ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความหนืดได้อย่างไร?

เซลลูโลสเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่สามารถสร้างอีเทอร์ที่ละลายน้ำได้หลายชนิด สารเพิ่มความหนืดเซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์ที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนและละลายน้ำได้ มีประวัติการใช้งานมายาวนานกว่า 30 ปี และมีหลายชนิด ปัจจุบันยังคงใช้ในสีลาเท็กซ์เกือบทุกชนิดและเป็นสารเพิ่มความหนืดหลัก สารเพิ่มความหนืดเซลลูโลสมีประสิทธิภาพมากในระบบน้ำเพราะมันทำให้ความหนืดของน้ำเพิ่มขึ้น ในอุตสาหกรรมสี สารเพิ่มความหนืดเซลลูโลสที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เมทิลเซลลูโลส (MC), ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC), เอทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (EHEC), ไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส (HPC), ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ดัดแปลงด้วยไฮโดรโฟบิก (HMHEC) HEC เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการเพิ่มความหนืดของสีลาเท็กซ์สำหรับงานสถาปัตยกรรมแบบด้านและกึ่งเงา สารเพิ่มความหนืดมีให้เลือกหลายระดับความหนืด และสารเพิ่มความหนืดที่มีส่วนผสมของเซลลูโลสนี้มีคุณสมบัติในการเข้ากันได้ดีกับสีและมีเสถียรภาพในการจัดเก็บสูง

คุณสมบัติการปรับระดับ การป้องกันการกระเด็น การสร้างฟิล์ม และการป้องกันการไหลย้อยของฟิล์มเคลือบขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของ HEC HEC และพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้อื่นๆ ที่ไม่เกิดการรวมตัวกันจะทำให้เฟสของเหลวในสารเคลือบมีความหนืดมากขึ้น สารเพิ่มความหนืดเซลลูโลสสามารถใช้ได้เพียงอย่างเดียวหรือใช้ร่วมกับสารเพิ่มความหนืดอื่นๆ เพื่อให้ได้คุณสมบัติทางรีโอโลยีที่เฉพาะเจาะจง อีเทอร์เซลลูโลสสามารถมีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์และความหนืดที่แตกต่างกันได้ ตั้งแต่สารละลายในน้ำที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ 2% ที่มีความหนืดประมาณ 10 MPaS ไปจนถึงสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์สูงที่มีความหนืด 100,000 MPaS โดยทั่วไปแล้วเกรดที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะใช้เป็นคอลลอยด์ป้องกันในการพอลิเมอไรเซชันของอิมัลชันสีลาเท็กซ์ และเกรดที่พบได้ทั่วไปส่วนใหญ่ (ความหนืด 4,800–50,000 MPaS) ใช้เป็นสารเพิ่มความหนืด กลไกของสารเพิ่มความหนืดประเภทนี้เกิดจากการไฮเดรชั่นสูงของพันธะไฮโดรเจนและการพันกันระหว่างโซ่โมเลกุลของมัน

เซลลูโลสแบบดั้งเดิมเป็นพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ซึ่งจะข้นขึ้นโดยส่วนใหญ่ผ่านการพันกันระหว่างโซ่โมเลกุล เนื่องจากมีความหนืดสูงที่อัตราการเฉือนต่ำ คุณสมบัติการปรับระดับจึงไม่ดี และส่งผลต่อความเงาของฟิล์มเคลือบ ที่อัตราการเฉือนสูง ความหนืดต่ำ ความต้านทานต่อการกระเด็นของฟิล์มเคลือบไม่ดี และความสม่ำเสมอของฟิล์มเคลือบก็ไม่ดี ลักษณะการใช้งานของ HEC เช่น ความต้านทานต่อแปรง การสร้างฟิล์ม และการกระเด็นของลูกกลิ้ง ล้วนเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเลือกใช้สารเพิ่มความหนืด นอกจากนี้ คุณสมบัติการไหล เช่น การปรับระดับและความต้านทานต่อการไหลย้อย ก็ได้รับผลกระทบอย่างมากจากสารเพิ่มความหนืดเช่นกัน

เซลลูโลสที่ดัดแปลงด้วยสารไม่ชอบน้ำ (HMHEC) เป็นสารเพิ่มความหนืดประเภทเซลลูโลสที่มีการดัดแปลงให้ไม่ชอบน้ำบนโซ่กิ่งบางส่วน (มีการเพิ่มหมู่แอลคิลสายยาวหลายหมู่ตามโซ่หลักของโครงสร้าง) สารเคลือบนี้มีความหนืดสูงกว่าที่อัตราการเฉือนสูง จึงทำให้เกิดการสร้างฟิล์มที่ดีกว่า เช่น Natrosol Plus Grade 330, 331, Cellosize SG-100, Bermocoll EHM-100 ประสิทธิภาพในการเพิ่มความหนืดเทียบได้กับสารเพิ่มความหนืดประเภทเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สูงกว่ามาก ช่วยปรับปรุงความหนืดและการปรับระดับของ ICI และลดแรงตึงผิว ตัวอย่างเช่น แรงตึงผิวของ HEC อยู่ที่ประมาณ 67 MN/m ในขณะที่แรงตึงผิวของ HMHEC อยู่ที่ 55-65 MN/m

HMHEC มีคุณสมบัติในการพ่นที่ดีเยี่ยม ป้องกันการไหลย้อย ปรับระดับได้ดี ให้ความเงางามสูง และป้องกันการจับตัวเป็นก้อนของเม็ดสี มีการใช้งานอย่างแพร่หลายและไม่มีผลเสียต่อการสร้างฟิล์มของสีลาเท็กซ์ที่มีขนาดอนุภาคละเอียด มีประสิทธิภาพในการสร้างฟิล์มและป้องกันการกัดกร่อนที่ดี สารเพิ่มความหนืดชนิดนี้ทำงานได้ดีกว่ากับระบบโคพอลิเมอร์ไวนิลอะซิเตต และมีประสิทธิภาพคล้ายกับสารเพิ่มความหนืดชนิดอื่น ๆ แต่มีสูตรที่ง่ายกว่า