คุณภาพของเซลลูโลสอีเทอร์เป็นตัวกำหนดคุณภาพของปูนก่อ

ในปูนผสมสำเร็จรูป ปริมาณการเติมของเซลลูโลสอีเทอร์แม้จะมีปริมาณน้อยมาก แต่ก็สามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนเปียกได้อย่างมาก และเป็นสารเติมแต่งหลักที่มีผลต่อประสิทธิภาพการก่อสร้างของปูน การเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์ชนิดต่างๆ ที่มีความหนืด ขนาดอนุภาค ระดับความหนืด และปริมาณที่เติมอย่างเหมาะสม จะส่งผลดีต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนผงแห้ง

ปัจจุบัน ปูนก่ออิฐและปูนฉาบหลายชนิดมีประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำต่ำ และน้ำที่ผสมจะแยกตัวหลังจากทิ้งไว้ไม่กี่นาที การกักเก็บน้ำเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ และเป็นคุณสมบัติที่ผู้ผลิตปูนผสมแห้งในประเทศหลายราย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคใต้ที่มีอุณหภูมิสูง ให้ความสำคัญ ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำของปูนผสมแห้ง ได้แก่ ปริมาณเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ที่เติม ความหนืดของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ ความละเอียดของอนุภาค และอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมที่ใช้งาน

1. แนวคิด

เซลลูโลสอีเทอร์เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่ทำจากเซลลูโลสธรรมชาติโดยผ่านการดัดแปลงทางเคมี เซลลูโลสอีเทอร์เป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลสธรรมชาติ กระบวนการผลิตเซลลูโลสอีเทอร์แตกต่างจากพอลิเมอร์สังเคราะห์ทั่วไป วัสดุพื้นฐานที่สุดคือเซลลูโลส ซึ่งเป็นสารประกอบพอลิเมอร์ธรรมชาติ เนื่องจากโครงสร้างเฉพาะของเซลลูโลสธรรมชาติ เซลลูโลสเองจึงไม่สามารถทำปฏิกิริยากับสารที่ทำให้เกิดอีเทอร์ได้ อย่างไรก็ตาม หลังจากได้รับการบำบัดด้วยสารที่ทำให้เกิดการพองตัว พันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงระหว่างโซ่โมเลกุลและโซ่จะถูกทำลาย และการปลดปล่อยหมู่ไฮดรอกซิลอย่างมีประสิทธิภาพทำให้เซลลูโลสกลายเป็นด่างที่สามารถทำปฏิกิริยาได้ จึงได้เซลลูโลสอีเทอร์

คุณสมบัติของเซลลูโลสอีเทอร์ขึ้นอยู่กับชนิด จำนวน และการกระจายตัวของหมู่แทนที่ การจำแนกประเภทของเซลลูโลสอีเทอร์ยังขึ้นอยู่กับชนิดของหมู่แทนที่ ระดับการเกิดอีเทอร์ ความสามารถในการละลาย และคุณสมบัติการใช้งานที่เกี่ยวข้อง ตามชนิดของหมู่แทนที่บนสายโมเลกุล สามารถแบ่งออกเป็นโมโนอีเทอร์และอีเทอร์ผสม โดยทั่วไปเราใช้ MC เป็นโมโนอีเทอร์ และ PMC เป็นอีเทอร์ผสม เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ MC เป็นผลิตภัณฑ์หลังจากที่หมู่ไฮดรอกซิลบนหน่วยกลูโคสของเซลลูโลสธรรมชาติถูกแทนที่ด้วยหมู่เมทอกซี เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแทนที่ส่วนหนึ่งของหมู่ไฮดรอกซิลบนหน่วยด้วยหมู่เมทอกซีและอีกส่วนหนึ่งด้วยหมู่ไฮดรอกซีโพรพิล สูตรโครงสร้างคือ [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x ไฮดรอกซีเอทิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ HEMC เป็นชนิดหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและจำหน่ายในตลาด

ในแง่ของความสามารถในการละลาย สามารถแบ่งออกเป็นแบบไอออนิกและแบบไม่ไอออนิก เซลลูโลสอีเทอร์แบบไม่ไอออนิกที่ละลายน้ำได้นั้นส่วนใหญ่ประกอบด้วยอัลคิลอีเทอร์และไฮดรอกซีอัลคิลอีเทอร์สองกลุ่มหลักๆ เซลลูโลสเมทิลเซลลูโลส (CMC) แบบไอออนิกส่วนใหญ่ใช้ในผงซักฟอกสังเคราะห์ การพิมพ์และย้อมสิ่งทอ อาหาร และการสำรวจน้ำมัน ส่วนเซลลูโลสเมทิลเซลลูโลส (MC) เซลลูโลสเมทิลเซลลูโลสแบบไม่มีไอออนิก (PMC, HEMC) เป็นต้น ส่วนใหญ่ใช้ในวัสดุก่อสร้าง สารเคลือบลาเท็กซ์ ยา สารเคมีในชีวิตประจำวัน เป็นต้น ใช้เป็นสารเพิ่มความหนืด สารกักเก็บน้ำ สารทำให้คงตัว สารกระจายตัว และสารสร้างฟิล์ม

2. การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์

การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์: ในการผลิตวัสดุก่อสร้าง โดยเฉพาะปูนผงแห้ง เซลลูโลสอีเทอร์มีบทบาทที่ขาดไม่ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตปูนชนิดพิเศษ (ปูนดัดแปลง) ถือเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้และสำคัญอย่างยิ่ง

บทบาทสำคัญของเซลลูโลสอีเทอร์ที่ละลายน้ำได้ในปูนก่อมีอยู่ 3 ด้านหลักๆ คือ ด้านแรกคือความสามารถในการกักเก็บน้ำที่ดีเยี่ยม ด้านที่สองคืออิทธิพลต่อความสม่ำเสมอและความหนืดของปูนก่อ และด้านที่สามคือปฏิกิริยากับซีเมนต์ ผลการกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์ขึ้นอยู่กับการดูดซับน้ำของชั้นฐาน องค์ประกอบของปูนก่อ ความหนาของชั้นปูนก่อ ความต้องการน้ำของปูนก่อ และระยะเวลาการแข็งตัวของวัสดุ การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์เองนั้นมาจากการละลายและการคายน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์เอง อย่างที่เราทราบกันดี แม้ว่าสายโซ่โมเลกุลของเซลลูโลสจะมีหมู่ OH ที่สามารถดูดซับน้ำได้จำนวนมาก แต่ก็ไม่ละลายในน้ำ เนื่องจากโครงสร้างของเซลลูโลสมีความเป็นผลึกสูง

ความสามารถในการดูดซับน้ำของหมู่ไฮดรอกซิลเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะชดเชยพันธะไฮโดรเจนและแรงแวนเดอร์วาลส์ที่แข็งแรงระหว่างโมเลกุล ดังนั้นจึงเกิดการบวมตัวแต่ไม่ละลายในน้ำ เมื่อมีการนำหมู่แทนที่เข้าไปในสายโซ่โมเลกุล หมู่แทนที่นั้นไม่เพียงแต่ทำลายพันธะไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ยังทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างสายโซ่ด้วยเนื่องจากการแทรกตัวของหมู่แทนที่ระหว่างสายโซ่ที่อยู่ติดกัน ยิ่งหมู่แทนที่มีขนาดใหญ่ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งระยะห่างมากขึ้น ผลกระทบของการทำลายพันธะไฮโดรเจนก็จะยิ่งมากขึ้น เซลลูโลสอีเทอร์ก็จะละลายน้ำได้หลังจากที่โครงสร้างเซลลูโลสขยายตัวและสารละลายเข้าไป ทำให้เกิดสารละลายที่มีความหนืดสูง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การดูดซับน้ำของพอลิเมอร์จะอ่อนลง และน้ำระหว่างสายโซ่จะถูกขับออกไป เมื่อผลของการขาดน้ำเพียงพอ โมเลกุลจะเริ่มรวมตัวกัน เกิดเป็นโครงสร้างเครือข่ายสามมิติแบบเจลและคลี่ออก ปัจจัยที่มีผลต่อการกักเก็บน้ำของปูนฉาบ ได้แก่ ความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ ปริมาณที่เติม ความละเอียดของอนุภาค และอุณหภูมิในการใช้งาน

ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าไร ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ความหนืดเป็นพารามิเตอร์สำคัญของประสิทธิภาพของ MC ในปัจจุบัน ผู้ผลิต MC แต่ละรายใช้วิธีการและเครื่องมือที่แตกต่างกันในการวัดความหนืดของ MC วิธีการหลัก ได้แก่ Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde และ Brookfield สำหรับผลิตภัณฑ์เดียวกัน ผลการวัดความหนืดด้วยวิธีการที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันมาก และบางครั้งอาจแตกต่างกันถึงสองเท่า ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบความหนืด ต้องทำการทดสอบด้วยวิธีเดียวกัน รวมถึงอุณหภูมิ โรเตอร์ ฯลฯ

โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งความหนืดสูงเท่าไร ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ยิ่งความหนืดสูงและน้ำหนักโมเลกุลของเมทิลเซลลูโลสสูงขึ้นเท่าไร ความสามารถในการละลายที่ลดลงก็จะส่งผลเสียต่อความแข็งแรงและประสิทธิภาพในการก่อสร้างของปูนฉาบ ความหนืดที่สูงขึ้นจะทำให้ปูนฉาบข้นขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แต่ก็ไม่ได้เป็นสัดส่วนโดยตรงเสมอไป ความหนืดที่สูงขึ้นจะทำให้ปูนฉาบเปียกมีความหนืดมากขึ้น ซึ่งในระหว่างการก่อสร้างจะทำให้ปูนติดกับเกรียงและยึดเกาะกับพื้นผิวได้ดี แต่จะไม่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างของปูนฉาบเปียกเอง และประสิทธิภาพในการป้องกันการไหลย้อยก็ไม่ชัดเจน ในทางตรงกันข้าม เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์บางชนิดที่มีความหนืดปานกลางและต่ำ แต่ได้รับการดัดแปลงแล้ว กลับมีประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมในการเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างของปูนฉาบเปียก

ยิ่งเติมเซลลูโลสอีเทอร์ลงในปูนมากเท่าไร ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และยิ่งความหนืดสูงเท่าไร ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

ในส่วนของขนาดอนุภาค ยิ่งอนุภาคละเอียดมากเท่าไหร่ การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น เมื่ออนุภาคขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเทอร์สัมผัสกับน้ำ พื้นผิวจะละลายทันทีและก่อตัวเป็นเจลห่อหุ้มวัสดุเพื่อป้องกันไม่ให้โมเลกุลของน้ำซึมเข้าไปอีก บางครั้งอาจไม่สามารถกระจายตัวและละลายได้อย่างสม่ำเสมอแม้จะคนเป็นเวลานาน ทำให้เกิดสารละลายขุ่นเป็นก้อนหรือจับตัวเป็นก้อน ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์ และความสามารถในการละลายเป็นหนึ่งในปัจจัยในการเลือกใช้เซลลูโลสอีเทอร์

ความละเอียดเป็นดัชนีประสิทธิภาพที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ที่ใช้สำหรับปูนผงแห้งจำเป็นต้องเป็นผง มีปริมาณน้ำต่ำ และความละเอียดก็ควรอยู่ที่ 20%~60% ของขนาดอนุภาค ต้องมีขนาดเล็กกว่า 63 ไมโครเมตร ความละเอียดส่งผลต่อความสามารถในการละลายของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีขนาดอนุภาคหยาบมักจะเป็นเม็ด และละลายในน้ำได้ง่ายโดยไม่จับตัวเป็นก้อน แต่ความเร็วในการละลายช้ามาก ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับใช้ในปูนผงแห้ง ในปูนผงแห้ง เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์จะกระจายตัวอยู่กับวัสดุประสาน เช่น หินกรวด สารเติมเต็มละเอียด และซีเมนต์ และมีเพียงผงที่มีความละเอียดเพียงพอเท่านั้นที่จะช่วยหลีกเลี่ยงการจับตัวเป็นก้อนของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์เมื่อผสมกับน้ำ เมื่อเติมเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ลงในน้ำเพื่อละลายก้อนที่จับตัวเป็นก้อน การกระจายตัวและการละลายจะทำได้ยากมาก

ความละเอียดของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (MC) ที่หยาบเกินไปไม่เพียงแต่สิ้นเปลือง แต่ยังลดความแข็งแรงเฉพาะจุดของปูนอีกด้วย เมื่อใช้ปูนผงแห้งดังกล่าวในพื้นที่ขนาดใหญ่ ความเร็วในการแข็งตัวของปูนผงแห้งเฉพาะจุดจะลดลงอย่างมาก และจะเกิดรอยแตกร้าวเนื่องจากเวลาในการแข็งตัวที่แตกต่างกัน สำหรับปูนพ่นที่ใช้ในการก่อสร้างเชิงกล ความต้องการความละเอียดจะสูงกว่าเนื่องจากเวลาในการผสมสั้นกว่า ความละเอียดของ MC ยังมีผลต่อการกักเก็บน้ำด้วย โดยทั่วไปแล้ว สำหรับเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดเท่ากันแต่มีความละเอียดต่างกัน ภายใต้ปริมาณการเติมที่เท่ากัน ยิ่งละเอียดมากเท่าไหร่ ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

การกักเก็บน้ำของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์นั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิที่ใช้ โดยการกักเก็บน้ำของเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง ปูนผงแห้งมักถูกนำไปใช้กับพื้นผิวที่ร้อนจัดที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 40 องศาเซลเซียส) ในหลายสภาพแวดล้อม เช่น การฉาบปูนผนังภายนอกกลางแดดในฤดูร้อน ซึ่งมักจะเร่งการแข็งตัวของซีเมนต์และการแข็งตัวของปูนผงแห้ง การลดลงของอัตราการกักเก็บน้ำทำให้รู้สึกได้อย่างชัดเจนว่าทั้งความสามารถในการทำงานและความต้านทานต่อการแตกร้าวได้รับผลกระทบ และการลดอิทธิพลของปัจจัยด้านอุณหภูมิในสภาวะเช่นนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

แม้ว่าเมทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสอีเทอร์แม้ว่าสารเติมแต่งในปัจจุบันจะถือเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำหน้า แต่การพึ่งพาอุณหภูมิของสารเติมแต่งยังคงส่งผลให้ประสิทธิภาพของปูนผงแห้งลดลง ถึงแม้จะเพิ่มปริมาณเมทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส (สูตรสำหรับฤดูร้อน) แล้วก็ตาม ความสามารถในการทำงานและความต้านทานการแตกร้าวก็ยังไม่สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานได้ การปรับปรุง MC ด้วยวิธีพิเศษบางอย่าง เช่น การเพิ่มระดับการเกิดอีเทอร์ เป็นต้น จะช่วยรักษาประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้สามารถใช้งานได้ดีขึ้นภายใต้สภาวะที่รุนแรง