レディーミクストモルタルの場合、添加量はセルロースエーテルセルロースエーテルの含有量は非常に低いですが、湿式モルタルの性能を大幅に向上させることができ、モルタルの施工性能に影響を与える主要な添加剤です。セルロースエーテルの種類、粘度、粒子径、粘度、添加量を適切に選択することで、乾燥粉末モルタルの性能向上にプラスの影響を与えます。
現在、多くの石材用モルタルや左官用モルタルは保水性が低く、水スラリーは数分放置すると分離してしまいます。保水性はメチルセルロースエーテル（MC）の重要な性能であり、国内の多くのドライミックスモルタルメーカー、特に南方地域の高温地域のメーカーが重視する性能でもあります。ドライミックスモルタルの保水性に影響を与える要因には、MCの添加量、MCの粘度、粒子の細かさ、使用環境温度などがあります。
1. コンセプト
セルロースエーテルは、天然セルロースを化学修飾して合成したポリマーです。セルロースエーテルは天然セルロースの誘導体です。セルロースエーテルの製造は合成ポリマーとは異なります。その最も基本的な材料は、天然高分子化合物であるセルロースです。天然セルロースの構造の特殊性により、セルロース自体はエーテル化剤と反応する能力がありません。しかし、膨潤剤処理後、分子鎖と鎖間の強い水素結合が破壊され、ヒドロキシル基が活性放出され、反応性の高いアルカリセルロースになります。セルロースエーテルが得られます。
セルロースエーテルの特性は、置換基の種類、数、分布によって異なります。また、置換基の種類、エーテル化度、溶解度、および関連する応用特性によっても分類されます。 分子鎖上の置換基の種類に応じて、モノエーテルと混合エーテルに分けられます。通常、モノエーテルとしてMCを使用し、混合エーテルとしてPMCを使用します。 メチルセルロースエーテルMCは、天然セルロースのグルコース単位の水酸基をメトキシ基に置換した後の製品です。これは、単位の水酸基の一部をメトキシ基に、別の一部をヒドロキシプロピル基に置換することによって得られる製品です。 構造式は[C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]xヒドロキシエチルメチルセルロースエーテルHEMCで、これらは市場で広く使用され、販売されている主な品種です。
溶解性の観点から、イオン性と非イオン性に分けられます。水溶性の非イオン性セルロースエーテルは、主にアルキルエーテルとヒドロキシアルキルエーテルの2系列で構成されています。イオン性CMCは主に合成洗剤、繊維の捺染・染色、食品、石油探査に用いられています。非イオン性のMC、PMC、HEMCなどは、主に建材、ラテックスコーティング、医薬品、日用化学品などに用いられ、増粘剤、保水剤、安定剤、分散剤、造膜剤として使用されています。
2. セルロースエーテルの保水性
セルロースエーテルの保水性：建築材料、特に乾燥粉末モルタルの製造において、セルロースエーテルはかけがえのない役割を果たしており、特に特殊モルタル（改質モルタル）の製造においては欠かせない重要な成分です。
水溶性セルロースエーテルがモルタルに果たす重要な役割は、主に3つあります。1つは優れた保水力、2つ目はモルタルの稠度とチキソトロピーへの影響、そして3つ目はセメントとの相互作用です。セルロースエーテルの保水効果は、基層の吸水率、モルタルの組成、モルタル層の厚さ、モルタルの水分要求量、および硬化材の凝結時間に依存します。セルロースエーテル自体の保水性は、セルロースエーテル自体の溶解性と脱水性に由来します。ご存知のように、セルロース分子鎖には水和性の高いOH基が多数含まれていますが、セルロース構造の結晶度が高いため、水に溶けません。
ヒドロキシル基の水和能力だけでは、分子間の強い水素結合とファンデルワールス力をカバーするのに十分ではありません。そのため、水に膨潤するだけで溶解しません。分子鎖に置換基が導入されると、置換基が水素鎖を破壊するだけでなく、隣接する鎖の間に置換基がくさびで固定されるため、鎖間水素結合も破壊されます。置換基が大きいほど、分子間の距離が大きくなります。距離が大きいほど、水素結合を破壊する効果が大きく、セルロースエーテルはセルロース格子が膨張して溶液が浸入した後、水溶性になり、高粘度の溶液を形成します。温度が上昇すると、ポリマーの水和が弱まり、鎖間の水が追い出されます。脱水効果が十分になると、分子が凝集し始め、3次元ネットワーク構造のゲルを形成して折り畳まれます。モルタルの保水性に影響を与える要因としては、セルロースエーテルの粘度、添加量、粒子の細かさ、使用温度などが挙げられます。
セルロースエーテルの粘度が高いほど、保水性は向上します。粘度はMCの性能を測る重要なパラメータです。現在、MCメーカーはそれぞれ異なる方法と機器を用いてMCの粘度を測定しています。主な測定法としては、Haake Rotovisko法、Hoppler法、Ubbelohde法、Brookfield法などが挙げられます。同一製品であっても、異なる方法で測定した粘度結果には大きな差があり、場合によっては2倍の差が出ることもあります。したがって、粘度を比較する場合は、温度、ローターなど、同じ試験方法を用いて比較する必要があります。
一般的に、粘度が高いほど保水効果は高くなります。しかし、粘度が高く、MCの分子量が高いほど、それに応じて溶解性が低下し、モルタルの強度と施工性能に悪影響を及ぼします。粘度が高いほど、モルタルの増粘効果は顕著になりますが、正比例するわけではありません。粘度が高いほど、湿ったモルタルの粘性は高くなります。つまり、施工中にスクレーパーに付着し、基材に高い接着性を示すようになります。しかし、湿ったモルタル自体の構造強度を高めるのに役立ちません。施工中は、たわみ防止性能は明らかではありません。それどころか、中粘度と低粘度の改質メチルセルロースエーテルの中には、湿ったモルタルの構造強度を向上させる優れた性能を持つものもあります。
モルタルに添加するセルロースエーテルの量が多いほど保水性能は向上し、粘度が高いほど保水性能は向上します。
粒子径に関しては、粒子が細かいほど保水性が優れています。セルロースエーテルの大きな粒子は水と接触すると、表面がすぐに溶解し、ゲル状になって物質を包み込み、水分子の浸透を防ぎます。長時間撹拌しても均一に分散溶解できず、白濁した綿状溶液や凝集体を形成することがあります。これはセルロースエーテルの保水性に大きく影響し、溶解性はセルロースエーテルを選択する際の要素の一つです。
粉末度もメチルセルロースエーテルの重要な性能指標です。乾式粉末モルタルに使用されるMCは、水分含有量の少ない粉末である必要があり、粉末度も粒子サイズの20％〜60％が63um未満である必要があります。粉末度はメチルセルロースエーテルの溶解性に影響します。粗いMCは通常粒状で、凝集することなく水に溶解しやすいですが、溶解速度が非常に遅いため、乾式粉末モルタルでの使用には適していません。乾式粉末モルタルでは、MCは骨材、細粒フィラー、セメントなどのセメント材料の間に分散しており、水と混合するときにメチルセルロースエーテルの凝集を避けることができるのは十分に細かい粉末だけです。凝集物を溶解するためにMCを水に追加すると、分散して溶解することが非常に困難です。
MCの細かさが粗すぎると、無駄になるだけでなく、モルタルの局所的な強度も低下します。このような乾燥粉末モルタルを広範囲に塗布すると、局所的な乾燥粉末モルタルの硬化速度が著しく低下し、硬化時間の差によってひび割れが発生します。機械構造の吹付モルタルの場合、混合時間が短いため、細かさに対する要求は高くなります。MCの細かさは保水性にも一定の影響を与えます。一般的に、同じ粘度で細かさの異なるメチルセルロースエーテルの場合、同じ添加量であれば、細かさが細かいほど保水性が向上します。
MCの保水性は使用温度にも関連しており、メチルセルロースエーテルの保水性は温度上昇とともに低下します。しかし、実際の材料用途では、乾燥粉末モルタルは多くの環境、例えば夏季の直射日光下における外壁パテ塗りなど、高温（40度以上）の被塗物に塗布されることが多く、セメントの硬化と乾燥粉末モルタルの硬化が促進されることがよくあります。保水性の低下は、作業性とひび割れ耐性の両方に影響を与えることが明らかであり、このような条件下では温度要因の影響を低減することが特に重要です。
それでもメチルヒドロキシエチルセルロースエーテル添加剤は現在、技術開発の最先端にあると考えられていますが、温度依存性は依然として乾燥粉末モルタルの性能低下につながります。メチルヒドロキシエチルセルロース（MC）の配合量を増やしても（夏季配合）、作業性と耐ひび割れ性は依然として使用ニーズを満たしていません。MCにエーテル化度を高めるなどの特別な処理を施すことで、より高温下でも保水効果を維持し、過酷な条件下でも優れた性能を発揮することができます。
投稿日時: 2024年4月28日