ประสิทธิภาพการใช้งานของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์

ในปูนผสมสำเร็จรูป ตราบใดที่มีปริมาณเล็กน้อยเซลลูโลสอีเทอร์การเติมสารดังกล่าวสามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนเปียกได้อย่างมาก โดยจะเห็นได้ว่าเซลลูโลสอีเทอร์เป็นสารเติมแต่งหลักที่มีผลต่อประสิทธิภาพในการก่อสร้างของปูน

การเลือกใช้วัตถุดิบหลากหลายชนิด ความหนืด ขนาดอนุภาค ระดับความหนืด และการเติมเซลลูโลสอีเทอร์ ล้วนมีผลต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนผงแห้ง ปัจจุบัน ปูนก่ออิฐและปูนฉาบหลายชนิดมีประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำต่ำ และน้ำจะแยกตัวหลังจากทิ้งไว้ไม่กี่นาที ดังนั้นการเติมเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์จึงมีความสำคัญมาก

การกักเก็บน้ำ

การกักเก็บน้ำเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ และเป็นคุณสมบัติที่ผู้ผลิตปูนผสมแห้งในประเทศหลายราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคใต้ที่มีอุณหภูมิสูง ให้ความสำคัญ

ในการผลิตวัสดุก่อสร้าง โดยเฉพาะปูนผงแห้ง เซลลูโลสอีเทอร์มีบทบาทที่ขาดไม่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตปูนชนิดพิเศษ (ปูนดัดแปลง) ถือเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้และสำคัญอย่างยิ่ง

ความหนืด ปริมาณ อุณหภูมิแวดล้อม และโครงสร้างโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์มีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำ ภายใต้สภาวะเดียวกัน ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และยิ่งปริมาณการใช้สูงเท่าไร การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น โดยปกติแล้ว เซลลูโลสอีเทอร์เพียงเล็กน้อยก็สามารถเพิ่มการกักเก็บน้ำของปูนได้อย่างมาก เมื่อปริมาณการใช้ถึงระดับหนึ่ง อัตราการกักเก็บน้ำจะเพิ่มขึ้น แต่แนวโน้มของอัตราการกักเก็บน้ำจะชะลอตัวลง เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้น การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์มักจะลดลง แต่เซลลูโลสอีเทอร์ที่ดัดแปลงบางชนิดก็ยังคงมีการกักเก็บน้ำที่ดีกว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีระดับการแทนที่ของเส้นใยต่ำกว่าจะมีประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำที่ดีกว่า

หมู่ไฮดรอกซิลบนโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์และอะตอมออกซิเจนบนพันธะอีเทอร์จะรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจน เปลี่ยนน้ำอิสระให้กลายเป็นน้ำที่ถูกยึดไว้ จึงมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บน้ำ การแพร่กระจายระหว่างโมเลกุลของน้ำและสายโซ่โมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์ทำให้โมเลกุลของน้ำสามารถเข้าไปภายในสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเทอร์และอยู่ภายใต้แรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรง จึงก่อให้เกิดน้ำอิสระ น้ำที่ถูกพันกัน และช่วยเพิ่มการกักเก็บน้ำของซีเมนต์เหลว เซลลูโลสอีเทอร์ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางรีโอโลยีของซีเมนต์เหลวสด โครงสร้างเครือข่ายรูพรุนและแรงดันออสโมติก หรือคุณสมบัติการสร้างฟิล์มของเซลลูโลสอีเทอร์จะขัดขวางการแพร่กระจายของน้ำ

การทำให้ข้นและภาวะทิกโซโทรปี

เซลลูโลสอีเทอร์สารนี้ช่วยเพิ่มความหนืดให้กับปูนเปียกได้อย่างมาก ซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะระหว่างปูนเปียกกับชั้นฐานได้อย่างมีนัยสำคัญ และปรับปรุงประสิทธิภาพในการป้องกันการไหลย้อยของปูน จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปูนฉาบ ปูนก่ออิฐ และระบบฉนวนกันความร้อนผนังภายนอก นอกจากนี้ ผลของสารเพิ่มความหนืดเซลลูโลสอีเทอร์ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการป้องกันการกระจายตัวและความเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุที่ผสมใหม่ ป้องกันการแยกชั้น การแยกตัว และการไหลซึมของวัสดุ และสามารถใช้ในคอนกรีตเสริมใย คอนกรีตใต้น้ำ และคอนกรีตอัดแน่นได้เอง

ผลการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ในวัสดุซีเมนต์นั้นมาจากความหนืดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ ภายใต้สภาวะเดียวกัน ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร ความหนืดของวัสดุซีเมนต์ที่ปรับปรุงแล้วก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่ถ้าความหนืดสูงเกินไป จะส่งผลต่อความลื่นไหลและการใช้งานของวัสดุ (เช่น การติดของมีดฉาบปูน) ปูนปรับระดับและคอนกรีตอัดแน่นเอง ซึ่งต้องการความลื่นไหลสูง ต้องการเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดต่ำ นอกจากนี้ ผลการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์จะเพิ่มความต้องการน้ำของวัสดุซีเมนต์และเพิ่มปริมาณของปูนฉาบด้วย

สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดสูงมีคุณสมบัติไทโซโทรปีสูง ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของเซลลูโลสอีเทอร์ สารละลายเมทิลเซลลูโลสในน้ำมักมีความลื่นไหลแบบซูโดพลาสติกและไม่มีไทโซโทรปีต่ำกว่าอุณหภูมิการเกิดเจล แต่จะแสดงคุณสมบัติการไหลแบบนิวตันที่อัตราการเฉือนต่ำ คุณสมบัติซูโดพลาสติกจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลหรือความเข้มข้นของเซลลูโลสอีเทอร์ โดยไม่คำนึงถึงชนิดของหมู่แทนที่และระดับการแทนที่ ดังนั้น เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดระดับเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็น MC, HPMC, HEMC จะแสดงคุณสมบัติทางรีโอโลยีเหมือนกันเสมอ ตราบใดที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิคงที่ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะเกิดเจลโครงสร้าง และเกิดการไหลแบบไทโซโทรปีสูง

เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความเข้มข้นสูงและความหนืดต่ำแสดงคุณสมบัติไทโซโทรปีแม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเจล คุณสมบัตินี้มีประโยชน์อย่างมากในการปรับระดับและป้องกันการหย่อนคล้อยในการก่อสร้างปูนฉาบอาคาร จำเป็นต้องอธิบายเพิ่มเติมว่า ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่ความหนืดที่สูงขึ้นก็หมายถึงน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของเซลลูโลสอีเทอร์ที่สูงขึ้น และความสามารถในการละลายที่ลดลง ซึ่งส่งผลเสียต่อความเข้มข้นของปูนฉาบและประสิทธิภาพในการก่อสร้าง

การดักอากาศ

เซลลูโลสอีเทอร์มีคุณสมบัติในการดักอากาศในวัสดุผสมซีเมนต์สดได้อย่างชัดเจน เซลลูโลสอีเทอร์มีทั้งหมู่ไฮโดรฟิลิก (หมู่ไฮดรอกซิล หมู่อีเทอร์) และหมู่ไฮโดรโฟบิก (หมู่เมทิล วงแหวนกลูโคส) และเป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีคุณสมบัติในการดักอากาศ จึงมีผลในการดักอากาศ ผลการดักอากาศของเซลลูโลสอีเทอร์จะทำให้เกิด "ลักษณะเป็นก้อน" ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุผสมใหม่ เช่น เพิ่มความยืดหยุ่นและความเรียบเนียนของปูนระหว่างการใช้งาน ซึ่งเอื้อต่อการกระจายตัวของปูน นอกจากนี้ยังเพิ่มปริมาณการผลิตปูนและลดต้นทุนการผลิตปูน แต่จะเพิ่มความพรุนของวัสดุที่แข็งตัวแล้วและลดคุณสมบัติทางกล เช่น ความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่น

ในฐานะสารลดแรงตึงผิว เซลลูโลสอีเทอร์ยังมีผลในการทำให้เปียกหรือหล่อลื่นอนุภาคซีเมนต์ ซึ่งช่วยเพิ่มความลื่นไหลของวัสดุซีเมนต์ควบคู่ไปกับผลการดักอากาศ แต่ผลการทำให้ข้นของมันจะลดความลื่นไหลลง ผลของความลื่นไหลเป็นผลรวมของผลการทำให้เป็นพลาสติกและผลการทำให้ข้น โดยทั่วไปแล้ว เมื่อปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่ำมาก คุณสมบัติหลักคือการทำให้เป็นพลาสติกหรือลดปริมาณน้ำ เมื่อปริมาณสูง ผลการทำให้ข้นของเซลลูโลสอีเทอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และผลการดักอากาศมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นเป็นผลการทำให้ข้นหรือการเพิ่มความต้องการน้ำ

ความเฉื่อยชา

เซลลูโลสอีเทอร์จะทำให้ระยะเวลาการแข็งตัวของปูนซีเมนต์หรือปูนฉาบยาวนานขึ้น และชะลอปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของซีเมนต์ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงระยะเวลาการใช้งานของวัสดุที่ผสมใหม่ ปรับปรุงความสม่ำเสมอของปูนฉาบ และลดการสูญเสียความเหลวของคอนกรีตเมื่อเวลาผ่านไป แต่ก็อาจทำให้การก่อสร้างล่าช้าได้เช่นกัน