איזה תפקיד ממלא אתר תאית במלט יבש מעורבב?

אתר תאית הוא פולימר סינתטי העשוי מתאית טבעית כחומר גלם באמצעות שינוי כימי. אתר תאית הוא נגזרת של תאית טבעית, ייצור אתר תאית שונה מפולימר סינתטי, החומר הבסיסי ביותר שלו הוא תאית, תרכובות פולימר טבעיות. בשל הייחודיות של מבנה התאית הטבעי, לתאית עצמה אין יכולת להגיב עם חומר אתרי. אך לאחר טיפול בחומר התפיחה, קשרי המימן החזקים בין שרשראות מולקולריות לשרשראות נהרסו, ופעילות קבוצת ההידרוקסיל משתחררת לתאית הבסיסית עם יכולת תגובה, ואתר תאית מתקבל על ידי תגובת חומר אתרי - קבוצת OH - לקבוצת OR.

תכונותיהם של אתרי תאית תלויות בסוג, מספר ופיזור המתחלפים. סיווג אתר התאית מבוסס גם על סוג המתחלפים, דרגת האתריפיקציה, המסיסות והיישומים הקשורים. לפי סוג המתחלפים בשרשרת המולקולרית, ניתן לחלק אותו לאתר יחיד ואתר מעורב. MC משמש בדרך כלל כאתר יחיד, בעוד ש-HPmc הוא אתר מעורב. אתר מתיל תאית MC הוא יחידת גלוקוז תאית טבעית על ההידרוקסיל, שהיא מתוקסיד מוחלף על ידי נוסחת מבנה המוצר [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, אתר הידרוקסיפרופיל מתיל תאית HPmc הוא יחידה על ההידרוקסיל, שהיא חלק מהמתוקסיד מוחלף, חלק אחר של המוצר מוחלף על ידי הידרוקסיפרופיל, נוסחת המבנה היא [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X ואתר הידרוקסיאתיל מתיל תאית HEmc, הנמצא בשימוש נרחב ונמכר בשוק.

מבחינת מסיסות, ניתן לחלק אותה לסוג יוני ולסוג לא יוני. אתר תאית לא יוני מסיס במים מורכב בעיקר מאתר אלקיל ואתר אלקיל הידרוקסיל, שתי סדרות של זנים. תאית תאית יונית (Cmc) משמשת בעיקר בדטרגנטים סינתטיים, טקסטיל, דפוס, מזון וניצול נפט. MC לא יונית, HPmc, HEmc ואחרות משמשות בעיקר בחומרי בניין, ציפויי לטקס, רפואה, כימיה יומיומית ועוד. כחומר מעבה, חומר אצירת מים, מייצב, חומר פיזור וחומר יצירת שכבות.

אצירת מים באתר תאית

בייצור חומרי בניין, ובמיוחד טיט מעורב יבש, אתר תאית ממלא תפקיד חיוני, במיוחד בייצור טיט מיוחד (טיט שעבר שינוי), והוא חלק הכרחי.

לתפקיד החשוב של אתר תאית מסיס במים בטיט יש בעיקר שלושה היבטים, האחד הוא יכולת שמירה מעולה של מים, השני הוא השפעת עקביות הטיט והתיקסוטרופיה, והשלישי הוא האינטראקציה עם צמנט.

אצירת המים של אתר תאית תלויה בבסיס ההידרוסקופיות, הרכב המלט, עובי שכבת המלט, דרישת המים של המלט, וזמן עיבוי חומר העיבוי. אצירת המים של אתר תאית נובעת מהמסיסות וההתייבשות של אתר התאית עצמו. ידוע היטב ששרשראות מולקולריות של תאית, למרות שהן מכילות מספר רב של קבוצות OH בעלות צמיגות גבוהה, אינן מסיסות במים בגלל המבנה הגבישי הגבוה שלהן. יכולת ההידרציה של קבוצות ההידרוקסיל לבדן אינה מספיקה כדי לכסות את קשרי המימן הבין-מולקולריים החזקים ואת כוחות ואן דר ואלס. כאשר מחליפים מוחדרים לשרשרת המולקולרית, לא רק שהמחליפים הורסים את שרשרת המימן, אלא גם קשרי המימן הבין-שרשרתיים נשברים עקב היתקעות המחליפים בין שרשראות סמוכות. ככל שהמחליפים גדולים יותר, כך גדל המרחק בין המולקולות. ככל שגדול יותר הרס קשרי המימן, התפשטות סריג התאית גורמת להתפשטות, התמיסה באתר התאית הופכת למסיסה במים, ונוצרת תמיסה בעלת צמיגות גבוהה. ככל שהטמפרטורה עולה, ההידרציה של הפולימר פוחתת והמים בין השרשראות נדחקים החוצה. כאשר אפקט הייבוש מספיק, המולקולות מתחילות להתקבץ והג'ל מתקפל ברשת תלת-ממדית. הגורמים המשפיעים על אצירת המים של טיט כוללים צמיגות אתר התאית, מינון, מידת הדקיקות של החלקיקים וטמפרטורת השירות.

ככל שצמיגות אתר התאית גדולה יותר, כך ביצועי שמירת המים טובים יותר, וצמיגות תמיסת הפולימר. המשקל המולקולרי (דרגת הפולימריזציה) של הפולימר נקבע גם על ידי אורך ומורפולוגיה של המבנה המולקולרי של השרשרת, ופיזור מספר התחליפים משפיע ישירות על טווח הצמיגות. [eta] = Km alpha

צמיגות פנימית של תמיסות פולימר

משקל מולקולרי של פולימר M

קבוע מאפיין פולימר α

מקדם צמיגות תמיסה K

צמיגות תמיסת הפולימר תלויה במשקל המולקולרי של הפולימר. הצמיגות והריכוז של תמיסות אתר תאית קשורים ליישומים שונים. לכן, לכל אתר תאית יש מפרטי צמיגות רבים ושונים, ויסות הצמיגות מתבצע בעיקר באמצעות פירוק של תאית אלקלית, כלומר שבירה של שרשרת מולקולרית התאית.

מבחינת גודל החלקיקים, ככל שהחלקיק דק יותר, כך שמירה טובה יותר על המים. חלקיקים גדולים של אתר תאית באים במגע עם מים, מתמוססים מיד על פני השטח ויוצרים ג'ל שעוטף את החומר כדי למנוע ממולקולות מים להמשיך לחדור. לעיתים, ערבוב ממושך לא מאפשר פיזור אחיד של ההמסה, מה שיוצר תמיסה פתיתי בוצית או אגרגט. מסיסות אתר התאית היא אחד הגורמים לבחירת אתר תאית.

עיבוי ותיקסוטרופיה של אתר תאית

ההשפעה השנייה של אתר תאית - עיבוי תלויה ב: דרגת הפילמור של אתר תאית, ריכוז התמיסה, קצב הגזירה, הטמפרטורה ותנאים אחרים. תכונת הג'לציה של התמיסה ייחודית לאלקיל תאית ונגזרותיה שעברו שינוי. מאפייני הג'לציה קשורים לדרגת ההחלפה, ריכוז התמיסה ותוספים. עבור נגזרות שעברו שינוי הידרוקסיל אלקיל, תכונות הג'ל קשורות גם לדרגת השינוי של הידרוקסיל אלקיל. עבור תמיסה עם ריכוז נמוך של MC ו-HPmc ניתן להכין תמיסה בריכוז 10%-15%, עבור MC ו-HPmc עם צמיגות בינונית ניתן להכין תמיסה בריכוז 5%-10% ועבור MC ו-HPmc עם צמיגות גבוהה ניתן להכין תמיסה בריכוז 2%-3% בלבד, ובדרך כלל הצמיגות של אתר תאית מדורגת גם היא לפי תמיסה של 1%-2%. יעילות מעבה של אתר תאית עם משקל מולקולרי גבוה, אותו ריכוז תמיסה, לפולימרים בעלי משקל מולקולרי שונה יש צמיגות שונה, הצמיגות והמשקל המולקולרי יכולים לבוא לידי ביטוי כדלקמן, [η]=2.92×10-2 (DPn) 0.905, DPn היא דרגת הפילמור הממוצעת של פולימרים בעלי משקל מולקולרי גבוה. אתר תאית בעל משקל מולקולרי נמוך צריך להוסיף יותר כדי להשיג את הצמיגות המטרה. הצמיגות שלו פחות תלויה בקצב הגזירה, צמיגות גבוהה כדי להשיג את הצמיגות המטרה, הכמות הנדרשת כדי להוסיף פחות, הצמיגות תלויה ביעילות העיבוי. לכן, כדי להשיג עקביות מסוימת, יש להבטיח כמות מסוימת של אתר תאית (ריכוז התמיסה) וצמיגות התמיסה. טמפרטורת הג'לציה של התמיסה ירדה באופן ליניארי עם עליית ריכוז התמיסה, וג'לציה מתרחשת בטמפרטורת החדר לאחר שהגיעה לריכוז מסוים. ל-HPmc יש ריכוז ג'לציה גבוה בטמפרטורת החדר.

ניתן להתאים את העקביות גם על ידי בחירת גודל החלקיקים ואתרי תאית עם דרגות שונות של שינוי. מה שנקרא שינוי הוא הכנסת קבוצת אלקיל הידרוקסיל בדרגת החלפה מסוימת למבנה השלד של MC. על ידי שינוי ערכי ההחלפה היחסיים של שני המתמירים, כלומר, ערכי ההחלפה היחסיים של קבוצות מתוקסי והידרוקסיל של DS ו-MS. תכונות שונות של אתר תאית נדרשות על ידי שינוי ערכי ההחלפה היחסיים של שני סוגי המתמירים.

הקשר בין עקביות לשינוי. באיור 5, הוספת אתר תאית משפיעה על צריכת המים של מלט ומשנה את יחס המים-קושר של מים ומלט, שהוא אפקט העיבוי. ככל שהמינון גבוה יותר, כך צריכת המים גדולה יותר.

אתרי תאית המשמשים בחומרי בניין אבקתיים חייבים להתמוסס במהירות במים קרים ולספק למערכת את העקביות הנכונה. אם קצב גזירה נתון עדיין פתיתי וקולואידי, זהו מוצר באיכות ירודה או באיכות ירודה.

יש גם קשר ליניארי טוב בין עקביות תרחיף המלט לבין מינון אתר התאית. אתר תאית יכול להגביר מאוד את צמיגות המלט, ככל שהמינון גדול יותר, כך ההשפעה ברורה יותר.

לתמיסה מימית של אתר תאית בעל צמיגות גבוהה יש תיקוןטרופיה גבוהה, שהיא אחת התכונות של אתר תאית. לתמיסות מימיות של פולימרים מסוג Mc יש בדרך כלל נזילות פסאודופלסטית, לא תיקוןטרופית, מתחת לטמפרטורת הג'ל שלהם, אך תכונות זרימה ניוטוניות בקצבי גזירה נמוכים. הפסאודופלסטיות עולה עם העלייה במשקל המולקולרי או בריכוז של אתר התאית ואינה תלויה בסוג ובדרגת התחליף. לכן, אתרי תאית בעלי דרגת צמיגות זהה, בין אם MC, HPmc או HEmc, תמיד מראים את אותן תכונות ריאולוגיות כל עוד הריכוז והטמפרטורה נשארים קבועים. כאשר הטמפרטורה עולה, נוצר ג'ל מבני ומתרחשת זרימה תיקוןטרופית גבוהה. אתרי תאית בעלי ריכוז גבוה וצמיגות נמוכה מפגינים תיקוןטרופיה אפילו מתחת לטמפרטורת הג'ל. תכונה זו מועילה מאוד לבניית טיט בניין כדי להתאים את הזרימה שלו ואת תכונות התלייה שלו. יש להסביר כאן שככל שצמיגותו של אתר תאית גבוהה יותר, כך אצירת המים טובה יותר, אך ככל שהצמיגות גבוהה יותר, כך המשקל המולקולרי היחסי של אתר תאית גבוה יותר, כך מסיסותו יורדת בהתאם, דבר המשפיע לרעה על ריכוז המלט ועל ביצועי הבנייה. ככל שהצמיגות גבוהה יותר, כך אפקט העיבוי של המלט ניכר יותר, אך אין מדובר ביחס פרופורציונלי מלא. בעל צמיגות נמוכה, אך לאתר תאית מעובד, יש ביצועים מצוינים יותר לשיפור חוזק המבני של מלט רטוב, וככל שהצמיגות עולה, אצירת המים של אתר תאית משתפרת.