สารเติมแต่งเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนผสมสำเร็จรูป

1. หน้าที่หลักของเซลลูโลสอีเทอร์

ในปูนฉาบสำเร็จรูป เซลลูโลสอีเทอร์เป็นสารเติมแต่งหลักที่เติมลงไปในปริมาณน้อยมาก แต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนฉาบเปียกได้อย่างมาก และส่งผลต่อประสิทธิภาพในการก่อสร้างของปูนฉาบได้

2. ประเภทของเซลลูโลสอีเทอร์

การผลิตเซลลูโลสอีเทอร์ส่วนใหญ่ทำจากเส้นใยธรรมชาติผ่านกระบวนการละลายด้วยด่าง ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อ (อีเทอร์ริฟิเคชัน) การล้าง การอบแห้ง การบด และกระบวนการอื่นๆ

ตามวัตถุดิบหลัก เส้นใยธรรมชาติสามารถแบ่งออกได้เป็น เส้นใยฝ้าย เส้นใยซีดาร์ เส้นใยบีช เป็นต้น ระดับการเกิดพอลิเมอร์ของเส้นใยเหล่านี้แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อความหนืดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ปัจจุบัน ผู้ผลิตเซลลูโลสรายใหญ่ใช้เส้นใยฝ้าย (ผลพลอยได้จากไนโตรเซลลูโลส) เป็นวัตถุดิบหลัก

อีเทอร์ของเซลลูโลสสามารถแบ่งออกเป็นชนิดไอออนิกและชนิดไม่ใช่ไอออนิก ชนิดไอออนิกส่วนใหญ่ได้แก่ เกลือคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส และชนิดไม่ใช่ไอออนิกส่วนใหญ่ได้แก่ เมทิลเซลลูโลส เมทิลไฮดรอกซีเอทิล (โพรพิล) เซลลูโลส ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส เป็นต้น

ปัจจุบัน เซลลูโลสอีเทอร์ที่ใช้ในปูนผสมสำเร็จรูปส่วนใหญ่ ได้แก่ เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (MC), เมทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (MHEC), เมทิลไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลสอีเทอร์ (MHPG) และไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (HPMC) เนื่องจากเซลลูโลสไอออนิก (เกลือคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส) ไม่เสถียรเมื่อมีไอออนแคลเซียม จึงไม่ค่อยได้ใช้ในผลิตภัณฑ์ปูนผสมสำเร็จรูปที่ใช้ซีเมนต์ ปูนขาว ฯลฯ เป็นวัสดุประสาน ในบางพื้นที่ของจีน เกลือคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสถูกใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดสำหรับผลิตภัณฑ์ภายในอาคารบางชนิดที่แปรรูปโดยใช้แป้งดัดแปลงเป็นวัสดุประสานหลักและผงชวงเฟยเป็นสารเติมเต็ม ผลิตภัณฑ์นี้มีแนวโน้มที่จะเกิดเชื้อราและไม่ทนต่อน้ำ จึงกำลังถูกทยอยเลิกใช้ ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสก็ใช้ในผลิตภัณฑ์ปูนผสมสำเร็จรูปบางชนิดเช่นกัน แต่มีส่วนแบ่งการตลาดน้อยมาก

3. ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักของเซลลูโลสอีเทอร์

(1) ความสามารถในการละลาย

เซลลูโลสเป็นสารประกอบพอลิเมอร์โพลีไฮดรอกซีที่ไม่ละลายหรือหลอมเหลว หลังจากผ่านกระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชันแล้ว เซลลูโลสจะละลายได้ในน้ำ สารละลายด่างเจือจาง และตัวทำละลายอินทรีย์ และมีคุณสมบัติเทอร์โมพลาสติก ความสามารถในการละลายขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักสี่ประการ ได้แก่: ประการแรก ความสามารถในการละลายแปรผันตามความหนืด ยิ่งความหนืดต่ำ ความสามารถในการละลายยิ่งสูง ประการที่สอง คุณลักษณะของหมู่ที่ถูกนำเข้ามาในกระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชัน ยิ่งหมู่ที่ถูกนำเข้ามามีขนาดใหญ่ ความสามารถในการละลายยิ่งต่ำ ยิ่งหมู่ที่ถูกนำเข้ามามีขั้วมาก เซลลูโลสอีเทอร์ก็จะละลายในน้ำได้ง่ายขึ้น ประการที่สาม ระดับการแทนที่และการกระจายตัวของหมู่ที่ถูกอีเทอร์ริฟิเคชันในโมเลกุลขนาดใหญ่ เซลลูโลสอีเทอร์ส่วนใหญ่จะละลายในน้ำได้เฉพาะเมื่อมีระดับการแทนที่ในระดับหนึ่งเท่านั้น ประการที่สี่ ระดับการเกิดพอลิเมอร์ของเซลลูโลสอีเทอร์ ยิ่งระดับการเกิดพอลิเมอร์สูง ความสามารถในการละลายยิ่งน้อย ยิ่งระดับการเกิดพอลิเมอร์ต่ำ ช่วงของระดับการแทนที่ที่สามารถละลายในน้ำได้ก็จะกว้างขึ้น

(2) การกักเก็บน้ำ

การกักเก็บน้ำเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของเซลลูโลสอีเทอร์ และเป็นคุณสมบัติที่ผู้ผลิตปูนผงแห้งในประเทศหลายราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคใต้ที่มีอุณหภูมิสูง ให้ความสำคัญ ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำของปูน ได้แก่ ปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ที่เติม ความหนืด ความละเอียดของอนุภาค และอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการใช้งาน ยิ่งปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ที่เติมมากเท่าไร ประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ยิ่งความหนืดมากเท่าไร ประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และยิ่งอนุภาคละเอียดมากเท่าไร ประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

(3) ความหนืด

ความหนืดเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของผลิตภัณฑ์เซลลูโลสอีเทอร์ ในปัจจุบัน ผู้ผลิตเซลลูโลสอีเทอร์แต่ละรายใช้วิธีการและเครื่องมือที่แตกต่างกันในการวัดความหนืด สำหรับผลิตภัณฑ์เดียวกัน ผลการวัดความหนืดด้วยวิธีการที่แตกต่างกันจึงแตกต่างกันมาก บางวิธีอาจแตกต่างกันถึงสองเท่า ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบความหนืด ต้องทำการเปรียบเทียบด้วยวิธีการทดสอบที่เหมือนกัน รวมถึงอุณหภูมิ ใบพัด ฯลฯ

โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งความหนืดสูงเท่าไร ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ยิ่งความหนืดสูงเท่าไร น้ำหนักโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้น และความสามารถในการละลายที่ลดลงจะส่งผลเสียต่อความแข็งแรงและประสิทธิภาพในการก่อสร้างของปูนฉาบ ความหนืดที่สูงขึ้นจะทำให้ปูนฉาบข้นขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แต่ก็ไม่ได้เป็นสัดส่วนโดยตรงเสมอไป ยิ่งความหนืดสูงเท่าไร ปูนฉาบเปียกก็จะยิ่งเหนียวมากขึ้นเท่านั้น ในระหว่างการก่อสร้าง จะเห็นได้ว่าปูนติดกับเกรียงและมีการยึดเกาะกับพื้นผิวสูง แต่ก็ไม่ได้ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างของปูนฉาบเปียกเอง และประสิทธิภาพในการป้องกันการไหลย้อยก็ไม่ชัดเจน ในทางตรงกันข้าม เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์บางชนิดที่มีความหนืดปานกลางและต่ำ แต่ได้รับการดัดแปลงแล้ว กลับมีประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมในการเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างของปูนฉาบเปียก

(4) ความละเอียดของอนุภาค:

เซลลูโลสอีเทอร์ที่ใช้ในปูนผสมสำเร็จรูปจะต้องเป็นผง มีปริมาณน้ำต่ำ และความละเอียดต้องอยู่ระหว่าง 20% ถึง 60% ของขนาดอนุภาค ต้องมีขนาดเล็กกว่า 63 ไมโครเมตร ความละเอียดมีผลต่อความสามารถในการละลายของเซลลูโลสอีเทอร์ เซลลูโลสอีเทอร์หยาบมักอยู่ในรูปของเม็ด ซึ่งกระจายตัวและละลายในน้ำได้ง่ายโดยไม่จับตัวเป็นก้อน แต่มีอัตราการละลายช้ามาก จึงไม่เหมาะสำหรับใช้ในปูนผสมสำเร็จรูป (ผลิตภัณฑ์ในประเทศบางชนิดเป็นก้อน ไม่กระจายตัวและละลายในน้ำได้ง่าย และมีแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อน) ในปูนผสมสำเร็จรูป เซลลูโลสอีเทอร์จะกระจายตัวอยู่ระหว่างหินกรวด สารเติมเต็มละเอียด และซีเมนต์ รวมถึงวัสดุประสานอื่นๆ เฉพาะผงละเอียดเท่านั้นที่จะช่วยหลีกเลี่ยงการจับตัวเป็นก้อนของเซลลูโลสอีเทอร์เมื่อผสมกับน้ำ เมื่อเติมเซลลูโลสอีเทอร์ลงในน้ำเพื่อละลายการจับตัวเป็นก้อน จะทำให้การกระจายตัวและการละลายเป็นไปได้ยากมาก

(5) การดัดแปลงเซลลูโลสอีเทอร์

การดัดแปลงเซลลูโลสอีเทอร์เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของมัน และเป็นส่วนที่สำคัญที่สุด คุณสมบัติของเซลลูโลสอีเทอร์สามารถปรับปรุงได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในด้านความสามารถในการเปียก การกระจายตัว การยึดเกาะ การทำให้ข้น การทำให้เกิดอิมัลชัน การกักเก็บน้ำ และคุณสมบัติการสร้างฟิล์ม ตลอดจนการกันน้ำมัน

4. ผลกระทบของอุณหภูมิแวดล้อมต่อการกักเก็บน้ำของปูนฉาบ

การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในการใช้งานจริง ปูนฉาบมักถูกนำไปใช้กับพื้นผิวที่ร้อนจัดที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 40°C) ในหลายสภาพแวดล้อม การลดลงของการกักเก็บน้ำส่งผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดต่อความสามารถในการทำงานและความต้านทานการแตกร้าว การพึ่งพาอุณหภูมิยังคงนำไปสู่การเสื่อมถอยของคุณสมบัติของปูนฉาบ และการลดอิทธิพลของปัจจัยอุณหภูมิในสภาวะนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง สูตรปูนฉาบได้รับการปรับปรุงอย่างเหมาะสม และมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญหลายอย่างในสูตรตามฤดูกาล แม้ว่าจะเพิ่มปริมาณ (สูตรฤดูร้อน) แล้ว ความสามารถในการทำงานและความต้านทานการแตกร้าวก็ยังไม่สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานได้ ซึ่งจำเป็นต้องมีการปรับปรุงเซลลูโลสอีเทอร์เป็นพิเศษ เช่น การเพิ่มระดับการเกิดอีเทอร์ เป็นต้น เพื่อให้ได้ผลการกักเก็บน้ำที่ดีขึ้นที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง และคงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเมื่ออยู่ในระดับสูง จึงให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าในสภาวะที่รุนแรง

5. การประยุกต์ใช้ในปูนผสมสำเร็จรูป

ในปูนฉาบสำเร็จรูป เซลลูโลสอีเทอร์มีบทบาทในการกักเก็บน้ำ เพิ่มความหนืด และปรับปรุงประสิทธิภาพการก่อสร้าง คุณสมบัติการกักเก็บน้ำที่ดีช่วยให้ปูนไม่เกิดการแตกเป็นผง ลดความแข็งแรงเนื่องจากการขาดน้ำและการไฮเดรชั่นไม่สมบูรณ์ ผลของการเพิ่มความหนืดช่วยเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างปูนเปียกได้อย่างมาก การเติมเซลลูโลสอีเทอร์สามารถปรับปรุงความหนืดของปูนเปียกได้อย่างมีนัยสำคัญ และมีความหนืดที่ดีกับพื้นผิวต่างๆ จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของผนังปูนเปียกและลดของเสีย นอกจากนี้ บทบาทของเซลลูโลสอีเทอร์ในผลิตภัณฑ์ต่างๆ ก็แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในกาวติดกระเบื้อง เซลลูโลสอีเทอร์สามารถเพิ่มระยะเวลาการแห้งตัวและปรับระยะเวลาได้ ในปูนพ่นแบบกลไก เซลลูโลสอีเทอร์สามารถเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างปูนเปียกได้ ในปูนปรับระดับ เซลลูโลสอีเทอร์สามารถป้องกันการทรุดตัว การแยกตัว และการแบ่งชั้น ดังนั้น ในฐานะสารเติมแต่งที่สำคัญ เซลลูโลสอีเทอร์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปูนผงแห้ง