1 はじめに
セルロースエーテル（MC）は建材業界で広く利用されており、使用量も膨大です。遅延剤、保水剤、増粘剤、接着剤として用いられます。一般的なドライミックスモルタル、外壁断熱モルタル、セルフレベリングモルタル、タイル接着剤、高性能建築パテ、ひび割れ防止内外壁パテ、防水ドライミックスモルタル、石膏プラスター、コーキング剤などの材料において、セルロースエーテルは重要な役割を果たしています。セルロースエーテルは、モルタルシステムの保水性、水分要求性、凝集性、遅延性、施工性に重要な影響を及ぼします。
セルロースエーテルには様々な種類と規格があります。建築材料分野で一般的に使用されているセルロースエーテルには、HEC、HPMC、CMC、PAC、MHECなどがあり、それぞれの特性に応じて様々なモルタルシステムに使用されます。セルロースエーテルの種類や含有量の違いがセメントモルタルシステムに及ぼす影響について研究が進められています。本稿では、この知見に基づき、様々なモルタル製品におけるセルロースエーテルの種類と規格の選定方法を説明します。
2 セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの機能特性
セルロースエーテルは、乾燥粉末モルタルの重要な混和剤として、モルタルにおいて様々な機能を発揮します。セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの最も重要な役割は、保水と増粘です。さらに、セメント系との相互作用により、空気連行、凝結遅延、引張付着強度の向上といった補助的な役割も果たします。
モルタルにおけるセルロースエーテルの最も重要な性能は保水性です。セルロースエーテルは、その保水性の高さから、ほぼすべてのモルタル製品において重要な混和剤として使用されています。一般的に、セルロースエーテルの保水性は、粘度、添加量、粒子径に関係しています。
セルロースエーテルは増粘剤として用いられ、その増粘効果はセルロースエーテルのエーテル化度、粒子径、粘度、改質度と関係があります。一般的に、セルロースエーテルのエーテル化度と粘度が高いほど、また粒子が小さいほど、増粘効果が顕著になります。これらのMCの特性を調整することで、モルタルは適切なたわみ防止性能と最適な粘度を実現できます。
セルロースエーテルにアルキル基を導入することで、セルロースエーテルを含む水溶液の表面エネルギーが低下し、セメントモルタルに対して空気連行効果を発揮します。モルタルに適切な気泡を導入することで、気泡の「ボール効果」によりモルタルの施工性が向上します。同時に、気泡の導入によりモルタルの生産性が向上します。もちろん、空気連行量には注意が必要です。空気連行量が多すぎると、有害な気泡が導入される可能性があり、モルタルの強度に悪影響を与えます。
2.1 セルロースエーテルはセメントの水和反応を遅らせ、セメントの凝結・硬化を遅らせ、モルタルのオープンタイムを延長させますが、寒冷地のモルタルには好ましくありません。セルロースエーテルを選択する際には、具体的な状況に応じて適切な製品を選択する必要があります。セルロースエーテルの遅延効果は、主にエーテル化度、改質度、粘度の増加に伴って増大します。
また、セルロースエーテルは長鎖ポリマー物質であるため、スラリーの水分含有量を十分に維持することを前提に、セメント系に添加することで基材との接着性能を向上させることができる。
2.2 モルタルにおけるセルロースエーテルの主な特性としては、保水性、増粘性、硬化時間の延長、空気連行、引張接着強度の向上などがあります。 上記の特性に対応して、MC自体の特性、つまり粘度、安定性、有効成分の含有量（添加量）、エーテル化置換度とその均一性、改質度、有害物質の含有量などに反映されます。 したがって、MCを選択する際には、特定のモルタル製品の特定の性能要件に応じて、適切な性能を提供できる独自の特性を持つセルロースエーテルを選択する必要があります。
セルロースエーテルの3つの特性
一般的に、セルロースエーテルメーカーが提供する製品説明書には、外観、粘度、基置換度、細かさ、有効成分含有量（純度）、水分含有量、推奨用途、投与量などの指標が含まれます。これらの性能指標はセルロースエーテルの役割の一部を反映できますが、セルロースエーテルを比較して選択する際には、その化学組成、変性度、エーテル化度、NaCl含有量、DS値などの他の側面も検討する必要があります。
3.1 セルロースエーテルの粘度
セルロースエーテルの粘度は、保水性、増粘性、遅延性など、様々な特性に影響を与えるため、セルロースエーテルの選定・評価において重要な指標となります。
セルロースエーテルの粘度について議論する前に、セルロースエーテルの粘度試験には、ブルックフィールド法、ハッケ法、ヘプラー法、回転粘度計の4つの一般的な方法があることに留意する必要があります。4つの方法は、使用する装置、溶液濃度、試験環境が異なるため、同じMC溶液を4つの方法で試験した結果も大きく異なります。同じ溶液、同じ方法、異なる環境条件下で試験した場合でも、粘度は大きく異なります。
結果も様々です。そのため、セルロースエーテルの粘度を説明する際には、試験方法、溶液濃度、ローター、回転速度、試験温度・湿度などの環境条件を示す必要があります。この粘度値は貴重であり、「特定のセルロースエーテルの粘度はいくらか」と単純に述べるだけでは意味がありません。
3.2 セルロースエーテルの製品安定性
セルロースエーテルは、セルロース系カビの侵食を受けやすいことが知られています。カビがセルロースエーテルを侵食する際、まずセルロースエーテル中のエーテル化されていないグルコース単位を攻撃します。セルロースエーテルは直鎖化合物であるため、グルコース単位が破壊されると分子鎖全体が切断され、製品の粘度が急激に低下します。グルコース単位がエーテル化されると、カビは分子鎖を容易に侵食できなくなります。したがって、セルロースエーテルのエーテル化置換度（DS値）が高いほど、安定性が高くなります。
3.3 セルロースエーテルの有効成分含有量
セルロースエーテル中の有効成分含有量が高いほど、製品のコストパフォーマンスは向上し、同じ用量でより良い効果が得られます。セルロースエーテルの有効成分はセルロースエーテル分子であり、これは有機物です。したがって、セルロースエーテルの有効成分含有量を調べる場合、焼成後の灰分値によって間接的に反映されます。
3.4 セルロースエーテル中のNaCl含有量
NaClはセルロースエーテルの製造において避けられない副産物であり、通常は複数回の洗浄で除去する必要があります。洗浄回数が増えるほど、残留NaClは減少します。NaClは鉄筋や金網の腐食を引き起こすことがよく知られています。そのため、NaClを何度も洗浄する下水処理はコストを増加させる可能性がありますが、MC製品を選択する際には、できるだけNaCl含有量の低い製品を選ぶように努めるべきです。
さまざまなモルタル製品に適したセルロースエーテルの4つの選択原則
モルタル製品用のセルロースエーテルを選択する際には、まず製品マニュアルの記載に従って、その独自の性能指標（粘度、エーテル化置換度、有効物質含有量、NaCl含有量など）を選択します。機能特性と選択原則
4.1 薄い石膏システム
薄塗りシステムの左官モルタルを例に挙げると、左官モルタルは外部環境と直接接触するため、表面の水分が急速に失われ、より高い保水率が求められます。特に夏場の施工では、高温下でもモルタルがより優れた水分保持力を持つことが求められます。保水率の高いMCを選択する必要があり、粘度、粒径、添加量の3つの側面から総合的に判断します。一般的に、同じ条件下では粘度の高いMCを選択し、作業性の要件を考慮すると、粘度が高すぎてはなりません。したがって、選択したMCは保水率が高く、粘度が低い必要があります。MC製品の中で、薄塗りの接着左官システムにはMH60001P6などが推奨されます。
4.2 セメント系左官モルタル
左官モルタルは、モルタルの均一性が良好で、左官工事において均一に塗布しやすいことが求められます。同時に、優れたタレ止め性能、高いポンプ圧送性、流動性、作業性も求められます。そのため、セメントモルタルにおいては、粘度が低く、分散が速く、稠度発現しやすい（粒子が小さい）MCが選定されます。
タイル接着剤の施工において、安全性と高効率を確保するために、モルタルのオープンタイムが長く、滑り止め性能が優れていることが特に求められ、同時に基材とタイルとの良好な接着も求められます。そのため、タイル接着剤はMCに対して比較的高い要求を持っています。しかし、タイル接着剤におけるMCの含有量は一般的に比較的高いです。MCを選択する場合、より長いオープンタイムの要件を満たすために、MC自体の保水率が高くなければならず、保水率は適切な粘度、添加量、粒径を必要とします。優れた滑り止め性能を満たすために、MCの増粘効果は良好であるため、モルタルは強い垂直流動抵抗を有し、増粘性能には粘度、エーテル化度、粒径に関する一定の要件があります。
4.4 セルフレベリングモルタル
セルフレベリングモルタルは、モルタルのレベリング性能に対する要求が高いため、低粘度のセルロースエーテル製品を選択するのが適切です。セルフレベリングは、均一に撹拌されたモルタルが地面に自動的にレベリングする必要があるため、流動性とポンプ圧送性が求められるため、材料に対する水の比率が大きくなります。ブリーディングを防止するために、MCは表面の保水性を制御し、沈降を防ぐための粘度を付与する必要があります。
4.5 石工用モルタル
石材モルタルは石材表面に直接接触するため、一般的には厚層構造となります。モルタルには高い作業性と保水性が求められ、石材との接着力を確保し、作業性を向上させ、作業効率を高めることができます。したがって、選定するMCはモルタルの上記性能向上に寄与するものでなければならず、セルロースエーテルの粘度は高すぎないようにする必要があります。
4.6 断熱スラリー
断熱スラリーは主に手作業で塗布されるため、選定するMCはモルタルに良好な作業性、施工性、そして優れた保水性を与えることが求められます。また、MCは高粘度と高い空気連行性という特性も備えている必要があります。
5 結論
セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの機能としては、保水性、増粘性、空気連行、遅延性、引張接着強度の向上などがあります。
投稿日時: 2023年1月30日