기성 모르타르에 첨가하는 양셀룰로오스 에테르셀룰로오스 에테르의 함량은 매우 낮지만, 습식 모르타르의 성능을 크게 향상시킬 수 있으며, 모르타르의 시공 성능에 영향을 미치는 주요 첨가제입니다. 다양한 종류, 점도, 입자 크기, 점도 정도 및 첨가량을 가진 셀룰로오스 에테르를 적절히 선택하면 건식 분말 모르타르의 성능 향상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
현재 많은 벽돌 및 미장용 모르타르는 수분 보유력이 좋지 않아 몇 분만 방치해도 물 슬러리가 분리되는 문제가 있습니다. 수분 보유력은 메틸셀룰로오스 에테르(MC)의 중요한 성능 요소이며, 특히 고온 지역인 남부 지역을 비롯한 국내 건식 모르타르 제조업체들이 중점적으로 고려하는 부분이기도 합니다. 건식 모르타르의 수분 보유력에 영향을 미치는 요인으로는 MC 첨가량, MC 점도, 입자 크기, 사용 환경 온도 등이 있습니다.
1. 개념
셀룰로오스 에테르는 천연 셀룰로오스를 화학적으로 변형시켜 만든 합성 고분자입니다. 셀룰로오스 에테르는 천연 셀룰로오스의 유도체이며, 합성 고분자 제조 방법과는 차이가 있습니다. 셀룰로오스 에테르의 가장 기본적인 원료는 천연 고분자 화합물인 셀룰로오스입니다. 천연 셀룰로오스는 구조적 특성상 에테르화제와 반응하지 않습니다. 그러나 팽윤제를 처리하면 분자 사슬 간의 강한 수소 결합이 끊어지고, 활성 하이드록실기가 방출되어 반응성 알칼리 셀룰로오스가 됩니다. 이렇게 셀룰로오스 에테르가 얻어집니다.
셀룰로오스 에테르의 성질은 치환기의 종류, 개수 및 분포에 따라 달라집니다. 셀룰로오스 에테르의 분류는 치환기의 종류, 에테르화 정도, 용해도 및 관련 응용 특성을 기준으로 합니다. 분자 사슬에 있는 치환기의 종류에 따라 모노에테르와 혼합에테르로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 모노에테르는 MC, 혼합에테르는 PMC라고 합니다. 메틸 셀룰로오스 에테르(MC)는 천연 셀룰로오스의 포도당 단위에 있는 하이드록실기를 메톡시기로 치환한 생성물입니다. 즉, 단위의 하이드록실기 중 일부는 메톡시기로, 나머지는 하이드록시프로필기로 치환하여 얻은 생성물입니다. 구조식은 [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x입니다. 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르(HEMC)는 시장에서 널리 사용되고 판매되는 주요 종류입니다.
용해도 측면에서 이온성 셀룰로오스 에테르와 비이온성 셀룰로오스 에테르로 나눌 수 있다. 수용성 비이온성 셀룰로오스 에테르는 주로 알킬 에테르와 하이드록시알킬 에테르의 두 가지 계열로 구성된다. 이온성 CMC는 주로 합성 세제, 섬유 인쇄 및 염색, 식품 및 석유 탐사에 사용된다. 비이온성 MC, PMC, HEMC 등은 주로 건축 자재, 라텍스 코팅, 의약품, 생활용품 등에 증점제, 보수제, 안정제, 분산제 및 필름 형성제로 사용된다.
2. 셀룰로오스 에테르의 수분 보유력
셀룰로오스 에테르의 수분 보유력: 건축 자재, 특히 건조 분말 모르타르 생산에서 셀룰로오스 에테르는 대체 불가능한 역할을 하며, 특히 특수 모르타르(변성 모르타르) 생산에서는 필수적이고 중요한 구성 요소입니다.
수용성 셀룰로오스 에테르가 모르타르에서 중요한 역할을 하는 것은 크게 세 가지 측면이 있습니다. 첫째는 탁월한 수분 보유 능력, 둘째는 모르타르의 점도 및 요변성에 미치는 영향, 셋째는 시멘트와의 상호작용입니다. 셀룰로오스 에테르의 수분 보유 효과는 바탕층의 수분 흡수율, 모르타르의 조성, 모르타르 층의 두께, 모르타르의 수분 요구량, 경화 재료의 경화 시간에 따라 달라집니다. 셀룰로오스 에테르 자체의 수분 보유 능력은 셀룰로오스 에테르의 용해도와 탈수 특성에서 비롯됩니다. 잘 알려진 바와 같이, 셀룰로오스 분자 사슬에는 수화성이 높은 OH기가 다수 포함되어 있지만, 셀룰로오스 구조의 결정성이 매우 높기 때문에 물에 용해되지 않습니다.
하이드록실기의 수화 능력만으로는 분자 간 강한 수소 결합과 반데르발스 힘을 상쇄하기에 충분하지 않습니다. 따라서 셀룰로오스 에테르는 물에 녹지 않고 팽창만 합니다. 분자 사슬에 치환기가 도입되면 치환기 자체가 수소 결합을 파괴할 뿐만 아니라, 인접한 사슬 사이에 치환기가 끼어들면서 사슬 간 수소 결합도 파괴됩니다. 치환기의 크기가 클수록 분자 간 거리가 멀어지고, 이 거리가 멀어질수록 수소 결합 파괴 효과가 커집니다. 셀룰로오스 격자가 팽창하고 용액이 침투하여 고점도 용액을 형성하면 셀룰로오스 에테르는 수용성이 됩니다. 온도가 상승하면 고분자의 수화력이 약해지고 사슬 사이의 물이 빠져나갑니다. 탈수 효과가 충분해지면 분자들이 응집되어 3차원 망상 구조의 겔을 형성하고 접혀 나옵니다. 모르타르의 수분 보유력에 영향을 미치는 요인으로는 셀룰로오스 에테르의 점도, 첨가량, 입자의 미세도 및 사용 온도 등이 있습니다.
셀룰로오스 에테르의 점도가 높을수록 수분 보유 성능이 우수합니다. 점도는 MC 성능의 중요한 매개변수입니다. 현재 MC 제조업체들은 MC의 점도를 측정하기 위해 다양한 방법과 기기를 사용하고 있습니다. 주요 측정 방법으로는 하케 로토비스코(Haake Rotovisko), 호플러(Hoppler), 우벨로데(Ubbelohde), 브룩필드(Brookfield)법 등이 있습니다. 동일한 제품이라도 측정 방법에 따라 점도 결과가 크게 다를 수 있으며, 심지어 두 배 이상 차이가 나는 경우도 있습니다. 따라서 점도를 비교할 때는 온도, 로터 종류 등 모든 측정 방법을 동일하게 적용해야 합니다.
일반적으로 점도가 높을수록 수분 보유 효과가 좋습니다. 그러나 점도가 높고 MC의 분자량이 클수록 용해도가 감소하여 모르타르의 강도와 시공 성능에 부정적인 영향을 미칩니다. 점도가 높을수록 모르타르의 점도 증가 효과가 뚜렷해지지만, 직접적인 비례 관계는 아닙니다. 점도가 높을수록 습윤 모르타르의 점성이 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, 중저점도의 변성 메틸셀룰로오스 에테르는 습윤 모르타르의 구조적 강도 향상에 탁월한 효과를 나타냅니다.
모르타르에 첨가하는 셀룰로오스 에테르의 양이 많을수록 수분 보유 성능이 우수하며, 점도가 높을수록 수분 보유 성능이 우수해집니다.
입자 크기와 관련하여 입자가 미세할수록 수분 보유력이 우수합니다. 셀룰로오스 에테르의 큰 입자는 물과 접촉하면 표면이 즉시 용해되어 겔을 형성하고, 이 겔이 물질을 감싸 수분 분자의 침투를 막습니다. 때로는 장시간 교반해도 균일하게 분산 및 용해되지 않아 탁한 응집 용액이나 덩어리가 형성될 수 있습니다. 이는 셀룰로오스 에테르의 수분 보유력에 큰 영향을 미치며, 용해도는 셀룰로오스 에테르를 선택하는 중요한 요소 중 하나입니다.
미세도는 메틸셀룰로오스 에테르의 중요한 성능 지표 중 하나입니다. 건식 분말 모르타르에 사용되는 MC는 수분 함량이 낮은 분말 형태여야 하며, 입자 크기가 63μm 미만인 입자가 20%~60%를 차지해야 하는 미세도가 요구됩니다. 미세도는 메틸셀룰로오스 에테르의 용해도에 영향을 미칩니다. 거친 MC는 일반적으로 과립형이며, 응집 없이 물에 쉽게 용해되지만 용해 속도가 매우 느리기 때문에 건식 분말 모르타르에 사용하기에는 적합하지 않습니다. 건식 분말 모르타르에서 MC는 골재, 미세 충전재, 시멘트와 같은 접착 재료 사이에 분산되어야 하며, 충분히 미세한 분말이어야만 물과 혼합 시 메틸셀룰로오스 에테르의 응집을 방지할 수 있습니다. MC를 물에 첨가하여 응집체를 용해시키려고 할 때, 분산 및 용해가 매우 어렵습니다.
메틸셀룰로오스 에테르(MC)의 입자가 거칠면 낭비가 심할 뿐만 아니라 모르타르의 국부적인 강도도 저하됩니다. 이러한 건조 분말 모르타르를 넓은 면적에 시공할 경우, 국부적인 경화 속도가 현저히 느려지고 경화 시간 차이로 인해 균열이 발생할 수 있습니다. 기계적 시공이 필요한 분사 모르타르의 경우, 혼합 시간이 짧기 때문에 입자 크기에 대한 요구 조건이 더욱 높아집니다. MC의 입자 크기는 수분 보유력에도 영향을 미칩니다. 일반적으로 점도가 같더라도 입자 크기가 다른 메틸셀룰로오스 에테르의 경우, 동일한 첨가량에서 입자가 고울수록 수분 보유 효과가 좋습니다.
MC(메틸셀룰로오스 에테르)의 수분 보유력은 사용 온도와도 관련이 있으며, 온도가 상승함에 따라 수분 보유력이 감소합니다. 그러나 실제 적용 환경에서는 건조 분말 모르타르가 고온(40도 이상)의 뜨거운 기판에 시공되는 경우가 많습니다. 예를 들어 여름철 햇볕 아래 외벽 미장 시공과 같이 고온 환경에서는 시멘트 경화 및 건조 분말 모르타르의 경화가 가속화됩니다. 수분 보유력 감소는 작업성 및 균열 저항성에 뚜렷한 영향을 미치므로, 이러한 조건에서는 온도 요인의 영향을 최소화하는 것이 특히 중요합니다.
하지만메틸하이드록시에틸셀룰로오스 에테르첨가제는 현재 기술 개발의 최전선에 있는 것으로 여겨지지만, 온도에 대한 의존성으로 인해 건조 분말 모르타르의 성능이 저하되는 문제가 여전히 존재합니다. 메틸하이드록시에틸셀룰로오스(MHEEC)의 함량을 증가시킨 하절리 배합에서도 작업성과 균열 저항성은 사용 요구를 충족시키지 못합니다. 에테르화 정도를 높이는 등의 특수 처리를 통해 고온에서도 수분 보유 효과를 유지할 수 있으므로 가혹한 조건에서도 우수한 성능을 제공할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 4월 28일