La celulosa es el polímero natural más antiguo y abundante de la tierra. Es inagotable y el recurso natural renovable más preciado para los seres humanos. La celulosa tiene las características de bajo precio, material abundante, biodegradabilidad, bajo calor, no toxicidad y buena biocompatibilidad. El anillo básico de la macromolécula de celulosa es la glucosa deshidratada y su fórmula molecular es (c6h1005) n. Contiene 44,44% de carbono, 6,17% de hidrógeno y 49,39% de oxígeno. Cada anillo de residuos de glucosa contiene tres grupos hidroxilo de alcohol, incluidos dos grupos hidroxilo de alcohol secundario y un grupo hidroxilo de alcohol primario, que desempeñan un papel decisivo en las propiedades de la celulosa. Se puede obtener una serie de derivados de celulosa mediante la modificación química de la celulosa. El éter de celulosa se puede preparar a partir de celulosa natural mediante alcalinización, eterificación, neutralización, purificación y secado.

El éter de celulosa es uno de los derivados importantes de la celulosa. Puede ser ampliamente utilizado en alimentos, medicina, cosméticos, materiales de construcción, fabricación de papel, revestimientos, impresión y teñido de textiles, industria química diaria, explotación petrolera y otras industrias. Tiene las características de solubilidad, viscosidad, estabilidad, no tóxico y biocompatibilidad. Según los tipos de sustituyentes, ionización y solubilidad de los éteres de celulosa, existen diferentes clasificaciones. Los sustituyentes de los éteres de celulosa tienen una gran influencia en sus propiedades. Según los diferentes sustituyentes, los éteres de celulosa se pueden clasificar en MC, HEC, CMC, HPMC, HEMC, etc., consulte la Fig. 1. Este documento analiza principalmente las propiedades físicas y químicas y la aplicación de HPMC y HEMC en la industria de la construcción.

1. Estructura

1.1HPMC

La hidroxipropil metil celulosa (HPMC) se puede producir a partir de algodón refinado, pulpa de madera, metil y polihidroxipropil éter de celulosa. Se prepara por eterificación de celulosa con óxido de propileno y cloroformo. El grupo metoxi en el cloruro de metilo reemplaza al grupo hidroxilo en el anillo de glucosa, y el grupo hidroxilo se reemplaza por hidroxipropoxi y se produce la polimerización en cadena. La estructura se muestra en la Fig.2. HPMC tiene las características de gel térmico, su solución no tiene carga iónica, no interactúa con sales metálicas o compuestos iónicos, tiene una fuerte resistencia al moho y tiene buena dispersión, emulsificación, espesamiento, adhesión, propiedades de retención de agua y retención de gel.

1.2 HEMC

La producción y preparación de hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) es ligeramente diferente a la de HPMC. Después de alcalinizar la celulosa, el óxido de propileno se reemplaza por óxido de etileno para reemplazar el grupo hidroxilo en el anillo de glucosa. La estructura se muestra en la Fig. 3. En comparación con HPMC, la estructura química de HEMC tiene más grupos hidrófilos, por lo que es más estable a alta temperatura y tiene buena estabilidad térmica. Comparado con el éter de celulosa común de HPMC, tiene una temperatura de gel relativamente más alta y tiene una ventaja sobre la temperatura alta. Al igual que HPMC, HEMC tiene buena resistencia al moho, dispersión, emulsificación, espesamiento, adhesión, retención de agua y pegamento.

2. Propiedades físicas y químicas

Las propiedades físicas y químicas del estándar incluyen: apariencia, finura, pérdida de peso en seco, ceniza de sulfato, valor de pH, transmitancia de la solución, viscosidad de la solución, temperatura del gel y contenido del grupo (excluyendo la prueba de aplicación de mortero).

La apariencia, finura, pérdida de peso por secado, ceniza sulfato, valor de pH y transmitancia de la solución, viscosidad, etc. están relacionados con el modelo y función del producto. El nivel de los diferentes fabricantes es diferente, por lo que no se trata aquí.

2.1 Contenido del grupo éter de celulosa

Debido a los diferentes sustituyentes de HPMC y HEMC, las muestras de éter de celulosa se pueden calentar y hacer reaccionar en un reactor cerrado. Bajo la catálisis de ácido adípico, los grupos alcoxi sustituidos se craquean cuantitativamente con ácido yodhídrico para generar yodoanos correspondientes. Los productos de reacción se extraen con o-xileno y la solución de extracción se inyecta en el cromatógrafo de gases para la separación de componentes. Se pueden distinguir hidroxipropoxi e hidroxietoxi. Se utilizó el método estándar interno para cuantificar y calcular el contenido de componentes a analizar en la muestra. La Fig. 5 es el espectro de GC de HPMC y la Fig. 6 es el espectro de GC de la solución estándar para calibración (que contiene metoxi, hidroxietoxi e hidroxipropoxi). No es difícil encontrar que el tiempo de separación del grupo hidroxietoxi sea entre el grupo metoxi y el grupo hidroxipropoxi. El tipo de grupo se puede juzgar comparando el tiempo de separación de la solución estándar. El tipo de grupo se determinó por la hora pico y el contenido del grupo se calculó por el área del pico. En general, el contenido de metoxilo de HPMC varía del 16% al 30%, el contenido de propoxi puede ser del 4 al 32%, el contenido de metoxilo de HEMC es del 22% al 30% y el contenido de hidroxietoxilo es del 2% al 14%.

2.2 Temperatura del gel

La temperatura del gel es un indicador importante del éter de celulosa. La solución acuosa de éter de celulosa tiene las características de termogel. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad disminuye continuamente. Cuando la temperatura de la solución alcanza un cierto valor, la solución de éter de celulosa ya no es transparente, sino que forma un coloide blanco, que finalmente pierde su viscosidad. La prueba de temperatura del gel significa que la muestra de éter de celulosa se compone de una solución de éter de celulosa a una concentración del 0,2% y se calienta lentamente en el baño de agua hasta que la solución se vuelve blanca o incluso un gel blanco, y la viscosidad se pierde por completo. La temperatura de la solución es la temperatura de gel del éter de celulosa. La Fig. 7 es una selección aleatoria de 8 temperaturas de gel de productos de éter de celulosa en el hogar y en el extranjero. El resultado es que la temperatura general del gel de HEMC es ligeramente superior a la de HPMC. En general, la temperatura del gel de HPMC es de 60 grados ~ 75 y eMC es de 75 C ~ 90 C.

La relación de metoxi e hidroxipropilo a HPMC tiene ciertos efectos sobre la solubilidad en agua, la capacidad de retención de agua, la actividad superficial y la temperatura de gel del producto. Generalmente, la HPMC con alto contenido de metoxi y bajo contenido de hidroxipropilo tiene buena solubilidad en agua y buena actividad superficial, pero la temperatura del gel es baja: aumentar el contenido de hidroxipropilo y reducir el contenido de metoxi puede aumentar la temperatura del gel, pero el contenido excesivo de grupo hidroxipropilo reducirá la temperatura del gel y disminuyen la solubilidad en agua y la actividad superficial. Por lo tanto, el fabricante de éter de celulosa debe controlar estrictamente el contenido del grupo para garantizar la calidad y estabilidad de los productos.

3. Aplicación de la industria de la construcción

HPMC y HEMC tienen funciones similares en materiales de construcción. Se puede utilizar como dispersante, agente de retención de agua, espesante y aglutinante, etc. Se utiliza principalmente en el moldeo de mortero de cemento y productos de yeso. Se utiliza en morteros de cemento para aumentar su cohesión, trabajabilidad, reducir la floculación, mejorar la viscosidad y la contracción, y tiene las funciones de retención de agua, reduciendo la pérdida de agua en la superficie del hormigón, mejorando la resistencia, previniendo grietas y la intemperie de sales solubles en agua. Es muy utilizado en cemento, yeso, mortero y otros materiales. Puede usarse como agente filmógeno, espesante, emulsionante y estabilizador en recubrimientos de látex y recubrimientos de resina soluble en agua. Tiene buena resistencia al desgaste, uniformidad y adhesión, y mejora la tensión superficial, la estabilidad ácido-base y la compatibilidad con pigmentos metálicos. Debido a su buena estabilidad al almacenamiento de viscosidad, es especialmente adecuado para recubrimientos en emulsión como dispersante. En una palabra, aunque la cantidad del sistema es pequeña, tiene un gran efecto y es muy utilizado.

La temperatura de gel del éter de celulosa determina su estabilidad térmica en la aplicación. La temperatura de gel de HPMC suele ser de 60 C ~ 75 C, según el tipo, el contenido del grupo y los diferentes procesos de producción de los diferentes fabricantes. Debido a las características del grupo HEMC, tiene una temperatura de gel más alta, generalmente por encima de 80 C, por lo que su estabilidad a alta temperatura se debe a HPMC. En la aplicación práctica, en el ambiente de construcción caluroso en verano, la capacidad de retención de agua de HEMC con la misma viscosidad y dosificación es mejor que la de HPMC. Especialmente en el sur, el mortero a veces se construirá a alta temperatura. El éter de celulosa con baja temperatura de gel pierde su espesamiento y retención de agua a alta temperatura, acelerando así el endurecimiento del cemento y mortero, y afecta directamente la construcción y resistencia al agrietamiento.

Debido a que hay más grupos hidrofílicos en la estructura de HEMC, tiene una mejor hidrofilia. La tasa de retención de agua de HEMC en mortero es ligeramente más alta que la de HEMC a la misma dosis de productos con la misma viscosidad. Además, la resistencia al flujo vertical de HEMC también es relativamente buena. Por tanto, la aplicación de HEMC en adhesivo para baldosas cerámicas será mejor.

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PALABRAS CLAVES: éter de celulosa, HPMC, HEMC, propiedades físicas y químicas, aplicación arquitectónica.