غلظت دهنده های سلولزی (سی ام سی،HPMC ،HEC و…)
سی ام سی و سایر غلظت دهندههای سلولزی
سی ام سی یکی از غلظت دهنده های سلولزی پر مصرف می باشد، برای مشخص کردن انواع غلظت دهنده های سلولزی ابتدا بهتر است
توضیح دهیم که غلظت دهنده های سلولزی چگونه تولید می شوند و همچنین نحوه کارکرد آن ها به چه شکلی است.
نحوه تشکیل غلظت دهندههای سلولزی
پایه مشتقات سلولزی، سلولز پلی ساکاریدی که واحد های انیدروگلوکز آن با 1–b، -4 گلیکوسیدیک بهم وصل شده اند، می باشد.
منبع سلولز و روش خالص سازی روی کیفیت و خواص فیزیکی اثر می گذارد.
مهم ترین منابع سلولزی لینتر پنیه و چوب است که لینتر پنبه در حدود 90 درصد سلولز دارد و درجه پلیمریزاسیون از متوسط بالاتر است
در حالی که با خالص سازی چوب به مقدار 50 درصد می رسیم، بنابراین منبع اصلی سلولز اتر با وزن مولکولی بالا، لینتر پنبه می باشد.
هر واحد انیدروگلوکز سه گروه هیدروکسیل دارد که می توان استریفیکاسیون یا اتریفیکاسیون که تقریبا یک فرایند پیچیده است انجام داد.
اگرچه فعالیت گروه های هیدروکسیل شبیه به همتاهای خود در آلیفاتیک الکل های ضعیف است
ولی به علت ساختار کریستالی سلولز واکنش را می توان سرعت داد.
وجود پیوند هیدروژنی بین زنجیرهای پلیمر آنها را بسیار منسجم و مرتب ساخته است که با واکنش با سدیم هیدروکساید بار دافع منفی روی زنجیر تولید می شود
و در نتیجه ساختار کریستالی پلیمر شکسته و گروههای هیدروکسیل آماده واکنش می شوند.
در واکنش ماده با سدیم هیدروکساید، گروه هیدروکسیل تبدیل به یون های فعال الکوکساید می شود
که ماده حاصله سلولز قلیایی نامیده می شود
و محصولی تقریبا سری می باشد.اتریفیکاسیون با سنتز ویلیام سون واکنش با یک هالید آلکیل یا اپوکسی پیش می رود.
از واکنش سلولز قلیایی با اتیلن اکساید، سلولز هیدروکسی اتیل تولید می شود
و در مرحله بعدی با مونوکلواستیک اسید واکنش داده و کربوکسی متیل سلولز ایجاد می شود
که بعد با متیل کلراید در حضور سدیم هیدروکساید واکنش داده و متیل سلولز تولید می شود
که این ماده به تنهایی غلظت دهنده نمی باشد اما مخلوط متیل هیدروکسی سلولز و متیل هیدروکسی پروپیل سلولز یک ماده غلظت دهنده است.
برای شناسایی مواد کافی نیست که بدانیم چه موادی در محصول است بلکه باید درصد استخلاف نیز مشخص شود. بدین منظور دو اصطلاح،
درجه جایگزینی (DS) که نشان دهنده تعداد گروههای هیدروکسیل استخلاف شده و (MS) درجه استخلاف مولی که تعداد
متوسط مول های استخلاف شده روی واحد انیدروگلوکز را نشان می دهد تعریف شده است.
با دانستن DS، متیل سلولز و کربوکسی متیل سلولز شناسایی می شود اما در هیدروکسی اتیل سلولز این تعاریف مهم نیست
زیرا که بعد از استخلاف با اتیلن اکساید باز هم گروه هیدروکسیل وجود دارد
و می تواند در واکنش شرکت کند. بنابراین می توان بیشتر از یک استخلاف در مقابل هر گروه هیدروکسیل سلولز داشت.
غلظت دهنده های غیر هم بسته صمغهای طبیعی هستند که در فرمولهای قدیمی استفاده میشوند .
ترکیبات رُسی (ترکیبات اصلاحنشده با بازدهای پایین) اساساً در رنگهای ارزان ساختمانی با PVC بالا استفاده میشدند.
دو نوع غلظت دهنده های سلولزی غیر یونی هم بسته که سابقاً استفاده میشدند و در حال حاضر نیز معمول هستند
عبارتند از ترکیبات سلولزی محلول در آب و کوپلی مرهای آکریلیککربوکسیلیک دار پلی آنیونیک محلول در باز.
روش تولید غلظت دهندههای سلولزی
برای چند دهه استاندارد صنعتی برای غلظت دهنده های سلولزی رنگ ل
اتکس اتیل هیدروکسی لولز (HEC)، یک پلیمر محلول در آب با وزن مولکولی بالا بوده،
که از واکنش بین سلولز بازی و اکسیداتیلن تولید میشده است.
غلظت دهندههای سلولزی از خانواده اترها بوده، از این رو قدرت جذب آب بسیار بالایی دارد.
از دیگر خواص غلظت دهندههای سلولزی میتوان به پایداری و انبارداری راحتتر، ضد شره، نگهداری آب بیشتر و … اشاره کرد.
یکی از مهمترین ویژگیهای این غلظت دهنده این است که هیچگونه محدودیتی ندارند و در هر فرمول
و محصولی میتوان آن را استفاده کرد.این غلظت دهندههای سلولزی به هیچ عنوان به تنهایی نمیتوانند
در برابر میکروارگانیستمها مقاومت کنند،به همین دلیل باید موادی وجود داشته باشدو تنها
بایوسایدها میتوانند نگهدارنده بسیار مناسبی برای این محصولات باشند.خاصیت غلظت دهندگی آن
با ایجاد سکون رئولوژی در قسمت عمدهای از محیط آبی با هیدراته کردن ماکرومولکولها (که دارای تحرک کم هستند) به وجود میآید،
بعدها با گسترش آن هیدروکسی پروپیل سلولزو هیدروکسی اتیل سلولز اصلاح شده برای آبگریزی تولید شدند.
بازدهی غلظت دهنده های سلولزی و تمامی مشتقات سلولزی به طول ماکرومولکولها مربوطه یا به عبارتی به درجهی پلیمریزاسیون آنها بستگی دارد.
استفاده آنها در رنگ پایداری رنگدانهها و پرکنها و بهبود فام و افزایش زمان باز (زمان قبل از خشک سطحی کامل) را باعث میشود.
انواع غلظت دهندههای سلولزی
کاربردهای غلظت دهندههای سلولزی
- استفاده در رنگ های نیمه براق
- استفاده در صنعت چسب و رزین
- استفاده در سیمان و ملات های بنایی
- استفاده در تولید رنگ و پوشش ها
- استفاده در داروسازی
- نایع مقوا و کاغذسازی
- صنایع داروسازی
- تولید محصولات گچی
- استفاده در صنایع تولید محصولات آرایشی – شوینده ها – مواد پاک کننده
- استفاده به عنوان ایجاد کننده خواص زئولوژیکی و ماده نگهدارنده آب در مصالح ساختمانی
- در صنعت کاشی و سرامیک
- و…
یک از پرکاربرد ترین موارد استفاده از غلظت دهنده های سلولزی صنعت رنگ می باشد،
مقایسه غلظت دهندههای سلولزی برای استفاده در صنعت رنگ
مشخصا نمی توان گفت که کدامین سلولز اتر بهترین تأثیرات را روی خواص رنگ می گذارد
اما آزمایش های فراوانی روی خواص استخلاف انتخابی و تأثیر آن روی خواص رنگ انجام شده
است و خصوصیاتی که غلظت دهنده برآنها تأثیر می گذارد با هم مقایسه شده اند.
هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)، متیل هیدروکسی اتیل سلولز (MHEC)،
اتیل هیدروکسی اتیل سلولز (EHEC) و کربوکسی متیل سلولز (CMC) با هم
در رنگ مقایسه شده اند که نتایج را در جدول زیر خواهید دید.فاکتور اول، دیسپرسیون پیگمنت است که غلظت دهنده نباید
اثر منفی روی دیسپرسیون بگذارد و بهترین نتیجه با هیدروکسی اتیل سلولز بدست می آید.
روش اول آزمایشگاهی بدین صورت است
که خمیر تیتان با محلول پلیمر تیتر می شود (با افزودن مقداری دیسپرس کننده پلیمری این فرایند بهتر انجام می شود)
در طول فرایند و یا نگهداری آن تا انجا که ممکن است نباید کفی ایجاد شود
تا تأثیر غلظت دهنده بر کاهش تنش سطحی فاز پیوسته حداقل باشد
که به همین دلیل سلولز اترهای هیدروفولیک مثل CMC و HMC بهترین نتیجه را می دهند.
عمل غلظت دهندگی سلولز اتر بیشتر، تابعی از وزن مولکولی است
تا انتخاب استخلاف و تاکنون نیز نتیجه عکس مشاهده نشده است. مشتقات متیل سلولز تا حدی با پیگمنت واکنش می دهند
که باعث کاهش دیسپرسیون پیگمنت و اندکی افزایش ویسکوزیته می شوند
بنابراین در ظاهر کارایی غلظت دهندگی آن بهبود پیدا می کند.
به تجربه ثابت شده است خاصیت شبه پلاستیکی متیل سلولز از هیدروکسی اتیل سلولز و اتیل هیدروکسی سلولز پایین تر است
در نتیجه در نیروی برشی متوسط و زیاد ویسکوزیته بیشتری (ویسکوزیته بروکفلید استورمر) نسبت به مشتقات دیگر نشان می دهد
و روی مکانیسم غلظت دهندگی محصول و ویسکوزیته کاربرد تأثیر مثبت می گذارد.
تمام موارد فوق دلیلی بر بالاتر بودن ویسکوزیته ICI رنگهای متیل سلولزدار و مشتقات آن می باشد.
وزن مولکولی هم روی خواص نهایی رنگ اثر می گذارد. تأثیر وزن مولکولی در جدول ژیر خلاصه وار بیان شده است
که برای فهم آسان دو رنگ با 2% از دو نوع هیدروکسی اتیل سلولز
در دو ویسکوزیته بروکفیلد 6000 mpa (20 rpm) و 100000 mpa مقایسه شده اند.
در هیدروکسی اتیل سلولز با MS=2.5 مقایسه بین مولکولی 650000 (گونه 6000) و وزن مولکولی 110000 (گونه 100000) است
که در وزن مولکولی بالاتر، با اینکه ویسکوزیته و پاشش رنگ به اطراف بیشتر است
اما هنگام اعمال با غلطک رئولوژی رنگ تا حدی بهتر می شود.
شاید این دور از انتظار باشد که در وزن مولکولی پایین تر رنگ سریعتر خود را پیدا کند اما در عمل این اتفاق می افتد
زیرا زنجیرهای بلند با اینکه بسیار الاستیک هستند اما مولکول های کوچک به هنگام کشیده شدن سریعتر به حالت اولیه بر می گردند.
شاید محصولات با وزن مولکولی پایین تر مقاومت شره بهتری داشته باشند
اما چون ضخامت از 400 میکرون بالاتر نمی رود زیاد با هم فرقی نخواهند داشت.
در کل برای مقایسه، بهتر است که ویسکوزیته ها با هم برابر باشند.
زمان باز نگهداشتن رنگ با مواد وزن مولکولی پایین بهتر و تابعی از درصد مولکول های پلیمری باشد.
وزن مولکولی بالاتر بعلت ایجاد تجمع در پیگمنت، روی رنگ دهی تأثیر منفی دارد که با انتخاب پایدار کننده ضعیف مشهودتر است.
زنجیرهای کوچک زودتر از بزرگ در آب حل می شوند در نتیجه با وزن مولکولی پایین تر حساسیت به آب رنگ بیشتر می شود
و با افزایش وزن مولکولی مقاومت سایشی رنگ افزایش می یابد. بنابراین نمیتوان گفت یک وزن مشخص بهترین نتیجه را دارد
اما بعلت بهبود مقاومت پاششی رنگ، قدرت پوشش و زمان باز نگهداری معمولا از وزن مولکولی پایین استفاده می شود.
تفاوت سی ام سی با سایر غلظت دهندههای سلولزی
سی ام سی یا همان کربوکسی متیل سلوز با وجود اینکه جزو غلظت دهنده های سلولزی می باشد
طیف وسیع تری از نظر استفاده دارد،
یک از مهم ترین دلایل آن مقرون به صرفه تر بودن این غلظت دهنده نسبت به سایرین است.
اما باید توجه داشت که با توجه به مقیاس استفاده و نوع صنعت میتواند گزینه درست و یا اشتباهی باشد
چرا که ویسکوزیته آن نسبت به سایر غلظت دهنده های سلولزی
به شکل چشم گیری پایین تر است و لذا در مقیاس بالا برای استفاده شاید مقرون به صرفه نباشد.
البته اشاره کردیم که نوع صنعت و ویژگی مورد انتظار خیلی مهم است،
برای آشنایی بیشتر با تمام ویژگی های سی ام سی می توانید
به مقاله ای با عنوان “ویژگی های سی ام سی در گرید های مخلتف و موارد مصرف آن” مراجعه کنید.
