الفرق في الخواص الفيزيائية والكيميائية وتطبيقها HPMC وHEMC في صناعة البناء والتشييد

السليلوز هو البوليمر الطبيعي الأقدم والأكثر وفرة على وجه الأرض. فهو لا ينضب وهو أثمن الموارد الطبيعية المتجددة للإنسان. يتميز السليلوز بخصائص السعر المنخفض والمواد الوفيرة وقابلية التحلل البيولوجي والحرارة المنخفضة وعدم السمية والتوافق الحيوي الجيد. الحلقة الأساسية لجزيء السليلوز هي الجلوكوز المجفف، وصيغتها الجزيئية هي (c6h1005) n. ويحتوي على 44.44% كربون، و6.17% هيدروجين، و49.39% أكسجين. تحتوي كل حلقة من بقايا الجلوكوز على ثلاث مجموعات هيدروكسيل كحول، بما في ذلك مجموعتي هيدروكسيل كحول ثانوي ومجموعة هيدروكسيل كحول أولية واحدة، والتي تلعب دورًا حاسمًا في خصائص السليلوز. يمكن الحصول على سلسلة من مشتقات السليلوز عن طريق التعديل الكيميائي للسليلوز. يمكن تحضير إيثر السليلوز من السليلوز الطبيعي عن طريق القلونة، والأثير، والتحييد، والتنقية، والتجفيف. 

الأثير السليلوز هو أحد المشتقات المهمة للسليلوز. يمكن استخدامه على نطاق واسع في الغذاء والدواء ومستحضرات التجميل ومواد البناء وصناعة الورق والطلاء وطباعة المنسوجات والصباغة والصناعات الكيماوية اليومية واستغلال البترول وغيرها من الصناعات. لديها خصائص الذوبان واللزوجة والاستقرار وغير سامة والتوافق الحيوي. وفقا لأنواع البدائل، والتأين والذوبان في إثيرات السليلوز، هناك تصنيفات مختلفة. البدائل الموجودة على إثيرات السليلوز لها تأثير كبير على خصائصها. وفقًا للبدائل المختلفة، يمكن تصنيف إثيرات السليلوز إلى MC، وHEC، وCMC، وHPMC، وHEMC، وما إلى ذلك، راجع الشكل 1. وتناقش هذه الورقة بشكل أساسي الخواص الفيزيائية والكيميائية وتطبيق HPMC وHEMC في صناعة البناء والتشييد.

1. الهيكل

1.1HPMC

هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز يمكن إنتاج (HPMC) من القطن المكرر ولب الخشب والميثيل وإيثر بولي هيدروكسي بروبيل السليلوز. يتم تحضيره عن طريق أثير السليلوز مع أكسيد البروبيلين والكلوروفورم. تحل مجموعة الميثوكسي الموجودة على كلوريد الميثيل محل مجموعة الهيدروكسيل الموجودة على حلقة الجلوكوز، ويتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل بهيدروكسي بروبوكسي وتحدث بلمرة السلسلة. يظهر الهيكل في الشكل 2. يتميز HPMC بخصائص الجل الحراري، ولا يحتوي محلوله على شحنة أيونية، ولا يتفاعل مع الأملاح المعدنية أو المركبات الأيونية، وله مقاومة قوية للعفن، وله تشتت جيد، واستحلاب، وسماكة، والتصاق، احتباس الماء وخصائص الاحتفاظ بالهلام.

1.2 هيمك

يختلف إنتاج وتحضير هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز (HEMC) قليلاً عن إنتاج HPMC. بعد قلوية السليلوز، يتم استبدال أكسيد البروبيلين بأكسيد الإيثيلين ليحل محل مجموعة الهيدروكسيل الموجودة في حلقة الجلوكوز. يظهر الهيكل في الشكل 3. بالمقارنة مع HPMC، فإن التركيب الكيميائي لـ HEMC يحتوي على مجموعات أكثر محبة للماء، لذلك فهو أكثر استقرارًا عند درجات الحرارة المرتفعة ويتمتع بثبات حراري جيد. بالمقارنة مع إيثر السليلوز HPMC الشائع، فهو يتمتع بدرجة حرارة هلامية أعلى نسبيًا وله ميزة على درجة الحرارة المرتفعة. مثل HPMC، يتمتع HEMC بمقاومة جيدة للعفن والتشتت والاستحلاب والسماكة والالتصاق واحتباس الماء والغراء.

2. الخصائص الفيزيائية والكيميائية

تشمل الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعيار ما يلي: المظهر، والنعومة، وفقدان الوزن الجاف، ورماد الكبريتات، وقيمة الرقم الهيدروجيني، ونفاذية المحلول، ولزوجة المحلول، ودرجة حرارة الهلام، ومحتوى المجموعة (باستثناء اختبار تطبيق الملاط).

يرتبط المظهر والنعومة وفقدان الوزن عند التجفيف ورماد الكبريتات وقيمة الرقم الهيدروجيني ونفاذية المحلول واللزوجة وما إلى ذلك بنموذج المنتج ووظيفته. يختلف مستوى الشركات المصنعة المختلفة، لذلك لم تتم مناقشته هنا.

2.1 محتوى مجموعة إيثر السليلوز

بسبب البدائل المختلفة لـ HPMC وHEMC، يمكن تسخين عينات إيثر السليلوز وتفاعلها في مفاعل مغلق. تحت تحفيز حمض الأديبيك، يتم تكسير مجموعات الألكوكسي المستبدلة كميًا بواسطة حمض الهيدروديك لتوليد اليودوانات المقابلة. يتم استخلاص نواتج التفاعل باستخدام الأوزيلين، ويتم حقن محلول الاستخلاص في كروماتوجراف الغاز لفصل المكونات، ويمكن التمييز بين الهيدروكسي بروبوكسي والهيدروكسي إيثوكسي. تم استخدام الطريقة القياسية الداخلية لقياس وحساب محتوى المكونات المراد اختبارها في العينة. الشكل 5 هو طيف GC لـ HPMC، والشكل 6 هو طيف GC للمحلول القياسي للمعايرة (يحتوي على ميثوكسي، وهيدروكسي إيثوكسي، وهيدروكسي بروبوكسي). ليس من الصعب أن نجد أن وقت فصل مجموعة هيدروكسي إيثوكسي يكون بين مجموعة ميثوكسي ومجموعة هيدروكسي بروبوكسي. يمكن الحكم على نوع المجموعة من خلال مقارنة وقت فصل المحلول القياسي. تم تحديد نوع المجموعة حسب وقت الذروة، وتم حساب محتوى المجموعة حسب منطقة الذروة. بشكل عام، يتراوح محتوى الميثوكسيل في HPMC من 16% إلى 30%، ويمكن أن يكون محتوى البروبوكسيل 4-32%، ومحتوى الميثوكسيل في HEMC هو 22% - 30%، ومحتوى الهيدروكسي إيثوكسيل 2% -14%.

2.2 درجة حرارة الجل

تعتبر درجة حرارة الجل مؤشرا هاما على الأثير السليلوز. يحتوي المحلول المائي لإيثر السليلوز على خصائص الجل الحراري. ومع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض اللزوجة بشكل مستمر. عندما تصل درجة حرارة المحلول إلى قيمة معينة، فإن محلول إيثر السليلوز لم يعد شفافًا، ولكنه يشكل مادة غروانية بيضاء، والتي تفقد لزوجتها في النهاية. ويعني اختبار درجة حرارة الهلام أن عينة أثير السليلوز مكونة من محلول أثير السليلوز بتركيز 0.2% ويتم تسخينها ببطء في الحمام المائي حتى يظهر المحلول أبيض اللون أو حتى هلام أبيض، ويتم فقدان اللزوجة تماما. درجة حرارة المحلول هي درجة حرارة هلام الأثير السليلوز. الشكل 7 عبارة عن اختيار عشوائي لـ 8 درجات حرارة هلامية لمنتجات إيثر السليلوز في الداخل والخارج. والنتيجة هي أن درجة حرارة الهلام الإجمالية لـ HEMC أعلى قليلاً من درجة حرارة HPMC. بشكل عام، تبلغ درجة حرارة هلام HPMC 60 درجة ~ 75 وeMC عند 75 درجة مئوية ~ 90 درجة مئوية.

إن نسبة الميثوكسي والهيدروكسي بروبيل إلى HPMC لها تأثيرات معينة على قابلية الذوبان في الماء، والقدرة على الاحتفاظ بالماء، والنشاط السطحي ودرجة حرارة هلام المنتج. بشكل عام، يحتوي HPMC الذي يحتوي على نسبة عالية من الميثوكسي ومحتوى منخفض من الهيدروكسي بروبيل على قابلية جيدة للذوبان في الماء ونشاط سطحي جيد، ولكن درجة حرارة الهلام منخفضة: زيادة محتوى الهيدروكسي بروبيل وتقليل محتوى الميثوكسي يمكن أن يزيد من درجة حرارة الهلام، ولكن المحتوى الزائد لمجموعة الهيدروكسي بروبيل سيقلل درجة حرارة الهلام، وتقليل الذوبان في الماء والنشاط السطحي. لذلك، يجب على الشركة المصنعة لإيثر السليلوز التحكم بشكل صارم في محتوى المجموعة لضمان جودة المنتجات واستقرارها.

3. تطبيق صناعة البناء والتشييد

لدى HPMC وHEMC وظائف مماثلة في مواد البناء. ويمكن استخدامه كمشتت، وعامل الاحتفاظ بالمياه، ومكثف وموثق، وما إلى ذلك. ويستخدم بشكل رئيسي في صب ملاط الأسمنت ومنتجات الجبس. يتم استخدامه في الملاط الأسمنتي لزيادة تماسكه وقابليته للتشغيل وتقليل التلبد وتحسين اللزوجة والانكماش، وله وظائف احتباس الماء وتقليل فقدان الماء على سطح الخرسانة وتحسين القوة ومنع الشقوق والتجوية الملحية القابلة للذوبان في الماء. ويستخدم على نطاق واسع في الاسمنت والجص والملاط وغيرها من المواد. يمكن استخدامه كعامل تشكيل الفيلم، ومثخن، ومستحلب، ومثبت في طلاءات اللاتكس وطلاءات الراتنج القابلة للذوبان في الماء. يتميز بمقاومة جيدة للتآكل، والتوحيد والالتصاق، ويحسن التوتر السطحي، واستقرار القاعدة الحمضية، والتوافق مع الأصباغ المعدنية. نظرًا لاستقرار تخزين اللزوجة الجيد، فهو مناسب بشكل خاص لطلاءات المستحلب كمشتت. باختصار، على الرغم من أن كمية النظام صغيرة، إلا أنه له تأثير كبير ويستخدم على نطاق واسع.

تحدد درجة حرارة هلام إيثر السليلوز ثباته الحراري عند التطبيق. تتراوح درجة حرارة هلام HPMC عادةً بين 60 درجة مئوية إلى 75 درجة مئوية، اعتمادًا على النوع ومحتوى المجموعة وعمليات الإنتاج المختلفة لمختلف الشركات المصنعة. نظرًا لخصائص مجموعة HEMC، فهي تتمتع بدرجة حرارة هلامية أعلى، عادةً ما تكون أعلى من 80 درجة مئوية، لذا فإن ثباتها تحت درجة الحرارة المرتفعة يرجع إلى HPMC. في التطبيق العملي، في بيئة البناء الحارة في الصيف، تكون قدرة HEMC على الاحتفاظ بالمياه بنفس اللزوجة والجرعة أفضل من قدرة HPMC. في بعض الأحيان يتم تصنيع الملاط في درجات حرارة عالية خاصة في الجنوب. سيفقد إيثر السليلوز مع درجة حرارة هلامية منخفضة سماكته واحتباس الماء عند درجة حرارة عالية، وبالتالي تسريع تصلب الأسمنت والملاط، ويؤثر بشكل مباشر على البناء ومقاومة التشقق.

نظرًا لوجود مجموعات أكثر محبة للماء في بنية HEMC، فهي تتمتع بقدرة أفضل على الماء. معدل احتباس الماء لـ HEMC في الملاط أعلى قليلاً من معدل HEMC عند نفس الجرعة من المنتجات ذات نفس اللزوجة. بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومة التدفق الرأسي لـ HEMC جيدة نسبيًا أيضًا. ولذلك، فإن تطبيق HEMC في لاصق بلاط السيراميك سيكون أفضل.

تقدم شركة Celotech مجموعة واسعة من منتجات Celopro® وسيلوفيبر® درجات البناء لضمان توفر المنتج المناسب لكل حالة يمكن تصورها.

التطبيقات

منتجات

كتلة وضع لاصقة

MK40M FP، MK70M FP، MT4016

لاصق البلاط الأسمنتي (CTA)

MK40M FP، MK70M FP، MT4016

طبقة واحدة من الأسمنت

MH25M FP، MK30M FP

معطف مقشود الاسمنت

MK30M FP، MT3025، MT3027

الجص البلاط

MT6001

الجص اليد الجبس

MK30M FP، MT4031، MT5503

التسوية الذاتية

MK400 FP، MT1004