1. La fonction principale de l'éther de cellulose
Dans les mortiers prêts à l'emploi, l'éther de cellulose est un additif principal ajouté en très faible quantité, mais qui peut améliorer considérablement les performances du mortier humide et influencer ses propriétés de construction.
2. Types d'éthers de cellulose
La production d'éther de cellulose est principalement réalisée à partir de fibres naturelles par dissolution alcaline, réaction de greffage (éthérification), lavage, séchage, broyage et autres procédés.
Selon leurs principales matières premières, les fibres naturelles se classent en plusieurs catégories : fibres de coton, fibres de cèdre, fibres de hêtre, etc. Leur degré de polymérisation varie, ce qui influe sur la viscosité finale des produits. Actuellement, les principaux fabricants de cellulose utilisent les fibres de coton (sous-produit de la nitrocellulose) comme matière première principale.
Les éthers de cellulose se divisent en deux catégories : ioniques et non ioniques. Les éthers ioniques comprennent principalement le sel de carboxyméthylcellulose, tandis que les éthers non ioniques comprennent principalement la méthylcellulose, la méthylhydroxyéthylcellulose (propylcellulose), l’hydroxyéthylcellulose, etc.
Actuellement, les éthers de cellulose utilisés dans les mortiers prêts à l'emploi sont principalement l'éther de méthylcellulose (MC), l'éther de méthylhydroxyéthylcellulose (MHEC), l'éther de méthylhydroxypropylcellulose (MHPG) et l'éther d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC). Dans les mortiers prêts à l'emploi, la cellulose ionique (sel de carboxyméthylcellulose) étant instable en présence d'ions calcium, elle est rarement utilisée dans les produits à base de ciment, de chaux éteinte, etc., comme liants. Dans certaines régions de Chine, le sel de carboxyméthylcellulose est utilisé comme épaississant pour certains produits d'intérieur à base d'amidon modifié (liant principal) et de poudre de Shuangfei (charge). Ce produit, sensible aux moisissures et peu résistant à l'eau, est progressivement abandonné. L'hydroxyéthylcellulose est également utilisée dans certains mortiers prêts à l'emploi, mais sa part de marché reste très faible.
3. Principaux indicateurs de performance de l'éther de cellulose
(1) Solubilité
La cellulose est un polymère polyhydroxylé insoluble et infusible. Après éthérification, elle devient soluble dans l'eau, les solutions alcalines diluées et les solvants organiques, et présente une thermoplasticité. Sa solubilité dépend principalement de quatre facteurs : premièrement, la viscosité : plus la viscosité est faible, plus la solubilité est élevée. Deuxièmement, les caractéristiques des groupements introduits lors de l'éthérification : plus le groupement est volumineux, plus la solubilité est faible ; plus le groupement est polaire, plus l'éther de cellulose est soluble dans l'eau. Troisièmement, le degré de substitution et la distribution des groupements éthérifiés dans les macromolécules sont déterminants. La plupart des éthers de cellulose ne sont solubles dans l'eau que pour un certain degré de substitution. Quatrièmement, le degré de polymérisation de l'éther de cellulose : plus le degré de polymérisation est élevé, moins l'éther est soluble ; plus le degré de polymérisation est faible, plus la gamme de degrés de substitution compatibles avec la solubilité dans l'eau est large.
(2) Rétention d'eau
La rétention d'eau est une caractéristique importante de l'éther de cellulose, à laquelle de nombreux fabricants de poudres sèches, notamment dans les régions du sud où les températures sont élevées, accordent une grande importance. Parmi les facteurs influençant la rétention d'eau du mortier, on peut citer la quantité d'éther de cellulose ajoutée, la viscosité, la finesse des particules et la température ambiante. Plus la quantité d'éther de cellulose ajoutée est élevée, meilleure est la rétention d'eau ; meilleure est la viscosité ; meilleure est la rétention d'eau ; meilleure est la finesse des particules.
(3) Viscosité
La viscosité est un paramètre important des éthers de cellulose. Actuellement, les fabricants d'éthers de cellulose utilisent des méthodes et des instruments différents pour la mesurer. Pour un même produit, les résultats de viscosité obtenus par ces différentes méthodes peuvent varier considérablement, parfois jusqu'à un facteur deux. Par conséquent, toute comparaison de viscosité doit être effectuée avec les mêmes méthodes de test, notamment en ce qui concerne la température, le rotor, etc.
De manière générale, plus la viscosité est élevée, meilleure est la rétention d'eau. Cependant, une viscosité élevée implique un poids moléculaire important de l'éther de cellulose, ce qui diminue sa solubilité et nuit à la résistance et aux performances de mise en œuvre du mortier. L'effet épaississant d'une viscosité élevée est plus marqué, mais n'est pas directement proportionnel à la viscosité. Plus la viscosité est élevée, plus le mortier humide est visqueux. Lors de la mise en œuvre, cela se traduit par une adhérence à la spatule et au support. Toutefois, cela n'améliore pas la résistance structurelle du mortier humide lui-même. En effet, son adhérence au coulis est alors peu perceptible. À l'inverse, certains éthers de méthylcellulose modifiés, de viscosité moyenne à faible, présentent d'excellentes performances en termes d'amélioration de la résistance structurelle du mortier humide.
(4) La finesse des particules :
L'éther de cellulose utilisé pour les mortiers prêts à l'emploi doit se présenter sous forme de poudre à faible teneur en eau, et sa finesse exige que 20 % à 60 % des particules aient une taille inférieure à 63 μm. La finesse influe sur la solubilité de l'éther de cellulose. Les éthers de cellulose grossiers se présentent généralement sous forme de granules, faciles à disperser et à dissoudre dans l'eau sans agglomération, mais leur vitesse de dissolution est très lente, ce qui les rend inadaptés aux mortiers prêts à l'emploi (certains produits locaux sont floconneux, difficiles à disperser et à dissoudre dans l'eau, et sujets à l'agglomération). Dans un mortier prêt à l'emploi, l'éther de cellulose est dispersé entre les granulats, les fines charges et le ciment, ainsi que d'autres liants. Seule une poudre suffisamment fine permet d'éviter l'agglomération de l'éther de cellulose lors du mélange avec l'eau. Lorsque l'éther de cellulose est ajouté à l'eau pour dissoudre les agglomérats, sa dispersion et sa dissolution sont très difficiles.
(5) Modification de l'éther de cellulose
La modification de l'éther de cellulose permet d'améliorer ses performances et constitue l'étape la plus importante. Ses propriétés peuvent être optimisées afin d'améliorer sa mouillabilité, sa dispersibilité, son adhérence, son pouvoir épaississant, son émulsification, sa rétention d'eau et ses propriétés filmogènes, ainsi que son imperméabilité à l'huile.
4. Effet de la température ambiante sur la rétention d'eau du mortier
La rétention d'eau de l'éther de cellulose diminue avec l'augmentation de la température. Dans la pratique, le mortier est souvent appliqué sur des supports chauds à des températures élevées (supérieures à 40 °C) dans de nombreux environnements. Cette diminution de la rétention d'eau a un impact notable sur la maniabilité et la résistance à la fissuration. Sa dépendance à la température entraîne une dégradation des propriétés du mortier ; il est donc crucial de réduire l'influence des facteurs thermiques dans ces conditions. Les formulations de mortier ont été adaptées en conséquence, et des modifications importantes ont été apportées aux formulations saisonnières. Malgré l'augmentation du dosage (formule d'été), la maniabilité et la résistance à la fissuration restent insuffisantes. Un traitement spécifique de l'éther de cellulose est donc nécessaire, comme l'augmentation du degré d'éthérification, afin d'obtenir une rétention d'eau optimale à température relativement élevée. Cette rétention d'eau est plus efficace à haute température, ce qui permet d'obtenir de meilleures performances dans des conditions difficiles.
5. Application dans le mortier prêt à l'emploi
Dans les mortiers prêts à l'emploi, l'éther de cellulose joue un rôle essentiel dans la rétention d'eau, l'épaississement et l'amélioration des performances de mise en œuvre. Une bonne rétention d'eau garantit que le mortier ne présentera pas de ponçage, de poudrage ni de perte de résistance dus à un manque d'eau ou à une hydratation incomplète. Son effet épaississant renforce considérablement la résistance structurelle du mortier humide. L'ajout d'éther de cellulose améliore significativement la viscosité du mortier humide et lui confère une bonne adhérence à divers supports, optimisant ainsi les performances des murs et réduisant les pertes. Par ailleurs, le rôle de l'éther de cellulose varie selon les produits. Par exemple, dans les colles à carrelage, il augmente le temps d'ouverture et permet un ajustement précis ; dans les mortiers projetés mécaniquement, il améliore la résistance structurelle du mortier humide ; dans les mortiers autonivelants, il prévient les tassements, la ségrégation et la stratification. De ce fait, l'éther de cellulose, additif important, est largement utilisé dans les mortiers secs.
Date de publication : 11 janvier 2023