Éter celulózy je syntetický polymér vyrobený z prírodnej celulózy ako suroviny chemickou modifikáciou. Éter celulózy je derivát prírodnej celulózy, výroba éteru celulózy a syntetického polyméru sa líši, jeho najzákladnejšou zložkou je celulóza, prírodné polymérne zlúčeniny. Vzhľadom na špecifickú štruktúru prírodnej celulózy celulóza sama o sebe nemá schopnosť reagovať s éterifikačným činidlom. Po spracovaní napučiavacím činidlom sa však silné vodíkové väzby medzi molekulárnymi reťazcami a reťazcami zničia a aktivita hydroxylovej skupiny sa uvoľní do alkalickej celulózy s reakčnou schopnosťou, čím sa reakciou éterifikačného činidla - OH skupina na - OR skupina získa éter celulózy.
Vlastnosti éterov celulózy závisia od typu, počtu a distribúcie substituentov. Klasifikácia éterov celulózy je tiež založená na type substituentov, stupni éterifikácie, rozpustnosti a súvisiacom použití. Podľa typu substituentov v molekulárnom reťazci sa delí na jednoduchý éter a zmiešaný éter. MC sa zvyčajne používa ako jednoduchý éter, zatiaľ čo HPmc je zmiešaný éter. Éter metylcelulózy MC je prírodná celulózová glukózová jednotka na hydroxylovej skupine, ktorá je nahradená metoxidom a má štruktúrny vzorec [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X. Éter hydroxypropylmetylcelulózy HPmc je hydroxylová jednotka, ktorá je nahradená metoxidom a ďalšou hydroxypropylovou jednotkou. Štruktúrny vzorec je [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X a éter hydroxyetylmetylcelulózy HEmc je široko používaný a predávaný na trhu.
Podľa rozpustnosti sa delí na iónový a neiónový typ. Vo vode rozpustný neiónový éter celulózy sa skladá hlavne z dvoch druhov alkyléterov a hydroxylalkyléterov. Iónový CMC sa používa hlavne v syntetických detergentoch, textilnom, tlačiarenskom, potravinárskom a ropnom priemysle. Neiónový MC, HPMC, HEmc a ďalšie sa používajú hlavne v stavebných materiáloch, latexových náteroch, medicíne, každodennej chémii a ďalších oblastiach. Ako zahusťovadlo, činidlo na zadržiavanie vody, stabilizátor, dispergačné činidlo a filmotvorné činidlo.
Zadržiavanie vody v celulózovom éteri
Pri výrobe stavebných materiálov, najmä suchých maltových zmesí, zohráva éter celulózy nenahraditeľnú úlohu, najmä pri výrobe špeciálnych malt (modifikovaných malt) je nepostrádateľnou súčasťou.
Dôležitá úloha vo vode rozpustného éteru celulózy v malte má hlavne tri aspekty: prvým je vynikajúca schopnosť zadržiavať vodu, druhým je vplyv konzistencie malty a tixotropie a tretím je interakcia s cementom.
Retencia vody v éteri celulózy závisí od hydroskopickosti, zloženia malty, hrúbky vrstvy malty, spotreby vody v malte a času kondenzácie kondenzačného materiálu. Retencia vody v éteri celulózy pochádza z rozpustnosti a dehydratácie samotného éteru celulózy. Je dobre známe, že molekulárne reťazce celulózy, hoci obsahujú veľké množstvo vysoko hydratovaných OH skupín, sú nerozpustné vo vode kvôli svojej vysoko kryštalickej štruktúre. Samotná hydratačná schopnosť hydroxylových skupín nestačí na pokrytie silných intermolekulárnych vodíkových väzieb a van der Waalsových síl. Keď sa do molekulárneho reťazca zavedú substituenty, nielenže substituenty ničia vodíkový reťazec, ale aj medzireťazcové vodíkové väzby sa prerušia v dôsledku zaklinenia substituentov medzi susednými reťazcami. Čím sú substituenty väčšie, tým väčšia je vzdialenosť medzi molekulami. Čím väčší je efekt deštrukcie vodíkových väzieb, tým je celulózová mriežka roztiahnutá, roztok v éteri celulózy sa stáva vo vode rozpustným a vzniká roztok s vysokou viskozitou. S rastúcou teplotou sa hydratácia polyméru znižuje a voda medzi reťazcami je vytlačená. Keď je dehydratačný účinok dostatočný, molekuly sa začnú agregovať a gél sa rozvinie do trojrozmernej siete. Medzi faktory ovplyvňujúce zadržiavanie vody v malte patrí viskozita celulózového éteru, dávkovanie, jemnosť častíc a prevádzková teplota.
Čím vyššia je viskozita celulózového éteru, tým lepšia je schopnosť zadržiavať vodu, teda viskozita polymérneho roztoku. Molekulová hmotnosť (stupeň polymerizácie) polyméru je tiež určená dĺžkou a morfológiou molekulárnej štruktúry reťazca a rozloženie počtu substituentov priamo ovplyvňuje rozsah viskozity. [eta] = Km alfa
Vnútorná viskozita polymérnych roztokov
molekulová hmotnosť polyméru M
charakteristická konštanta α polyméru
Koeficient viskozity roztoku K
Viskozita polymérneho roztoku závisí od molekulovej hmotnosti polyméru. Viskozita a koncentrácia roztokov éterov celulózy súvisia s rôznymi aplikáciami. Preto má každý éter celulózy mnoho rôznych špecifikácií viskozity, regulácia viskozity sa dosahuje hlavne degradáciou alkalickej celulózy, konkrétne rozbitím molekulárneho reťazca celulózy.
Čo sa týka veľkosti častíc, čím jemnejšia je časť, tým lepšie zadržiava vodu. Veľké častice celulózového éteru pri kontakte s vodou sa okamžite rozpustia na povrchu a vytvoria gél, ktorý obalí materiál a zabráni molekulám vody v ďalšom prenikaní. Niekedy sa pri dlhom miešaní nedarí rozpustiť rovnomerne, čo vedie k tvorbe kalného vločkovitého roztoku alebo aglomerátu. Rozpustnosť celulózového éteru je jedným z faktorov pri výbere celulózového éteru.
Zahusťovanie a tixotropia éteru celulózy
Druhý účinok éteru celulózy – zahusťovanie, závisí od: stupňa polymerizácie éteru celulózy, koncentrácie roztoku, šmykovej rýchlosti, teploty a ďalších podmienok. Gélovitá vlastnosť roztoku je jedinečná pre alkylcelulózu a jej modifikované deriváty. Gélovité vlastnosti súvisia so stupňom substitúcie, koncentráciou roztoku a prísadami. V prípade modifikovaných derivátov hydroxylalkylom sú gélové vlastnosti tiež spojené so stupňom modifikácie hydroxylalkylom. Pre koncentráciu roztoku s nízkou viskozitou je možné pripraviť roztok MC a HPmc s koncentráciou 10 % – 15 %, pre stredne viskózne MC a HPmc je možné pripraviť roztok s koncentráciou 5 % – 10 % a pre vysoko viskózne MC a HPmc je možné pripraviť iba roztok s koncentráciou 2 % – 3 % a viskozita éteru celulózy sa zvyčajne odstupňova aj o 1 % – 2 % roztok. Účinnosť zahusťovadla na báze éteru celulózy s vysokou molekulovou hmotnosťou, pri rovnakej koncentrácii roztoku, majú polyméry s rôznou molekulovou hmotnosťou rôznu viskozitu, viskozitu a molekulovú hmotnosť možno vyjadriť takto: [η] = 2,92 × 10⁻² (DPn) = 0,905, kde DPn je priemerný stupeň polymerizácie s vysokou molekulovou hmotnosťou. Pre dosiahnutie cieľovej viskozity je potrebné pridať viac éteru celulózy s nízkou molekulovou hmotnosťou. Jeho viskozita je menej závislá od šmykovej rýchlosti, na dosiahnutie cieľovej viskozity je potrebné pridať menšie množstvo a viskozita závisí od účinnosti zahusťovania. Preto na dosiahnutie určitej konzistencie musí byť zaručené určité množstvo éteru celulózy (koncentrácia roztoku) a viskozita roztoku. Teplota gélovatenia roztoku lineárne klesá so zvyšujúcou sa koncentráciou roztoku a gélovatenie prebieha pri izbovej teplote po dosiahnutí určitej koncentrácie. HPMC má vysokú gélovatiteľnú koncentráciu pri izbovej teplote.
Konzistenciu je možné upraviť aj výberom veľkosti častíc a éterov celulózy s rôznym stupňom modifikácie. Takzvaná modifikácia je zavedenie hydroxylalkylovej skupiny s určitým stupňom substitúcie do štruktúry kostry MC. Zmenou relatívnych substitučných hodnôt dvoch substituentov, teda relatívnych substitučných hodnôt metoxy a hydroxylových skupín DS a MS, sa dosahujú rôzne vlastnosti éteru celulózy.
vzťah medzi konzistenciou a modifikáciou. Na obrázku 5 pridanie éteru celulózy ovplyvňuje spotrebu vody v malte a mení pomer voda-spojivo medzi vodou a cementom, čo je zahusťovací účinok. Čím vyššie je dávkovanie, tým vyššia je spotreba vody.
Étery celulózy používané v práškových stavebných materiáloch sa musia rýchlo rozpúšťať v studenej vode a zabezpečiť, aby systém mal správnu konzistenciu. Ak je daná šmyková rýchlosť stále vločkovitá a koloidná, ide o neštandardný alebo nekvalitný produkt.
Existuje tiež dobrý lineárny vzťah medzi konzistenciou cementovej kaše a dávkovaním éteru celulózy, éter celulózy môže výrazne zvýšiť viskozitu malty, čím väčšie je dávkovanie, tým zreteľnejší je účinok.
Vodný roztok éteru celulózy s vysokou viskozitou má vysokú tixotropiu, čo je jedna z charakteristík éteru celulózy. Vodné roztoky polymérov typu Mc majú zvyčajne pseudoplastickú, netixotropnú tekutosť pod teplotou ich gélu, ale Newtonovské vlastnosti toku pri nízkych šmykových rýchlostiach. Pseudoplasticita sa zvyšuje so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou alebo koncentráciou éteru celulózy a je nezávislá od typu a stupňa substituentu. Preto étery celulózy s rovnakou viskozitou, či už ide o MC, HPmc alebo HEmc, vždy vykazujú rovnaké reologické vlastnosti, pokiaľ koncentrácia a teplota zostávajú konštantné. Keď sa teplota zvyšuje, tvorí sa štrukturálny gél a dochádza k vysokému tixotropnému toku. Étery celulózy s vysokou koncentráciou a nízkou viskozitou vykazujú tixotropiu aj pod teplotou gélu. Táto vlastnosť je veľmi prospešná pre konštrukciu stavebnej malty, pretože umožňuje úpravu jej toku a zadržiavania vody. Je potrebné tu vysvetliť, že čím vyššia je viskozita éteru celulózy, tým lepšia je retencia vody, ale čím vyššia je viskozita, tým vyššia je relatívna molekulová hmotnosť éteru celulózy, čo zodpovedá zníženiu jeho rozpustnosti, čo má negatívny vplyv na koncentráciu malty a stavebné vlastnosti. Čím vyššia je viskozita, tým zreteľnejší je zahusťovací účinok malty, ale nie je to úplne proporcionálny vzťah. Niektoré malty s nízkou viskozitou, ale modifikovaný éter celulózy má lepší výkon pri zlepšovaní štrukturálnej pevnosti mokrej malty a so zvýšením viskozity sa zlepšuje zadržiavanie vody éterom celulózy.
Čas uverejnenia: 30. marca 2022