1 Einleitung
Celluloseether (MC) findet breite Anwendung in der Baustoffindustrie und wird in großen Mengen eingesetzt. Er dient als Verzögerer, Wasserspeichermittel, Verdickungsmittel und Klebstoff. In herkömmlichen Trockenmörteln, Wärmedämmmörteln für Außenwände, selbstnivellierenden Mörteln, Fliesenklebern, Hochleistungs-Bauspachtelmassen, rissbeständigen Innen- und Außenspachtelmassen, wasserdichten Trockenmörteln, Gipsputzen, Dichtungsmassen und anderen Materialien spielt Celluloseether eine wichtige Rolle. Er beeinflusst maßgeblich das Wasserrückhaltevermögen, den Wasserbedarf, die Kohäsion, die Verzögerung und die Verarbeitung des Mörtelsystems.
Es gibt zahlreiche Arten und Spezifikationen von Celluloseethern. Zu den in der Baustoffindustrie häufig verwendeten Celluloseethern zählen HEC, HPMC, CMC, PAC, MHEC usw., die je nach ihren Eigenschaften in verschiedenen Mörtelsystemen eingesetzt werden. Es wurden bereits Untersuchungen zum Einfluss unterschiedlicher Arten und Mengen von Celluloseethern auf Zementmörtel durchgeführt. Dieser Artikel knüpft an diese Erkenntnisse an und erläutert, wie die verschiedenen Celluloseether-Varianten und -Spezifikationen für unterschiedliche Mörtelprodukte ausgewählt werden.
2 Funktionelle Eigenschaften von Celluloseether in Zementmörtel
Als wichtiger Zusatzstoff in Trockenpulvermörtel erfüllt Celluloseether zahlreiche Funktionen. Seine wichtigste Rolle im Zementmörtel besteht darin, Wasser zu binden und die Mörtelmasse zu verdicken. Darüber hinaus kann er aufgrund seiner Wechselwirkung mit dem Zementsystem auch die Luftporenbildung fördern, das Abbinden verzögern und die Zugfestigkeit verbessern.
Die wichtigste Eigenschaft von Celluloseether in Mörtel ist sein Wasserrückhaltevermögen. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Celluloseether in nahezu allen Mörtelprodukten als wichtiges Zusatzmittel eingesetzt. Generell hängt das Wasserrückhaltevermögen von Celluloseether von seiner Viskosität, der Zugabemenge und der Partikelgröße ab.
Celluloseether dient als Verdickungsmittel, dessen Verdickungswirkung vom Veretherungsgrad, der Partikelgröße, der Viskosität und dem Modifizierungsgrad des Celluloseethers abhängt. Generell gilt: Je höher der Veretherungsgrad und die Viskosität des Celluloseethers, desto kleiner die Partikel und desto ausgeprägter die Verdickungswirkung. Durch die Anpassung dieser Eigenschaften des Mörtels lassen sich die gewünschte Standfestigkeit und optimale Viskosität erzielen.
Die Einführung der Alkylgruppe im Celluloseether reduziert die Oberflächenenergie der wässrigen Lösung, wodurch der Celluloseether eine luftporenbildende Wirkung auf den Zementmörtel ausübt. Durch die gezielte Einbringung von Luftblasen in den Mörtel wird dessen Verarbeitungsleistung aufgrund des sogenannten „Kugeleffekts“ der Luftblasen verbessert. Gleichzeitig erhöht die Luftporenbildung die Ausbringungsmenge des Mörtels. Die Menge der Luftporen muss jedoch kontrolliert werden. Eine zu hohe Luftporenbildung kann die Festigkeit des Mörtels beeinträchtigen, da schädliche Luftblasen entstehen können.
2.1 Celluloseether verzögert die Hydratation des Zements und verlangsamt dadurch dessen Abbinde- und Aushärtungsprozess. Dies verlängert die Verarbeitungszeit des Mörtels. Dieser Effekt ist jedoch in kälteren Regionen unerwünscht. Bei der Auswahl von Celluloseether sollte das geeignete Produkt den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Die verzögernde Wirkung von Celluloseether verstärkt sich im Wesentlichen mit steigendem Veretherungsgrad, Modifizierungsgrad und Viskosität.
Darüber hinaus kann Celluloseether als langkettige Polymersubstanz die Haftungseigenschaften mit dem Untergrund verbessern, wenn er dem Zementsystem beigemischt wird und der Feuchtigkeitsgehalt der Suspension vollständig erhalten bleibt.
2.2 Zu den wichtigsten Eigenschaften von Celluloseether im Mörtel zählen: Wasserrückhaltung, Verdickung, Verlängerung der Abbindezeit, Luftporenbildung und Verbesserung der Zugfestigkeit. Entsprechend dieser Eigenschaften spiegeln sich die Merkmale des Mörtels selbst wider, wie Viskosität, Stabilität, Gehalt an Wirkstoffen (Zugabemenge), Veretherungsgrad und dessen Gleichmäßigkeit, Modifizierungsgrad und Gehalt an Schadstoffen. Daher sollte bei der Auswahl des Mörtels derjenige Celluloseether mit den passenden Eigenschaften ausgewählt werden, der die gewünschten Eigenschaften für das jeweilige Mörtelprodukt bietet.
3 Eigenschaften von Celluloseether
Im Allgemeinen enthalten die Produktanweisungen der Celluloseether-Hersteller folgende Angaben: Aussehen, Viskosität, Substitutionsgrad, Feinheit, Wirkstoffgehalt (Reinheit), Feuchtigkeitsgehalt, empfohlene Anwendungsbereiche und Dosierung usw. Diese Leistungsindikatoren spiegeln einen Teil der Wirkungsweise von Celluloseether wider, jedoch sollten beim Vergleich und der Auswahl von Celluloseethern auch andere Aspekte wie die chemische Zusammensetzung, der Modifizierungsgrad, der Veretherungsgrad, der NaCl-Gehalt und der DS-Wert berücksichtigt werden.
3.1 Viskosität von Celluloseether
Die Viskosität von Celluloseether beeinflusst dessen Wasserretention, Verdickung, Verzögerung und weitere Eigenschaften. Daher ist sie ein wichtiger Indikator für die Prüfung und Auswahl von Celluloseether.
Bevor wir die Viskosität von Celluloseether erörtern, sei darauf hingewiesen, dass es vier gängige Methoden zur Viskositätsmessung gibt: Brookfield, Hakke, Höppler und Rotationsviskosimeter. Da sich die vier Methoden hinsichtlich Geräte, Lösungskonzentration und Testumgebung unterscheiden, fallen die Ergebnisse für dieselbe MC-Lösung mit den verschiedenen Methoden sehr unterschiedlich aus. Selbst bei gleicher Lösung, gleicher Methode und unterschiedlichen Umgebungsbedingungen kann die Viskosität variieren.
Die Ergebnisse variieren. Daher ist es bei der Erklärung der Viskosität eines Celluloseethers notwendig, die verwendete Prüfmethode, die Lösungskonzentration, den Rotor, die Drehzahl, die Prüftemperatur und -feuchtigkeit sowie weitere Umgebungsbedingungen anzugeben. Dieser Viskositätswert ist aussagekräftig. Es ist sinnlos, einfach zu fragen: „Wie hoch ist die Viskosität einer bestimmten MC-Lösung?“
3.2 Produktstabilität von Celluloseether
Celluloseether sind bekanntermaßen anfällig für den Befall durch Cellulose-Schimmelpilze. Beim Abbau des Celluloseethers greift der Pilz zunächst die nicht veretherte Glucoseeinheit an. Da es sich um eine lineare Verbindung handelt, wird mit der Zerstörung der Glucoseeinheit die gesamte Molekülkette aufgebrochen, wodurch die Viskosität des Produkts stark abfällt. Nach der Veretherung der Glucoseeinheit kann der Schimmelpilz die Molekülkette nicht mehr so leicht angreifen. Daher ist die Stabilität des Celluloseethers umso höher, je höher der Veretherungsgrad (DS-Wert) ist.
3.3 Wirkstoffgehalt von Celluloseether
Je höher der Gehalt an Wirkstoffen im Celluloseether ist, desto besser ist das Preis-Leistungs-Verhältnis des Produkts, sodass mit der gleichen Dosierung bessere Ergebnisse erzielt werden können. Der Wirkstoff im Celluloseether ist das Celluloseethermolekül, eine organische Substanz. Daher lässt sich der Wirkstoffgehalt von Celluloseether indirekt über den Aschegehalt nach der Kalzinierung bestimmen.
3.4 NaCl-Gehalt in Celluloseether
Natriumchlorid (NaCl) ist ein unvermeidliches Nebenprodukt bei der Herstellung von Celluloseether und muss in der Regel durch mehrmaliges Waschen entfernt werden. Je öfter gewaschen wird, desto geringer ist der verbleibende NaCl-Gehalt. NaCl ist bekanntermaßen korrosionsfördernd für Stahlstäbe und Stahlgewebe. Obwohl die Abwasserbehandlung nach dem Waschen mit NaCl die Kosten erhöhen kann, sollten wir bei der Auswahl von MC-Produkten möglichst Produkte mit einem möglichst geringen NaCl-Gehalt bevorzugen.
4 Grundsätze für die Auswahl von Celluloseether für verschiedene Mörtelprodukte
Bei der Auswahl von Celluloseether für Mörtelprodukte sind zunächst gemäß der Produktbeschreibung die funktionellen Eigenschaften und Auswahlkriterien (z. B. Viskosität, Veretherungsgrad, Wirkstoffgehalt, NaCl-Gehalt usw.) zu berücksichtigen.
4.1 Dünnputzsystem
Am Beispiel des Putzmörtels eines Dünnputzsystems lässt sich zeigen, dass dieser durch den direkten Kontakt mit der Umgebung schnell Wasser verliert. Daher ist eine hohe Wasserrückhaltefähigkeit erforderlich. Insbesondere bei Bauarbeiten im Sommer muss der Mörtel auch bei hohen Temperaturen die Feuchtigkeit gut speichern können. Die Wahl des Mörtels mit hoher Wasserrückhaltefähigkeit ist daher entscheidend. Dabei sind Viskosität, Korngröße und Zugabemenge zu berücksichtigen. Generell gilt: Unter gleichen Bedingungen ist ein Mörtel mit höherer Viskosität zu wählen. Die Verarbeitbarkeit sollte jedoch nicht zu hoch sein. Der ideale Mörtel zeichnet sich somit durch hohe Wasserrückhaltefähigkeit und niedrige Viskosität aus. Für Klebeputzsysteme mit Dünnputz eignen sich beispielsweise Mörtelprodukte wie MH60001P6.
4.2 Zementgebundener Putzmörtel
Für das Verputzen ist eine gute Homogenität des Mörtels erforderlich, um ein gleichmäßiges Auftragen zu erleichtern. Gleichzeitig sind eine gute Standfestigkeit, hohe Pumpfähigkeit, Fließfähigkeit und Verarbeitbarkeit notwendig. Daher wird Zementmörtel mit niedrigerer Viskosität, schnellerer Dispersion und Konsistenzentwicklung (kleinere Partikel) gewählt.
Bei der Herstellung von Fliesenklebern ist für Sicherheit und hohe Effizienz eine lange Verarbeitungszeit und gute Rutschfestigkeit des Mörtels unerlässlich. Gleichzeitig muss eine gute Haftung zwischen Untergrund und Fliese gewährleistet sein. Daher werden relativ hohe Anforderungen an MC (Methylcellulose) gestellt. MC ist jedoch in Fliesenklebern üblicherweise in relativ hoher Konzentration enthalten. Um die Anforderung einer langen Verarbeitungszeit zu erfüllen, muss MC selbst ein hohes Wasserrückhaltevermögen aufweisen. Dieses wiederum erfordert eine geeignete Viskosität, Zugabemenge und Partikelgröße. Für eine gute Rutschfestigkeit ist eine gute Verdickungswirkung von MC erforderlich, sodass der Mörtel eine hohe Fließfestigkeit aufweist. Die Verdickungswirkung stellt wiederum Anforderungen an Viskosität, Veretherungsgrad und Partikelgröße.
4.4 Selbstnivellierender Bodenmörtel
Selbstnivellierender Mörtel stellt höhere Anforderungen an seine Nivellierungseigenschaften und eignet sich daher besonders für niedrigviskose Celluloseether-Produkte. Da sich der Mörtel nach dem gleichmäßigen Anrühren selbstständig nivellieren muss, sind Fließfähigkeit und Pumpfähigkeit wichtig, weshalb ein hohes Wasser-Material-Verhältnis erforderlich ist. Um ein Ausbluten zu verhindern, wird die Wasseraufnahme der Oberfläche reguliert und die Viskosität erhöht, um Ablagerungen zu vermeiden.
4.5 Mauermörtel
Da der Mauermörtel direkt mit der Mauerwerksoberfläche in Kontakt kommt, handelt es sich in der Regel um eine dickschichtige Konstruktion. Der Mörtel muss eine hohe Verarbeitbarkeit und Wasserrückhaltung aufweisen und gewährleistet zudem die Haftung am Mauerwerk, verbessert die Verarbeitbarkeit und erhöht die Effizienz. Daher sollte das gewählte Mörtelzusatzmittel (MC) die genannten Eigenschaften des Mörtels verbessern, wobei die Viskosität des Celluloseethers nicht zu hoch sein sollte.
4.6 Isolierschlämme
Da die Wärmedämmschlämme hauptsächlich von Hand aufgetragen wird, muss das gewählte Mörtelgemisch gute Verarbeitbarkeit und ausgezeichnete Wasserrückhaltung gewährleisten. Es sollte außerdem eine hohe Viskosität und einen hohen Luftporengehalt aufweisen.
5. Schlussfolgerung
Die Funktionen von Celluloseether im Zementmörtel bestehen in der Wasserrückhaltung, der Verdickung, der Luftporenbildung, der Verzögerung und Verbesserung der Zugfestigkeit usw.
Veröffentlichungsdatum: 30. Januar 2023