Die Qualität des Zelluloseethers bestimmt die Qualität des Mörtels.

Bei Fertigmörtel beträgt die Zugabemenge vonCelluloseetherDie Konzentration ist zwar sehr gering, kann aber die Eigenschaften von Nassmörtel deutlich verbessern und ist ein wichtiger Zusatzstoff, der die Baueigenschaften von Mörtel beeinflusst. Die gezielte Auswahl von Celluloseethern unterschiedlicher Art, Viskosität, Partikelgröße, Viskosität und Zugabemenge wirkt sich positiv auf die Leistungsfähigkeit von Trockenmörtel aus.

Viele Mauer- und Putzmörtel weisen derzeit ein unzureichendes Wasserrückhaltevermögen auf, sodass sich die Wassersuspension bereits nach wenigen Minuten Standzeit absetzt. Das Wasserrückhaltevermögen ist eine wichtige Eigenschaft von Methylcelluloseether und wird von vielen inländischen Trockenmörtelherstellern, insbesondere in südlichen Regionen mit hohen Temperaturen, berücksichtigt. Faktoren, die das Wasserrückhaltevermögen von Trockenmörtel beeinflussen, sind die Menge des zugesetzten Methylcelluloseethers, dessen Viskosität, die Korngröße und die Umgebungstemperatur.

1. Konzept

Celluloseether ist ein synthetisches Polymer, das durch chemische Modifizierung aus natürlicher Cellulose hergestellt wird. Es handelt sich um ein Derivat der natürlichen Cellulose. Die Herstellung von Celluloseether unterscheidet sich von der Herstellung anderer synthetischer Polymere. Sein Grundmaterial ist Cellulose, ein natürliches Polymer. Aufgrund ihrer besonderen Struktur reagiert die natürliche Cellulose nicht mit Veretherungsmitteln. Nach der Behandlung mit einem Quellmittel werden jedoch die starken Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülketten aufgebrochen, und die Freisetzung der Hydroxylgruppen führt zu einer reaktiven Alkalicellulose. So erhält man Celluloseether.

Die Eigenschaften von Celluloseethern hängen von Art, Anzahl und Verteilung der Substituenten ab. Die Klassifizierung von Celluloseethern basiert ebenfalls auf der Art der Substituenten, dem Veretherungsgrad, der Löslichkeit und den damit verbundenen Anwendungseigenschaften. Je nach Art der Substituenten an der Molekülkette lassen sie sich in Monoether und gemischte Ether unterteilen. Methylcelluloseether (MC) wird üblicherweise als Monoether und Polymethylcelluloseether (PMC) als gemischter Ether bezeichnet. Methylcelluloseether (MC) entsteht durch die Substitution der Hydroxylgruppe der Glucoseeinheit natürlicher Cellulose durch eine Methoxygruppe. Dabei wird ein Teil der Hydroxylgruppe durch eine Methoxygruppe und ein anderer Teil durch eine Hydroxypropylgruppe ersetzt. Die Strukturformel lautet [C₆H₇O₂(OH)₃-mn(OCH₃)m[OCH₂CH(OH)CH₃]n]ₓ. Hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMC) sind die am weitesten verbreiteten und im Handel erhältlichen Varianten.

Hinsichtlich ihrer Löslichkeit lassen sich Celluloseether in ionische und nichtionische unterteilen. Wasserlösliche, nichtionische Celluloseether bestehen hauptsächlich aus zwei Reihen: Alkylethern und Hydroxyalkylethern. Ionische Cellulosecellulose (CMC) findet vorwiegend Anwendung in synthetischen Waschmitteln, im Textildruck und -färben, in der Lebensmittelindustrie und in der Erdölförderung. Nichtionische Cellulosecellulosen wie MC, PMC und HEMC werden hauptsächlich in Baustoffen, Latex-Beschichtungen, Arzneimitteln und Haushaltschemikalien eingesetzt. Sie dienen als Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel, Stabilisatoren, Dispergiermittel und Filmbildner.

2. Wasserretention von Celluloseether

Wasserretention von Celluloseether: Bei der Herstellung von Baustoffen, insbesondere von Trockenpulvermörtel, spielt Celluloseether eine unersetzliche Rolle; insbesondere bei der Herstellung von Spezialmörtel (modifiziertem Mörtel) ist er ein unverzichtbarer und wichtiger Bestandteil.

Die wichtige Rolle von wasserlöslichem Celluloseether im Mörtel lässt sich im Wesentlichen in drei Aspekte unterteilen: Erstens in seine ausgezeichnete Wasserrückhaltefähigkeit, zweitens in seinen Einfluss auf die Konsistenz und Thixotropie des Mörtels und drittens in seine Wechselwirkung mit dem Zement. Die Wasserrückhaltewirkung von Celluloseether hängt von der Wasseraufnahme der Tragschicht, der Zusammensetzung und Dicke der Mörtelschicht, dem Wasserbedarf des Mörtels und der Abbindezeit des Bindemittels ab. Die Wasserrückhaltung des Celluloseethers selbst beruht auf seiner Löslichkeit und Dehydratisierung. Bekanntermaßen ist Cellulose trotz der zahlreichen hydratisierbaren OH-Gruppen in ihrer Molekülkette aufgrund ihrer hohen Kristallinität nicht wasserlöslich.

Die Hydratationsfähigkeit von Hydroxylgruppen allein reicht nicht aus, um die starken Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen zu kompensieren. Daher quillt das Material zwar auf, löst sich aber nicht in Wasser. Wird ein Substituent in die Molekülkette eingeführt, zerstört dieser nicht nur die Wasserstoffbrückenbindungen, sondern auch die intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen, da er sich zwischen benachbarte Ketten einlagert. Je größer der Substituent, desto größer der Abstand zwischen den Molekülen. Je größer dieser Abstand, desto stärker die Zerstörung der Wasserstoffbrückenbindungen. Der Celluloseether wird wasserlöslich, nachdem sich das Cellulosegitter ausdehnt und die Lösung eindringt, wodurch eine hochviskose Lösung entsteht. Mit steigender Temperatur schwächt sich die Hydratation des Polymers ab, und das Wasser zwischen den Ketten wird verdrängt. Bei ausreichender Dehydratation beginnen die Moleküle zu aggregieren und bilden ein dreidimensionales Netzwerkgel. Faktoren, die die Wasserretention des Mörtels beeinflussen, sind die Viskosität des Celluloseethers, die zugesetzte Menge, die Partikelgröße und die Anwendungstemperatur.

Je höher die Viskosität von Celluloseether, desto besser die Wasserrückhalteleistung. Die Viskosität ist ein wichtiger Parameter für die Leistung von MC (Milchcellulose). Derzeit verwenden verschiedene MC-Hersteller unterschiedliche Methoden und Geräte zur Viskositätsmessung. Die gängigsten Methoden sind Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde und Brookfield. Für dasselbe Produkt können die mit verschiedenen Methoden gemessenen Viskositätswerte stark voneinander abweichen, teilweise sogar um das Doppelte. Daher müssen Viskositätsvergleiche stets mit denselben Testmethoden durchgeführt werden, einschließlich der gleichen Parameter wie Temperatur und Rotor.

Generell gilt: Je höher die Viskosität, desto besser die Wasserrückhaltung. Allerdings führt eine höhere Viskosität und ein höheres Molekulargewicht der Methylcellulose (MC) zu einer entsprechenden Abnahme der Löslichkeit, was sich negativ auf die Festigkeit und die Verarbeitungseigenschaften des Mörtels auswirkt. Höhere Viskosität bewirkt zwar eine stärkere Verdickung des Mörtels, jedoch ist dieser Effekt nicht direkt proportional. Höhere Viskosität führt zu zähflüssigerem Nassmörtel, was sich während der Verarbeitung durch Anhaften am Spachtel und starke Haftung am Untergrund äußert. Die strukturelle Festigkeit des Nassmörtels selbst wird dadurch jedoch nicht erhöht. Die Stabilität des Mörtels ist während der Verarbeitung nicht deutlich verbessert. Im Gegensatz dazu zeigen einige modifizierte Methylcelluloseether mit mittlerer und niedriger Viskosität eine ausgezeichnete Verbesserung der strukturellen Festigkeit von Nassmörtel.

Je größer die Menge an Celluloseether im Mörtel ist, desto besser ist das Wasserrückhaltevermögen; je höher die Viskosität, desto besser ist ebenfalls das Wasserrückhaltevermögen.

Bezüglich der Partikelgröße gilt: Je feiner die Partikel, desto besser die Wasserrückhaltung. Große Celluloseetherpartikel lösen sich nach dem Kontakt mit Wasser sofort an der Oberfläche auf und bilden ein Gel, das das Material umhüllt und so das weitere Eindringen von Wassermolekülen verhindert. Manchmal lässt sich das Material selbst nach längerem Rühren nicht gleichmäßig dispergieren und auflösen, wodurch eine trübe, flockige Lösung oder Agglomerate entstehen. Dies beeinträchtigt die Wasserrückhaltung des Celluloseethers erheblich, weshalb die Löslichkeit ein wichtiger Faktor bei der Auswahl des Celluloseethers ist.

Die Feinheit ist ein wichtiges Leistungsmerkmal von Methylcelluloseether. Für Trockenmörtel muss der verwendete Methylcelluloseether pulverförmig sein, einen geringen Wassergehalt aufweisen und eine Partikelgröße von 20–60 % unter 63 µm haben. Die Feinheit beeinflusst die Löslichkeit des Methylcelluloseethers. Grober Methylcelluloseether ist in der Regel körnig und löst sich zwar leicht in Wasser, ohne zu verklumpen, jedoch sehr langsam, weshalb er für Trockenmörtel ungeeignet ist. In Trockenmörtel ist der Methylcelluloseether zwischen Bindemitteln wie Zuschlagstoffen, Feinfüllstoffen und Zement dispergiert. Nur ein ausreichend feines Pulver verhindert die Verklumpung des Methylcelluloseethers beim Mischen mit Wasser. Die Zugabe von Wasser zum Auflösen der Agglomerate gestaltet sich sehr schwierig.

Eine zu grobe Körnung von Methylcellulose (MC) ist nicht nur verschwenderisch, sondern verringert auch die lokale Festigkeit des Mörtels. Bei großflächiger Anwendung eines solchen Trockenmörtels verlangsamt sich die Aushärtungsgeschwindigkeit lokal erheblich, und es entstehen Risse aufgrund unterschiedlicher Aushärtungszeiten. Bei maschinell verarbeitetem Spritzmörtel sind die Anforderungen an die Feinheit aufgrund der kürzeren Mischzeit höher. Die Feinheit von MC beeinflusst auch dessen Wasserrückhaltevermögen. Generell gilt: Bei Methylcelluloseethern gleicher Viskosität, aber unterschiedlicher Feinheit, verbessert sich bei gleicher Zugabemenge die Wasserrückhaltung mit zunehmender Feinheit.

Die Wasserretention von Methylcelluloseether (MC) hängt von der verwendeten Temperatur ab; sie nimmt mit steigender Temperatur ab. In der Praxis wird Trockenmörtel jedoch häufig auf heißen Untergründen bei hohen Temperaturen (über 40 °C) verarbeitet, beispielsweise beim Verputzen von Außenwänden in der Sommersonne. Dies beschleunigt die Aushärtung des Zements und des Trockenmörtels. Der Rückgang der Wasserretention beeinträchtigt die Verarbeitbarkeit und Rissbeständigkeit, weshalb es unter diesen Bedingungen besonders wichtig ist, den Einfluss der Temperatur zu minimieren.

ObwohlMethylhydroxyethylcelluloseetherAdditive gelten derzeit als technologisch führend, ihre Temperaturabhängigkeit beeinträchtigt jedoch weiterhin die Leistungsfähigkeit von Trockenpulvermörtel. Selbst bei erhöhter Menge an Methylhydroxyethylcellulose (Sommerrezeptur) genügen Verarbeitbarkeit und Rissbeständigkeit nicht den Anwendungsanforderungen. Durch spezielle Behandlungen des Mörtels, wie beispielsweise die Erhöhung des Veretherungsgrades, lässt sich die Wasserrückhaltefähigkeit auch bei höheren Temperaturen erhalten, wodurch sich die Leistungsfähigkeit unter anspruchsvollen Bedingungen verbessert.