Hydroxypropylméthylcellulose

Aperçu : La cellulose, également appelée HPMC, se présente sous forme de poudre fibreuse ou granulaire blanche ou blanc cassé. Il existe de nombreux types de cellulose, largement utilisés, mais nous travaillons principalement avec des clients du secteur des matériaux de construction en poudre sèche. La cellulose la plus courante est l’hypromellose.

Procédé de production : Les principales matières premières de l’HPMC sont le coton raffiné, le chlorure de méthyle et l’oxyde de propylène. Parmi les autres matières premières figurent les poudres alcalines, les acides, le toluène et l’isopropanol. La cellulose de coton raffinée est traitée avec une solution alcaline à 35-40 °C pendant une demi-heure, puis pressée et pulvérisée. Après maturation à 35 °C, le degré moyen de polymérisation des fibres alcalines obtenues se situe dans la plage requise. Les fibres alcalines sont ensuite introduites dans une cuve d’éthérification, où l’oxyde de propylène et le chlorure de méthyle sont ajoutés successivement. L’éthérification est réalisée à 50-80 °C pendant 5 heures, sous une pression maximale d’environ 1,8 MPa. Le matériau est ensuite lavé à l’eau chaude à 90 °C avec une quantité appropriée d’acide chlorhydrique et d’acide oxalique afin d’augmenter son volume. Après déshydratation par centrifugation, le matériau est lavé jusqu’à neutralité. Lorsque sa teneur en humidité est inférieure à 60 %, il est séché à l’air chaud à 130 °C jusqu’à une teneur en humidité inférieure à 5 %. Fonction : rétention d'eau, épaississement, thixotropie anti-affaissement, maniabilité par entraînement d'air, retardement de la prise.

Rétention d'eau : La rétention d'eau est la propriété la plus importante de l'éther de cellulose ! Son utilisation est essentielle dans la production de mortiers de plâtre et autres matériaux. Une forte rétention d'eau permet une réaction complète entre les cendres de ciment et le gypse calcique (plus la réaction est complète, plus la résistance est élevée). À conditions égales, plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la rétention d'eau (l'écart se réduit au-delà de 100 000 de viscosité) ; plus le dosage est important, meilleure est la rétention d'eau. Généralement, une petite quantité d'éther de cellulose suffit à améliorer considérablement les performances du mortier. Lorsque la concentration atteint un certain seuil, l'augmentation du taux de rétention d'eau ralentit. Le taux de rétention d'eau de l'éther de cellulose diminue généralement avec l'augmentation de la température ambiante, mais certains éthers de cellulose à gélification élevée présentent également de meilleures performances à haute température. L'interdiffusion entre les molécules d'eau et les chaînes moléculaires d'éther de cellulose permet aux molécules d'eau de pénétrer à l'intérieur des chaînes macromoléculaires d'éther de cellulose et de recevoir une forte force de liaison, formant ainsi de l'eau libre, enchevêtrant l'eau et améliorant la rétention d'eau de la suspension de ciment.

Épaississant, thixotrope et anti-affaissement : confère une excellente viscosité au mortier frais ! Il améliore significativement l’adhérence entre le mortier frais et la couche de base, et renforce sa résistance à l’affaissement. L’effet épaississant des éthers de cellulose accroît également la résistance à la dispersion et l’homogénéité des matériaux fraîchement mélangés, prévenant ainsi le délaminage, la ségrégation et le ressuage. Cet effet épaississant sur les matériaux à base de ciment provient de la viscosité des solutions d’éthers de cellulose. À conditions égales, plus la viscosité de l’éther de cellulose est élevée, meilleure est la viscosité du matériau à base de ciment modifié. Cependant, une viscosité excessive nuit à la fluidité et à la maniabilité du matériau (par exemple, l’utilisation d’une truelle collante ou d’une raclette à béton devient laborieuse). Les mortiers autonivelants et les bétons autoplaçants, qui requièrent une grande fluidité, nécessitent un éther de cellulose de faible viscosité. Par ailleurs, l’effet épaississant des éthers de cellulose augmente la demande en eau des matériaux à base de ciment et, par conséquent, le rendement du mortier. Les solutions aqueuses d'éther de cellulose à haute viscosité présentent une thixotropie élevée, caractéristique majeure de l'éther de cellulose. Les solutions aqueuses de cellulose ont généralement des propriétés d'écoulement pseudoplastiques et non thixotropes en dessous de leur température de gélification, mais des propriétés d'écoulement newtoniennes à faibles vitesses de cisaillement. La pseudoplasticité augmente avec la masse moléculaire ou la concentration de l'éther de cellulose. Des gels structuraux se forment lorsque la température augmente, induisant un écoulement thixotrope important. Les éthers de cellulose à forte concentration et faible viscosité présentent une thixotropie même en dessous de leur température de gélification. Cette propriété est très avantageuse pour la fabrication de mortiers de construction, permettant d'ajuster leur nivellement et leur affaissement. Il convient de noter que plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleure est la rétention d'eau. Cependant, une viscosité plus élevée s'accompagne d'une masse moléculaire relative plus importante et d'une diminution de sa solubilité, ce qui a un impact négatif sur la concentration et la maniabilité du mortier.

Cause : L'éther de cellulose possède un effet entraîneur d'air marqué sur les matériaux cimentaires frais. Composé de groupes hydrophiles (groupes hydroxyle et éther) et hydrophobes (groupes méthyle et cycle glucose), il agit comme tensioactif et présente donc une activité de surface, ce qui explique son effet entraîneur d'air. Cet effet d'entraînement d'air crée un effet de « granulation » qui améliore la maniabilité du mortier frais, notamment en augmentant sa plasticité et sa régularité d'application, ce qui facilite sa mise en œuvre. Il permet également d'accroître le rendement et de réduire les coûts de production. Cependant, il augmente la porosité du matériau durci et diminue ses propriétés mécaniques, telles que sa résistance et son module d'élasticité. En tant que tensioactif, l'éther de cellulose exerce également un effet mouillant ou lubrifiant sur les particules de ciment, ce qui, combiné à son effet entraîneur d'air, accroît la fluidité des matériaux cimentaires. Toutefois, son effet épaississant tend à la réduire. L'effet de fluidité résulte de la combinaison d'effets plastifiants et épaississants. À très faible teneur en éther de cellulose, il se manifeste principalement par un effet plastifiant ou réducteur d'eau ; à forte teneur, l'effet épaississant de l'éther de cellulose augmente rapidement et son pouvoir d'entraînement d'air tend à se saturer, ce qui entraîne une augmentation des performances et, par conséquent, une demande accrue en eau.

Retard de prise : L'éther de cellulose peut retarder l'hydratation du ciment. Il confère au mortier diverses propriétés bénéfiques, tout en réduisant le dégagement de chaleur lors de l'hydratation initiale et en ralentissant la cinétique d'hydratation. Ceci est défavorable à l'utilisation du mortier dans les régions froides. Ce retard est dû à l'adsorption des molécules d'éther de cellulose sur les produits d'hydratation tels que C-S-H et Ca(OH)₂. L'augmentation de la viscosité de la solution interstitielle induite par l'éther de cellulose réduit la mobilité des ions en solution, retardant ainsi l'hydratation. Plus la concentration d'éther de cellulose dans le gel minéral est élevée, plus le retard d'hydratation est marqué. L'éther de cellulose retarde non seulement la prise, mais aussi le durcissement du mortier. Son effet retardateur dépend non seulement de sa concentration dans le gel minéral, mais aussi de sa structure chimique. Plus le degré de méthylation de l'HEMC est élevé, plus l'effet retardateur de prise de l'éther de cellulose est important. Cet effet retardateur est plus marqué. Cependant, la viscosité de l'éther de cellulose a peu d'influence sur la cinétique d'hydratation du ciment. Avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose, le temps de prise du mortier augmente significativement. Il existe une bonne corrélation non linéaire entre le temps de prise initial du mortier et la teneur en éther de cellulose, tandis que le temps de prise final présente une bonne corrélation linéaire avec cette même teneur. Il est possible de contrôler le temps de prise du mortier en modulant la teneur en éther de cellulose. Dans le produit, ce dernier joue un rôle de rétention d'eau, d'épaississement, de retardement de l'hydratation du ciment et d'amélioration des performances de mise en œuvre. Une bonne capacité de rétention d'eau permet une réaction plus complète entre le ciment, le gypse, les cendres et le calcium, augmente significativement la viscosité à l'état humide, améliore l'adhérence du mortier et, simultanément, améliore la résistance à la traction et au cisaillement, optimisant ainsi le rendement et l'efficacité de la mise en œuvre. Le temps de prise est ajustable. L'éther de cellulose améliore la pulvérisation et la pompabilité du mortier, ainsi que sa résistance structurelle. Lors de la mise en œuvre, il est nécessaire de déterminer le type, la viscosité et la quantité de cellulose en fonction des différents produits, des habitudes de construction et de l'environnement.