El éter de celulosa es un polímero sintético obtenido a partir de celulosa natural como materia prima mediante modificación química. El éter de celulosa es un derivado de la celulosa natural. Su producción difiere de la de un polímero sintético, ya que su material más básico es la celulosa, un compuesto polimérico natural. Debido a la particularidad de la estructura de la celulosa natural, esta no reacciona con el agente eterificante. Sin embargo, tras el tratamiento con el agente hinchante, se destruyen los fuertes enlaces de hidrógeno entre las cadenas moleculares, liberando la actividad del grupo hidroxilo en celulosa alcalina con capacidad de reacción. El éter de celulosa se obtiene mediante la reacción del grupo OH del agente eterificante con el grupo OR.
Las propiedades de los éteres de celulosa dependen del tipo, número y distribución de los sustituyentes. La clasificación de los éteres de celulosa también se basa en el tipo de sustituyentes, el grado de eterificación, la solubilidad y su aplicación. Según el tipo de sustituyentes en la cadena molecular, se pueden dividir en éteres simples y éteres mixtos. El MC se utiliza generalmente como éter simple, mientras que el HPmc es un éter mixto. El éter de metilcelulosa MC es una unidad de glucosa de celulosa natural en el hidroxilo es metóxido reemplazado por la fórmula de estructura del producto [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, el éter de hidroxipropil metil celulosa HPmc es una unidad en el hidroxilo es parte del metóxido reemplazado, otra parte del producto reemplazado por hidroxipropilo, la fórmula estructural es [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X y el éter de hidroxietil metil celulosa HEmc, que se usa y se vende ampliamente en el mercado.
Según su solubilidad, se puede dividir en iónico y no iónico. El éter de celulosa no iónico soluble en agua se compone principalmente de éteres alquílicos e hidroxialquílicos, dos series de variedades. El Cmc iónico se utiliza principalmente en detergentes sintéticos, textiles, impresión, alimentos y la industria petrolera. El MC, HPmc, HEmc no iónico y otros se utilizan principalmente en materiales de construcción, recubrimientos de látex, medicamentos, química diaria y otros usos. Se utiliza como espesante, agente de retención de agua, estabilizador, dispersante y formador de película.
Retención de agua del éter de celulosa
En la producción de materiales de construcción, especialmente de mortero seco mixto, el éter de celulosa juega un papel insustituible, especialmente en la producción de mortero especial (mortero modificado), es una parte indispensable.
El papel importante del éter de celulosa soluble en agua en el mortero tiene principalmente tres aspectos: uno es la excelente capacidad de retención de agua, el segundo es la influencia de la consistencia y la tixotropía del mortero, y el tercero es la interacción con el cemento.
La retención de agua del éter de celulosa depende de la hidroscopicidad, la composición del mortero, el espesor de la capa de mortero, la demanda de agua del mortero y el tiempo de condensación del material de condensación. La retención de agua del éter de celulosa proviene de su propia solubilidad y deshidratación. Es bien sabido que las cadenas moleculares de celulosa, aunque contienen una gran cantidad de grupos OH altamente hidratados, son insolubles en agua debido a su estructura altamente cristalina. La capacidad de hidratación de los grupos hidroxilo por sí sola no es suficiente para compensar los fuertes enlaces de hidrógeno intermoleculares y las fuerzas de van der Waals. Cuando se introducen sustituyentes en la cadena molecular, no solo estos destruyen la cadena de hidrógeno, sino que también se rompen los enlaces de hidrógeno intercatenarios debido al acuñamiento de sustituyentes entre cadenas adyacentes. Cuanto mayor sea el tamaño de los sustituyentes, mayor será la distancia entre las moléculas. Cuanto mayor sea la destrucción del efecto del enlace de hidrógeno, mayor será la expansión de la red de celulosa, y la solución en el éter de celulosa se volverá soluble en agua, lo que dará lugar a una solución de alta viscosidad. A medida que aumenta la temperatura, la hidratación del polímero disminuye y el agua entre las cadenas se expulsa. Cuando el efecto deshidratante es suficiente, las moléculas comienzan a agregarse y el gel se despliega formando una red tridimensional. Los factores que afectan la retención de agua del mortero incluyen la viscosidad del éter de celulosa, la dosificación, la finura de las partículas y la temperatura de servicio.
Cuanto mayor sea la viscosidad del éter de celulosa, mejor será la retención de agua y la viscosidad de la solución polimérica. El peso molecular (grado de polimerización) del polímero también está determinado por la longitud y la morfología de la estructura molecular de la cadena, y la distribución del número de sustituyentes afecta directamente el rango de viscosidad. [eta] = Km alfa
Viscosidad intrínseca de soluciones poliméricas
Peso molecular del polímero M
constante característica del polímero α
Coeficiente de viscosidad de la solución K
La viscosidad de una solución polimérica depende de su peso molecular. La viscosidad y la concentración de las soluciones de éter de celulosa se relacionan con diversas aplicaciones. Por lo tanto, cada éter de celulosa tiene diferentes especificaciones de viscosidad. La viscosidad se regula principalmente mediante la degradación de la celulosa alcalina, es decir, mediante la fractura de la cadena molecular de celulosa.
En cuanto al tamaño de partícula, cuanto más fina sea, mejor será la retención de agua. Al entrar en contacto con el agua, las partículas grandes de éter de celulosa se disuelven inmediatamente en la superficie y forman un gel que envuelve el material, impidiendo que las moléculas de agua sigan penetrando. En ocasiones, tras agitación prolongada, la disolución no se dispersa uniformemente, lo que da lugar a una solución floculante turbia o aglomerada. La solubilidad del éter de celulosa es uno de los factores a considerar para su elección.
Espesamiento y tixotropía del éter de celulosa
El segundo efecto del éter de celulosa, el espesamiento, depende de: el grado de polimerización del éter de celulosa, la concentración de la solución, la velocidad de cizallamiento, la temperatura y otras condiciones. La propiedad de gelificación de la solución es exclusiva de la alquilcelulosa y sus derivados modificados. Las características de gelificación están relacionadas con el grado de sustitución, la concentración de la solución y los aditivos. Para los derivados modificados con hidroxialquilo, las propiedades de gel también están relacionadas con el grado de modificación del hidroxialquilo. Para la concentración de solución de MC y HPmc de baja viscosidad se puede preparar una solución de concentración del 10%-15%, MC y HPmc de viscosidad media se pueden preparar una solución del 5%-10% y MC y HPmc de alta viscosidad solo se pueden preparar una solución del 2%-3%, y generalmente la viscosidad del éter de celulosa también se gradúa en una solución del 1%-2%. Eficiencia del espesante de éter de celulosa de alto peso molecular, la misma concentración de solución, polímeros de diferente peso molecular tienen diferente viscosidad, viscosidad y peso molecular se pueden expresar de la siguiente manera, [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) 0,905, DPn es el grado de polimerización promedio de alto. Éter de celulosa de bajo peso molecular para agregar más para lograr la viscosidad objetivo. Su viscosidad es menos dependiente de la velocidad de cizallamiento, alta viscosidad para lograr la viscosidad objetivo, la cantidad necesaria para agregar menos, la viscosidad depende de la eficiencia del espesamiento. Por lo tanto, para lograr una cierta consistencia, se debe garantizar una cierta cantidad de éter de celulosa (concentración de solución) y viscosidad de la solución. La temperatura de gelificación de la solución disminuyó linealmente con el aumento de la concentración de la solución y la gelificación se produjo a temperatura ambiente después de alcanzar una cierta concentración. HPmc tiene una alta concentración de gelificación a temperatura ambiente.
La consistencia también se puede ajustar seleccionando el tamaño de partícula y éteres de celulosa con diferentes grados de modificación. Esta modificación consiste en introducir un grupo hidroxialquilo con un cierto grado de sustitución en la estructura del esqueleto del MC. Esto se logra modificando los valores de sustitución relativos de los dos sustituyentes, es decir, los valores de sustitución relativos de DS y MS de los grupos metoxi e hidroxilo. Se requieren diversas propiedades del éter de celulosa modificando los valores de sustitución relativos de dos tipos de sustituyentes.
Relación entre consistencia y modificación. En la Figura 5, la adición de éter de celulosa afecta el consumo de agua del mortero y modifica la relación agua-aglomerante (agua y cemento), lo que produce el efecto espesante. A mayor dosis, mayor consumo de agua.
Los éteres de celulosa utilizados en materiales de construcción en polvo deben disolverse rápidamente en agua fría y proporcionar al sistema la consistencia adecuada. Si una determinada velocidad de corte sigue siendo floculante y coloidal, se trata de un producto de baja calidad.
También existe una buena relación lineal entre la consistencia de la lechada de cemento y la dosis de éter de celulosa, el éter de celulosa puede aumentar en gran medida la viscosidad del mortero, cuanto mayor sea la dosis, más obvio será el efecto.
Las soluciones acuosas de éter de celulosa con alta viscosidad presentan una alta tixotropía, característica del éter de celulosa. Las soluciones acuosas de polímeros de tipo Mc suelen presentar una fluidez pseudoplástica, no tixotrópica, por debajo de su temperatura de gel, pero propiedades de flujo newtoniano a bajas velocidades de cizallamiento. La pseudoplasticidad aumenta con el aumento del peso molecular o la concentración del éter de celulosa y es independiente del tipo y grado de sustituyente. Por lo tanto, los éteres de celulosa con el mismo grado de viscosidad, ya sean MC, HPmc o HEmc, siempre muestran las mismas propiedades reológicas siempre que la concentración y la temperatura se mantengan constantes. Al aumentar la temperatura, se forma un gel estructural y se produce un alto flujo tixotrópico. Los éteres de celulosa con alta concentración y baja viscosidad presentan tixotropía incluso por debajo de la temperatura de gel. Esta propiedad es de gran utilidad para la construcción de morteros de construcción, ya que permite ajustar su flujo y su propiedad de suspensión. Cabe aclarar que cuanto mayor sea la viscosidad del éter de celulosa, mejor será la retención de agua. Sin embargo, a mayor viscosidad, mayor será su peso molecular relativo, lo que conlleva una reducción de su solubilidad, lo que afecta negativamente la concentración del mortero y el rendimiento constructivo. A mayor viscosidad, mayor será el efecto espesante del mortero, aunque no existe una relación proporcional completa. Si bien algunos éteres de celulosa modificados presentan una viscosidad baja, al mejorar la resistencia estructural del mortero húmedo, el éter de celulosa ofrece un rendimiento superior. Con el aumento de la viscosidad, la retención de agua del éter de celulosa mejora.
Hora de publicación: 30 de marzo de 2022