혼화제는 건식 모르타르의 성능 향상에 중요한 역할을 하지만, 혼화제 첨가로 인해 건식 모르타르 제품의 재료비가 기존 모르타르보다 훨씬 높아지며, 전체 재료비의 40% 이상을 차지합니다. 현재 상당 부분의 혼화제가 해외 제조업체에서 공급되고 있으며, 제품의 권장 배합비 또한 공급업체에서 제공하고 있습니다. 그 결과, 건식 모르타르 제품의 가격이 높게 유지되고 있으며, 대량 및 광범위한 면적에 사용되는 일반적인 벽돌 및 미장 모르타르의 보급이 어렵습니다. 고급 시장은 해외 기업이 장악하고 있어 건식 모르타르 제조업체는 수익률이 낮고 가격 인하 여력이 부족합니다. 또한, 의약품을 활용한 체계적이고 구체적인 연구가 부족하고, 해외 제조법을 맹목적으로 따라가는 경향이 있습니다.
위와 같은 이유로 본 논문에서는 일반적으로 사용되는 혼화제의 몇 가지 기본 특성을 분석 및 비교하고, 이를 바탕으로 혼화제를 사용한 건식 혼합 모르타르 제품의 성능을 연구한다.
1. 수분 보유제
보수제는 건식 모르타르의 보수 성능을 향상시키는 핵심 혼화제이며, 건식 모르타르 재료의 가격을 결정하는 주요 혼화제 중 하나이기도 합니다.
1.1 셀룰로오스 에테르
셀룰로오스 에테르는 알칼리 셀룰로오스와 에테르화제를 특정 조건에서 반응시켜 생성되는 일련의 제품들을 총칭하는 용어입니다. 알칼리 셀룰로오스 대신 다른 에테르화제를 사용하면 다양한 셀룰로오스 에테르를 얻을 수 있습니다. 치환기의 이온화 특성에 따라 셀룰로오스 에테르는 이온성(예: 카르복시메틸 셀룰로오스)과 비이온성(예: 메틸 셀룰로오스)으로 나눌 수 있습니다. 치환기의 종류에 따라 단일 에테르(예: 메틸 셀룰로오스)와 혼합 에테르(예: 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스)로 구분할 수 있습니다. 용해도에 따라 수용성(예: 하이드록시에틸 셀룰로오스)과 유기 용매 가용성(예: 에틸 셀룰로오스) 등으로 나눌 수 있습니다. 건식 혼합 모르타르는 주로 수용성 셀룰로오스를 사용하며, 수용성 셀룰로오스는 즉시 용해형과 표면 처리 지연 용해형으로 구분됩니다.
모르타르에서 셀룰로오스 에테르의 작용 메커니즘은 다음과 같습니다.
(1) 모르타르의 셀룰로오스 에테르가 물에 용해된 후, 표면 활성으로 인해 시스템 내 시멘트질 재료의 효과적이고 균일한 분포가 보장되고, 보호 콜로이드인 셀룰로오스 에테르가 고체 입자를 "감싸고" 그 외표면에 윤활막을 형성하여 모르타르 시스템을 더욱 안정적으로 만들고 혼합 과정 중 모르타르의 유동성과 시공의 평활성을 향상시킵니다.
(2) 셀룰로오스 에테르 용액은 자체 분자 구조로 인해 모르타르의 물이 쉽게 손실되지 않고 오랜 기간에 걸쳐 서서히 방출되어 모르타르에 우수한 수분 보유력과 작업성을 부여합니다.
1.1.1 메틸셀룰로오스(MC)의 분자식: [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x
정제된 면을 알칼리 처리한 후, 에테르화제인 염화메탄을 사용하여 일련의 반응을 통해 셀룰로오스 에테르를 생성합니다. 일반적으로 치환도는 1.6~2.0이며, 치환도에 따라 용해도 또한 다릅니다. 이는 비이온성 셀룰로오스 에테르에 속합니다.
(1) 메틸셀룰로오스는 찬물에 용해되며 뜨거운 물에는 용해되기 어렵습니다. 수용액은 pH=3~12 범위에서 매우 안정합니다. 전분, 구아검 등과 많은 계면활성제와 상용성이 좋습니다. 온도가 겔화 온도에 도달하면 겔화가 일어납니다.
(2) 메틸셀룰로오스의 수분 보유율은 첨가량, 점도, 입자 미세도 및 용해 속도에 따라 달라진다. 일반적으로 첨가량이 많고, 입자 미세도가 작으며, 점도가 높을수록 수분 보유율이 높다. 이 중 첨가량이 수분 보유율에 가장 큰 영향을 미치며, 점도 수준은 수분 보유율 수준과 직접적인 비례 관계가 없다. 용해 속도는 주로 셀룰로오스 입자의 표면 개질 정도와 입자 미세도에 따라 달라진다. 상기 셀룰로오스 에테르 중에서 메틸셀룰로오스와 하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 수분 보유율이 높다.
(3) 온도 변화는 메틸셀룰로오스의 수분 보유율에 심각한 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도가 높을수록 수분 보유력이 떨어집니다. 모르타르 온도가 40°C를 초과하면 메틸셀룰로오스의 수분 보유력이 크게 감소하여 모르타르 시공에 심각한 영향을 미칩니다.
(4) 메틸셀룰로오스는 모르타르의 시공성과 접착력에 상당한 영향을 미칩니다. 여기서 "접착력"이란 작업자의 시공 도구와 벽면 기판 사이에 느껴지는 접착력, 즉 모르타르의 전단 저항을 의미합니다. 접착력이 높으면 모르타르의 전단 저항이 크고, 사용 과정에서 작업자가 요구하는 강도 또한 크며, 모르타르의 시공 성능이 떨어집니다. 메틸셀룰로오스의 접착력은 셀룰로오스 에테르 제품 중에서 중간 수준입니다.
1.1.2 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HPMC)의 분자식은 [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x입니다.
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)는 최근 생산량과 소비량이 급격히 증가하고 있는 셀룰로오스의 한 종류입니다. 정제된 면을 알칼리 처리한 후 프로필렌 옥사이드와 염화메틸을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응을 통해 만들어지는 비이온성 셀룰로오스 혼합 에테르입니다. 치환도는 일반적으로 1.2~2.0입니다. 메톡실기와 하이드록시프로필기의 비율에 따라 물성이 달라집니다.
(1) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 찬물에 쉽게 용해되지만 뜨거운 물에는 용해되기 어렵습니다. 그러나 뜨거운 물에서의 겔화 온도는 메틸셀룰로오스보다 상당히 높습니다. 또한 찬물에서의 용해도도 메틸셀룰로오스에 비해 크게 향상되었습니다.
(2) 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 점도는 분자량과 관련이 있으며 분자량이 클수록 점도가 높아집니다. 온도 또한 점도에 영향을 미치며 온도가 증가함에 따라 점도는 감소합니다. 그러나 메틸셀룰로오스보다 높은 점도를 가지므로 온도의 영향이 적습니다. 이 용액은 상온에서 보관해도 안정합니다.
(3) 하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 수분 보유량은 첨가량, 점도 등에 따라 달라지며, 동일한 첨가량에서 수분 보유율은 메틸셀룰로오스보다 높다.
(4) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 산과 알칼리에 안정하며, 그 수용액은 pH=2~12 범위에서 매우 안정하다. 가성소다와 석회수는 그 성능에 거의 영향을 미치지 않지만, 알칼리는 용해 속도를 높이고 점도를 증가시킨다. 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 일반 염에 안정하지만, 염 용액의 농도가 높을수록 히드록시프로필메틸셀룰로오스 용액의 점도가 증가하는 경향이 있다.
(5) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 수용성 고분자 화합물과 혼합하여 균일하고 점도가 높은 용액을 형성할 수 있습니다. 예를 들어 폴리비닐알코올, 전분에테르, 식물성 검 등이 있습니다.
(6) 히드록시프로필메틸셀룰로오스는 메틸셀룰로오스보다 효소 저항성이 더 우수하고, 그 용액은 메틸셀룰로오스보다 효소에 의해 분해될 가능성이 적습니다.
(7) 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 모르타르 구조물에 대한 접착력은 메틸셀룰로오스보다 높다.
1.1.3 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)
알칼리 처리된 정제면을 아세톤 존재 하에 에테르화제인 에틸렌옥사이드와 반응시켜 제조합니다. 치환도는 일반적으로 1.5~2.0입니다. 친수성이 강하고 수분 흡수력이 뛰어납니다.
(1) 히드록시에틸셀룰로오스는 찬물에 용해되지만 뜨거운 물에는 용해되기 어렵습니다. 이 용액은 고온에서도 겔화되지 않고 안정합니다. 모르타르에서 고온에 장시간 사용할 수 있지만 수분 보유력은 메틸셀룰로오스보다 낮습니다.
(2) 히드록시에틸셀룰로오스는 일반적인 산과 알칼리에 안정하다. 알칼리는 용해를 촉진하고 점도를 약간 증가시킬 수 있다. 물에 대한 분산성은 메틸셀룰로오스와 히드록시프로필메틸셀룰로오스보다 약간 나쁘다.
(3) 히드록시에틸셀룰로오스는 모르타르에 대해 우수한 처짐 방지 성능을 가지고 있지만 시멘트에 대해서는 지연 시간이 더 길다.
(4) 일부 국내 기업에서 생산한 하이드록시에틸셀룰로오스의 성능은 수분 함량과 회분 함량이 높아 메틸셀룰로오스보다 현저히 낮다.
1.1.4 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n
이온성 셀룰로오스 에테르는 천연 섬유(면 등)를 알칼리 처리한 후, 모노클로로아세트산나트륨을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응 처리를 거쳐 제조됩니다. 치환도는 일반적으로 0.4~1.4이며, 그 성능은 치환도에 크게 영향을 받습니다.
(1) 카르복시메틸셀룰로오스는 흡습성이 더 강하여 일반적인 조건에서 보관하면 더 많은 수분을 함유하게 됩니다.
(2) 카르복시메틸셀룰로오스 수용액은 겔을 생성하지 않으며 온도가 증가함에 따라 점도가 감소합니다. 온도가 50°C를 초과하면 점도는 비가역적입니다.
(3) pH에 따라 안정성이 크게 영향을 받습니다. 일반적으로 석고계 모르타르에는 사용할 수 있지만 시멘트계 모르타르에는 사용할 수 없습니다. 알칼리성이 매우 높으면 점도가 떨어집니다.
(4) 수분 보유력이 메틸셀룰로오스보다 훨씬 낮습니다. 석고계 모르타르의 경화를 지연시키고 강도를 감소시킵니다. 그러나 카르복시메틸셀룰로오스의 가격은 메틸셀룰로오스보다 훨씬 낮습니다.
게시 시간: 2023년 3월 30일