Die Hydroxylgruppen aufCelluloseetherDie Moleküle und die Sauerstoffatome der Etherbindungen bilden Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen, wodurch freies Wasser in gebundenes Wasser umgewandelt wird und somit eine gute Rolle bei der Wasserrückhaltung gespielt wird; die gegenseitige Diffusion zwischen Wassermolekülen und Celluloseether-Molekülketten ermöglicht es Wassermolekülen, in das Innere der Celluloseether-Makromolekülkette einzudringen und starken Einschränkungen zu unterliegen, wodurch freies und verknäueltes Wasser gebildet wird, was die Wasserrückhaltung der Zementsuspension verbessert; Celluloseether verbessert die rheologischen Eigenschaften, die Porennetzwerkstruktur und den osmotischen Druck der frischen Zementsuspension oder die filmbildenden Eigenschaften des Celluloseethers behindern die Diffusion von Wasser.
Die Wasserbindung von Celluloseether beruht auf dessen Löslichkeit und Dehydratisierung. Die Hydratisierungskapazität der Hydroxylgruppen allein reicht nicht aus, um die starken Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen auszugleichen. Daher quillt Celluloseether zwar auf, löst sich aber nicht in Wasser. Werden Substituenten in die Molekülkette eingeführt, zerstören diese nicht nur die Wasserstoffbrückenbindungen, sondern auch die intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen, da sie sich zwischen benachbarte Ketten einklemmen. Je größer die Substituenten, desto größer der Abstand zwischen den Molekülen und desto stärker die Zerstörung der Wasserstoffbrückenbindungen. Nach dem Aufquellen des Cellulosegitters dringt die Lösung ein, und der Celluloseether wird wasserlöslich. Es bildet sich eine hochviskose Lösung, die zur Wasserbindung beiträgt.
Faktoren, die die Wasserrückhalteleistung beeinflussen:
Viskosität: Je höher die Viskosität von Celluloseether ist, desto besser ist sein Wasserrückhaltevermögen. Allerdings steigt mit zunehmender Viskosität auch das relative Molekulargewicht des Celluloseethers, wodurch seine Löslichkeit abnimmt. Dies wirkt sich negativ auf die Konzentration und die Verarbeitungseigenschaften des Mörtels aus. Generell können die Viskositätswerte desselben Produkts, gemessen mit unterschiedlichen Methoden, stark voneinander abweichen. Daher müssen Viskositätsmessungen mit identischen Prüfmethoden (z. B. Temperatur, Rotor) durchgeführt werden.
Zugabemenge: Je mehr Celluloseether dem Mörtel zugesetzt wird, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung. In der Regel kann bereits eine geringe Menge Celluloseether die Wasserrückhalteleistung des Mörtels deutlich verbessern. Ab einer bestimmten Menge flacht der Anstieg der Wasserrückhalteleistung jedoch ab.
Partikelfeinheit: Je feiner die Partikel, desto besser die Wasserrückhaltung. Bei Kontakt großer Celluloseetherpartikel mit Wasser löst sich die Oberfläche sofort auf und bildet ein Gel, das das Material umhüllt und das Eindringen weiterer Wassermoleküle verhindert. Manchmal lässt sich selbst durch langes Rühren keine gleichmäßige Dispersion und Auflösung erzielen, wodurch eine trübe, flockige Lösung oder Agglomerate entstehen, was die Wasserrückhaltung des Celluloseethers stark beeinträchtigt. Die Löslichkeit ist ein wichtiger Auswahlfaktor für Celluloseether. Auch die Feinheit ist ein wichtiger Leistungsindikator für Methylcelluloseether. Sie beeinflusst dessen Löslichkeit. Gröberer Methylcelluloseether ist in der Regel körnig und lässt sich ohne Agglomeration leicht in Wasser lösen, löst sich jedoch sehr langsam und ist daher für die Verwendung in Trockenmörtel ungeeignet.
Temperatur: Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Wasserretention von Celluloseethern üblicherweise ab. Einige modifizierte Celluloseether weisen jedoch auch unter hohen Temperaturen eine gute Wasserretention auf. Bei steigender Temperatur schwächt sich die Hydratation der Polymere ab, und das Wasser zwischen den Ketten wird verdrängt. Bei ausreichender Dehydratation aggregieren die Moleküle und bilden ein dreidimensionales Netzwerkgel.
Molekulare Struktur: Celluloseether mit niedrigerem Substitutionsgrad weisen eine bessere Wasserretention auf.
Verdickung und Thixotropie
Verdickung:
Einfluss auf Haftung und Standfestigkeit: Celluloseether verleihen Nassmörtel eine ausgezeichnete Viskosität, wodurch die Haftung des Nassmörtels auf der Tragschicht deutlich erhöht und die Standfestigkeit des Mörtels verbessert wird. Er findet breite Anwendung in Putzmörtel, Fliesenkleber und Wärmedämmverbundsystemen für Außenwände.
Einfluss auf die Materialhomogenität: Die verdickende Wirkung von Celluloseethern kann auch die Dispersionsbeständigkeit und Homogenität frisch gemischter Materialien erhöhen, Materialschichtung, Entmischung und Wasserdurchdringung verhindern und kann in Faserbeton, Unterwasserbeton und selbstverdichtendem Beton eingesetzt werden.
Ursache und Einfluss der Verdickungswirkung: Die verdickende Wirkung von Celluloseether auf zementgebundene Baustoffe beruht auf der Viskosität der Celluloseetherlösung. Unter gleichen Bedingungen verbessert eine höhere Viskosität des Celluloseethers die Viskosität der modifizierten zementgebundenen Baustoffe. Ist die Viskosität jedoch zu hoch, beeinträchtigt dies die Fließfähigkeit und Verarbeitbarkeit des Materials (z. B. das Anhaften am Spachtel). Selbstnivellierender Mörtel und selbstverdichtender Beton mit hohen Anforderungen an die Fließfähigkeit erfordern eine sehr niedrige Viskosität des Celluloseethers. Darüber hinaus erhöht die Verdickungswirkung von Celluloseether den Wasserbedarf zementgebundener Baustoffe und steigert die Mörtelausbeute.
Thixotropie:
Wässrige Celluloseetherlösungen mit hoher Viskosität weisen eine hohe Thixotropie auf, ein charakteristisches Merkmal von Celluloseethern. Wässrige Methylcelluloselösungen zeigen unterhalb ihrer Gelierungstemperatur üblicherweise pseudoplastisches und nicht-thixotropes Fließverhalten, weisen jedoch bei niedrigen Scherraten newtonsche Fließeigenschaften auf. Die Pseudoplastizität nimmt mit steigender Molmasse bzw. Konzentration des Celluloseethers zu und ist unabhängig von Art und Grad der Substituenten. Daher weisen Celluloseether gleicher Viskositätsklasse (MC, HPMC oder HEMC) bei konstanter Konzentration und Temperatur stets die gleichen rheologischen Eigenschaften auf. Mit steigender Temperatur bildet sich ein Strukturgel, und es kommt zu einer stark thixotropen Fließfähigkeit. Hochkonzentrierte und niedrigviskose Celluloseether zeigen bereits unterhalb der Gelierungstemperatur Thixotropie. Diese Eigenschaft ist sehr vorteilhaft für die Regulierung des Verlaufs und das Ausbalancieren von Baumörtel während der Bauphase.
Lufteintrag
Prinzip und Wirkung auf die Verarbeitungseigenschaften: Celluloseether bewirkt eine signifikante Luftporenbildung in frischen zementgebundenen Baustoffen. Er besitzt sowohl hydrophile (Hydroxylgruppen, Ethergruppen) als auch hydrophobe Gruppen (Methylgruppen, Glucoseringe). Als oberflächenaktives Tensid erzeugt er Luftporen. Diese Luftporenbildung führt zu einer sogenannten „Ballenbildung“, die die Verarbeitungseigenschaften frisch gemischter Baustoffe verbessert. So werden beispielsweise die Plastizität und die Glätte des Mörtels während der Verarbeitung erhöht, was das Verteilen des Mörtels erleichtert. Dadurch erhöht sich die Mörtelmenge, und die Produktionskosten sinken.
Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften: Der Lufteinschluss erhöht die Porosität des ausgehärteten Materials und verringert dessen mechanische Eigenschaften wie Festigkeit und Elastizitätsmodul.
Einfluss auf die Fließfähigkeit: Als Tensid benetzt und schmiert Celluloseether Zementpartikel. Zusammen mit seiner luftporenbildenden Wirkung erhöht er die Fließfähigkeit zementgebundener Werkstoffe, während seine verdickende Wirkung diese verringert. Die Wirkung von Celluloseether auf die Fließfähigkeit zementgebundener Werkstoffe ist somit eine Kombination aus plastifizierenden und verdickenden Effekten. Im Allgemeinen äußert sich Celluloseether bei sehr geringer Dosierung hauptsächlich als plastifizierender bzw. wasserreduzierender Effekt. Bei hoher Dosierung nimmt die verdickende Wirkung von Celluloseether rapide zu, und seine luftporenbildende Wirkung stößt an ihre Grenzen, was sich in einer Verdickung bzw. einem erhöhten Wasserbedarf äußert.
Veröffentlichungsdatum: 23. Dezember 2024