คุณสมบัติพื้นฐานของสารผสมทั่วไปในปูนฉาบแห้ง

บทความนี้กล่าวถึงประเภทของสารเติมแต่งที่ใช้กันทั่วไปในการก่อสร้างด้วยปูนผสมแห้ง คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ กลไกการออกฤทธิ์ และอิทธิพลของสารเหล่านั้นต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ปูนผสมแห้ง นอกจากนี้ยังได้กล่าวถึงผลการปรับปรุงประสิทธิภาพของสารกักเก็บน้ำ เช่น เซลลูโลสอีเทอร์และสตาร์ชอีเทอร์ ผงลาเท็กซ์ที่กระจายตัวได้ และวัสดุเส้นใย อย่างละเอียด

สารเติมแต่งมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนฉาบแห้ง แต่การเติมสารเติมแต่งลงในปูนฉาบแห้งทำให้ต้นทุนวัสดุของผลิตภัณฑ์ปูนฉาบแห้งสูงกว่าปูนฉาบแบบดั้งเดิมอย่างมาก โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 40% ของต้นทุนวัสดุในปูนฉาบแห้ง ปัจจุบัน สารเติมแต่งส่วนใหญ่มาจากผู้ผลิตต่างประเทศ และปริมาณการใช้ที่แนะนำก็มาจากผู้จำหน่ายเช่นกัน ส่งผลให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ปูนฉาบแห้งยังคงสูง และยากที่จะจำหน่ายปูนฉาบธรรมดาในปริมาณมากและในพื้นที่กว้างขวาง ผลิตภัณฑ์ในตลาดระดับสูงถูกควบคุมโดยบริษัทต่างชาติ และผู้ผลิตปูนฉาบแห้งมีกำไรต่ำและยอมรับราคาได้น้อย นอกจากนี้ยังขาดการวิจัยอย่างเป็นระบบและตรงเป้าหมายเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้สารเติมแต่ง และยังคงใช้สูตรจากต่างประเทศโดยไม่พิจารณาอย่างรอบคอบ

จากเหตุผลข้างต้น บทความนี้จึงวิเคราะห์และเปรียบเทียบคุณสมบัติพื้นฐานบางประการของสารผสมที่ใช้กันทั่วไป และบนพื้นฐานนี้ จึงศึกษาประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ปูนซีเมนต์ผสมแห้งที่ใช้สารผสมดังกล่าว

1. สารกักเก็บน้ำ

สารกักเก็บน้ำเป็นส่วนผสมสำคัญที่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำของปูนฉาบแห้ง และยังเป็นหนึ่งในส่วนผสมสำคัญที่กำหนดต้นทุนของวัสดุปูนฉาบแห้งอีกด้วย

1. ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (HPMC)

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็นคำทั่วไปสำหรับผลิตภัณฑ์หลายชนิดที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างอัลคาไลเซลลูโลสและสารทำให้เกิดอีเทอร์ภายใต้สภาวะที่กำหนด โดยจะแทนที่อัลคาไลเซลลูโลสด้วยสารทำให้เกิดอีเทอร์ชนิดต่างๆ เพื่อให้ได้เซลลูโลสอีเทอร์ชนิดต่างๆ ตามคุณสมบัติการแตกตัวเป็นไอออนของหมู่แทนที่ เซลลูโลสอีเทอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ แบบไอออนิก (เช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส) และแบบไม่ไอออนิก (เช่น เมทิลเซลลูโลส) และตามชนิดของหมู่แทนที่ เซลลูโลสอีเทอร์สามารถแบ่งออกเป็นโมโนอีเทอร์ (เช่น เมทิลเซลลูโลส) และแบบผสมอีเทอร์ (เช่น ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส) ตามความสามารถในการละลายที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งออกเป็นเซลลูโลสที่ละลายในน้ำ (เช่น ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส) และเซลลูโลสที่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น เอทิลเซลลูโลส) เป็นต้น ปูนผสมแห้งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลสที่ละลายในน้ำ และเซลลูโลสที่ละลายในน้ำแบ่งออกเป็นชนิดละลายทันทีและชนิดละลายช้าที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิว

กลไกการออกฤทธิ์ของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนฉาบมีดังนี้:

(1) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสละลายได้ง่ายในน้ำเย็น และจะละลายได้ยากในน้ำร้อน อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการเกิดเจลในน้ำร้อนจะสูงกว่าเมทิลเซลลูโลสอย่างมาก นอกจากนี้ ความสามารถในการละลายในน้ำเย็นยังดีขึ้นมากเมื่อเทียบกับเมทิลเซลลูโลส

(2) ความหนืดของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุล และยิ่งน้ำหนักโมเลกุลมาก ความหนืดก็จะยิ่งสูงขึ้น อุณหภูมิก็มีผลต่อความหนืดเช่นกัน โดยเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนืดจะลดลง อย่างไรก็ตาม ความหนืดสูงของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสนั้นได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิน้อยกว่าเมทิลเซลลูโลส สารละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความเสถียรเมื่อเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง

(3) การกักเก็บน้ำของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสขึ้นอยู่กับปริมาณการเติม ความหนืด ฯลฯ และอัตราการกักเก็บน้ำภายใต้ปริมาณการเติมที่เท่ากันจะสูงกว่าของเมทิลเซลลูโลส

(4) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความเสถียรต่อกรดและด่าง และสารละลายในน้ำมีความเสถียรมากในช่วง pH 2~12 โซดาไฟและน้ำปูนใสมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อย แต่ด่างสามารถเร่งการละลายและเพิ่มความหนืดได้ ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความเสถียรต่อเกลือแกง แต่เมื่อความเข้มข้นของสารละลายเกลือสูง ความหนืดของสารละลายไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้น

(5) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสสามารถผสมกับสารประกอบโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้เพื่อสร้างสารละลายที่มีความหนืดสม่ำเสมอและสูงขึ้น เช่น โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ สตาร์ชอีเทอร์ กัมพืช เป็นต้น

(6) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีความต้านทานต่อเอนไซม์ได้ดีกว่าเมทิลเซลลูโลส และสารละลายของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีโอกาสถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์น้อยกว่าเมทิลเซลลูโลส

(7) การยึดเกาะของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสกับโครงสร้างปูนฉาบจะสูงกว่าการยึดเกาะของเมทิลเซลลูโลส

2. เมทิลเซลลูโลส (MC)

หลังจากนำฝ้ายบริสุทธิ์ไปบำบัดด้วยด่างแล้ว จะได้เซลลูโลสอีเทอร์ผ่านปฏิกิริยาหลายขั้นตอนโดยใช้มีเทนคลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสร้างอีเทอร์ โดยทั่วไปแล้ว ระดับการแทนที่อยู่ที่ 1.6 ถึง 2.0 และความสามารถในการละลายจะแตกต่างกันไปตามระดับการแทนที่ที่แตกต่างกัน จัดเป็นเซลลูโลสอีเทอร์ชนิดไม่มีประจุ

(1) เมทิลเซลลูโลสละลายได้ในน้ำเย็น และละลายได้ยากในน้ำร้อน สารละลายในน้ำของเมทิลเซลลูโลสมีความเสถียรมากในช่วง pH 3-12 มีความเข้ากันได้ดีกับแป้ง กัวร์กัม ฯลฯ และสารลดแรงตึงผิวหลายชนิด เมื่ออุณหภูมิถึงอุณหภูมิการเกิดเจล การเกิดเจลก็จะเกิดขึ้น

(2) การกักเก็บน้ำของเมทิลเซลลูโลสขึ้นอยู่กับปริมาณการเติม ความหนืด ความละเอียดของอนุภาค และอัตราการละลาย โดยทั่วไป หากปริมาณการเติมมาก ความละเอียดน้อย และความหนืดมาก อัตราการกักเก็บน้ำก็จะสูง ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ ปริมาณการเติมมีผลกระทบต่ออัตราการกักเก็บน้ำมากที่สุด และระดับความหนืดไม่ได้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับระดับอัตราการกักเก็บน้ำ อัตราการละลายส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับระดับการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอนุภาคเซลลูโลสและความละเอียดของอนุภาค ในบรรดาอีเทอร์เซลลูโลสข้างต้น เมทิลเซลลูโลสและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสมีอัตราการกักเก็บน้ำสูงกว่า

(3) การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะส่งผลกระทบอย่างมากต่ออัตราการกักเก็บน้ำของเมทิลเซลลูโลส โดยทั่วไป ยิ่งอุณหภูมิสูง การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งแย่ลง หากอุณหภูมิของปูนเกิน 40°C การกักเก็บน้ำของเมทิลเซลลูโลสจะลดลงอย่างมาก ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการก่อสร้างปูน

(4) เมทิลเซลลูโลสมีผลอย่างมากต่อโครงสร้างและการยึดเกาะของปูนฉาบ “การยึดเกาะ” ในที่นี้หมายถึงแรงยึดเกาะที่รู้สึกได้ระหว่างเครื่องมือของคนงานกับพื้นผิวผนัง นั่นคือความต้านทานแรงเฉือนของปูนฉาบ หากการยึดเกาะสูง ความต้านทานแรงเฉือนของปูนฉาบก็จะสูง และความแข็งแรงที่คนงานต้องการในกระบวนการใช้งานก็จะสูงเช่นกัน ประสิทธิภาพในการก่อสร้างของปูนฉาบก็จะต่ำ การยึดเกาะของเมทิลเซลลูโลสอยู่ในระดับปานกลางในผลิตภัณฑ์เซลลูโลสอีเทอร์

3. ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (HEC)

ผลิตจากฝ้ายบริสุทธิ์ที่ผ่านการบำบัดด้วยด่าง และทำปฏิกิริยากับเอทิลีนออกไซด์เป็นสารทำให้เกิดอีเทอร์ในสภาวะที่มีอะซิโตน โดยทั่วไประดับการแทนที่อยู่ที่ 1.5~2.0 มีคุณสมบัติชอบน้ำสูงและดูดซับความชื้นได้ง่าย

(1) ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสละลายได้ในน้ำเย็น แต่ละลายได้ยากในน้ำร้อน สารละลายของมันมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงโดยไม่เกิดการจับตัวเป็นเจล สามารถใช้งานได้นานภายใต้อุณหภูมิสูงในปูน แต่การกักเก็บน้ำของมันต่ำกว่าเมทิลเซลลูโลส

(2) ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสมีความเสถียรต่อกรดและด่างทั่วไป ด่างสามารถเร่งการละลายและเพิ่มความหนืดเล็กน้อย ความสามารถในการกระจายตัวในน้ำจะแย่กว่าเมทิลเซลลูโลสและไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเล็กน้อย

(3) ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสมีประสิทธิภาพในการป้องกันการไหลย้อยที่ดีสำหรับปูน แต่มีระยะเวลาหน่วงที่ยาวนานกว่าสำหรับซีเมนต์

(4) ประสิทธิภาพของไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสที่ผลิตโดยวิสาหกิจในประเทศบางแห่งนั้นต่ำกว่าเมทิลเซลลูโลสอย่างเห็นได้ชัดเนื่องจากมีปริมาณน้ำและเถ้าสูง

สตาร์ชอีเทอร์

สารอีเทอร์จากแป้งที่ใช้ในครกนั้นดัดแปลงมาจากพอลิเมอร์ธรรมชาติของพอลิแซ็กคาไรด์บางชนิด เช่น มันฝรั่ง ข้าวโพด มันสำปะหลัง ถั่วกัวร์ และอื่นๆ

1. แป้งดัดแปลง

แป้งอีเทอร์ที่ดัดแปลงจากมันฝรั่ง ข้าวโพด มันสำปะหลัง ฯลฯ มีการกักเก็บน้ำต่ำกว่าเซลลูโลสอีเทอร์อย่างมาก เนื่องจากระดับการดัดแปลงที่แตกต่างกัน ความเสถียรต่อกรดและด่างจึงแตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์บางชนิดเหมาะสำหรับใช้ในปูนฉาบที่ใช้ยิปซัมเป็นส่วนประกอบ ในขณะที่บางชนิดสามารถใช้ในปูนฉาบที่ใช้ซีเมนต์เป็นส่วนประกอบได้ การใช้แป้งอีเทอร์ในปูนฉาบส่วนใหญ่ใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติป้องกันการไหลย้อยของปูนฉาบ ลดการเกาะติดของปูนฉาบเปียก และยืดระยะเวลาการเปิดใช้งาน

โดยทั่วไปแล้ว สตาร์ชอีเทอร์มักใช้ร่วมกับเซลลูโลส เพื่อให้คุณสมบัติและข้อดีของผลิตภัณฑ์ทั้งสองเสริมซึ่งกันและกัน เนื่องจากผลิตภัณฑ์สตาร์ชอีเทอร์มีราคาถูกกว่าเซลลูโลสอีเทอร์มาก การใช้สตาร์ชอีเทอร์ในปูนฉาบจึงช่วยลดต้นทุนในการผลิตปูนฉาบได้อย่างมาก

2. กัวร์กัมอีเทอร์

กัวร์กัมอีเทอร์เป็นแป้งอีเทอร์ชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติพิเศษ ซึ่งได้มาจากการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของเมล็ดกัวร์ธรรมชาติ โดยส่วนใหญ่เกิดจากปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชันระหว่างกัวร์กัมและหมู่ฟังก์ชันอะคริลิก ทำให้เกิดโครงสร้างที่มีหมู่ฟังก์ชัน 2-ไฮดรอกซีโพรพิล ซึ่งเป็นโครงสร้างโพลีแกลแลคโตแมนโนส

(1) เมื่อเปรียบเทียบกับเซลลูโลสอีเทอร์ กัวร์กัมอีเทอร์จะละลายในน้ำได้ดีกว่า คุณสมบัติของค่า pH ของกัวร์อีเทอร์แทบจะไม่เปลี่ยนแปลง

(2) ภายใต้เงื่อนไขความหนืดต่ำและปริมาณต่ำ กัวร์กัมสามารถใช้แทนเซลลูโลสอีเทอร์ในปริมาณที่เท่ากันได้ และมีการกักเก็บน้ำที่คล้ายคลึงกัน แต่ความสม่ำเสมอ การป้องกันการหย่อนตัว ความหนืดแบบทิกโซโทรปี และอื่นๆ จะได้รับการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัด

(3) ภายใต้สภาวะความหนืดสูงและปริมาณมาก กัวร์กัมไม่สามารถใช้แทนเซลลูโลสอีเทอร์ได้ และการใช้ร่วมกันของทั้งสองจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

(4) การใช้กัวร์กัมในปูนฉาบยิปซัมสามารถลดการยึดเกาะระหว่างการก่อสร้างได้อย่างมีนัยสำคัญและทำให้การก่อสร้างราบรื่นขึ้น ไม่มีผลเสียต่อเวลาการแข็งตัวและความแข็งแรงของปูนฉาบยิปซัม

3. สารเพิ่มความข้นที่กักเก็บน้ำแร่ดัดแปลง

สารเพิ่มความหนืดที่กักเก็บน้ำได้ ซึ่งผลิตจากแร่ธาตุธรรมชาติโดยผ่านกระบวนการดัดแปลงและผสม ได้ถูกนำมาใช้ในประเทศจีนแล้ว แร่ธาตุหลักที่ใช้ในการเตรียมสารเพิ่มความหนืดที่กักเก็บน้ำได้ ได้แก่ เซพิโอไลต์ เบนโทไนต์ มอนต์มอริลโลไนต์ เคโอไลน์ เป็นต้น แร่ธาตุเหล่านี้มีคุณสมบัติในการกักเก็บน้ำและเพิ่มความหนืดได้บางประการผ่านกระบวนการดัดแปลง เช่น การใช้สารเชื่อมประสาน สารเพิ่มความหนืดที่กักเก็บน้ำได้ชนิดนี้ที่ใช้กับปูนฉาบมีลักษณะดังต่อไปนี้

(1) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนฉาบธรรมดาได้อย่างมีนัยสำคัญ และแก้ปัญหาการใช้งานที่ไม่ดีของปูนซีเมนต์ ความแข็งแรงต่ำของปูนผสม และความต้านทานต่อน้ำที่ไม่ดี

(2) สามารถกำหนดสูตรผลิตภัณฑ์ปูนฉาบที่มีระดับความแข็งแรงต่างกันสำหรับอาคารอุตสาหกรรมและอาคารพลเรือนทั่วไปได้

(3) ต้นทุนวัสดุต่ำกว่าเซลลูโลสอีเทอร์และสตาร์ชอีเทอร์อย่างมีนัยสำคัญ

(4) การกักเก็บน้ำจะต่ำกว่าสารกักเก็บน้ำอินทรีย์ ค่าการหดตัวแห้งของปูนที่เตรียมไว้จะมีค่ามากกว่า และความเหนียวแน่นจะลดลง

ผงยางโพลิเมอร์ที่กระจายตัวใหม่ได้

ผงยางที่สามารถกระจายตัวใหม่ได้นั้น ผลิตโดยการพ่นแห้งอิมัลชันโพลีเมอร์ชนิดพิเศษ ในกระบวนการผลิต สารคอลลอยด์ป้องกัน สารป้องกันการจับตัวเป็นก้อน ฯลฯ กลายเป็นสารเติมแต่งที่ขาดไม่ได้ ผงยางที่แห้งแล้วจะมีลักษณะเป็นอนุภาคทรงกลมขนาด 80-100 มม. รวมตัวกัน อนุภาคเหล่านี้ละลายน้ำได้และก่อตัวเป็นสารละลายแขวนลอยที่เสถียร มีขนาดใหญ่กว่าอนุภาคอิมัลชันเดิมเล็กน้อย สารละลายแขวนลอยนี้จะก่อตัวเป็นฟิล์มหลังจากผ่านกระบวนการกำจัดน้ำและอบแห้ง ฟิล์มนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้เช่นเดียวกับการก่อตัวของฟิล์มอิมัลชันทั่วไป และจะไม่กระจายตัวใหม่เมื่อสัมผัสกับน้ำ

ผงยางที่สามารถกระจายตัวใหม่ได้สามารถแบ่งออกได้เป็น: โคพอลิเมอร์สไตรีน-บิวทาไดอีน, โคพอลิเมอร์เอทิลีนกรดคาร์บอนิกตติยภูมิ, โคพอลิเมอร์เอทิลีน-อะซิเตตกรดอะซิติก เป็นต้น และจากนั้นจึงเติมซิลิโคน ไวนิลลอเรต เป็นต้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ มาตรการดัดแปลงที่แตกต่างกันทำให้ผงยางที่สามารถกระจายตัวใหม่ได้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เช่น ความต้านทานต่อน้ำ ความต้านทานต่อด่าง ความต้านทานต่อสภาพอากาศ และความยืดหยุ่น การมีไวนิลลอเรตและซิลิโคนช่วยให้ผงยางมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำที่ดี ไวนิลคาร์บอเนตตติยภูมิที่มีกิ่งก้านสาขามากมีค่า Tg ต่ำและมีความยืดหยุ่นดี

เมื่อนำผงยางชนิดต่างๆ เหล่านี้มาผสมกับปูนซีเมนต์ จะมีผลทำให้การแข็งตัวของซีเมนต์ช้าลง แต่ผลการชะลอการแข็งตัวจะน้อยกว่าการใช้สารอิมัลชันที่คล้ายกันโดยตรง โดยสไตรีน-บิวทาไดอีนมีผลชะลอการแข็งตัวมากที่สุด และเอทิลีน-ไวนิลอะซิเตตมีผลชะลอการแข็งตัวน้อยที่สุด หากใช้ในปริมาณน้อยเกินไป ผลในการปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนซีเมนต์จะไม่ชัดเจน