Em argamassas pré-misturadas, a quantidade de éter celulósico adicionada é muito baixa, mas pode melhorar significativamente o desempenho da argamassa úmida, sendo um aditivo fundamental que influencia o desempenho construtivo da argamassa. A seleção criteriosa de éteres celulósicos de diferentes variedades, viscosidades, granulometrias, graus de viscosidade e quantidades adicionadas terá um impacto positivo na melhoria do desempenho da argamassa em pó. Atualmente, muitas argamassas para alvenaria e reboco apresentam baixa capacidade de retenção de água, e a pasta aquosa se separa após alguns minutos de repouso. A retenção de água é uma característica importante do éter metilcelulósico, e também uma característica à qual muitos fabricantes de argamassa seca, especialmente aqueles em regiões de clima quente, dedicam atenção. Os fatores que afetam a retenção de água da argamassa seca incluem a quantidade de éter metilcelulósico adicionada, a viscosidade do éter metilcelulósico, a finura das partículas e a temperatura do ambiente de uso.
1. Conceito
O éter de celulose é um polímero sintético produzido a partir da celulose natural por meio de modificação química. É um derivado da celulose natural. A produção de éter de celulose difere da de outros polímeros sintéticos. Seu material básico é a celulose, um composto polimérico natural. Devido à particularidade da estrutura da celulose natural, a própria celulose não reage com agentes de eterificação. No entanto, após o tratamento com o agente de intumescimento, as fortes ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares são rompidas, e a liberação ativa do grupo hidroxila torna a celulose alcalina reativa, obtendo-se assim o éter de celulose.
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, grau de eterificação, solubilidade e propriedades de aplicação relacionadas. De acordo com o tipo de substituintes na cadeia molecular, podem ser divididos em monoéteres e éteres mistos. O MC que normalmente utilizamos é um monoéter, e o HPMC é um éter misto. O éter de metilcelulose (MC) é o produto obtido após a substituição do grupo hidroxila na unidade de glicose da celulose natural por um grupo metoxi. É um produto obtido pela substituição de parte do grupo hidroxila na unidade por um grupo metoxi e outra parte por um grupo hidroxipropil. A fórmula estrutural é [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. O éter de hidroxietilmetilcelulose (HEMC) é uma das principais variedades amplamente utilizadas e comercializadas.
Em termos de solubilidade, pode ser dividido em iônico e não iônico. Os éteres de celulose não iônicos solúveis em água são compostos principalmente por duas séries de éteres alquílicos e éteres hidroxialquílicos. A carboximetilcelulose (CMC) iônica é usada principalmente em detergentes sintéticos, impressão e tingimento têxtil, alimentos e exploração de petróleo. A celulose microcristalina (MC), a hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e a hidroxipropilmetilcelulose (HEMC) não iônicas são usadas principalmente em materiais de construção, revestimentos de látex, medicamentos, produtos químicos de uso diário, etc. São utilizadas como espessante, agente de retenção de água, estabilizante, dispersante e agente formador de filme.
Em segundo lugar, a retenção de água do éter de celulose.
Retenção de água do éter de celulose: Na produção de materiais de construção, especialmente argamassa em pó, o éter de celulose desempenha um papel insubstituível, sendo um componente indispensável e importante na produção de argamassas especiais (argamassa modificada).
O importante papel do éter de celulose solúvel em água na argamassa se dá principalmente por três aspectos: sua excelente capacidade de retenção de água, sua influência na consistência e tixotropia da argamassa e sua interação com o cimento. O efeito de retenção de água do éter de celulose depende da absorção de água da camada base, da composição da argamassa, da espessura da camada de argamassa, da demanda de água da argamassa e do tempo de pega do material de endurecimento. A retenção de água do próprio éter de celulose decorre de sua solubilidade e desidratação. Como se sabe, embora a cadeia molecular da celulose contenha um grande número de grupos OH altamente hidratáveis, ela não é solúvel em água, devido ao alto grau de cristalinidade de sua estrutura.
A capacidade de hidratação dos grupos hidroxila, por si só, não é suficiente para superar as fortes ligações de hidrogênio e forças de van der Waals entre as moléculas. Portanto, o material apenas incha, mas não se dissolve em água. Quando um substituinte é introduzido na cadeia molecular, ele não apenas rompe as ligações de hidrogênio, mas também as ligações de hidrogênio intercadeias, devido ao efeito de encaixe do substituinte entre as cadeias adjacentes. Quanto maior o substituinte, maior a distância entre as moléculas. Consequentemente, o efeito de rompimento das ligações de hidrogênio torna o éter de celulose solúvel em água após a expansão da rede de celulose e a entrada da solução, formando uma solução de alta viscosidade. Com o aumento da temperatura, a hidratação do polímero enfraquece e a água entre as cadeias é expelida. Quando o efeito de desidratação se torna suficiente, as moléculas começam a se agregar, formando um gel com estrutura de rede tridimensional e se desdobrando.
Os fatores que afetam a retenção de água na argamassa incluem a viscosidade do éter celulósico, a quantidade adicionada, a finura das partículas e a temperatura de utilização:
Quanto maior a viscosidade do éter de celulose, melhor o desempenho de retenção de água. A viscosidade é um parâmetro importante do desempenho do MC (hidróxido de celulose). Atualmente, diferentes fabricantes de MC utilizam métodos e instrumentos distintos para medir a viscosidade do MC. Os principais métodos são Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde e Brookfield. Para o mesmo produto, os resultados de viscosidade medidos por diferentes métodos são muito diferentes, e alguns chegam a apresentar diferenças de até o dobro. Portanto, ao comparar a viscosidade, é imprescindível que a medição seja feita entre produtos com os mesmos métodos de teste, considerando também temperatura, rotor, etc.
De modo geral, quanto maior a viscosidade, melhor o efeito de retenção de água. No entanto, quanto maior a viscosidade e o peso molecular da metilcelulose (MC), menor será sua solubilidade, o que terá um impacto negativo na resistência e no desempenho construtivo da argamassa. Quanto maior a viscosidade, mais evidente será o efeito espessante na argamassa, mas essa relação não é diretamente proporcional. Quanto maior a viscosidade, mais viscosa será a argamassa úmida, ou seja, durante a construção, isso se manifestará como aderência à espátula e alta aderência ao substrato. Mas isso não contribui para o aumento da resistência estrutural da argamassa úmida em si. Durante a construção, o desempenho anti-escorrimento não será significativo. Por outro lado, alguns éteres de metilcelulose modificados, de viscosidade média e baixa, apresentam excelente desempenho na melhoria da resistência estrutural da argamassa úmida.
Quanto maior a quantidade de éter de celulose adicionada à argamassa, melhor será o desempenho de retenção de água, e quanto maior a viscosidade, melhor será o desempenho de retenção de água.
Em relação ao tamanho das partículas, quanto mais finas, melhor a retenção de água. Quando as partículas grandes de éter de celulose entram em contato com a água, a superfície se dissolve imediatamente, formando um gel que envolve o material e impede a infiltração de moléculas de água. Às vezes, mesmo após agitação prolongada, a dispersão e dissolução não são uniformes, formando uma solução floculenta turva ou aglomerados. Isso afeta significativamente a retenção de água do éter de celulose, sendo a solubilidade um dos fatores importantes na escolha desse material.
A finura também é um importante índice de desempenho do éter de metilcelulose. O MC usado em argamassa de pó seco deve ser em pó, com baixo teor de água, e a finura também exige que 20% a 60% das partículas tenham tamanho inferior a 63 µm. A finura afeta a solubilidade do éter de metilcelulose. O MC grosso geralmente é granular e se dissolve facilmente em água sem aglomeração, mas a taxa de dissolução é muito lenta, portanto, não é adequado para uso em argamassa de pó seco. Em argamassa de pó seco, o MC é disperso entre os materiais cimentícios, como agregados, filler fino e cimento, e somente um pó suficientemente fino pode evitar a aglomeração do éter de metilcelulose ao ser misturado com água. Quando o MC é adicionado à água para dissolver os aglomerados, torna-se muito difícil dispersá-lo e dissolvê-lo.
A granulometria excessiva do MC não só é um desperdício, como também reduz a resistência local da argamassa. Quando essa argamassa em pó seco é aplicada em grandes áreas, a velocidade de cura local será significativamente reduzida, podendo surgir fissuras devido aos diferentes tempos de cura. Para argamassa projetada com construção mecânica, a exigência de finura é maior devido ao menor tempo de mistura.
A finura da MC também tem um certo impacto na sua retenção de água. De um modo geral, para éteres de metilcelulose com a mesma viscosidade, mas diferentes finuras, sob a mesma quantidade adicionada, quanto mais fina a granulometria, melhor o efeito de retenção de água.
A retenção de água da MC também está relacionada à temperatura de aplicação, e a retenção de água do éter de metilcelulose diminui com o aumento da temperatura. No entanto, em aplicações práticas, a argamassa de pó seco é frequentemente aplicada em substratos quentes a altas temperaturas (acima de 40 graus) em muitos ambientes, como reboco de paredes externas sob o sol no verão, o que muitas vezes acelera a cura do cimento e o endurecimento da argamassa de pó seco. A diminuição da taxa de retenção de água leva à percepção evidente de que tanto a trabalhabilidade quanto a resistência à fissuração são afetadas, sendo particularmente crítico minimizar a influência dos fatores térmicos nessas condições.
Embora os aditivos de éter de metil-hidroxietilcelulose sejam atualmente considerados de vanguarda no desenvolvimento tecnológico, sua dependência da temperatura ainda leva à redução do desempenho da argamassa em pó. Mesmo com o aumento da quantidade de metil-hidroxietilcelulose (fórmula de verão), a trabalhabilidade e a resistência à fissuração ainda não atendem às necessidades de uso. Através de tratamentos especiais na MC, como o aumento do grau de eterificação, por exemplo, o efeito de retenção de água pode ser mantido em temperaturas mais elevadas, proporcionando melhor desempenho em condições severas.
3. Espessamento e tixotropia do éter de celulose
Espessamento e tixotropia do éter de celulose: A segunda função do éter de celulose — o efeito espessante — depende do grau de polimerização do éter de celulose, da concentração da solução, da taxa de cisalhamento, da temperatura e de outras condições. A propriedade gelificante da solução é exclusiva da alquilcelulose e seus derivados modificados. As propriedades de gelificação estão relacionadas ao grau de substituição, à concentração da solução e aos aditivos. Para derivados modificados com hidroxialquila, as propriedades do gel também estão relacionadas ao grau de modificação da hidroxialquila. Para MC e HPMC de baixa viscosidade, podem ser preparadas soluções a 10%-15%; para MC e HPMC de viscosidade média, soluções a 5%-10%; e para MC e HPMC de alta viscosidade, soluções a 2%-3%. Geralmente, a classificação da viscosidade do éter de celulose também é feita com base em soluções a 1%-2%.
O éter de celulose de alto peso molecular possui alta eficiência de espessamento. Em uma mesma solução concentrada, polímeros com diferentes pesos moleculares apresentam viscosidades distintas. A viscosidade desejada só pode ser alcançada com a adição de uma grande quantidade de éter de celulose de baixo peso molecular. Sua viscosidade apresenta pouca dependência da taxa de cisalhamento, e a alta viscosidade necessária para atingir a viscosidade desejada requer uma pequena quantidade de éter de celulose, que também influencia a eficiência de espessamento. Portanto, para se obter uma determinada consistência, é necessário garantir uma certa quantidade de éter de celulose (concentração da solução) e uma viscosidade adequada. A temperatura de gelificação da solução também diminui linearmente com o aumento da concentração, gelificando à temperatura ambiente após atingir uma determinada concentração. A concentração de gelificação do HPMC é relativamente alta à temperatura ambiente.
A consistência também pode ser ajustada pela escolha do tamanho das partículas e pela seleção de éteres de celulose com diferentes graus de modificação. A chamada modificação consiste na introdução de um certo grau de substituição de grupos hidroxialquila na estrutura do MC. Isso é feito alterando os valores relativos de substituição dos dois substituintes, ou seja, os valores relativos de substituição DS e ms dos grupos metoxi e hidroxialquila, como costumamos dizer. Diversos requisitos de desempenho do éter de celulose podem ser obtidos pela alteração dos valores relativos de substituição dos dois substituintes.
A relação entre consistência e modificação: a adição de éter de celulose afeta o consumo de água da argamassa; a alteração da relação água/cimento resulta no espessamento da argamassa, sendo que quanto maior a dosagem, maior o consumo de água.
Os éteres de celulose usados em materiais de construção em pó devem se dissolver rapidamente em água fria e proporcionar uma consistência adequada ao sistema. Mesmo sob determinada taxa de cisalhamento, eles se tornam floculentos e formam blocos coloidais, o que caracteriza um produto de qualidade inferior.
Existe 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 consideravelmente a viscosidade da argamassa. Quanto maior a dosagem, mais evidente o efeito. Soluções aquosas de éter de celulose de alta viscosidade apresentam alta tixotropia, que também é uma característica importante do éter de celulose. Soluções aquosas de polímeros MC geralmente apresentam fluidez pseudoplástica e não tixotrópica abaixo da temperatura de gelificação, mas propriedades de fluxo newtoniano em baixas taxas de cisalhamento. A pseudoplasticidade aumenta com a massa molecular ou a concentração do éter de celulose, independentemente do tipo e do grau de substituição. Portanto, éteres de celulose com a mesma classe de viscosidade, sejam eles MC, HPMC ou HEMC, sempre apresentarão as mesmas propriedades reológicas, desde que a concentração e a temperatura sejam mantidas constantes.
Os géis estruturais se formam quando a temperatura aumenta, e fluxos altamente tixotrópicos ocorrem. Éteres de celulose de alta concentração e baixa viscosidade apresentam tixotropia mesmo abaixo da temperatura de gelificação. Essa propriedade é de grande benefício para o ajuste do nivelamento e da fluidez na construção de argamassas. É importante esclarecer 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 e a consequente diminuição de 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 na argamassa, mas não é completamente proporcional. Alguns éteres de celulose de viscosidade média e baixa apresentam melhor desempenho na melhoria da resistência estrutural da argamassa úmida. Com o aumento da viscosidade, a retenção de água do éter de celulose melhora. 4. Retardamento do éter de celulose
Retardo do éter de celulose: A terceira função do éter de celulose é retardar o processo de hidratação do cimento. O éter de celulose confere à argamassa diversas propriedades benéficas, além de reduzir o calor inicial de hidratação do cimento e retardar o processo dinâmico de hidratação. Isso é desfavorável para o uso de argamassa em regiões frias. Esse efeito de retardo é causado pela adsorção de moléculas de éter de celulose em produtos de hidratação como CSH e Ca(OH)₂. Devido ao aumento da viscosidade da solução nos poros, o éter de celulose reduz a mobilidade dos íons na solução, retardando assim o processo de hidratação.
Data da publicação: 04/02/2023