レディーミクストモルタルでは、セルロースエーテルの添加量は非常に少ないですが、湿潤モルタルの性能を大幅に向上させることができ、モルタルの施工性能に影響を与える主要な添加剤です。異なる品種、異なる粘度、異なる粒子サイズ、異なる粘度および添加量のセルロースエーテルを適切に選択することは、ドライパウダーモルタルの性能向上にプラスの影響を与えます。現在、多くの石工および左官モルタルは保水性が悪く、数分間放置すると水スラリーが分離します。保水性はメチルセルロースエーテルの重要な性能であり、国内の多くのドライミックスモルタルメーカー、特に高温の南部地域のメーカーが注目する性能でもあります。ドライミックスモルタルの保水効果に影響を与える要因には、MCの添加量、MCの粘度、粒子の細かさ、および使用環境の温度が含まれます。
1. コンセプト
セルロースエーテルセルロースエーテルは、天然セルロースを化学修飾して得られる合成ポリマーです。セルロースエーテルは天然セルロースの誘導体です。セルロースエーテルの製造は合成ポリマーとは異なります。その最も基本的な材料は、天然高分子化合物であるセルロースです。天然セルロースの構造の特殊性により、セルロース自体はエーテル化剤と反応する能力がありません。しかし、膨潤剤処理後、分子鎖と鎖間の強い水素結合が破壊され、ヒドロキシル基が活性放出され、反応性の高いアルカリセルロースになります。セルロースエーテルが得られます。
セルロースエーテルの特性は、置換基の種類、数、分布によって異なります。また、置換基の種類、エーテル化度、溶解度、および関連する応用特性によっても分類されます。分子鎖上の置換基の種類に応じて、モノエーテルと混合エーテルに分けられます。私たちが通常使用するMCはモノエーテルで、HPMCは混合エーテルです。メチルセルロースエーテルMCは、天然セルロースのグルコース単位の水酸基をメトキシに置換した後の製品です。これは、単位の水酸基の一部をメトキシ基に、別の一部をヒドロキシプロピル基に置換することによって得られる製品です。構造式は[C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]xヒドロキシエチルメチルセルロースエーテルHEMCで、これらは市場で広く使用され、販売されている主な品種です。
溶解性の観点から、イオン性と非イオン性に分けられます。水溶性の非イオン性セルロースエーテルは、主にアルキルエーテルとヒドロキシアルキルエーテルの2系列で構成されています。イオン性CMCは主に合成洗剤、繊維の捺染・染色、食品、石油探査に用いられています。非イオン性のMC、HPMC、HEMCなどは、主に建築材料、ラテックスコーティング、医薬品、日用化学品などに用いられ、増粘剤、保水剤、安定剤、分散剤、造膜剤として使用されています。
2. セルロースエーテルの保水性
セルロースエーテルの保水性：建築材料、特に乾燥粉末モルタルの製造において、セルロースエーテルはかけがえのない役割を果たしており、特に特殊モルタル（改質モルタル）の製造においては欠かせない重要な成分です。
水溶性セルロースエーテルがモルタルに果たす重要な役割は、主に3つあります。1つは優れた保水力、2つ目はモルタルの稠度とチキソトロピーへの影響、そして3つ目はセメントとの相互作用です。セルロースエーテルの保水効果は、基層の吸水率、モルタルの組成、モルタル層の厚さ、モルタルの水分要求量、および硬化材の凝結時間に依存します。セルロースエーテル自体の保水性は、セルロースエーテル自体の溶解性と脱水性に由来します。ご存知のように、セルロース分子鎖には水和性の高いOH基が多数含まれていますが、セルロース構造の結晶度が高いため、水に溶けません。
ヒドロキシル基の水和能力だけでは、分子間の強い水素結合とファンデルワールス力をカバーするのに十分ではありません。そのため、水に膨潤するだけで溶解しません。分子鎖に置換基が導入されると、置換基が水素鎖を破壊するだけでなく、隣接する鎖の間に置換基がくさびで固定されるため、鎖間水素結合も破壊されます。置換基が大きいほど、分子間の距離が大きくなります。距離が大きいほど、水素結合を破壊する効果が大きく、セルロースエーテルはセルロース格子が膨張して溶液が浸入した後、水溶性になり、高粘度の溶液を形成します。温度が上昇すると、ポリマーの水和が弱まり、鎖間の水が追い出されます。脱水効果が十分になると、分子が凝集し始め、3次元ネットワーク構造のゲルを形成して折り畳まれます。
モルタルの保水性に影響を与える要因としては、セルロースエーテルの粘度、添加量、粒子の細かさ、使用温度などが挙げられます。
セルロースエーテルの粘度が高いほど、保水性は向上します。粘度はMCの性能を測る重要なパラメータです。現在、MCメーカーはそれぞれ異なる方法と機器を用いてMCの粘度を測定しています。主な測定法としては、Haake Rotovisko法、Hoppler法、Ubbelohde法、Brookfield法などが挙げられます。同一製品であっても、異なる方法で測定した粘度結果には大きな差があり、中には2倍の差が出るものもあります。したがって、粘度を比較する場合は、温度、ローターなど、同じ試験方法を用いて比較する必要があります。
一般的に、粘度が高いほど保水効果は高くなります。しかし、粘度が高く、MCの分子量が高いほど、それに応じて溶解性が低下し、モルタルの強度と施工性能に悪影響を及ぼします。粘度が高いほど、モルタルの増粘効果は顕著になりますが、正比例するわけではありません。粘度が高いほど、湿ったモルタルの粘性は高くなります。つまり、施工中にスクレーパーに付着し、基材に高い接着性を示すようになります。しかし、湿ったモルタル自体の構造強度を高めるのに役立ちません。施工中は、たわみ防止性能は明らかではありません。それどころか、中粘度と低粘度の改質メチルセルロースエーテルの中には、湿ったモルタルの構造強度を向上させる優れた性能を持つものもあります。
モルタルに添加するセルロースエーテルの量が多いほど保水性能は向上し、粘度が高いほど保水性能は向上します。
粒子径は細かいほど保水性が優れています。セルロースエーテルの大きな粒子は水と接触すると、表面がすぐに溶解し、ゲル状になって物質を包み込み、水分子の浸透を防ぎます。長時間撹拌しても均一に分散・溶解せず、白濁した綿状溶液や凝集体を形成することがあります。これはセルロースエーテルの保水性に大きな影響を与え、溶解性はセルロースエーテルを選ぶ際の重要な要素の一つです。
粉末度もメチルセルロースエーテルの重要な性能指標です。乾式粉末モルタルに使用されるMCは、水分含有量の少ない粉末である必要があり、粉末度も粒子サイズの20％〜60％が63um未満である必要があります。粉末度はメチルセルロースエーテルの溶解性に影響します。粗いMCは通常粒状で、凝集することなく水に溶解しやすいですが、溶解速度が非常に遅いため、乾式粉末モルタルでの使用には適していません。乾式粉末モルタルでは、MCは骨材、微細フィラー、セメントなどのセメント材料の間に分散しています。十分に細かい粉末だけが、水と混合するときにメチルセルロースエーテルの凝集を回避できます。凝集物を溶解するためにMCを水に追加すると、分散して溶解することが非常に困難です。
粗いMCは無駄が多いだけでなく、モルタルの局所的な強度を低下させます。このような乾燥粉末モルタルを広い面積に塗布すると、局所的な乾燥粉末モルタルの硬化速度が著しく低下し、硬化時間の差によりひび割れが発生します。機械構造の吹付モルタルの場合、混合時間が短いため、細粒度に対する要求は高くなります。
MCの細かさも保水性に影響を与えます。一般的に、粘度が同じで細かさの異なるメチルセルロースエーテルの場合、添加量が同じであれば、細かさが増すほど保水性が向上します。
MCの保水性は使用温度にも関連しており、メチルセルロースエーテルの保水性は温度上昇とともに低下します。しかし、実際の材料用途では、乾燥粉末モルタルは多くの環境、例えば夏季の直射日光下における外壁パテ塗りなど、高温（40度以上）の被塗物に塗布されることが多く、セメントの硬化と乾燥粉末モルタルの硬化が促進されることがよくあります。保水性の低下は、作業性とひび割れ耐性の両方に影響を与えることが明らかであり、このような条件下では温度要因の影響を低減することが特に重要です。
メチルヒドロキシエチルセルロースエーテル（MC）系添加剤は現在、技術開発の最先端にあると考えられていますが、その温度依存性は依然として乾燥粉末モルタルの性能低下につながります。MCの配合量を増やしても（夏季配合）、作業性と耐ひび割れ性は依然として使用ニーズを満たしていません。MCにエーテル化度を高めるなどの特別な処理を施すことで、より高温下でも保水効果を維持でき、過酷な条件下でも優れた性能を発揮できます。
3. セルロースエーテルの増粘性とチキソトロピー
セルロースエーテルの増粘性とチキソトロピー性：セルロースエーテルの2番目の機能である増粘効果は、セルロースエーテルの重合度、溶液濃度、剪断速度、温度などの条件に依存します。溶液のゲル化特性は、アルキルセルロースとその変性誘導体に特有のものです。ゲル化特性は、置換度、溶液濃度、添加剤と関連しています。ヒドロキシアルキル変性誘導体の場合、ゲル特性はヒドロキシアルキルの変性度にも関連しています。低粘度のMCとHPMCには10％〜15％溶液、中粘度のMCとHPMCには5％〜10％溶液、高粘度のMCとHPMCには2％〜3％溶液のみを調製できます。通常、セルロースエーテルの粘度分類も1％〜2％溶液で段階分けされています。
高分子量セルロースエーテルは増粘効率が高い。分子量の異なるポリマーは、同じ濃度の溶液中で粘度が異なります。高度に。目標粘度は、低分子量セルロースエーテルを大量に添加することによってのみ達成できます。その粘度はせん断速度にほとんど依存せず、高粘度は目標粘度に達し、添加量が少なくて済み、粘度は増粘効率に依存します。したがって、一定の粘稠度を達成するには、一定量のセルロースエーテル（溶液の濃度）と溶液粘度を保証する必要があります。溶液のゲル化温度も溶液濃度の増加に伴って直線的に低下し、ある濃度に達すると室温でゲル化します。HPMCのゲル化濃度は室温で比較的高いです。
粘度は、粒子サイズの選択と、異なる改質度のセルロースエーテルの選択によっても調整できます。いわゆる改質とは、MC骨格構造にヒドロキシアルキル基を一定量置換させることです。2つの置換基の相対的な置換値、つまりよく言われるメトキシアルキル基とヒドロキシアルキル基のDSとmsの相対的な置換値を変えることで調整できます。2つの置換基の相対的な置換値を変えることで、セルロースエーテルの様々な性能要件を満たすことができます。
稠度と改質の関係：セルロースエーテルの添加はモルタルの水消費量に影響を与え、水とセメントの水結合剤比を変えることで増粘効果が得られ、添加量が多いほど水消費量が大きくなります。
粉末状建築材料に使用されるセルロースエーテルは、冷水に速やかに溶解し、系に適した粘度を与える必要があります。一定のせん断速度を与えても、凝集性やコロイド状の塊となり、規格外または品質の低い製品となります。
セメントペーストの稠度とセルロースエーテルの添加量との間にも良好な直線関係があります。セルロースエーテルはモルタルの粘度を大幅に高めることができます。添加量が多いほど、その効果は顕著になります。高粘度セルロースエーテル水溶液は高いチキソトロピー性を有しており、これもセルロースエーテルの主要な特性です。MCポリマーの水溶液は、通常、ゲル温度以下では擬塑性および非チキソトロピー性流動性を示しますが、低せん断速度ではニュートン流動特性を示します。擬塑性は、置換基の種類および置換度に関係なく、セルロースエーテルの分子量または濃度とともに増加します。したがって、MC、HPMC、HEMCに関係なく、同じ粘度グレードのセルロースエーテルは、濃度と温度が一定に保たれる限り、常に同じレオロジー特性を示します。
温度が上昇すると構造ゲルが形成され、非常にチキソトロピー性の高い流動が発生します。高濃度で低粘度のセルロースエーテルは、ゲル温度以下でもチキソトロピー性を示します。この特性は、建築用モルタルの施工におけるレベリングとたるみの調整に大きな利点があります。ここで説明する必要があるのは、セルロースエーテルの粘度が高いほど保水性は向上しますが、粘度が高いほどセルロースエーテルの相対分子量が高くなり、それに応じて溶解度が低下し、モルタルの濃度と施工性に悪影響を与えるということです。粘度が高いほど、モルタルの増粘効果は顕著になりますが、完全に比例するわけではありません。中粘度と低粘度のものもありますが、改質セルロースエーテルは湿ったモルタルの構造強度を向上させる性能が優れています。粘度の増加に伴い、セルロースエーテルの保水性が向上します。
4. セルロースエーテルの遅延
セルロースエーテルの遅延作用：セルロースエーテルの3つ目の作用は、セメントの水和反応を遅らせることです。セルロースエーテルはモルタルに様々な有益な特性を与えるだけでなく、セメントの初期水和熱を低下させ、セメントの水和動力学を遅延させます。これは寒冷地におけるモルタルの使用には不利です。この遅延効果は、セルロースエーテル分子がCSHやCa(OH)2などの水和生成物に吸着することによって引き起こされます。セルロースエーテルは細孔溶液の粘度を増加させ、溶液中のイオンの移動度を低下させ、水和反応を遅延させます。
ミネラルゲル材料中のセルロースエーテル濃度が高いほど、水和遅延効果が顕著になります。セルロースエーテルは凝結を遅らせるだけでなく、セメントモルタルシステムの硬化プロセスも遅らせます。セルロースエーテルの遅延効果は、ミネラルゲルシステム中の濃度だけでなく、化学構造にも依存します。HEMCのメチル化度が高いほど、セルロースエーテルの遅延効果は向上します。親水性置換と増水置換の比率が高いほど、遅延効果は強くなります。ただし、セルロースエーテルの粘度はセメントの水和速度にほとんど影響を与えません。
セルロースエーテル含有量の増加に伴い、モルタルの凝結時間が大幅に長くなります。モルタルの初期凝結時間とセルロースエーテル含有量の間には良好な非線形相関が見られ、終結時間とセルロースエーテル含有量の間には良好な線形相関が見られます。セルロースエーテルの含有量を調整することで、モルタルの作業時間を制御することができます。
まとめると、レディーミックスモルタルでは、セルロースエーテルセルロースエーテルは、保水性、増粘性、セメントの水和力を遅らせ、施工性を向上させる役割を果たします。優れた保水性はセメントの水和をより完全にし、湿潤モルタルの湿潤粘度を向上させ、モルタルの接着強度を高め、時間を調整することができます。機械吹付モルタルにセルロースエーテルを添加すると、モルタルの吹付性能や圧送性能、構造強度を向上させることができます。そのため、セルロースエーテルはレディーミクストモルタルの重要な添加剤として広く使用されています。
投稿日時: 2024年4月28日