การกักเก็บน้ำ การเพิ่มความหนืด และคุณสมบัติไทกโซโทรปีของเซลลูโลสอีเทอร์

เซลลูโลสอีเทอร์มีคุณสมบัติในการกักเก็บน้ำได้ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถป้องกันความชื้นในปูนเปียกไม่ให้ระเหยก่อนกำหนดหรือถูกดูดซึมโดยชั้นฐาน และช่วยให้ซีเมนต์เกิดการไฮเดรชั่นอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลของปูนดีขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับปูนฉาบชั้นบางและชั้นฐานที่ดูดซับน้ำ หรือปูนที่ก่อสร้างภายใต้อุณหภูมิสูงและสภาพแห้ง คุณสมบัติการกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์สามารถเปลี่ยนแปลงกระบวนการก่อสร้างแบบดั้งเดิมและปรับปรุงความคืบหน้าของการก่อสร้างได้ ตัวอย่างเช่น การฉาบปูนสามารถทำได้บนพื้นผิวที่ดูดซับน้ำได้โดยไม่ต้องทำให้เปียกก่อน

ความหนืด ปริมาณ อุณหภูมิแวดล้อม และโครงสร้างโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำ ภายใต้สภาวะเดียวกัน ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และยิ่งปริมาณการใช้สูงเท่าไร การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น โดยปกติแล้ว เซลลูโลสอีเทอร์เพียงเล็กน้อยก็สามารถเพิ่มการกักเก็บน้ำของปูนได้อย่างมาก เมื่อปริมาณการใช้ถึงระดับหนึ่ง อัตราการกักเก็บน้ำจะเพิ่มขึ้น แต่แนวโน้มของอัตราการกักเก็บน้ำจะชะลอตัวลง เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้น การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์มักจะลดลง แต่เซลลูโลสอีเทอร์ที่ดัดแปลงบางชนิดก็ยังคงมีการกักเก็บน้ำที่ดีกว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีระดับการแทนที่ของเส้นใยต่ำกว่าจะมีประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำที่ดีกว่า

หมู่ไฮดรอกซิลบนโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์และอะตอมออกซิเจนบนพันธะอีเทอร์จะรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจน เปลี่ยนน้ำอิสระให้กลายเป็นน้ำที่ถูกยึดไว้ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บน้ำ การแพร่กระจายระหว่างโมเลกุลของน้ำและสายโซ่โมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์ทำให้โมเลกุลของน้ำสามารถเข้าไปภายในสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเทอร์และอยู่ภายใต้แรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรง จึงก่อให้เกิดน้ำที่ถูกยึดไว้และน้ำที่พันกัน ซึ่งช่วยเพิ่มการกักเก็บน้ำของซีเมนต์เหลว เซลลูโลสอีเทอร์ช่วยปรับปรุงซีเมนต์เหลวสด คุณสมบัติทางรีโอโลจี โครงสร้างเครือข่ายรูพรุน และแรงดันออสโมติก หรือคุณสมบัติการสร้างฟิล์มของเซลลูโลสอีเทอร์จะขัดขวางการแพร่กระจายของน้ำ

เซลลูโลสอีเทอร์ช่วยเพิ่มความหนืดให้กับปูนเปียกได้อย่างมาก ซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะระหว่างปูนเปียกกับชั้นฐานได้อย่างมีนัยสำคัญ และปรับปรุงประสิทธิภาพในการป้องกันการไหลย้อยของปูน จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปูนฉาบ ปูนก่ออิฐ และระบบฉนวนกันความร้อนผนังภายนอก ผลของการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการป้องกันการกระจายตัวและความเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุที่ผสมใหม่ ป้องกันการแยกชั้น การแยกตัว และการไหลซึมของวัสดุ และสามารถใช้ในคอนกรีตเสริมใย คอนกรีตใต้น้ำ และคอนกรีตอัดแน่นได้เอง

ผลการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ในวัสดุซีเมนต์นั้นมาจากความหนืดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ ภายใต้สภาวะเดียวกัน ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร ความหนืดของวัสดุซีเมนต์ที่ปรับปรุงแล้วก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่ถ้าความหนืดสูงเกินไป จะส่งผลต่อความลื่นไหลและการใช้งานของวัสดุ (เช่น การติดของมีดฉาบปูน) ปูนปรับระดับและคอนกรีตอัดแน่นเอง ซึ่งต้องการความลื่นไหลสูง ต้องการเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดต่ำ นอกจากนี้ ผลการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์จะเพิ่มความต้องการน้ำของวัสดุซีเมนต์และเพิ่มปริมาณของปูนฉาบด้วย

ความหนืดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้: น้ำหนักโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์ ความเข้มข้น อุณหภูมิ อัตราการเฉือน และวิธีการทดสอบ ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์มากเท่าใด ความหนืดของสารละลายก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และยิ่งความเข้มข้นสูงเท่าใด ความหนืดของสารละลายก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ในการใช้งาน ควรระมัดระวังอย่าใช้มากเกินไป เพราะจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของปูนและคอนกรีต ความหนืดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และยิ่งความเข้มข้นสูงเท่าใด อิทธิพลของอุณหภูมิก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์โดยทั่วไปเป็นของเหลวแบบพลาสติกเทียมที่มีคุณสมบัติการลดความหนืดเมื่อถูกเฉือน ยิ่งอัตราการเฉือนสูงขึ้นในระหว่างการทดสอบ ความหนืดก็จะยิ่งน้อยลง ดังนั้น การยึดเกาะของปูนจะลดลงภายใต้การกระทำของแรงภายนอก ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการก่อสร้างปูนฉาบ ทำให้ปูนมีคุณสมบัติในการทำงานและการยึดเกาะที่ดีในเวลาเดียวกัน เนื่องจากสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ไม่ใช่ของเหลวแบบนิวตัน สำหรับของเหลวแล้ว เมื่อวิธีการทดลอง เครื่องมือและอุปกรณ์ หรือสภาพแวดล้อมการทดสอบที่ใช้ในการทดสอบความหนืดแตกต่างกัน ผลการทดสอบของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์เดียวกันก็จะแตกต่างกันอย่างมาก

โมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์สามารถตรึงโมเลกุลน้ำบางส่วนของวัสดุสดไว้ที่บริเวณรอบนอกของโซ่โมเลกุล ทำให้ความหนืดของสารละลายเพิ่มขึ้น โซ่โมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์จะพันกันเป็นโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ ซึ่งจะทำให้สารละลายในน้ำมีความหนืดที่ดีเช่นกัน

สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ในน้ำที่มีความหนืดสูงมีคุณสมบัติไทโซโทรปีสูง ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของเซลลูโลสอีเทอร์ สารละลายในน้ำของเมทิลเซลลูโลสโดยทั่วไปแล้ว เซลลูโลสอีเทอร์จะมีคุณสมบัติการไหลแบบพลาสติกเทียมและไม่เป็นแบบไทโซโทรปิกที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเกิดเจล แต่จะแสดงคุณสมบัติการไหลแบบนิวตันที่อัตราการเฉือนต่ำ คุณสมบัติพลาสติกเทียมจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลหรือความเข้มข้นของเซลลูโลสอีเทอร์ โดยไม่คำนึงถึงชนิดของหมู่แทนที่และระดับการแทนที่ ดังนั้น เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดระดับเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็น mc, HPmc, HEmc จะแสดงคุณสมบัติทางรีโอโลยีเหมือนกันเสมอ ตราบใดที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิคงที่ เจลโครงสร้างจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และการไหลแบบไทโซโทรปิกสูงจะเกิดขึ้น เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความเข้มข้นสูงและความหนืดต่ำจะแสดงคุณสมบัติไทโซโทรปิกแม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเกิดเจล คุณสมบัตินี้มีประโยชน์อย่างมากในการปรับระดับและการหย่อนตัวในการก่อสร้างปูนฉาบอาคาร จำเป็นต้องอธิบายตรงนี้ว่า ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่ยิ่งความหนืดสูงเท่าไร น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของเซลลูโลสอีเทอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้น และความสามารถในการละลายก็จะลดลง ซึ่งส่งผลเสียต่อความเข้มข้นของปูนและประสิทธิภาพในการก่อสร้าง ยิ่งความหนืดสูงเท่าไร ผลของการเพิ่มความหนาของปูนก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น แต่ก็ไม่ได้เป็นสัดส่วนโดยตรงเสมอไป เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดปานกลางและต่ำบางชนิดมีประสิทธิภาพที่ดีกว่าในการเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างของปูนเปียก และเมื่อความหนืดเพิ่มขึ้น การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์ก็จะดีขึ้นด้วย