(1) Solubilidad
La solubilidad del éter de celulosa en solución acuosa alcalina, agua o disolvente orgánico depende de la naturaleza del grupo de eterificación y del grado de sustitución (DS). Las sustancias con un valor DS inferior a 0,1 suelen ser insolubles y sólo difieren de la celulosa en algunos parámetros físicos y técnicos, como la resistencia a la tracción, la energía potencial superficial, la capacidad de absorción de agua o la tintoribilidad. La modificación de la celulosa, hasta este punto, se utiliza principalmente para el reprocesamiento de la celulosa en las industrias textil y papelera y no se comercializa como productos de éter de celulosa.
Cuando el rango DS del producto alcanza 0,2~0,5, comienza a disolverse en una solución acuosa alcalina, como NaOH al 5%~8%. El rendimiento de disolución depende del grupo de eterificación. A medida que aumenta el grado de sustitución, el éter de celulosa se disuelve gradualmente en agua. Se mantiene una buena solubilidad a niveles muy altos de DS para los tipos aniónicos y no iónicos altamente hidrófilos, pero si dominan los sustituyentes hidrófobos, la solubilidad desaparece a niveles más altos de DS.
Muchos éteres de celulosa producidos industrialmente son solubles en agua y en disolventes orgánicos. Para que el tipo aniónico obtenga solubilidad en agua, el valor de DS debe ser superior a 0,4; para el tipo no iónico, el valor de DS debe ser superior a 1. Si dominan los grupos eterificantes hidrófobos, la solubilidad en agua desaparece a valores de DS superiores a 2, y es soluble en disolventes próticos o apróticos polares, como alcoholes poco alifáticos, cetonas o éteres. Los éteres de celulosa hidrófobos también son solubles en hidrocarburos clorados, pero menos en hidrocarburos puros. Los éteres de celulosa que sólo contienen grupos aniónicos son prácticamente insolubles en disolventes orgánicos en todos los rangos de DS, excepto en disolventes apróticos polares como el dimetilsulfóxido. En todos los casos, los éteres de celulosa de menor peso molecular son más solubles. La solubilidad de los éteres hidrófobos en agua se verá afectada a altas temperaturas. Los productos disueltos se gelificarán o aglomerarán cuando se calienten y se disolverán de nuevo cuando se enfríen. Ésta es la propiedad termogelante única de los éteres de celulosa hidrófobos, que repercute significativamente en la producción y la aplicación.
La mayoría de las aplicaciones requieren que las soluciones de éter de celulosa sean precisas o incluso transparentes, pero algunos productos de éter de celulosa sólo forman soluciones turbias, que pueden contener partículas insolubles o hebras de fibra libres. La razón principal es que los reactivos no se agitan y mezclan suficientemente durante la reacción, o la cadena molecular de la celulosa es muy irregular (la distribución del peso molecular es demasiado amplia, y las fuentes de materias primas varían mucho), y la estructura agregada es desigual (las zonas altamente cristalinas son difíciles de sustituir) ) causada por una sustitución desigual. Las impurezas de las materias primas celulósicas, como la lignina, la ceniza, etc., o la presencia de agentes de reticulación en los reactivos de eterificación pueden producir residuos insolubles.
(2) La viscosidad de la solución
El intervalo de viscosidad de la solución de éter de celulosa es amplio. A temperatura ambiente, el rango de viscosidad de la solución acuosa de éter de celulosa neutro al 2% puede alcanzar 5-10⁵ mPa-s o incluso más amplio. Su tamaño depende de la concentración, la temperatura, la longitud media de la cadena de macromoléculas (o grado de polimerización) y la sal u otros aditivos. La longitud de cadena de las macromoléculas de celulosa bruta puede acortarse mediante tratamiento químico durante el proceso de producción del éter de celulosa para obtener el producto final deseado con menor viscosidad.
En condiciones definidas de concentración y temperatura, las propiedades reológicas de la solución pueden ser newtonianas, pseudoplásticas, tixotrópicas o incluso gelatinosas, dependiendo de la longitud de la cadena, la distribución de los sustituyentes y la naturaleza del grupo eterificante.
(3)Propiedades físicas
Los éteres de celulosa son sólidos blancos o amarillentos, normalmente en forma granular o en polvo (contenido de humedad de hasta el 10%). La densidad aparente del polvo oscila entre 0,3 y 0,5 g/cm³. La densidad aparente de algunos productos fibrosos (sin triturar) es inferior a 0,2 g/cm³. Según los diferentes usos, los fabricantes pueden ajustar diferentes niveles de pureza. Los productos de alta pureza no tienen olor ni sabor. Los productos sin tratar pueden contener hasta un 40% (fracción de masa) de sales de sodio como NaCl, acetato de sodio, etc. El producto puede mezclarse con aditivos para garantizar la estabilidad, la controlabilidad de la disolución y la facilidad de procesamiento.
Además, la mayoría de los productos industriales de éter de celulosa pueden mezclarse con otros polímeros solubles en agua, como productos de almidón, resinas naturales, coloides naturales, poliacrilamida, etc., para obtener productos compuestos con las propiedades reológicas y otras propiedades físicas requeridas.
(4)Estabilidad
Los éteres de celulosa se ven fácilmente afectados por las celulasas y los microorganismos. La enzima ataca preferentemente a las unidades de anhidroglucosa no sustituidas, lo que provocará la hidrólisis y la escisión de las cadenas macromoleculares, reduciendo la viscosidad del producto. El sustituyente éter puede proteger la cadena principal de la celulosa. Por lo tanto, la estabilidad del éter de celulosa aumenta con el incremento de la DS o la mejora de la uniformidad de la sustitución, y sólo unas pocas unidades de anhidroglucosa no sustituidas son atacadas por la hidrolasa.
El éter de celulosa es relativamente estable y no se ve afectado fácilmente por el aire, la humedad, la luz solar, el calentamiento moderado y los contaminantes en general. Los agentes oxidantes potentes pueden generar peróxido y grupos carbonilo, lo que conduce a una mayor degradación de los éteres de celulosa en condiciones alcalinas. Cuando se calienta la solución alcalina de celulosa, la viscosidad disminuye significativamente. Los ácidos fuertes también pueden degradar las cadenas moleculares hidrolizando directamente los enlaces acetales de la celulosa. Al igual que otros polímeros orgánicos, bajo la acción de radiaciones de alta energía, la estructura de la cadena del éter de celulosa también se dañará y degradará. A los productos industriales de éter de celulosa se les pueden añadir biocidas, tampones o agentes reductores cuando esté permitido según la aplicación para conseguir una estabilidad de almacenamiento a largo plazo y una viscosidad constante en condiciones de almacenamiento adecuadas.
Los éteres de celulosa sólidos son estables a temperaturas de hasta 80 a 100ºC. Las temperaturas más altas o el calentamiento prolongado pueden, en algunos casos, causar reticulación y formar redes insolubles. El producto sólido se degrada ligeramente en el rango de 130-150°C. Cuando se calienta a 160-200°C, sufre una degradación muscular y se vuelve marrón. Esto está relacionado tanto con el tipo de éter como con las condiciones de calentamiento. Las soluciones acuosas neutras no provocarán una disminución de la viscosidad cuando se calienten durante mucho tiempo y luego se enfríen a temperatura ambiente. El calentamiento moderado, la gelificación o la aglomeración tampoco afectarán a la viscosidad.
