Éther de celluloseIl s'agit d'un composé polymère à structure éther, issu de la cellulose. Chaque cycle glucosyle de la macromolécule de cellulose contient trois groupes hydroxyles : le groupe hydroxyle primaire sur le sixième atome de carbone, le groupe hydroxyle secondaire sur les deuxième et troisième atomes de carbone. L'hydrogène du groupe hydroxyle est remplacé par un groupe hydrocarboné pour former des dérivés d'éther de cellulose. Il s'agit d'un produit dans lequel l'hydrogène du groupe hydroxyle du polymère cellulosique est remplacé par un groupe hydrocarboné. La cellulose est un polymère polyhydroxylé insoluble et insoluble. Après éthérification, la cellulose est soluble dans l'eau, les solutions alcalines diluées et les solvants organiques, et présente une thermoplasticité.
La cellulose est un polymère polyhydroxylé qui ne se dissout ni ne fond. Après éthérification, la cellulose est soluble dans l'eau, les solutions alcalines diluées et les solvants organiques, et présente une thermoplasticité.
1. Nature :
La solubilité de la cellulose après éthérification varie considérablement. Elle peut être dissoute dans l'eau, un acide dilué, une base diluée ou un solvant organique. La solubilité dépend principalement de trois facteurs : (1) Les caractéristiques des groupes introduits lors de l'éthérification. Plus le groupe est grand, plus la solubilité est faible et plus la polarité du groupe introduit est forte, plus l'éther de cellulose est facile à dissoudre dans l'eau ; (2) Le degré de substitution et la répartition des groupes éthérifiés dans la macromolécule. La plupart des éthers de cellulose ne peuvent être dissous dans l'eau qu'avec un certain degré de substitution, compris entre 0 et 3 ; (3) Le degré de polymérisation de l'éther de cellulose : plus il est élevé, moins il est soluble ; Plus le degré de substitution pouvant être dissous dans l'eau est faible, plus la plage de valeurs est large. Il existe de nombreux types d'éthers de cellulose avec d'excellentes performances, et ils sont largement utilisés dans la construction, le ciment, le pétrole, l'alimentation, le textile, les détergents, la peinture, la médecine, la fabrication du papier et les composants électroniques et d'autres industries.
2. Développer :
La Chine est le premier producteur et consommateur mondial d'éther de cellulose, avec une croissance annuelle moyenne de plus de 20 %. Selon les statistiques préliminaires, on compte environ 50 entreprises de production d'éther de cellulose en Chine, dont la capacité de production prévue dépasse 400 000 tonnes, et une vingtaine d'entreprises de plus de 10 000 tonnes, principalement réparties dans le Shandong, le Hebei, Chongqing, le Jiangsu, le Zhejiang et Shanghai.
3. Besoin :
En 2011, la capacité de production de CMC en Chine était d'environ 300 000 tonnes. Face à la demande croissante d'éthers de cellulose de haute qualité dans des secteurs tels que la médecine, l'agroalimentaire et les produits chimiques courants, la demande intérieure pour d'autres produits à base d'éthers de cellulose autres que le CMC est en hausse. La capacité de production de MC/HPMC est d'environ 120 000 tonnes, et celle d'HEC d'environ 20 000 tonnes. Le CAP est encore en phase de promotion et d'application en Chine. Avec le développement de grands champs pétroliers offshore et le développement des matériaux de construction, de l'agroalimentaire, de la chimie et d'autres industries, la quantité et le domaine du CAP augmentent et se développent d'année en année, avec une capacité de production de plus de 10 000 tonnes.
4. Classification :
Selon la classification de la structure chimique des substituants, on peut les diviser en éthers anioniques, cationiques et non ioniques. Selon l'agent d'éthérification utilisé, on distingue la méthylcellulose, l'hydroxyéthylméthylcellulose, la carboxyméthylcellulose, l'éthylcellulose, la benzylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, l'hydroxypropylméthylcellulose, la cyanoéthylcellulose, la benzylcyanoéthylcellulose, la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose et la phénylcellulose, etc. La méthylcellulose et l'éthylcellulose sont plus pratiques.
Méthylcellulose :
Après traitement alcalin du coton raffiné, l'éther de cellulose est produit par une série de réactions avec du chlorure de méthane comme agent d'éthérification. Généralement, le degré de substitution est compris entre 1,6 et 2,0, et la solubilité varie selon le degré de substitution. Il s'agit d'un éther de cellulose non ionique.
(1) La méthylcellulose est soluble dans l'eau froide et difficile à dissoudre dans l'eau chaude. Sa solution aqueuse est très stable dans une plage de pH de 3 à 12. Elle présente une bonne compatibilité avec l'amidon, la gomme de guar, etc., et de nombreux tensioactifs. La gélification se produit lorsque la température atteint la température de gélification.
(2) La rétention d'eau de la méthylcellulose dépend de la quantité ajoutée, de la viscosité, de la granulométrie et de la vitesse de dissolution. En général, si la quantité ajoutée est importante, la finesse est faible et la viscosité est élevée, la rétention d'eau est élevée. Parmi ces facteurs, la quantité ajoutée a le plus grand impact sur la rétention d'eau, et la viscosité n'est pas directement proportionnelle à la rétention d'eau. La vitesse de dissolution dépend principalement du degré de modification de surface des particules de cellulose et de leur finesse. Parmi les éthers de cellulose mentionnés ci-dessus, la méthylcellulose et l'hydroxypropylméthylcellulose présentent des taux de rétention d'eau plus élevés.
(3) Les variations de température peuvent sérieusement affecter la rétention d'eau de la méthylcellulose. En général, plus la température est élevée, plus la rétention d'eau est faible. Si la température du mortier dépasse 40 °C, la rétention d'eau de la méthylcellulose sera considérablement réduite, ce qui affectera gravement la construction du mortier.
(4)MéthylcelluloseL'adhérence a un effet significatif sur l'ouvrabilité et la cohésion du mortier. L'« adhérence » désigne ici la force de liaison ressentie entre l'outil d'application et le support mural, c'est-à-dire la résistance au cisaillement du mortier. L'adhérence est élevée, la résistance au cisaillement du mortier est importante, la résistance requise par les ouvriers lors de son utilisation est également importante, et les performances de construction du mortier sont médiocres. La cohésion de la méthylcellulose est moyenne dans les produits à base d'éther de cellulose.
Hydroxypropylméthylcellulose :
L'hydroxypropylméthylcellulose est une variété de cellulose dont la production et la consommation augmentent rapidement. Il s'agit d'un éther mixte de cellulose non ionique obtenu à partir de coton raffiné après alcalinisation, en utilisant de l'oxyde de propylène et du chlorure de méthyle comme agents d'éthérification, par une série de réactions. Le degré de substitution est généralement compris entre 1,2 et 2,0. Ses propriétés varient selon le rapport entre la teneur en méthoxyle et la teneur en hydroxypropyle.
(1) L'hydroxypropylméthylcellulose est facilement soluble dans l'eau froide, mais sa dissolution dans l'eau chaude est plus difficile. Cependant, sa température de gélification dans l'eau chaude est nettement supérieure à celle de la méthylcellulose. Sa solubilité dans l'eau froide est également nettement supérieure à celle de la méthylcellulose.
(2) La viscosité de l'hydroxypropylméthylcellulose est liée à son poids moléculaire. Plus ce dernier est élevé, plus sa viscosité est élevée. La température affecte également sa viscosité : plus elle augmente, plus elle diminue. Cependant, l'influence de sa viscosité élevée et de la température est moindre que celle de la méthylcellulose. Sa solution est stable lorsqu'elle est conservée à température ambiante.
(3) La rétention d'eau de l'hydroxypropylméthylcellulose dépend de sa quantité d'ajout, de sa viscosité, etc., et son taux de rétention d'eau sous la même quantité d'ajout est supérieur à celui de la méthylcellulose.
(4)HydroxypropylméthylcelluloseStable aux acides et aux bases, sa solution aqueuse est très stable dans une plage de pH de 2 à 12. La soude caustique et l'eau de chaux ont peu d'effet sur ses performances, mais les bases peuvent accélérer sa dissolution et augmenter légèrement sa viscosité. L'hydroxypropylméthylcellulose est stable aux sels courants, mais lorsque la concentration de la solution saline est élevée, sa viscosité a tendance à augmenter.
(5) L'hydroxypropylméthylcellulose peut être mélangée à des composés polymères hydrosolubles pour former une solution uniforme et plus visqueuse, comme l'alcool polyvinylique, l'éther d'amidon, la gomme végétale, etc.
(6) L'hydroxypropylméthylcellulose présente une meilleure résistance aux enzymes que la méthylcellulose et sa solution est moins susceptible d'être dégradée par les enzymes que la méthylcellulose.
(7) L'adhérence de l'hydroxypropylméthylcellulose à la construction du mortier est supérieure à celle de la méthylcellulose.
Hydroxyéthylcellulose :
Il est fabriqué à partir de coton raffiné traité à l'alcali et mis en réaction avec de l'oxyde d'éthylène comme agent d'éthérification en présence d'isopropanol. Son degré de substitution est généralement compris entre 1,5 et 2,0. Il présente une forte hydrophilie et une bonne absorption de l'humidité.
(1) L'hydroxyéthylcellulose est soluble dans l'eau froide, mais difficile à dissoudre dans l'eau chaude. Sa solution est stable à haute température sans gélification. Elle peut être utilisée longtemps à haute température dans les mortiers, mais sa rétention d'eau est inférieure à celle de la méthylcellulose.
(2) L'hydroxyéthylcellulose est stable aux acides et aux bases, et les bases peuvent accélérer sa dissolution et augmenter légèrement sa viscosité. Sa dispersibilité dans l'eau est légèrement inférieure à celle de la méthylcellulose et de l'hydroxypropylméthylcellulose.
(3) L'hydroxyéthylcellulose présente de bonnes performances anti-affaissement pour le mortier, mais son temps de retard est plus long pour le ciment.
(4) Les performances de l'hydroxyéthylcellulose produite par certaines entreprises nationales sont évidemment inférieures à celles de la méthylcellulose en raison de sa teneur élevée en eau et en cendres.
(5) La moisissure de la solution aqueuse d'hydroxyéthylcellulose est relativement grave. À une température d'environ 40 °C, elle peut apparaître en 3 à 5 jours, ce qui affecte ses performances.
Carboxyméthylcellulose :
L'éther de cellulose ionique est fabriqué à partir de fibres naturelles (coton, etc.) après traitement alcalin, utilisant du monochloroacétate de sodium comme agent d'éthérification et subissant une série de réactions. Le degré de substitution est généralement compris entre 0,4 et 1,4, et ses performances en dépendent fortement.
(1) La carboxyméthylcellulose est plus hygroscopique et contiendra plus d'eau lorsqu'elle est stockée dans des conditions générales.
(2) La solution aqueuse de carboxyméthylcellulose ne produit pas de gel et sa viscosité diminue avec la température. Lorsque la température dépasse 50 °C, la viscosité est irréversible.
(3) Sa stabilité est fortement influencée par le pH. En général, il peut être utilisé dans les mortiers à base de plâtre, mais pas dans les mortiers à base de ciment. En cas d'alcalinité élevée, il perd sa viscosité.
(4) Sa rétention d'eau est bien inférieure à celle de la méthylcellulose. Elle a un effet retardateur sur les mortiers à base de plâtre et réduit leur résistance. Cependant, son prix est nettement inférieur à celui de la méthylcellulose.
Éther alkylique de cellulose :
Parmi les plus représentatifs, on trouve la méthylcellulose et l'éthylcellulose. En production industrielle, le chlorure de méthyle ou le chlorure d'éthyle est généralement utilisé comme agent d'éthérification, et la réaction est la suivante :
Dans la formule, R représente CH3 ou C2H5. La concentration en alcalis affecte non seulement le degré d'éthérification, mais aussi la consommation d'halogénures d'alkyle. Plus la concentration en alcalis est faible, plus l'hydrolyse de l'halogénure d'alkyle est importante. Afin de réduire la consommation d'agent d'éthérification, la concentration en alcalis doit être augmentée. Cependant, une concentration en alcalis trop élevée réduit l'effet gonflant de la cellulose, ce qui nuit à la réaction d'éthérification et, par conséquent, au degré d'éthérification. Pour cela, on peut ajouter de la lessive concentrée ou solide pendant la réaction. Le réacteur doit être équipé d'un dispositif d'agitation et de brassage performant afin d'assurer une répartition homogène de l'alcali. La méthylcellulose est largement utilisée comme épaississant, adhésif et colloïde protecteur, etc. Elle peut également être utilisée comme dispersant pour la polymérisation en émulsion, dispersant de liaison pour les semences, pâte textile, additif alimentaire et cosmétique, adhésif médical, matériau d'enrobage de médicaments, et utilisée dans la peinture au latex, l'encre d'imprimerie, la production de céramique, et mélangée au ciment. Elle est également utilisée pour contrôler le temps de prise et augmenter la résistance initiale, etc. Les produits à base d'éthylcellulose présentent une résistance mécanique, une flexibilité, une résistance à la chaleur et au froid élevées. L'éthylcellulose faiblement substituée est soluble dans l'eau et les solutions alcalines diluées, tandis que les produits fortement substitués sont solubles dans la plupart des solvants organiques. Elle présente une bonne compatibilité avec diverses résines et plastifiants. Il peut être utilisé pour fabriquer des plastiques, des films, des vernis, des adhésifs, du latex et des matériaux de revêtement pour médicaments, etc. L'introduction de groupes hydroxyalkyle dans les éthers alkyliques de cellulose peut améliorer sa solubilité, réduire sa sensibilité au relargage, augmenter la température de gélification et améliorer les propriétés de fusion à chaud, etc. Le degré de changement des propriétés ci-dessus varie en fonction de la nature des substituants et du rapport des groupes alkyle aux groupes hydroxyalkyle.
Éther hydroxyalkylique de cellulose :
L'hydroxyéthylcellulose et l'hydroxypropylcellulose en sont des exemples représentatifs. Les agents d'éthérification sont des époxydes tels que l'oxyde d'éthylène et l'oxyde de propylène. Utiliser un acide ou une base comme catalyseur. La production industrielle consiste à faire réagir de la cellulose alcaline avec un agent d'éthérification :hydroxyéthylcelluloseL'hydroxypropylcellulose à haute valeur de substitution est soluble aussi bien dans l'eau froide que dans l'eau chaude. L'hydroxypropylcellulose à haute valeur de substitution est soluble uniquement dans l'eau froide, mais pas dans l'eau chaude. L'hydroxyéthylcellulose peut être utilisée comme épaississant pour les revêtements en latex, les pâtes d'impression et de teinture textiles, les encollages de papier, les adhésifs et les colloïdes protecteurs. Son utilisation est similaire à celle de l'hydroxyéthylcellulose. L'hydroxypropylcellulose à faible valeur de substitution peut être utilisée comme excipient pharmaceutique, possédant des propriétés liantes et désintégrantes.
La carboxyméthylcellulose, abréviation anglaise CMC, se présente généralement sous forme de sel de sodium. L'agent d'éthérification est l'acide monochloroacétique, et la réaction est la suivante :
La carboxyméthylcellulose est l'éther de cellulose hydrosoluble le plus utilisé. Autrefois principalement utilisé comme boue de forage, il est aujourd'hui utilisé comme additif dans les détergents, les pâtes textiles, les peintures au latex, le revêtement du carton et du papier, etc. La carboxyméthylcellulose pure peut être utilisée dans l'alimentation, la médecine, les cosmétiques, ainsi que comme adhésif pour la céramique et les moules.
La cellulose polyanionique (PAC) est un éther de cellulose ionique et un substitut haut de gamme à la carboxyméthylcellulose (CMC). Il s'agit d'une poudre ou de granulés blancs, blanc cassé ou légèrement jaunes, non toxiques, sans goût, facilement solubles dans l'eau pour former une solution transparente d'une certaine viscosité. Elle présente une meilleure stabilité thermique et une meilleure résistance au sel, ainsi que de fortes propriétés antibactériennes. Elle est insensible à la moisissure et à la détérioration. Elle se caractérise par une grande pureté, un degré élevé de substitution et une répartition uniforme des substituants. Elle peut être utilisée comme liant, épaississant, modificateur de rhéologie, réducteur de pertes de fluides, stabilisateur de suspension, etc. La cellulose polyanionique (PAC) est largement utilisée dans toutes les industries où la CMC est utilisée, ce qui permet de réduire considérablement le dosage, de faciliter l'utilisation, d'offrir une meilleure stabilité et de répondre à des exigences de procédé plus strictes.
La cyanoéthylcellulose est le produit de réaction de la cellulose et de l'acrylonitrile sous la catalyse d'un alcali.
La cyanoéthylcellulose présente une constante diélectrique élevée et un faible coefficient de perte. Elle peut être utilisée comme matrice de résine pour les lampes au phosphore et électroluminescentes. La cyanoéthylcellulose faiblement substituée peut être utilisée comme papier isolant pour les transformateurs.
Des éthers d'alcool gras supérieurs, des éthers d'alcényle et des éthers d'alcool aromatique de cellulose ont été préparés, mais n'ont pas été utilisés dans la pratique.
Les méthodes de préparation de l'éther de cellulose peuvent être divisées en méthode en milieu aqueux, méthode par solvant, méthode par malaxage, méthode en suspension, méthode gaz-solide, méthode en phase liquide et la combinaison des méthodes ci-dessus.
5.Principe de préparation :
La pâte à haute teneur en α-cellulose est trempée dans une solution alcaline pour la faire gonfler et détruire davantage de liaisons hydrogène, faciliter la diffusion des réactifs et générer de la cellulose alcaline. Elle réagit ensuite avec un agent d'éthérification pour obtenir de l'éther de cellulose. Les agents d'éthérification comprennent les halogénures d'hydrocarbures (ou sulfates), les époxydes et les composés α et β insaturés avec accepteurs d'électrons.
6. Performances de base :
Les adjuvants jouent un rôle essentiel dans l'amélioration des performances des mortiers secs de construction et représentent plus de 40 % du coût des matériaux. Une part importante des adjuvants sur le marché national provient de fabricants étrangers, et le dosage de référence du produit est également fourni par le fournisseur. Par conséquent, le coût des mortiers secs reste élevé et il est difficile de populariser les mortiers courants de maçonnerie et de plâtrage en grande quantité et dans une large gamme. Les produits haut de gamme sont contrôlés par des entreprises étrangères, et les fabricants de mortiers secs affichent une faible rentabilité et des prix peu abordables ; l'application des adjuvants manque de recherche systématique et ciblée et suit aveuglément les formules étrangères.
L'agent de rétention d'eau est un adjuvant essentiel pour améliorer la rétention d'eau des mortiers secs, et il est également l'un des principaux facteurs de coût des mortiers secs. La principale fonction de l'éther de cellulose est la rétention d'eau.
L'éther de cellulose est un terme générique désignant une série de produits obtenus par réaction de cellulose alcaline et d'agent d'éthérification dans certaines conditions. La cellulose alcaline est remplacée par différents agents d'éthérification pour obtenir différents éthers de cellulose. Selon les propriétés d'ionisation des substituants, les éthers de cellulose peuvent être divisés en deux catégories : ioniques (comme la carboxyméthylcellulose) et non ioniques (comme la méthylcellulose). Selon le type de substituant, l'éther de cellulose peut être divisé en monoéther (comme la méthylcellulose) et en éther mixte (comme l'hydroxypropylméthylcellulose). Selon la solubilité, il peut être divisé en hydrosolubilité (comme l'hydroxyéthylcellulose) et solubilité dans un solvant organique (comme l'éthylcellulose). Le mortier mélangé à sec est principalement composé de cellulose hydrosoluble, laquelle est divisée en cellulose instantanée et cellulose à dissolution retardée traitée en surface.
Le mécanisme d’action de l’éther de cellulose dans le mortier est le suivant :
(1) Après leéther de cellulosedans le mortier est dissous dans l'eau, la distribution efficace et uniforme du matériau cimentaire dans le système est assurée en raison de l'activité de surface, et l'éther de cellulose, en tant que colloïde protecteur, « enveloppe » les particules solides et une couche de film lubrifiant est formée sur sa surface extérieure, ce qui rend le système de mortier plus stable et améliore également la fluidité du mortier pendant le processus de mélange et la douceur de la construction.
(2) En raison de sa propre structure moléculaire, la solution d'éther de cellulose rend l'humidité du mortier difficile à perdre et la libère progressivement sur une longue période de temps, conférant au mortier une bonne rétention d'eau et une bonne maniabilité.
Date de publication : 28 avril 2024