Celluloseether im Fliesenkleber

1 Einleitung

Zementbasierter Fliesenkleber ist derzeit der am häufigsten verwendete Spezialtrockenmörtel. Er besteht hauptsächlich aus Zement als Bindemittel und enthält abgestufte Zuschlagstoffe, Wasserrückhaltemittel, Frühhärter, Latexpulver sowie weitere organische oder anorganische Additive. In der Regel muss er nur mit Wasser angerührt werden. Im Vergleich zu herkömmlichem Zementmörtel verbessert er die Haftung zwischen Fliesen und Untergrund erheblich und zeichnet sich durch gute Rutschfestigkeit sowie ausgezeichnete Wasser- und Wasserbeständigkeit aus. Er wird hauptsächlich zum Verkleben von dekorativen Materialien wie Wand- und Bodenfliesen im Innen- und Außenbereich verwendet. Seine Anwendung ist weit verbreitet in Innen- und Außenwänden, Böden, Badezimmern, Küchen und anderen Bereichen der Gebäudegestaltung. Er ist derzeit der am häufigsten verwendete Fliesenkleber.

Bei der Beurteilung eines Fliesenklebers achten wir üblicherweise nicht nur auf seine Verarbeitungseigenschaften und Rutschfestigkeit, sondern auch auf seine mechanische Festigkeit und Verarbeitungszeit. Celluloseether im Fliesenkleber beeinflusst nicht nur die rheologischen Eigenschaften von Feinsteinzeugklebern, wie z. B. die Leichtgängigkeit beim Verarbeiten und das Anhaften am Spachtel, sondern hat auch einen starken Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Fliesenklebers.

2. Der Einfluss auf die Offenzeit des Fliesenklebers

Wenn Gummipulver und Celluloseether in Nassmörtel gemeinsam vorliegen, zeigen einige Datenmodelle, dass Gummipulver aufgrund seiner höheren kinetischen Energie besser an Zementhydratationsprodukte bindet, während Celluloseether vermehrt in der Porenflüssigkeit vorkommt. Dies beeinflusst die Mörtelviskosität und die Abbindezeit stärker. Die Oberflächenspannung von Celluloseether ist höher als die von Gummipulver, und eine stärkere Anreicherung von Celluloseether an der Mörteloberfläche begünstigt die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen der Mörteloberfläche und dem Celluloseether.

Im nassen Mörtel verdunstet das Wasser im Mörtel, und der Celluloseether reichert sich an der Oberfläche an. Innerhalb von 5 Minuten bildet sich ein Film auf der Mörteloberfläche, der die nachfolgende Verdunstungsrate verringert, da mehr Wasser aus der dickeren Mörtelschicht entfernt wird. Ein Teil davon wandert in die dünnere Mörtelschicht, und der anfänglich gebildete Film löst sich teilweise auf. Durch die Wasserwanderung kommt es zu einer weiteren Anreicherung von Celluloseether an der Mörteloberfläche.

Die Filmbildung von Celluloseether auf der Mörteloberfläche hat daher einen großen Einfluss auf die Mörteleigenschaften. 1) Ist der Film zu dünn, löst er sich zweimal auf, wodurch die Wasserverdunstung nicht ausreichend begrenzt und die Festigkeit beeinträchtigt wird. 2) Ist der Film zu dick, ist die Konzentration von Celluloseether in der Mörtelporenflüssigkeit hoch und die Viskosität entsprechend hoch. Dadurch lässt sich der Oberflächenfilm beim Verkleben der Fliesen nur schwer durchbrechen. Die filmbildenden Eigenschaften von Celluloseether beeinflussen somit maßgeblich die Offenzeit. Art des Celluloseethers (HPMC, HEMC, MC usw.) und Veretherungsgrad (Substitutionsgrad) wirken sich direkt auf die filmbildenden Eigenschaften sowie auf Härte und Zähigkeit des Films aus.

3. Der Einfluss auf die Zugfestigkeit

Neben den bereits erwähnten vorteilhaften Eigenschaften des Mörtels verzögert Celluloseether auch die Hydratationskinetik des Zements. Dieser verzögernde Effekt beruht hauptsächlich auf der Adsorption von Celluloseethermolekülen an verschiedenen Mineralphasen im hydratisierten Zementsystem. Im Allgemeinen geht man jedoch davon aus, dass Celluloseethermoleküle vorwiegend an Wasser wie CSH und Calciumhydroxid adsorbiert werden. An den chemischen Reaktionsprodukten findet hingegen nur selten eine Adsorption an der ursprünglichen Mineralphase des Klinkers statt. Darüber hinaus verringert Celluloseether aufgrund der erhöhten Viskosität der Porenlösung deren Mobilität und verzögert dadurch den Hydratationsprozess zusätzlich.

Die Viskosität ist ein weiterer wichtiger Parameter, der die chemischen Eigenschaften von Celluloseether beschreibt. Wie bereits erwähnt, beeinflusst die Viskosität hauptsächlich das Wasserrückhaltevermögen und hat zudem einen signifikanten Einfluss auf die Verarbeitbarkeit des Frischmörtels. Experimentelle Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Viskosität von Celluloseether die Hydratationskinetik des Zements nahezu nicht beeinflusst. Das Molekulargewicht hat nur geringen Einfluss auf die Hydratation; der maximale Unterschied zwischen verschiedenen Molekulargewichten beträgt lediglich 10 Minuten. Daher ist das Molekulargewicht kein entscheidender Parameter zur Steuerung der Zementhydratation.

Die retardierende Wirkung von Celluloseethern hängt von ihrer chemischen Struktur ab. Generell lässt sich feststellen, dass bei MHEC der retardierende Effekt mit steigendem Methylierungsgrad abnimmt. Darüber hinaus ist die retardierende Wirkung hydrophiler Substituenten (z. B. HEC) stärker als die hydrophober Substituenten (z. B. MH, MHEC, MHPC). Die retardierende Wirkung von Celluloseethern wird hauptsächlich durch zwei Parameter beeinflusst: Art und Anzahl der Substituentengruppen.

Unsere systematischen Experimente ergaben zudem, dass der Substituentengehalt eine wichtige Rolle für die mechanische Festigkeit von Fliesenklebern spielt. Wir untersuchten die Leistungsfähigkeit von HPMC mit unterschiedlichen Substituentengraden in Fliesenklebern und testeten den Einfluss von Celluloseethern mit verschiedenen funktionellen Gruppen unter verschiedenen Aushärtungsbedingungen auf die mechanischen Eigenschaften von Fliesenklebern.

Im Test betrachten wir HPMC, einen Ether, daher müssen wir beide Aspekte zusammenführen. HPMC benötigt einen gewissen Absorptionsgrad, um seine Wasserlöslichkeit und Lichtdurchlässigkeit zu gewährleisten. Der Substituentengehalt bestimmt die Gelierungstemperatur von HPMC und damit auch dessen Einsatzumgebung. So wird der üblicherweise anwendbare Gruppengehalt von HPMC in einen bestimmten Bereich eingeordnet. Innerhalb dieses Bereichs untersuchen wir, wie Methoxy- und Hydroxypropoxygruppen kombiniert werden müssen, um die beste Wirkung zu erzielen. Abbildung 2 zeigt, dass innerhalb eines bestimmten Bereichs ein Anstieg des Methoxylgruppengehalts zu einer Abnahme der Auszugsfestigkeit führt, während ein Anstieg des Hydroxypropoxylgruppengehalts die Auszugsfestigkeit erhöht. Ein ähnlicher Effekt zeigt sich bei der Öffnungsdauer.

Der Verlauf der mechanischen Festigkeit unter Offenzeitbedingungen entspricht dem unter Normaltemperaturbedingungen. HPMC mit hohem Methoxyl- (DS) und niedrigem Hydroxypropoxyl- (MS) Gehalt weist eine gute Filmzähigkeit auf, beeinträchtigt jedoch die Benetzungseigenschaften des Nassmörtels.