Целлюлозные эфиры-загустители (ГЭЦ, ГПМЦ, КМЦ, EHEC/MEHEC)

Целлюлозные эфиры - загустители на основе природной целлюлозы, у которой часть гидроксилов глюкопиранозных звеньев замещена алкильными, гидроксиалкильными или карбоксиметильными группами. Загущают они гидратацией и переплетением цепей, а не ассоциацией с частицами дисперсии - исключение составляют гидрофобно-модифицированные марки ряда EHM, которые дополнительно работают ассоциативно, и дают псевдопластичные растворы: вязкость падает при высоком сдвиге и восстанавливается в покое, что облегчает нанесение кистью, валиком и распылением и помогает удержать слой на вертикали; итоговую стойкость к стеканию проверяют на рабочей толщине плёнки.

По заряду ряд делится на две ветви: неионогенные эфиры заметно устойчивее к электролитам и работают в широком диапазоне pH, ориентировочно 3-11 в зависимости от марки, тогда как анионная карбоксиметилцеллюлоза чувствительна к поливалентным катионам и жёсткой воде, а её рабочий интервал заметно уже, а его границы уточняют по паспорту марки. Большинство эфиров водорастворимы; исключение - органорастворимая этилцеллюлоза для растворных систем. Динамическая вязкость товарных марок (Брукфилд, 1% или 2% раствор) перекрывает ряд от десятков до порядка 140000 мПа·с.

Сводка по классам - марки в каждой строке идут по возрастанию вязкости, базис измерения указан в паспорте сорта

Выбор сорта внутри класса ведут по пяти признакам:

• Вязкость и базис измерения: сорта различаются на два порядка - от 70-110 мПа·с у AKUCELL AF 1705 до 18000-24000 мПа·с у WALOCEL XM 20000 PV, причём паспорта нормируют вязкость при разной концентрации раствора, одни по однопроцентному, другие по двухпроцентному, поэтому марки сравнивают только при одинаковом базисе;
• Поведение при растворении: поверхностно обработанные сорта (CELLOSIZE QP-100MH-V, ряд WALOCEL PV) растворяются с задержкой, что даёт время разойтись по объёму и снимает комки и «рыбьи глаза» - на производстве это важнее абсолютной вязкости, потому что необработанный высоковязкий сорт схватывается снаружи и запирает сухую сердцевину;
• Ферментостойкость: незащищённая ГЭЦ разлагается ферментами и требует биоцида в готовой системе, тогда как биостойкие ряды EBS и EBM (BERMOCOLL EBM 5500) держат вязкость при хранении заметно надёжнее; суффикс FQ к ферментостойкости отношения не имеет;
• Заряд и вода: неионогенные эфиры заметно устойчивее к электролитам и работают в широком диапазоне pH, ориентировочно 3-11 в зависимости от марки, а анионная карбоксиметилцеллюлоза теряет вязкость на поливалентных катионах и жёсткой воде, поэтому её ставят туда, где солевой фон контролируем;
• Среда растворения: большинство эфиров водные, ETHOCEL Standard в воде не растворяется и работает в совместимых органических растворителях, а METHOCEL 311 растворяется и в воде, и в спиртах с хлорированными растворителями, что и делает его загустителем смывок.

Области применения объединены реологией и водоудержанием: в вододисперсионных ЛКМ эфиры дают псевдопластичный профиль, держат пигмент от оседания при хранении и убирают подтёки, в сухих строительных смесях неионные ГЭМЦ и ГПМЦ удерживают воду затворения и выравнивают гидратацию вяжущего, в буровых растворах специализированные сорта регулируют водоотдачу при минерализации, а в средствах ухода неионные эфиры структурируют составы и совместимы с ПАВ разного заряда, тогда как анионную КМЦ в системах с катионными компонентами проверяют отдельно. Пищевые сорта карбоксиметилцеллюлозы (TEXTURECEL 20000 GA 07, AKUCELL AF 1705) поставляются с паспортным соответствием E466 и FCC.

При выборе марки опираются на требуемую вязкость при низком и высоком сдвиге, тип системы (водная или растворная), заряд эфира и жёсткость воды, риск ферментативной деградации. Высоковязкие марки работают при низких дозировках и позволяют снизить дозировку при той же вязкости покоя, низковязкие улучшают розлив. Рабочую концентрацию считают от массы готовой рецептуры и держат ориентировочно в пределах 0,2-2% (0,2-0,8% в красках, 0,3-1% в строительных смесях, 0,5-2% в персональном уходе); точную марку и дозировку согласуют по TDS производителя.

Смежные механизмы различаются способом активации: целлюлозные эфиры загущают объёмом и переплетением макромолекул и не требуют щелочной активации, тогда как акриловые загустители ASE и HASE в большинстве раскрываются после нейтрализации, а преднейтрализованные марки работают без этой стадии, а полиуретановые HEUR строят обратимые гидрофобные ассоциации с полимерными частицами, ПАВ и другими гидрофобными компонентами. На практике типы комбинируют: целлюлозный эфир задаёт вязкость покоя и водоудержание, ассоциативный - поведение при нанесении.