L'éther de cellulose est un polymère synthétique obtenu par modification chimique à partir de cellulose naturelle. Dérivé de la cellulose naturelle, il diffère de la production d'éther de cellulose par synthèse. Sa matière première est la cellulose, un composé polymère naturel. En raison de la structure particulière de la cellulose naturelle, celle-ci ne réagit pas avec l'agent d'éthérification. Cependant, après traitement avec l'agent gonflant, les fortes liaisons hydrogène entre les chaînes moléculaires et les chaînes sont détruites, libérant ainsi l'activité du groupe hydroxyle dans la cellulose alcaline. L'éther de cellulose est alors obtenu par réaction du groupe OH de l'agent d'éthérification avec le groupe OR.
Les propriétés des éthers de cellulose dépendent du type, du nombre et de la répartition des substituants. La classification des éthers de cellulose repose également sur le type de substituants, le degré d'éthérification, la solubilité et les applications associées. Selon le type de substituants sur la chaîne moléculaire, on distingue les éthers simples et les éthers mixtes. Le MC est généralement utilisé comme éther simple, tandis que le HPmc est un éther mixte. L'éther de méthylcellulose MC est une unité de glucose de cellulose naturelle sur l'hydroxyle est le méthoxyde remplacé par la formule de structure du produit [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, l'éther d'hydroxypropylméthylcellulose HPmc est une unité sur l'hydroxyle fait partie du méthoxyde remplacé, une autre partie du produit remplacé par l'hydroxypropyle, La formule structurelle est [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X et l'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose HEmc, qui est largement utilisé et vendu sur le marché.
Selon leur solubilité, les éthers de cellulose hydrosolubles non ioniques sont de type ionique et de type non ionique. Les éthers de cellulose hydrosolubles non ioniques sont principalement composés d'alkyléthers et d'hydroxyalkyléthers. Les éthers de cellulose ioniques sont principalement utilisés dans les détergents synthétiques, le textile, l'impression, l'agroalimentaire et l'exploitation pétrolière. Les éthers de cellulose non ioniques, HPMC, HEMC et autres sont principalement utilisés dans les matériaux de construction, les revêtements en latex, la médecine, la chimie courante et d'autres applications. Ils sont utilisés comme épaississants, agents de rétention d'eau, stabilisants, dispersants et agents filmogènes.
Rétention d'eau de l'éther de cellulose
Dans la production de matériaux de construction, en particulier de mortier mélangé à sec, l'éther de cellulose joue un rôle irremplaçable, en particulier dans la production de mortier spécial (mortier modifié), c'est un élément indispensable.
Le rôle important de l'éther de cellulose hydrosoluble dans le mortier présente principalement trois aspects : l'un est une excellente capacité de rétention d'eau, le deuxième est l'influence de la consistance du mortier et de la thixotropie, et le troisième est l'interaction avec le ciment.
La rétention d'eau de l'éther de cellulose dépend de l'hydroscopicité, de la composition du mortier, de l'épaisseur de la couche de mortier, de ses besoins en eau et du temps de condensation du matériau de condensation. La rétention d'eau de l'éther de cellulose provient de sa solubilité et de sa déshydratation. Il est bien connu que les chaînes moléculaires de cellulose, bien que contenant un grand nombre de groupes OH hautement hydratés, sont insolubles dans l'eau en raison de leur structure hautement cristalline. La capacité d'hydratation des groupes hydroxyles ne suffit pas à elle seule à compenser les fortes liaisons hydrogène intermoléculaires et les forces de Van der Waals. L'introduction de substituants dans la chaîne moléculaire entraîne non seulement la destruction de la chaîne hydrogène, mais aussi la rupture des liaisons hydrogène inter-chaînes par le coincement des substituants entre les chaînes adjacentes. Plus les substituants sont grands, plus la distance entre les molécules est grande. Plus l'effet de destruction des liaisons hydrogène et l'expansion du réseau cellulosique sont importants, plus la solution dans l'éther de cellulose devient hydrosoluble et forme une solution à haute viscosité. À mesure que la température augmente, l'hydratation du polymère diminue et l'eau entre les chaînes est expulsée. Lorsque l'effet déshydratant est suffisant, les molécules commencent à s'agréger et le gel se déploie en un réseau tridimensionnel. Les facteurs influençant la rétention d'eau du mortier comprennent la viscosité de l'éther de cellulose, le dosage, la finesse des particules et la température de service.
Plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la capacité de rétention d'eau et la viscosité de la solution polymère. La masse moléculaire (degré de polymérisation) du polymère est également déterminée par la longueur et la morphologie de la structure moléculaire de la chaîne, et la distribution du nombre de substituants influence directement la plage de viscosité. [eta] = Km alpha
Viscosité intrinsèque des solutions de polymères
Poids moléculaire du polymère M
constante caractéristique du polymère α
Coefficient de viscosité de la solution K
La viscosité d'une solution de polymère dépend de sa masse moléculaire. La viscosité et la concentration des solutions d'éther de cellulose sont liées à diverses applications. Par conséquent, chaque éther de cellulose présente des spécifications de viscosité différentes. La régulation de la viscosité s'effectue principalement par dégradation de la cellulose alcaline, c'est-à-dire par rupture de la chaîne moléculaire de la cellulose.
Concernant la taille des particules, plus elles sont fines, meilleure est la rétention d'eau. Au contact de l'eau, les grosses particules d'éther de cellulose se dissolvent immédiatement et forment un gel qui enveloppe le matériau et empêche les molécules d'eau de pénétrer. Parfois, une agitation prolongée ne permet pas une dispersion uniforme de la solution, ce qui entraîne la formation d'une solution floculante trouble ou d'un agglomérat. La solubilité de l'éther de cellulose est un facteur déterminant dans son choix.
Épaississement et thixotropie de l'éther de cellulose
Le deuxième effet de l'éther de cellulose, l'épaississement, dépend du degré de polymérisation de l'éther de cellulose, de la concentration de la solution, du taux de cisaillement, de la température et d'autres conditions. La propriété de gélification d'une solution est propre à l'alkylcellulose et à ses dérivés modifiés. Les caractéristiques de gélification sont liées au degré de substitution, à la concentration de la solution et aux additifs. Pour les dérivés modifiés par un hydroxyalkyle, les propriétés du gel sont également liées au degré de modification de l'hydroxyalkyle. Pour les MC et HPmc à faible viscosité, la concentration en solution peut être de 10 à 15 %, pour les MC et HPmc à viscosité moyenne, de 5 à 10 %, et pour les MC et HPmc à viscosité élevée, de seulement 2 à 3 %. La viscosité de l'éther de cellulose est généralement graduée en solution de 1 à 2 %. L'efficacité de l'épaississant à base d'éther de cellulose de haut poids moléculaire est importante. À concentration égale, des polymères de différents poids moléculaires présentent des viscosités différentes. La viscosité et le poids moléculaire peuvent être exprimés comme suit : [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) 0,905. DPn est le degré de polymérisation moyen d'un éther de cellulose de haut poids moléculaire. Pour l'éther de cellulose de bas poids moléculaire, il faut ajouter une quantité supplémentaire pour atteindre la viscosité cible. Sa viscosité dépend moins du taux de cisaillement. Pour une viscosité élevée, la quantité nécessaire pour atteindre la viscosité cible est moindre, la viscosité dépend de l'efficacité de l'épaississement. Par conséquent, pour obtenir une certaine consistance, une certaine quantité d'éther de cellulose (concentration de la solution) et une certaine viscosité doivent être garanties. La température de gélification de la solution diminue linéairement avec l'augmentation de la concentration, et la gélification se produit à température ambiante après avoir atteint une certaine concentration. L'HPmc présente une concentration de gélification élevée à température ambiante.
La consistance peut également être ajustée en sélectionnant la granulométrie et les éthers de cellulose présentant différents degrés de modification. Cette modification consiste à introduire un groupe hydroxyalkyle avec un certain degré de substitution sur la structure du MC. Elle consiste à modifier les valeurs de substitution relatives des deux substituants, c'est-à-dire les valeurs de substitution relatives DS et MS des groupes méthoxy et hydroxyle. Différentes propriétés de l'éther de cellulose sont requises en modifiant les valeurs de substitution relatives de deux types de substituants.
Relation entre consistance et modification. Dans la figure 5, l'ajout d'éther de cellulose affecte la consommation d'eau du mortier et modifie le rapport eau/liant de l'eau et du ciment, ce qui correspond à l'effet épaississant. Plus le dosage est élevé, plus la consommation d'eau est importante.
Les éthers de cellulose utilisés dans les matériaux de construction pulvérulents doivent se dissoudre rapidement dans l'eau froide et assurer au système la consistance adéquate. Si un taux de cisaillement donné reste floculant et colloïdal, le produit est de qualité inférieure ou médiocre.
Il existe également une bonne relation linéaire entre la consistance du coulis de ciment et le dosage de l'éther de cellulose, l'éther de cellulose peut augmenter considérablement la viscosité du mortier, plus le dosage est élevé, plus l'effet est évident.
Une solution aqueuse d'éther de cellulose à viscosité élevée présente une thixotropie élevée, l'une de ses caractéristiques. Les solutions aqueuses de polymères de type Mc présentent généralement une fluidité pseudoplastique et non thixotrope en dessous de leur température de gélification, mais des propriétés d'écoulement newtoniennes à faibles taux de cisaillement. La pseudoplasticité augmente avec la masse moléculaire ou la concentration de l'éther de cellulose, et est indépendante du type et du degré de substituant. Par conséquent, les éthers de cellulose de même grade de viscosité, qu'il s'agisse de MC, HPmc ou HEmc, présentent toujours les mêmes propriétés rhéologiques tant que la concentration et la température restent constantes. Lorsque la température augmente, un gel structural se forme et un écoulement thixotrope élevé se produit. Les éthers de cellulose à forte concentration et à faible viscosité présentent une thixotropie même en dessous de la température de gélification. Cette propriété est très avantageuse pour la construction de mortiers de construction, car elle permet d'ajuster leur écoulement et leur tenue à l'écoulement. Il convient de préciser ici que plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est sa rétention d'eau. En revanche, plus la viscosité est élevée, plus le poids moléculaire relatif de l'éther de cellulose augmente, ce qui réduit sa solubilité, ce qui a un impact négatif sur la concentration du mortier et ses performances de construction. Plus la viscosité est élevée, plus l'effet épaississant du mortier est évident, mais la relation n'est pas totalement proportionnelle. Bien que faible en viscosité, l'éther de cellulose modifié améliore la résistance structurelle du mortier humide et, avec l'augmentation de la viscosité, sa rétention d'eau s'améliore.
Date de publication : 30 mars 2022