O éter de celulose, derivado da celulose natural, é um polímero sintético produzido por modificação química. Seu material básico é a celulose natural, um composto polimérico natural. Devido à estrutura única da celulose natural, ela não tem capacidade de reagir com agentes eterificantes. Porém, sob o tratamento do agente de expansão, as fortes ligações de hidrogênio dentro e fora da cadeia molecular são quebradas, causando a liberação ativa dos grupos hidroxila e transformando-os em celulose alcalina reativa. Após a reação do agente eterificante, o grupo -OH é convertido no grupo -OR para formar éter de celulose.
As propriedades dos éteres de celulose dependem do tipo, número e distribuição de seus substituintes. A sua classificação baseia-se principalmente no tipo de substituinte, grau de eterificação, propriedades de solubilidade e características de aplicação relacionadas. De acordo com o tipo de substituintes na cadeia molecular, pode ser dividido em monoéter e éter misto. O MC comum no mercado é um monoéter, enquanto o HPMC é um éter misto. O éter metilcelulose MC é um produto obtido pela substituição dos grupos hidroxila nas unidades de glicose da celulose natural por grupos metoxi. O éter hidroxipropilmetilcelulose HPMC é um produto no qual parte dos grupos hidroxila são substituídos por grupos metoxi e a outra parte é substituída por grupos hidroxipropil. Além disso, existem os éteres de hidroxietilmetilcelulose HEMC, que são as principais variedades amplamente utilizadas e comercializadas no mercado.
Do ponto de vista das propriedades de solubilidade, os éteres de celulose podem ser divididos em tipos iônicos e não iônicos. Os éteres de celulose não iônicos solúveis em água incluem principalmente duas séries: éteres alquílicos e éteres hidroxialquílicos. O CMC iônico é usado principalmente em detergentes sintéticos, impressão e tingimento têxtil, extração de alimentos e petróleo e outros campos. MC não iônico, HPMC, HEMC, etc. são usados principalmente em materiais de construção, revestimentos de látex, medicamentos, produtos químicos diários, etc. Nestes campos, desempenham um papel importante como espessantes, agentes retentores de água, estabilizantes, dispersantes e agentes formadores de filme.
Retenção de água de celulose
Na área dos materiais de construção, especialmente na preparação de argamassas misturadas a seco, o éter de celulose desempenha um papel fundamental indispensável, especialmente no processo de fabricação de argamassas especiais (argamassa modificada), onde desempenha um papel indispensável e importante. um papel vital.
O papel fundamental do éter de celulose solúvel em água na argamassa reflete-se principalmente em três aspectos, nomeadamente desempenho superior de retenção de água, influência na consistência e tixotropia da argamassa e interação com o cimento.
O efeito de retenção de água do éter de celulose é afetado por muitos fatores, incluindo a absorção de água da camada de base, a composição da argamassa, a espessura da camada da argamassa, a demanda de água da argamassa e o tempo de pega do material de pega. As propriedades de retenção de água dos éteres de celulose originam-se de sua solubilidade e desidratação. Embora a cadeia molecular da celulose contenha um grande número de grupos hidroxila altamente hidratáveis (grupos OH), a celulose não é diretamente solúvel em água devido à sua estrutura altamente cristalina. Ao introduzir substituintes, especialmente substituintes maiores, as ligações de hidrogénio e as forças de van der Waals da cadeia molecular são destruídas, resultando num aumento na distância entre as moléculas. Esta mudança estrutural faz com que os éteres de celulose inchem em vez de se dissolverem em água, formando uma solução altamente viscosa. A uma temperatura adequada, a hidratação deste polímero enfraquece e a água entre as cadeias é expulsa, formando uma estrutura de rede tridimensional dobrada a partir do gel. Os fatores que afetam a retenção de água da argamassa incluem a viscosidade, a quantidade de adição, a finura das partículas e a temperatura de uso do éter de celulose.
A viscosidade do éter de celulose tem um impacto significativo no seu desempenho de retenção de água. A viscosidade da sua solução polimérica está relacionada ao peso molecular (grau de polimerização) do polímero, bem como ao comprimento da cadeia e à morfologia da estrutura molecular. Existe uma correlação positiva entre viscosidade e peso molecular. A viscosidade das soluções de éter de celulose está relacionada à concentração e está diretamente relacionada às aplicações em diferentes campos. Portanto, cada éter de celulose possui múltiplas especificações de viscosidade diferentes, e a viscosidade é ajustada através da degradação da celulose alcalina, ou seja, da quebra da cadeia molecular da celulose.
Pela observação da figura, podemos saber que à medida que aumenta a quantidade de éter de celulose adicionado à argamassa, o desempenho de retenção de água é melhor e a viscosidade é maior, conseguindo assim melhor desempenho de retenção de água.
Espessamento e tixotropia de éteres de celulose
O segundo efeito dos éteres de celulose, o efeito espessante, é afetado por uma variedade de condições, incluindo fatores como o grau de polimerização dos éteres de celulose, concentração da solução, taxa de cisalhamento e temperatura. As propriedades gelificantes únicas da alquilcelulose e seus derivados modificados são um reflexo importante do seu efeito espessante. As características de gelificação estão intimamente relacionadas com o grau de substituição, concentração da solução e aditivos. Especialmente para derivados modificados com hidroxialquil, as características de gelificação também estão relacionadas com o grau de modificação do grupo hidroxialquil.
No preparo da argamassa, a quantidade de éter de celulose adicionada é proporcional à concentração da solução, e o efeito espessante do éter de celulose está intimamente relacionado ao seu peso molecular. Os éteres de celulose de alto peso molecular apresentam maior eficiência de espessamento. Na mesma concentração, polímeros com pesos moleculares diferentes apresentam viscosidades diferentes. Para atingir a viscosidade desejada, os éteres de celulose de peso molecular mais baixo requerem quantidades maiores de adição. A viscosidade do éter de celulose tem pouca dependência da taxa de cisalhamento. A alta viscosidade pode atingir a viscosidade desejada com uma quantidade menor de adição, e seu tamanho determina o efeito de espessamento.
A consistência da argamassa pode ser ajustada selecionando éteres de celulose com diferentes graus de modificação e tamanho de partícula. Éteres de celulose com propriedades diferentes são obtidos alterando os valores relativos de substituição (DS e MS) dos substituintes. O gráfico mostra a relação entre consistência e modificação. A figura ilustra como a adição de éter de celulose afeta o consumo de água da argamassa, alterando a relação água-cimento da pasta de cimento, ou seja, o efeito espessante. Os éteres de celulose devem dissolver-se rapidamente em água fria para fornecer a consistência adequada. Se flocos ou grumos coloidais ainda forem formados sob uma determinada taxa de cisalhamento, isso indica má qualidade do produto.
A consistência da pasta de cimento tem uma boa relação linear com a dosagem do éter de celulose pode aumentar significativamente a viscosidade da argamassa. Quanto maior a dosagem, mais significativo é o efeito. Soluções aquosas de éter de celulose de alta viscosidade exibem alta tixotropia, que é uma característica significativa dos éteres de celulose. Soluções aquosas de polímeros MC são geralmente pseudoplásticas, mas exibem propriedades de fluxo newtonianas em baixas taxas de cisalhamento. A pseudoplasticidade aumenta com o aumento do peso molecular ou da concentração de éteres de celulose, independentemente do tipo de substituinte e do grau de substituição. Portanto, diferentes tipos de éteres de celulose exibem as mesmas propriedades reológicas nas mesmas condições.
De referir que quanto maior for a viscosidade do éter de celulose, melhor será a retenção de água, mas à medida que a viscosidade aumenta, o peso molecular relativo diminui, o que tem um impacto negativo na concentração da argamassa e no desempenho da construção. Portanto, o efeito espessante não é completamente proporcional à viscosidade, e alguns éteres de celulose modificados com viscosidade média e baixa são melhores para melhorar a resistência estrutural da argamassa úmida.
