Eterul de celuloză este un polimer sintetic obținut din celuloză naturală ca materie primă prin modificare chimică. Eterul de celuloză este un derivat al celulozei naturale, iar producția de eter de celuloză este diferită de polimerul sintetic, materialul său de bază fiind celuloza, un compus polimeric natural. Datorită particularităților structurii celulozei naturale, celuloza în sine nu are capacitatea de a reacționa cu agentul de eterificare. Însă, după tratamentul cu agent de expandare, legăturile puternice de hidrogen dintre lanțurile moleculare și lanțuri au fost distruse, iar activitatea grupării hidroxil a fost eliberată în celuloza alcalină cu capacitate de reacție, iar eterul de celuloză a fost obținut prin reacția agentului de eterificare - gruparea OH - gruparea OR.
Proprietățile eterilor de celuloză depind de tipul, numărul și distribuția substituenților. Clasificarea eterilor de celuloză se bazează, de asemenea, pe tipul de substituenți, gradul de eterificare, solubilitatea și aplicațiile aferente. În funcție de tipul de substituenți din lanțul molecular, aceștia pot fi împărțiți în eter simplu și eter mixt. MC este de obicei utilizat ca eter simplu, în timp ce HPmc este un eter mixt. Eterul de metilceluloză MC este o unitate naturală de glucoză din celuloză, care face parte din metoxidul de celuloză și este înlocuită cu formula structurală a produsului [CO H7O2 (OH)₃ ₄ - H (OCH3)₃ H]₂X, iar eterul de hidroxipropil metilceluloză HPmc este o unitate din hidroxil, care face parte din metoxidul de celuloză înlocuit, iar o altă parte din produsul hidroxipropil este înlocuită. Formula structurală este [C6H7O2 (OH)₃ ₄ - MN (OCH3)₃ M [OCH2CH (OH)₃ CH3]₂N]₂X și eterul de hidroxietil metilceluloză HEmc, care este utilizat și vândut pe piață pe scară largă.
Din punct de vedere al solubilității, pot fi împărțiți în tipuri ionice și neionice. Eterul de celuloză neionic solubil în apă este compus în principal din eter alchilic și eter hidroxil alchilic, formând două serii de varietăți. Cmc ionic este utilizat în principal în detergenți sintetici, textile, imprimare, alimente și exploatarea petrolului. MC, HPmc, HEmc și altele neionice sunt utilizate în principal în materiale de construcții, acoperiri cu latex, medicină, chimie zilnică și alte aspecte. Ca agent de îngroșare, agent de retenție a apei, stabilizator, dispersant, agent de formare a peliculei.
Retenție de apă în eter de celuloză
În producția de materiale de construcție, în special a mortarului uscat, eterul de celuloză joacă un rol de neînlocuit, în special în producția de mortar special (mortar modificat), fiind o parte indispensabilă.
Rolul important al eterului de celuloză solubil în apă în mortar are în principal trei aspecte, unul este capacitatea excelentă de retenție a apei, al doilea este influența consistenței mortarului și a tixotropiei, iar al treilea este interacțiunea cu cimentul.
Retenția de apă a eterului de celuloză depinde de hidroscopicitatea mortarului, compoziția mortarului, grosimea stratului de mortar, necesarul de apă al mortarului și timpul de condensare al materialului de condensare. Retenția de apă a eterului de celuloză provine din solubilitatea și deshidratarea eterului de celuloză în sine. Este bine cunoscut faptul că lanțurile moleculare de celuloză, deși conțin un număr mare de grupări OH puternic hidratate, sunt insolubile în apă din cauza structurii lor cristaline. Capacitatea de hidratare a grupărilor hidroxil nu este suficientă pentru a compensa legăturile de hidrogen intermoleculare puternice și forțele van der Waals. Atunci când substituenții sunt introduși în lanțul molecular, nu numai că aceștia distrug lanțul de hidrogen, dar și legăturile de hidrogen intercatenare sunt rupte din cauza încurcării substituenților între lanțurile adiacente. Cu cât substituenții sunt mai mari, cu atât distanța dintre molecule este mai mare. Cu cât efectul de distrugere a legăturilor de hidrogen, expansiunea rețelei de celuloză este mai mare, cu atât soluția de eter de celuloză devine solubilă în apă, formându-se o soluție cu vâscozitate ridicată. Pe măsură ce temperatura crește, hidratarea polimerului scade, iar apa dintre lanțuri este eliminată. Când efectul de deshidratare este suficient, moleculele încep să se agregheze, iar gelul se pliază într-o rețea tridimensională. Factorii care afectează retenția de apă a mortarului includ vâscozitatea eterului de celuloză, dozajul, finețea particulelor și temperatura de utilizare.
Cu cât vâscozitatea eterului de celuloză este mai mare, cu atât performanța de retenție a apei, cu atât vâscozitatea soluției de polimer, este mai bună. Greutatea moleculară (gradul de polimerizare) a polimerului este, de asemenea, determinată de lungimea și morfologia structurii moleculare a lanțului, iar distribuția numărului de substituenți afectează direct intervalul de vâscozitate. [ETA] = Km alpha
Vâscozitatea intrinsecă a soluțiilor de polimeri
Greutate moleculară a polimerului M
Constanta caracteristică a polimerului α
Coeficientul de vâscozitate al soluției K
Vâscozitatea soluției de polimer depinde de greutatea moleculară a polimerului. Vâscozitatea și concentrația soluțiilor de eter de celuloză sunt legate de diverse aplicații. Prin urmare, fiecare eter de celuloză are multe specificații de vâscozitate diferite, reglarea vâscozității realizându-se în principal prin degradarea celulozei alcaline, și anume prin fracturarea lanțului molecular al celulozei.
În ceea ce privește dimensiunea particulelor, cu cât particula este mai fină, cu atât retenția apei este mai bună. Particulele mari de eter de celuloză în contact cu apa se dizolvă imediat la suprafață și formează un gel care învelește materialul și împiedică penetrarea continuă a moleculelor de apă. Uneori, agitarea îndelungată nu permite dispersarea uniformă a apei în material, formând o soluție floculentă noroioasă sau un aglomerat. Solubilitatea eterului de celuloză este unul dintre factorii de alegere a eterului de celuloză.
Îngroșarea și tixotropia eterului de celuloză
Al doilea efect al eterului de celuloză – îngroșarea – depinde de: gradul de polimerizare a eterului de celuloză, concentrația soluției, viteza de forfecare, temperatură și alte condiții. Proprietatea de gelificare a soluției este unică pentru alchilceluloză și derivații săi modificați. Caracteristicile de gelificare sunt legate de gradul de substituție, concentrația soluției și aditivi. Pentru derivații modificați cu hidroxil alchil, proprietățile gelului sunt, de asemenea, legate de gradul de modificare a hidroxil alchilului. Pentru o soluție cu concentrație mică de MC și HPmc se pot prepara soluții cu concentrație de 10%-15%, pentru o soluție cu vâscozitate medie MC și HPmc se pot prepara soluții cu concentrație de 5%-10%, iar pentru o soluție cu vâscozitate mare MC și HPmc se pot prepara doar soluții cu concentrație de 2%-3%, iar de obicei vâscozitatea eterului de celuloză este, de asemenea, clasificată în funcție de soluția de 1%-2%. Eficiența îngroșătorului eterului de celuloză cu greutate moleculară mare, aceeași concentrație de soluție, polimerii cu greutate moleculară diferită au vâscozitate diferită, vâscozitatea și greutatea moleculară putând fi exprimate după cum urmează: [η] = 2,92 × 10-2 (DPn) 0,905, DPn este gradul mediu de polimerizare ridicat. Eter de celuloză cu greutate moleculară mică trebuie adăugat în cantitate mai mare pentru a atinge vâscozitatea țintă. Vâscozitatea sa depinde mai puțin de viteza de forfecare, iar vâscozitatea ridicată este utilizată pentru a atinge vâscozitatea țintă, iar cantitatea necesară este mai mică, vâscozitatea depinde de eficiența de îngroșare. Prin urmare, pentru a obține o anumită consistență, trebuie garantată o anumită cantitate de eter de celuloză (concentrația soluției) și vâscozitatea soluției. Temperatura de gelificare a soluției scade liniar odată cu creșterea concentrației soluției, iar gelificarea are loc la temperatura camerei după atingerea unei anumite concentrații. HPmc are o concentrație de gelificare ridicată la temperatura camerei.
Consistența poate fi ajustată și prin selectarea dimensiunii particulelor și a eterilor de celuloză cu diferite grade de modificare. Așa-numita modificare constă în introducerea unei grupări hidroxil alchil cu un anumit grad de substituție în structura scheletică a MC. Prin modificarea valorilor relative de substituție ale celor doi substituenți, adică a valorilor relative de substituție DS și MS ale grupărilor metoxi și hidroxil, sunt necesare diverse proprietăți ale eterului de celuloză prin modificarea valorilor relative de substituție a celor două tipuri de substituenți.
Relația dintre consistență și modificare. În Figura 5, adăugarea de eter de celuloză afectează consumul de apă al mortarului și modifică raportul apă-liant dintre apă și ciment, ceea ce reprezintă efectul de îngroșare. Cu cât doza este mai mare, cu atât consumul de apă este mai mare.
Eterii de celuloză utilizați în materialele de construcție sub formă de pulbere trebuie să se dizolve rapid în apă rece și să ofere sistemului consistența potrivită. Dacă o anumită rată de forfecare este încă floculantă și coloidală, este un produs de calitate inferioară sau slabă.
Există, de asemenea, o relație liniară bună între consistența suspensiei de ciment și dozajul de eter de celuloză. Eterul de celuloză poate crește considerabil vâscozitatea mortarului; cu cât dozajul este mai mare, cu atât efectul este mai evident.
Soluția apoasă de eter de celuloză cu vâscozitate ridicată are o tixotropie ridicată, aceasta fiind una dintre caracteristicile eterului de celuloză. Soluțiile apoase de polimeri de tip Mc au de obicei o fluiditate pseudoplastică, netixotropică, sub temperatura gelului, dar proprietăți de curgere newtoniene la rate de forfecare scăzute. Pseudoplasticitatea crește odată cu creșterea greutății moleculare sau a concentrației eterului de celuloză și este independentă de tipul și gradul de substituent. Prin urmare, eterii de celuloză cu același grad de vâscozitate, fie că este MC, HPmc sau HEmc, prezintă întotdeauna aceleași proprietăți reologice, atâta timp cât concentrația și temperatura rămân constante. Când temperatura crește, se formează un gel structural și are loc o curgere tixotropică ridicată. Eterii de celuloză cu concentrație mare și vâscozitate scăzută prezintă tixotropie chiar și sub temperatura gelului. Această proprietate este foarte benefică pentru construcția mortarului de construcții, putând să-i ajusteze curgerea și proprietatea de suspendare a curgerii. Trebuie explicat aici că, cu cât vâscozitatea eterului de celuloză este mai mare, cu atât retenția de apă este mai bună, însă cu cât vâscozitatea este mai mare, cu atât greutatea moleculară relativă a eterului de celuloză este mai mare, cu atât solubilitatea acestuia este mai redusă, ceea ce are un impact negativ asupra concentrației mortarului și a performanței constructive. Cu cât vâscozitatea este mai mare, cu atât efectul de îngroșare al mortarului este mai evident, dar nu există o relație proporțională completă. Cu o vâscozitate oarecum scăzută, eterul de celuloză modificat are o performanță excelentă în îmbunătățirea rezistenței structurale a mortarului umed, iar odată cu creșterea vâscozității, retenția de apă a eterului de celuloză este mai bună.
Data publicării: 30 martie 2022