Paruoštame skiedinyje celiuliozės eterio pridedama labai mažai, tačiau jis gali žymiai pagerinti šlapio skiedinio eksploatacines savybes ir yra pagrindinis priedas, turintis įtakos skiedinio konstrukcinėms savybėms. Protingas skirtingų rūšių, skirtingo klampumo, skirtingo dalelių dydžio, skirtingo klampumo laipsnio ir pridėtų kiekių celiuliozės eterių pasirinkimas turės teigiamos įtakos sauso miltelių pavidalo skiedinio eksploatacinių savybių gerinimui. Šiuo metu daugelis mūro ir tinkavimo skiedinių pasižymi prastu vandens sulaikymo savybėmis, o vandens suspensija atsiskiria po kelių minučių pastovėjimo. Vandens sulaikymas yra svarbi metilceliuliozės eterio savybė, į kurią atkreipia dėmesį daugelis vietinių sauso mišinio gamintojų, ypač pietiniuose regionuose, kuriuose yra aukšta temperatūra. Sauso mišinio vandens sulaikymo poveikį įtakojantys veiksniai yra pridėto MC kiekis, MC klampumas, dalelių smulkumas ir naudojimo aplinkos temperatūra.
1. Koncepcija
Celiuliozės eteris yra sintetinis polimeras, pagamintas iš natūralios celiuliozės cheminės modifikacijos būdu. Celiuliozės eteris yra natūralios celiuliozės darinys. Celiuliozės eterio gamyba skiriasi nuo sintetinių polimerų. Jo pagrindinė medžiaga yra celiuliozė, natūralus polimerinis junginys. Dėl natūralios celiuliozės struktūros ypatumų pati celiuliozė neturi gebėjimo reaguoti su eterinimo agentais. Tačiau po apdorojimo brinkinimo agentu stiprios vandenilinės jungtys tarp molekulinių grandinių ir grandinių yra sunaikinamos, o aktyvus hidroksilo grupės atpalaidavimas tampa reaktyvia šarmine celiuliozė. Gaunamas celiuliozės eteris.
Celiuliozės eterių savybės priklauso nuo pakaitų tipo, skaičiaus ir pasiskirstymo. Celiuliozės eterių klasifikacija taip pat grindžiama pakaitų tipu, eterifikacijos laipsniu, tirpumu ir susijusiomis taikymo savybėmis. Pagal pakaitų tipą molekulinėje grandinėje juos galima suskirstyti į monoeterius ir mišrius eterius. Paprastai naudojamas MC yra monoeteris, o HPMC – mišrus eteris. Metilceliuliozės eteris MC yra produktas, gaunamas pakeitus natūralios celiuliozės gliukozės vieneto hidroksilo grupę metoksi grupe. Tai produktas, gaunamas dalį vieneto hidroksilo grupės pakeičiant metoksi grupe, o kitą dalį – hidroksipropilo grupe. Struktūrinė formulė yra [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x Hidroksietilmetilceliuliozės eteris HEMC, tai yra pagrindinės rinkoje plačiai naudojamos ir parduodamos rūšys.
Pagal tirpumą jį galima suskirstyti į joninius ir nejoninius. Vandenyje tirpūs nejoniniai celiuliozės eteriai daugiausia sudaryti iš dviejų alkileterių ir hidroksialkileterių serijų. Joninis CMC daugiausia naudojamas sintetiniuose plovikliuose, tekstilės marginime ir dažyme, maisto ir naftos žvalgyboje. Nejoninis MC, HPMC, HEMC ir kt. daugiausia naudojami statybinėse medžiagose, latekso dangose, medicinoje, kasdienėse chemijos srityse ir kt. Naudojamas kaip tirštiklis, vandenį sulaikanti medžiaga, stabilizatorius, dispergentas ir plėvelę formuojanti medžiaga.
Antra, celiuliozės eterio vandens sulaikymas
Celiuliozės eterio vandens sulaikymas: Statybinių medžiagų, ypač sausų miltelių skiedinio, gamyboje celiuliozės eteris vaidina nepakeičiamą vaidmenį, ypač gaminant specialų skiedinį (modifikuotą skiedinį), jis yra nepakeičiamas ir svarbus komponentas.
Vandenyje tirpaus celiuliozės eterio vaidmuo skiedinyje daugiausia susijęs su trimis aspektais: puikiu vandens sulaikymo gebėjimu, įtaka skiedinio konsistencijai ir tiksotropijai, o trečia – sąveika su cementu. Celiuliozės eterio vandens sulaikymo poveikis priklauso nuo pagrindo sluoksnio vandens įgeriamumo, skiedinio sudėties, skiedinio sluoksnio storio, skiedinio vandens poreikio ir stingstančios medžiagos stingimo laiko. Pačio celiuliozės eterio vandens sulaikymas atsiranda dėl paties celiuliozės eterio tirpumo ir dehidratacijos. Kaip visi žinome, nors celiuliozės molekulinėje grandinėje yra daug labai hidratuojamų OH grupių, ji netirpsta vandenyje, nes celiuliozės struktūra pasižymi dideliu kristališkumo laipsniu.
Vien hidroksilo grupių hidratacijos gebėjimo nepakanka, kad būtų padengtos stiprios vandenilinės jungtys ir van der Valso jėgos tarp molekulių. Todėl ji tik brinksta, bet netirpsta vandenyje. Kai į molekulinę grandinę įvedamas pakaitas, ne tik pakaitas suardo vandenilio grandinę, bet ir tarpgrandiniai vandeniliniai ryšiai suardomi dėl pakaito įstrigimo tarp gretimų grandinių. Kuo didesnis pakaitas, tuo didesnis atstumas tarp molekulių. Kuo didesnis atstumas. Kuo didesnis vandenilinių jungčių ardymo efektas, celiuliozės eteris, išsiplėtęs celiuliozės gardelei ir patekęs į tirpalą, tampa tirpus vandenyje, sudarydamas didelio klampumo tirpalą. Kylant temperatūrai, polimero hidratacija susilpnėja, o vanduo tarp grandinių yra išstumiamas. Kai dehidratacijos efektas yra pakankamas, molekulės pradeda agreguotis, sudarydamos trimatę tinklinę gelio struktūrą ir išsilanksto.
Skiedinio vandens sulaikymą įtakojantys veiksniai yra celiuliozės eterio klampumas, įmaišomo kiekio, dalelių smulkumo ir naudojimo temperatūros rodikliai:
Kuo didesnis celiuliozės eterio klampumas, tuo geresnis vandens sulaikymo rodiklis. Klampumas yra svarbus MC charakteristikų parametras. Šiuo metu skirtingi MC gamintojai naudoja skirtingus MC klampumo matavimo metodus ir prietaisus. Pagrindiniai metodai yra Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde ir Brookfield. To paties produkto klampumo rezultatai, išmatuoti skirtingais metodais, labai skiriasi, o kai kurie netgi dvigubai. Todėl lyginant klampumą, reikia atlikti palyginimą tarp tų pačių bandymo metodų, įskaitant temperatūros, rotoriaus ir kt.
Apskritai, kuo didesnis klampumas, tuo geresnis vandens sulaikymo efektas. Tačiau kuo didesnis klampumas ir didesnė MC molekulinė masė, tuo mažesnis jo tirpumas neigiamai paveiks skiedinio stiprumą ir konstrukcines savybes. Kuo didesnis klampumas, tuo akivaizdesnis skiedinio tirštėjimo poveikis, tačiau jis nėra tiesiogiai proporcingas. Kuo didesnis klampumas, tuo klampesnis bus šlapias skiedinys, t. y. statybos metu jis prilimpa prie grandiklio ir pasižymi dideliu sukibimu su pagrindu. Tačiau tai nepadeda padidinti paties šlapio skiedinio konstrukcinio stiprumo. Statybos metu atsparumas įdubimui nėra akivaizdus. Priešingai, kai kurie vidutinio ir mažo klampumo, bet modifikuoti metilceliuliozės eteriai puikiai gerina šlapio skiedinio konstrukcinį stiprumą.
Kuo didesnis celiuliozės eterio kiekis pridedamas prie skiedinio, tuo geresnis vandens sulaikymo rodiklis, o kuo didesnis klampumas, tuo geresnis vandens sulaikymo rodiklis.
Kalbant apie dalelių dydį, kuo smulkesnė dalelė, tuo geriau ji sulaiko vandenį. Didelėms celiuliozės eterio dalelėms kontaktuojant su vandeniu, paviršius iš karto ištirpsta ir sudaro gelį, kuris apgaubia medžiagą ir neleidžia vandens molekulėms toliau prasiskverbti. Kartais net ir ilgai maišant, medžiaga negali būti tolygiai disperguota ir ištirpinta, todėl susidaro drumstas flokuliuojantis tirpalas arba aglomeracija. Tai labai veikia celiuliozės eterio vandens sulaikymą, o tirpumas yra vienas iš veiksnių, lemiančių celiuliozės eterio pasirinkimą.
Smulkumas taip pat yra svarbus metilceliuliozės eterio eksploatacinių savybių rodiklis. Sausiems miltelių pavidalo skiediniui naudojamas MC turi būti milteliai, kuriuose yra mažai vandens, o smulkumas taip pat reikalauja, kad 20–60 % dalelių būtų mažesnės nei 63 μm. Smulkumas turi įtakos metilceliuliozės eterio tirpumui. Stambus MC paprastai yra granuliuotas ir lengvai tirpsta vandenyje be aglomeratų, tačiau tirpimo greitis yra labai mažas, todėl netinka naudoti sausuose miltelių pavidalo skiedinyje. Sausuose miltelių pavidalo skiedinyje MC yra išsklaidytas tarp cemento medžiagų, tokių kaip užpildas, smulkus užpildas ir cementas, ir tik pakankamai smulkūs milteliai gali išvengti metilceliuliozės eterio aglomeratų susidarymo maišant su vandeniu. Kai MC pridedama su vandeniu, kad ištirptų aglomeratai, jį labai sunku išsklaidyti ir ištirpinti.
Stambus MC smulkumas yra ne tik švaistymas, bet ir sumažina vietinį skiedinio stiprumą. Kai toks sausų miltelių skiedinys užtepamas dideliame plote, vietinio sausų miltelių skiedinio kietėjimo greitis labai sumažėja, o dėl skirtingo kietėjimo laiko atsiranda įtrūkimų. Mechaninės konstrukcijos purškiamam skiediniui smulkumo reikalavimas yra didesnis dėl trumpesnio maišymo laiko.
MC smulkumas taip pat turi tam tikrą įtaką jo vandens sulaikymui. Apskritai, jei metilceliuliozės eteris yra tokio paties klampumo, bet skirtingo smulkumo ir į jį įpilama tiek pat metilceliuliozės, kuo smulkesnis, tuo geresnis vandens sulaikymo efektas.
MC vandens sulaikymas taip pat susijęs su naudojama temperatūra, o metilceliuliozės eterio vandens sulaikymas mažėja didėjant temperatūrai. Tačiau realiose medžiagų panaudojimo srityse sausų miltelių pavidalo skiedinys dažnai naudojamas ant karštų pagrindų aukštoje temperatūroje (aukštesnėje nei 40 laipsnių) įvairiose aplinkose, pavyzdžiui, vasarą tinkuojant išorines sienas saulėje, o tai dažnai pagreitina cemento kietėjimą ir sausų miltelių pavidalo skiedinio kietėjimą. Dėl vandens sulaikymo greičio sumažėjimo akivaizdžiai paveikiamos ir darbinės savybės, ir atsparumas įtrūkimams, todėl ypač svarbu sumažinti temperatūros veiksnių įtaką tokiomis sąlygomis.
Nors metilhidroksietilceliuliozės eterio priedai šiuo metu laikomi technologinės plėtros priešakyje, jų priklausomybė nuo temperatūros vis tiek silpnins sausų miltelių pavidalo skiedinio eksploatacines savybes. Nors metilhidroksietilceliuliozės kiekis padidėja (vasaros formulė), skiedinio darbingumas ir atsparumas įtrūkimams vis tiek neatitinka naudojimo poreikių. Dėl specialių MC apdorojimo būdų, pvz., padidinus eterifikacijos laipsnį ir pan., vandens sulaikymo efektą galima išlaikyti aukštesnėje temperatūroje, kad būtų užtikrintas geresnis veikimas atšiauriomis sąlygomis.
3. Celiuliozės eterio tirštėjimas ir tiksotropija
Celiuliozės eterio tirštėjimas ir tiksotropija: Antroji celiuliozės eterio funkcija – tirštinimo efektas – priklauso nuo: celiuliozės eterio polimerizacijos laipsnio, tirpalo koncentracijos, šlyties greičio, temperatūros ir kitų sąlygų. Tirpalo stingimo savybė būdinga tik alkilceliuliozei ir jos modifikuotiems dariniams. Stingimo savybės susijusios su pakeitimo laipsniu, tirpalo koncentracija ir priedais. Hidroksialkilo modifikuotų darinių stingimo savybės taip pat susijusios su hidroksialkilo modifikavimo laipsniu. Mažo klampumo MC ir HPMC galima paruošti 10–15 % tirpalą, vidutinio klampumo MC ir HPMC galima paruošti 5–10 % tirpalą, o didelio klampumo MC ir HPMC galima paruošti tik 2–3 % tirpalą. Paprastai celiuliozės eterio klampumo klasifikacija taip pat skirstoma į 1–2 % tirpalą.
Didelės molekulinės masės celiuliozės eteris pasižymi dideliu tirštinimo efektyvumu. Tos pačios koncentracijos tirpale skirtingos molekulinės masės polimerai turi skirtingą klampumą. Aukštas klampumo laipsnis. Tikslinį klampumą galima pasiekti tik pridedant didelį kiekį mažos molekulinės masės celiuliozės eterio. Jo klampumas mažai priklauso nuo šlyties greičio, o esant didelei klampai pasiekiamas tikslinis klampumas, reikalingas nedidelis priedas, o klampumas priklauso nuo tirštinimo efektyvumo. Todėl norint pasiekti tam tikrą konsistenciją, reikia užtikrinti tam tikrą celiuliozės eterio kiekį (tirpalo koncentraciją) ir tirpalo klampumą. Tirpalo gelio temperatūra taip pat tiesiškai mažėja didėjant tirpalo koncentracijai, o pasiekus tam tikrą koncentraciją, kambario temperatūroje jis virsta geliu. HPMC stingimo koncentracija kambario temperatūroje yra gana didelė.
Konsistenciją taip pat galima reguliuoti parenkant dalelių dydį ir skirtingo modifikavimo laipsnio celiuliozės eterius. Vadinamoji modifikacija – tai tam tikro laipsnio hidroksialkilo grupių pakeitimas MC skeleto struktūroje. Keičiant dviejų pakaitų santykines pakeitimo vertes, t. y. metoksi- ir hidroksialkilo grupių DS ir ms santykines pakeitimo vertes, kaip dažnai sakome. Įvairūs celiuliozės eterio eksploataciniai reikalavimai gali būti pasiekti keičiant dviejų pakaitų santykines pakeitimo vertes.
Ryšys tarp konsistencijos ir modifikacijos: celiuliozės eterio pridėjimas turi įtakos skiedinio vandens sunaudojimui, keičiant vandens ir cemento santykį, atsiranda tirštėjimo efektas – kuo didesnė dozė, tuo didesnis vandens sunaudojimas.
Miltelių pavidalo statybinėse medžiagose naudojami celiuliozės eteriai turi greitai ištirpti šaltame vandenyje ir užtikrinti tinkamą sistemos konsistenciją. Esant tam tikram šlyties greičiui, jie vis tiek tampa flokuliarūs ir koloidiniai blokai, o tai yra nekokybiškas produktas.
Taip pat yra geras tiesinis ryšys tarp cemento pastos konsistencijos ir celiuliozės eterio dozės. Celiuliozės eteris gali labai padidinti skiedinio klampumą. Kuo didesnė dozė, tuo akivaizdesnis poveikis. Didelės klampos celiuliozės eterio vandeninis tirpalas pasižymi didele tiksotropija, kuri taip pat yra pagrindinė celiuliozės eterio savybė. MC polimerų vandeniniai tirpalai paprastai pasižymi pseudoplastiniu ir netiksotropiniu takumu žemiau gelio temperatūros, tačiau esant mažam šlyties greičiui, jie pasižymi Niutono takumo savybėmis. Pseudoplastiškumas didėja didėjant celiuliozės eterio molekulinei masei arba koncentracijai, nepriklausomai nuo pakaito tipo ir pakeitimo laipsnio. Todėl tos pačios klampos klasės celiuliozės eteriai, nepriklausomai nuo MC, HPMC, HEMC, visada pasižymės tomis pačiomis reologinėmis savybėmis, jei koncentracija ir temperatūra bus pastovios.
Pakilus temperatūrai, susidaro struktūriniai geliai, kurie pasižymi labai tiksotropiniu tekėjimu. Didelės koncentracijos ir mažos klampos celiuliozės eteriai pasižymi tiksotropija net žemesnėje nei gelio temperatūra. Ši savybė yra labai naudinga reguliuojant statybinio skiedinio išlyginimą ir įdubimą. Čia reikia paaiškinti, kad kuo didesnis celiuliozės eterio klampumas, tuo geresnis vandens sulaikymas, tačiau kuo didesnis klampumas, tuo didesnė santykinė celiuliozės eterio molekulinė masė ir atitinkamai sumažėja jo tirpumas, o tai neigiamai veikia skiedinio koncentraciją ir konstrukcijos eksploatacines savybes. Kuo didesnis klampumas, tuo akivaizdesnis skiedinio tirštėjimo poveikis, tačiau jis nėra visiškai proporcingas. Kai kurie vidutinio ir mažo klampumo celiuliozės eteriai geriau gerina šlapio skiedinio struktūrinį stiprumą. Padidėjus klampumui, pagerėja celiuliozės eterio vandens sulaikymas. 4. Celiuliozės eterio sulėtėjimas
Celiuliozės eterio lėtinimas: Trečioji celiuliozės eterio funkcija yra lėtinti cemento hidratacijos procesą. Celiuliozės eteris suteikia skiediniui įvairių naudingų savybių, taip pat sumažina ankstyvąją cemento hidratacijos šilumą ir lėtina cemento hidratacijos dinaminį procesą. Tai nepalanku naudoti skiedinį šaltuose regionuose. Šį lėtinimo efektą sukelia celiuliozės eterio molekulių adsorbcija ant hidratacijos produktų, tokių kaip CSH ir Ca(OH)2. Dėl padidėjusio porų tirpalo klampumo celiuliozės eteris sumažina jonų judrumą tirpale, taip lėtindamas hidratacijos procesą.
Įrašo laikas: 2023 m. vasario 4 d.