L'etere di cellulosa è un polimero sintetico ottenuto da cellulosa naturale come materia prima mediante modificazione chimica. L'etere di cellulosa è un derivato della cellulosa naturale; la produzione di etere di cellulosa e di polimero sintetico è diversa, il suo materiale di base è la cellulosa, un composto polimerico naturale. Data la particolare struttura della cellulosa naturale, la cellulosa stessa non ha la capacità di reagire con l'agente eterificante. Tuttavia, dopo il trattamento con l'agente rigonfiante, i forti legami a idrogeno tra le catene molecolari e le catene vengono distrutti e l'attività del gruppo ossidrilico viene rilasciata nella cellulosa alcalina con capacità di reazione, ottenendo l'etere di cellulosa attraverso la reazione dell'agente eterificante con il gruppo OH in un gruppo OR.
Le proprietà degli eteri di cellulosa dipendono dal tipo, dal numero e dalla distribuzione dei sostituenti. La classificazione dell'etere di cellulosa si basa anche sul tipo di sostituenti, sul grado di eterificazione, sulla solubilità e sulle relative applicazioni. In base al tipo di sostituenti sulla catena molecolare, può essere suddiviso in etere singolo ed etere misto. MC è solitamente utilizzato come etere singolo, mentre HPmc è un etere misto. L'etere di metilcellulosa MC è un'unità di glucosio di cellulosa naturale sull'idrossile è metossido sostituito dalla formula di struttura del prodotto [CO · H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, l'etere di idrossipropilmetilcellulosa HPmc è un'unità sull'idrossile è parte del metossido sostituito, un'altra parte del prodotto idrossipropile sostituito, La formula di struttura è [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X e l'etere di idrossietilmetilcellulosa HEmc, che è ampiamente utilizzato e venduto sul mercato.
In base alla solubilità, l'etere di cellulosa non ionico può essere suddiviso in ionico e non ionico. L'etere di cellulosa non ionico idrosolubile è composto principalmente da etere alchilico e etere alchilico idrossilico, due serie di varietà. Il Cmc ionico è utilizzato principalmente nei detergenti sintetici, nel settore tessile, della stampa, alimentare e nell'estrazione petrolifera. MC, HPmc, HEmc non ionici e altri sono utilizzati principalmente nei materiali da costruzione, nei rivestimenti in lattice, in medicina, nella chimica quotidiana e in altri settori. Viene utilizzato come addensante, agente di ritenzione idrica, stabilizzante, disperdente e agente filmogeno.
Ritenzione idrica dell'etere di cellulosa
Nella produzione di materiali da costruzione, in particolare di malta secca, l'etere di cellulosa svolge un ruolo insostituibile, in particolare nella produzione di malta speciale (malta modificata), è una parte indispensabile.
L'importante ruolo dell'etere di cellulosa idrosolubile nella malta ha principalmente tre aspetti: uno è l'eccellente capacità di ritenzione idrica, il secondo è l'influenza sulla consistenza e sulla tissotropia della malta e il terzo è l'interazione con il cemento.
La ritenzione idrica dell'etere di cellulosa dipende da diversi fattori: igroscopicità, composizione della malta, spessore dello strato di malta, richiesta d'acqua della malta e tempo di condensazione del materiale. La ritenzione idrica dell'etere di cellulosa deriva dalla sua solubilità e disidratazione. È noto che le catene molecolari di cellulosa, sebbene contengano un gran numero di gruppi OH altamente idratati, sono insolubili in acqua a causa della loro struttura altamente cristallina. La capacità di idratazione dei gruppi ossidrilici da sola non è sufficiente a compensare i forti legami a idrogeno intermolecolari e le forze di van der Waals. Quando i sostituenti vengono introdotti nella catena molecolare, non solo distruggono la catena a idrogeno, ma anche i legami a idrogeno intercatena vengono rotti a causa dell'incuneamento dei sostituenti tra catene adiacenti. Maggiore è la dimensione dei sostituenti, maggiore è la distanza tra le molecole. Maggiore è la distruzione dell'effetto del legame a idrogeno, maggiore è l'espansione del reticolo di cellulosa, maggiore è la solubilità in acqua della soluzione in etere di cellulosa, con conseguente formazione di una soluzione ad alta viscosità. All'aumentare della temperatura, l'idratazione del polimero diminuisce e l'acqua tra le catene viene espulsa. Quando l'effetto disidratante è sufficiente, le molecole iniziano ad aggregarsi e il gel si dispiega in una rete tridimensionale. I fattori che influenzano la ritenzione idrica della malta includono la viscosità dell'etere di cellulosa, il dosaggio, la finezza delle particelle e la temperatura di esercizio.
Maggiore è la viscosità dell'etere di cellulosa, migliore è la capacità di ritenzione idrica, e maggiore è la viscosità della soluzione polimerica. Il peso molecolare (grado di polimerizzazione) del polimero è determinato anche dalla lunghezza e dalla morfologia della struttura molecolare della catena, e la distribuzione del numero di sostituenti influenza direttamente l'intervallo di viscosità. [eta] = Kmα
Viscosità intrinseca delle soluzioni polimeriche
Peso molecolare del polimero M
costante caratteristica del polimero α
Coefficiente di viscosità della soluzione K
La viscosità di una soluzione polimerica dipende dal peso molecolare del polimero. La viscosità e la concentrazione delle soluzioni di etere di cellulosa sono correlate a diverse applicazioni. Pertanto, ogni etere di cellulosa ha diverse specifiche di viscosità; la regolazione della viscosità avviene principalmente attraverso la degradazione della cellulosa alcalina, ovvero la frattura della catena molecolare della cellulosa.
Per quanto riguarda la granulometria, più fine è la particella, migliore è la ritenzione idrica. Le particelle di etere di cellulosa di grandi dimensioni, a contatto con l'acqua, si dissolvono immediatamente in superficie e formano un gel che avvolge il materiale impedendo alle molecole d'acqua di penetrare ulteriormente. A volte, una lunga agitazione può non consentire una dispersione uniforme, con conseguente formazione di una soluzione flocculante fangosa o di un agglomerato. La solubilità dell'etere di cellulosa è uno dei fattori da considerare nella scelta del prodotto.
Addensamento e tissotropia dell'etere di cellulosa
Il secondo effetto dell'etere di cellulosa, l'addensamento, dipende da: grado di polimerizzazione dell'etere di cellulosa, concentrazione della soluzione, velocità di taglio, temperatura e altre condizioni. La proprietà di gelificazione della soluzione è esclusiva dell'alchilcellulosa e dei suoi derivati modificati. Le caratteristiche di gelificazione sono correlate al grado di sostituzione, alla concentrazione della soluzione e agli additivi. Per i derivati modificati con idrossilalchil, le proprietà del gel sono anche correlate al grado di modifica dell'idrossilalchil. Per la concentrazione della soluzione di MC e HPmc a bassa viscosità, è possibile preparare una soluzione al 10%-15%, MC e HPmc a media viscosità possono essere preparate al 5%-10% e MC e HPmc ad alta viscosità possono essere preparate solo al 2%-3%; solitamente anche la viscosità dell'etere di cellulosa è graduata in base all'1%-2%. Efficienza dell'addensante a base di etere di cellulosa ad alto peso molecolare: a parità di concentrazione della soluzione, polimeri a diverso peso molecolare presentano viscosità diverse. La viscosità e il peso molecolare possono essere espressi come segue: [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) = 0,905, dove DPn è il grado medio di polimerizzazione di un etere di cellulosa ad alto peso molecolare. Per l'etere di cellulosa a basso peso molecolare, è necessario aggiungerne di più per raggiungere la viscosità desiderata. La sua viscosità dipende meno dalla velocità di taglio; per raggiungere la viscosità desiderata, è necessario aggiungere una quantità minore di etere di cellulosa. Pertanto, per ottenere una certa consistenza, è necessario garantire una certa quantità di etere di cellulosa (concentrazione della soluzione) e una certa viscosità della soluzione. La temperatura di gelificazione della soluzione diminuisce linearmente con l'aumento della concentrazione della soluzione e la gelificazione avviene a temperatura ambiente dopo aver raggiunto una certa concentrazione. L'HPmc ha un'elevata concentrazione di gelificazione a temperatura ambiente.
La consistenza può anche essere regolata selezionando la dimensione delle particelle e gli eteri di cellulosa con diversi gradi di modificazione. La cosiddetta modifica consiste nell'introduzione di un gruppo ossidrilico alchilico con un certo grado di sostituzione nella struttura scheletrica dell'etere di cellulosa. Modificando i valori di sostituzione relativi dei due sostituenti, ovvero i valori di sostituzione relativi DS e MS dei gruppi metossilico e ossidrilico, sono richieste diverse proprietà dell'etere di cellulosa. Modificando i valori di sostituzione relativi di due tipi di sostituenti, si ottengono diverse proprietà dell'etere di cellulosa.
La relazione tra consistenza e modificazione. Nella Figura 5, l'aggiunta di etere di cellulosa influisce sul consumo d'acqua della malta e modifica il rapporto acqua-legante tra acqua e cemento, che determina l'effetto addensante. Maggiore è il dosaggio, maggiore è il consumo d'acqua.
Gli eteri di cellulosa utilizzati nei materiali edili in polvere devono dissolversi rapidamente in acqua fredda e fornire al sistema la giusta consistenza. Se a una determinata velocità di taglio si riscontra ancora una consistenza flocculante e colloidale, si tratta di un prodotto di qualità scadente o scadente.
Esiste anche una buona relazione lineare tra la consistenza della malta cementizia e il dosaggio di etere di cellulosa; l'etere di cellulosa può aumentare notevolmente la viscosità della malta: maggiore è il dosaggio, più evidente sarà l'effetto.
Una soluzione acquosa di etere di cellulosa ad alta viscosità presenta un'elevata tissotropia, che è una delle caratteristiche dell'etere di cellulosa. Le soluzioni acquose di polimeri di tipo Mc presentano solitamente una fluidità pseudoplastica e non tissotropica al di sotto della temperatura di gelificazione, ma proprietà di flusso newtoniano a basse velocità di taglio. La pseudoplasticità aumenta con l'aumento del peso molecolare o della concentrazione dell'etere di cellulosa ed è indipendente dal tipo e dal grado del sostituente. Pertanto, gli eteri di cellulosa dello stesso grado di viscosità, siano essi MC, HPmc o HEmc, mostrano sempre le stesse proprietà reologiche finché concentrazione e temperatura rimangono costanti. All'aumentare della temperatura, si forma un gel strutturale e si verifica un elevato flusso tissotropico. Gli eteri di cellulosa ad alta concentrazione e bassa viscosità presentano tissotropia anche al di sotto della temperatura di gelificazione. Questa proprietà è di grande beneficio per la costruzione di malte edili, in quanto ne regola la fluidità e la capacità di sospensione. È necessario chiarire che maggiore è la viscosità dell'etere di cellulosa, maggiore è la ritenzione idrica, ma maggiore è la viscosità, maggiore è il peso molecolare relativo dell'etere di cellulosa, con conseguente riduzione della sua solubilità, che ha un impatto negativo sulla concentrazione della malta e sulle prestazioni costruttive. Maggiore è la viscosità, più evidente è l'effetto addensante della malta, ma non si tratta di una relazione completamente proporzionale. Alcuni etere di cellulosa a bassa viscosità, ma modificati, migliorano la resistenza strutturale della malta umida e offrono prestazioni migliori, con un aumento della viscosità che migliora la ritenzione idrica dell'etere di cellulosa.
Data di pubblicazione: 30 marzo 2022