Dans le mortier prêt à l'emploi, la quantité ajoutée deéther de celluloseBien que sa concentration soit très faible, elle peut améliorer considérablement les performances du mortier humide et constitue un additif essentiel qui influe sur ses propriétés de mise en œuvre. Un choix judicieux d'éthers de cellulose de différentes variétés, viscosités, granulométries et dosages aura un impact positif sur les performances du mortier en poudre.
Actuellement, de nombreux mortiers de maçonnerie et d'enduit présentent une faible rétention d'eau, et la suspension aqueuse se sépare après quelques minutes de repos. La rétention d'eau est une caractéristique importante de l'éther de méthylcellulose, et c'est également un critère auquel de nombreux fabricants de mortiers secs, notamment dans les régions du sud où les températures sont élevées, accordent une grande importance. Parmi les facteurs influençant la rétention d'eau d'un mortier sec, on peut citer la quantité de méthylcellulose ajoutée, sa viscosité, la finesse des particules et la température ambiante.
1. Concept
L'éther de cellulose est un polymère synthétique obtenu par modification chimique de la cellulose naturelle. Dérivé de la cellulose naturelle, sa production diffère de celle des autres polymères synthétiques. Sa matière première de base est la cellulose, un polymère naturel. Du fait de sa structure particulière, la cellulose naturelle ne réagit pas directement avec les agents d'éthérification. Cependant, après traitement avec un agent gonflant, les fortes liaisons hydrogène entre les chaînes moléculaires sont rompues, libérant ainsi des groupes hydroxyle qui transforment la cellulose en une cellulose alcaline réactive. On obtient alors l'éther de cellulose.
Les propriétés des éthers de cellulose dépendent du type, du nombre et de la distribution des substituants. Leur classification repose également sur le type de substituants, le degré d'éthérification, la solubilité et les propriétés d'application associées. Selon le type de substituants sur la chaîne moléculaire, on distingue les monoéthers et les éthers mixtes. On utilise généralement MC pour désigner un monoéther et PMC pour un éther mixte. L'éther de méthylcellulose (MC) est obtenu par substitution du groupe hydroxyle du glucose de la cellulose naturelle par un groupe méthoxy. Il s'agit d'un produit résultant de la substitution partielle des groupes hydroxyle par un groupe méthoxy et partielle par un groupe hydroxypropyle. Sa formule structurale est [C₆H₇O₂(OH)₃-mn(OCH₃)m[OCH₂CH(OH)CH₃]ₙ]ₓ. L'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) est l'une des principales variétés utilisées et commercialisées.
En termes de solubilité, on distingue les éthers de cellulose ioniques et non ioniques. Les éthers de cellulose non ioniques, solubles dans l'eau, sont principalement composés de deux séries d'alkyléthers et d'hydroxyalkyléthers. La CMC ionique est principalement utilisée dans les détergents synthétiques, l'impression et la teinture textile, l'agroalimentaire et l'exploration pétrolière. Les MC, PMC et HEMC non ioniques, entre autres, sont principalement utilisées dans les matériaux de construction, les revêtements en latex, les produits pharmaceutiques et les produits chimiques d'usage courant. Elles servent d'épaississants, d'agents de rétention d'eau, de stabilisants, de dispersants et d'agents filmogènes.
2. Rétention d'eau de l'éther de cellulose
Rétention d'eau de l'éther de cellulose : Dans la production de matériaux de construction, notamment de mortier en poudre sèche, l'éther de cellulose joue un rôle irremplaçable, en particulier dans la production de mortier spécial (mortier modifié), il est un composant indispensable et important.
Le rôle important de l'éther de cellulose hydrosoluble dans le mortier se manifeste principalement sous trois aspects : son excellente capacité de rétention d'eau, son influence sur la consistance et la thixotropie du mortier, et son interaction avec le ciment. L'effet de rétention d'eau de l'éther de cellulose dépend de l'absorption d'eau de la couche de base, de la composition du mortier, de l'épaisseur de la couche de mortier, des besoins en eau du mortier et du temps de prise du liant. La rétention d'eau de l'éther de cellulose lui-même provient de sa solubilité et de sa déshydratation. Comme on le sait, bien que la chaîne moléculaire de la cellulose contienne un grand nombre de groupes OH hautement hydratables, elle est insoluble dans l'eau en raison du haut degré de cristallinité de sa structure.
L'hydratation assurée par les groupes hydroxyle seuls est insuffisante pour rompre les fortes liaisons hydrogène et les forces de van der Waals entre les molécules. Par conséquent, le polymère gonfle sans se dissoudre dans l'eau. L'introduction d'un substituant dans la chaîne moléculaire rompt non seulement les liaisons hydrogène, mais aussi les liaisons hydrogène interchaînes, du fait de son insertion entre les chaînes adjacentes. Plus le substituant est volumineux, plus la distance entre les molécules est grande. Plus cette distance est grande, plus la rupture des liaisons hydrogène est importante. L'éther de cellulose devient alors soluble dans l'eau après l'expansion du réseau cellulosique et la pénétration de la solution, formant une solution de haute viscosité. Lorsque la température augmente, l'hydratation du polymère diminue et l'eau entre les chaînes est expulsée. Lorsque la déshydratation est suffisante, les molécules s'agrègent, formant un gel à structure tridimensionnelle et se repliant sur elles-mêmes. Les facteurs influençant la rétention d'eau du mortier comprennent la viscosité de l'éther de cellulose, la quantité ajoutée, la finesse des particules et la température d'utilisation.
Plus la viscosité de l'éther de cellulose est élevée, meilleures sont ses performances de rétention d'eau. La viscosité est un paramètre important des performances des éthers de cellulose. Actuellement, les fabricants d'éthers de cellulose utilisent différentes méthodes et instruments pour mesurer la viscosité de leurs produits. Les principales méthodes sont celles des appareils Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde et Brookfield. Pour un même produit, les résultats de viscosité mesurés par différentes méthodes sont très variables, parfois même du simple au double. 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, plus la viscosité et la masse moléculaire de la méthylcellulose (MC) sont élevées, plus sa solubilité diminue, ce qui nuit à la résistance et aux performances de mise en œuvre du mortier. L'effet épaississant sur le mortier est plus marqué avec une viscosité élevée, mais il n'est pas directement proportionnel à la viscosité. Plus la viscosité est élevée, plus le mortier humide est visqueux, ce qui se traduit, lors de la mise en œuvre, par une adhérence importante à la spatule et au support. Toutefois, cela n'améliore pas la résistance structurelle du mortier humide lui-même. Lors de la mise en œuvre, la résistance à l'affaissement est faible. À l'inverse, certains éthers de méthylcellulose modifiés, de viscosité moyenne à faible, présentent d'excellentes performances en matière d'amélioration de la résistance structurelle du mortier humide.
Plus la quantité d'éther de cellulose ajoutée au mortier est importante, meilleures sont les performances de rétention d'eau, et plus la viscosité est élevée, meilleures sont les performances de rétention d'eau.
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 en surface, formant un gel qui enrobe le matériau et empêche l'infiltration des molécules d'eau. Parfois, même après une agitation prolongée, l'éther de cellulose ne parvient pas à se disperser et à se dissoudre uniformément, ce qui entraîne la formation d'une solution trouble et floconneuse, voire d'agglomérats. Ce phénomène affecte considérablement la rétention d'eau de l'éther de cellulose, et la solubilité est un critère de choix important pour ce matériau.
La finesse est un critère de performance important pour l'éther de méthylcellulose. L'éther de méthylcellulose utilisé pour les mortiers secs 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 méthylcellulose. Un éther de méthylcellulose grossier, généralement granulaire, se dissout facilement dans l'eau sans agglomération, mais sa vitesse de dissolution est très lente, ce qui le rend inadapté aux mortiers secs. Dans ces mortiers, l'éther de méthylcellulose est dispersé parmi les liants tels que les granulats, les fillers fins et le ciment. Seule une poudre suffisamment fine permet d'éviter l'agglomération de l'éther de méthylcellulose lors du mélange avec l'eau. L'ajout d'eau pour dissoudre les agglomérats rend la dispersion et la dissolution de l'éther de méthylcellulose très difficiles.
L'utilisation d'une poudre de méthylcellulose (MC) trop fine est non seulement source de gaspillage, mais réduit également la résistance locale du mortier. Appliqué sur une grande surface, un tel mortier en poudre sèche voit sa vitesse de prise localement ralentie, et des fissures apparaissent en raison des différences de temps de prise. Pour les mortiers projetés utilisés dans la construction mécanique, la finesse requise est plus élevée du fait du temps de malaxage plus court. La finesse de la MC influe également sur sa capacité de rétention d'eau. De manière générale, pour des éthers de méthylcellulose de même viscosité mais de finesse différente, à quantité ajoutée égale, plus la poudre est fine, meilleure est la rétention d'eau.
La rétention d'eau du mortier de méthylcellulose (MC) est également liée à la température d'application ; celle de l'éther de méthylcellulose diminue avec l'augmentation de la température. Or, dans la pratique, le mortier en poudre est souvent appliqué sur des supports chauds à des températures élevées (supérieures à 40 °C) dans de nombreux environnements, comme par exemple pour l'enduit de façade en plein soleil en été. Ces conditions climatiques accélèrent souvent la prise du ciment et le durcissement du mortier. La diminution du taux de rétention d'eau affecte sensiblement la maniabilité et la résistance à la fissuration, et il est donc crucial de minimiser l'influence de la température dans ces conditions.
Bien queéther méthyl hydroxyéthyl celluloseBien que les additifs soient actuellement considérés comme une technologie de pointe, leur dépendance à la température entraîne une diminution des performances des mortiers à poudre sèche. Malgré l'augmentation de la quantité de méthylhydroxyéthylcellulose (formule d'été), la maniabilité et la résistance à la fissuration restent insuffisantes. Un traitement spécifique de la méthylhydroxyéthylcellulose, tel qu'une éthérification accrue, permet de maintenir la rétention d'eau à haute température et d'améliorer ainsi les performances du mortier dans des conditions difficiles.
Date de publication : 28 avril 2024