Целлюлоза эфирі - табиғи целлюлозадан химиялық модификациялау арқылы шикізат ретінде жасалған синтетикалық полимер. Целлюлоза эфирі табиғи целлюлозаның туындысы, целлюлоза эфирін өндіру және синтетикалық полимердің айырмашылығы, оның ең негізгі материалы - целлюлоза, табиғи полимер қосылыстары. Табиғи целлюлоза құрылымының ерекшелігіне байланысты целлюлозаның өзі эфирлендіргіш агентпен әрекеттесу қабілетіне ие емес. Бірақ ісіну агентімен өңделгеннен кейін молекулалық тізбектер мен тізбектер арасындағы күшті сутектік байланыстар жойылып, гидроксил тобының белсенділігі реакция қабілетімен сілтілік целлюлозаға бөлініп, целлюлоза эфирі эфирлендіргіш агент - OH тобының - OR тобына реакциясы арқылы алынды.
Целлюлоза эфирлерінің қасиеттері орынбасарлардың түріне, санына және таралуына байланысты. Целлюлоза эфирінің жіктелуі орынбасарлардың түріне, эфирлену дәрежесіне, ерігіштігіне және онымен байланысты қолданылуына негізделген. Молекулалық тізбектегі орынбасарлардың түріне сәйкес оны бір эфир және аралас эфир деп бөлуге болады. MC әдетте бір эфир ретінде қолданылады, ал HPmc аралас эфир болып табылады. Метилцеллюлоза эфирі MC - гидроксил метоксидінің құрамындағы табиғи целлюлоза глюкоза бірлігі, оның құрылымдық формуласы [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, гидроксипропил метилцеллюлоза эфирі HPmc - гидроксил метоксидінің құрамындағы бірлік, гидроксипропил метилцеллюлоза эфирінің құрамындағы тағы бір бөлігі. Құрылымдық формуласы [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X және гидроксиэтил метилцеллюлоза эфирі HEmc, ол нарықта кеңінен қолданылады және сатылады.
Ерігіштігіне қарай иондық және иондық емес түрлерге бөлуге болады. Суда еритін иондық емес целлюлоза эфирі негізінен алкил эфирі мен гидроксил алкил эфирінің екі сериясынан тұрады. Иондық CMC негізінен синтетикалық жуғыш зат, тоқыма, баспа, тамақ және мұнай өндіруде қолданылады. Иондық емес MC, HPmc, HEmc және басқалары негізінен құрылыс материалдарында, латекс жабындарында, медицинада, күнделікті химияда және басқа да аспектілерде қолданылады. Қоюландырғыш, суды ұстайтын агент, тұрақтандырғыш, диспергатор, пленка түзетін агент ретінде қолданылады.
Целлюлоза эфирінің суды ұстауы
Құрылыс материалдарын, әсіресе құрғақ аралас ерітіндіні өндіруде целлюлоза эфирі алмастырылмайтын рөл атқарады, әсіресе арнайы ерітінді (модификацияланған ерітінді) өндірісінде оның ажырамас бөлігі болып табылады.
Суда еритін целлюлоза эфирінің ерітіндідегі маңызды рөлінің үш аспектісі бар: біріншісі - суды жақсы ұстау қабілеті, екіншісі - ерітінді консистенциясы мен тиксотропияның әсері, ал үшіншісі - цементпен әрекеттесуі.
Целлюлоза эфирінің суда ұсталуы гидроскопиялық негізге, ерітіндінің құрамына, ерітінді қабатының қалыңдығына, ерітіндінің суға деген қажеттілігіне, конденсация материалының конденсация уақытына байланысты. Целлюлоза эфирінің суда ұсталуы целлюлоза эфирінің өзінің ерігіштігі мен сусыздануынан туындайды. Целлюлоза молекулалық тізбектері, құрамында жоғары гидратталған OH топтары көп болғанымен, жоғары кристалды құрылымына байланысты суда ерімейтіні белгілі. Гидроксил топтарының гидратация қабілеті күшті молекулааралық сутектік байланыстар мен ван-дер-Ваальс күштерін өтеу үшін жеткіліксіз. Молекулалық тізбекке орынбасарлар енгізілген кезде, орынбасарлар тек сутек тізбегін ғана емес, сонымен қатар көршілес тізбектер арасындағы орынбасарлардың сыналануына байланысты тізбекаралық сутектік байланыстар да үзіледі. Орынбасарлар неғұрлым үлкен болса, молекулалар арасындағы қашықтық соғұрлым үлкен болады. Сутектік байланыстың бұзылуы, целлюлоза торының кеңеюі неғұрлым көп болса, ерітінді целлюлоза эфиріне суда еритін болады, жоғары тұтқырлық ерітіндісінің түзілуі байқалады. Температура жоғарылаған сайын полимердің гидратациясы төмендейді және тізбектер арасындағы су сыртқа шығарылады. Сусыздандыру әсері жеткілікті болған кезде, молекулалар агрегациялана бастайды және гель үш өлшемді желі түрінде бүктеледі. Ерітіндінің суды ұстап тұруына әсер ететін факторларға целлюлоза эфирінің тұтқырлығы, мөлшері, бөлшектердің ұсақтығы және қызмет көрсету температурасы жатады.
Целлюлоза эфирінің тұтқырлығы неғұрлым жоғары болса, суды ұстау қабілеті, полимер ерітіндісінің тұтқырлығы соғұрлым жақсы болады. Полимердің молекулалық салмағы (полимерлену дәрежесі) тізбектің молекулалық құрылымының ұзындығы мен морфологиясымен де анықталады, ал орынбасарлар санының таралуы тұтқырлық диапазонына тікелей әсер етеді. [eta] = Km alpha
Полимер ерітінділерінің ішкі тұтқырлығы
М полимердің молекулалық салмағы
α полимер сипаттамалық тұрақтысы
K тұтқырлық ерітіндісінің коэффициенті
Полимер ерітіндісінің тұтқырлығы полимердің молекулалық салмағына байланысты. Целлюлоза эфирі ерітінділерінің тұтқырлығы мен концентрациясы әртүрлі қолданыстармен байланысты. Сондықтан әрбір целлюлоза эфирінің тұтқырлық сипаттамалары әртүрлі, тұтқырлықты реттеу негізінен сілтілік целлюлозаның ыдырауы, атап айтқанда целлюлоза молекулалық тізбегінің үзілуі арқылы жүзеге асырылады.
Бөлшектердің өлшемі бойынша, бөлшек неғұрлым ұсақ болса, су соғұрлым жақсы сақталады. Целлюлоза эфирінің үлкен бөлшектері сумен жанасқанда, беті бірден еріп, гель түзіп, су молекулаларының енуіне жол бермейді, кейде ұзақ уақыт араластыру біркелкі таралмай, лайлы флокулентті ерітінді немесе агломерат пайда болады. Целлюлоза эфирінің ерігіштігі целлюлоза эфирін таңдау факторларының бірі болып табылады.
Целлюлоза эфирінің қоюлануы және тиксотропиясы
Целлюлоза эфирінің екінші әсері – қоюлану мыналарға байланысты: целлюлоза эфирінің полимерлену дәрежесіне, ерітінді концентрациясына, ығысу жылдамдығына, температураға және басқа жағдайларға. Ерітіндінің гельдену қасиеті алкилцеллюлозаға және оның модификацияланған туындыларына ғана тән. Гельдену сипаттамалары алмастыру дәрежесіне, ерітінді концентрациясына және қоспаларға байланысты. Гидроксил алкилді модификацияланған туындылар үшін гель қасиеттері гидроксил алкилді модификациялау дәрежесіне де байланысты. Тұтқырлығы төмен ерітінді үшін 10%-15% концентрациялы MC және HPmc ерітіндісін, орташа тұтқырлығы бар MC және HPmc ерітіндісін 5%-10% ерітіндісін, ал жоғары тұтқырлығы бар MC және HPmc ерітіндісін тек 2%-3% ерітіндісін дайындауға болады, және әдетте целлюлоза эфирінің тұтқырлығы да 1%-2% ерітіндімен бағаланады. Жоғары молекулалық салмақты целлюлоза эфирінің қоюлатқышының тиімділігі, ерітіндінің концентрациясы бірдей, әртүрлі молекулалық салмақты полимерлердің тұтқырлығы әртүрлі, тұтқырлығы және молекулалық салмағы келесідей өрнектелуі мүмкін: [η]=2.92×10-2 (DPn) 0.905, DPn - жоғары орташа полимерлену дәрежесі. Төмен молекулалық салмақты целлюлоза эфиріне мақсатты тұтқырлыққа жету үшін көбірек қосу керек. Оның тұтқырлығы ығысу жылдамдығына аз тәуелді, жоғары тұтқырлық мақсатты тұтқырлыққа жету үшін аз қосу керек, тұтқырлық қоюландыру тиімділігіне байланысты. Сондықтан белгілі бір консистенцияға жету үшін белгілі бір мөлшерде целлюлоза эфирі (ерітіндінің концентрациясы) және ерітінді тұтқырлығы кепілдендірілген болуы керек. Ерітіндінің гельдену температурасы ерітінді концентрациясының жоғарылауымен сызықтық түрде төмендейді, ал гельдену белгілі бір концентрацияға жеткеннен кейін бөлме температурасында жүреді. HPmc бөлме температурасында жоғары гельдену концентрациясына ие.
Консистенцияны бөлшектердің өлшемін және әртүрлі модификация дәрежесі бар целлюлоза эфирлерін таңдау арқылы да реттеуге болады. Модификация деп аталатын нәрсе - MC қаңқа құрылымына белгілі бір дәрежеде гидроксил алкил тобын енгізу. Екі орынбасардың салыстырмалы алмастыру мәндерін, яғни метокси мен гидроксил топтарының DS және MS салыстырмалы алмастыру мәндерін өзгерту арқылы. Екі түрдегі орынбасарлардың салыстырмалы алмастыру мәндерін өзгерту арқылы целлюлоза эфирінің әртүрлі қасиеттері қажет.
консистенция мен модификация арасындағы байланыс. 5-суретте целлюлоза эфирін қосу ерітіндінің су шығынына әсер етеді және су мен цементтің су-байланыстырғыш қатынасын өзгертеді, бұл қоюландыру әсері. Мөлшерлеме неғұрлым жоғары болса, су шығыны соғұрлым көп болады.
Ұнтақ тәрізді құрылыс материалдарында қолданылатын целлюлоза эфирлері суық суда тез еріп, жүйеге қажетті консистенцияны беруі керек. Егер берілген ығысу жылдамдығы әлі де флокулентті және коллоидты болса, бұл сапасыз немесе сапасыз өнім болып табылады.
Цемент ерітіндісінің консистенциясы мен целлюлоза эфирінің мөлшері арасында жақсы сызықтық байланыс бар, целлюлоза эфирі ерітіндінің тұтқырлығын айтарлықтай арттыра алады, доза неғұрлым көп болса, әсері соғұрлым айқын болады.
Тұтқырлығы жоғары целлюлоза эфирінің сулы ерітіндісі жоғары тиксотропияға ие, бұл целлюлоза эфирінің сипаттамаларының бірі. Mc типті полимерлердің сулы ерітінділері әдетте гель температурасынан төмен псевдопластикалық, тиксотропты емес сұйықтыққа ие, бірақ төмен ығысу жылдамдығында Ньютон ағынының қасиеттеріне ие. Псевдопластиктілік целлюлоза эфирінің молекулалық салмағының немесе концентрациясының артуымен артады және орынбасар түрі мен дәрежесіне тәуелсіз. Сондықтан, бірдей тұтқырлық дәрежесіндегі целлюлоза эфирлері, MC, HPmc немесе HEmc болсын, концентрация мен температура тұрақты болып қалғанша әрқашан бірдей реологиялық қасиеттерді көрсетеді. Температура жоғарылаған кезде құрылымдық гель түзіледі және жоғары тиксотропты ағын пайда болады. Жоғары концентрациялы және төмен тұтқырлықтағы целлюлоза эфирлері гель температурасынан төмен болса да тиксотропияны көрсетеді. Бұл қасиет құрылыс ерітіндісінің құрылысына оның ағынын және ағынның іліну қасиетін реттеу үшін үлкен пайда әкеледі. Мұнда целлюлоза эфирінің тұтқырлығы неғұрлым жоғары болса, суды ұстау соғұрлым жақсы болатынын, бірақ тұтқырлық неғұрлым жоғары болса, целлюлоза эфирінің салыстырмалы молекулалық салмағы соғұрлым жоғары болатынын, оның ерігіштігінің сәйкесінше төмендейтінін, бұл ерітінді концентрациясы мен құрылыс өнімділігіне теріс әсер ететінін түсіндіру қажет. Тұтқырлық неғұрлым жоғары болса, ерітіндінің қоюлану әсері соғұрлым айқын болады, бірақ бұл толық пропорционалды байланыс емес. Тұтқырлығы аз, бірақ дымқыл ерітіндінің құрылымдық беріктігін жақсартуда модификацияланған целлюлоза эфирі тамаша өнімділікке ие, тұтқырлықтың жоғарылауымен целлюлоза эфирінің суды ұстау жақсарады.
Жарияланған уақыты: 2022 жылғы 30 наурыз