O éter de celulose é um polímero sintético obtido a partir da celulose natural como matéria-prima por modificação química. O éter de celulose é um derivado da celulose natural. A produção de éter de celulose e o polímero sintético são diferentes, sendo a celulose o material mais básico, composto por polímeros naturais. Devido à particularidade da estrutura da celulose natural, a celulose em si não tem capacidade de reagir com o agente eterificante. No entanto, após o tratamento com o agente de expansão, as fortes ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares e as cadeias foram destruídas, e a atividade do grupo hidroxila foi liberada na celulose alcalina com capacidade de reação, e o éter de celulose foi obtido através da reação do agente eterificante — grupo OH — com o — grupo OR.
As propriedades dos éteres de celulose dependem do tipo, número e distribuição dos substituintes. A classificação dos éteres de celulose também se baseia no tipo de substituintes, no grau de eterificação, na solubilidade e nas aplicações relacionadas. De acordo com o tipo de substituintes na cadeia molecular, eles podem ser divididos em éteres simples e éteres mistos. O MC é geralmente usado como éter simples, enquanto o HPmc é um éter misto. O éter de metilcelulose MC é uma unidade de glicose de celulose natural na hidroxila que é metóxido substituído pela fórmula de estrutura do produto [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X, o éter de hidroxipropilmetilcelulose HPmc é uma unidade na hidroxila que é parte do metóxido substituído, outra parte do produto hidroxipropil substituído, A fórmula estrutural é [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X e o éter de hidroxietilmetilcelulose HEmc, que é amplamente utilizado e vendido no mercado.
Quanto à solubilidade, pode ser dividido em tipo iônico e tipo não iônico. O éter de celulose não iônico solúvel em água é composto principalmente por duas séries de variedades de éter alquílico e éter hidroxialquílico. O Cmc iônico é usado principalmente em detergentes sintéticos, têxteis, impressão, alimentos e exploração de petróleo. Os MC não iônicos, HPmc, HEmc e outros são usados principalmente em materiais de construção, revestimentos de látex, medicina, química diária e outros aspectos. Como agente espessante, agente de retenção de água, estabilizante, dispersante e agente formador de filme.
Retenção de água do éter de celulose
Na produção de materiais de construção, especialmente argamassa seca misturada, o éter de celulose desempenha um papel insubstituível, especialmente na produção de argamassa especial (argamassa modificada), é uma parte indispensável.
O importante papel do éter de celulose solúvel em água na argamassa tem principalmente três aspectos: um é a excelente capacidade de retenção de água, o segundo é a influência da consistência da argamassa e da tixotropia, e o terceiro é a interação com o cimento.
A retenção de água do éter de celulose depende da base de higroscopicidade, da composição da argamassa, da espessura da camada de argamassa, da demanda de água da argamassa e do tempo de condensação do material de condensação. A retenção de água do éter de celulose advém da solubilidade e da desidratação do próprio éter de celulose. Sabe-se que as cadeias moleculares de celulose, embora contenham um grande número de grupos OH altamente hidratados, são insolúveis em água devido à sua estrutura altamente cristalina. A capacidade de hidratação dos grupos hidroxila por si só não é suficiente para compensar as fortes ligações de hidrogênio intermoleculares e as forças de van der Waals. Quando substituintes são introduzidos na cadeia molecular, não apenas os substituintes destroem a cadeia de hidrogênio, mas também as ligações de hidrogênio intercadeia são quebradas devido ao encravamento de substituintes entre cadeias adjacentes. Quanto maiores os substituintes, maior a distância entre as moléculas. Quanto maior o efeito de destruição da ligação de hidrogênio, a expansão da rede de celulose, a solução no éter de celulose torna-se solúvel em água, formando uma solução de alta viscosidade. À medida que a temperatura aumenta, a hidratação do polímero diminui e a água entre as cadeias é expelida. Quando o efeito desidratante é suficiente, as moléculas começam a se agregar e o gel se desdobra em uma rede tridimensional. Os fatores que afetam a retenção de água da argamassa incluem a viscosidade do éter de celulose, a dosagem, a finura das partículas e a temperatura de serviço.
Quanto maior a viscosidade do éter de celulose, melhor será o desempenho de retenção de água e a viscosidade da solução polimérica. O peso molecular (grau de polimerização) do polímero também é determinado pelo comprimento e pela morfologia da estrutura molecular da cadeia, e a distribuição do número de substituintes afeta diretamente a faixa de viscosidade. [eta] = Km alfa
Viscosidade intrínseca de soluções poliméricas
Peso molecular do polímero M
constante característica do polímero α
Coeficiente de solução de viscosidade K
A viscosidade da solução polimérica depende do peso molecular do polímero. A viscosidade e a concentração das soluções de éter de celulose estão relacionadas a diversas aplicações. Portanto, cada éter de celulose possui diferentes especificações de viscosidade, e a regulação da viscosidade também se dá principalmente por meio da degradação da celulose alcalina, ou seja, da quebra da cadeia molecular da celulose.
Em relação ao tamanho das partículas, quanto mais finas, melhor a retenção de água. Partículas grandes de éter de celulose em contato com a água dissolvem-se imediatamente na superfície e formam um gel que envolve o material, impedindo a penetração contínua de moléculas de água. Às vezes, a agitação prolongada não permite a dispersão uniforme da solução, resultando na formação de uma solução floculante turva ou aglomerado. A solubilidade do éter de celulose é um dos fatores que influenciam na escolha do éter de celulose.
Espessamento e tixotropia do éter de celulose
O segundo efeito do éter de celulose – espessamento depende de: grau de polimerização do éter de celulose, concentração da solução, taxa de cisalhamento, temperatura e outras condições. A propriedade de gelificação da solução é exclusiva da alquilcelulose e seus derivados modificados. As características de gelificação estão relacionadas ao grau de substituição, concentração da solução e aditivos. Para derivados modificados de hidroxil alquila, as propriedades do gel também estão relacionadas ao grau de modificação da hidroxil alquila. Para a concentração da solução de baixa viscosidade MC e HPmc pode ser preparada solução de concentração de 10%-15%, viscosidade média MC e HPmc pode ser preparada solução de 5%-10% e alta viscosidade MC e HPmc só podem ser preparados solução de 2%-3%, e geralmente a viscosidade do éter de celulose também é graduada por solução de 1%-2%. Eficiência espessante de éter de celulose de alto peso molecular, a mesma concentração de solução, polímeros de diferentes pesos moleculares têm viscosidade diferente, viscosidade e peso molecular podem ser expressos da seguinte forma, [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) 0,905, DPn é o grau médio de polimerização de alto. Éter de celulose de baixo peso molecular para adicionar mais para atingir a viscosidade alvo. Sua viscosidade é menos dependente da taxa de cisalhamento, alta viscosidade para atingir a viscosidade alvo, a quantidade necessária para adicionar menos, a viscosidade depende da eficiência de espessamento. Portanto, para atingir uma certa consistência, uma certa quantidade de éter de celulose (concentração da solução) e viscosidade da solução devem ser garantidas. A temperatura de gelificação da solução diminuiu linearmente com o aumento da concentração da solução, e a gelificação ocorreu à temperatura ambiente após atingir uma certa concentração. HPmc tem uma alta concentração de gelificação à temperatura ambiente.
A consistência também pode ser ajustada selecionando o tamanho das partículas e os éteres de celulose com diferentes graus de modificação. A chamada modificação consiste na introdução de um grupo hidroxila alquila com um certo grau de substituição na estrutura do esqueleto do MC. Alterando os valores relativos de substituição dos dois substituintes, ou seja, os valores relativos de substituição dos grupos metoxi e hidroxila em DS e MS. Diversas propriedades do éter de celulose são necessárias alterando os valores relativos de substituição dos dois tipos de substituintes.
A relação entre consistência e modificação. Na Figura 5, a adição de éter de celulose afeta o consumo de água da argamassa e altera a relação água-aglomerante entre água e cimento, resultando no efeito espessante. Quanto maior a dosagem, maior o consumo de água.
Éteres de celulose utilizados em materiais de construção em pó devem se dissolver rapidamente em água fria e fornecer ao sistema a consistência correta. Se uma determinada taxa de cisalhamento ainda for floculante e coloidal, trata-se de um produto abaixo do padrão ou de baixa qualidade.
Há também uma boa relação linear entre a consistência da pasta de cimento e a dosagem de éter de celulose. O éter de celulose pode aumentar muito a viscosidade da argamassa. Quanto maior a dosagem, mais óbvio é o efeito.
A solução aquosa de éter de celulose com alta viscosidade apresenta alta tixotropia, uma das características do éter de celulose. Soluções aquosas de polímeros do tipo Mc geralmente apresentam fluidez pseudoplástica e não tixotrópica abaixo da temperatura do gel, mas propriedades de fluxo newtonianas em baixas taxas de cisalhamento. A pseudoplasticidade aumenta com o aumento do peso molecular ou da concentração do éter de celulose e é independente do tipo e grau de substituinte. Portanto, éteres de celulose com o mesmo grau de viscosidade, sejam MC, HPmc ou HEmc, sempre apresentam as mesmas propriedades reológicas, desde que a concentração e a temperatura permaneçam constantes. Quando a temperatura aumenta, forma-se um gel estrutural e ocorre um alto fluxo tixotrópico. Éteres de celulose com alta concentração e baixa viscosidade apresentam tixotropia mesmo abaixo da temperatura do gel. Essa propriedade é de grande benefício para a construção de argamassas de construção, pois ajusta seu fluxo e a propriedade de retenção de fluxo. É necessário explicar aqui que quanto maior a viscosidade do éter de celulose, melhor a retenção de água, mas quanto maior a viscosidade, maior o peso molecular relativo do éter de celulose, resultando em uma redução correspondente em sua solubilidade, o que tem um impacto negativo na concentração da argamassa e no desempenho da construção. Quanto maior a viscosidade, mais evidente o efeito espessante da argamassa, mas não é uma relação totalmente proporcional. Alguns éteres de celulose modificados, porém de baixa viscosidade, apresentam um desempenho superior na melhoria da resistência estrutural da argamassa úmida. Com o aumento da viscosidade, a retenção de água do éter de celulose melhora.
Data de publicação: 30 de março de 2022