1. 水分保持の必要性
モルタルを必要とするあらゆる種類の下地は、ある程度の吸水性を持っています。下地層がモルタル中の水分を吸収すると、モルタルの施工性が低下し、ひどい場合には、モルタル中のセメント系材料が十分に水和されず、強度が低下します。特に、硬化モルタルと下地層との界面強度が低下し、モルタルのひび割れや剥離を引き起こします。左官モルタルが適切な保水性を持っていれば、モルタルの施工性を効果的に向上させるだけでなく、モルタル中の水分が下地層に吸収されにくくなり、セメントの十分な水和を確保することができます。
2. 従来の保水方法の問題点
従来の解決策は下地に水を撒くことですが、下地が均一に湿潤していることを保証することは不可能です。下地上のセメントモルタルの理想的な水和目標は、セメント水和生成物が下地とともに水を吸収し、下地に浸透して、下地と効果的な「キー接続」を形成し、必要な接着強度を達成することです。下地の表面に直接水を撒くと、温度、散水時間、散水均一性の違いにより、下地の吸水率に深刻なばらつきが生じます。下地の吸水率が低いと、セメント水和が進む前にモルタル中の水を吸収し続け、セメント水和と水和生成物のマトリックスへの浸透に影響を与えます。一方、下地の吸水率が高いと、モルタル中の水が下地に流れ込み、媒体の移動速度が遅くなり、モルタルとマトリックスの間に水が豊富な層が形成され、これも接着強度に影響を与えます。したがって、一般的な基礎散水方法を用いると、壁基礎の高い吸水率の問題を効果的に解決できないだけでなく、モルタルと基礎との接着強度に影響を与え、空洞やひび割れの原因となる。
3. 各種モルタルの保水性に関する要件
特定の地域および温度と湿度条件が類似する地域で使用される左官モルタル製品の保水率目標値を以下に提案する。
①高吸水性下地モルタル
軽量間仕切り板やブロックなど、気泡コンクリートに代表される高吸水性基材は、吸水率が高く、耐久性に優れているという特徴を持つ。このような下地層に使用するモルタルは、保水率が88%以上でなければならない。
②低吸水性下地モルタル
現場打ちコンクリートや外壁断熱材用のポリスチレンボードなど、吸水率の低い下地材は、比較的吸水率が低い。このような下地材に使用するモルタルは、保水率が88%以上でなければならない。
③薄層モルタル
薄塗り左官とは、左官層の厚さが3～8mmの左官工法を指します。この工法は左官層が薄いため水分が失われやすく、施工性や強度に影響が出ます。この工法に用いるモルタルは、保水率が99%以上である必要があります。
④厚塗りモルタル
厚塗り左官とは、一層の左官層の厚さが8mmから20mmの左官工法を指します。この工法では、左官層が厚いため水分が失われにくく、左官モルタルの保水率は88%以上でなければなりません。
⑤耐水性パテ
耐水性パテは極薄の左官材として使用され、一般的な施工厚さは1～2mmです。このような材料は、作業性と接着強度を確保するために、極めて高い保水性が求められます。パテ材の場合、保水性は99%以上である必要があり、外壁用パテの保水性は内壁用パテよりも高くなければなりません。
4. 保水材の種類
セルロースエーテル
1) メチルセルロースエーテル（MC）
2) ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC）
3) ヒドロキシエチルセルロースエーテル（HEC）
4) カルボキシメチルセルロースエーテル（CMC）
5) ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル（HEMC）
デンプンエーテル
1) 変性デンプンエーテル
2) グアーエーテル
改質ミネラル系保水性増粘剤（モンモリロナイト、ベントナイトなど）
5つ目に、以下では様々な材料の性能に焦点を当てる。
1. セルロースエーテル
1.1 セルロースエーテルの概要
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生成物の総称です。アルカリ繊維を異なるエーテル化剤に置き換えることで、様々な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基づいて、セルロースエーテルは、カルボキシメチルセルロース（CMC）などのイオン性セルロースエーテルと、メチルセルロース（MC）などの非イオン性セルロースエーテルの2種類に分類できます。
置換基の種類によって、セルロースエーテルはメチルセルロースエーテル（MC）などのモノエーテルと、ヒドロキシエチルカルボキシメチルセルロースエーテル（HECMC）などの混合エーテルに分類される。また、溶解する溶媒の種類によって、水溶性と有機溶媒可溶性の2種類に分類される。
1.2 主なセルロースの種類
カルボキシメチルセルロース（CMC）、実用置換度：0.4～1.4；エーテル化剤、モノオキシ酢酸；溶解溶媒、水；
カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース（CMHEC）、実用置換度：0.7～1.0；エーテル化剤、モノオキシ酢酸、エチレンオキシド；溶解溶媒、水；
メチルセルロース（MC）、実用置換度：1.5～2.4；エーテル化剤、塩化メチル；溶解溶媒、水；
ヒドロキシエチルセルロース（HEC）、実用置換度：1.3～3.0；エーテル化剤、酸化エチレン；溶解溶媒、水；
ヒドロキシエチルメチルセルロース（HEMC）、実用置換度：1.5～2.0；エーテル化剤、酸化エチレン、塩化メチル；溶解溶媒、水；
ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）、実用置換度：2.5～3.5；エーテル化剤、プロピレンオキシド；溶解溶媒、水；
ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）、実用置換度：1.5～2.0；エーテル化剤、プロピレンオキシド、塩化メチル；溶解溶媒、水；
エチルセルロース（EC）、実用置換度：2.3～2.6；エーテル化剤、モノクロロエタン；溶解溶媒、有機溶媒；
エチルヒドロキシエチルセルロース（EHEC）、実用置換度：2.4～2.8；エーテル化剤、モノクロロエタン、エチレンオキシド；溶解溶媒、有機溶媒；
1.3 セルロースの性質
1.3.1 メチルセルロースエーテル（MC）
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性質があります。その水溶液はpH3～12の範囲で非常に安定しています。デンプン、グアーガムなど、多くの界面活性剤との相溶性に優れています。温度がゲル化温度に達するとゲル化が起こります。
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、粘度が低いほど保水性は直接的に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。セルロースエーテル類の中で、メチルセルロースは最も高い保水性を示します。
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非常に悪くなり、モルタルの施工に深刻な影響を及ぼします。
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ます。ここでいう「接着性」とは、作業者の塗布用具と壁面基材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します。接着性が高いほどモルタルのせん断抵抗は大きくなり、作業者は使用時に大きな力を必要とするため、モルタルの施工性能は低下します。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す。
1.3.2 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、近年、生産量と消費量が急速に増加している繊維製品である。
これは、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用い、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1.5～2.0です。メトキシ基含有量とヒドロキシプロピル基含有量の比率が異なるため、その特性も異なります。メトキシ基含有量が高くヒドロキシプロピル基含有量が低い場合は、メチルセルロースに近い特性を示し、メトキシ基含有量が低くヒドロキシプロピル基含有量が高い場合は、ヒドロキシプロピルセルロースに近い特性を示します。
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しますが、温水には溶解しにくい性質があります。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著しく高く、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ます。
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も高くなります。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ると温度の影響は小さいです。室温で保存した場合、その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、同じ添加量の場合、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、粘度をわずかに上昇させる可能性があります。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上昇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、水溶性ポリマーと混合することで、粘度の高い均一で透明な溶液を形成できます。例えば、ポリビニルアルコール、デンプンエーテル、植物性ガムなどです。
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高く、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。
1.3.3 ヒドロキシエチルセルロースエーテル（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も長期間使用できるが、保水性はメチルセルロースより低い。
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す。アルカリは溶解を促進し、粘度をわずかに上昇させます。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ります。
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持つが、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。
1.3.4 カルボキシメチルセルロースエーテル（CMC）は、天然繊維（綿、麻など）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イオン性セルロースエーテルを製造するものです。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ます。
①カルボキシメチルセルロースは吸湿性が非常に高く、通常の条件下で保管すると多量の水分を含んだ状態になります。
②ヒドロキシメチルセルロース水溶液はゲルを形成せず、温度の上昇に伴って粘度が低下します。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に大きく影響されます。一般的に、石膏系モルタルには使用できますが、セメント系モルタルには使用できません。強アルカリ性になると粘度が低下します。
④ カルボキシメチルセルロースは、メチルセルロースに比べて保水性がはるかに低い。石膏系モルタルに対しては硬化遅延効果があり、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大幅に低い。
2. 変性デンプンエーテル
モルタルに一般的に使用されるデンプンエーテルは、いくつかの多糖類の天然ポリマーを改質したものです。ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバ、グアー豆などが改質されて、様々な改質デンプンエーテルが作られます。モルタルに一般的に使用されるデンプンエーテルには、ヒドロキシプロピルデンプンエーテル、ヒドロキシメチルデンプンエーテルなどがあります。
一般的に、ジャガイモ、トウモロコシ、キャッサバ由来の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は使用できない製品もある。モルタルへのデンプンエーテルの用途は主に、モルタルの垂れ防止性を向上させ、湿潤モルタルの接着性を低減し、開放時間を延長するための増粘剤として用いられる。
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、両製品の特性と利点が相補的に発揮されます。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。
3. 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、特殊な性質を持つエーテル化多糖類の一種です。主にグアーガムとアクリル官能基と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。pHは基本的にグアーガムエーテルの性能に影響を与えない。
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、同様の保水性を示す。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する。
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ます。
④石膏系モルタルにグアーガムを添加することで、施工時の接着性を大幅に低減し、施工をよりスムーズにすることができます。また、石膏モルタルの凝結時間や強度に悪影響を与えることはありません。
⑤ グアーガムをセメント系レンガ積みモルタルや左官モルタルに添加すると、セルロースエーテルと同量で置き換えることができ、モルタルの垂れ抵抗性、チクソトロピー性、施工の滑らかさを向上させることができます。
⑥高粘度で保水剤含有量の多いモルタルでは、グアーガムとセルロースエーテルが相乗効果を発揮し、優れた結果をもたらします。
⑦ グアーガムは、タイル接着剤、地盤の自己平滑化剤、耐水性パテ、壁断熱用のポリマーモルタルなどの製品にも使用できます。
4. 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 一般的な工業用および民生用建築物向けに、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材料費が低い。
④ 保水性は有機系保水剤よりも低く、調製したモルタルの乾燥収縮値は比較的大きく、凝集性が低下します。
投稿日時：2023年3月3日