タイル接着剤中のセルロースエーテル

1. はじめに

セメント系タイル接着剤は、現在、特殊乾式モルタルの最大の用途であり、セメントを主成分とするセメント系材料に、粒度調整された骨材、保水剤、早期強度剤、ラテックス粉末、その他の有機または無機添加剤を混合して構成されています。一般的に、使用時には水と混ぜるだけで済みます。通常のセメントモルタルと比較して、表面材と下地との接着強度を大幅に向上させることができ、滑り止め効果と優れた耐水性・耐水性を備えています。主に、建物の内外壁タイル、床タイルなどの装飾材の接着に使用され、内外壁、床、浴室、キッチンなどの建築装飾の場所に広く使用されています。現在、最も広く使用されているタイル接着剤です。

通常、タイル接着剤の性能を評価する際には、操作性や滑り止め性能だけでなく、機械的強度やオープンタイムにも注目します。タイル接着剤中のセルロースエーテルは、滑らかな操作性や接着性など、磁器用接着剤のレオロジー特性に影響を与えるだけでなく、タイル接着剤の機械的特性にも大きな影響を与えます。

2. タイル接着剤のオープンタイムへの影響

湿潤モルタル中にゴム粉末とセルロースエーテルが共存する場合、いくつかのデータモデルによると、ゴム粉末はセメント水和生成物に付着するための運動エネルギーがより強く、セルロースエーテルは間隙液中に多く存在するため、モルタルの粘度と凝結時間に大きな影響を与えます。セルロースエーテルの表面張力はゴム粉末よりも高く、モルタル界面にセルロースエーテルが多く存在すると、基材表面とセルロースエーテルの間に水素結合が形成されやすくなります。

湿ったモルタルでは、モルタル中の水分が蒸発し、セルロースエーテルが表面に濃縮され、5分以内にモルタルの表面に膜が形成されます。これにより、その後の蒸発速度が低下します。厚いモルタルからより多くの水分が除去されると、その一部が薄いモルタル層に移動し、最初に形成された膜が部分的に溶解し、水分の移動によってモルタル表面にさらに多くのセルロースエーテルが濃縮されます。

したがって、モルタル表面におけるセルロースエーテルの皮膜形成は、モルタルの性能に大きな影響を与えます。1) 形成された皮膜が薄すぎると、2回溶解してしまい、水の蒸発を抑制できず、強度が低下します。2) 形成された皮膜が厚すぎると、モルタル間隙液中のセルロースエーテルの濃度が高くなり、粘度が高くなるため、タイルを貼り付ける際に表面の皮膜を破りにくくなります。セルロースエーテルの皮膜形成特性は、オープンタイムに大きな影響を与えることがわかります。セルロースエーテルの種類（HPMC、HEMC、MCなど）とエーテル化度（置換度）は、セルロースエーテルの皮膜形成特性、皮膜の硬度と靭性に直接影響します。

3. 引抜き強度への影響

セルロースエーテルは、モルタルに上述のような有益な特性を与えるだけでなく、セメントの水和速度を遅らせる効果もあります。この遅延効果は主に、水和中のセメント系における様々な鉱物相へのセルロースエーテル分子の吸着によるものですが、一般的には、セルロースエーテル分子は主にCSHや水酸化カルシウムなどの水に吸着し、化学製品においてはクリンカーの元の鉱物相にはほとんど吸着しないと考えられています。さらに、セルロースエーテルは細孔溶液の粘度を高めることで、細孔溶液中のイオン（Ca2+、SO42-など）の移動度を低下させ、水和プロセスをさらに遅らせます。

粘度は、セルロースエーテルの化学的特性を表すもう一つの重要なパラメータです。前述のように、粘度は主に保水能力に影響を与え、フレッシュモルタルの作業性にも大きな影響を与えます。しかし、実験的研究によると、セルロースエーテルの粘度はセメントの水和速度にほとんど影響を与えないことがわかっています。分子量は水和にほとんど影響を与えず、異なる分子量間の最大差はわずか10分です。したがって、分子量はセメントの水和を制御するための重要なパラメータではありません。

セルロースエーテルの遅延効果はその化学構造に依存し、MHECの場合、メチル化度が高いほどセルロースエーテルの遅延効果は小さくなるという一般的な傾向が認められた。また、親水性置換基（HECへの置換など）の遅延効果は、疎水性置換基（MH、MHEC、MHPCへの置換など）の遅延効果よりも強い。セルロースエーテルの遅延効果は、置換基の種類と量の2つのパラメータによって主に影響を受ける。

我々の体系的な実験では、置換基の含有量がタイル接着剤の機械的強度に重要な役割を果たすことも明らかになった。我々は、置換度の異なるHPMCのタイル接着剤における性能を評価し、異なる基を含むセルロースエーテルがタイル接着剤の機械的特性に及ぼす影響を、異なる硬化条件下で試験した。

この試験では、化合物エーテルであるHPMCを対象としているため、2つの図を組み合わせる必要があります。HPMCは、水溶性と光透過性を確保するために、ある程度の吸収性が必要です。置換基の含有量はHPMCのゲル化温度も決定し、HPMCの使用環境も決定します。このようにして、通常適用可能なHPMCのグループ含有量も範囲内に収まります。この範囲内で、メトキシ基とヒドロキシプロポキシ基をどのように組み合わせれば最良の効果が得られるかが、私たちの研究内容です。図2は、ある範囲内では、メトキシ基の含有量の増加は引抜強度の低下傾向につながり、ヒドロキシプロポキシ基の含有量の増加は引抜強度の増加につながることを示しています。開栓時間についても同様の効果が見られます。

開放時間条件下における機械的強度の変化傾向は、常温条件下における変化傾向と一致している。メトキシ基（DS）含有量が高く、ヒドロキシプロポキシ基（MS）含有量が低いHPMCは、フィルムの靭性は良好であるが、逆に湿潤モルタルの濡れ性に影響を与える。