Überblick: HPMC (Hypromellose Cellulose) ist ein weißes oder cremefarbenes, faseriges oder körniges Pulver. Es gibt viele Cellulosearten, die weit verbreitet sind, wir arbeiten jedoch hauptsächlich mit Kunden aus der Trockenpulver-Baustoffindustrie zusammen. Die gebräuchlichste Cellulose ist Hypromellose.
Herstellungsverfahren: Die Hauptrohstoffe für HPMC sind raffinierte Baumwolle, Methylchlorid und Propylenoxid. Weitere Rohstoffe sind Flockenalkali, Säure, Toluol, Isopropanol usw. Die raffinierte Baumwollzellulose wird eine halbe Stunde lang bei 35–40 °C mit einer Alkalilösung behandelt, anschließend gepresst und pulverisiert. Die Zellulose wird dann bei 35 °C gealtert, bis der durchschnittliche Polymerisationsgrad der erhaltenen Alkalifaser im gewünschten Bereich liegt. Die Alkalifaser wird in einen Veretherungskessel gegeben, nacheinander mit Propylenoxid und Methylchlorid versetzt und 5 Stunden lang bei 50–80 °C und einem maximalen Druck von ca. 1,8 MPa verethert. Anschließend wird das Material mit einer geeigneten Menge Salzsäure und Oxalsäure in 90 °C heißem Wasser gewaschen, um das Volumen zu erweitern. Die Entwässerung erfolgt durch Zentrifugieren. Waschen Sie das Material, bis es neutral ist. Sobald der Feuchtigkeitsgehalt unter 60 % liegt, trocknen Sie es mit Heißluft bei 130 °C auf unter 5 % Restfeuchte. Funktionen: Wasserrückhaltung, Verdickung, thixotrope Eigenschaften, verbesserte Verarbeitbarkeit durch Lufteinschluss, verzögertes Abbinden.
Wasserretention: Die Wasserretention ist die wichtigste Eigenschaft von Celluloseether! Bei der Herstellung von Gipsmörtel und anderen Baustoffen ist der Einsatz von Celluloseether unerlässlich. Eine hohe Wasserretention ermöglicht die vollständige Reaktion von Zementasche und Calciumgips (je vollständiger die Reaktion, desto höher die Festigkeit). Unter gleichen Bedingungen gilt: Je höher die Viskosität des Celluloseethers, desto besser die Wasserretention (ab einer Viskosität von 100.000 verringert sich der Unterschied); je höher die Dosierung, desto besser die Wasserretention. In der Regel kann bereits eine geringe Menge Celluloseether die Eigenschaften des Mörtels deutlich verbessern. Ab einem bestimmten Gehalt verlangsamt sich der Anstieg der Wasserretentionsrate. Die Wasserretentionsrate von Celluloseether nimmt im Allgemeinen mit steigender Umgebungstemperatur ab, einige hochgelige Celluloseether weisen jedoch auch bei hohen Temperaturen eine bessere Leistung auf. Die Interdiffusion zwischen Wassermolekülen und Celluloseether-Molekülketten ermöglicht es den Wassermolekülen, in das Innere der Celluloseether-Makromolekülketten einzudringen und eine starke Bindungskraft zu erfahren, wodurch freies Wasser gebildet, Wasser verhakt und die Wasserrückhaltung der Zementsuspension verbessert wird.
Verdickend, thixotrop und standfest: Celluloseether verleihen Nassmörtel eine ausgezeichnete Viskosität! Sie erhöhen die Haftung zwischen Nassmörtel und Untergrund und verbessern die Standfestigkeit des Mörtels. Die verdickende Wirkung von Celluloseethern steigert zudem die Dispersionsbeständigkeit und Homogenität frisch gemischter Materialien und beugt Materialablösung, Entmischung und Ausbluten vor. Die verdickende Wirkung von Celluloseethern auf zementgebundene Materialien beruht auf der Viskosität der Celluloseetherlösungen. Unter gleichen Bedingungen gilt: Je höher die Viskosität des Celluloseethers, desto besser die Viskosität des modifizierten zementgebundenen Materials. Ist die Viskosität jedoch zu hoch, beeinträchtigt dies die Fließfähigkeit und Verarbeitbarkeit des Materials (z. B. mit Kelle und Spachtel). Selbstnivellierender Mörtel und selbstverdichtender Beton, die eine hohe Fließfähigkeit erfordern, benötigen Celluloseether mit niedriger Viskosität. Darüber hinaus erhöht die verdickende Wirkung von Celluloseethern den Wasserbedarf zementgebundener Materialien und steigert die Mörtelausbeute. Wässrige Celluloseetherlösungen mit hoher Viskosität weisen eine hohe Thixotropie auf, die ein wesentliches Merkmal von Celluloseethern darstellt. Wässrige Celluloselösungen zeigen im Allgemeinen unterhalb ihrer Gelierungstemperatur pseudoplastische, nicht-thixotrope Fließeigenschaften, bei niedrigen Scherraten jedoch newtonsche Fließeigenschaften. Die Pseudoplastizität nimmt mit steigendem Molekulargewicht bzw. steigender Konzentration des Celluloseethers zu. Bei Temperaturerhöhung bilden sich Strukturgele, die ein stark thixotropes Fließverhalten aufweisen. Celluloseether mit hohen Konzentrationen und niedriger Viskosität zeigen bereits unterhalb der Gelierungstemperatur Thixotropie. Diese Eigenschaft ist für die Herstellung von Baumörtel von großem Vorteil, da sie dessen Verlauf und das Absacken reguliert. Es ist jedoch zu beachten, dass mit steigender Viskosität des Celluloseethers zwar die Wasserretention verbessert wird, gleichzeitig aber auch das relative Molekulargewicht des Celluloseethers steigt und die Löslichkeit entsprechend abnimmt. Dies wirkt sich negativ auf die Mörtelkonzentration und die Verarbeitbarkeit aus.
Ursache: Celluloseether hat eine deutliche luftporenbildende Wirkung auf frische zementgebundene Baustoffe. Er besitzt sowohl hydrophile (Hydroxylgruppe, Ethergruppe) als auch hydrophobe Gruppen (Methylgruppe, Glucosering), wirkt als Tensid und ist oberflächenaktiv. Dadurch bewirkt er eine luftporenbildende Wirkung. Diese führt zu einer „Kügelchenbildung“, die die Verarbeitungseigenschaften des Frischmischguts verbessert. So werden beispielsweise die Plastizität und die Glätte des Mörtels während der Verarbeitung erhöht, was dem Einbringen des Mörtels zugutekommt. Außerdem erhöht sich die Mörtelmenge, wodurch die Produktionskosten sinken. Allerdings erhöht sich die Porosität des erhärteten Materials, und seine mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Elastizitätsmodul nehmen ab. Als Tensid benetzt bzw. schmiert Celluloseether die Zementpartikel, was zusammen mit seiner luftporenbildenden Wirkung die Fließfähigkeit zementgebundener Baustoffe erhöht. Seine verdickende Wirkung verringert jedoch die Fließfähigkeit. Die Fließfähigkeit des Materials beruht auf einer Kombination aus Weichmachungs- und Verdickungseffekten. Bei sehr geringem Celluloseethergehalt überwiegt die weichmachende bzw. wasserreduzierende Wirkung; bei hohem Gehalt hingegen nimmt die Verdickungswirkung des Celluloseethers rapide zu, und seine Luftporenbildungswirkung stößt an ihre Grenzen, was zu einer Steigerung der Verdickungseigenschaften bzw. eines erhöhten Wasserbedarfs führt.
Verzögerte Abbindezeit: Celluloseether können die Hydratation von Zement verzögern. Sie verleihen dem Mörtel verschiedene vorteilhafte Eigenschaften und reduzieren die anfängliche Hydratationswärme des Zements sowie dessen Hydratationskinetik. Dies ist für die Verwendung von Mörtel in kalten Regionen ungünstig. Die Verzögerung wird durch die Adsorption von Celluloseethermolekülen an Hydratationsprodukten wie CSH und Ca(OH)₂ verursacht. Durch die Erhöhung der Viskosität der Porenlösung verringert der Celluloseether die Ionenmobilität in der Lösung und verzögert so die Hydratation. Je höher die Konzentration von Celluloseether im Mineralgelmaterial ist, desto ausgeprägter ist der Effekt der Hydratationsverzögerung. Celluloseether verzögern nicht nur das Abbinden, sondern auch die Aushärtung des Zementmörtelsystems. Die verzögernde Wirkung von Celluloseether hängt nicht nur von seiner Konzentration im Mineralgelsystem, sondern auch von seiner chemischen Struktur ab. Je höher der Methylierungsgrad von HEMC ist, desto besser ist die verzögerungsfördernde Wirkung von Celluloseether. Die Viskosität von Celluloseether hat jedoch nur geringen Einfluss auf die Hydratationskinetik des Zements. Mit steigendem Celluloseethergehalt verlängert sich die Abbindezeit des Mörtels deutlich. Zwischen der Anfangsbindezeit des Mörtels und dem Celluloseethergehalt besteht eine gute nichtlineare Korrelation, während die Endbindezeit eine gute lineare Korrelation aufweist. Die Verarbeitungszeit des Mörtels lässt sich durch die Anpassung des Celluloseethergehalts steuern. Im Produkt dient Celluloseether der Wasserrückhaltung, Verdickung, Verzögerung der Zementhydratation und Verbesserung der Bauleistung. Die gute Wasserrückhaltung ermöglicht eine vollständigere Reaktion von Zement, Gips, Asche und Kalzium, erhöht die Nassviskosität deutlich, verbessert die Haftfestigkeit des Mörtels und optimiert gleichzeitig Zug- und Scherfestigkeit. Dies steigert die Bauleistung und die Arbeitseffizienz erheblich. Die Verarbeitungszeit ist einstellbar. Celluloseether verbessert die Spritz- und Pumpfähigkeit des Mörtels sowie die Festigkeit des Bauwerks. Im eigentlichen Anwendungsprozess ist es notwendig, Art, Viskosität und Menge der Cellulose je nach Produkt, Bauweise und Umgebung zu bestimmen.
Veröffentlichungsdatum: 15. November 2022