कोरड्या मिश्रित मोर्टारमध्ये सेल्युलोज इथरची भूमिका काय असते?

सेल्युलोज इथर हे नैसर्गिक सेल्युलोजला कच्चा माल म्हणून वापरून रासायनिक बदलाद्वारे बनवलेले एक कृत्रिम पॉलिमर आहे. सेल्युलोज इथर हे नैसर्गिक सेल्युलोजचे एक व्युत्पन्न आहे. सेल्युलोज इथरचे उत्पादन आणि कृत्रिम पॉलिमर यांच्या पद्धती भिन्न आहेत, कारण त्याचा सर्वात मूलभूत घटक सेल्युलोज आहे, जो एक नैसर्गिक पॉलिमर संयुग आहे. नैसर्गिक सेल्युलोजच्या संरचनेच्या विशिष्टतेमुळे, सेल्युलोजमध्ये स्वतः इथरीकरण करणाऱ्या अभिकर्मकाशी (etherifying agent) अभिक्रिया करण्याची क्षमता नसते. परंतु, सूज आणणाऱ्या अभिकर्मकाच्या (swelling agent) प्रक्रियेनंतर, रेणूंच्या साखळ्यांमधील आणि शृंखलेमधील मजबूत हायड्रोजन बंध नष्ट होतात, आणि अभिक्रिया करण्याची क्षमता असलेल्या अल्कली सेल्युलोजमध्ये हायड्रॉक्सिल गटाची क्रियाशीलता मुक्त होते. इथरीकरण करणाऱ्या अभिकर्मकाच्या —OH गटाच्या —OR गटामध्ये होणाऱ्या अभिक्रियेतून सेल्युलोज इथर मिळवला जातो.

सेल्युलोज इथरचे गुणधर्म प्रतिस्थापकांच्या प्रकार, संख्या आणि वितरणावर अवलंबून असतात. सेल्युलोज इथरचे वर्गीकरण प्रतिस्थापकांचे प्रकार, इथरीफिकेशनची पातळी, विद्राव्यता आणि संबंधित उपयोगांच्या आधारावर देखील केले जाऊ शकते. रेणू साखळीवरील प्रतिस्थापकांच्या प्रकारानुसार, त्याचे एकल इथर आणि मिश्र इथरमध्ये विभाजन केले जाऊ शकते. MC सामान्यतः एकल इथर म्हणून वापरला जातो, तर HPmc हा एक मिश्र इथर आहे. मिथाइल सेल्युलोज इथर (MC) हे एक नैसर्गिक सेल्युलोज ग्लुकोज युनिट आहे, ज्यामध्ये हायड्रॉक्सिल युनिटच्या जागी मेथॉक्साईड असते आणि त्याचे उत्पादन संरचना सूत्र [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X आहे. हायड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेल्युलोज इथर (HPmc) हे एक उत्पादन आहे, ज्यामध्ये हायड्रॉक्सिल युनिटच्या एका भागाच्या जागी मेथॉक्साईड आणि दुसऱ्या भागाच्या जागी हायड्रॉक्सीप्रोपाइल असते. याचे संरचनात्मक सूत्र [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X आहे. तसेच हायड्रॉक्सीइथाइल मिथाइल सेल्युलोज इथर (HEmc) हे बाजारात मोठ्या प्रमाणावर वापरले आणि विकले जाते.

विद्राव्यतेनुसार आयनिक प्रकार आणि नॉन-आयनिक प्रकारात विभागणी करता येते. पाण्यात विरघळणारे नॉन-आयनिक सेल्युलोज इथर हे प्रामुख्याने अल्काइल इथर आणि हायड्रॉक्सिल अल्काइल इथर या दोन प्रकारच्या श्रेणींनी बनलेले असते. आयनिक सीएमसीचा वापर प्रामुख्याने कृत्रिम डिटर्जंट, वस्त्रोद्योग, छपाई, अन्न आणि पेट्रोलियम उत्खननात होतो. नॉन-आयनिक एमसी, एचपीएमसी, एचईएमसी आणि इतरांचा वापर प्रामुख्याने बांधकाम साहित्य, लेटेक्स कोटिंग्ज, औषध, दैनंदिन रसायनशास्त्र आणि इतर क्षेत्रांमध्ये होतो. घट्ट करणारे घटक, पाणी धरून ठेवणारे घटक, स्थिरीकरण करणारे घटक, विखुरणारे घटक, फिल्म तयार करणारे घटक म्हणून त्यांचा उपयोग होतो.

सेल्युलोज इथर पाणी धारणा

बांधकाम साहित्याच्या उत्पादनात, विशेषतः कोरड्या मिश्रित मोर्टारमध्ये, सेल्युलोज इथर एक अपरिहार्य भूमिका बजावते, आणि विशेषतः विशेष मोर्टारच्या (सुधारित मोर्टार) उत्पादनात ते एक अविभाज्य भाग आहे.

मोर्टारमध्ये पाण्यात विरघळणाऱ्या सेल्युलोज इथरच्या महत्त्वाच्या भूमिकेचे मुख्यत्वे तीन पैलू आहेत, एक म्हणजे उत्कृष्ट पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता, दुसरे म्हणजे मोर्टारची सुसंगतता आणि थिक्सोट्रॉपीवरील प्रभाव आणि तिसरे म्हणजे सिमेंटसोबतची आंतरक्रिया.

सेल्युलोज इथरची पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता ही आर्द्रताशोषकतेचा आधार, मोर्टारची रचना, मोर्टारच्या थराची जाडी, मोर्टारची पाण्याची गरज आणि संघनन पदार्थाच्या संघनन वेळेवर अवलंबून असते. सेल्युलोज इथरची पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता ही त्याच्या स्वतःच्या विद्राव्यतेतून आणि निर्जलीकरणातून येते. हे सर्वज्ञात आहे की, सेल्युलोजच्या रेणूंच्या साखळ्यांमध्ये मोठ्या संख्येने उच्च जलयुक्त OH गट असूनही, त्यांच्या अत्यंत स्फटिकमय रचनेमुळे त्या पाण्यात अविद्राव्य असतात. केवळ हायड्रॉक्सिल गटांची जलयुक्तता क्षमता ही मजबूत आंतररेणवीय हायड्रोजन बंध आणि व्हॅन डर वाल्स बलांची भरपाई करण्यासाठी पुरेशी नसते. जेव्हा रेणूंच्या साखळीत प्रतिस्थापक (substituents) समाविष्ट केले जातात, तेव्हा केवळ प्रतिस्थापक हायड्रोजन साखळीच नष्ट करत नाहीत, तर लगतच्या साखळ्यांमध्ये प्रतिस्थापकांच्या अडथळ्यामुळे आंतरसाखळी हायड्रोजन बंध देखील तुटतात. प्रतिस्थापक जितके मोठे असतात, तितके रेणूंमधील अंतर जास्त असते. हायड्रोजन बंध नष्ट होण्याचा परिणाम जितका जास्त असतो, तितके सेल्युलोज जाळीचे प्रसरण होते, द्रावणातील सेल्युलोज इथर पाण्यात विरघळणारे बनते आणि उच्च स्निग्धतेचे द्रावण तयार होते. तापमान वाढल्याने, पॉलिमरचे जलयोजन कमी होते आणि साखळ्यांमधील पाणी बाहेर काढले जाते. जेव्हा निर्जलीकरणाचा परिणाम पुरेसा होतो, तेव्हा रेणू एकत्र येऊ लागतात आणि जेल त्रिमितीय जाळ्याच्या रूपात पसरते. मोर्टारच्या पाणी धरून ठेवण्याच्या क्षमतेवर परिणाम करणाऱ्या घटकांमध्ये सेल्युलोज इथरची स्निग्धता, प्रमाण, कणांचा सूक्ष्मपणा आणि वापराचे तापमान यांचा समावेश होतो.

सेल्युलोज इथरची स्निग्धता जितकी जास्त असते, तितकी पाण्याची धारणा क्षमता आणि पॉलिमर द्रावणाची स्निग्धता चांगली असते. पॉलिमरचे आण्विक वजन (पॉलिमरायझेशनची पदवी) हे साखळीच्या आण्विक संरचनेची लांबी आणि आकारविज्ञान यावर देखील अवलंबून असते, आणि प्रतिस्थापकांच्या संख्येचे वितरण थेट स्निग्धतेच्या श्रेणीवर परिणाम करते. [इटा] = केएम अल्फा

पॉलिमर द्रावणांची आंतरिक स्निग्धता

एम पॉलिमर रेणू वजन

α पॉलिमर वैशिष्ट्यपूर्ण स्थिरांक

K स्निग्धता द्रावण गुणांक

पॉलिमर द्रावणाची स्निग्धता पॉलिमरच्या रेणूभारावर अवलंबून असते. सेल्युलोज इथर द्रावणांची स्निग्धता आणि सांद्रता विविध उपयोगांशी संबंधित आहेत. त्यामुळे, प्रत्येक सेल्युलोज इथरची स्निग्धतेची अनेक वेगवेगळी वैशिष्ट्ये असतात, आणि स्निग्धतेचे नियमन देखील प्रामुख्याने अल्कली सेल्युलोजच्या विघटनाद्वारे, म्हणजेच सेल्युलोजच्या रेणूसाखळीचे तुकडे करून साधले जाते.

कणांच्या आकाराबद्दल बोलायचे झाल्यास, कण जेवढे बारीक असतील, तेवढी पाण्याची धारणाशक्ती चांगली असते. सेल्युलोज इथरचे मोठे कण पाण्याच्या संपर्कात येतात तेव्हा, त्यांचा पृष्ठभाग त्वरित विरघळतो आणि एक जेल तयार करतो, जे पदार्थाला वेढून टाकते आणि पाण्याच्या रेणूंना आत शिरण्यापासून रोखते. कधीकधी जास्त वेळ ढवळल्याने ते एकसारखे विखुरले जात नाहीत आणि विरघळत नाहीत, ज्यामुळे गढूळ, गुठळ्या असलेले द्रावण किंवा गुठळ्या तयार होतात. सेल्युलोज इथर निवडताना त्याची विद्राव्यता हा एक महत्त्वाचा घटक असतो.

सेल्युलोज इथरचे घनीकरण आणि थिक्सोट्रॉपी

सेल्युलोज इथरचा दुसरा परिणाम - घट्ट होणे - हा सेल्युलोज इथरच्या पॉलिमरायझेशनची पातळी, द्रावणाची संहती, शियर रेट, तापमान आणि इतर परिस्थितींवर अवलंबून असतो. द्रावणाचा जेल बनण्याचा गुणधर्म हा अल्काइल सेल्युलोज आणि त्याच्या सुधारित डेरिव्हेटिव्हजसाठी अद्वितीय आहे. जेल बनण्याची वैशिष्ट्ये ही प्रतिस्थापनाची पातळी, द्रावणाची संहती आणि ॲडिटिव्ह्ज यांच्याशी संबंधित असतात. हायड्रॉक्सिल अल्काइल सुधारित डेरिव्हेटिव्हजसाठी, जेलचे गुणधर्म हे हायड्रॉक्सिल अल्काइल सुधारणेच्या पातळीशी देखील संबंधित असतात. कमी स्निग्धता असलेल्या MC आणि HPmc च्या द्रावणाची संहती १०%-१५% पर्यंत, मध्यम स्निग्धता असलेल्या MC आणि HPmc ची ५%-१०% पर्यंत आणि उच्च स्निग्धता असलेल्या MC आणि HPmc ची केवळ २%-३% पर्यंत तयार केली जाऊ शकते, आणि सामान्यतः सेल्युलोज इथरची स्निग्धता देखील १%-२% द्रावणानुसार श्रेणीबद्ध केली जाते. उच्च रेण्वीय वजनाच्या सेल्युलोज इथर थिकनरची कार्यक्षमता अशी आहे की, द्रावणाची संहती समान असताना, वेगवेगळ्या रेण्वीय वजनाच्या पॉलिमरची स्निग्धता वेगवेगळी असते. स्निग्धता आणि रेण्वीय वजन खालीलप्रमाणे व्यक्त केले जाऊ शकते, [η]=2.92×10-2 (DPn) 0.905, DPn ही उच्च रेण्वीय वजनाची सरासरी पॉलिमरायझेशन डिग्री आहे. अपेक्षित स्निग्धता प्राप्त करण्यासाठी कमी रेण्वीय वजनाचा सेल्युलोज इथर जास्त प्रमाणात टाकावा लागतो. त्याची स्निग्धता शियर रेटवर कमी अवलंबून असते, उच्च स्निग्धता प्राप्त करण्यासाठी अपेक्षित स्निग्धता मिळवण्याकरिता कमी प्रमाणात टाकावा लागतो, स्निग्धता घट्ट करण्याच्या कार्यक्षमतेवर अवलंबून असते. म्हणून, एक विशिष्ट सुसंगतता प्राप्त करण्यासाठी, सेल्युलोज इथरचे एक विशिष्ट प्रमाण (द्रावणाची संहती) आणि द्रावणाची स्निग्धता यांची खात्री करणे आवश्यक आहे. द्रावणाची संहती वाढल्याने द्रावणाचे जेलेशन तापमान रेषीय पद्धतीने कमी होते आणि एक विशिष्ट संहती गाठल्यानंतर सामान्य तापमानावर जेलेशन होते. HPmc मध्ये सामान्य तापमानावर उच्च जेलेशन संहती असते.

कणांचा आकार आणि वेगवेगळ्या प्रमाणात बदल केलेले सेल्युलोज इथर निवडून सुसंगतता देखील समायोजित केली जाऊ शकते. तथाकथित बदल म्हणजे MC च्या सांगाड्याच्या संरचनेवर एका विशिष्ट प्रमाणात हायड्रॉक्सिल अल्काइल गटाचा समावेश करणे. दोन प्रतिस्थापकांच्या सापेक्ष प्रतिस्थापन मूल्यांमध्ये, म्हणजेच, मिथोक्सी आणि हायड्रॉक्सिल गटांच्या DS आणि MS सापेक्ष प्रतिस्थापन मूल्यांमध्ये बदल करून, सेल्युलोज इथरचे विविध गुणधर्म आवश्यक केले जातात.

सुसंगतता आणि सुधारणा यांमधील संबंध. आकृती ५ मध्ये, सेल्युलोज इथरच्या मिश्रणामुळे मोर्टारच्या पाण्याच्या वापरावर परिणाम होतो आणि पाणी व सिमेंटचे वॉटर-बाइंडर गुणोत्तर बदलते, हाच घट्टपणाचा परिणाम आहे. प्रमाण जितके जास्त, तितका पाण्याचा वापर जास्त.

पावडर स्वरूपातील बांधकाम साहित्यामध्ये वापरले जाणारे सेल्युलोज इथर्स थंड पाण्यात पटकन विरघळले पाहिजेत आणि त्यांनी प्रणालीला योग्य सुसंगतता प्रदान केली पाहिजे. जर दिलेल्या शियर रेटनंतरही मिश्रण कणमय आणि कलिल राहत असेल, तर ते एक निकृष्ट किंवा कमी दर्जाचे उत्पादन आहे.

सिमेंट स्लरीची सुसंगतता आणि सेल्युलोज इथरचे प्रमाण यांच्यात एक चांगला रेषीय संबंध आहे, सेल्युलोज इथर मोर्टारची चिकटपणा मोठ्या प्रमाणात वाढवू शकते, प्रमाण जितके जास्त तितका त्याचा परिणाम अधिक स्पष्ट दिसतो.

उच्च स्निग्धता असलेल्या सेल्युलोज इथरच्या जलीय द्रावणात उच्च थिक्सोट्रॉपी असते, जे सेल्युलोज इथरच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक आहे. Mc प्रकारच्या पॉलिमरच्या जलीय द्रावणांमध्ये सामान्यतः त्यांच्या जेल तापमानाखाली स्यूडोप्लास्टिक, नॉन-थिक्सोट्रॉपिक प्रवाहीपणा असतो, परंतु कमी शियर दरांवर न्यूटोनियन प्रवाही गुणधर्म असतात. स्यूडोप्लास्टिसिटी सेल्युलोज इथरच्या रेणूभारात किंवा सांद्रतेत वाढ झाल्याने वाढते आणि ती प्रतिस्थापकाच्या प्रकारावर आणि प्रमाणावर अवलंबून नसते. त्यामुळे, जोपर्यंत सांद्रता आणि तापमान स्थिर राहते, तोपर्यंत MC, HPmc किंवा HEmc यांसारख्या समान स्निग्धता श्रेणीचे सेल्युलोज इथर नेहमी समान रियोलॉजिकल गुणधर्म दर्शवतात. जेव्हा तापमान वाढते, तेव्हा स्ट्रक्चरल जेल तयार होते आणि उच्च थिक्सोट्रॉपिक प्रवाह होतो. उच्च सांद्रता आणि कमी स्निग्धता असलेले सेल्युलोज इथर जेल तापमानाखालीसुद्धा थिक्सोट्रॉपी दर्शवतात. हा गुणधर्म बांधकाम मोर्टारच्या निर्मितीसाठी त्याचा प्रवाह आणि प्रवाही लटकण्याचा गुणधर्म समायोजित करण्यासाठी खूप फायदेशीर आहे. येथे हे स्पष्ट करणे आवश्यक आहे की, सेल्युलोज इथरची स्निग्धता जितकी जास्त असते, तितकी पाण्याची धारणाशक्ती चांगली असते, परंतु स्निग्धता जितकी जास्त असते, तितकेच सेल्युलोज इथरचे सापेक्ष रेणवीय वजन जास्त असते, ज्यामुळे त्याची विद्राव्यता कमी होते, ज्याचा मोर्टारच्या सांद्रतेवर आणि बांधकाम कामगिरीवर नकारात्मक परिणाम होतो. स्निग्धता जितकी जास्त असते, तितका मोर्टारचा घट्टपणाचा परिणाम अधिक स्पष्ट दिसतो, परंतु हे पूर्णपणे समानुपाती संबंध नाही. काही कमी स्निग्धता असलेले, परंतु सुधारित सेल्युलोज इथर ओल्या मोर्टारची संरचनात्मक ताकद सुधारण्यात अधिक उत्कृष्ट कामगिरी करतात, स्निग्धता वाढल्याने सेल्युलोज इथरची पाण्याची धारणाशक्ती सुधारते.