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。
1.1 セルロースエーテル
セルロースエーテルは、アルカリセルロースとエーテル化剤を特定の条件下で反応させ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）モルタル中のセルロースエーテルが水に溶解すると、表面活性により系内のセメント系材料の有効かつ均一な分布が確保され、保護コロイドとしてのセルロースエーテルが固体粒子を「包み込み」、その外面に潤滑膜の層が形成されるため、モルタル系がより安定し、混合工程中のモルタルの流動性や施工の滑らかさも向上する。
（２）セルロースエーテル溶液は、その分子構造により、モルタル中の水分が失われにくく、長期間にわたって徐々に放出されるため、モルタルに優れた保水性と作業性を与える。
1.1.1 メチルセルロース（MC）の分子式 [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x
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。
1.1.2 ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）の分子式は[C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]xである。
ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、近年生産量と消費量が急速に増加しているセルロースの一種です。精製綿をアルカリ処理した後、プロピレンオキシドと塩化メチルをエーテル化剤として一連の反応を経て製造される非イオン性セルロース混合エーテルです。置換度は一般的に1.2～2.0です。メトキシ基とヒドロキシプロピル基の比率が異なるため、その特性も異なります。
（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。
1.1.3 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。
1.1.4 カルボキシメチルセルロース（CMC）[C6H7O2(OH)2och2COONa]n
イオン性セルロースエーテルは、天然繊維（綿など）をアルカリ処理した後、モノクロロ酢酸ナトリウムをエーテル化剤として用い、一連の反応処理を経て製造される。置換度は一般的に0.4～1.4であり、その性能は置換度に大きく左右される。
（１）カルボキシメチルセルロースは吸湿性が高く、通常の条件下で保管するとより多くの水分を含んだ。
（２）カルボキシメチルセルロース水溶液はゲルを生成せず、温度の上昇とともに粘度が低下します。温度が５０℃を超えると、粘度は不可逆的になります。
（３）その安定性はpHに大きく影響される。一般的に、石膏系モルタルには使用できるが、セメント系モルタルには使用できない。強アルカリ性の場合、粘度が低下する。
（４）その保水性はメチルセルロースよりもはるかに低い。石膏系モルタルに対して遅延効果があり、強度を低下させる。しかし、カルボキシメチルセルロースの価格はメチルセルロースよりもかなり低い。
投稿日時：2023年3月30日