Cellulose-ether is een synthetisch polymeer, gemaakt van natuurlijke cellulose als grondstof door chemische modificatie. Cellulose-ether is een derivaat van natuurlijke cellulose. De productie van cellulose-ether en synthetisch polymeer verschilt van elkaar; het basismateriaal is cellulose, een natuurlijk polymeer. Vanwege de specifieke structuur van natuurlijke cellulose kan cellulose zelf niet reageren met een veretheringsmiddel. Na behandeling met een zwelmiddel werden de sterke waterstofbruggen tussen moleculaire ketens en ketens echter vernietigd, waardoor de activiteit van de hydroxylgroep vrijkwam in alkalicellulose met reactievermogen. Cellulose-ether werd verkregen door de reactie van de veretheringsmiddel-OH-groep met een OR-groep.
De eigenschappen van cellulose-ethers zijn afhankelijk van het type, aantal en de verdeling van de substituenten. De classificatie van cellulose-ether is ook gebaseerd op het type substituenten, de mate van verethering, oplosbaarheid en gerelateerde toepassingen. Afhankelijk van het type substituenten in de molecuulketen kan cellulose-ether worden onderverdeeld in enkelvoudige ether en gemengde ether. MC wordt meestal gebruikt als enkelvoudige ether, terwijl HPmc een gemengde ether is. Methylcellulose-ether MC is een natuurlijke cellulose-glucose-eenheid op de hydroxylgroep is methoxide vervangen door de productstructuurformule [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, hydroxypropylmethylcellulose-ether HPmc is een eenheid op de hydroxylgroep is een deel van de methoxide vervangen, een ander deel van de hydroxypropyl vervangen product, De structuurformule is [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X en hydroxyethylmethylcellulose-ether HEmc, die veel wordt gebruikt en op de markt wordt verkocht.
Op basis van de oplosbaarheid kan er onderscheid worden gemaakt tussen ionische en niet-ionische typen. Wateroplosbare, niet-ionische cellulose-ether bestaat voornamelijk uit alkylether en hydroxylalkylether, twee soorten. Ionische CMC wordt voornamelijk gebruikt in synthetische detergenten, textiel, drukwerk, voedingsmiddelen en petroleumwinning. Niet-ionische MC, HPMC, HEMC en andere worden voornamelijk gebruikt in bouwmaterialen, latexcoatings, medicijnen, dagelijkse chemie en andere toepassingen. Het wordt ook gebruikt als verdikkingsmiddel, waterretentiemiddel, stabilisator, dispergeermiddel en filmvormend middel.
Waterretentie van cellulose-ether
Bij de productie van bouwmaterialen, met name droge gemengde mortel, speelt cellulose-ether een onvervangbare rol, vooral bij de productie van speciale mortel (gemodificeerde mortel) is het een onmisbaar onderdeel.
De belangrijke rol van in water oplosbare cellulose-ether in mortel kent hoofdzakelijk drie aspecten: ten eerste het uitstekende waterretentievermogen, ten tweede de invloed van de mortelconsistentie en thixotropie, en ten derde de interactie met cement.
De waterretentie van cellulose-ether hangt af van de hydroscopiciteit, de samenstelling van de mortel, de dikte van de mortellaag, de waterbehoefte van de mortel en de condensatietijd van het condensatiemateriaal. De waterretentie van cellulose-ether is afhankelijk van de oplosbaarheid en dehydratatie van cellulose-ether zelf. Het is bekend dat cellulosemolecuulketens, hoewel ze een groot aantal sterk gehydrateerde OH-groepen bevatten, onoplosbaar zijn in water vanwege hun sterk kristallijne structuur. Het hydratatievermogen van hydroxylgroepen alleen is niet voldoende om de sterke intermoleculaire waterstofbruggen en vanderwaalskrachten te compenseren. Wanneer substituenten in de moleculaire keten worden geïntroduceerd, vernietigen ze niet alleen de waterstofketen, maar worden ook de waterstofbruggen tussen de ketens verbroken door het vastklemmen van substituenten tussen aangrenzende ketens. Hoe groter de substituenten, hoe groter de afstand tussen de moleculen. Hoe groter de vernietiging van het waterstofbrugeffect, de expansie van het celluloserooster, hoe groter de oplosbaarheid in de cellulose-ether in water wordt, wat leidt tot de vorming van een oplossing met een hoge viscositeit. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de hydratatie van het polymeer af en wordt het water tussen de ketens verdreven. Wanneer het dehydraterende effect voldoende is, beginnen de moleculen te aggregeren en vouwt de gel zich uit tot een driedimensionaal netwerk. Factoren die de waterretentie van mortel beïnvloeden, zijn onder andere de viscositeit van cellulose-ether, de dosering, de fijnheid van de deeltjes en de gebruikstemperatuur.
Hoe hoger de viscositeit van cellulose-ether, hoe beter de waterretentie en de viscositeit van de polymeeroplossing. Het molecuulgewicht (polymerisatiegraad) van het polymeer wordt ook bepaald door de lengte en morfologie van de moleculaire structuur van de keten, en de verdeling van het aantal substituenten heeft direct invloed op het viscositeitsbereik. [eta] = Km alfa
Intrinsieke viscositeit van polymeeroplossingen
Moleculair gewicht van het M-polymeer
α polymeer karakteristieke constante
K viscositeitsoplossingscoëfficiënt
De viscositeit van een polymeeroplossing hangt af van het molecuulgewicht van het polymeer. De viscositeit en concentratie van cellulose-etheroplossingen hangen af van verschillende toepassingen. Daarom heeft elke cellulose-ether verschillende viscositeitsspecificaties. Viscositeitsregulatie vindt voornamelijk plaats via de afbraak van alkalicellulose, namelijk door de moleculaire keten van cellulose te breken.
Wat betreft de deeltjesgrootte geldt: hoe fijner het deeltje, hoe beter de waterretentie. Grote deeltjes cellulose-ether lossen bij contact met water onmiddellijk op en vormen een gel die het materiaal omhult en voorkomt dat watermoleculen verder doordringen. Soms kan de oplossing na langdurig roeren niet gelijkmatig worden verdeeld, waardoor een modderige vlokkige oplossing of agglomeraat ontstaat. De oplosbaarheid van cellulose-ether is een van de factoren die bepalend zijn voor de keuze van cellulose-ether.
Verdikking en thixotropie van cellulose-ether
Het tweede effect van cellulose-ether – verdikking – hangt af van: de polymerisatiegraad van cellulose-ether, de oplossingsconcentratie, de afschuifsnelheid, de temperatuur en andere omstandigheden. De geleringseigenschappen van de oplossing zijn uniek voor alkylcellulose en zijn gemodificeerde derivaten. Geleringseigenschappen hangen af van de substitutiegraad, de oplossingsconcentratie en de additieven. Voor hydroxylalkylgemodificeerde derivaten hangen de geleigenschappen ook af van de hydroxyalkylmodificatiegraad. Voor de oplossingsconcentratie van laagviskeuze MC en HPmc kan een 10%-15% oplossing worden bereid, voor middelviskeuze MC en HPmc een 5%-10% oplossing en voor hoogviskeuze MC en HPmc slechts een 2%-3% oplossing. De viscositeit van cellulose-ether wordt doorgaans ook gegradeerd met een 1%-2% oplossing. Efficiëntie van verdikkingsmiddel met hoog molecuulgewicht cellulose-ether, dezelfde concentratie van oplossing, polymeren met verschillend molecuulgewicht hebben verschillende viscositeiten, viscositeit en molecuulgewicht kunnen als volgt worden uitgedrukt, [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) 0,905, DPn is de gemiddelde polymerisatiegraad van hoog. Cellulose-ether met laag molecuulgewicht om meer toe te voegen om de gewenste viscositeit te bereiken. De viscositeit is minder afhankelijk van de schuifsnelheid, hoge viscositeit om de gewenste viscositeit te bereiken, de hoeveelheid die nodig is om minder toe te voegen, viscositeit hangt af van de verdikkingsefficiëntie. Daarom moeten, om een bepaalde consistentie te bereiken, een bepaalde hoeveelheid cellulose-ether (concentratie van oplossing) en oplossingsviscositeit worden gegarandeerd. De geleringstemperatuur van de oplossing nam lineair af met de toename van de concentratie van de oplossing, en gelering vond plaats bij kamertemperatuur na het bereiken van een bepaalde concentratie. HPmc heeft een hoge geleringsconcentratie bij kamertemperatuur.
De consistentie kan ook worden aangepast door de deeltjesgrootte en cellulose-ethers met verschillende modificatiegraden te selecteren. De zogenaamde modificatie is de introductie van een hydroxylalkylgroep met een bepaalde substitutiegraad in de skeletstructuur van MC. Dit gebeurt door de relatieve substitutiewaarden van de twee substituenten te wijzigen, d.w.z. de relatieve substitutiewaarden van methoxy- en hydroxylgroepen in de DS- en MS-groep. Verschillende eigenschappen van cellulose-ether zijn vereist door de relatieve substitutiewaarden van twee soorten substituenten te wijzigen.
De relatie tussen consistentie en modificatie. In figuur 5 beïnvloedt de toevoeging van cellulose-ether het waterverbruik van mortel en verandert de water-bindmiddelverhouding van water en cement, wat het verdikkingseffect is. Hoe hoger de dosering, hoe meer waterverbruik.
Cellulose-ethers die in poedervormige bouwmaterialen worden gebruikt, moeten snel oplossen in koud water en het systeem de juiste consistentie geven. Als een bepaalde schuifsnelheid nog steeds vlokkig en colloïdaal is, is het een product van ondermaatse kwaliteit.
Er is ook een goede lineaire relatie tussen de consistentie van de cementspecie en de dosering van cellulose-ether. Cellulose-ether kan de viscositeit van de mortel aanzienlijk verhogen; hoe hoger de dosering, hoe duidelijker het effect.
Een waterige cellulose-etheroplossing met een hoge viscositeit heeft een hoge thixotropie, een van de kenmerken van cellulose-ether. Waterige oplossingen van Mc-type polymeren hebben doorgaans een pseudoplastische, niet-thixotrope vloeibaarheid onder hun geltemperatuur, maar Newtoniaanse vloeieigenschappen bij lage schuifsnelheden. Pseudoplasticiteit neemt toe met de toename van het molecuulgewicht of de concentratie van cellulose-ether en is onafhankelijk van het type en de mate van substituent. Daarom vertonen cellulose-ethers met dezelfde viscositeitsklasse, of het nu MC, HPmc of HEmc is, altijd dezelfde reologische eigenschappen zolang de concentratie en temperatuur constant blijven. Bij een stijgende temperatuur vormt zich een structurele gel en treedt een hoge thixotrope vloei op. Cellulose-ethers met een hoge concentratie en lage viscositeit vertonen zelfs onder de geltemperatuur thixotropie. Deze eigenschap is van groot voordeel bij de constructie van bouwmortel om de vloei- en vloeieigenschappen aan te passen. Hierbij moet worden uitgelegd dat hoe hoger de viscositeit van cellulose-ether, hoe beter de waterretentie. Maar hoe hoger de viscositeit, hoe hoger het relatieve molecuulgewicht van cellulose-ether, wat leidt tot een lagere oplosbaarheid, wat een negatieve invloed heeft op de mortelconcentratie en de bouwprestaties. Hoe hoger de viscositeit, hoe duidelijker het verdikkingseffect van de mortel, maar dit is geen volledig proportioneel verband. Sommige gemodificeerde cellulose-ether met een lage viscositeit presteert beter bij het verbeteren van de structurele sterkte van natte mortel. Hoe hoger de viscositeit, hoe beter de waterretentie van cellulose-ether.
Plaatsingstijd: 30-03-2022