建築用乾式モルタルに一般的に使用される混和材の種類、その性能特性、作用機序、および乾式モルタル製品の性能への影響について解説する。セルロースエーテルやデンプンエーテルなどの保水性剤、再分散性ラテックス粉末、繊維材料が乾式モルタルの性能向上に及ぼす効果について重点的に論じた。
混和材は建築用乾式モルタルの性能向上に重要な役割を果たしますが、乾式モルタルに混和材を添加すると、乾式モルタル製品の材料費は従来のモルタルよりも大幅に高くなり、材料費の40%以上を占めます。現在、混和材のかなりの部分は海外メーカーから供給されており、製品の推奨配合量も供給業者から提供されています。その結果、乾式モルタル製品のコストは高止まりし、大量かつ広範囲にわたる通常のレンガ積みや左官モルタルの普及は困難です。ハイエンド市場製品は海外企業によって支配されており、乾式モルタルメーカーは利益が低く、価格に対する許容度も低い状況です。医薬品の応用に関する体系的かつ的を絞った研究が不足しており、海外の処方を盲目的に追随しています。
上記の理由に基づき、本論文では一般的に使用されている混和材の基本的な特性を分析・比較し、その上で混和材を用いた乾式混合モルタル製品の性能を研究する。
１．保水剤
保水剤は、乾式モルタルの保水性能を向上させるための重要な混和材であり、乾式モルタル材料のコストを決定する重要な混和材の一つでもある。
1. ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC）
ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、アルカリセルロースとエーテル化剤が特定の条件下で反応して生成される一連の製品の総称です。アルカリセルロースを異なるエーテル化剤に置き換えることで、異なるセルロースエーテルが得られます。置換基のイオン化特性により、セルロースエーテルはイオン性（カルボキシメチルセルロースなど）と非イオン性（メチルセルロースなど）の2種類に分類できます。置換基の種類により、セルロースエーテルはモノエーテル（メチルセルロースなど）と混合エーテル（ヒドロキシプロピルメチルセルロースなど）に分類できます。溶解性の違いにより、水溶性（ヒドロキシエチルセルロースなど）と有機溶媒可溶性（エチルセルロースなど）に分類できます。乾式混合モルタルは主に水溶性セルロースで構成され、水溶性セルロースは即時溶解型と表面処理遅延溶解型に分類されます。
モルタルにおけるセルロースエーテルの作用機序は以下のとおりである。
（１）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは冷水には容易に溶解するが、温水には溶解しにくい。しかし、温水中でのゲル化温度はメチルセルロースよりもかなり高い。冷水中での溶解性もメチルセルロースに比べて大幅に向上している。
（２）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの粘度は分子量に関係しており、分子量が大きいほど粘度が高くなります。温度も粘度に影響を与え、温度が上昇すると粘度は低下します。ただし、メチルセルロースに比べて粘度が高いため、温度による影響は小さくなります。室温で保存した場合、溶液は安定しています。
（３）ヒドロキシプロピルメチルセルロースの保水性は添加量、粘度などに依存し、同じ添加量ではメチルセルロースよりも保水性が高い。
（４）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは酸とアルカリに対して安定であり、その水溶液はpH2～12の範囲で非常に安定しています。苛性ソーダ水や石灰水は性能にほとんど影響を与えませんが、アルカリは溶解を促進し、粘度を増加させます。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは一般的な塩類に対して安定ですが、塩溶液の濃度が高い場合、ヒドロキシプロピルメチルセルロース溶液の粘度は増加する傾向があります。
（５）ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、ポリビニルアルコール、デンプンエーテル、植物性ガムなどの水溶性ポリマー化合物と混合して、均一で粘度の高い溶液を形成できる。
（６）ヒドロキシプロピルメチルセルロースはメチルセルロースよりも酵素耐性が優れており、その溶液はメチルセルロースよりも酵素による分解を受けにくい。
（７）ヒドロキシプロピルメチルセルロースのモルタル構造への接着性はメチルセルロースよりも高い。
2. メチルセルロース（MC）
精製綿をアルカリ処理した後、塩化メタンをエーテル化剤として一連の反応を行うことでセルロースエーテルが生成される。一般的に置換度は1.6～2.0であり、溶解度も置換度によって異なる。非イオン性セルロースエーテルに分類される。
（１）メチルセルロースは冷水に溶けやすく、温水には溶けにくい。その水溶液はpH3～12の範囲で非常に安定している。デンプン、グアーガムなどや多くの界面活性剤との相溶性が高い。温度がゲル化温度に達するとゲル化が起こる。
（２）メチルセルロースの保水性は、添加量、粘度、粒子の細かさ、溶解速度に依存します。一般的に、添加量が多く、粒子の細かさが小さく、粘度が高いほど、保水性は高くなります。中でも、添加量が保水性に最も大きな影響を与え、粘度は保水性に直接比例するわけではありません。溶解速度は主にセルロース粒子の表面改質度と粒子の細かさに依存します。上記のセルロースエーテルの中で、メチルセルロースとヒドロキシプロピルメチルセルロースは保水性が高くなります。
（３）温度変化はメチルセルロースの保水率に深刻な影響を与えます。一般的に、温度が高いほど保水性は悪くなります。モルタルの温度が４０℃を超えると、メチルセルロースの保水性は著しく低下し、モルタルの施工に深刻な影響を与えます。
（４）メチルセルロースはモルタルの施工性および接着性に大きな影響を与える。ここでいう「接着性」とは、作業者の塗布用具と壁下地との間に感じる接着力、すなわちモルタルのせん断抵抗を指す。接着性が高いほどモルタルのせん断抵抗は大きくなり、作業者が使用時に必要とする力も大きくなり、モルタルの施工性能は劣る。メチルセルロースの接着性は、セルロースエーテル製品では中程度のレベルである。
3. ヒドロキシエチルセルロース（HEC）
精製綿をアルカリ処理し、アセトン存在下でエーテル化剤として酸化エチレンと反応させて作られる。置換度は一般的に1.5～2.0である。強い親水性を持ち、吸湿性が高い。
（１）ヒドロキシエチルセルロースは冷水には溶けやすいが、温水には溶けにくい。その溶液は高温でもゲル化せず安定している。モルタル中で高温下で長期間使用できるが、メチルセルロースに比べて保水性は低い。
（２）ヒドロキシエチルセルロースは一般的な酸やアルカリに対して安定である。アルカリは溶解を促進し、粘度をわずかに上昇させる。水中での分散性はメチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロースよりもやや劣る。
（３）ヒドロキシエチルセルロースはモルタルに対しては優れた垂れ防止性能を有するが、セメントに対しては遅延時間が長くなる。
（４）国内の一部の企業が生産するヒドロキシエチルセルロースの性能は、水分含有量と灰分含有量が高いため、メチルセルロースの性能よりも明らかに劣る。
デンプンエーテル
乳鉢に使用されるデンプンエーテルは、ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバ、グアー豆などの多糖類からなる天然ポリマーを改質したものです。
1. 加工デンプン
ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバなどから改質されたデンプンエーテルは、セルロースエーテルに比べて保水性が著しく低い。改質度の違いにより、酸やアルカリに対する安定性も異なる。石膏系モルタルに適した製品もあれば、セメント系モルタルに適した製品もある。モルタルにおけるデンプンエーテルの用途は主に増粘剤として、モルタルの垂れ防止性の向上、湿潤モルタルの接着性の低減、およびオープンタイムの延長を目的としている。
デンプンエーテルはセルロースと併用されることが多く、これら2つの製品の特性と利点が互いに補完し合います。デンプンエーテル製品はセルロースエーテルよりもはるかに安価であるため、モルタルにデンプンエーテルを使用することで、モルタル配合コストを大幅に削減できます。
2. グアーガムエーテル
グアーガムエーテルは、天然のグアー豆を改質して作られる、特殊な性質を持つデンプンエーテルの一種です。主にグアーガムとアクリル官能基のエーテル化反応によって、2-ヒドロキシプロピル官能基を含む構造、すなわちポリガラクトマンノース構造が形成されます。
（１）セルロースエーテルと比較して、グアーガムエーテルは水に溶けやすい。グアーエーテルのpH特性は基本的に影響を受けない。
（２）低粘度・低添加量の条件下では、グアーガムはセルロースエーテルと同量で代替でき、同様の保水性を持ちます。しかし、粘稠度、垂れ防止性、チキソトロピー性などは明らかに向上します。
（３）高粘度かつ高用量の条件下では、グアーガムはセルロースエーテルの代わりにはならず、両者を混合して使用することでより良い性能が得られる。
（４）石膏系モルタルにグアーガムを添加すると、施工中の接着力を大幅に低減し、施工をよりスムーズにすることができます。石膏モルタルの凝結時間や強度に悪影響はありません。
3. 改質ミネラル系保水性増粘剤
天然鉱物を改質・配合して作られた保水性増粘剤が中国で応用されている。保水性増粘剤の製造に用いられる主な鉱物は、セピオライト、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリンなどである。これらの鉱物は、カップリング剤などの改質によって一定の保水性と増粘性を有する。モルタルに用いられるこの種の保水性増粘剤は、以下の特徴を有する。
（１）通常のモルタルの性能を大幅に向上させ、セメントモルタルの操作性の悪さ、混合モルタルの強度の低さ、耐水性の悪さといった問題を解決できます。
（２）一般産業建築物および民生建築物向けに、強度レベルの異なるモルタル製品を配合することができる。
（３）材料費はセルロースエーテルやデンプンエーテルに比べて大幅に低い。
（４）保水性は有機保水剤よりも低く、調製されたモルタルの乾燥収縮値は大きく、凝集性は低下する。
再分散性ポリマーゴム粉末
再分散性ゴム粉末は、特殊なポリマーエマルジョンを噴霧乾燥して製造されます。製造工程において、保護コロイド、固結防止剤などが不可欠な添加剤となります。乾燥後のゴム粉末は、80～100mm程度の球状粒子が集まったものです。これらの粒子は水に溶解し、元のエマルジョン粒子よりわずかに大きい安定な分散液を形成します。この分散液は脱水乾燥後にフィルムを形成します。このフィルムは一般的なエマルジョンフィルムと同様に不可逆的であり、水に接触しても再分散しません。
再分散性ゴム粉末は、スチレン-ブタジエン共重合体、第三級炭酸エチレン共重合体、エチレン-酢酸酢酸共重合体などに分類でき、これらをベースにシリコーン、ビニルラウレートなどをグラフトして性能を向上させます。さまざまな改質方法により、再分散性ゴム粉末は耐水性、耐アルカリ性、耐候性、柔軟性などのさまざまな特性を持つようになります。ビニルラウレートとシリコーンを含むため、ゴム粉末は優れた疎水性を持ちます。Tg値が低く、柔軟性に優れた高分岐ビニル第三級炭酸エステル。
これらのゴム粉末をモルタルに添加すると、いずれもセメントの凝結時間を遅延させる効果がありますが、その遅延効果は類似のエマルジョンを直接添加した場合よりも小さいです。比較すると、スチレンブタジエンが最も遅延効果が大きく、エチレン酢酸ビニルが最も遅延効果が小さいです。添加量が少なすぎると、モルタルの性能向上効果は顕著ではありません。
投稿日時：2023年4月3日