Celluloseether
Celluloseether 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 der Alkalicellulose lassen sich unterschiedliche Celluloseether gewinnen. Je nach Ionisierungseigenschaften der Substituenten werden Celluloseether in ionische (z. B. Carboxymethylcellulose) und nichtionische (z. B. Methylcellulose) 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) Nach dem Auflösen des Celluloseethers im Mörtel in Wasser wird durch die Oberflächenaktivität eine effektive und gleichmäßige Verteilung des zementären Materials im System gewährleistet. Der Celluloseether „umhüllt“ als Schutzkolloid die Feststoffpartikel, und es bildet sich eine Schicht aus Schmierfilm auf deren Außenfläche. Dies macht das Mörtelsystem stabiler und verbessert zudem die Fließfähigkeit des Mörtels während des Mischvorgangs sowie die Glätte der Ausführung.
(2) Aufgrund seiner eigenen Molekularstruktur verhindert die Celluloseetherlösung, dass das Wasser im Mörtel leicht verloren geht, und gibt es über einen längeren Zeitraum allmählich ab, wodurch der Mörtel eine gute Wasserrückhaltung und Verarbeitbarkeit erhält.
1. 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.
2. Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)
Hydroxypropylmethylcellulose ist eine Celluloseart, deren Produktion und Verbrauch in den letzten Jahren rapide zugenommen haben. Es handelt sich um einen nichtionischen Cellulose-Mischether, der aus raffinierter Baumwolle nach Alkalisierung unter Verwendung von Propylenoxid und Methylchlorid als Veretherungsmittel in einer Reihe von Reaktionen hergestellt wird. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 1,2 und 2,0. Die Eigenschaften variieren aufgrund des unterschiedlichen Verhältnisses von Methoxyl- und Hydroxypropylgruppen.
(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.
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 Feuchtigkeit leicht 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.
4. Carboxymethylcellulose (CMC)
Ionischer Celluloseether wird aus Naturfasern (Baumwolle etc.) nach Alkalibehandlung mit Natriummonochloracetat als Veretherungsmittel und anschließender Reaktionsbehandlung hergestellt. Der Substitutionsgrad liegt üblicherweise zwischen 0,4 und 1,4, und seine Eigenschaften werden maßgeblich vom Substitutionsgrad beeinflusst.
(1) Carboxymethylcellulose ist hygroskopischer und enthält bei Lagerung unter normalen Bedingungen mehr Wasser.
(2) Wässrige Carboxymethylcellulose-Lösung bildet kein Gel, und ihre Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab. Oberhalb von 50 °C ist die Viskositätsänderung irreversibel.
(3) Seine Stabilität wird stark vom pH-Wert beeinflusst. Im Allgemeinen kann es in Gipsmörtel, jedoch nicht in Zementmörtel verwendet werden. Bei stark alkalischem Milieu verliert es an Viskosität.
(4) Seine Wasserretention ist deutlich geringer als die von Methylcellulose. Es hemmt die Aushärtung von Gipsmörtel und verringert dessen Festigkeit. Der Preis von Carboxymethylcellulose ist jedoch wesentlich niedriger als der von Methylcellulose.
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.
Polypropylenfasern
Polypropylenfasern bestehen aus Polypropylen als Rohmaterial und einer geeigneten Menge an Modifikatoren. Der Faserdurchmesser beträgt im Allgemeinen etwa 40 Mikrometer, die Zugfestigkeit 300–400 MPa, der Elastizitätsmodul ≥ 3500 MPa und die Bruchdehnung 15–18 %. Ihre Leistungseigenschaften:
(1) Polypropylenfasern sind im Mörtel gleichmäßig und in zufälligen drei Dimensionen verteilt und bilden ein netzwerkartiges Verstärkungssystem. Durch die Zugabe von 1 kg Polypropylenfasern pro Tonne Mörtel lassen sich mehr als 30 Millionen Monofilamentfasern gewinnen.
(2) Die Zugabe von Polypropylenfasern zum Mörtel kann die Schwindrisse im plastischen Zustand wirksam reduzieren, unabhängig davon, ob diese Risse sichtbar sind oder nicht. Außerdem kann sie das Ausbluten der Oberfläche und das Setzen der Zuschlagstoffe im Frischmörtel deutlich verringern.
(3) Bei ausgehärtetem Mörtel kann die Verwendung von Polypropylenfasern die Anzahl der Verformungsrisse deutlich reduzieren. Das heißt, wenn im ausgehärteten Mörtel durch Verformung Spannungen entstehen, können die Fasern diese aufnehmen und weiterleiten. Bei Rissbildung im ausgehärteten Mörtel können sie die Spannungskonzentration an der Rissspitze passivieren und die Rissausbreitung begrenzen.
(4) Die effiziente Dispergierung von Polypropylenfasern bei der Mörtelherstellung stellt eine schwierige Herausforderung dar. Mischanlage, Fasertyp und -dosierung, Mörtelverhältnis und Prozessparameter sind allesamt wichtige Faktoren, die die Dispergierung beeinflussen.
Luftporenbildner
Luftporenbildner sind Tenside, die durch physikalische Verfahren stabile Luftblasen in Frischbeton oder Mörtel bilden können. Zu ihnen gehören hauptsächlich Kolophonium und seine thermischen Polymere, nichtionische Tenside, Alkylbenzolsulfonate, Lignosulfonate, Carbonsäuren und deren Salze usw.
Luftporenbildner werden häufig zur Herstellung von Putz- und Mauermörteln verwendet. Durch die Zugabe von Luftporenbildnern verändern sich die Eigenschaften des Mörtels.
(1) Durch die Einbringung von Luftblasen wird die Verarbeitung des frisch gemischten Mörtels erleichtert und das Ausbluten reduziert.
(2) Die alleinige Verwendung eines Luftporenbildners verringert die Festigkeit und Elastizität der Form im Mörtel. Werden Luftporenbildner und Fließmittel jedoch gemeinsam und im richtigen Verhältnis verwendet, sinkt die Festigkeit nicht.
(3) Es kann die Frostbeständigkeit des erhärteten Mörtels deutlich verbessern, die Undurchlässigkeit des Mörtels erhöhen und die Erosionsbeständigkeit des erhärteten Mörtels erhöhen.
(4) Das Luftporenbildner erhöht den Luftgehalt des Mörtels, was zu einer stärkeren Schwindung des Mörtels führt. Der Schwindungswert kann durch Zugabe eines Wasserreduktionsmittels angemessen reduziert werden.
Da die zugesetzte Menge an Luftporenbildnern sehr gering ist und in der Regel nur wenige Zehntausendstel der Gesamtmenge der zementären Bestandteile ausmacht, muss eine genaue Dosierung und Einmischung während der Mörtelherstellung gewährleistet sein. Faktoren wie Rührverfahren und Rührdauer beeinflussen die Luftporenmenge erheblich. Daher erfordert die Zugabe von Luftporenbildnern zu Mörtel unter den gegenwärtigen Produktions- und Baubedingungen in China umfangreiche experimentelle Untersuchungen.
Frühstärke-Wirkstoff
Zur Verbesserung der Frühfestigkeit von Beton und Mörtel werden häufig Sulfat-Frühfestigkeitsmittel eingesetzt, hauptsächlich Natriumsulfat, Natriumthiosulfat, Aluminiumsulfat und Kaliumaluminiumsulfat.
Im Allgemeinen wird wasserfreies Natriumsulfat häufig verwendet. Bei geringer Dosierung wird eine gute Frühfestigkeit erzielt. Bei zu hoher Dosierung kommt es jedoch später zu Ausdehnung und Rissbildung. Gleichzeitig kommt es zu einer Alkalirückbildung, was das Aussehen und die Wirkung der Oberflächenbeschichtung beeinträchtigt.
Calciumformiat ist ebenfalls ein gutes Frostschutzmittel. Es zeichnet sich durch eine gute Frühfestigkeit, weniger Nebenwirkungen, gute Verträglichkeit mit anderen Zusatzmitteln und viele bessere Eigenschaften als sulfatbasierte Frühfestigkeitsmittel aus, ist aber teurer.
Frostschutzmittel
Wird der Mörtel bei Minustemperaturen verwendet und keine Frostschutzmaßnahmen getroffen, kommt es zu Frostschäden, wodurch die Festigkeit des ausgehärteten Mörtels beeinträchtigt wird. Frostschutzmittel verhindern Frostschäden auf zweierlei Weise: Sie schützen vor dem Einfrieren und verbessern die Frühfestigkeit des Mörtels.
Unter den gängigen Frostschutzmitteln weisen Calciumnitrit und Natriumnitrit die beste Frostschutzwirkung auf. Da Calciumnitrit keine Kalium- und Natriumionen enthält, kann es die Bildung von Alkaliaggregaten in Beton reduzieren. Allerdings ist seine Verarbeitbarkeit in Mörtel etwas geringer, während Natriumnitrit eine bessere Verarbeitbarkeit aufweist. Frostschutzmittel werden in Kombination mit einem Frühfestigkeitsmittel und einem Fließmittel verwendet, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Wird der mit Frostschutzmittel versetzte Trockenmörtel bei extrem niedrigen Minustemperaturen eingesetzt, sollte die Temperatur der Mischung entsprechend erhöht werden, beispielsweise durch Zugabe von warmem Wasser.
Ist die Menge an Frostschutzmittel zu hoch, verringert sich die Festigkeit des Mörtels im späteren Verlauf, und die Oberfläche des ausgehärteten Mörtels weist Probleme wie Alkalirückbildung auf, was das Aussehen und die Wirkung der Oberflächendekorationsschicht beeinträchtigt.
Veröffentlichungsdatum: 16. Januar 2023