לאתרים אניוניים, קטיוניים ולא יוניים. בהתאם לחומר האתריפיקציה בו נעשה שימוש, ישנם מתיל תאית, הידרוקסיאתיל מתיל תאית, קרבוקסימטיל תאית, אתיל תאית, בנזיל תאית, הידרוקסיאתיל תאית, הידרוקסיפרופיל מתיל תאית תאית, ציאנואתיל תאית, בנזיל ציאנואתיל תאית, קרבוקסימטיל הידרוקסיאתיל תאית ופניל תאית, וכו'. מתיל תאית ואתיל תאית הן פרקטיות יותר.

מתילצלולוז:

לאחר טיפול בכותנה מזוקקת בבסיס, מיוצר אתר תאית באמצעות סדרה של תגובות עם מתאן כלוריד כחומר אתריפיקציה. באופן כללי, דרגת ההחלפה היא 1.6~2.0, והמסיסות משתנה גם היא עם דרגות החלפה שונות. הוא שייך לאתר תאית לא יוני.

(1) מתילצלולוז מסיס במים קרים, וקשה להמיסו במים חמים. התמיסה המימית שלו יציבה מאוד בטווח pH=3~12. יש לו תאימות טובה עם עמילן, גואר גאם וכו' וחומרים פעילי שטח רבים. כאשר הטמפרטורה מגיעה לטמפרטורת הג'לציה, מתרחשת ג'לציה.

(2) אצירת המים של מתיל תאית תלויה בכמות התוספת שלה, בצמיגותה, בגודל החלקיקים ובקצב ההמסה שלה. באופן כללי, אם כמות התוספת גדולה, הדקיקות קטנה והצמיגות גדולה, קצב אצירת המים גבוה. ביניהם, לכמות התוספת יש את ההשפעה הגדולה ביותר על קצב אצירת המים, ורמת הצמיגות אינה ביחס ישר לרמת קצב אצירת המים. קצב ההמסה תלוי בעיקר במידת השינוי פני השטח של חלקיקי התאית ובדקות החלקיקים. מבין אתרי התאית הנ"ל, למתיל תאית ולהידרוקסיפרופיל מתיל תאית יש שיעורי אצירת מים גבוהים יותר.

(3) שינויים בטמפרטורה יכולים להשפיע באופן חמור על אצירת המים של מתיל תאית. באופן כללי, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך אצירת המים גרועה יותר. אם טמפרטורת המלט עולה על 40 מעלות צלזיוס, אצירת המים של מתיל תאית תפחת משמעותית, דבר שיפגע קשות בבניית המלט.

(4)מתיל תאיתיש השפעה משמעותית על יכולת העבודה והלכידות של המלט. המונח "הדבקה" כאן מתייחס לכוח ההדבקה המורגש בין כלי ההדבקה של העובד לבין מצע הקיר, כלומר, עמידות הגזירה של המלט. הדביקות גבוהה, עמידות הגזירה של המלט גדולה, והחוזק הנדרש מהעובדים בתהליך השימוש גם הוא גדול, וביצועי הבנייה של המלט גרועים. הלכידות של מתיל תאית היא ברמה בינונית במוצרי אתר תאית.

Hydroxypropylmethylcellulose:

הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז הוא זן תאית שתפוקתו וצריכתו גדלים במהירות. זהו אתר מעורב תאית לא יוני העשוי מכותנה מזוקקת לאחר אלקליזציה, תוך שימוש בפרופילן אוקסיד ומתיל כלוריד כחומר אתריפיקציה, באמצעות סדרה של תגובות. דרגת ההחלפה היא בדרך כלל 1.2~2.0. תכונותיו משתנות בהתאם ליחס בין תכולת המתוקסיל לתכולת הידרוקסיפרופיל.

(1) הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז מסיס בקלות במים קרים, והוא יתקל בקשיים בהמסה במים חמים. אך טמפרטורת הג'לציה שלו במים חמים גבוהה משמעותית מזו של מתילצלולוז. גם המסיסות במים קרים משופרת מאוד בהשוואה למתילצלולוז.

(2) צמיגותה של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז קשורה למשקלה המולקולרי, וככל שהמשקל המולקולרי גדול יותר, כך הצמיגות גבוהה יותר. הטמפרטורה משפיעה גם על צמיגותה, ככל שהטמפרטורה עולה, הצמיגות יורדת. עם זאת, השפעת הצמיגות הגבוהה והטמפרטורה שלה נמוכה יותר מזו של מתילצלולוז. התמיסה שלה יציבה כאשר היא מאוחסנת בטמפרטורת החדר.

(3) קצב שמירת המים של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז תלוי בכמות התוספת שלו, בצמיגות שלו וכו', וקצב שמירת המים שלו תחת אותה כמות תוספת גבוהה יותר מזה של מתילצלולוז.

(4)הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזיציב לחומצה ובסיס, והתמיסה המימית שלו יציבה מאוד בטווח pH=2~12. סודה קאוסטית ומי סיד משפיעים מעט על ביצועיו, אך בסיס יכול להאיץ את התמוססותו ולהגביר מעט את צמיגותו. הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז יציב למלחים רגילים, אך כאשר ריכוז תמיסת המלח גבוה, צמיגותה של תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז נוטה לעלות.

(5) ניתן לערבב הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז עם תרכובות פולימר מסיסות במים כדי ליצור תמיסה אחידה ובעלת צמיגות גבוהה יותר. כגון פוליוויניל אלכוהול, עמילן אתר, גומי צמחי וכו'.

(6) להידרוקספרופיל מתילצלולוז עמידות טובה יותר לאנזימים מאשר למתילצלולוז, ותמיסתו פחות צפויה להתפרק על ידי אנזימים מאשר למתילצלולוז.

(7) ההידבקות של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז לבניית טיט גבוהה יותר מזו של מתילצלולוז.

תאית הידרוקסיאתיל:

הוא עשוי מכותנה מזוקקת שטופלה בבסיס, ומגיבה עם אתילן אוקסיד כחומר אתריפיקציה בנוכחות איזופרופנול. דרגת ההחלפה שלו היא בדרך כלל 1.5 ~ 2.0. יש לו הידרופיליות חזקה וקל לספיגת לחות.

(1) הידרוקסיאתיל תאית מסיסה במים קרים, אך קשה להמיס אותה במים חמים. התמיסה שלה יציבה בטמפרטורה גבוהה ללא ג'ל. ניתן להשתמש בה לאורך זמן בטמפרטורה גבוהה בטיט, אך אצירת המים שלה נמוכה יותר מזו של מתיל תאית.

(2) הידרוקסיאתיל תאית יציבה לחומצות כלליות ובסיס, ובסיס יכול להאיץ את התמוססותה ולהגביר מעט את צמיגותה. פיזורה במים גרועה מעט מזו של מתיל תאית והידרוקסיפרופיל מתיל תאית.

(3) להידרוקסיאתיל תאית יש ביצועים טובים של מניעת שקיעה עבור טיט, אך יש לה זמן עיכוב ארוך יותר עבור צמנט.

(4) ביצועי הידרוקסי-אתיל תאית המיוצרים על ידי מפעלים מקומיים מסוימים נמוכים באופן ברור מאלה של מתיל תאית בשל תכולת המים הגבוהה ותכולת האפר הגבוהה שלה.

(5) טחב בתמיסה מימית של הידרוקסיאתיל צלולוז הוא יחסית חמור. בטמפרטורה של כ-40 מעלות צלזיוס, טחב עלול להופיע תוך 3 עד 5 ימים, דבר שישפיע על ביצועיו.

קרבוקסימטיל תאית:

אתר תאית יונית עשוי מסיבים טבעיים (כותנה וכו') לאחר טיפול אלקלי, תוך שימוש בנתרן מונוכלורואצטט כחומר אתריפיקציה, ועובר סדרה של טיפולי תגובה. דרגת ההחלפה היא בדרך כלל 0.4~1.4, וביצועיו מושפעים במידה רבה ממידת ההחלפה.

(1) קרבוקסימטיל תאית היא היגרוסקופית יותר, והיא תכיל יותר מים כאשר היא מאוחסנת בתנאים כלליים.

(2) תמיסה מימית של קרבוקסימטיל צלולוז אינה יוצרת ג'ל, והצמיגות יורדת עם עליית הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה עולה על 50 מעלות צלזיוס, הצמיגות אינה הפיכה.

(3) יציבותו מושפעת במידה רבה מרמת החומציות (pH). באופן כללי, ניתן להשתמש בו בטיט מבוסס גבס, אך לא בטיט מבוסס צמנט. כאשר הוא בסיסי מאוד, הוא יאבד מצמיגות.

(4) אצירת המים שלו נמוכה בהרבה מזו של מתיל תאית. יש לו השפעה מעכבת על טיט מבוסס גבס ומפחית את חוזקו. עם זאת, מחירה של קרבוקסימתיל תאית נמוך משמעותית מזה של מתיל תאית.

תאית אלקיל אתר:

מייצגים אלה הם מתיל תאית ואתיל תאית. בייצור תעשייתי, מתיל כלוריד או אתיל כלוריד משמשים בדרך כלל כחומר אתריפיקציה, והתגובה היא כדלקמן:

בנוסחה, R מייצג CH3 או C2H5. ריכוז האלקלי לא רק משפיע על מידת האתריפיקציה, אלא גם על צריכת הלידים של אלקיל. ככל שריכוז האלקלי נמוך יותר, כך ההידרוליזה של האלקיל הליד חזקה יותר. על מנת להפחית את צריכת חומר האתריפיקציה, יש להגדיל את ריכוז האלקלי. עם זאת, כאשר ריכוז האלקלי גבוה מדי, אפקט הנפיחות של התאית מצטמצם, דבר שאינו תורם לתגובת האתריפיקציה, ולכן מידת האתריפיקציה מצטמצמת. למטרה זו, ניתן להוסיף סודה מרוכזת או סודה מוצקה במהלך התגובה. הכור צריך להיות מצויד במנגנון ערבוב וקריעה טוב כדי שהאלקלי יתפזר באופן שווה. מתיל תאית נמצאת בשימוש נרחב כמעבה, דבק וקולואיד מגן וכו'. ניתן להשתמש בה גם כמפזר לפולימריזציה של אמולסיה, מפזר קשרים לזרעים, תרחיף טקסטיל, תוסף למזון וקוסמטיקה, דבק רפואי, חומר ציפוי תרופות, ומשמש בצבעי לטקס, דיו להדפסה, ייצור קרמיקה, ומעורבבת במלט. משמשת לשליטה על זמן ההתייצבות והגדלת החוזק ההתחלתי וכו'. למוצרי אתיל תאית חוזק מכני גבוה, גמישות, עמידות בחום ועמידות בפני קור. אתיל תאית בעלת תחליפים נמוכים מסיסה במים ובתמיסות אלקליות מדוללות, ומוצרים בעלי תחליפים גבוהים מסיסים ברוב הממסים האורגניים. יש לה תאימות טובה עם שרפים ופלסטיקים שונים. ניתן להשתמש בו לייצור פלסטיק, סרטים, לכות, דבקים, לטקס וחומרי ציפוי לתרופות וכו'. הכנסת קבוצות הידרוקסי-אלקיל לאתרי אלקיל תאית יכולה לשפר את מסיסותם, להפחית את רגישותם להמלחה, להעלות את טמפרטורת הג'לציה ולשפר את תכונות ההיתוך החם וכו'. מידת השינוי בתכונות הנ"ל משתנה בהתאם לאופי המתמירים וליחס בין קבוצות אלקיל לקבוצות הידרוקסי-אלקיל.

תאית הידרוקסי-אלקיל אתר:

מייצגים אלה הם הידרוקסיאתיל תאית והידרוקסיפרופיל תאית. חומרי אתריפיקציה הם אפוקסידים כגון אתילן אוקסיד ופרופילן אוקסיד. משתמשים בחומצה או בסיס כזרז. ייצור תעשייתי הוא על ידי תגובה של תאית אלקלית עם חומר אתריפיקציה:הידרוקסיתיל תאיתתאית הידרוקסיפרופיל בעלת ערך החלפה גבוה מסיסה גם במים קרים וגם במים חמים. תאית הידרוקסיפרופיל בעלת ערך החלפה גבוה מסיסה רק במים קרים אך לא במים חמים. ניתן להשתמש בהידרוקסיאתיל תאית כמעבה לציפויי לטקס, משחות הדפסה וצביעה לטקסטיל, חומרי התאמה לנייר, דבקים וקולואידים מגנים. השימוש בהידרוקסיאפרופיל תאית דומה לזה של תאית הידרוקסיאתיל. תאית הידרוקסיפרופיל בעלת ערך החלפה נמוך יכולה לשמש כחומר לא פעיל תרופתי, שיכול להיות בעל תכונות קשירה ופירוק כאחד.

קרבוקסימטיל צלולוז, הקיצור האנגלי CMC, קיים בדרך כלל בצורת מלח נתרן. החומר המפעיל אתר הוא חומצה מונוכלורואצטית, והתגובה היא כדלקמן:

קרבוקסימטיל צלולוז הוא אתר הצלולוז המסיס במים הנפוץ ביותר. בעבר, הוא שימש בעיקר כבוץ קידוח, אך כיום הוא הורחב לשימוש כתוסף לדטרגנט, בוץ לבגדים, צבע לטקס, ציפוי קרטון ונייר ועוד. ניתן להשתמש בקרבוקסימטיל צלולוז טהור במזון, תרופות, קוסמטיקה וגם כדבק לקרמיקה ותבניות.

תאית פוליאוניונית (PAC) היא אתר תאית יונית והיא מוצר תחליפי יוקרתי לתאית קרבוקסימתיל (CMC). זוהי אבקה או גרגיר לבנה, בצבע לבן-שבור או צהוב מעט, לא רעילה, חסרת טעם, קלה להמסה במים ליצירת תמיסה שקופה בעלת צמיגות מסוימת, בעלת עמידות טובה יותר בחום ועמידות למלחים, ותכונות אנטיבקטריאליות חזקות. ללא עובש והידרדרות. יש לה מאפיינים של טוהר גבוה, דרגת החלפה גבוהה ופיזור אחיד של תחליפים. ניתן להשתמש בה כקלסר, מעבה, משנה ריאולוגיה, מפחית אובדן נוזלים, מייצב תרחיף וכו'. תאית פוליאוניונית (PAC) נמצאת בשימוש נרחב בכל התעשיות בהן ניתן ליישם CMC, מה שיכול להפחית משמעותית את המינון, להקל על השימוש, לספק יציבות טובה יותר ולעמוד בדרישות תהליך גבוהות יותר.

ציאנואתיל תאית הוא תוצר התגובה של תאית ואקרילוניטריל תחת קטליזה של אלקלי.

לציאנואתיל תאית יש קבוע דיאלקטרי גבוה ומקדם הפסד נמוך וניתן להשתמש בו כמטריצת שרף עבור מנורות זרחן ואלקטרולומינסנט. ניתן להשתמש בציאנואתיל תאית בעלת תחליף נמוך כנייר מבודד עבור שנאים.

אתרים של אלכוהול שומני גבוה יותר, אתרים של אלקניל ואתרים של אלכוהול ארומטי של תאית הוכנו, אך לא היו בשימוש בפועל.

ניתן לחלק את שיטות ההכנה של אתר תאית לשיטת מדיום מים, שיטת ממס, שיטת לישה, שיטת תרחיף, שיטת גז-מוצק, שיטת פאזה נוזלית ושילוב של השיטות הנ"ל.

5. עקרון ההכנה:

עיסת תאית α גבוהה מושרת בתמיסה אלקלית כדי להתנפח, להרוס קשרי מימן נוספים, להקל על דיפוזיה של ריאגנטים וליצור תאית אלקלית, ולאחר מכן מגיבה עם חומר אתריפיקציה כדי לקבל אתר תאית. חומרי אתריפיקציה כוללים הלידים פחמימניים (או סולפטים), אפוקסידים ותרכובות בלתי רוויות α ו-β עם קולטני אלקטרונים.

6. ביצועים בסיסיים:

לתוספים תפקיד מפתח בשיפור ביצועי טיט יבש לבנייה, והם מהווים יותר מ-40% מעלות החומרים בטיט יבש. חלק ניכר מהתוספים בשוק המקומי מסופקים על ידי יצרנים זרים, וגם מינון הייחוס של המוצר מסופק על ידי הספק. כתוצאה מכך, עלות מוצרי הטיט היבש נותרת גבוהה, וקשה להפוך טיטים נפוצים לבנייה וטיח לפופולריים בכמות גדולה ובמגוון רחב. מוצרי השוק היוקרתיים נשלטים על ידי חברות זרות, וליצרני טיט יבש יש רווחים נמוכים ומחירים ירודים; יישום התוספים חסר מחקר שיטתי וממוקד, ועוקב בעיוורון אחר נוסחאות זרות.

חומר אגירת מים הוא תוסף מפתח לשיפור ביצועי אגירת המים של טיט יבש, והוא גם אחד התוספים המרכזיים לקביעת עלות חומרי טיט יבשים. התפקיד העיקרי של אתר תאית הוא אגירת מים.

אתר תאית הוא מונח כללי לסדרה של מוצרים המיוצרים על ידי תגובה של תאית אלקלית וחומר אתריפיציה בתנאים מסוימים. תאית אלקלית מוחלפת בחומרי אתריפיציה שונים כדי לקבל אתרי תאית שונים. בהתאם לתכונות היינון של התחליפים, ניתן לחלק אתרי תאית לשתי קטגוריות: יוניים (כגון קרבוקסימתיל תאית) ולא יוניים (כגון מתיל תאית). בהתאם לסוג התחליף, ניתן לחלק את אתר התאית למונואתר (כגון מתיל תאית) ואתר מעורב (כגון הידרוקסיפרופיל מתיל תאית). בהתאם למסיסות השונה, ניתן לחלק אותו למסיסות במים (כגון הידרוקסיאתיל תאית) ומסיסות בממס אורגני (כגון אתיל תאית). טיט מעורבב יבש מורכב בעיקר מתאית מסיסה במים, ותאית מסיסה במים מחולקת לסוג מיידי וסוג התמוססות מושהית שעברה טיפול פני שטח.

מנגנון הפעולה של אתר תאית בטיט הוא כדלקמן:

(1) לאחר האתר תאיתכאשר המלט מומס במים, פיזור יעיל ואחיד של החומר הצמנטי במערכת מובטח הודות לפעילות פני השטח, ואתר התאית, כקולואיד מגן, "עוטף" את החלקיקים המוצקים ונוצרת שכבת סרט סיכה על פני השטח החיצוניים שלו, מה שהופך את מערכת המלט ליציבה יותר, וגם משפר את נוזליות המלט במהלך תהליך הערבוב ואת חלקות הבנייה.

(2) בשל המבנה המולקולרי שלה, תמיסת אתר התאית גורמת לכך שהלחות במלט אינה אובדת בקלות, ומשחררת אותה בהדרגה לאורך זמן רב, מה שמקנה לטיט אגירת מים ויכולת עבודה טובים.