1. 수분 보유의 필요성
모르타르를 사용하는 모든 종류의 시공 바탕재는 일정 수준의 흡수성을 가지고 있습니다. 바탕층이 모르타르의 수분을 흡수하면 모르타르의 시공성이 저하되고, 심한 경우에는 모르타르 내 시멘트질 재료가 충분히 수화되지 않아 강도가 약해집니다. 특히 경화된 모르타르와 바탕층 사이의 계면 강도가 저하되어 모르타르가 갈라지고 떨어져 나갈 수 있습니다. 미장 모르타르가 적절한 보수성을 가지고 있다면, 모르타르의 시공성을 효과적으로 향상시킬 뿐만 아니라 모르타르 내 수분이 바탕층에 흡수되는 것을 방지하고 시멘트의 충분한 수화를 보장할 수 있습니다.
2. 기존 수분 보유 방식의 문제점
전통적인 해결책은 바탕면에 물을 뿌리는 것이지만, 바탕면을 고르게 적시는 것은 불가능합니다. 바탕면 위의 시멘트 모르타르 수화 반응에서 이상적인 목표는 시멘트 수화 생성물이 바탕면과 함께 물을 흡수하고, 바탕면으로 침투하여 바탕면과 효과적인 "키 결합"을 형성함으로써 필요한 접착 강도를 얻는 것입니다. 바탕면 표면에 직접 물을 뿌리면 온도, 살수 시간, 살수 균일도 등의 차이로 인해 바탕면의 수분 흡수율이 심각하게 분산됩니다. 바탕면의 수분 흡수율이 낮으면 모르타르 내의 수분을 계속 흡수하게 되고, 시멘트 수화가 진행되기 전에 수분이 흡수되어 시멘트 수화 반응과 수화 생성물의 기질 침투에 지장을 줍니다. 반대로 바탕면의 수분 흡수율이 높으면 모르타르 내의 수분이 바탕면으로 흘러내리게 되는데, 이 경우 수분 이동 속도가 느려 모르타르와 기질 사이에 수분이 풍부한 층이 형성되어 접착 강도에 영향을 미칩니다. 따라서 일반적인 기초 관수 방법을 사용하면 벽체 기초의 높은 흡수율 문제를 효과적으로 해결하지 못할 뿐만 아니라 모르타르와 기초 사이의 접착 강도에 영향을 미쳐 공동화 및 균열이 발생할 수 있습니다.
3. 다양한 모르타르의 수분 보유 요구 사항
특정 지역 및 유사한 온도와 습도 조건의 지역에서 사용되는 미장 모르타르 제품의 수분 보유율 목표치는 아래와 같습니다.
① 높은 흡수율을 가진 바탕 미장 모르타르
공기연행 콘크리트와 같은 다양한 경량 칸막이판, 블록 등의 고흡수성 바탕재는 높은 흡수율과 긴 내구성을 특징으로 합니다. 이러한 바탕층에 사용되는 미장 모르타르는 88% 이상의 수분 보유율을 가져야 합니다.
② 저수분 흡수성 바탕 미장 모르타르
현장 타설 콘크리트, 외벽 단열재용 폴리스티렌 보드 등과 같이 수분 흡수율이 낮은 바탕재는 상대적으로 수분 흡수율이 낮습니다. 이러한 바탕재에 사용되는 미장 모르타르는 88% 이상의 수분 보유율을 가져야 합니다.
③얇은 층 미장 모르타르
박층 미장은 미장층 두께가 3mm에서 8mm 사이인 미장 시공 방식을 말합니다. 이러한 미장 시공은 미장층이 얇아 수분 손실이 용이하여 작업성과 강도에 영향을 미칩니다. 따라서 박층 미장에 사용되는 모르타르는 수분 보유율이 99% 이상이어야 합니다.
④두꺼운 층 미장 모르타르
후층 미장이란 미장층 두께가 8mm에서 20mm 사이인 미장 시공 방식을 말합니다. 이러한 미장 시공은 미장층이 두껍기 때문에 수분 손실이 적으므로 미장 모르타르의 보수율은 88% 이상이어야 합니다.
⑤방수 퍼티
방수 퍼티는 초박형 미장재로, 일반적인 시공 두께는 1~2mm입니다. 이러한 재료는 작업성과 접착 강도를 확보하기 위해 매우 높은 보수성을 요구합니다. 퍼티의 경우 보수율은 99% 이상이어야 하며, 외벽용 퍼티의 보수율은 내벽용 퍼티보다 높아야 합니다.
4. 수분 보유 재료의 종류
셀룰로스 에테르
1) 메틸셀룰로오스 에테르(MC)
2) 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC)
3) 하이드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC)
4) 카르복시메틸 셀룰로오스 에테르(CMC)
5) 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르(HEMC)
전분 에테르
1) 변성 전분 에테르
2) 구아 에테르
변성 광물성 수분 보유 증점제(몬트모릴로나이트, 벤토나이트 등)
다섯째, 다음은 다양한 재료의 성능에 초점을 맞춘다.
1. 셀룰로스 에테르
1.1 셀룰로오스 에테르 개요
셀룰로오스 에테르는 알칼리 셀룰로오스와 에테르화제가 특정 조건에서 반응하여 생성되는 일련의 생성물을 총칭하는 용어입니다. 알칼리 섬유 대신 다른 에테르화제를 사용하면 다양한 종류의 셀룰로오스 에테르가 얻어집니다. 셀룰로오스 에테르는 치환기의 이온화 특성에 따라 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 같은 이온성 셀룰로오스 에테르와 메틸 셀룰로오스(MC)와 같은 비이온성 셀룰로오스 에테르로 나눌 수 있습니다.
치환기의 종류에 따라 셀룰로오스 에테르는 메틸 셀룰로오스 에테르(MC)와 같은 모노에테르와 하이드록시에틸 카르복시메틸 셀룰로오스 에테르(HECMC)와 같은 혼합 에테르로 나눌 수 있다. 또한 용해되는 용매에 따라 수용성 셀룰로오스 에테르와 유기 용매 용해성 셀룰로오스 에테르로 구분할 수 있다.
1.2 주요 셀룰로오스 종류
카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 실제 치환도: 0.4-1.4; 에테르화제, 모노옥시아세트산; 용해 용매, 물;
카르복시메틸하이드록시에틸셀룰로오스(CMHEC), 실제 치환도: 0.7-1.0; 에테르화제, 모노옥시아세트산, 에틸렌옥사이드; 용해 용매, 물;
메틸셀룰로오스(MC), 실제 치환도: 1.5-2.4; 에테르화제, 염화메틸; 용해 용매, 물;
하이드록시에틸셀룰로오스(HEC), 실제 치환도: 1.3-3.0; 에테르화제, 에틸렌옥사이드; 용해 용매, 물;
하이드록시에틸 메틸셀룰로오스(HEMC), 실제 치환도: 1.5-2.0; 에테르화제, 에틸렌 옥사이드, 염화메틸; 용해 용매, 물;
하이드록시프로필셀룰로오스(HPC), 실제 치환도: 2.5-3.5; 에테르화제, 프로필렌옥사이드; 용해 용매, 물;
하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 실제 치환도: 1.5-2.0; 에테르화제, 프로필렌옥사이드, 염화메틸; 용해용매, 물;
에틸셀룰로오스(EC), 실제 치환도: 2.3-2.6; 에테르화제, 모노클로로에탄; 용해 용매, 유기 용매;
에틸하이드록시에틸셀룰로오스(EHEC), 실제 치환도: 2.4-2.8; 에테르화제, 모노클로로에탄, 에틸렌옥사이드; 용해 용매, 유기 용매;
1.3 셀룰로오스의 특성
1.3.1 메틸셀룰로오스 에테르(MC)
① 메틸셀룰로오스는 찬물에 잘 녹지만 뜨거운 물에는 잘 녹지 않습니다. 수용액은 pH 3~12 범위에서 매우 안정적입니다. 전분, 구아검 등과 같은 물질 및 여러 계면활성제와 상용성이 좋습니다. 온도가 겔화 온도에 도달하면 겔화가 일어납니다.
② 메틸셀룰로오스의 수분 보유력은 첨가량, 점도, 입자 미세도 및 용해 속도에 따라 달라진다. 일반적으로 첨가량이 많고, 입자 미세도가 작으며, 점도가 높을수록 수분 보유력이 높다. 이 중 첨가량이 수분 보유력에 가장 큰 영향을 미치며, 점도가 가장 낮다고 해서 수분 보유력이 반드시 높아지는 것은 아니다. 용해 속도는 주로 셀룰로오스 입자의 표면 개질 정도와 입자 미세도에 따라 달라진다. 셀룰로오스 에테르 중에서 메틸셀룰로오스는 수분 보유력이 가장 높다.
③온도 변화는 메틸셀룰로오스의 수분 보유율에 심각한 영향을 미칩니다. 일반적으로 온도가 높을수록 수분 보유력은 떨어집니다. 모르타르 온도가 40°C를 초과하면 메틸셀룰로오스의 수분 보유력이 매우 저하되어 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 저항성을 의미합니다. 접착력이 높을수록 모르타르의 전단 저항성이 커지고, 작업자는 시공 시 더 많은 힘을 필요로 하며, 모르타르의 시공 성능이 저하됩니다. 셀룰로오스 에테르 제품에서 메틸셀룰로오스의 접착력은 중간 수준입니다.
1.3.2 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC)
하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 최근 생산량과 소비량이 급격히 증가하고 있는 섬유 제품입니다.
셀룰로오스 혼합 에테르는 정제된 면을 알칼리 처리한 후 프로필렌 옥사이드와 염화메틸을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응을 통해 제조되는 비이온성 셀룰로오스 혼합 에테르입니다. 치환도는 일반적으로 1.5~2.0입니다. 메톡실 함량과 하이드록시프로필 함량의 비율에 따라 물성이 달라집니다. 메톡실 함량이 높고 하이드록시프로필 함량이 낮으면 메틸 셀룰로오스와 유사한 성능을 나타내고, 메톡실 함량이 낮고 하이드록시프로필 함량이 높으면 하이드록시프로필 셀룰로오스와 유사한 성능을 나타냅니다.
①하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 찬물에 쉽게 녹지만 뜨거운 물에는 잘 녹지 않습니다. 그러나 뜨거운 물에서의 겔화 온도는 메틸셀룰로오스보다 훨씬 높습니다. 또한 찬물에서의 용해도 역시 메틸셀룰로오스에 비해 크게 향상되었습니다.
② 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스의 점도는 분자량과 관련이 있으며, 분자량이 높을수록 점도가 높아집니다. 온도 또한 점도에 영향을 미치는데, 온도가 증가함에 따라 점도는 감소합니다. 그러나 메틸셀룰로오스에 비해 온도 변화에 대한 민감도는 낮습니다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 용액은 실온에서 보관 시 안정적입니다.
③하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 수분 보유력은 첨가량, 점도 등에 따라 달라지며, 동일한 첨가량에서 메틸셀룰로오스보다 수분 보유율이 높다.
④ 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스는 산과 알칼리에 안정하며, 수용액은 pH 2~12 범위에서 매우 안정하다. 가성소다와 석회수는 그 성능에 거의 영향을 미치지 않지만, 알칼리는 용해 속도를 높이고 점도를 약간 증가시킨다. 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스는 일반 염에 안정하지만, 염 용액의 농도가 높을수록 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 용액의 점도가 증가하는 경향이 있다.
⑤하이드록시프로필메틸셀룰로오스는 수용성 고분자와 혼합하여 점도가 높은 균일하고 투명한 용액을 형성할 수 있습니다. 예를 들어 폴리비닐알코올, 전분 에테르, 식물성 검 등이 있습니다.
⑥ 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스는 메틸셀룰로오스보다 효소 저항성이 우수하며, 그 용액은 메틸셀룰로오스보다 효소에 의해 분해될 가능성이 낮다.
⑦하이드록시프로필메틸셀룰로오스의 모르타르 구조물에 대한 접착력은 메틸셀룰로오스보다 높다.
1.3.3 하이드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC)
알칼리 처리된 정제면을 아세톤 존재 하에 에테르화제인 에틸렌옥사이드와 반응시켜 제조합니다. 치환도는 일반적으로 1.5~2.0입니다. 친수성이 강하고 수분을 쉽게 흡수합니다.
①하이드록시에틸셀룰로오스는 찬물에는 잘 녹지만 뜨거운 물에는 잘 녹지 않습니다. 고온에서도 겔화되지 않고 안정적인 용액 상태를 유지합니다. 고온 환경에서도 모르타르에 장기간 사용할 수 있지만, 수분 보유력은 메틸셀룰로오스보다 낮습니다.
②하이드록시에틸셀룰로오스는 일반적인 산과 알칼리에 안정적입니다. 알칼리는 용해 속도를 높이고 점도를 약간 증가시킬 수 있습니다. 물에 대한 분산성은 메틸셀룰로오스 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오스보다 약간 떨어집니다.
③하이드록시에틸셀룰로오스는 모르타르의 처짐 방지 성능이 우수하지만 시멘트의 경우 지연 시간이 더 길다.
④ 일부 국내 기업에서 생산하는 하이드록시에틸셀룰로오스는 수분 함량과 회분 함량이 높아 메틸셀룰로오스보다 성능이 현저히 떨어진다.
1.3.4 카르복시메틸 셀룰로오스 에테르(CMC)는 천연 섬유(면, 삼 등)를 알칼리 처리한 후, 모노클로로아세트산나트륨을 에테르화제로 사용하여 일련의 반응 처리를 거쳐 이온성 셀룰로오스 에테르를 제조한 것이다. 치환도는 일반적으로 0.4~1.4이며, 그 성능은 치환도에 크게 영향을 받는다.
①카르복시메틸셀룰로오스는 흡습성이 매우 강하여 일반적인 조건에서 보관할 경우 다량의 수분을 함유하게 됩니다.
②하이드록시메틸셀룰로오스 수용액은 겔을 형성하지 않으며, 온도가 증가함에 따라 점도가 감소합니다. 온도가 50℃를 초과하면 점도 변화는 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 저하시킵니다. 하지만 카르복시메틸셀룰로오스의 가격은 메틸셀룰로오스보다 훨씬 저렴합니다.
2. 변성 전분 에테르
모르타르에 일반적으로 사용되는 전분 에테르는 감자, 옥수수, 카사바, 구아르콩 등의 다당류 천연 중합체를 변형시켜 만든 것입니다. 이러한 다당류를 변형하여 다양한 변성 전분 에테르를 얻을 수 있습니다. 모르타르에 흔히 사용되는 전분 에테르로는 하이드록시프로필 전분 에테르, 하이드록시메틸 전분 에테르 등이 있습니다.
일반적으로 감자, 옥수수, 카사바에서 추출한 변성 전분 에테르는 셀룰로오스 에테르보다 수분 보유력이 현저히 낮습니다. 변성 정도에 따라 산과 알칼리에 대한 안정성도 다릅니다. 일부 제품은 석고계 모르타르에 사용하기 적합하지만, 다른 제품은 시멘트계 모르타르에 사용할 수 없습니다. 모르타르에서 전분 에테르의 주요 용도는 증점제로, 모르타르의 처짐 방지 특성을 개선하고, 습윤 모르타르의 점착성을 줄이며, 작업 가능 시간을 연장하는 것입니다.
전분 에테르는 셀룰로오스와 함께 사용되는 경우가 많으며, 이로 인해 두 제품의 상호 보완적인 특성과 장점을 얻을 수 있습니다. 전분 에테르 제품은 셀룰로오스 에테르보다 훨씬 저렴하기 때문에 모르타르에 전분 에테르를 사용하면 모르타르 배합 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
3. 구아검 에테르
구아검 에테르는 천연 구아콩을 변형시켜 만든 특수한 성질을 지닌 에테르화 다당류의 일종입니다. 주로 구아검과 아크릴 작용기 사이의 에테르화 반응을 통해 2-하이드록시프로필 작용기를 포함하는 구조, 즉 폴리갈락토만노스 구조가 형성됩니다.
① 셀룰로오스 에테르와 비교했을 때, 구아검 에테르는 물에 더 쉽게 용해됩니다. pH는 구아검 에테르의 성능에 거의 영향을 미치지 않습니다.
②낮은 점도와 낮은 투입량 조건에서 구아검은 셀룰로오스 에테르를 동일량으로 대체할 수 있으며, 유사한 수분 보유력을 나타냅니다. 그러나 점도, 처짐 방지, 요변성 등은 현저히 향상됩니다.
③고점도 및 대량 투여 조건에서는 구아검이 셀룰로오스 에테르를 대체할 수 없으며, 두 가지를 혼합하여 사용하면 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다.
④ 석고 기반 모르타르에 구아검을 첨가하면 시공 중 접착력을 크게 줄여 시공을 더욱 매끄럽게 할 수 있습니다. 또한 석고 모르타르의 경화 시간 및 강도에는 악영향을 미치지 않습니다.
⑤ 구아검을 시멘트계 벽돌 및 미장 모르타르에 적용하면 셀룰로오스 에테르를 동량으로 대체하여 모르타르의 처짐 방지, 요변성 및 시공 평활도를 향상시킬 수 있습니다.
⑥점도가 높고 보수제 함량이 높은 모르타르에서 구아검과 셀룰로오스 에테르는 함께 작용하여 탁월한 결과를 나타냅니다.
⑦ 구아검은 타일 접착제, 바닥 수평 조절제, 방수 퍼티, 벽 단열용 폴리머 모르타르와 같은 제품에도 사용될 수 있습니다.
4. 변성 미네랄 수분 보유 증점제
천연 광물을 개질 및 배합하여 만든 보수성 증점제가 중국에서 사용되고 있다. 보수성 증점제 제조에 주로 사용되는 광물은 세피올라이트, 벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 카올린 등이다. 이러한 광물들은 결합제 등의 개질을 통해 특정한 보수성 및 증점성을 갖게 된다. 모르타르에 적용되는 이러한 종류의 보수성 증점제는 다음과 같은 특징을 가진다.
① 일반 모르타르의 성능을 크게 향상시키고, 시멘트 모르타르의 작업성 저하, 혼합 모르타르의 낮은 강도, 그리고 내수성 부족 문제를 해결할 수 있습니다.
② 일반 산업 및 민간 건물에 적합한 다양한 강도의 모르타르 제품을 제조할 수 있습니다.
③재료비가 저렴하다.
④ 유기 수분 보유제에 비해 수분 보유력이 낮고, 제조된 모르타르의 건조 수축률이 상대적으로 크며, 응집력이 감소한다.
게시 시간: 2023년 3월 3일