Ete cellulose là một polyme tổng hợp được tạo ra từ cellulose tự nhiên làm nguyên liệu thô bằng phương pháp biến đổi hóa học. Ete cellulose là một dẫn xuất của cellulose tự nhiên, quá trình sản xuất ete cellulose và polyme tổng hợp khác nhau, nguyên liệu cơ bản nhất của nó là cellulose, một hợp chất polyme tự nhiên. Do đặc điểm cấu trúc của cellulose tự nhiên, bản thân cellulose không có khả năng phản ứng với chất ete hóa. Nhưng sau khi xử lý bằng chất trương nở, các liên kết hydro mạnh giữa các chuỗi phân tử bị phá vỡ, và hoạt tính của nhóm hydroxyl được giải phóng vào cellulose kiềm có khả năng phản ứng, và ete cellulose được thu được thông qua phản ứng của chất ete hóa - nhóm OH thành nhóm - OR.
Tính chất của ete xenluloza phụ thuộc vào loại, số lượng và sự phân bố của các nhóm thế. Việc phân loại ete xenluloza cũng dựa trên loại nhóm thế, mức độ ete hóa, độ hòa tan và các ứng dụng liên quan. Theo loại nhóm thế trên chuỗi phân tử, nó có thể được chia thành ete đơn và ete hỗn hợp. MC thường được sử dụng làm ete đơn, trong khi HPmc là ete hỗn hợp. Methyl cellulose ether MC là một sản phẩm có công thức cấu trúc là [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, trong khi hydroxypropyl methyl cellulose ether HPmc là một sản phẩm có một phần hydroxyl được thay thế bằng methoxide, phần còn lại được thay thế bằng hydroxypropyl, công thức cấu trúc là [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X và hydroxyethyl methyl cellulose ether HEmc, được sử dụng rộng rãi và bán trên thị trường.
Dựa vào độ hòa tan, có thể chia thành loại ion và loại không ion. Ete cellulose không ion tan trong nước chủ yếu gồm hai loại: alkyl ether và hydroxyl alkyl ether. CMC ion chủ yếu được sử dụng trong chất tẩy rửa tổng hợp, dệt may, in ấn, thực phẩm và khai thác dầu khí. MC, HPMC, HEMC không ion và các loại khác chủ yếu được sử dụng trong vật liệu xây dựng, sơn phủ latex, y học, hóa chất tiêu dùng hàng ngày và các lĩnh vực khác, như chất làm đặc, chất giữ nước, chất ổn định, chất phân tán, chất tạo màng.
Khả năng giữ nước của ete xenluloza
Trong sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là vữa khô trộn sẵn, ete xenluloza đóng vai trò không thể thiếu, nhất là trong sản xuất vữa đặc biệt (vữa cải tiến), nó là một thành phần không thể tách rời.
Vai trò quan trọng của ete xenluloza hòa tan trong nước trong vữa chủ yếu nằm ở ba khía cạnh: thứ nhất là khả năng giữ nước tuyệt vời, thứ hai là ảnh hưởng đến độ đặc và tính chất thixotropy của vữa, và thứ ba là tương tác với xi măng.
Khả năng giữ nước của ete xenluloza phụ thuộc vào cơ sở hút ẩm, thành phần vữa, độ dày lớp vữa, nhu cầu nước của vữa và thời gian ngưng tụ vật liệu. Khả năng giữ nước của ete xenluloza đến từ độ hòa tan và khả năng khử nước của chính ete xenluloza. Mặc dù các chuỗi phân tử xenluloza chứa một lượng lớn nhóm OH ngậm nước cao, nhưng chúng lại không tan trong nước do cấu trúc tinh thể cao. Khả năng ngậm nước của riêng các nhóm hydroxyl không đủ để bù đắp cho các liên kết hydro liên phân tử mạnh và lực van der Waals. Khi các chất thay thế được đưa vào chuỗi phân tử, không chỉ các chất thay thế phá hủy chuỗi hydro mà các liên kết hydro liên chuỗi cũng bị phá vỡ do sự chèn ép của các chất thay thế giữa các chuỗi liền kề. Chất thay thế càng lớn, khoảng cách giữa các phân tử càng lớn. Hiệu ứng phá hủy liên kết hydro càng mạnh, mạng lưới xenluloza càng giãn nở, dung dịch ete xenluloza trở nên tan trong nước, tạo thành dung dịch có độ nhớt cao. Khi nhiệt độ tăng, quá trình hydrat hóa của polyme giảm và nước giữa các chuỗi bị đẩy ra ngoài. Khi hiệu ứng khử nước đủ mạnh, các phân tử bắt đầu kết tụ lại và gel trải ra thành mạng lưới ba chiều. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của vữa bao gồm độ nhớt của ete xenluloza, liều lượng, độ mịn của hạt và nhiệt độ sử dụng.
Độ nhớt của ete xenluloza càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt, tức là độ nhớt của dung dịch polyme càng cao. Khối lượng phân tử (mức độ trùng hợp) của polyme cũng được xác định bởi chiều dài và hình thái của cấu trúc phân tử chuỗi, và sự phân bố số lượng nhóm thế ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi độ nhớt. [eta] = Km alpha
Độ nhớt nội tại của dung dịch polyme
Khối lượng phân tử M của polyme
hằng số đặc trưng của polyme α
Hệ số độ nhớt K của dung dịch
Độ nhớt của dung dịch polymer phụ thuộc vào khối lượng phân tử của polymer. Độ nhớt và nồng độ của dung dịch ete xenluloza có liên quan đến nhiều ứng dụng khác nhau. Do đó, mỗi loại ete xenluloza có nhiều đặc tính độ nhớt khác nhau, việc điều chỉnh độ nhớt chủ yếu cũng được thực hiện thông qua quá trình phân hủy xenluloza kiềm, cụ thể là sự đứt gãy chuỗi phân tử xenluloza.
Về kích thước hạt, hạt càng mịn thì khả năng giữ nước càng tốt. Khi các hạt ete xenluloza lớn tiếp xúc với nước, bề mặt sẽ ngay lập tức hòa tan và tạo thành gel bao bọc vật liệu, ngăn cản các phân tử nước tiếp tục thấm vào. Đôi khi, khuấy trộn lâu cũng không thể phân tán đều, dẫn đến tạo thành dung dịch dạng bông cặn hoặc vón cục. Khả năng hòa tan của ete xenluloza là một trong những yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn ete xenluloza.
Sự đặc lại và tính chất thixotropy của ete xenluloza
Tác dụng thứ hai của ete xenluloza – làm đặc – phụ thuộc vào: mức độ trùng hợp ete xenluloza, nồng độ dung dịch, tốc độ cắt, nhiệt độ và các điều kiện khác. Tính chất tạo gel của dung dịch là đặc trưng riêng của xenluloza alkyl và các dẫn xuất biến tính của nó. Đặc tính tạo gel liên quan đến mức độ thế, nồng độ dung dịch và chất phụ gia. Đối với các dẫn xuất biến tính alkyl hydroxyl, tính chất tạo gel cũng liên quan đến mức độ biến tính alkyl hydroxyl. Đối với nồng độ dung dịch có độ nhớt thấp, MC và HPmc có thể được pha chế ở nồng độ 10%-15%, MC và HPmc có độ nhớt trung bình có thể được pha chế ở nồng độ 5%-10% và MC và HPmc có độ nhớt cao chỉ có thể được pha chế ở nồng độ 2%-3%, và thông thường độ nhớt của ete xenluloza cũng được phân loại theo nồng độ dung dịch 1%-2%. Hiệu quả của chất làm đặc ete xenluloza có trọng lượng phân tử cao, với cùng nồng độ dung dịch, các polyme có trọng lượng phân tử khác nhau sẽ có độ nhớt khác nhau, độ nhớt và trọng lượng phân tử có thể được biểu thị như sau: [η]=2,92×10-2 (DPn) 0,905, trong đó DPn là độ trùng hợp trung bình của polyme có trọng lượng phân tử cao. Ete xenluloza có trọng lượng phân tử thấp cần thêm nhiều hơn để đạt được độ nhớt mục tiêu. Độ nhớt của nó ít phụ thuộc vào tốc độ cắt, độ nhớt cao cần thêm ít hơn để đạt được độ nhớt mục tiêu, độ nhớt cần thêm ít hơn, độ nhớt phụ thuộc vào hiệu quả làm đặc. Do đó, để đạt được độ đặc nhất định, cần đảm bảo một lượng ete xenluloza nhất định (nồng độ dung dịch) và độ nhớt của dung dịch. Nhiệt độ tạo gel của dung dịch giảm tuyến tính với sự tăng nồng độ dung dịch, và quá trình tạo gel xảy ra ở nhiệt độ phòng sau khi đạt đến một nồng độ nhất định. HPmc có nồng độ tạo gel cao ở nhiệt độ phòng.
Độ đặc cũng có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn kích thước hạt và ete xenluloza với các mức độ biến tính khác nhau. Cái gọi là biến tính là việc đưa nhóm alkyl hydroxyl vào cấu trúc khung của MC với một mức độ thay thế nhất định. Bằng cách thay đổi giá trị thay thế tương đối của hai nhóm thế, tức là giá trị thay thế tương đối DS và MS của nhóm metoxy và nhóm hydroxyl, các tính chất khác nhau của ete xenluloza được yêu cầu bằng cách thay đổi giá trị thay thế tương đối của hai loại nhóm thế này.
Mối quan hệ giữa tính nhất quán và sự điều chỉnh. Trong Hình 5, việc thêm ete xenluloza ảnh hưởng đến lượng nước tiêu thụ của vữa và làm thay đổi tỷ lệ nước/xi măng, đó là hiệu ứng làm đặc. Liều lượng càng cao, lượng nước tiêu thụ càng nhiều.
Các ete xenluloza được sử dụng trong vật liệu xây dựng dạng bột phải tan nhanh trong nước lạnh và tạo cho hệ thống độ sệt phù hợp. Nếu ở tốc độ cắt nhất định mà hỗn hợp vẫn còn dạng bông và keo thì đó là sản phẩm không đạt tiêu chuẩn hoặc chất lượng kém.
Ngoài ra, còn có mối quan hệ tuyến tính tốt giữa độ đặc của vữa xi măng và liều lượng ete xenluloza, ete xenluloza có thể làm tăng đáng kể độ nhớt của vữa, liều lượng càng cao thì hiệu quả càng rõ rệt.
Dung dịch ete xenlulo trong nước có độ nhớt cao thể hiện tính chất thixotropy cao, đây là một trong những đặc điểm của ete xenlulo. Dung dịch nước của các polyme loại Mc thường có tính chất giả dẻo, không thixotropy dưới nhiệt độ tạo gel, nhưng lại có tính chất chảy kiểu Newton ở tốc độ cắt thấp. Tính chất giả dẻo tăng lên khi khối lượng phân tử hoặc nồng độ của ete xenlulo tăng và không phụ thuộc vào loại và mức độ thay thế. Do đó, các ete xenlulo có cùng độ nhớt, dù là MC, HPmc hay HEmc, luôn thể hiện cùng một tính chất lưu biến miễn là nồng độ và nhiệt độ không đổi. Khi nhiệt độ tăng, gel cấu trúc được hình thành và xảy ra hiện tượng chảy thixotropy cao. Ete xenlulo có nồng độ cao và độ nhớt thấp thể hiện tính chất thixotropy ngay cả dưới nhiệt độ tạo gel. Tính chất này rất có lợi cho việc xây dựng vữa xây dựng để điều chỉnh tính chất chảy và độ bám dính của nó. Cần phải giải thích ở đây rằng độ nhớt của ete xenlulo càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt, nhưng độ nhớt càng cao thì trọng lượng phân tử tương đối của ete xenlulo càng cao, dẫn đến giảm độ hòa tan, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến nồng độ vữa và hiệu suất thi công. Độ nhớt càng cao thì hiệu ứng làm đặc vữa càng rõ rệt, nhưng đây không phải là mối quan hệ tỷ lệ thuận hoàn toàn. Một số loại ete xenlulo có độ nhớt thấp nhưng được cải tiến lại cho hiệu quả vượt trội trong việc cải thiện độ bền cấu trúc của vữa ướt, khi độ nhớt tăng thì khả năng giữ nước của ete xenlulo càng được cải thiện.
Thời gian đăng bài: 30/03/2022