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

A celulose é o polímero natural mais antigo e abundante da Terra. É inesgotável e o mais precioso recurso natural renovável para o ser humano. A celulose possui as 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. Ele contém 44,44% de carbono, 6,17% de hidrogênio e 49,39% de oxigênio. Cada anel residual 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 da celulose natural por alcalinização, eterificação, neutralização, purificação e secagem.


O éter de celulose é um dos derivados importantes da celulose. Pode ser amplamente utilizado em alimentos, medicamentos, cosméticos, materiais de construção, fabricação de papel, revestimento, impressão e tingimento de têxteis, indústria química diária, exploração de petróleo e outras indústrias. Possui as características de solubilidade, viscosidade, estabilidade, não tóxico 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 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 de construção.

cellulose ethers substituents

1. Estrutura

1.1 HPMC

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

HPMC structure


1.2 HEMC

A produção e preparação de hidroxietilmetilcelulose (HEMC) é ligeiramente diferente daquela de HPMC. Depois que a celulose é alcalinizada, 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. Em comparação com HPMC, a estrutura química do HEMC tem mais grupos hidrofílicos, portanto, é mais estável em alta temperatura e tem boa estabilidade térmica. Comparado com o éter de celulose HPMC comum, ele tem uma temperatura de gel relativamente mais alta e tem uma vantagem sobre a alta temperatura. Como o HPMC, o HEMC tem 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, cinza de sulfato, valor de pH, transmitância da solução, viscosidade da solução, temperatura do gel e conteúdo de grupo (excluindo teste de aplicação de argamassa).


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


2.1 Conteúdo do grupo de 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 alcoxi substituídos são quantitativamente quebrados 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 de gás para separação dos componentes. Hidroxipropoxi e hidroxietoxi podem ser distinguidos. O método do padrão interno foi utilizado para quantificar e calcular o conteúdo dos componentes a serem testados na amostra. A Fig. 5 é o espectro de GC de HPMC e a Fig. 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 é 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 do pico. Em geral, o teor de metoxil de HPMC varia de 16% a 30%, o teor de propoxi pode ser 4-32%, o teor de metoxil de HEMC é 22% - 30% e o teor de hidroxietoxil é de 2% -14%.

Fig.5 is GC spectrum of HPMC, and Fig. 6 is the GC spectrum of standard solution for calibration

2.2 Temperatura do gel

A temperatura do gel é um indicador importante do éter de celulose. A solução aquosa de éter de celulose tem características de gel térmico. Conforme a temperatura aumenta, a viscosidade diminui continuamente. Quando a temperatura da solução atinge um determinado valor, a solução de éter de celulose não é mais transparente, mas forma um colóide branco, que acaba perdendo sua viscosidade. O teste de temperatura do gel significa que a amostra de éter de celulose é constituída por solução de éter de celulose com concentração de 0,2% e aquecida lentamente em banho-maria até que a solução pareça branca ou mesmo gel branca, 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 em casa e no exterior. O resultado é que a temperatura geral do gel de HEMC é ligeiramente mais alta do que a de HPMC. Em geral, a temperatura do gel de HPMC é 60 graus ~ 75 e eMC está em 75 C ~ 90 C.


A proporção de metoxi e hidroxipropil para HPMC tem certos efeitos na solubilidade em água, capacidade de retenção de água, atividade de superfície e 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 de superfície, 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 de grupo hidroxipropil irá reduzir a temperatura do gel e diminuem a solubilidade em água e a atividade de superfície. Portanto, o fabricante de éter de celulose deve controlar rigorosamente o conteúdo do grupo para garantir a qualidade e estabilidade dos produtos.

temperatures of cellulose ether products


3. Aplicação da indústria de 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 cimentícias para aumentar sua coesividade, trabalhabilidade, reduzir a floculação, melhorar a viscosidade e encolhimento, e tem as funções de retenção de água, reduzindo a perda de água na superfície do concreto, melhorando a resistência, prevenindo 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 estabilizante em revestimentos de látex e revestimentos de resina solúvel em água. Possui boa resistência ao desgaste, uniformidade e aderência, e melhora 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, ela tem um grande efeito e é amplamente utilizada.


A temperatura do gel do éter de celulose determina sua estabilidade térmica na aplicação. A temperatura do gel de HPMC é geralmente de 60 C ~ 75 C, dependendo do tipo, conteúdo do grupo e diferentes processos de produção de diferentes fabricantes. Devido às características do grupo HEMC, apresenta uma temperatura de gel superior, geralmente acima de 80 C, portanto sua estabilidade em 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 do que a do HPMC. Especialmente no sul, às vezes a argamassa é construída em alta temperatura. O éter de celulose com baixa temperatura de gel perde seu espessamento e retenção de água em altas temperaturas, acelerando o endurecimento do cimento e da argamassa, afetando diretamente a construção e a resistência à fissuração.


Por haver mais grupos hidrofílicos na estrutura do HEMC, ele tem melhor hidrofilia. 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 adesivos para revestimentos cerâmicos será melhor.

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PALAVRAS-CHAVE: éter de celulose, HPMC, HEMC, propriedades físicas e químicas, aplicação arquitetônica.



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