คุณลักษณะเชิงฟังก์ชันและหลักการเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์ในปูนผสมแห้ง

1 บทนำ

เซลลูโลสอีเทอร์ (MC) เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้างและใช้ในปริมาณมาก สามารถใช้เป็นสารหน่วงการแข็งตัว สารกักเก็บน้ำ สารเพิ่มความหนืด และสารยึดเกาะ ในปูนฉาบแห้งทั่วไป ปูนฉาบผนังภายนอก ปูนปรับระดับ ปูนติดกระเบื้อง ปูนโป๊วประสิทธิภาพสูง ปูนโป๊วผนังภายในและภายนอกกันแตก ปูนฉาบแห้งกันน้ำ ปูนปลาสเตอร์ยิปซัม สารอุดรอยรั่ว และวัสดุอื่นๆ เซลลูโลสอีเทอร์มีบทบาทสำคัญในการกักเก็บน้ำ ความต้องการน้ำ การยึดเกาะ การหน่วงการแข็งตัว และโครงสร้างของระบบปูนฉาบ

เซลลูโลสอีเทอร์มีหลายประเภทและหลายคุณสมบัติ เซลลูโลสอีเทอร์ที่ใช้กันทั่วไปในวัสดุก่อสร้าง ได้แก่ HEC, HPMC, CMC, PAC, MHEC เป็นต้น ซึ่งใช้ในระบบปูนฉาบที่แตกต่างกันไปตามคุณลักษณะเฉพาะของแต่ละชนิด มีการวิจัยเกี่ยวกับอิทธิพลของเซลลูโลสอีเทอร์ชนิดต่างๆ และปริมาณที่แตกต่างกันต่อระบบปูนซีเมนต์ บทความนี้จึงมุ่งเน้นไปที่พื้นฐานดังกล่าวและอธิบายวิธีการเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์ชนิดและคุณสมบัติต่างๆ ในผลิตภัณฑ์ปูนฉาบชนิดต่างๆ

2. คุณสมบัติเชิงฟังก์ชันของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์

เซลลูโลสอีเทอร์เป็นสารผสมที่สำคัญในปูนผงแห้ง มีหน้าที่หลายอย่างในปูนฉาบ บทบาทที่สำคัญที่สุดของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์คือการกักเก็บน้ำและเพิ่มความหนืด นอกจากนี้ ด้วยปฏิกิริยาของมันกับระบบซีเมนต์ มันยังสามารถมีบทบาทเสริมในการดักจับอากาศ ชะลอการแข็งตัว และเพิ่มความแข็งแรงของแรงยึดเกาะได้อีกด้วย

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์คือการกักเก็บน้ำ เซลลูโลสอีเทอร์ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งที่สำคัญในผลิตภัณฑ์ปูนซีเมนต์เกือบทุกชนิด ส่วนใหญ่เป็นเพราะคุณสมบัติในการกักเก็บน้ำ โดยทั่วไปแล้ว การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์จะสัมพันธ์กับความหนืด ปริมาณที่เติม และขนาดอนุภาค

เซลลูโลสอีเทอร์ใช้เป็นสารเพิ่มความหนืด โดยผลการเพิ่มความหนืดนั้นเกี่ยวข้องกับระดับการเกิดอีเทอร์ ขนาดอนุภาค ความหนืด และระดับการดัดแปลงของเซลลูโลสอีเทอร์ โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งระดับการเกิดอีเทอร์และความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร อนุภาคก็จะยิ่งเล็กเท่าไร ผลการเพิ่มความหนืดก็จะยิ่งชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น การปรับคุณลักษณะข้างต้นของ MC จะช่วยให้ปูนฉาบมีคุณสมบัติป้องกันการไหลย้อยที่เหมาะสมและมีความหนืดที่ดีที่สุด

ในเซลลูโลสอีเทอร์ การเติมหมู่แอลคิลจะช่วยลดพลังงานพื้นผิวของสารละลายในน้ำที่มีเซลลูโลสอีเทอร์อยู่ ทำให้เซลลูโลสอีเทอร์มีคุณสมบัติในการดักอากาศในปูนซีเมนต์ การดักอากาศในปริมาณที่เหมาะสมจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการก่อสร้างของปูน เนื่องจาก "ปรากฏการณ์ทรงกลม" ของฟองอากาศ ในขณะเดียวกัน การดักอากาศยังช่วยเพิ่มอัตราการผลิตของปูนอีกด้วย แน่นอนว่าปริมาณการดักอากาศต้องได้รับการควบคุม การดักอากาศมากเกินไปจะส่งผลเสียต่อความแข็งแรงของปูน เนื่องจากอาจเกิดฟองอากาศที่เป็นอันตรายได้

2.1 เซลลูโลสอีเทอร์จะช่วยชะลอปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของซีเมนต์ ทำให้การแข็งตัวของซีเมนต์ช้าลง และยืดระยะเวลาการเปิดของปูนฉาบ แต่ผลดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับปูนฉาบในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็น เมื่อเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์ ควรเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมตามสถานการณ์เฉพาะ ผลการชะลอปฏิกิริยาของเซลลูโลสอีเทอร์จะเพิ่มขึ้นตามระดับการเกิดอีเทอร์ ระดับการดัดแปลง และความหนืดที่เพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ เซลลูโลสอีเทอร์ ซึ่งเป็นสารพอลิเมอร์สายยาว สามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการยึดเกาะกับพื้นผิวได้ หลังจากเติมลงในระบบซีเมนต์ โดยต้องรักษาระดับความชื้นของสารละลายให้คงที่

2.2 คุณสมบัติของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนฉาบส่วนใหญ่ได้แก่ การกักเก็บน้ำ การเพิ่มความหนืด การยืดเวลาการแข็งตัว การดักจับอากาศ และการเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะ เป็นต้น คุณสมบัติข้างต้นสะท้อนให้เห็นในลักษณะของ MC เอง ได้แก่ ความหนืด ความเสถียร ปริมาณสารออกฤทธิ์ (ปริมาณที่เติม) ระดับการแทนที่ด้วยอีเทอร์และความสม่ำเสมอ ระดับการดัดแปลง ปริมาณสารอันตราย เป็นต้น ดังนั้น ในการเลือกใช้ MC ควรเลือกเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีลักษณะเฉพาะและให้ประสิทธิภาพที่เหมาะสมตามความต้องการเฉพาะของผลิตภัณฑ์ปูนฉาบนั้นๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ต้องการ

3. คุณลักษณะของเซลลูโลสอีเทอร์

โดยทั่วไปแล้ว คำแนะนำการใช้งานผลิตภัณฑ์ที่ผู้ผลิตเซลลูโลสอีเทอร์ให้มาจะประกอบด้วยตัวบ่งชี้ต่อไปนี้: ลักษณะภายนอก ความหนืด ระดับการแทนที่หมู่ ความละเอียด ปริมาณสารออกฤทธิ์ (ความบริสุทธิ์) ปริมาณความชื้น พื้นที่ที่แนะนำ และปริมาณการใช้ เป็นต้น ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพเหล่านี้สามารถสะท้อนถึงบทบาทของเซลลูโลสอีเทอร์ได้บางส่วน แต่เมื่อเปรียบเทียบและเลือกเซลลูโลสอีเทอร์ ควรพิจารณาแง่มุมอื่นๆ ด้วย เช่น องค์ประกอบทางเคมี ระดับการดัดแปลง ระดับการเกิดอีเทอร์ ปริมาณ NaCl และค่า DS

3.1 ความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์

ความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ส่งผลต่อการกักเก็บน้ำ การเพิ่มความหนา การหน่วง และด้านอื่นๆ ดังนั้นจึงเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการตรวจสอบและคัดเลือกเซลลูโลสอีเทอร์

ก่อนที่จะกล่าวถึงความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ ควรทราบว่ามีวิธีการทดสอบความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ที่ใช้กันทั่วไป 4 วิธี ได้แก่ วิธีของ Brookfield, Hakke, Höppler และเครื่องวัดความหนืดแบบหมุน อุปกรณ์ ความเข้มข้นของสารละลาย และสภาพแวดล้อมในการทดสอบที่ใช้โดยทั้งสี่วิธีนั้นแตกต่างกัน ดังนั้นผลลัพธ์ของการทดสอบสารละลาย MC เดียวกันด้วยทั้งสี่วิธีจึงแตกต่างกันมาก แม้แต่สารละลายเดียวกัน โดยใช้วิธีเดียวกัน แต่ทดสอบภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ความหนืดก็อาจแตกต่างกันได้

ผลลัพธ์ที่ได้อาจแตกต่างกันไป ดังนั้น เมื่ออธิบายถึงความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ จำเป็นต้องระบุวิธีการทดสอบ ความเข้มข้นของสารละลาย โรเตอร์ ความเร็วในการหมุน อุณหภูมิและความชื้นในการทดสอบ และสภาพแวดล้อมอื่นๆ ค่าความหนืดนี้มีค่ามาก การบอกเพียงแค่ว่า “ความหนืดของ MC ชนิดหนึ่งเป็นเท่าไร” นั้นไม่มีความหมาย

3.2 ความเสถียรของผลิตภัณฑ์เซลลูโลสอีเทอร์

เซลลูโลสอีเทอร์เป็นที่ทราบกันดีว่าไวต่อการโจมตีของราเซลลูโลส เมื่อรากัดกร่อนเซลลูโลสอีเทอร์ มันจะโจมตีหน่วยกลูโคสที่ยังไม่ถูกอีเทอร์ไรซ์ในเซลลูโลสอีเทอร์ก่อน เนื่องจากเป็นสารประกอบเชิงเส้น เมื่อหน่วยกลูโคสถูกทำลาย โซ่โมเลกุลทั้งหมดก็จะขาด และความหนืดของผลิตภัณฑ์จะลดลงอย่างรวดเร็ว หลังจากที่หน่วยกลูโคสถูกอีเทอร์ไรซ์แล้ว ราจะไม่สามารถกัดกร่อนโซ่โมเลกุลได้ง่าย ดังนั้น ยิ่งระดับการแทนที่อีเทอร์ไรซ์ (ค่า DS) ของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าใด ความเสถียรของมันก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

3.3 ปริมาณสารออกฤทธิ์ในเซลลูโลสอีเทอร์

ยิ่งปริมาณสารออกฤทธิ์ในเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร ประสิทธิภาพด้านต้นทุนของผลิตภัณฑ์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าในปริมาณการใช้ที่เท่ากัน สารออกฤทธิ์ในเซลลูโลสอีเทอร์คือโมเลกุลเซลลูโลสอีเทอร์ ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ ดังนั้น เมื่อตรวจสอบปริมาณสารออกฤทธิ์ในเซลลูโลสอีเทอร์ จึงสามารถสะท้อนได้โดยอ้อมจากค่าเถ้าหลังการเผาไหม้

3.4 ปริมาณ NaCl ในเซลลูโลสอีเทอร์

NaCl เป็นผลพลอยที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ในกระบวนการผลิตเซลลูโลสอีเทอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจำเป็นต้องกำจัดออกด้วยการล้างหลายครั้ง และยิ่งล้างหลายครั้งเท่าไร ปริมาณ NaCl ที่เหลืออยู่ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น NaCl เป็นอันตรายที่รู้จักกันดีต่อการกัดกร่อนของเหล็กเส้นและตาข่ายลวดเหล็ก ดังนั้น แม้ว่าการบำบัดน้ำเสียด้วยการล้าง NaCl หลายครั้งอาจทำให้ต้นทุนสูงขึ้น แต่เมื่อเลือกผลิตภัณฑ์ MC เราควรพยายามอย่างเต็มที่ที่จะเลือกผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณ NaCl ต่ำ

4 หลักการในการเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์สำหรับผลิตภัณฑ์ปูนฉาบชนิดต่างๆ

ในการเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์สำหรับผลิตภัณฑ์ปูนซีเมนต์ ขั้นแรก ให้พิจารณาจากรายละเอียดในคู่มือผลิตภัณฑ์ โดยเลือกคุณลักษณะเชิงฟังก์ชันและหลักการเลือกตามที่ระบุไว้ (เช่น ความหนืด ระดับการแทนที่ด้วยอีเทอร์ ปริมาณสารออกฤทธิ์ ปริมาณ NaCl เป็นต้น)

4.1 ระบบปูนปลาสเตอร์บาง

ยกตัวอย่างเช่น ปูนฉาบผิวบาง เนื่องจากปูนฉาบผิวสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกโดยตรง ทำให้พื้นผิวสูญเสียน้ำได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีอัตราการกักเก็บน้ำสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงฤดูร้อนของการก่อสร้าง ปูนฉาบต้องสามารถกักเก็บความชื้นได้ดีขึ้นในอุณหภูมิสูง จึงจำเป็นต้องเลือกปูนฉาบที่มีอัตราการกักเก็บน้ำสูง ซึ่งสามารถพิจารณาได้อย่างครอบคลุมในสามด้าน ได้แก่ ความหนืด ขนาดอนุภาค และปริมาณสารเติมแต่ง โดยทั่วไปแล้ว ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ควรเลือกปูนฉาบที่มีความหนืดสูงกว่า แต่เมื่อพิจารณาถึงความต้องการในการใช้งาน ความหนืดไม่ควรสูงเกินไป ดังนั้น ปูนฉาบที่เลือกควรมีอัตราการกักเก็บน้ำสูงและความหนืดต่ำ ในบรรดาผลิตภัณฑ์ปูนฉาบนั้น MH60001P6 เป็นต้น สามารถแนะนำสำหรับระบบปูนฉาบผิวบางได้

4.2 ปูนฉาบผนังชนิดซีเมนต์

ปูนฉาบผนังต้องมีความสม่ำเสมอที่ดี และใช้งานง่าย ทำให้ฉาบได้อย่างเรียบเนียน ในขณะเดียวกันก็ต้องมีคุณสมบัติป้องกันการไหลย้อยที่ดี มีความสามารถในการปั๊มสูง มีความลื่นไหล และใช้งานได้ดี ดังนั้น จึงเลือกใช้ปูนซีเมนต์ที่มีความหนืดต่ำ กระจายตัวได้เร็ว และพัฒนาความสม่ำเสมอได้ดี (อนุภาคขนาดเล็ก)

ในการผลิตกาวติดกระเบื้อง เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและประสิทธิภาพสูง จำเป็นอย่างยิ่งที่ปูนจะต้องมีระยะเวลาการแห้งตัวนานขึ้น มีคุณสมบัติป้องกันการลื่นไถลได้ดีขึ้น และในขณะเดียวกันก็ต้องการการยึดเกาะที่ดีระหว่างพื้นผิวและกระเบื้อง ดังนั้น กาวติดกระเบื้องจึงมีความต้องการ MC ค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว MC มักมีปริมาณค่อนข้างสูงในกาวติดกระเบื้อง เมื่อเลือกใช้ MC เพื่อให้ได้ระยะเวลาการแห้งตัวที่ยาวนานขึ้น MC เองจำเป็นต้องมีอัตราการกักเก็บน้ำสูง และอัตราการกักเก็บน้ำนั้นต้องการความหนืด ปริมาณการเติม และขนาดอนุภาคที่เหมาะสม เพื่อให้ได้คุณสมบัติป้องกันการลื่นไถลที่ดี MC ต้องมีคุณสมบัติในการทำให้ข้นที่ดี เพื่อให้ปูนมีความต้านทานการไหลในแนวดิ่งที่แข็งแรง และคุณสมบัติในการทำให้ข้นนั้นมีข้อกำหนดบางประการเกี่ยวกับความหนืด ระดับการเกิดอีเทอร์ และขนาดอนุภาค

4.4 ปูนปรับระดับพื้นดิน

ปูนปรับระดับเองมีข้อกำหนดที่สูงกว่าในด้านประสิทธิภาพการปรับระดับของปูน ดังนั้นจึงเหมาะที่จะเลือกใช้ผลิตภัณฑ์เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดต่ำ เนื่องจากปูนปรับระดับเองต้องการให้ปูนที่ผสมอย่างสม่ำเสมอสามารถปรับระดับบนพื้นได้เองโดยอัตโนมัติ จึงจำเป็นต้องมีคุณสมบัติในการไหลและความสามารถในการสูบฉีด ดังนั้นอัตราส่วนของน้ำต่อวัสดุจึงมีมาก เพื่อป้องกันการแยกตัวของน้ำ จำเป็นต้องมีค่า MC เพื่อควบคุมการกักเก็บน้ำของพื้นผิวและให้ความหนืดเพื่อป้องกันการตกตะกอน

4.5 ปูนก่ออิฐ

เนื่องจากปูนก่อสัมผัสโดยตรงกับพื้นผิวของอิฐ จึงมักเป็นการก่อสร้างแบบชั้นหนา ปูนก่อจึงต้องมีคุณสมบัติในการใช้งานและการกักเก็บน้ำสูง อีกทั้งยังต้องช่วยเพิ่มแรงยึดเกาะกับอิฐ ปรับปรุงการใช้งาน และเพิ่มประสิทธิภาพ ดังนั้น สารเพิ่มความหนืด (MC) ที่เลือกใช้ควรช่วยให้ปูนก่อมีคุณสมบัติดังกล่าวดีขึ้น และความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ไม่ควรสูงเกินไป

4.6 สารละลายฉนวน

เนื่องจากการใช้ปูนฉาบฉนวนกันความร้อนส่วนใหญ่ทำด้วยมือ จึงจำเป็นต้องเลือกปูนฉาบที่มีคุณสมบัติในการใช้งานที่ดี มีความยืดหยุ่นสูง และกักเก็บน้ำได้ดีเยี่ยม นอกจากนี้ ปูนฉาบควรมีคุณสมบัติความหนืดสูงและสามารถดักจับฟองอากาศได้ดีด้วย

5. บทสรุป

หน้าที่ของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์ ได้แก่ การกักเก็บน้ำ การเพิ่มความหนืด การดักจับอากาศ การชะลอการแข็งตัว และการเพิ่มความแข็งแรงของแรงยึดเกาะ เป็นต้น