셀룰로오스 에테르는 천연 셀룰로오스를 원료로 화학적 개질하여 만든 합성 고분자입니다. 셀룰로오스 에테르는 천연 셀룰로오스의 유도체로, 셀룰로오스 에테르 제조와 합성 고분자는 다릅니다. 셀룰로오스 에테르의 가장 기본적인 물질은 천연 고분자 화합물인 셀룰로오스입니다. 천연 셀룰로오스 구조의 특수성으로 인해 셀룰로오스 자체는 에테르화제와 반응할 수 없습니다. 그러나 팽윤제를 처리하면 분자 사슬과 사슬 사이의 강력한 수소 결합이 파괴되어 수산기의 활성이 떨어져 나와 반응성을 가진 알칼리 셀룰로오스로 전환되고, 에테르화제인 -OH기와 -OR기가 반응하여 셀룰로오스 에테르를 얻습니다.
셀룰로스 에테르의 특성은 치환기의 종류, 수, 그리고 분포에 따라 달라집니다. 셀룰로스 에테르의 분류는 치환기의 종류, 에테르화도, 용해도 및 관련 응용 분야에 따라 분류될 수 있습니다. 분자 사슬에 존재하는 치환기의 종류에 따라 단일 에테르와 혼합 에테르로 나눌 수 있습니다. MC는 일반적으로 단일 에테르로 사용되며, HPmc는 혼합 에테르로 사용됩니다. 메틸셀룰로오스 에테르 MC는 천연 셀룰로오스 포도당 단위로 하이드록실기가 메톡사이드로 대체된 제품 구조식 [CO3H7O2(OH)3-H(OCH3)H]X이고, 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 에테르 HPmc는 하이드록실기가 메톡사이드의 일부로 대체된 단위이고, 하이드록시프로필기가 대체된 제품이며, 구조식은 [C6H7O2(OH)3-MN(OCH3)M [OCH2CH(OH)CH3]N]X이고, 하이드록시에틸 메틸셀룰로오스 에테르 HEmc는 널리 사용되고 시중에 판매되고 있다.
용해도에 따라 이온성 셀룰로스 에테르와 비이온성 셀룰로스 에테르로 나눌 수 있습니다. 수용성 비이온성 셀룰로스 에테르는 주로 알킬 에테르와 히드록시 알킬 에테르 두 계열로 구성됩니다. 이온성 셀룰로스 에테르는 주로 합성 세제, 섬유, 인쇄, 식품 및 석유 개발에 사용됩니다. 비이온성 셀룰로스 에테르(MC), HPMC, HEMC 등은 건축 자재, 라텍스 코팅, 의약품, 일상 화학 등 다양한 분야에 사용됩니다. 증점제, 보수제, 안정제, 분산제, 필름 형성제로도 사용됩니다.
셀룰로오스 에테르 수분 보유
건축자재 생산, 특히 건식혼합 모르타르 생산에서 셀룰로오스 에테르는 대체할 수 없는 역할을 하며, 특히 특수 모르타르(개질 모르타르) 생산에서는 없어서는 안 될 부분입니다.
수용성 셀룰로오스 에테르가 모르타르에서 중요한 역할을 하는 것은 주로 세 가지 측면이 있습니다. 하나는 우수한 보수력, 두 번째는 모르타르의 점도와 틱소트로피에 미치는 영향, 세 번째는 시멘트와의 상호 작용입니다.
셀룰로오스 에테르의 보수력은 흡습성, 모르타르 조성, 모르타르 층 두께, 모르타르의 수분 요구량, 응축 재료의 응축 시간에 따라 달라집니다. 셀룰로오스 에테르의 보수력은 셀룰로오스 에테르 자체의 용해도와 탈수에 의해 결정됩니다. 셀룰로오스 분자 사슬은 수화된 OH기를 많이 함유하고 있지만, 결정 구조가 매우 강하기 때문에 물에 녹지 않는다는 것은 잘 알려져 있습니다. 히드록시기의 수화 능력만으로는 강력한 분자 간 수소 결합과 반데르발스 힘을 상쇄하기에 충분하지 않습니다. 치환기가 분자 사슬에 도입되면 치환기가 수소 사슬을 파괴할 뿐만 아니라, 인접한 사슬 사이의 치환기가 쐐기처럼 얽혀 사슬 간 수소 결합도 끊어집니다. 치환기가 클수록 분자 간 거리가 멀어집니다. 수소 결합 파괴 효과가 클수록 셀룰로스 격자 팽창으로 인해 용액이 셀룰로스 에테르에 용해되어 고점도 용액이 형성됩니다. 온도가 상승함에 따라 중합체의 수화가 감소하고 사슬 사이의 물이 배출됩니다. 탈수 효과가 충분해지면 분자들이 응집되기 시작하고 겔은 3차원 망상 구조로 접힙니다. 모르타르의 보수력에 영향을 미치는 요인으로는 셀룰로스 에테르의 점도, 투입량, 입자 미세도, 사용 온도 등이 있습니다.
셀룰로스 에테르의 점도가 높을수록 보수 성능이 우수하고, 고분자 용액의 점도도 높아집니다. 고분자의 분자량(중합도)은 사슬의 길이와 분자 구조의 형태에 의해 결정되며, 치환기 수의 분포는 점도 범위에 직접적인 영향을 미칩니다. [eta] = Kmα
폴리머 용액의 고유 점도
M 폴리머 분자량
α 폴리머 특성 상수
K 점도 용액 계수
고분자 용액의 점도는 고분자의 분자량에 따라 달라집니다. 셀룰로스 에테르 용액의 점도와 농도는 다양한 용도와 관련이 있습니다. 따라서 각 셀룰로스 에테르는 다양한 점도 특성을 가지고 있으며, 점도 조절은 주로 알칼리성 셀룰로스의 분해, 즉 셀룰로스 분자 사슬의 파괴를 통해 이루어집니다.
입자 크기가 작을수록 수분 유지력이 우수합니다. 셀룰로스 에테르의 큰 입자는 물과 접촉하면 표면이 즉시 용해되어 겔을 형성하여 물질을 감싸 물 분자가 더 이상 침투하지 못하게 합니다. 때로는 장시간 교반 시 용해가 고르게 분산되지 않아 탁한 응집 용액이나 덩어리가 형성될 수 있습니다. 셀룰로스 에테르의 용해도는 셀룰로스 에테르를 선택하는 중요한 요소 중 하나입니다.
셀룰로스 에테르의 증점 및 틱소트로피
셀룰로스 에테르의 두 번째 효과인 증점 효과는 셀룰로스 에테르의 중합도, 용액 농도, 전단 속도, 온도 및 기타 조건에 따라 달라집니다. 용액의 겔화 특성은 알킬 셀룰로스 및 그 변성 유도체에 고유합니다. 겔화 특성은 치환도, 용액 농도 및 첨가제와 관련이 있습니다. 히드록실 알킬 변성 유도체의 경우, 겔 특성은 히드록실 알킬 변성도와도 관련이 있습니다. 저점도 MC 및 HPmc 용액 농도의 경우 10%-15% 농도 용액을 제조할 수 있고, 중점도 MC 및 HPmc 용액은 5%-10% 용액을 제조할 수 있으며, 고점도 MC 및 HPmc 용액은 2%-3% 용액만 제조할 수 있으며, 일반적으로 셀룰로스 에테르의 점도는 1%-2% 용액으로 등급이 매겨집니다. 고분자량 셀룰로스 에테르 증점제 효율, 동일한 용액 농도, 다른 분자량 중합체는 다른 점도를 가지며, 점도와 분자량은 다음과 같이 표현할 수 있습니다. [η] = 2.92×10-2 (DPn) 0.905, DPn은 고분자의 평균 중합도입니다. 저분자량 셀룰로스 에테르는 목표 점도를 달성하기 위해 더 많이 첨가합니다. 점도는 전단 속도에 덜 의존하고, 높은 점도는 목표 점도를 달성하는 데 필요한 양보다 적게 첨가해야 하며, 점도는 증점 효율에 따라 달라집니다. 따라서 특정 농도를 달성하기 위해서는 특정 양의 셀룰로스 에테르(용액 농도)와 용액 점도를 보장해야 합니다. 용액의 겔화 온도는 용액 농도가 증가함에 따라 선형적으로 감소했으며, 특정 농도에 도달한 후 실온에서 겔화가 발생했습니다. HPmc는 실온에서 높은 겔화 농도를 갖습니다.
입자 크기와 개질도가 다른 셀룰로스 에테르를 선택하여 점도를 조절할 수도 있습니다. 소위 개질은 MC의 골격 구조에 일정 정도의 치환도를 갖는 히드록실 알킬기를 도입하는 것입니다. 두 치환기의 상대적인 치환도, 즉 메톡시기와 히드록시기의 DS 및 MS 상대 치환도를 변화시킴으로써 가능합니다. 두 종류의 치환기의 상대적인 치환도를 변화시킴으로써 셀룰로스 에테르의 다양한 특성이 요구됩니다.
점도와 개질 사이의 관계. 그림 5에서 셀룰로스 에테르의 첨가는 모르타르의 물 소비량에 영향을 미치고, 물과 시멘트의 물-결합재 비율을 변화시켜 증점 효과를 나타낸다. 첨가량이 높을수록 물 소비량은 증가한다.
분말형 건축자재에 사용되는 셀룰로오스 에테르는 찬물에 빠르게 용해되어야 하며, 시스템에 적절한 점도를 제공해야 합니다. 주어진 전단 속도가 여전히 응집성이 있고 콜로이드 상태라면, 이는 불량품이거나 품질이 낮은 제품입니다.
시멘트 슬러리의 점도와 셀룰로오스 에테르의 투여량 사이에도 좋은 선형 관계가 있으며, 셀룰로오스 에테르는 모르타르의 점도를 크게 증가시킬 수 있으며, 투여량이 클수록 효과가 더 뚜렷합니다.
고점도 셀룰로오스 에테르 수용액은 셀룰로오스 에테르의 특성 중 하나인 높은 요변성을 나타냅니다. Mc형 중합체 수용액은 일반적으로 겔 온도 이하에서는 의가소성, 비요변성 유동성을 나타내지만, 낮은 전단 속도에서는 뉴턴 유동 특성을 나타냅니다. 의가소성은 셀룰로오스 에테르의 분자량이나 농도가 증가함에 따라 증가하며, 치환기 종류나 정도와는 무관합니다. 따라서 MC, HPmc, HEmc 등 동일한 점도 등급의 셀룰로오스 에테르는 농도와 온도가 일정하게 유지되는 한 항상 동일한 유변학적 특성을 나타냅니다. 온도가 상승하면 구조적 겔이 형성되고 높은 요변성 유동이 발생합니다. 고농도 저점도 셀룰로오스 에테르는 겔 온도 이하에서도 요변성을 나타냅니다. 이러한 특성은 건축용 모르타르 시공 시 모르타르의 유동 및 유동 현수 특성을 조절하는 데 매우 유용합니다. 여기서 셀룰로스 에테르의 점도가 높을수록 보수성이 우수하지만, 점도가 높을수록 셀룰로스 에테르의 상대 분자량이 커져 용해도가 감소하여 모르타르 농도와 시공 성능에 부정적인 영향을 미친다는 점을 설명할 필요가 있습니다. 점도가 높을수록 모르타르의 증점 효과가 더욱 뚜렷해지지만, 완전히 비례하는 것은 아닙니다. 일부 저점도이지만 개질된 셀룰로스 에테르는 습윤 모르타르의 구조적 강도를 향상시키는 데 더욱 우수한 성능을 보였으며, 점도가 높아질수록 셀룰로스 에테르의 보수성이 향상되었습니다.
게시 시간: 2022년 3월 30일