چندین پارامتر مانند نوع حلال، نوع پلیمر (ویسکوزیته[1] و درجه جانشینی[2]) و میزان سرعت برش اعمال شده بر پراکنش و انحلال سی ام سی تاثیر گذارند. در این مقاله به بررسی برخی از پارامترهای مهم و تاثیرات آنها بر عملکرد سی ام سی میپردازیم.
حلال
ماده سی ام سی در آب سرد، داغ محلول است و در حلالهای آلی و غیر قطبی نامحلول است. اما نکته قابل توجه آن است که سی ام سی در مخلوط مناسبی از آب و حلالهای محلول در آب، مانند الکل[3] و استون[4] انحلال پذیر است. محلولهایی با غلظت کم از سی ام سی میتوانند با حضور %50 وزنی از الکل و یا %40 وزنی از استون تهیه شوند. البته در برخی مواقع، محلول آبی سی ام سی حتی میتواند غلظت بالاتری از الکل یا استون را تحمل کند. به طور کلی واضح است که گریدهای با ویسکوزیته پایینتر قادر به تحمل حضور غلظت‌های بالاتری از حلالهای الکل و استون را در محلول‌هایشان هستند.
ساختار شیمیایی سی ام سی
هرچه درجه جانشینی بیشتر و وزن مولکولی کمتر باشد، سرعت انحلال سی ام سی نیز بیشتر خواهد بود. اندازه ذرات سی ام سی نقش تعیین‌کنندهای در خواص پراکنشی و انحلال پذیری این ماده بازی میکنند. به طور مثال به طور تجربی به دست آمده است که گرانولهای زبر و درشت در مواقعی که میزان تلاطم ناشی از چرخش همزن کافی نیست و توان ایجاد ورتکس در محلول وجود ندارد، فرایند پراکنش بهتری نسبت به گرانولهای ریز و نرم دارند. اما در مقابل هرچه اندازه گرانولها بزرگتر باشد، زمان انحلال ذرات به طور قابل ملاحظهای افزایش مییابد. بنابراین برای کاربردهایی که سرعت انحلال بالایی مورد نیاز است، بهترین گزینه استفاده از سی ام سی با اندازه ذرات ریز و ظریف است. اگرچه در این حالت برای دستیابی به پراکنش نسبتا مناسب، لازم است از تکنیکهای انحلال خاصی مانند: پیش آغشته سازی[5] پودر سی ام سی با یک مایع دیگر (مایعی که ذرات را متورم نکند)، مخلوط کردن سی ام سی با مواد خشک دیگر و یا استفاده از مخلوط کنهای لایروب شکل[6] استفاده گردد.
روشهای پراکنش مطلوب
زمانی که ذرات سی ام سی به آب اضافه میشوند، تمایل به تجمع و کلوخه شدن دارند. برای مشاهده انحلال خوب و آسان، فرآیند انحلال باید شامل یک عملیات دو مرحلهای باشد.
1 – پراکنش مناسب پودر خشک در آب : ذرات به صورت مجزا از هم باید خیس شوند و درون سامانه نباید توده متراکم ذرات را داشته باشیم.
2 –ذرات خیس خورده باید در سیستم حل شوند.
زمانی‌که از یک روش مناسب استفاده میشود، پراکنش خوبی صورت میگیرد و سی ام سی به سرعت حل میشود. برای ایجاد یک محلول شفاف و بدون هیچ‌گونه کلوخه حل نشده، چندین روش میتواند استفاده شود.
روش اول
در این روش سی ام سی به آبی که شدیدا در حال تلاطم و هم خوردن است، اضافه میشود. سرعت اضافه کردن باید اینقدر کند باشد که به ذرات اجازه دهد تا از یکدیگر جدا شده و سطح آنها مستقلا خیس شوند و از طرفی باید اینقدر سریع باشد که میزان افزایش ویسکوزیته فاز آبی در طول زمان افزودن سی ام سی حداقل شود. همانطور که مشخص است نحوه انجام این روش تا حد زیادی تجربی بوده و احتیاج به حدس و خطا دارد.
روش دوم
در این روش قبل از اضافه کردن سی ام سی به آب، پودر سی ام سی را باید با یک مایع امتزاج پذیر با آب نظیر: الکل، گلیسول یا گلیسرول‌ها، خیس کنیم. باید در انتخاب مایع به این نکته توجه کنیم که مایع مورد مصرف نباید سبب متورم شدن سی ام سی شود. میزان مایع مورد مصرف برای انجام این روش معمولا 2 تا 3 برابر میزان سی ام سی مورد مصرف است.
روش سوم
در این روش سی ام سی را با یک ماده خشک دیگر که قرار است در فرمولاسیون نهایی باشد مخلوط می‌کنیم. در این حالت مواد خشک معمولا از مواد غیر پلیمری موجود در فرمولاسیون انتخاب میشوند. در این روش ترجیح بر آن است که درصد سی ام سی مورد استفاده کمتر از % 20 کل مخلوط تهیه شده باشد.
روش چهارم
در این روش از یک سیستم افشانه آب (سیستمهای لایروبی) به منظور خیس کردن بسیار سریع ذرات پلیمر استفاده می‌گردد (شکل شماره 1). به منظور انجام این کار سی ام سی (یا هر ماده پلیمری دیگر) به درون دستگاه جت افشانه آب[7] هدایت میشود. در این دستگاه جریان آب با سرعت بالا در زمان بسیار کمی هر ذره را خیس میکند و در نتیجه از تشکیل کلوخه جلوگیری میشود. این روش سرعت آماده سازی محلول را بالابرده و به طور خاص برای تهیه حجم زیادی از محلولهای سی ام سی بسیار مفید است. برای افرادی که تمایل به استفاده از سیستمهای آسان و اتوماتیک دارند، سیستم تهیه محلولهای پلیمری[8](در این روش از اثر باد در پراکنش ذرات بهره برده میشود) که به طور همزمان از افشانه آب نیز استفاده میکند، پیشنهاد میشود (شکل شماره 2).
شکل شماره1) نصب دستگاه مخلوط کنهای لایروب شکل
شکل 2) سیستم خودکار تهیه محلولهای پلیمری
[1] Viscosity
[2] Degree of substitution
[3] Ethanol
[4] Acetone
[5] Pre-wetting
[6]Eductor-type mixing device
[7] Water-jet eductor
[8]Polymer solution preparation system(PSP)
منبع:
AQUALON Sodium Carboxymethylcellulose - Booklet