Die wichtigste Eigenschaft von Celluloseetherlösungen ist ihre rheologische Eigenschaft. Die besonderen rheologischen Eigenschaften vieler Celluloseether ermöglichen deren breite Anwendung in verschiedenen Bereichen. Die Untersuchung rheologischer Eigenschaften trägt zur Entwicklung neuer Anwendungsgebiete oder zur Verbesserung einiger Anwendungsgebiete bei. Li Jing von der Shanghai Jiao Tong University führte eine systematische Studie zu den rheologischen Eigenschaften vonCarboxymethylcellulose (CMC), einschließlich des Einflusses der Molekülstrukturparameter von CMC (Molekulargewicht und Substitutionsgrad), der Konzentration, des pH-Werts und der Ionenstärke. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Nullscherviskosität der Lösung mit zunehmendem Molekulargewicht und Substitutionsgrad zunimmt. Das zunehmende Molekulargewicht bedeutet ein Wachstum der Molekülketten, und die leichte Verschränkung der Moleküle erhöht die Viskosität der Lösung; ein hoher Substitutionsgrad führt dazu, dass sich die Moleküle in der Lösung stärker dehnen. In diesem Zustand ist das hydrodynamische Volumen relativ groß und die Viskosität steigt. Die Viskosität der wässrigen CMC-Lösung steigt mit zunehmender Konzentration, was eine Viskoelastizität aufweist. Die Viskosität der Lösung sinkt mit dem pH-Wert, und wenn dieser unter einen bestimmten Wert fällt, steigt die Viskosität leicht an und schließlich wird freie Säure gebildet und ausgefällt. CMC ist ein polyanionisches Polymer. Bei Zugabe von einwertigen Salzionen Na+, K+ sinkt die Viskosität entsprechend. Die Zugabe von zweiwertigen Kationen Caz+ führt dazu, dass die Viskosität der Lösung zunächst sinkt und dann wieder steigt. Wenn die Ca2+-Konzentration den stöchiometrischen Punkt überschreitet, interagieren CMC-Moleküle mit Ca2+ und in der Lösung entsteht eine Überstruktur. Liang Yaqin von der North University of China verwendete beispielsweise die Viskosimeter- und Rotationsviskosimeter-Methode, um die rheologischen Eigenschaften verdünnter und konzentrierter Lösungen von modifizierter Hydroxyethylcellulose (CHEC) gezielt zu erforschen. Die Forschungsergebnisse zeigten: (1) Kationische Hydroxyethylcellulose weist in reinem Wasser ein typisches Polyelektrolyt-Viskositätsverhalten auf, wobei die Viskosität mit zunehmender Konzentration zunimmt. Die Grenzviskosität von kationischer Hydroxyethylcellulose mit hohem Substitutionsgrad ist höher als die von kationischer Hydroxyethylcellulose mit niedrigem Substitutionsgrad. (2) Lösungen von kationischer Hydroxyethylcellulose weisen nicht-newtonsche Fluideigenschaften auf und sind strukturviskos: Mit zunehmender Massenkonzentration der Lösung steigt ihre scheinbare Viskosität, in einer Salzlösung mit einer bestimmten Konzentration sinkt die scheinbare CHEC-Viskosität mit zunehmender Konzentration des zugesetzten Salzes. Bei gleicher Schergeschwindigkeit ist die scheinbare Viskosität von CHEC im CaCl2-Lösungssystem deutlich höher als die von CHEC im NaCl-Lösungssystem.
Mit der kontinuierlichen Vertiefung der Forschung und der stetigen Erweiterung der Anwendungsfelder haben auch die Eigenschaften von Mischsystemen aus verschiedenen Celluloseethern an Bedeutung gewonnen. Natriumcarboxymethylcellulose (NACMC) und Hydroxyethylcellulose (HEC) werden beispielsweise als Ölverdrängungsmittel in Ölfeldern eingesetzt, da sie die Vorteile einer hohen Scherfestigkeit, reichlicher Rohstoffverfügbarkeit und geringerer Umweltbelastung bieten. Ihre alleinige Verwendung ist jedoch nicht optimal. NACMC weist zwar eine gute Viskosität auf, wird aber leicht durch die Temperatur und den Salzgehalt des Reservoirs beeinflusst; HEC weist zwar eine gute Temperatur- und Salzbeständigkeit auf, hat aber ein schlechtes Verdickungsvermögen und muss relativ hoch dosiert werden. Die Forscher mischten die beiden Lösungen und stellten fest, dass die Viskosität der Mischlösung stieg, die Temperatur- und Salzbeständigkeit bis zu einem gewissen Grad verbessert und die Anwendungswirkung verbessert wurde. Verica Sovilj et al. untersuchten das rheologische Verhalten der Lösung des Mischsystems aus HPMC, NACMC und anionischen Tensiden mit einem Rotationsviskosimeter. Das rheologische Verhalten des Systems hängt von HPMC-NACMC, HPMC-SDS und NACMC-(HPMC-SDS) ab, wobei unterschiedliche Effekte auftreten.
Die rheologischen Eigenschaften von Celluloseetherlösungen werden auch von verschiedenen Faktoren wie Additiven, äußeren mechanischen Kräften und Temperatur beeinflusst. Tomoaki Hino et al. untersuchten den Einfluss der Nikotinzugabe auf die rheologischen Eigenschaften von Hydroxypropylmethylcellulose. Bei 25 °C und einer Konzentration unter 3 % zeigte HPMC ein newtonsches Flüssigkeitsverhalten. Durch die Zugabe von Nikotin stieg die Viskosität, was darauf hindeutete, dass Nikotin die Verwicklung vonHPMCMoleküle. Nikotin weist hier einen Salzeffekt auf, der den Gelpunkt und den Nebelpunkt von HPMC erhöht. Mechanische Kräfte wie Scherkräfte beeinflussen ebenfalls die Eigenschaften wässriger Celluloseetherlösungen. Mithilfe eines rheologischen Trübungsmessgeräts und eines Kleinwinkel-Lichtstreuungsgeräts wurde festgestellt, dass in halbverdünnten Lösungen mit zunehmender Schergeschwindigkeit aufgrund der Schermischung die Übergangstemperatur des Nebelpunkts ansteigt.
Veröffentlichungszeit: 28. April 2024