1. 셀룰로오스 에테르의 주요 기능
기성 모르타르에서 셀룰로오스 에테르는 매우 적은 양으로 첨가되지만 습식 모르타르의 성능을 크게 향상시키고 모르타르의 시공 성능에 영향을 미칠 수 있는 주요 첨가제입니다.
2. 셀룰로오스 에테르의 종류
셀룰로오스 에테르는 주로 천연 섬유를 알칼리 용해, 접합 반응(에테르화), 세척, 건조, 분쇄 등의 공정을 거쳐 생산됩니다.
주요 원료에 따라 천연 섬유는 면 섬유, 삼나무 섬유, 너도밤나무 섬유 등으로 나눌 수 있습니다. 이들 섬유의 중합도는 다양하며, 이는 최종 제품의 점도에 영향을 미칩니다. 현재 주요 셀룰로오스 제조업체들은 면 섬유(니트로셀룰로오스 생산의 부산물)를 주원료로 사용하고 있습니다.
셀룰로오스 에테르는 이온성 셀룰로오스 에테르와 비이온성 셀룰로오스 에테르로 나눌 수 있다. 이온성 셀룰로오스 에테르는 주로 카르복시메틸 셀룰로오스 염을 포함하고, 비이온성 셀룰로오스 에테르는 주로 메틸 셀룰로오스, 메틸하이드록시에틸(프로필) 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스 등을 포함한다.
현재 레미콘에 사용되는 셀룰로오스 에테르는 주로 메틸셀룰로오스 에테르(MC), 메틸하이드록시에틸셀룰로오스 에테르(MHEC), 메틸하이드록시프로필셀룰로오스 에테르(MHPG), 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 에테르(HPMC)입니다. 레미콘에서 이온성 셀룰로오스(카르복시메틸셀룰로오스 염)는 칼슘 이온 존재 하에서 불안정하기 때문에 시멘트, 소석회 등을 접착 재료로 사용하는 레미콘 제품에는 거의 사용되지 않습니다. 중국 일부 지역에서는 변성 전분을 주 접착 재료로, 쌍비 분말을 충전재로 사용하는 일부 실내 제품의 증점제로 카르복시메틸셀룰로오스 염을 사용하기도 합니다. 그러나 이러한 제품은 곰팡이가 잘 생기고 방수성이 떨어져 현재 단계적으로 사용이 중단되고 있습니다. 하이드록시에틸셀룰로오스도 일부 레미콘 제품에 사용되지만 시장 점유율은 매우 낮습니다.
3. 셀룰로오스 에테르의 주요 성능 지표
(1) 용해도
셀룰로오스는 물에 녹지도 녹지도 않는 폴리하이드록시 중합체 화합물입니다. 에테르화 처리 후, 셀룰로오스는 물, 묽은 알칼리 용액, 유기 용매에 용해되며 열가소성을 나타냅니다. 용해도는 주로 네 가지 요인에 따라 달라집니다. 첫째, 점도에 따라 용해도가 달라지는데, 점도가 낮을수록 용해도가 높아집니다. 둘째, 에테르화 과정에서 도입된 작용기의 특성에 따라 용해도가 달라지는데, 도입된 작용기의 크기가 클수록 용해도가 낮아지고, 극성이 강할수록 셀룰로오스 에테르가 물에 더 잘 용해됩니다. 셋째, 치환도와 고분자 내 에테르화 작용기의 분포에 따라 용해도가 달라집니다. 대부분의 셀룰로오스 에테르는 특정 치환도 이하에서만 물에 용해됩니다. 넷째, 셀룰로오스 에테르의 중합도에 따라 용해도가 달라지는데, 중합도가 높을수록 용해도가 낮아지고, 중합도가 낮을수록 물에 용해될 수 있는 치환도의 범위가 넓어집니다.
(2) 수분 보유
셀룰로오스 에테르의 중요한 성능 중 하나는 수분 보유력이며, 특히 고온 지역인 남부 지역을 비롯한 국내 건조 분말 제조업체들이 중점적으로 고려하는 성능이기도 합니다. 모르타르의 수분 보유력에 영향을 미치는 요인으로는 셀룰로오스 에테르 첨가량, 점도, 입자 크기, 사용 환경 온도 등이 있습니다. 셀룰로오스 에테르 첨가량이 많을수록, 점도가 높을수록, 입자가 미세할수록 수분 보유력이 향상됩니다.
(3) 점도
점도는 셀룰로오스 에테르 제품의 중요한 특성입니다. 현재 셀룰로오스 에테르 제조업체들은 점도 측정에 각기 다른 방법과 장비를 사용하고 있습니다. 동일한 제품이라도 측정 방법에 따라 점도 결과가 크게 달라지며, 심지어 두 배 이상 차이가 나는 경우도 있습니다. 따라서 점도를 비교할 때는 온도, 회전 속도 등 모든 측정 방법을 동일하게 적용해야 합니다.
일반적으로 점도가 높을수록 수분 보유 효과가 좋습니다. 그러나 점도가 높을수록 셀룰로오스 에테르의 분자량이 커지고, 그에 따라 용해도가 감소하여 모르타르의 강도와 시공 성능에 부정적인 영향을 미칩니다. 점도가 높을수록 모르타르의 점도 증가 효과가 뚜렷해지지만, 직접적인 비례 관계는 아닙니다. 점도가 높을수록 습윤 모르타르의 점도가 높아져 시공 시 스크레이퍼에 잘 달라붙고 바탕면에 대한 접착력이 강해집니다. 하지만 이는 습윤 모르타르 자체의 구조적 강도를 향상시키는 데에는 도움이 되지 않습니다. 또한 시공 중 처짐 방지 성능도 미미합니다. 이와는 대조적으로, 중저점도이면서 변성된 메틸셀룰로오스 에테르는 습윤 모르타르의 구조적 강도 향상에 탁월한 효과를 나타냅니다.
(4) 입자의 미세도:
레미콘용 셀룰로오스 에테르는 분말 형태여야 하며, 수분 함량이 낮아야 하고, 입자 크기가 63μm 미만인 입자가 20~60%를 차지해야 하는 미세도 조건을 충족해야 합니다. 미세도는 셀룰로오스 에테르의 용해도에 영향을 미칩니다. 조립 셀룰로오스 에테르는 일반적으로 과립 형태로 되어 있어 물에 쉽게 분산되고 용해되지만, 용해 속도가 매우 느려 레미콘용 셀룰로오스 에테르에는 적합하지 않습니다(일부 국내 제품은 응집성이 있어 물에 잘 분산되지 않고 덩어리지는 경향이 있습니다). 레미콘에서 셀룰로오스 에테르는 골재, 미세 충전재, 시멘트 및 기타 접착 재료 사이에 분산됩니다. 충분히 미세한 분말 형태여야만 물과 혼합 시 셀룰로오스 에테르의 응집을 방지할 수 있습니다. 셀룰로오스 에테르를 물에 첨가하여 응집된 부분을 녹이려고 하면, 분산 및 용해가 매우 어려워집니다.
(5) 셀룰로오스 에테르의 변형
셀룰로오스 에테르의 개질은 성능 향상에 있어 가장 중요한 부분입니다. 셀룰로오스 에테르의 물성을 개선하여 습윤성, 분산성, 접착성, 증점성, 유화성, 수분 보유력 및 필름 형성 특성뿐만 아니라 오일 불투과성까지 최적화할 수 있습니다.
4. 주변 온도 변화가 모르타르의 수분 보유력에 미치는 영향
셀룰로오스 에테르의 수분 보유력은 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 실제 재료 적용에서 모르타르는 많은 환경에서 40°C 이상의 고온 기판에 시공되는 경우가 많습니다. 수분 보유력 저하는 작업성과 균열 저항성에 상당한 영향을 미칩니다. 온도에 따른 수분 보유력 감소는 모르타르의 물성 저하로 이어지며, 이러한 조건에서 온도 요인의 영향을 최소화하는 것이 특히 중요합니다. 모르타르 배합은 이에 맞춰 조정되었으며, 계절별 배합에도 여러 가지 중요한 변화가 있었습니다. 투입량을 늘리는 하절기 배합과 같은 방법도 작업성과 균열 저항성이 사용 요구를 충족시키지 못하는 경우가 많았습니다. 따라서 비교적 고온에서도 수분 보유 효과를 유지할 수 있도록 셀룰로오스 에테르에 에테르화도를 높이는 등의 특별한 처리가 필요했습니다. 높은 수분 보유력을 유지할수록 가혹한 조건에서도 우수한 성능을 제공할 수 있습니다.
5. 기성 혼합 모르타르에 적용
기성 모르타르에서 셀룰로오스 에테르는 보수, 증점 및 시공 성능 향상 역할을 합니다. 우수한 보수 성능은 물 부족 및 불완전한 수화로 인한 모르타르의 모래 발생, 분진 발생 및 강도 저하를 방지합니다. 증점 효과는 습식 모르타르의 구조적 강도를 크게 향상시킵니다. 셀룰로오스 에테르를 첨가하면 습식 모르타르의 점도가 현저히 개선되어 다양한 바탕재에 적합한 점도를 유지함으로써 습식 모르타르의 벽체 성능을 향상시키고 폐기물을 줄일 수 있습니다. 또한, 셀룰로오스 에테르는 제품별로 역할이 다릅니다. 예를 들어, 타일 접착제에서는 작업 시간을 늘리고 조절 시간을 조절하는 역할을 하며, 기계식 스프레이 모르타르에서는 습식 모르타르의 구조적 강도를 향상시키고, 셀프 레벨링 모르타르에서는 침하, 재료 분리 및 층 분리를 방지합니다. 따라서 셀룰로오스 에테르는 중요한 첨가제로서 건식 분말 모르타르에 널리 사용됩니다.
게시 시간: 2023년 1월 11일