O éter de celulose é um polímero sintético feito a partir da celulose natural como matéria-prima, por meio de modificação química. O éter de celulose é um derivado da celulose natural; a produção de éter de celulose difere da produção de polímeros sintéticos, sendo a celulose, um composto polimérico natural, sua matéria-prima fundamental. Devido à particularidade da estrutura da celulose natural, a celulose em si não possui a capacidade de reagir com agentes eterificantes. No entanto, após o tratamento com um agente intumescente, as fortes ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares são rompidas, liberando a atividade do grupo hidroxila na celulose alcalina, conferindo-lhe capacidade de reação. O éter de celulose é obtido através da reação do agente eterificante com o grupo -OH em grupo -OR.
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 aplicações relacionadas. De acordo com o tipo de substituintes na cadeia molecular, podem ser divididos em éteres simples e éteres mistos. O MC é geralmente usado como éter simples, enquanto o HPmc é um éter misto. O éter de metilcelulose MC é um produto com uma unidade de glicose de celulose natural onde o grupo hidroxila é substituído por metóxido, cuja fórmula estrutural é [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X. O éter de hidroxipropilmetilcelulose HPmc é um produto onde parte do grupo hidroxila é substituída por metóxido e a outra parte por hidroxipropil, com fórmula estrutural [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X. Já o éter de hidroxietilmetilcelulose HEmc é amplamente utilizado e comercializado no mercado.
De acordo com a solubilidade, os éteres de celulose podem ser divididos em iônicos e não iônicos. Os éteres de celulose não iônicos solúveis em água são compostos principalmente por duas séries de variedades: éter alquílico e éter hidroxialquílico. O CMC iônico é usado principalmente em detergentes sintéticos, têxteis, impressão, alimentos e exploração de petróleo. Os MC não iônicos, HPMC, HEMC e outros são usados principalmente em materiais de construção, revestimentos de látex, medicamentos, produtos químicos de uso diário e outras áreas. Atuam como agentes espessantes, agentes de retenção de água, estabilizantes, dispersantes e formadores de filme.
retenção de água por éter de celulose
Na produção de materiais de construção, especialmente argamassa seca, o éter celulósico desempenha um papel insubstituível, sendo um componente indispensável, principalmente 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: primeiro, sua excelente capacidade de retenção de água; segundo, sua influência na consistência e tixotropia da argamassa; e terceiro, sua interação com o cimento.
A retenção de água do éter de celulose depende da higroscopicidade da base, da composição da argamassa, da espessura da camada de argamassa, da demanda de água da argamassa e do tempo de condensação do material de condensação. A retenção de água do éter de celulose provém da solubilidade e da desidratação do próprio éter de celulose. É sabido que as cadeias moleculares da celulose, embora contenham um grande número de grupos OH altamente hidratados, são insolúveis em água devido à sua estrutura altamente cristalina. A capacidade de hidratação dos grupos hidroxila, por si só, não é suficiente para compensar as fortes ligações de hidrogênio intermoleculares e as forças de van der Waals. Quando substituintes são introduzidos na cadeia molecular, estes não apenas rompem as ligações de hidrogênio, mas também as ligações de hidrogênio intercadeias são quebradas devido ao encaixe dos substituintes entre as cadeias adjacentes. Quanto maiores os substituintes, maior a distância entre as moléculas. Quanto maior o efeito de rompimento das ligações de hidrogênio, maior a expansão da rede cristalina da celulose, tornando a solução de éter de celulose solúvel em água e formando uma solução de alta viscosidade. Com o aumento da temperatura, a hidratação do polímero diminui e a água entre as cadeias é expelida. Quando o efeito desidratante é suficiente, as moléculas começam a se agregar e o gel se desdobra em uma rede tridimensional. Os fatores que afetam a retenção de água da argamassa incluem a viscosidade do éter de celulose, a dosagem, a finura das partículas e a temperatura de serviço.
Quanto maior a viscosidade do éter de celulose, melhor o desempenho de retenção de água, assim como a viscosidade da solução polimérica. O peso molecular (grau de polimerização) do polímero também é determinado pelo comprimento e morfologia da estrutura molecular da cadeia, e a distribuição do número de substituintes afeta diretamente a faixa de viscosidade. [eta] = Km alfa
Viscosidade intrínseca de soluções poliméricas
Peso molecular do polímero M
constante característica do polímero α
coeficiente de viscosidade da solução K
A viscosidade de uma solução polimérica depende da massa molecular do polímero. A viscosidade e a concentração de soluções de éter de celulose estão relacionadas a diversas aplicações. Portanto, cada éter de celulose possui especificações de viscosidade muito diferentes, e a regulação da viscosidade ocorre principalmente por meio da degradação alcalina da celulose, ou seja, pela quebra da cadeia molecular da celulose.
Em relação ao tamanho das partículas, quanto mais finas, melhor a retenção de água. Partículas grandes de éter de celulose, ao entrarem em contato com a água, dissolvem-se imediatamente na superfície, formando um gel que envolve o material e impede a penetração de moléculas de água. Às vezes, mesmo após agitação prolongada, a dispersão uniforme não é alcançada, resultando na formação de uma solução floculenta e turva ou de aglomerados. A solubilidade do éter de celulose é um dos fatores a serem considerados na escolha desse material.
Espessamento e tixotropia do éter de celulose
O segundo efeito do éter de celulose – o espessamento – depende de: grau de polimerização do éter de celulose, concentração da solução, taxa de cisalhamento, temperatura e outras condições. A propriedade de gelificação da solução é exclusiva da alquilcelulose e seus derivados modificados. As características de gelificação estão relacionadas ao grau de substituição, à concentração da solução e aos aditivos. Para derivados modificados com grupos hidroxila-alquila, as propriedades do gel também estão relacionadas ao grau de modificação com grupos hidroxila-alquila. Para soluções de baixa viscosidade, MC e HPmc podem ser preparadas com concentrações de 10% a 15%, para MC e HPmc de viscosidade média, com concentrações de 5% a 10%, e para MC e HPmc de alta viscosidade, com concentrações de 2% a 3%. Geralmente, a viscosidade do éter de celulose também é classificada em concentrações de 1% a 2%. A eficiência do espessante de éter de celulose de alto peso molecular é tal que, para a mesma concentração da solução, polímeros de diferentes pesos moleculares apresentam viscosidades diferentes. A viscosidade e o peso molecular podem ser expressos da seguinte forma: [η] = 2,92 × 10⁻² (DPn) × 0,905, onde DPn é o grau médio de polimerização. Para atingir a viscosidade desejada, é necessário adicionar mais éter de celulose de baixo peso molecular. Sua viscosidade é menos dependente da taxa de cisalhamento; para atingir a viscosidade desejada, a quantidade necessária de éter de celulose de alto peso molecular requer uma quantidade menor, pois a viscosidade depende da eficiência do espessante. Portanto, para se obter uma determinada consistência, é preciso garantir uma certa quantidade de éter de celulose (concentração da solução) e uma viscosidade adequada. A temperatura de gelificação da solução diminui linearmente com o aumento da concentração, e a gelificação ocorre à temperatura ambiente após atingir uma determinada concentração. O HPmc apresenta uma alta concentração de gelificação à temperatura ambiente.
A consistência também pode ser ajustada selecionando-se o tamanho das partículas e os éteres de celulose com diferentes graus de modificação. A chamada modificação consiste na introdução de um grupo hidroxila ou alquila com um certo grau de substituição na estrutura do MC. Isso é feito alterando-se os valores relativos de substituição dos dois substituintes, ou seja, os valores relativos de substituição DS e MS dos grupos metoxi e hidroxila. Diversas propriedades do éter de celulose são obtidas variando-se os valores relativos de substituição desses dois tipos de substituintes.
A relação entre consistência e modificação. Na Figura 5, a adição de éter de celulose afeta o consumo de água da argamassa e altera a relação água/cimento, o que resulta no efeito espessante. 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 conferir ao sistema a consistência adequada. Se, mesmo sob determinada taxa de cisalhamento, o produto ainda apresentar floculação e aspecto coloidal, trata-se de um produto de qualidade inferior ou abaixo do padrão.
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, sendo que quanto maior a dosagem, mais evidente será o efeito.
A solução aquosa de éter de celulose com alta viscosidade apresenta alta tixotropia, uma das características do éter de celulose. Soluções aquosas de polímeros do tipo 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 o aumento da massa molecular ou da concentração do éter de celulose e é independente do tipo e grau de substituição. Portanto, éteres de celulose com a mesma classe de viscosidade, sejam eles MC, HPmc ou HEmc, sempre apresentam as mesmas propriedades reológicas, desde que a concentração e a temperatura permaneçam constantes. Quando a temperatura aumenta, forma-se um gel estrutural e ocorre um fluxo altamente tixotrópico. Éteres de celulose com alta concentração e baixa viscosidade exibem tixotropia mesmo abaixo da temperatura de gelificação. Essa propriedade é de grande benefício para a construção de argamassas, permitindo o ajuste de sua fluidez e capacidade de retenção de fluxo. É importante esclarecer que quanto maior a viscosidade do éter de celulose, melhor a retenção de água. No entanto, quanto maior a viscosidade, maior o peso molecular relativo do éter de celulose, reduzindo sua solubilidade e impactando negativamente a concentração da argamassa e seu desempenho na construção. Quanto maior a viscosidade, mais evidente o efeito espessante da argamassa, mas essa relação não é totalmente proporcional. Alguns éteres de celulose modificados com baixa viscosidade apresentam desempenho superior na melhoria da resistência estrutural da argamassa úmida, e com o aumento da viscosidade, a retenção de água pelo éter de celulose também melhora.
Data da publicação: 30 de março de 2022