عملکرد اتر سلولز و کاربرد آن در ملات

در ملات آماده، مقدار افزودن اتر سلولز بسیار کم است، اما می تواند عملکرد ملات مرطوب را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد و یک افزودنی اصلی است که بر عملکرد ساخت ملات تأثیر می گذارد. انتخاب معقول اترهای سلولزی از انواع مختلف، ویسکوزیته های مختلف، اندازه ذرات مختلف، درجات مختلف ویسکوزیته و مقادیر افزوده شده تاثیر مثبتی بر بهبود عملکرد ملات پودر خشک خواهد داشت. در حال حاضر، بسیاری از ملات های سنگ تراشی و گچ کاری عملکرد ضعیفی در حفظ آب دارند و دوغاب آب پس از چند دقیقه ایستادن جدا می شود. حفظ آب عملکرد مهم اتر متیل سلولز است و همچنین عملکردی است که بسیاری از تولیدکنندگان ملات مخلوط خشک داخلی، به ویژه آنهایی که در مناطق جنوبی با دمای بالا هستند، به آن توجه دارند. عوامل موثر بر اثر حفظ آب ملات مخلوط خشک عبارتند از: مقدار MC اضافه شده، ویسکوزیته MC، ریز بودن ذرات و دمای محیط استفاده.

1. مفهوم
اتر سلولز یک پلیمر مصنوعی است که از سلولز طبیعی از طریق اصلاح شیمیایی ساخته می شود. اتر سلولز مشتقی از سلولز طبیعی است. تولید اتر سلولز با پلیمرهای مصنوعی متفاوت است. اساسی ترین ماده آن سلولز است که یک ترکیب پلیمری طبیعی است. به دلیل خاص بودن ساختار طبیعی سلولز، سلولز خود توانایی واکنش با عوامل اتریفیکاسیون را ندارد. با این حال، پس از درمان عامل تورم، پیوندهای هیدروژنی قوی بین زنجیره های مولکولی و زنجیره ها از بین می رود و آزاد شدن فعال گروه هیدروکسیل به سلولز قلیایی واکنش پذیر تبدیل می شود. اتر سلولز را بدست آورید.

خواص اترهای سلولزی به نوع، تعداد و توزیع جانشین ها بستگی دارد. طبقه بندی اترهای سلولزی نیز بر اساس نوع جانشین ها، درجه اتریفیکاسیون، حلالیت و خواص کاربردی مرتبط است. با توجه به نوع جانشین های موجود در زنجیره مولکولی، می توان آن را به مونو اتر و اتر مخلوط تقسیم کرد. MC که ما معمولا استفاده می کنیم مونو اتر است و HPMC اتر مخلوط است. متیل سلولز اتر MC محصولی است که گروه هیدروکسیل روی واحد گلوکز سلولز طبیعی با متوکسی جایگزین می شود. محصولی است که از جایگزینی بخشی از گروه هیدروکسیل روی واحد با گروه متوکسی و بخشی دیگر با گروه هیدروکسی پروپیل به دست می آید. فرمول ساختاری [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر HEMC است، اینها گونه های اصلی هستند که به طور گسترده در بازار استفاده می شوند و به فروش می رسند.

از نظر حلالیت می توان آن را به یونی و غیر یونی تقسیم کرد. اترهای سلولز غیر یونی محلول در آب عمدتا از دو سری آلکیل اترها و هیدروکسی آلکیل اترها تشکیل شده اند. Ionic CMC عمدتا در مواد شوینده مصنوعی، چاپ و رنگرزی پارچه، اکتشاف مواد غذایی و روغن استفاده می شود. MC غیر یونی، HPMC، HEMC، و غیره عمدتا در مصالح ساختمانی، پوشش های لاتکس، دارو، مواد شیمیایی روزانه و غیره استفاده می شود.

دوم، احتباس آب اتر سلولز
حفظ آب اتر سلولز: در تولید مصالح ساختمانی به ویژه ملات پودری خشک، اتر سلولز نقشی بی بدیل دارد، به ویژه در تولید ملات مخصوص (ملات اصلاح شده)، جزء ضروری و مهم است.

نقش مهم اتر سلولز محلول در آب در ملات عمدتاً دارای سه جنبه است، یکی ظرفیت نگهداری آب عالی، دیگری تأثیر بر قوام و تیکسوتروپی ملات، و سوم برهمکنش با سیمان. اثر حفظ آب اتر سلولز به جذب آب لایه پایه، ترکیب ملات، ضخامت لایه ملات، نیاز آبی ملات و زمان گیرش مواد بستگی دارد. احتباس آب اتر سلولز خود از حلالیت و کم آبی خود اتر سلولز ناشی می شود. همانطور که همه ما می دانیم، اگرچه زنجیره مولکولی سلولز حاوی تعداد زیادی گروه OH بسیار قابل هیدراتاسیون است، اما در آب محلول نیست، زیرا ساختار سلولز دارای درجه بلورینگی بالایی است.

توانایی هیدراتاسیون گروه های هیدروکسیل به تنهایی برای پوشش پیوندهای هیدروژنی قوی و نیروهای واندروالس بین مولکول ها کافی نیست. بنابراین فقط متورم می شود اما در آب حل نمی شود. هنگامی که یک جایگزین به زنجیره مولکولی وارد می شود، نه تنها جانشین زنجیره هیدروژنی را از بین می برد، بلکه پیوند هیدروژنی بین زنجیره ای نیز به دلیل چسباندن جانشین بین زنجیره های مجاور از بین می رود. هر چه جانشین بزرگتر باشد، فاصله بین مولکول ها بیشتر است. هر چه فاصله بیشتر باشد. هر چه اثر تخریب پیوندهای هیدروژنی بیشتر باشد، اتر سلولز پس از انبساط شبکه سلولز و ورود محلول، محلول در آب می شود و محلولی با ویسکوزیته بالا تشکیل می دهد. هنگامی که دما افزایش می یابد، هیدراتاسیون پلیمر ضعیف می شود و آب بین زنجیره ها خارج می شود. هنگامی که اثر کم آبی کافی باشد، مولکول ها شروع به جمع شدن می کنند و یک ژل ساختار شبکه سه بعدی را تشکیل می دهند و تا می شوند.

عوامل موثر بر حفظ آب ملات عبارتند از: ویسکوزیته اتر سلولز، مقدار افزودن، ظرافت ذرات و دمای استفاده:

هرچه ویسکوزیته اتر سلولز بیشتر باشد، عملکرد احتباس آب بهتر است. ویسکوزیته یک پارامتر مهم عملکرد MC است. در حال حاضر سازندگان مختلف MC از روش ها و ابزارهای مختلفی برای اندازه گیری ویسکوزیته MC استفاده می کنند. روش های اصلی Haake Rotovisko، Hoppler، Ubbelohde و Brookfield هستند. برای یک محصول، نتایج ویسکوزیته اندازه‌گیری شده با روش‌های مختلف بسیار متفاوت است و حتی برخی تفاوت‌های دو برابری دارند. بنابراین، هنگام مقایسه ویسکوزیته، باید بین همان روش های آزمایش، از جمله دما، روتور و غیره انجام شود.

به طور کلی، هر چه ویسکوزیته بالاتر باشد، اثر حفظ آب بهتر است. با این حال، هر چه ویسکوزیته بیشتر و وزن مولکولی MC بیشتر باشد، کاهش متناظر در حلالیت آن تأثیر منفی بر مقاومت و عملکرد ساخت ملات خواهد داشت. هر چه ویسکوزیته بیشتر باشد، اثر ضخیم شدن روی ملات آشکارتر است، اما نسبت مستقیمی با آن ندارد. هر چه ویسکوزیته بیشتر باشد ملات مرطوب لزج تر خواهد بود، یعنی در حین ساخت به صورت چسبندگی به خراشنده و چسبندگی زیاد به بستر نمایان می شود. اما افزایش مقاومت ساختاری خود ملات مرطوب مفید نیست. در طول ساخت و ساز، عملکرد ضد افتادگی مشخص نیست. در مقابل، برخی از اترهای متیل سلولز با ویسکوزیته متوسط ​​و کم اما اصلاح شده عملکرد عالی در بهبود استحکام ساختاری ملات مرطوب دارند.

هر چه مقدار اتر سلولز اضافه شده به ملات بیشتر باشد، عملکرد حفظ آب بهتر است و هر چه ویسکوزیته بالاتر باشد، عملکرد حفظ آب بهتر است.

با توجه به اندازه ذرات، هرچه ذره ریزتر باشد، احتباس آب بهتر است. پس از تماس ذرات بزرگ اتر سلولز با آب، سطح بلافاصله حل می شود و ژلی را تشکیل می دهد تا مواد را بپیچد تا از ادامه نفوذ مولکول های آب جلوگیری کند. گاهی اوقات حتی پس از هم زدن طولانی مدت نمی توان آن را به طور یکنواخت پراکنده و حل کرد و یک محلول لخته کدر یا تجمع تشکیل داد. روی احتباس آب اتر سلولز تأثیر زیادی دارد و حلالیت یکی از عوامل انتخاب اتر سلولزی است.

ظرافت همچنین یک شاخص عملکرد مهم اتر متیل سلولز است. MC مورد استفاده برای ملات پودر خشک باید پودر با محتوای آب کم باشد و ظرافت نیز نیاز دارد که 20٪ تا 60٪ اندازه ذرات کمتر از 63 میلی متر باشد. ظرافت بر حلالیت اتر متیل سلولز تأثیر می گذارد. درشت MC معمولا دانه ای است و به راحتی در آب بدون تجمع حل می شود، اما سرعت انحلال بسیار کند است، بنابراین برای استفاده در ملات پودر خشک مناسب نیست. در ملات پودر خشک، MC در بین مواد سیمانی مانند سنگدانه، پرکننده ریز و سیمان پراکنده می شود و تنها پودر به اندازه کافی ریز می تواند از تجمع اتر متیل سلولز هنگام اختلاط با آب جلوگیری کند. هنگامی که MC با آب برای حل کردن آگلومراها اضافه می شود، پراکندگی و حل شدن آن بسیار دشوار است.

ظرافت درشت MC نه تنها ضایع کننده است، بلکه مقاومت موضعی ملات را نیز کاهش می دهد. هنگامی که چنین ملات پودر خشکی در یک منطقه بزرگ اعمال شود، سرعت عمل آوری ملات پودر خشک موضعی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و به دلیل زمان های مختلف عمل آوری، ترک هایی ایجاد می شود. برای ملات پاشیده شده با ساختار مکانیکی، به دلیل زمان اختلاط کوتاهتر، نیاز به ظرافت بیشتر است.

ظرافت MC نیز تأثیر خاصی در حفظ آب آن دارد. به طور کلی، برای اترهای متیل سلولز با ویسکوزیته یکسان اما ظرافت متفاوت، با مقدار اضافه یکسان، هرچه ریزتر باشد، اثر حفظ آب بهتر است.

احتباس آب MC به دمای مورد استفاده نیز مرتبط است و احتباس آب متیل سلولز اتر با افزایش دما کاهش می یابد. با این حال، در کاربردهای واقعی مواد، ملات پودر خشک اغلب بر روی بسترهای داغ در دماهای بالا (بالاتر از 40 درجه) در بسیاری از محیط‌ها مانند گچ کاری بتونه دیوار بیرونی زیر نور خورشید در تابستان، که اغلب باعث تسریع عمل آوری سیمان و سخت شدن آن می‌شود، اعمال می‌شود. ملات پودر خشک کاهش نرخ احتباس آب منجر به این احساس آشکار می شود که هم کارایی و هم مقاومت در برابر ترک تحت تأثیر قرار می گیرند، و کاهش تأثیر عوامل دما در این شرایط به ویژه حیاتی است.

اگرچه افزودنی‌های اتر متیل هیدروکسی اتیل سلولز در حال حاضر در خط مقدم توسعه فناوری در نظر گرفته می‌شوند، اما وابستگی آنها به دما همچنان منجر به تضعیف عملکرد ملات پودر خشک می‌شود. اگرچه مقدار متیل هیدروکسی اتیل سلولز افزایش می یابد (فرمول تابستانی)، اما هنوز کارایی و مقاومت در برابر ترک نمی تواند نیازهای استفاده را برآورده کند. از طریق برخی درمان‌های ویژه روی MC، مانند افزایش درجه اتریفیکاسیون و غیره، می‌توان اثر احتباس آب را در دمای بالاتر حفظ کرد تا بتواند عملکرد بهتری را در شرایط سخت ارائه دهد.

3. ضخیم شدن و تیکسوتروپی اتر سلولز
ضخیم شدن و تیکسوتروپی اتر سلولز: دومین عملکرد اتر سلولز - اثر ضخیم شدن بستگی به: درجه پلیمریزاسیون اتر سلولز، غلظت محلول، سرعت برش، دما و سایر شرایط دارد. خاصیت ژل شدن محلول منحصر به آلکیل سلولز و مشتقات اصلاح شده آن است. خواص ژل شدن به درجه جانشینی، غلظت محلول و مواد افزودنی مربوط می شود. برای مشتقات اصلاح شده هیدروکسی آلکیل، خواص ژل نیز با درجه اصلاح هیدروکسی آلکیل مرتبط است. برای MC و HPMC با ویسکوزیته کم، محلول 10٪ - 15٪، MC و HPMC با ویسکوزیته متوسط ​​را می توان محلول 5٪ - 10٪ تهیه کرد، در حالی که MC و HPMC با ویسکوزیته بالا فقط می توانند محلول 2٪ -3٪ تهیه کنند و معمولا طبقه بندی ویسکوزیته اتر سلولز نیز با محلول 1 تا 2 درصد درجه بندی می شود.

اتر سلولز با وزن مولکولی بالا کارایی ضخیم شدن بالایی دارد. در محلول با غلظت یکسان، پلیمرهایی با وزن مولکولی متفاوت، ویسکوزیته متفاوتی دارند. درجه بالا. ویسکوزیته هدف تنها با افزودن مقدار زیادی اتر سلولز با وزن مولکولی کم قابل دستیابی است. ویسکوزیته آن وابستگی کمی به نرخ برش دارد و ویسکوزیته بالا به ویسکوزیته مورد نظر می رسد و مقدار اضافه مورد نیاز کم است و ویسکوزیته بستگی به راندمان ضخیم شدن دارد. بنابراین، برای دستیابی به یک قوام خاص، مقدار مشخصی اتر سلولز (غلظت محلول) و ویسکوزیته محلول باید تضمین شود. دمای ژل محلول نیز با افزایش غلظت محلول به صورت خطی کاهش می یابد و پس از رسیدن به غلظت معین در دمای اتاق ژل می شود. غلظت ژل HPMC در دمای اتاق نسبتاً بالا است.

سازگاری را می توان با انتخاب اندازه ذرات و انتخاب اترهای سلولزی با درجات مختلف اصلاح تنظیم کرد. به اصطلاح اصلاح، معرفی درجه معینی از جایگزینی گروه های هیدروکسی آلکیل در ساختار اسکلت MC است. با تغییر مقادیر جانشینی نسبی دو جانشین، یعنی مقادیر جانشینی نسبی DS و ms گروه‌های متوکسی و هیدروکسی آلکیل که اغلب می‌گوییم. الزامات عملکردی مختلف اتر سلولز را می توان با تغییر مقادیر جایگزینی نسبی دو جایگزین به دست آورد.

رابطه بین قوام و اصلاح: افزودن اتر سلولز بر مصرف آب ملات تأثیر می گذارد، تغییر نسبت آب به چسب آب و سیمان اثر غلیظ کننده است، هر چه دوز بالاتر باشد، مصرف آب بیشتر است.

اترهای سلولزی مورد استفاده در مواد ساختمانی پودری باید به سرعت در آب سرد حل شوند و قوام مناسبی برای سیستم ایجاد کنند. اگر نرخ برش مشخصی به آن داده شود، همچنان به بلوک لخته ای و کلوئیدی تبدیل می شود که محصولی نامرغوب یا بی کیفیت است.
همچنین رابطه خطی خوبی بین قوام خمیر سیمان و دوز اتر سلولز وجود دارد. اتر سلولزی می تواند ویسکوزیته ملات را تا حد زیادی افزایش دهد. هر چه دوز بزرگتر باشد، اثر آشکارتر است. محلول آبی اتر سلولز با ویسکوزیته بالا دارای تیکسوتروپی بالایی است که یکی از مشخصه های اصلی اتر سلولز است. محلول های آبی پلیمرهای MC معمولاً دارای سیالیت کاذب و غیر تیکسوتروپیک زیر دمای ژل خود هستند، اما خواص جریان نیوتنی در نرخ های برشی کم دارند. کاذب پلاستیسیته با وزن مولکولی یا غلظت اتر سلولز، صرف نظر از نوع جانشین و درجه جانشینی افزایش می یابد. بنابراین، اترهای سلولزی با درجه ویسکوزیته یکسان، بدون توجه به MC، HPMC، HEMC، تا زمانی که غلظت و دما ثابت نگه داشته شوند، همیشه خواص رئولوژیکی یکسانی را نشان خواهند داد.

ژل های ساختاری با افزایش دما تشکیل می شوند و جریان های بسیار تیکسوتروپیک ایجاد می شوند. اترهای سلولزی با غلظت بالا و ویسکوزیته کم حتی زیر دمای ژل نیز تیکسوتروپی را نشان می دهند. این خاصیت برای تنظیم تسطیح و افتادگی در ساخت ملات ساختمانی سود زیادی دارد. در اینجا لازم به توضیح است که هرچه ویسکوزیته اتر سلولز بیشتر باشد، احتباس آب بهتر است، اما هر چه ویسکوزیته بالاتر باشد، وزن مولکولی نسبی اتر سلولز بیشتر و حلالیت آن کاهش می یابد که تأثیر منفی دارد. در مورد غلظت ملات و عملکرد ساخت و ساز هر چه ویسکوزیته بیشتر باشد، اثر ضخیم شدن روی ملات آشکارتر است، اما کاملاً متناسب نیست. مقداری ویسکوزیته متوسط ​​و کم، اما اتر سلولز اصلاح شده عملکرد بهتری در بهبود استحکام ساختاری ملات مرطوب دارد. با افزایش ویسکوزیته، احتباس آب اتر سلولز بهبود می یابد. 4. تاخیر اتر سلولز

تاخیر اتر سلولز: سومین عملکرد اتر سلولز به تاخیر انداختن فرآیند هیدراتاسیون سیمان است. اتر سلولز به ملات خواص مفید مختلفی می بخشد و همچنین گرمای هیدراتاسیون اولیه سیمان را کاهش می دهد و فرآیند دینامیکی هیدراتاسیون سیمان را به تاخیر می اندازد. این امر برای استفاده از ملات در مناطق سردسیر نامطلوب است. این اثر تاخیری در اثر جذب مولکول های اتر سلولز بر روی محصولات هیدراتاسیون مانند CSH و ca(OH)2 ایجاد می شود. به دلیل افزایش ویسکوزیته محلول منفذی، اتر سلولز تحرک یون ها را در محلول کاهش می دهد و در نتیجه فرآیند هیدراتاسیون را به تاخیر می اندازد.