การประยุกต์ใช้เซลลูโลสอีเธอร์ในวัสดุจากซีเมนต์

1 บทนำ
ประเทศจีนส่งเสริมการใช้ปูนผสมเสร็จมาเป็นเวลากว่า 20 ปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา หน่วยงานของรัฐบาลที่เกี่ยวข้องได้ให้ความสำคัญกับการพัฒนาปูนผสมเสร็จและออกนโยบายที่สนับสนุน ปัจจุบันมีจังหวัดและเทศบาลมากกว่า 10 แห่งในประเทศที่ใช้ปูนผสมเสร็จ มากกว่า 60% มีผู้ประกอบการปูนผสมเสร็จมากกว่า 800 รายที่สูงกว่าขนาดปกติ โดยมีกำลังการผลิตตามการออกแบบประจำปีอยู่ที่ 274 ล้านตัน ในปี 2021 การผลิตปูนผสมเสร็จทั่วไปประจำปีอยู่ที่ 62.02 ล้านตัน

ในระหว่างขั้นตอนการก่อสร้าง ปูนมักจะสูญเสียน้ำมากเกินไปและไม่มีเวลาและน้ำเพียงพอที่จะดูดซับความชื้น ส่งผลให้ปูนซีเมนต์มีความแข็งแรงไม่เพียงพอและแตกร้าวหลังจากแข็งตัว เซลลูโลสอีเธอร์เป็นส่วนผสมของพอลิเมอร์ทั่วไปในปูนแห้ง มีหน้าที่ในการกักเก็บน้ำ ทำให้ข้นขึ้น หน่วงเวลา และกักเก็บอากาศ และสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนได้อย่างมาก

เพื่อให้ปูนกาวมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดในการขนส่งและแก้ปัญหาการแตกร้าวและความแข็งแรงในการยึดเกาะต่ำ การเติมเซลลูโลสอีเธอร์ลงในปูนกาวจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง บทความนี้จะแนะนำคุณลักษณะของเซลลูโลสอีเธอร์และอิทธิพลที่มีต่อประสิทธิภาพของวัสดุที่ใช้ปูนซีเมนต์ โดยหวังว่าจะช่วยแก้ปัญหาทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับปูนกาวผสมเสร็จได้

2 บทนำเกี่ยวกับเซลลูโลสอีเธอร์
เซลลูโลสอีเธอร์ (Cellulose Ether) ผลิตจากเซลลูโลสโดยอาศัยปฏิกิริยาอีเธอร์ริฟิเคชันของตัวแทนอีเธอร์ริฟิเคชันหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น และการบดแบบแห้ง

2.1 การจำแนกประเภทของเซลลูโลสอีเทอร์
ตามโครงสร้างทางเคมีของสารแทนที่อีเธอร์ เซลลูโลสอีเธอร์สามารถแบ่งออกได้เป็นอีเธอร์ประจุลบ ประจุบวก และอีเธอร์ที่ไม่ใช่ประจุ เซลลูโลสอีเธอร์ไอออนิกประกอบด้วยคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลสอีเธอร์ (CMC) เป็นหลัก เซลลูโลสอีเธอร์ที่ไม่ใช่ประจุส่วนใหญ่ประกอบด้วยเมทิลเซลลูโลสอีเธอร์ (MC) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเธอร์ (HPMC) และไฮดรอกซีเอทิลไฟเบอร์อีเธอร์ (HC) เป็นต้น อีเธอร์ที่ไม่ใช่ประจุแบ่งออกเป็นอีเธอร์ที่ละลายน้ำได้และอีเธอร์ที่ละลายในน้ำมัน อีเธอร์ที่ไม่ใช่ประจุที่ละลายน้ำได้ส่วนใหญ่ใช้ในผลิตภัณฑ์ปูน ในที่ที่มีไอออนแคลเซียม อีเธอร์เซลลูโลสอีเธอร์ไอออนิกจะไม่เสถียร จึงไม่ค่อยใช้ในผลิตภัณฑ์ปูนผสมแห้งที่ใช้ซีเมนต์ ปูนขาว ฯลฯ เป็นวัสดุประสาน เซลลูโลสอีเธอร์ที่ไม่ใช่ประจุที่ละลายน้ำได้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้างเนื่องจากมีเสถียรภาพในการแขวนลอยและมีผลในการกักเก็บน้ำ
ตามตัวแทนอีเธอร์ริฟิเคชันที่แตกต่างกันที่เลือกในกระบวนการอีเธอร์ริฟิเคชัน ผลิตภัณฑ์เซลลูโลสอีเธอร์ได้แก่ เมทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีเอทิลเมทิลเซลลูโลส ไซยาโนเอทิลเซลลูโลส คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส เอทิลเซลลูโลส เบนซิลเซลลูโลส คาร์บอกซีเมทิลไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลส ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส เบนซิลไซยาโนเอทิลเซลลูโลส และฟีนิลเซลลูโลส

เซลลูโลสอีเธอร์ที่ใช้ในปูนมักได้แก่ เมทิลเซลลูโลสอีเธอร์ (MC) ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ไฮดรอกซีเอทิลเมทิลเซลลูโลสอีเธอร์ (HEMC) และไฮดรอกซีเอทิลเซลลูโลสอีเธอร์ (HEMC) โดย HPMC และ HEMC ถือเป็นสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

2.2 คุณสมบัติทางเคมีของเซลลูโลสอีเธอร์
เซลลูโลสอีเธอร์แต่ละชนิดมีโครงสร้างพื้นฐานของโครงสร้างเซลลูโลส-แอนไฮโดรกลูโคส ในกระบวนการผลิตเซลลูโลสอีเธอร์ เส้นใยเซลลูโลสจะถูกให้ความร้อนในสารละลายด่างก่อน จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการอีเธอร์ไรซิ่ง ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเส้นใยจะถูกทำให้บริสุทธิ์และบดให้ละเอียดเป็นผงละเอียดสม่ำเสมอ

ในการผลิต MC จะใช้เฉพาะเมทิลคลอไรด์เป็นสารอีเทอร์เท่านั้น นอกจากเมทิลคลอไรด์แล้ว โพรพิลีนออกไซด์ยังใช้เพื่อให้ได้สารทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลในการผลิต HPMC อีกด้วย อีเทอร์เซลลูโลสต่างๆ มีอัตราการแทนที่เมทิลและไฮดรอกซีโพรพิลต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อความเข้ากันได้ของสารอินทรีย์และอุณหภูมิเจลของสารละลายอีเทอร์เซลลูโลส

2.3 ลักษณะการละลายของเซลลูโลสอีเธอร์

ลักษณะการละลายของเซลลูโลสอีเธอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการทำงานของปูนซีเมนต์ เซลลูโลสอีเธอร์สามารถใช้เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะและการกักเก็บน้ำของปูนซีเมนต์ได้ แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่าเซลลูโลสอีเธอร์ละลายในน้ำได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่ ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการละลายของเซลลูโลสอีเธอร์ ได้แก่ เวลาในการละลาย ความเร็วในการกวน และความละเอียดของผง

2.4 บทบาทการจมในปูนซีเมนต์

เนื่องจากเป็นสารเติมแต่งที่สำคัญของสารละลายซีเมนต์ Destroy จึงมีผลในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้
(1) ปรับปรุงการทำงานของปูนและเพิ่มความหนืดของปูน
การใช้เครื่องพ่นเปลวไฟสามารถป้องกันไม่ให้ปูนแยกตัวและได้เนื้อพลาสติกที่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น บูธที่ผสม HEMC, HPMC เป็นต้น สะดวกสำหรับปูนฉาบและฉาบปูนชั้นบาง อัตราการเฉือน อุณหภูมิ ความเข้มข้นของการยุบตัว และความเข้มข้นของเกลือที่ละลายอยู่
(2) มีฤทธิ์ในการกักเก็บอากาศ
เนื่องจากมีสิ่งเจือปน การนำกลุ่มเข้าไปในอนุภาคจึงทำให้พลังงานพื้นผิวของอนุภาคลดลง และสามารถนำอนุภาคที่เสถียร สม่ำเสมอ และละเอียดเข้าไปในปูนที่ผสมกับพื้นผิวในการกวนได้ง่ายในกระบวนการนี้ “ประสิทธิภาพของลูกบอล” ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการก่อสร้างของปูน ลดความชื้นของปูน และลดการนำความร้อนของปูน การทดสอบแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณการผสมของ HEMC และ HPMC อยู่ที่ 0.5% ปริมาณก๊าซในปูนจะสูงที่สุด ประมาณ 55% เมื่อปริมาณการผสมมากกว่า 0.5% ปริมาณก๊าซในปูนจะค่อยๆ พัฒนาเป็นแนวโน้มปริมาณก๊าซเมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น
(3) คงไว้ไม่เปลี่ยนแปลง

ขี้ผึ้งสามารถละลาย หล่อลื่น และผสมในปูนฉาบได้ และช่วยให้ปูนฉาบและผงฉาบปูนบางๆ เรียบเนียนขึ้น ไม่จำเป็นต้องทำให้เปียกล่วงหน้า หลังจากก่อสร้างแล้ว วัสดุซีเมนต์ยังสามารถให้ความชื้นต่อเนื่องเป็นเวลานานตามแนวชายฝั่งเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างปูนฉาบและพื้นผิว

ผลกระทบของเซลลูโลสอีเธอร์ต่อวัสดุซีเมนต์สด ได้แก่ การทำให้ข้น การกักเก็บน้ำ การกักเก็บอากาศ และการหน่วงเวลา โดยการใช้เซลลูโลสอีเธอร์ในวัสดุซีเมนต์อย่างแพร่หลาย ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลลูโลสอีเธอร์และสารละลายซีเมนต์จึงค่อยๆ กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัย