რა როლს ასრულებს ცელულოზის ეთერი მშრალ შერეულ ნაღმტყორცნებში?

ცელულოზის ეთერი არის სინთეზური პოლიმერი, რომელიც მიიღება ბუნებრივი ცელულოზისგან, როგორც ნედლეულისგან, ქიმიური მოდიფიკაციით. ცელულოზის ეთერი არის ბუნებრივი ცელულოზის წარმოებული, ცელულოზის ეთერის წარმოება და სინთეზური პოლიმერის წარმოება განსხვავებულია, მისი ყველაზე ძირითადი მასალაა ცელულოზა, ბუნებრივი პოლიმერული ნაერთი. ბუნებრივი ცელულოზის სტრუქტურის თავისებურების გამო, ცელულოზას თავად არ აქვს ეთერიფიკატორთან რეაქციის უნარი. თუმცა, შეშუპების აგენტის დამუშავების შემდეგ, მოლეკულურ ჯაჭვებსა და ჯაჭვებს შორის ძლიერი წყალბადური ბმები განადგურდა და ჰიდროქსილის ჯგუფის აქტივობა გამოიყოფა ტუტე ცელულოზად, რომელსაც აქვს რეაქციის უნარი, ხოლო ცელულოზის ეთერი მიიღება ეთერიფიკატორსა და OH ჯგუფს შორის რეაქციის შედეგად.

ცელულოზის ეთერების თვისებები დამოკიდებულია ჩამნაცვლებლების ტიპზე, რაოდენობასა და განაწილებაზე. ცელულოზის ეთერის კლასიფიკაცია ასევე ეფუძნება ჩამნაცვლებლების ტიპს, ეთერიფიკაციის ხარისხს, ხსნადობას და მასთან დაკავშირებულ გამოყენებას. მოლეკულურ ჯაჭვში ჩამნაცვლებლების ტიპის მიხედვით, ის შეიძლება დაიყოს ერთ ეთერად და შერეულ ეთერად. MC ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც ერთი ეთერი, ხოლო HPmc არის შერეული ეთერი. მეთილცელულოზის ეთერი MC არის ბუნებრივი ცელულოზის გლუკოზის ერთეული ჰიდროქსილზე, რომელიც მეტოქსიდს ცვლის პროდუქტის სტრუქტურული ფორმულით [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერი HPmc არის ჰიდროქსილის ერთეული, რომელიც მეტოქსიდის ნაწილია, ჰიდროქსიპროპილ პროდუქტის მეორე ნაწილია. სტრუქტურული ფორმულაა [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X და ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერი HEmc, რომელიც ფართოდ გამოიყენება და იყიდება ბაზარზე.

ხსნადობის მიხედვით შეიძლება დაიყოს იონურ და არაიონურ ტიპებად. წყალში ხსნადი არაიონური ცელულოზის ეთერი ძირითადად შედგება ალკილის ეთერისა და ჰიდროქსილის ალკილის ეთერის ორი სერიის სახეობისგან. იონური CMC ძირითადად გამოიყენება სინთეზურ სარეცხი საშუალებებში, ტექსტილში, ბეჭდვაში, კვების პროდუქტებსა და ნავთობის მოპოვებაში. არაიონური MC, HPmc, HEmc და სხვა ძირითადად გამოიყენება სამშენებლო მასალებში, ლატექსის საფარებში, მედიცინაში, ყოველდღიურ ქიმიასა და სხვა სფეროებში. როგორც გასქელება, წყლის შემაკავებელი აგენტი, სტაბილიზატორი, დისპერსანტი, აპკის წარმომქმნელი აგენტი.

ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება

სამშენებლო მასალების, განსაკუთრებით მშრალი შერეული ნაღმტყორცნების წარმოებაში, ცელულოზის ეთერი შეუცვლელ როლს ასრულებს, განსაკუთრებით სპეციალური ნაღმტყორცნების (მოდიფიცირებული ნაღმტყორცნების) წარმოებაში, რაც შეუცვლელი ნაწილია.

წყალში ხსნადი ცელულოზის ეთერის მნიშვნელოვან როლს ნაღმტყორცნებში ძირითადად სამი ასპექტი აქვს: ერთი არის წყლის შეკავების შესანიშნავი უნარი, მეორე არის ნაღმტყორცნის კონსისტენციისა და თიქსოტროპიის გავლენა და მესამე არის ცემენტთან ურთიერთქმედება.

ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება დამოკიდებულია ჰიდროსკოპულობაზე, ნაღმტყორცნის შემადგენლობაზე, ნაღმტყორცნის ფენის სისქეზე, ნაღმტყორცნის წყლის მოთხოვნილებაზე და კონდენსაციის მასალის კონდენსაციის დროზე. ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება განპირობებულია თავად ცელულოზის ეთერის ხსნადობითა და დეჰიდრატაციით. კარგად არის ცნობილი, რომ ცელულოზის მოლეკულური ჯაჭვები, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი შეიცავს დიდი რაოდენობით მაღალჰიდრატირებულ OH ჯგუფებს, წყალში უხსნადია მათი მაღალკრისტალური სტრუქტურის გამო. მხოლოდ ჰიდროქსილის ჯგუფების ჰიდრატაციის უნარი არ არის საკმარისი ძლიერი მოლეკულათშორისი წყალბადური ბმებისა და ვან დერ ვაალის ძალების დასაფარად. როდესაც შემცვლელები შეჰყავთ მოლეკულურ ჯაჭვში, არა მხოლოდ შემცვლელები ანადგურებენ წყალბადის ჯაჭვს, არამედ ჯაჭვებს შორის წყალბადური ბმებიც წყდება მიმდებარე ჯაჭვებს შორის შემცვლელების ჩაჭედვის გამო. რაც უფრო დიდია შემცვლელები, მით უფრო დიდია მოლეკულებს შორის მანძილი. რაც უფრო დიდია წყალბადის ბმის ეფექტის განადგურება, ცელულოზის ბადის გაფართოება, ცელულოზის ეთერში ხსნარი ხდება წყალში ხსნადი, რაც წარმოქმნის მაღალი სიბლანტის ხსნარს. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, პოლიმერის ჰიდრატაცია მცირდება და ჯაჭვებს შორის წყალი გამოიდევნება. როდესაც გაუწყლოების ეფექტი საკმარისია, მოლეკულები იწყებენ აგრეგაციას და გელი სამგანზომილებიან ქსელში იკეცება. ნაღმტყორცნის წყლის შეკავებაზე მოქმედი ფაქტორებია ცელულოზის ეთერის სიბლანტე, დოზირება, ნაწილაკების სიწვრე და სამუშაო ტემპერატურა.

რაც უფრო მაღალია ცელულოზის ეთერის სიბლანტე, მით უკეთესია წყლის შეკავების უნარი, მით უფრო მაღალია პოლიმერული ხსნარის სიბლანტე. პოლიმერის მოლეკულური წონა (პოლიმერიზაციის ხარისხი) ასევე განისაზღვრება ჯაჭვის მოლეკულური სტრუქტურის სიგრძითა და მორფოლოგიით, ხოლო შემცვლელების რაოდენობის განაწილება პირდაპირ გავლენას ახდენს სიბლანტის დიაპაზონზე. [eta] = კმ ალფა

პოლიმერული ხსნარების შინაგანი სიბლანტე

M პოლიმერის მოლეკულური წონა

α პოლიმერის დამახასიათებელი მუდმივა

K ხსნარის სიბლანტის კოეფიციენტი

პოლიმერული ხსნარის სიბლანტე დამოკიდებულია პოლიმერის მოლეკულურ წონაზე. ცელულოზის ეთერის ხსნარების სიბლანტე და კონცენტრაცია დაკავშირებულია სხვადასხვა გამოყენებასთან. ამიტომ, თითოეულ ცელულოზის ეთერს აქვს მრავალი განსხვავებული სიბლანტის სპეციფიკაცია, სიბლანტის რეგულირება ძირითადად ტუტე ცელულოზის დაშლის, კერძოდ, ცელულოზის მოლეკულური ჯაჭვის მოტეხილობის გზით ხორციელდება.

ნაწილაკების ზომასთან დაკავშირებით, რაც უფრო წვრილია ნაწილაკი, მით უკეთ ინარჩუნებს წყალს. ცელულოზის ეთერის დიდი ნაწილაკები წყალთან შეხებისას ზედაპირი მაშინვე იხსნება და ქმნის გელს, რომელიც ახვევს მასალას, რაც ხელს უშლის წყლის მოლეკულების შეღწევას. ზოგჯერ ხანგრძლივი მორევის შემთხვევაში, თანაბრად გაფანტვა შეუძლებელია, რაც იწვევს ტალახიანი ფლოკულენტური ხსნარის ან აგლომერატის წარმოქმნას. ცელულოზის ეთერის ხსნადობა ცელულოზის ეთერის არჩევის ერთ-ერთი ფაქტორია.

ცელულოზის ეთერის გასქელება და თიქსოტროპია

ცელულოზის ეთერის მეორე ეფექტი - გასქელება დამოკიდებულია: ცელულოზის ეთერის პოლიმერიზაციის ხარისხზე, ხსნარის კონცენტრაციაზე, ძვრის სიჩქარეზე, ტემპერატურასა და სხვა პირობებზე. ხსნარის გელის წარმოქმნის თვისება უნიკალურია ალკილ ცელულოზისა და მისი მოდიფიცირებული წარმოებულებისთვის. გელის წარმოქმნის მახასიათებლები დაკავშირებულია ჩანაცვლების ხარისხთან, ხსნარის კონცენტრაციასთან და დანამატებთან. ჰიდროქსილ ალკილის მოდიფიცირებული წარმოებულებისთვის გელის თვისებები ასევე დაკავშირებულია ჰიდროქსილ ალკილის მოდიფიკაციის ხარისხთან. დაბალი სიბლანტის მქონე MC-სა და HPmc-ის კონცენტრაციით ხსნარის მოსამზადებლად შესაძლებელია 10%-15%-იანი კონცენტრაციის ხსნარის მომზადება, საშუალო სიბლანტის მქონე MC-სა და HPmc-ის მომზადება შესაძლებელია 5%-10%-იანი ხსნარით, ხოლო მაღალი სიბლანტის მქონე MC-სა და HPmc-ის მომზადება შესაძლებელია მხოლოდ 2%-3%-იანი ხსნარით, და როგორც წესი, ცელულოზის ეთერის სიბლანტე ასევე ფასდება 1%-2%-იანი ხსნარით. მაღალი მოლეკულური წონის ცელულოზის ეთერის გასქელების ეფექტურობა, ხსნარის ერთი და იგივე კონცენტრაცია, სხვადასხვა მოლეკულური წონის პოლიმერებს აქვთ განსხვავებული სიბლანტე, სიბლანტე და მოლეკულური წონა შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად: [η]=2.92×10-2 (DPn) 0.905, DPn არის მაღალი საშუალო პოლიმერიზაციის ხარისხი. დაბალი მოლეკულური წონის ცელულოზის ეთერის დამატება სამიზნე სიბლანტის მისაღწევად. მისი სიბლანტე ნაკლებად არის დამოკიდებული ძვრის სიჩქარეზე, მაღალი სიბლანტის მისაღწევად სამიზნე სიბლანტის რაოდენობა ნაკლებია, სიბლანტე დამოკიდებულია შესქელების ეფექტურობაზე. ამიტომ, გარკვეული კონსისტენციის მისაღწევად, ცელულოზის ეთერის გარკვეული რაოდენობა (ხსნარის კონცენტრაცია) და ხსნარის სიბლანტე უნდა იყოს გარანტირებული. ხსნარის გელის წარმოქმნის ტემპერატურა წრფივად მცირდება ხსნარის კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად და გელის წარმოქმნა ხდება ოთახის ტემპერატურაზე გარკვეული კონცენტრაციის მიღწევის შემდეგ. HPmc-ს აქვს მაღალი გელის წარმოქმნის კონცენტრაცია ოთახის ტემპერატურაზე.

კონსისტენციის რეგულირება ასევე შესაძლებელია ნაწილაკების ზომისა და სხვადასხვა ხარისხის მოდიფიკაციის მქონე ცელულოზის ეთერების შერჩევით. ე.წ. მოდიფიკაცია არის MC-ის ჩონჩხის სტრუქტურაში ჰიდროქსილ ალკილის ჯგუფის გარკვეული ხარისხის ჩანაცვლებით შეყვანა. ორი ჩანაცვლების ფარდობითი ჩანაცვლების მნიშვნელობების შეცვლით, ანუ მეტოქსი და ჰიდროქსილის ჯგუფების DS და MS ფარდობითი ჩანაცვლების მნიშვნელობების შეცვლით. ორი სახის ჩანაცვლების ფარდობითი ჩანაცვლების მნიშვნელობების შეცვლით, ცელულოზის ეთერის სხვადასხვა თვისებებია საჭირო.

კონსისტენციასა და მოდიფიკაციას შორის ურთიერთობა. ნახაზ 5-ში ცელულოზის ეთერის დამატება გავლენას ახდენს ნაღმტყორცნის წყლის მოხმარებაზე და ცვლის წყლისა და ცემენტის წყალ-შემკვრელის თანაფარდობას, რაც გასქელების ეფექტს წარმოადგენს. რაც უფრო მაღალია დოზა, მით მეტია წყლის მოხმარება.

ფხვნილისებრ სამშენებლო მასალებში გამოყენებული ცელულოზის ეთერები სწრაფად უნდა გაიხსნას ცივ წყალში და სისტემას სწორი კონსისტენცია მიაწოდოს. თუ მოცემული ძვრის სიჩქარე მაინც ფლოკულენტური და კოლოიდურია, ეს უხარისხო ან უხარისხო პროდუქტია.

ასევე არსებობს კარგი წრფივი კავშირი ცემენტის სუსპენზიის კონსისტენციასა და ცელულოზის ეთერის დოზას შორის, ცელულოზის ეთერს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ნაღმტყორცნის სიბლანტე, რაც უფრო დიდია დოზა, მით უფრო აშკარაა ეფექტი.

მაღალი სიბლანტის მქონე ცელულოზის ეთერის წყალხსნარს აქვს მაღალი თიქსოტროპია, რაც ცელულოზის ეთერის ერთ-ერთი მახასიათებელია. Mc ტიპის პოლიმერების წყალხსნარებს, როგორც წესი, აქვთ ფსევდოპლასტიკური, არათიქსოტროპული სითხეობა გელის ტემპერატურაზე დაბლა, მაგრამ ნიუტონისეული დინების თვისებები დაბალი ძვრის სიჩქარეების დროს. ფსევდოპლასტიურობა იზრდება ცელულოზის ეთერის მოლეკულური წონის ან კონცენტრაციის მატებასთან ერთად და არ არის დამოკიდებული ჩამნაცვლებლის ტიპსა და ხარისხზე. ამიტომ, ერთი და იგივე სიბლანტის კლასის ცელულოზის ეთერები, იქნება ეს MC, HPmc თუ HEmc, ყოველთვის ავლენენ ერთსა და იმავე რეოლოგიურ თვისებებს, სანამ კონცენტრაცია და ტემპერატურა მუდმივი რჩება. ტემპერატურის მატებისას წარმოიქმნება სტრუქტურული გელი და ხდება მაღალი თიქსოტროპული დინება. მაღალი კონცენტრაციისა და დაბალი სიბლანტის მქონე ცელულოზის ეთერები ავლენენ თიქსოტროპიას გელის ტემპერატურაზე დაბლაც კი. ეს თვისება დიდ სარგებელს მოაქვს სამშენებლო ნაღმტყორცნების კონსტრუქციისთვის მისი დინების და დინების დაკიდების თვისების რეგულირებისთვის. აქვე უნდა ავხსნათ, რომ რაც უფრო მაღალია ცელულოზის ეთერის სიბლანტე, მით უკეთ ინარჩუნებს წყალი, მაგრამ რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უფრო მაღალია ცელულოზის ეთერის ფარდობითი მოლეკულური წონა, შესაბამისად მცირდება მისი ხსნადობა, რაც უარყოფითად მოქმედებს ნაღმტყორცნის კონცენტრაციასა და კონსტრუქციულ მახასიათებლებზე. რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უფრო აშკარაა ნაღმტყორცნის გასქელების ეფექტი, მაგრამ ეს არ არის სრული პროპორციული დამოკიდებულება. ზოგიერთი დაბალი სიბლანტის მქონე, მაგრამ მოდიფიცირებული ცელულოზის ეთერი სველი ნაღმტყორცნის სტრუქტურული სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად უფრო შესანიშნავ მახასიათებლებს ავლენს, სიბლანტის ზრდასთან ერთად ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავება უმჯობესდება.