Celiuliozės eteris yra sintetinis polimeras, pagamintas iš natūralios celiuliozės kaip žaliavos cheminės modifikacijos būdu. Celiuliozės eteris yra natūralios celiuliozės darinys, celiuliozės eterio gamyba ir sintetinis polimeras skiriasi tuo, kad pagrindinė jo medžiaga yra celiuliozė, natūralūs polimerų junginiai. Dėl natūralios celiuliozės struktūros ypatumų pati celiuliozė neturi gebėjimo reaguoti su eterinimo agentu. Tačiau po apdorojimo brinkinimo agentu stiprios vandenilinės jungtys tarp molekulinių grandinių ir grandinių buvo sunaikintos, o hidroksilo grupės aktyvumas išsiskyrė į reaguojančią šarminę celiuliozę, o celiuliozės eteris buvo gautas eterinimo agento reakcijos metu – OH grupė paverčiama – OR grupe.
Celiuliozės eterių savybės priklauso nuo pakaitų tipo, skaičiaus ir pasiskirstymo. Celiuliozės eterių klasifikacija taip pat pagrįsta pakaitų tipu, eterifikacijos laipsniu, tirpumu ir susijusiu pritaikymu. Pagal pakaitų tipą molekulinėje grandinėje juos galima suskirstyti į vieną eterį ir mišrų eterį. MC paprastai naudojamas kaip vienas eteris, o HPmc – kaip mišrus eteris. Metilceliuliozės eteris MC yra natūralus celiuliozės gliukozės vienetas prie hidroksilo, kuris yra metoksido dalis, pakeistas produktu, kurio struktūrinė formulė yra [CO₂O₂(OH)₃₅H(OCH₃)₅H]X, hidroksipropilmetilceliuliozės eteris HPmc yra vienetas prie hidroksilo, kuris yra metoksido dalis, o kita hidroksipropilo dalis – produkto, kurio struktūrinė formulė yra [C₆H₆O₂(OH)₃₅M₄(OCH₃)₅M₆[OCH₂CH(OH)₅H]₅N]X, o hidroksietilmetilceliuliozės eteris HEmc yra plačiai naudojamas ir parduodamas rinkoje.
Pagal tirpumą galima suskirstyti į joninius ir nejoninius. Vandenyje tirpus nejoninis celiuliozės eteris daugiausia sudarytas iš alkilo eterio ir hidroksilalkilo eterio, skirto į dvi rūšis. Joninis CMC daugiausia naudojamas sintetiniuose plovikliuose, tekstilės pramonėje, spausdinimo, maisto ir naftos gavybos srityse. Nejoninis MC, HPmc, HEmc ir kiti daugiausia naudojami statybinėse medžiagose, latekso dangose, medicinoje, kasdienėje chemijoje ir kitur. Jis naudojamas kaip tirštiklis, vandenį sulaikanti medžiaga, stabilizatorius, dispergentas, plėvelę formuojanti medžiaga.
Celiuliozės eterio vandens sulaikymas
Statybinių medžiagų, ypač sausų mišinių, gamyboje celiuliozės eteris vaidina nepakeičiamą vaidmenį, ypač gaminant specialų skiedinį (modifikuotą skiedinį), yra neatsiejama dalis.
Svarbus vandenyje tirpaus celiuliozės eterio vaidmuo skiedinyje daugiausia susijęs su trimis aspektais: vienas yra puikus vandens sulaikymo gebėjimas, antrasis yra skiedinio konsistencijos ir tiksotropijos įtaka, o trečiasis yra sąveika su cementu.
Celiuliozės eterio vandens sulaikymas priklauso nuo hidroskopiškumo, skiedinio sudėties, skiedinio sluoksnio storio, skiedinio vandens poreikio ir kondensacinės medžiagos kondensacijos laiko. Celiuliozės eterio vandens sulaikymas priklauso nuo paties celiuliozės eterio tirpumo ir dehidratacijos. Gerai žinoma, kad celiuliozės molekulinės grandinės, nors ir turi daug labai hidratuotų OH grupių, dėl savo labai kristalinės struktūros netirpsta vandenyje. Vien hidroksilo grupių hidratacijos gebėjimo nepakanka, kad būtų kompensuoti stiprūs tarpmolekuliniai vandeniliniai ryšiai ir van der Valso jėgos. Kai į molekulinę grandinę įvedami pakaitai, ne tik pakaitai ardo vandenilio grandinę, bet ir tarpgrandiniai vandeniliniai ryšiai nutrūksta dėl pakaitų įterpimo tarp gretimų grandinių. Kuo didesni pakaitai, tuo didesnis atstumas tarp molekulių. Kuo didesnis vandenilinių jungčių sunaikinimo efektas, celiuliozės gardelės išsiplėtimas, tirpalas celiuliozės eteryje tampa tirpus vandenyje, susidaro didelio klampumo tirpalas. Kylant temperatūrai, polimero hidratacija mažėja, o vanduo tarp grandinių išstumiamas. Kai dehidratacijos efektas yra pakankamas, molekulės pradeda agreguotis, o gelis išsilanksto į trimatį tinklą. Skiedinio vandens sulaikymo gebėjimą įtakojantys veiksniai yra celiuliozės eterio klampumas, dozavimas, dalelių smulkumas ir eksploatavimo temperatūra.
Kuo didesnis celiuliozės eterio klampumas, tuo geresnis vandens sulaikymo rodiklis – polimero tirpalo klampumas. Polimero molekulinę masę (polimerizacijos laipsnį) taip pat lemia grandinės molekulinės struktūros ilgis ir morfologija, o pakaitų skaičiaus pasiskirstymas tiesiogiai veikia klampumo diapazoną. [eta] = Km alfa
Polimerų tirpalų vidinis klampumas
M polimero molekulinė masė
α polimero charakteristikos konstanta
K klampumo tirpalo koeficientas
Polimero tirpalo klampumas priklauso nuo polimero molekulinės masės. Celiuliozės eterio tirpalo klampumas ir koncentracija yra susiję su įvairiais pritaikymais. Todėl kiekvienas celiuliozės eteris turi daug skirtingų klampumo specifikacijų, o klampumo reguliavimas daugiausia pasiekiamas skaidant šarminę celiuliozę, t. y. nutraukiant celiuliozės molekulinę grandinę.
Kalbant apie dalelių dydį, kuo smulkesnė dalelė, tuo geriau ji sulaiko vandenį. Didelės celiuliozės eterio dalelės, kontaktuodamos su vandeniu, greitai ištirpsta paviršiuje ir sudaro gelį, kuris apgaubia medžiagą ir neleidžia vandens molekulėms toliau prasiskverbti. Kartais ilgai maišant, ištirpęs tirpalas negali būti tolygiai paskirstytas, susidaro drumstas flokuliuojantis tirpalas arba aglomeratas. Celiuliozės eterio tirpumas yra vienas iš veiksnių, lemiančių celiuliozės eterio pasirinkimą.
Celiuliozės eterio tirštėjimas ir tiksotropija
Antrasis celiuliozės eterio poveikis – tirštėjimas – 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. Hidroksilalkilo modifikuotų darinių gelio savybės taip pat susijusios su hidroksilalkilo modifikavimo laipsniu. Mažos klampos MC ir HPmc tirpalo koncentracijai galima paruošti 10–15 % koncentracijos tirpalą, vidutinės klampos MC ir HPmc – 5–10 % tirpalą, o didelės klampos MC ir HPmc – tik 2–3 % tirpalą, o celiuliozės eterio klampumas paprastai taip pat graduojamas kas 1–2 % tirpalą. Didelės molekulinės masės celiuliozės eterio tirštiklio efektyvumas, esant tokiai pačiai tirpalo koncentracijai, skirtingos molekulinės masės polimerai turi skirtingą klampumą. Klampumą ir molekulinę masę galima išreikšti taip: [η] = 2,92 × 10⁻² (DPn) 0,905, DPn yra vidutinis didelės molekulinės masės celiuliozės eterio polimerizacijos laipsnis. Mažos molekulinės masės celiuliozės eterio reikia pridėti daugiau, kad būtų pasiektas tikslinis klampumas. Jo klampumas mažiau priklauso nuo šlyties greičio, didelis klampumas reikalingas norint pasiekti tikslinį klampumą, reikia pridėti mažiau, 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 stingimo temperatūra tiesiškai mažėjo didėjant tirpalo koncentracijai, o stingimas įvyko kambario temperatūroje, pasiekus tam tikrą koncentraciją. HPmc turi didelę stingimo koncentraciją kambario temperatūroje.
Konsistenciją taip pat galima reguliuoti parenkant dalelių dydį ir skirtingo modifikavimo laipsnio celiuliozės eterius. Vadinamoji modifikacija – tai hidroksilalkilo grupės įvedimas į MC skeleto struktūrą su tam tikru pakeitimo laipsniu. Keičiant dviejų pakaitų santykines pakeitimo vertes, t. y. metoksi ir hidroksilo grupių santykines pakeitimo vertes DS ir MS. Keičiant dviejų rūšių pakaitų santykines pakeitimo vertes, gaunamos įvairios celiuliozės eterio savybės.
konsistencijos ir modifikacijos ryšys. 5 paveiksle parodyta, kaip celiuliozės eterio pridėjimas turi įtakos skiedinio vandens sunaudojimui ir keičia vandens bei cemento vandens ir rišiklio santykį, t. y. tirštėjimo efektą. Kuo didesnė dozė, tuo didesnis vandens sunaudojimas.
Miltelių pavidalo statybinėse medžiagose naudojami celiuliozės eteriai turi greitai ištirpti šaltame vandenyje ir suteikti sistemai tinkamą konsistenciją. Jei esant tam tikram šlyties greičiui vis dar yra flokuliarūs ir koloidiniai, tai yra nekokybiškas produktas.
Taip pat yra geras tiesinis ryšys tarp cemento skiedinio konsistencijos ir celiuliozės eterio dozės, celiuliozės eteris gali labai padidinti skiedinio klampumą, kuo didesnė dozė, tuo akivaizdesnis poveikis.
Didelės klampos vandeninis celiuliozės eterio tirpalas pasižymi didele tiksotropija, kuri yra viena iš celiuliozės eterio savybių. Mc tipo polimerų vandeniniai tirpalai paprastai pasižymi pseudoplastiniu, netiksotropiniu takumu žemesnėje nei jų gelio temperatūra, tačiau esant mažam šlyties greičiui, jie pasižymi Niutono tekėjimo savybėmis. Pseudoplastiškumas didėja didėjant celiuliozės eterio molekulinei masei arba koncentracijai ir nepriklauso nuo pakaitų tipo ir laipsnio. Todėl to paties klampumo laipsnio celiuliozės eteriai, nesvarbu, ar tai MC, HPmc, ar HEmc, visada pasižymi tomis pačiomis reologinėmis savybėmis, kol koncentracija ir temperatūra išlieka pastovios. Kai temperatūra kyla, susidaro struktūrinis gelis ir atsiranda didelis tiksotropinis tekėjimas. Didelės koncentracijos ir mažos klampos celiuliozės eteriai pasižymi tiksotropija net žemesnėje nei gelio temperatūra. Ši savybė yra labai naudinga statybinių skiedinių konstrukcijoms, siekiant reguliuoti jų tekėjimą ir tekėjimo stabilumą. Čia reikia paaiškinti, kad kuo didesnė celiuliozės eterio klampa, tuo geresnis vandens sulaikymas, tačiau kuo didesnė klampa, tuo didesnė santykinė celiuliozės eterio molekulinė masė, atitinkamai sumažėja jo tirpumas, o tai neigiamai veikia skiedinio koncentraciją ir konstrukcijos eksploatacines savybes. Kuo didesnis klampumas, tuo labiau pastebimas skiedinio tirštėjimo poveikis, tačiau tai nėra visiškai proporcingas ryšys. Nors klampumas yra mažas, modifikuotas celiuliozės eteris pagerina šlapio skiedinio struktūrinį stiprumą, o didėjant klampumui, pagerėja celiuliozės eterio vandens sulaikymas.
Įrašo laikas: 2022 m. kovo 30 d.