1. はじめに
セルロースエーテル（MC）は建築材料業界で広く使用されており、大量に使用されています。遅延剤、保水剤、増粘剤、接着剤として使用できます。通常の乾式混合モルタル、外壁断熱モルタル、セルフレベリングモルタル、タイル接着剤、高性能建築用パテ、耐ひび割れ性内外装壁用パテ、防水乾式混合モルタル、石膏プラスター、コーキング剤などの材料において、セルロースエーテルは重要な役割を果たしています。セルロースエーテルは、モルタルシステムの保水性、必要水量、凝集性、遅延性、施工性に重要な影響を与えます。
セルロースエーテルには様々な種類と仕様があります。建築材料分野で一般的に使用されるセルロースエーテルには、HEC、HPMC、CMC、PAC、MHECなどがあり、それぞれ特性に応じて異なるモルタルシステムに使用されています。一部の研究者は、異なる種類と量のセルロースエーテルがセメントモルタルシステムに及ぼす影響について研究を行っています。本稿では、この基礎研究に基づき、様々なモルタル製品において、異なる種類と仕様のセルロースエーテルをどのように選択すべきかを解説します。
2. セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの機能特性
乾燥粉末モルタルの重要な混和材であるセルロースエーテルは、モルタル中で多くの機能を発揮します。セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの最も重要な役割は、保水と増粘です。さらに、セメント系との相互作用により、空気連行、凝結遅延、引張接着強度の向上といった補助的な役割も果たします。
モルタルにおけるセルロースエーテルの最も重要な性能は保水性です。セルロースエーテルは、その保水性の高さから、ほぼすべてのモルタル製品において重要な混和材として使用されています。一般的に、セルロースエーテルの保水性は、その粘度、添加量、および粒径に関係しています。
セルロースエーテルは増粘剤として使用され、その増粘効果はセルロースエーテルのエーテル化度、粒径、粘度、および改質度に関係します。一般的に、セルロースエーテルのエーテル化度と粘度が高く、粒径が小さいほど、増粘効果は顕著になります。上記のMCの特性を調整することで、モルタルは適切な垂れ防止性能と最適な粘度を実現できます。
セルロースエーテルでは、アルキル基の導入により、セルロースエーテルを含む水溶液の表面エネルギーが低下するため、セルロースエーテルはセメントモルタルに対して空気連行効果を発揮します。モルタルに適切な量の気泡を導入することで、気泡の「ボール効果」によりモルタルの施工性が向上します。同時に、気泡の導入はモルタルの生産性向上にもつながります。もちろん、空気連行量は適切に管理する必要があります。空気連行量が多すぎると、有害な気泡が混入する可能性があるため、モルタルの強度に悪影響を及ぼします。
2.1 セルロースエーテルはセメントの水和反応を遅らせ、セメントの凝結・硬化を遅らせ、モルタルの開放時間を延長しますが、この効果は寒冷地のモルタルには適していません。セルロースエーテルを選択する際は、具体的な状況に応じて適切な製品を選択する必要があります。セルロースエーテルの遅延効果は、主にエーテル化度、改質度、粘度の増加に伴って高まります。
さらに、セルロースエーテルは長鎖ポリマー物質として、スラリーの水分含有量を十分に維持することを前提として、セメント系に添加することで基材との接着性能を向上させることができる。
2.2 モルタル中のセルロースエーテルの特性は、主に保水性、増粘性、凝結時間の延長、空気連行、引張接着強度の向上などです。これらの特性は、モルタル自体の特性、すなわち粘度、安定性、有効成分含有量（添加量）、エーテル化置換度とその均一性、改質度、有害物質含有量などに反映されます。したがって、モルタルを選択する際には、特定の性能に対する特定のモルタル製品の具体的な要求に応じて、適切な性能を発揮できる特性を持つセルロースエーテルを選択する必要があります。
セルロースエーテルの3つの特性
一般的に、セルロースエーテル製造業者が提供する製品説明書には、外観、粘度、官能基置換度、粒度、有効成分含有量（純度）、水分含有量、推奨用途および使用量などの指標が含まれます。これらの性能指標はセルロースエーテルの役割の一部を反映していますが、セルロースエーテルを比較・選択する際には、化学組成、改質度、エーテル化度、NaCl含有量、DS値などの他の側面も検討する必要があります。
3.1 セルロースエーテルの粘度
セルロースエーテルの粘度は、その保水性、増粘性、遅延性などに影響を与える。したがって、セルロースエーテルの検査および選定において重要な指標となる。
セルロースエーテルの粘度について議論する前に、セルロースエーテルの粘度を測定する一般的な方法として、ブルックフィールド法、ハッケ法、ヘップラー法、回転式粘度計の4種類があることを述べておく必要があります。これら4つの方法は、使用する装置、溶液濃度、試験環境が異なるため、同じMC溶液を4つの方法で測定しても結果が大きく異なります。同じ溶液であっても、同じ方法を用い、異なる環境条件下で測定すると、粘度も大きく異なる可能性があります。
結果もばらつきがあります。そのため、セルロースエーテルの粘度を説明する際には、試験方法、溶液濃度、ローター、回転速度、試験温度と湿度、その他の環境条件を明記する必要があります。この粘度値は貴重な情報です。「特定のMCの粘度はどれくらいですか」と単純に言うだけでは意味がありません。
3.2 セルロースエーテルの製品安定性
セルロースエーテルは、セルロース系カビによる攻撃を受けやすいことが知られています。カビがセルロースエーテルを侵食する際、まずセルロースエーテル中の未エーテル化グルコース単位を攻撃します。グルコース単位は直鎖状化合物であるため、一度破壊されると分子鎖全体が切断され、製品の粘度が急激に低下します。グルコース単位がエーテル化されると、カビは分子鎖を容易に腐食しなくなります。したがって、セルロースエーテルのエーテル化置換度（DS値）が高いほど、安定性が高くなります。
3.3 セルロースエーテルの有効成分含有量
セルロースエーテル中の有効成分含有量が高いほど、製品のコストパフォーマンスが向上し、同じ投与量でより良い効果が得られます。セルロースエーテルの有効成分はセルロースエーテル分子であり、これは有機物質です。したがって、セルロースエーテルの有効成分含有量を調べる際には、焼成後の灰分値によって間接的に反映させることができます。
3.4 セルロースエーテル中のNaCl含有量
塩化ナトリウム（NaCl）はセルロースエーテルの製造過程で避けられない副産物であり、一般的に複数回の洗浄によって除去する必要があります。洗浄回数が多いほど、残留するNaClの量は少なくなります。NaClは鉄筋や金網の腐食の原因となることがよく知られています。そのため、NaClを何度も洗浄する排水処理はコスト増につながる可能性がありますが、MC製品を選ぶ際には、NaCl含有量の少ない製品を選ぶよう最大限努力すべきです。
各種モルタル製品に適したセルロースエーテルを選択する際の4つの原則
モルタル製品用のセルロースエーテルを選定する際は、まず製品マニュアルの説明に従って、その性能指標（粘度、エーテル化置換度、有効成分含有量、NaCl含有量など）の機能特性と選定原則に基づいて選定します。
4.1 薄塗り石膏システム
薄塗りモルタルシステムのモルタルを例にとると、モルタルは外部環境に直接接触するため、表面から水分が急速に失われ、高い保水率が求められます。特に夏季の施工では、高温下でもモルタルが水分をよりよく保持できることが求められます。高い保水率を持つモルタルを選択する必要があり、これは粘度、粒径、添加量の3つの側面から総合的に検討できます。一般的に、同じ条件であれば、粘度の高いモルタルを選択しますが、作業性の要件を考慮すると、粘度が高すぎないようにする必要があります。したがって、選択するモルタルは、高い保水率と低い粘度を備えている必要があります。モルタル製品の中では、MH60001P6などが薄塗りモルタルシステムの接着モルタルとして推奨できます。
4.2 セメント系左官モルタル
左官モルタルには、モルタルの均一性が高く、塗りムラが少ないことが求められます。同時に、垂れ防止性能、ポンプ圧送能力、流動性、作業性にも優れている必要があります。そのため、セメントモルタルにおいては、粘度が低く、分散性および粘稠度形成が速い（粒子径が小さい）MCが選択されます。
タイル接着剤の製造においては、安全性と高効率性を確保するため、モルタルのオープンタイムが長く、滑り止め性能が優れていることが特に求められ、同時に下地とタイルの良好な接着も必要となります。そのため、タイル接着剤にはMC（モルタル添加剤）に対する要求が比較的高いと言えます。しかしながら、タイル接着剤には一般的にMCが比較的多く含まれています。MCを選択する際には、オープンタイムを長くするという要求を満たすために、MC自体の保水率が高くなければならず、保水率には適切な粘度、添加量、粒径が求められます。また、滑り止め性能を良好にするためには、MCの増粘効果が良好でなければならず、モルタルが強い垂直流動抵抗を持つようにする必要があります。増粘性能には、粘度、エーテル化度、粒径に関して一定の要求があります。
4.4 セルフレベリング下地モルタル
セルフレベリングモルタルは、モルタルのレベリング性能に高い要求が課せられるため、低粘度のセルロースエーテル製品を選択するのが適切です。セルフレベリングでは、均一に攪拌されたモルタルが地面に自動的に均平化されることが求められるため、流動性とポンプ輸送性が要求され、水と材料の比率が大きくなります。ブリーディングを防ぐために、MCは表面の保水性を制御し、沈降を防ぐための粘度を提供する必要があります。
4.5 石積みモルタル
組積造用モルタルは組積造の表面に直接接触するため、一般的に厚層構造となります。モルタルには高い作業性と保水性が求められ、組積造との接着力を確保し、作業性を向上させ、効率を高める必要があります。したがって、選定するMCはモルタルの上記性能向上に貢献できるものでなければならず、セルロースエーテルの粘度が高すぎないことが望ましいです。
4.6 断熱スラリー
断熱スラリーは主に手作業で塗布されるため、選定するMC（モルタルセメント）は、モルタルに良好な作業性、優れた保水性、そして高い粘度特性を備えていることが求められる。また、MCは高粘度かつ高気泡混入性という特性も有している必要がある。
5. 結論
セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの機能は、保水性、増粘性、空気連行性、遅延性、引張接着強度の向上などである。
投稿日時：2023年1月30日