วัสดุเล็กให้ผลใหญ่! ความสำคัญของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์

ในปูนผสมเสร็จ การเติมเซลลูโลสอีเทอร์เพียงเล็กน้อยสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของปูนเปียกได้อย่างมาก จะเห็นได้ว่าเซลลูโลสอีเทอร์เป็นสารเติมแต่งหลักที่มีผลต่อประสิทธิภาพในการก่อสร้างของปูน การเลือกเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหลากหลาย ความหนืด ขนาดอนุภาค ระดับความหนืด และปริมาณที่เติมลงไป ก็มีผลต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพของปูนแห้งที่แตกต่างกันเช่นกัน ปัจจุบันปูนก่ออิฐและปูนฉาบหลายชนิดมีคุณสมบัติในการกักเก็บน้ำต่ำ สารละลายน้ำจะแยกตัวหลังจากทิ้งไว้สักครู่ ดังนั้น การเติมเซลลูโลสอีเทอร์ลงในปูนซีเมนต์จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง มาดูหน้าที่ของเซลลูโลสอีเทอร์ในปูนซีเมนต์กันอย่างละเอียด!

1.การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเธอร์ 

การกักเก็บน้ำเป็นคุณสมบัติสำคัญของเซลลูโลสอีเทอร์ และเป็นคุณสมบัติที่ผู้ผลิตปูนแห้งในประเทศหลายราย โดยเฉพาะในภาคใต้ที่มีอุณหภูมิสูง ให้ความสำคัญ ในการผลิตวัสดุก่อสร้าง โดยเฉพาะปูนแห้ง เซลลูโลสอีเทอร์มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตปูนชนิดพิเศษ (ปูนดัดแปลง) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ขาดไม่ได้

ความหนืด ปริมาณการใช้ อุณหภูมิแวดล้อม และโครงสร้างโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำ ภายใต้สภาวะเดียวกัน ยิ่งเซลลูโลสอีเทอร์มีความหนืดมากเท่าใด ประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ยิ่งปริมาณการใช้สูงเท่าใด ประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไป การใช้เซลลูโลสอีเทอร์ในปริมาณเล็กน้อยสามารถปรับปรุงอัตราการกักเก็บน้ำของปูนได้อย่างมาก เมื่อปริมาณการใช้ถึงระดับหนึ่ง แนวโน้มของอัตราการกักเก็บน้ำที่เพิ่มขึ้นจะช้าลง โดยทั่วไปแล้ว อัตราการกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้น แต่เซลลูโลสอีเทอร์ที่ผ่านการดัดแปลงบางชนิดก็สามารถกักเก็บน้ำได้ดีภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงเช่นกัน เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีระดับการแทนที่ต่ำกว่าจะมีประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำที่ดีกว่า

กลุ่มไฮดรอกซิลบนโมเลกุลเซลลูโลสอีเธอร์และอะตอมออกซิเจนบนพันธะอีเธอร์จะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำ ทำให้น้ำอิสระกลายเป็นน้ำที่ผูกมัด ดังนั้นจึงมีบทบาทที่ดีในการกักเก็บน้ำ การแพร่ซึ่งกันและกันระหว่างโมเลกุลของน้ำและสายโมเลกุลเซลลูโลสอีเธอร์ทำให้โมเลกุลของน้ำสามารถเข้าไปในสายโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเธอร์และอยู่ภายใต้ข้อจำกัดที่เข้มงวด จึงสร้างน้ำอิสระและน้ำที่พันกัน จึงทำให้การกักเก็บน้ำของสารละลายซีเมนต์ดีขึ้น เซลลูโลสอีเธอร์ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางรีโอโลยี โครงสร้างเครือข่ายที่มีรูพรุน และความดันออสโมซิสของสารละลายซีเมนต์สด หรือคุณสมบัติในการสร้างฟิล์มของเซลลูโลสอีเธอร์ขัดขวางการแพร่ของน้ำ

2.เซลลูโลสอีเทอร์ทำให้หนาขึ้นและทิกโซทรอปี

เซลลูโลสอีเทอร์ทำให้ปูนเปียกมีความหนืดดีเยี่ยม ซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะระหว่างปูนเปียกกับชั้นฐานได้อย่างมีนัยสำคัญ และเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันการหย่อนตัวของปูน เซลลูโลสอีเทอร์ถูกใช้อย่างแพร่หลายในปูนฉาบ ปูนยึดติดกระเบื้อง และระบบฉนวนผนังภายนอก เซลลูโลสอีเทอร์มีคุณสมบัติเพิ่มความหนืด ช่วยเพิ่มความต้านทานการกระจายตัวและความเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุใหม่ ป้องกันการแยกตัวของวัสดุ การแยกชั้น และการซึมของวัสดุ และสามารถใช้ในคอนกรีตไฟเบอร์ คอนกรีตใต้น้ำ และคอนกรีตอัดแน่นด้วยตัวเอง

ผลของการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ต่อวัสดุซีเมนต์เกิดจากความหนืดของสารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ ภายใต้สภาวะเดียวกัน ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเท่าใด ความหนืดของวัสดุซีเมนต์ที่ผ่านการปรับแต่งก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม หากความหนืดสูงเกินไป จะส่งผลต่อความลื่นไหลและความสามารถในการทำงานของวัสดุ (เช่น การยึดติดกับมีดฉาบปูน) ปูนปรับระดับและคอนกรีตอัดแน่นที่ต้องการความลื่นไหลสูง จำเป็นต้องใช้เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดต่ำ นอกจากนี้ ผลของการเพิ่มความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ยังเพิ่มความต้องการน้ำของวัสดุซีเมนต์และเพิ่มผลผลิตของปูนอีกด้วย

สารละลายเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดสูงมีสมบัติการไหลแบบไธโซทรอปิกสูง ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของเซลลูโลสอีเทอร์เช่นกัน โดยทั่วไปสารละลายเมทิลเซลลูโลสในน้ำจะมีคุณสมบัติการไหลแบบเทียมพลาสติก (pseudoplastic) ที่ไม่ใช่แบบไธโซทรอปิก (thixotropic) ที่อุณหภูมิต่ำกว่าเจล แต่แสดงคุณสมบัติการไหลแบบนิวตันที่อัตราเฉือนต่ำ สภาวะเทียมพลาสติกจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลหรือความเข้มข้นของเซลลูโลสอีเทอร์ที่เพิ่มขึ้น โดยไม่คำนึงถึงชนิดและระดับการแทนที่ของหมู่แทนที่ ดังนั้น เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืดระดับเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็น MC, HPMC หรือ HEMC จะแสดงคุณสมบัติการไหลแบบเดียวกันเสมอ ตราบใดที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิคงที่ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะเกิดเจลโครงสร้างและเกิดการไหลแบบไธโซทรอปิกสูง

เซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความเข้มข้นสูงและความหนืดต่ำจะแสดงคุณสมบัติการยึดเกาะแบบไธโซทรอปิกแม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าเจล คุณสมบัตินี้มีประโยชน์อย่างมากในการปรับคุณสมบัติการปรับระดับและการหย่อนตัวของปูนก่อระหว่างการก่อสร้าง ข้อสังเกตคือ ยิ่งเซลลูโลสอีเทอร์มีความหนืดสูงเท่าใด ความสามารถในการกักเก็บน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่ยิ่งมีความหนืดสูงเท่าใด น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของเซลลูโลสอีเทอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และความสามารถในการละลายก็จะลดลงตามไปด้วย ซึ่งส่งผลเสียต่อความเข้มข้นของปูนก่อและประสิทธิภาพในการก่อสร้าง

3.ผลการกักเก็บเซลลูโลสอีเธอร์และอากาศ

เซลลูโลสอีเทอร์มีฤทธิ์กักเก็บอากาศอย่างมีนัยสำคัญต่อวัสดุซีเมนต์สด เซลลูโลสอีเทอร์มีทั้งหมู่ชอบน้ำ (หมู่ไฮดรอกซิล หมู่อีเทอร์) และหมู่ไม่ชอบน้ำ (หมู่เมทิล วงแหวนกลูโคส) เป็นสารลดแรงตึงผิวที่มีฤทธิ์บนพื้นผิว จึงมีฤทธิ์กักเก็บอากาศ ฤทธิ์กักเก็บอากาศของเซลลูโลสอีเทอร์จะก่อให้เกิดปรากฏการณ์ “ลูกบอล” ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุที่ผสมใหม่ เช่น เพิ่มความยืดหยุ่นและความเรียบของปูนในระหว่างการทำงาน ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปูปูน นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มผลผลิตของปูนและลดต้นทุนการผลิตปูน แต่จะเพิ่มความพรุนของวัสดุที่แข็งตัวและลดคุณสมบัติเชิงกล เช่น ความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่น

ในฐานะสารลดแรงตึงผิว เซลลูโลสอีเทอร์ยังมีฤทธิ์ทำให้เปียกหรือหล่อลื่นอนุภาคซีเมนต์ ซึ่งเมื่อรวมกับฤทธิ์กักเก็บอากาศแล้ว จะช่วยเพิ่มความลื่นไหลของวัสดุซีเมนต์ แต่ฤทธิ์ทำให้ข้นขึ้นจะลดความลื่นไหลลง ผลของเซลลูโลสอีเทอร์ต่อความลื่นไหลของวัสดุซีเมนต์เป็นผลรวมของฤทธิ์ทำให้พลาสติกและฤทธิ์ทำให้ข้นขึ้น โดยทั่วไป เมื่อปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่ำมาก มักจะแสดงฤทธิ์ทำให้พลาสติกหรือฤทธิ์ลดน้ำ แต่เมื่อปริมาณสูง ฤทธิ์ทำให้หนาขึ้นของเซลลูโลสอีเทอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และฤทธิ์กักเก็บอากาศมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว จึงแสดงฤทธิ์ทำให้ข้นขึ้นหรือความต้องการน้ำเพิ่มขึ้น

4.ผลการชะลอเซลลูโลสอีเทอร์

เซลลูโลสอีเธอร์จะช่วยยืดเวลาการแข็งตัวของซีเมนต์เพสต์หรือปูนก่อ และทำให้กระบวนการไฮเดรชั่นของซีเมนต์ช้าลง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเพิ่มเวลาในการดำเนินงานของวัสดุผสมใหม่ และปรับปรุงการสูญเสียความสม่ำเสมอของปูนก่อและการทรุดตัวของคอนกรีตที่ขึ้นอยู่กับเวลา แต่ก็อาจทำให้ความคืบหน้าของการก่อสร้างล่าช้าได้เช่นกัน