ما هي خصائص محلول إيثر السليلوز والعوامل المؤثرة عليه؟

أهم خصائص محلول إيثر السليلوز هي خاصيته الريولوجية. الخصائص الريولوجية المميزة للعديد من إيثرات السليلوز تجعلها تُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة، وتُفيد دراسة الخصائص الريولوجية في تطوير تطبيقات جديدة أو تحسين بعضها. أجرى لي جينغ من جامعة شنغهاي جياو تونغ دراسة منهجية حول الخصائص الريولوجية لـكربوكسي ميثيل سلولوز (CMC)، بما في ذلك تأثير معلمات البنية الجزيئية لـ CMC (الوزن الجزيئي ودرجة الاستبدال) وتركيز الرقم الهيدروجيني والقوة الأيونية. تُظهر نتائج البحث أن اللزوجة الصفرية للقص للمحلول تزداد مع زيادة الوزن الجزيئي ودرجة الاستبدال. تعني زيادة الوزن الجزيئي نمو السلسلة الجزيئية، ويزيد التشابك السهل بين الجزيئات من لزوجة المحلول؛ وتؤدي الدرجة الكبيرة من الاستبدال إلى تمدد الجزيئات أكثر في المحلول. توجد الحالة، ويكون الحجم الهيدروديناميكي كبيرًا نسبيًا، وتصبح اللزوجة كبيرة. تزداد لزوجة المحلول المائي CMC مع زيادة التركيز، الذي يتمتع بلزوجة مرنة. تنخفض لزوجة المحلول مع قيمة الرقم الهيدروجيني، وعندما تكون أقل من قيمة معينة، تزداد اللزوجة قليلاً، ويتكون في النهاية حمض حر وترسب. CMC هو بوليمر متعدد الأنيونات، وعند إضافة أيونات ملح أحادية التكافؤ (Na+ وK+) إلى درعه، تنخفض اللزوجة تبعًا لذلك. أما إضافة الكاتيون ثنائي التكافؤ (Caz+)، فتؤدي إلى انخفاض لزوجة المحلول أولًا ثم زيادتها. وعندما يكون تركيز Ca2+ أعلى من الحد المتكافئ، تتفاعل جزيئات CMC مع Ca2+، وينشأ هيكل علوي في المحلول. وقد استخدم ليانغ يا تشين، من جامعة شمال الصين، وآخرون، طريقة مقياس اللزوجة وطريقة مقياس اللزوجة الدوراني لإجراء بحث خاص حول الخصائص الريولوجية للمحاليل المخففة والمركزة من هيدروكسي إيثيل السليلوز المعدل (CHEC). وقد توصلت نتائج البحث إلى أن: (1) هيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني له سلوك لزوجة بولي إلكتروليت نموذجي في الماء النقي، وتزداد اللزوجة المنخفضة مع زيادة التركيز. اللزوجة الجوهرية لهيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني بدرجة عالية من الاستبدال أكبر من اللزوجة لهيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني بدرجة منخفضة من الاستبدال. (2) يُظهر محلول هيدروكسي إيثيل السليلوز الكاتيوني خصائص مائع غير نيوتونية وله خصائص ترقق القص: مع زيادة تركيز كتلة المحلول، تزداد لزوجته الظاهرية؛ في تركيز معين من محلول الملح، تنخفض اللزوجة الظاهرية لـ CHEC مع زيادة تركيز الملح المضاف. تحت نفس معدل القص، تكون اللزوجة الظاهرية لـ CHEC في نظام محلول CaCl2 أعلى بكثير من اللزوجة الظاهرية لـ CHEC في نظام محلول NaCl.

مع التعمق المستمر في البحث والتوسع المستمر في مجالات التطبيق، حظيت خصائص محاليل الأنظمة المختلطة المكونة من أنواع مختلفة من إيثرات السليلوز باهتمام واسع. على سبيل المثال، يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (NACMC) وهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) كعوامل إزاحة للنفط في حقول النفط، لما يتميزان به من مقاومة عالية للقص، ووفرة في المواد الخام، وانخفاض في التلوث البيئي، إلا أن استخدامهما منفردين ليس مثاليًا. فعلى الرغم من أن الأول يتمتع بلزوجة جيدة، إلا أنه يتأثر بسهولة بدرجة حرارة الخزان وملوحته؛ بينما يتمتع الثاني بمقاومته الجيدة للحرارة والأملاح، إلا أن قدرته على التكثيف ضعيفة، وجرعته كبيرة نسبيًا. قام الباحثون بخلط المحلولين، ووجدوا أن لزوجة المحلول المركب ازدادت، وتحسنت مقاومته للحرارة والأملاح إلى حد ما، مما أدى إلى تعزيز فعالية التطبيق. درست فيريكا سوفيلج وآخرون السلوك الريولوجي لمحلول النظام المختلط المكون من كربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم (HPMC) وهيدروكسي إيثيل السليلوز (NACMC) ومادة خافضة للتوتر السطحي أنيونية باستخدام مقياس لزوجة دوار. يعتمد السلوك الرومولوجي للنظام على HPMC-NACMC و HPMC-SDS و NACMC- (HPMC- SDS) حيث حدثت تأثيرات مختلفة بينهما.

تتأثر الخواص الريولوجية لمحاليل إيثر السليلوز أيضًا بعوامل مختلفة، مثل المواد المضافة والقوة الميكانيكية الخارجية ودرجة الحرارة. درس تومواكي هينو وآخرون تأثير إضافة النيكوتين على الخواص الريولوجية لهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز. عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وتركيز أقل من 3%، أظهر HPMC سلوكًا نيوتونيًا للسائل. عند إضافة النيكوتين، زادت اللزوجة، مما يدل على أن النيكوتين يزيد من تشابكHPMCالجزيئات. يُظهر النيكوتين هنا تأثيرًا تمليحيًا يرفع نقطة الهلام ونقطة الضباب في HPMC. كما تؤثر القوى الميكانيكية، مثل قوة القص، بشكل ما على خصائص محلول إيثر السليلوز المائي. باستخدام مقياس العكارة الريولوجي وجهاز تشتيت الضوء بزاوية صغيرة، وُجد أنه في المحلول شبه المخفف، تزداد درجة حرارة انتقال نقطة الضباب نتيجةً لاختلاط القص، وذلك بزيادة معدل القص.