Die in Trockenmörteln üblicherweise verwendeten Zusatzmittel, ihre Leistungseigenschaften, Wirkungsweise und ihr Einfluss auf die Eigenschaften von Trockenmörtelprodukten werden beschrieben. Die leistungssteigernde Wirkung von Wasserrückhaltemitteln wie Celluloseether und Stärkeether, redispergierbarem Latexpulver und Fasermaterialien auf die Eigenschaften von Trockenmörtel wird ausführlich erörtert.
Zusatzmittel spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Eigenschaften von Trockenmörtel. Allerdings verteuern sie die Produkte deutlich im Vergleich zu herkömmlichem Mörtel und machen über 40 % der Materialkosten aus. Derzeit wird ein Großteil der Zusatzmittel von ausländischen Herstellern bezogen, die auch die Dosierungsvorgaben übernehmen. Dadurch bleiben die Kosten für Trockenmörtel hoch, und die breite Anwendung von herkömmlichen Mauer- und Putzmörteln ist schwierig. Der Markt für hochwertige Produkte wird von ausländischen Unternehmen dominiert, was den Trockenmörtelherstellern geringe Gewinnmargen und eine niedrige Preistoleranz beschert. Zudem mangelt es an systematischer und zielgerichteter Forschung zur Anwendung von Zusatzmitteln, und ausländische Rezepturen werden unreflektiert übernommen.
Aus den oben genannten Gründen analysiert und vergleicht diese Arbeit einige grundlegende Eigenschaften gebräuchlicher Zusatzmittel und untersucht darauf aufbauend die Leistungsfähigkeit von Trockenmörtelprodukten unter Verwendung von Zusatzmitteln.
1. Wasserbindungsmittel
Wasserrückhaltemittel sind ein wichtiger Zusatzstoff zur Verbesserung der Wasserrückhalteleistung von Trockenmörtel und spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Kosten von Trockenmörtelmaterialien.
1. Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC)
Hydroxypropylmethylcellulose ist ein Sammelbegriff für eine Reihe von Produkten, die durch die Reaktion von Alkalicellulose mit Veretherungsmitteln unter bestimmten Bedingungen entstehen. Durch den Einsatz verschiedener Veretherungsmittel anstelle von Alkalicellulose lassen sich unterschiedliche Celluloseether gewinnen. Je nach Ionisierungseigenschaften der Substituenten werden Celluloseether in ionische (z. B. Carboxymethylcellulose) und nichtionische (z. B. Methylcellulose) Ether unterteilt. Nach Art der Substituenten unterscheidet man zwischen Monoethern (z. B. Methylcellulose) und gemischten Ethern (z. B. Hydroxypropylmethylcellulose). Hinsichtlich ihrer Löslichkeit werden sie in wasserlösliche (z. B. Hydroxyethylcellulose) und in organischen Lösungsmitteln lösliche (z. B. Ethylcellulose) Ether unterteilt. Trockenmörtel besteht hauptsächlich aus wasserlöslicher Cellulose, die wiederum in sofort lösliche und oberflächenbehandelte, verzögert lösliche Typen unterteilt wird.
Der Wirkungsmechanismus von Celluloseether im Mörtel ist wie folgt:
(1) Hydroxypropylmethylcellulose ist in kaltem Wasser leicht löslich, löst sich jedoch in heißem Wasser nur schwer. Ihre Gelierungstemperatur in heißem Wasser ist deutlich höher als die von Methylcellulose. Auch die Löslichkeit in kaltem Wasser ist im Vergleich zu Methylcellulose deutlich verbessert.
(2) Die Viskosität von Hydroxypropylmethylcellulose hängt von ihrem Molekulargewicht ab; je höher das Molekulargewicht, desto höher die Viskosität. Auch die Temperatur beeinflusst die Viskosität: Mit steigender Temperatur sinkt sie. Im Vergleich zu Methylcellulose ist die Viskosität jedoch weniger temperaturabhängig. Die Lösung ist bei Raumtemperatur stabil.
(3) Die Wasserretention von Hydroxypropylmethylcellulose hängt von der Zugabemenge, der Viskosität usw. ab; die Wasserretentionsrate bei gleicher Zugabemenge ist höher als die von Methylcellulose.
(4) Hydroxypropylmethylcellulose ist gegenüber Säuren und Laugen stabil, und ihre wässrige Lösung ist im pH-Bereich von 2 bis 12 sehr stabil. Natronlauge und Kalkwasser haben nur geringen Einfluss auf ihre Eigenschaften, Laugen hingegen beschleunigen die Auflösung und erhöhen die Viskosität. Hydroxypropylmethylcellulose ist gegenüber gängigen Salzen stabil, jedoch steigt die Viskosität der Hydroxypropylmethylcellulose-Lösung mit zunehmender Salzkonzentration.
(5) Hydroxypropylmethylcellulose kann mit wasserlöslichen Polymerverbindungen zu einer homogenen Lösung mit höherer Viskosität vermischt werden. Beispiele hierfür sind Polyvinylalkohol, Stärkeether, pflanzliche Gummiarten usw.
(6) Hydroxypropylmethylcellulose weist eine bessere Enzymresistenz auf als Methylcellulose, und ihre Lösung wird weniger wahrscheinlich durch Enzyme abgebaut als Methylcellulose.
(7) Die Haftung von Hydroxypropylmethylcellulose an Mörtelkonstruktionen ist höher als die von Methylcellulose.
2. Methylcellulose (MC)
Nach der Behandlung der raffinierten Baumwolle mit Alkali wird Celluloseether durch eine Reihe von Reaktionen mit Methanchlorid als Veretherungsmittel hergestellt. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 1,6 und 2,0, und die Löslichkeit variiert mit dem Substitutionsgrad. Es handelt sich um einen nichtionischen Celluloseether.
(1) Methylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, in heißem Wasser hingegen schwer. Ihre wässrige Lösung ist im pH-Bereich von 3 bis 12 sehr stabil. Sie ist gut mit Stärke, Guarkernmehl etc. und vielen Tensiden verträglich. Bei Erreichen der Gelierungstemperatur tritt Gelierung ein.
(2) Die Wasserretention von Methylcellulose hängt von der Zugabemenge, der Viskosität, der Partikelfeinheit und der Auflösungsgeschwindigkeit ab. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Zugabemenge, je geringer die Feinheit und je höher die Viskosität, desto höher die Wasserretentionsrate. Die Zugabemenge hat den größten Einfluss auf die Wasserretentionsrate, während die Viskosität nicht direkt proportional zu ihr ist. Die Auflösungsgeschwindigkeit hängt hauptsächlich vom Grad der Oberflächenmodifizierung der Cellulosepartikel und deren Feinheit ab. Unter den genannten Celluloseethern weisen Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose die höchsten Wasserretentionsraten auf.
(3) Temperaturschwankungen beeinflussen die Wasserretention von Methylcellulose erheblich. Generell gilt: Je höher die Temperatur, desto geringer die Wasserretention. Übersteigt die Mörteltemperatur 40 °C, sinkt die Wasserretention der Methylcellulose deutlich, was die Mörtelverarbeitung stark beeinträchtigt.
(4) Methylcellulose hat einen signifikanten Einfluss auf die Verarbeitung und Haftung von Mörtel. Die „Haftung“ bezieht sich hier auf die Haftkraft zwischen dem Werkzeug des Verarbeiters und dem Wanduntergrund, also die Scherfestigkeit des Mörtels. Eine hohe Haftkraft führt zu einer hohen Scherfestigkeit des Mörtels und damit zu einer hohen Belastung der Verarbeiter während der Verarbeitung, was die Verarbeitungsqualität des Mörtels beeinträchtigt. In Celluloseetherprodukten ist die Methylcellulose-Haftung mäßig.
3. Hydroxyethylcellulose (HEC)
Es wird aus veredelter, mit Alkali behandelter Baumwolle hergestellt und in Gegenwart von Aceton mit Ethylenoxid als Veretherungsmittel umgesetzt. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 1,5 und 2,0. Es ist stark hydrophil und nimmt leicht Feuchtigkeit auf.
(1) Hydroxyethylcellulose ist in kaltem Wasser löslich, jedoch schwer in heißem Wasser. Ihre Lösung ist bei hohen Temperaturen stabil und geliert nicht. Sie kann in Mörtel über längere Zeiträume bei hohen Temperaturen verwendet werden, weist aber eine geringere Wasserretention als Methylcellulose auf.
(2) Hydroxyethylcellulose ist gegenüber gängigen Säuren und Laugen stabil. Laugen können ihre Auflösung beschleunigen und ihre Viskosität geringfügig erhöhen. Ihre Dispergierbarkeit in Wasser ist etwas schlechter als die von Methylcellulose und Hydroxypropylmethylcellulose.
(3) Hydroxyethylcellulose besitzt eine gute Anti-Sag-Wirkung für Mörtel, hat aber eine längere Verzögerungszeit für Zement.
(4) Die Leistungsfähigkeit der von einigen inländischen Unternehmen hergestellten Hydroxyethylcellulose ist aufgrund ihres hohen Wasser- und Aschegehalts deutlich geringer als die der Methylcellulose.
Stärkeäther
Die in Mörteln verwendeten Stärkeether werden aus natürlichen Polymeren bestimmter Polysaccharide hergestellt, beispielsweise aus Kartoffeln, Mais, Maniok, Guarbohnen usw.
1. Modifizierte Stärke
Stärkeether, hergestellt aus Kartoffeln, Mais, Maniok usw., weist eine deutlich geringere Wasserretention als Celluloseether auf. Aufgrund des unterschiedlichen Modifizierungsgrades variiert die Säure- und Laugenbeständigkeit. Einige Produkte eignen sich für Gipsmörtel, andere für Zementmörtel. Stärkeether wird in Mörtel hauptsächlich als Verdickungsmittel eingesetzt, um die Standfestigkeit zu verbessern, die Haftung von Nassmörtel zu reduzieren und die Verarbeitungszeit zu verlängern.
Stärkeether werden häufig zusammen mit Cellulose verwendet, sodass sich die Eigenschaften und Vorteile beider Produkte ergänzen. Da Stärkeetherprodukte deutlich günstiger sind als Celluloseether, führt der Einsatz von Stärkeether in Mörtel zu einer erheblichen Kostenreduzierung bei Mörtelrezepturen.
2. Guarkernmehläther
Guarkernmehlether ist ein Stärkeether mit besonderen Eigenschaften, der aus natürlichen Guarbohnen gewonnen wird. Hauptsächlich durch die Veretherungsreaktion von Guarkernmehl mit Acryl-Funktionsgruppen entsteht eine Struktur mit einer 2-Hydroxypropyl-Funktionsgruppe, die eine Polygalactomannose-Struktur darstellt.
(1) Guarkernmehl-Ether ist im Vergleich zu Celluloseether besser wasserlöslich. Die pH-Eigenschaften der Guarkernmehl-Ether bleiben im Wesentlichen unverändert.
(2) Bei niedriger Viskosität und geringer Dosierung kann Guarkernmehl Celluloseether in gleicher Menge ersetzen und weist ein ähnliches Wasserbindungsvermögen auf. Konsistenz, Standfestigkeit, Thixotropie usw. werden jedoch deutlich verbessert.
(3) Bei hoher Viskosität und großer Dosierung kann Guarkernmehl Celluloseether nicht ersetzen; eine gemischte Verwendung beider Stoffe führt zu besseren Ergebnissen.
(4) Die Zugabe von Guarkernmehl zu Gipsmörtel kann die Haftung während des Bauprozesses deutlich verringern und zu einer glatteren Oberfläche führen. Sie hat keinen negativen Einfluss auf die Abbindezeit und die Festigkeit des Gipsmörtels.
3. Modifiziertes mineralisches wasserbindendes Verdickungsmittel
In China findet ein aus natürlichen Mineralien hergestelltes, durch Modifizierung und Compoundierung hergestelltes wasserbindendes Verdickungsmittel Anwendung. Zu den wichtigsten Mineralien, die zur Herstellung solcher Verdickungsmittel verwendet werden, zählen Sepiolith, Bentonit, Montmorillonit und Kaolin. Durch Modifizierung mit Haftvermittlern weisen diese Mineralien bestimmte wasserbindende und verdickende Eigenschaften auf. Das so in Mörtel verwendete wasserbindende Verdickungsmittel besitzt folgende Eigenschaften:
(1) Es kann die Eigenschaften von gewöhnlichem Mörtel deutlich verbessern und die Probleme der schlechten Verarbeitbarkeit von Zementmörtel, der geringen Festigkeit von Mischmörtel und der mangelhaften Wasserbeständigkeit lösen.
(2) Es können Mörtelprodukte mit unterschiedlichen Festigkeitsstufen für allgemeine Industrie- und Zivilbauten formuliert werden.
(3) Die Materialkosten sind deutlich niedriger als die von Celluloseether und Stärkeether.
(4) Die Wasserretention ist geringer als die des organischen Wasserretentionsmittels, der Trockenschwindungswert des hergestellten Mörtels ist größer und die Kohäsion ist reduziert.
Redispergierbares Polymerkautschukpulver
Redispergierbares Gummipulver wird durch Sprühtrocknung einer speziellen Polymeremulsion hergestellt. Dabei sind Schutzkolloid, Trennmittel etc. unverzichtbare Additive. Das getrocknete Gummipulver besteht aus sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser von 80–100 mm. Diese Partikel sind wasserlöslich und bilden eine stabile Dispersion, deren Partikel etwas größer sind als die der ursprünglichen Emulsion. Nach Dehydratisierung und Trocknung bildet diese Dispersion einen Film. Dieser Film ist, wie die Filmbildung bei herkömmlichen Emulsionen, irreversibel und lässt sich bei Kontakt mit Wasser nicht redispergieren.
Redispergierbares Kautschukpulver lässt sich in verschiedene Typen unterteilen: Styrol-Butadien-Copolymer, tertiäres Carbonsäure-Ethylen-Copolymer, Ethylen-Acetat-Essigsäure-Copolymer usw. Darauf aufbauend werden Silikone, Vinyllaurate usw. aufgepfropft, um die Eigenschaften zu verbessern. Unterschiedliche Modifizierungsmaßnahmen verleihen dem redispergierbaren Kautschukpulver verschiedene Eigenschaften wie Wasserbeständigkeit, Alkalibeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und Flexibilität. Vinyllaurate und Silikone sorgen für eine gute Hydrophobie des Kautschukpulvers. Hochverzweigtes tertiäres Vinylcarbonat zeichnet sich durch einen niedrigen Glasübergangstemperaturwert (Tg) und gute Flexibilität aus.
Werden diese Gummipulverarten Mörtel beigemischt, verzögern sie alle die Abbindezeit des Zements, jedoch ist die Verzögerung geringer als bei direkter Anwendung vergleichbarer Emulsionen. Styrol-Butadien hat die stärkste, Ethylen-Vinylacetat die geringste verzögernde Wirkung. Bei zu geringer Dosierung ist die Verbesserung der Mörteleigenschaften nicht deutlich.
Veröffentlichungsdatum: 03.04.2023