A diferença de propriedades físicas e químicas e aplicação de HPMC e HEMC na indústria da construção

A celulose é o polímero natural mais antigo e abundante do planeta. É inesgotável e o recurso natural renovável mais precioso para o ser humano. A celulose possui características de baixo preço, material abundante, biodegradabilidade, baixo calor, não toxicidade e boa biocompatibilidade. O anel básico da macromolécula de celulose é a glicose desidratada e sua fórmula molecular é (c6h1005) n. Contém 44,44% de carbono, 6,17% de hidrogênio e 49,39% de oxigênio. Cada anel de resíduo de glicose contém três grupos hidroxila de álcool, incluindo dois grupos hidroxila de álcool secundário e um grupo hidroxila de álcool primário, que desempenham um papel decisivo nas propriedades da celulose. Uma série de derivados de celulose pode ser obtida por modificação química da celulose. O éter de celulose pode ser preparado a partir de celulose natural por alcalinização, eterificação, neutralização, purificação e secagem. 

Éter de celulose é um dos importantes derivados da celulose. Pode ser amplamente utilizado em alimentos, medicamentos, cosméticos, materiais de construção, fabricação de papel, revestimento, impressão e tingimento têxtil, indústria química diária, exploração de petróleo e outras indústrias. Possui características de solubilidade, viscosidade, estabilidade, atoxicidade e biocompatibilidade. De acordo com os tipos de substituintes, ionização e solubilidade dos éteres de celulose, existem diferentes classificações. Os substituintes nos éteres de celulose têm grande influência em suas propriedades. De acordo com os diferentes substituintes, os éteres de celulose podem ser classificados em MC, HEC, CMC, HPMC, HEMC, etc., consulte a Fig. 1. Este artigo discute principalmente as propriedades físicas e químicas e a aplicação de HPMC e HEMC na indústria da construção.

1. Estrutura

1.1HPMC

Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) pode ser produzido a partir de algodão refinado, polpa de madeira, éter metílico e poli-hidroxipropílico de celulose. É preparado por eterificação da celulose com óxido de propileno e clorofórmio. O grupo metoxi no cloreto de metila substitui o grupo hidroxila no anel de glicose, e o grupo hidroxila é substituído por hidroxipropóxi e ocorre a polimerização da cadeia. A estrutura é mostrada na Fig. 2. HPMC possui características de gel térmico, sua solução não possui carga iônica, não interage com sais metálicos ou compostos iônicos, possui forte resistência ao molde e possui boa dispersão, emulsificação, espessamento, adesão, propriedades de retenção de água e retenção de gel.

1.2 HEMC

A produção e preparação de hidroxietilmetilcelulose (HEMC) é ligeiramente diferente daquela de HPMC. Após a alcalinização da celulose, o óxido de propileno é substituído por óxido de etileno para substituir o grupo hidroxila no anel de glicose. A estrutura é mostrada na Fig. 3. Comparado com HPMC, a estrutura química do HEMC possui mais grupos hidrofílicos, por isso é mais estável em altas temperaturas e tem boa estabilidade térmica. Comparado com o éter de celulose HPMC comum, tem uma temperatura de gel relativamente mais alta e tem uma vantagem sobre a alta temperatura. Assim como o HPMC, o HEMC possui boa resistência ao mofo, dispersão, emulsificação, espessamento, adesão, retenção de água e cola.

2. Propriedades físicas e químicas

As propriedades físicas e químicas do padrão incluem: aparência, finura, perda de peso seco, cinzas sulfatadas, valor de pH, transmitância da solução, viscosidade da solução, temperatura do gel e teor de grupo (excluindo teste de aplicação de argamassa).

Aparência, finura, perda de peso na secagem, cinzas sulfatadas, valor de pH e transmitância da solução, viscosidade, etc. estão relacionados ao modelo e função do produto. O nível dos diferentes fabricantes é diferente, por isso não é discutido aqui.

2.1 Conteúdo do grupo éter de celulose

Devido aos diferentes substituintes de HPMC e HEMC, as amostras de éter de celulose podem ser aquecidas e reagidas em um reator fechado. Sob a catálise do ácido adípico, os grupos alcóxi substituídos são craqueados quantitativamente pelo ácido iodídrico para gerar os iodoanos correspondentes. Os produtos da reação são extraídos com o-xileno, e a solução de extração é injetada no cromatógrafo gasoso para separação dos componentes, podendo-se distinguir hidroxipropóxi e hidroxietoxi. O método do padrão interno foi utilizado para quantificar e calcular o conteúdo dos componentes a serem testados na amostra. A Figura 5 é o espectro de GC de HPMC e a Figura 6 é o espectro de GC da solução padrão para calibração (contendo metoxi, hidroxietoxi e hidroxipropoxi). Não é difícil descobrir que o tempo de separação do grupo hidroxietoxi está entre o grupo metoxi e o grupo hidroxipropoxi. O tipo de grupo pode ser avaliado comparando o tempo de separação da solução padrão. O tipo de grupo foi determinado pelo horário de pico e o conteúdo do grupo foi calculado pela área de pico. Em geral, o teor de metoxil do HPMC varia de 16% a 30%, o teor de propoxi pode ser de 4-32%, o teor de metoxil do HEMC é de 22% a 30% e o teor de hidroxietoxila é de 2% a 14%.

2.2 Temperatura do gel

A temperatura do gel é um importante indicador do éter de celulose. A solução aquosa de éter de celulose possui características de termogel. À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade diminui continuamente. Quando a temperatura da solução atinge um determinado valor, a solução de éter de celulose deixa de ser transparente, mas forma um colóide branco, que eventualmente perde sua viscosidade. O teste de temperatura do gel significa que a amostra de éter de celulose é composta por solução de éter de celulose com concentração de 0,2% e aquecida lentamente em banho-maria até que a solução fique branca ou mesmo gel branco, e a viscosidade seja completamente perdida. A temperatura da solução é a temperatura do gel do éter de celulose. A Fig. 7 é uma seleção aleatória de 8 temperaturas de gel de produtos de éter de celulose no país e no exterior. O resultado é que a temperatura geral do gel do HEMC é ligeiramente superior à do HPMC. Em geral, a temperatura do gel do HPMC é de 60 graus ~75 e do eMC está entre 75°C e 90°C.

A proporção de metoxi e hidroxipropil para HPMC tem certos efeitos na solubilidade em água, na capacidade de retenção de água, na atividade superficial e na temperatura do gel do produto. Geralmente, o HPMC com alto teor de metoxi e baixo teor de hidroxipropil tem boa solubilidade em água e boa atividade superficial, mas a temperatura do gel é baixa: aumentar o teor de hidroxipropil e reduzir o teor de metoxi pode aumentar a temperatura do gel, mas o teor excessivo do grupo hidroxipropil reduzirá a temperatura do gel e diminuir a solubilidade em água e a atividade superficial. Portanto, o fabricante do éter de celulose deve controlar rigorosamente o conteúdo do grupo para garantir a qualidade e estabilidade dos produtos.

3. Aplicação da indústria da construção

HPMC e HEMC têm funções semelhantes em materiais de construção. Pode ser usado como dispersante, agente de retenção de água, espessante e aglutinante, etc. é usado principalmente na moldagem de argamassa de cimento e produtos de gesso. É utilizado em argamassas de cimento para aumentar sua coesão, trabalhabilidade, reduzir a floculação, melhorar a viscosidade e a retração, e tem as funções de retenção de água, reduzindo a perda de água na superfície do concreto, melhorando a resistência, evitando trincas e intemperismo salino solúvel em água. É amplamente utilizado em cimento, gesso, argamassa e outros materiais. Pode ser usado como agente formador de filme, espessante, emulsificante e estabilizador em revestimentos de látex e revestimentos de resina solúvel em água. Possui boa resistência ao desgaste, uniformidade e adesão, além de melhorar a tensão superficial, estabilidade ácido-base e compatibilidade com pigmentos metálicos. Devido à sua boa estabilidade de armazenamento de viscosidade, é especialmente adequado para revestimentos de emulsão como dispersante. Em suma, embora a quantidade do sistema seja pequena, ele tem um grande efeito e é amplamente utilizado.

A temperatura do gel do éter de celulose determina sua estabilidade térmica na aplicação. A temperatura do gel do HPMC é geralmente de 60°C a 75°C, dependendo do tipo, conteúdo do grupo e diferentes processos de produção de diferentes fabricantes. Devido às características do grupo HEMC, possui temperatura de gel mais elevada, geralmente acima de 80 C, portanto sua estabilidade sob alta temperatura se deve ao HPMC. Na aplicação prática, no ambiente de construção quente no verão, a capacidade de retenção de água do HEMC com a mesma viscosidade e dosagem é melhor que a do HPMC. Especialmente no sul, a argamassa será por vezes construída a altas temperaturas. O éter de celulose com baixa temperatura de gel perderá o espessamento e a retenção de água em alta temperatura, acelerando o endurecimento do cimento e da argamassa, afetando diretamente a construção e a resistência à fissuração.

Como existem mais grupos hidrofílicos na estrutura do HEMC, ele apresenta melhor hidrofilicidade. A taxa de retenção de água do HEMC na argamassa é ligeiramente superior à do HEMC na mesma dosagem de produtos com a mesma viscosidade. Além disso, a resistência ao fluxo vertical do HEMC também é relativamente boa. Portanto, a aplicação de HEMC em adesivo para cerâmica será melhor.

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Aplicativos

Produtos

Adesivo para colocação de blocos

MK40M FP、MK70M FP、MT4016

Adesivo para telha de cimento (CTA)

MK40M FP、MK70M FP、MT4016

Cimento Uma Camada

MH25M FP、MK30M FP

Casaco de cimento

MK30MFP、MT3025、MT3027

Rejuntes para azulejos

MT6001

Gesso para mãos

MK30MFP、MT4031、MT5503

Autonivelamento

MK400FP、MT1004