In Fertigmörtel ist die Zugabemenge an Celluloseether sehr gering, kann aber die Leistung von Nassmörtel deutlich verbessern und ist ein Hauptzusatzstoff, der die Bauleistung von Mörtel beeinflusst. Eine sinnvolle Auswahl von Celluloseethern unterschiedlicher Sorten, Viskositäten, Partikelgrößen, Viskositätsgrade und Zugabemengen wirkt sich positiv auf die Leistungsverbesserung von Trockenmörtel aus. Derzeit weisen viele Mauer- und Putzmörtel ein schlechtes Wasserrückhaltevermögen auf, und die Wasseraufschlämmung trennt sich nach einigen Minuten Standzeit.
Wasserretention ist eine wichtige Leistung von MethylCelluloseether, und es ist auch eine Leistung, auf die viele inländische Hersteller von Trockenmörtel achten, insbesondere in südlichen Regionen mit hohen Temperaturen. Zu den Faktoren, die die Wasserrückhaltewirkung von Trockenmörtel beeinflussen, gehören die Menge des zugesetzten MC, die Viskosität des MC, die Feinheit der Partikel und die Temperatur der Verwendungsumgebung.
Celluloseether ist ein synthetisches Polymer, das durch chemische Modifikation aus natürlicher Cellulose hergestellt wird. Celluloseether ist ein Derivat natürlicher Cellulose. Die Herstellung von Celluloseether unterscheidet sich von der Herstellung synthetischer Polymere. Sein Grundstoff ist Cellulose, eine natürliche Polymerverbindung. Aufgrund der besonderen Struktur natürlicher Cellulose reagiert die Cellulose selbst nicht mit Veretherungsmitteln. Nach der Behandlung mit dem Quellmittel werden jedoch die starken Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülketten zerstört, und durch die aktive Freisetzung der Hydroxylgruppe entsteht eine reaktive Alkalicellulose. Celluloseether wird gewonnen.
Die Eigenschaften von Celluloseethern hängen von Art, Anzahl und Verteilung der Substituenten ab. Die Klassifizierung von Celluloseethern basiert auch auf Art der Substituenten, Veretherungsgrad, Löslichkeit und damit verbundenen Anwendungseigenschaften. Je nach Art der Substituenten an der Molekülkette kann in Monoether und Mischether unterschieden werden. Das üblicherweise verwendete MC ist ein Monoether, HPMC ein Mischether. Methylcelluloseether MC ist das Produkt, das entsteht, wenn die Hydroxygruppe an der Glucoseeinheit natürlicher Cellulose durch Methoxy ersetzt wird. Ein Teil der Hydroxygruppe an der Einheit wird durch eine Methoxygruppe ersetzt, der andere Teil durch eine Hydroxypropylgruppe. Ethylmethylcelluloseether (HEMC) sind die am häufigsten verwendeten und verkauften Sorten auf dem Markt.
Hinsichtlich der Löslichkeit kann man zwischen ionischen und nichtionischen Celluloseethern unterscheiden. Wasserlösliche nichtionische Celluloseether bestehen hauptsächlich aus zwei Reihen von Alkylethern und Hydroxyalkylethern. Ionische CMC wird hauptsächlich in synthetischen Waschmitteln, im Textildruck und -färben sowie in der Lebensmittel- und Ölförderung eingesetzt. Nichtionische MC, HPMC, HEMC usw. werden hauptsächlich in Baumaterialien, Latexbeschichtungen, Medikamenten und Alltagschemikalien verwendet. Sie dienen als Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel, Stabilisator, Dispergiermittel und Filmbildner.
Wasserrückhaltevermögen von Celluloseether: Bei der Herstellung von Baustoffen, insbesondere von Trockenmörtel, spielt Celluloseether eine unverzichtbare Rolle. Insbesondere bei der Herstellung von Spezialmörtel (modifiziertem Mörtel) ist er ein unverzichtbarer und wichtiger Bestandteil. Die wichtige Rolle von wasserlöslichem Celluloseether im Mörtel hat hauptsächlich drei Aspekte: Erstens das ausgezeichnete Wasserrückhaltevermögen, zweitens die Beeinflussung der Konsistenz und Thixotropie des Mörtels und drittens die Wechselwirkung mit Zement. Die wasserrückhaltende Wirkung von Celluloseether hängt von der Wasseraufnahme der Grundschicht, der Zusammensetzung des Mörtels, der Schichtdicke des Mörtels, dem Wasserbedarf des Mörtels und der Abbindezeit des abbindenden Materials ab. Das Wasserrückhaltevermögen von Celluloseether selbst beruht auf seiner Löslichkeit und Dehydratation. Wie wir alle wissen, ist Cellulose in Wasser nicht löslich, obwohl ihre Molekülkette viele gut hydratisierbare OH-Gruppen enthält, da die Cellulosestruktur einen hohen Kristallinitätsgrad aufweist. Die Hydratisierungsfähigkeit von Hydroxygruppen allein reicht nicht aus, um die starken Wasserstoffbrücken und Van-der-Waals-Kräfte zwischen Molekülen zu überbrücken. Daher quillt es nur auf, löst sich aber nicht in Wasser auf. Wird ein Substituent in die Molekülkette eingeführt, zerstört dieser nicht nur die Wasserstoffkette, sondern auch die Wasserstoffbrücken zwischen den Ketten werden zerstört, da der Substituent zwischen benachbarten Ketten eingeklemmt wird. Je größer der Substituent, desto größer der Abstand zwischen den Molekülen. Je größer der Abstand, desto stärker die Zerstörung der Wasserstoffbrücken und desto wasserlöslicher wird der Celluloseether, nachdem sich das Cellulosegitter ausgedehnt hat und die Lösung eindringt, wodurch eine hochviskose Lösung entsteht. Steigende Temperaturen schwächen die Hydratisierung des Polymers ab und das Wasser zwischen den Ketten wird verdrängt. Wenn die Dehydratisierungswirkung ausreichend ist, beginnen die Moleküle zu aggregieren und bilden ein dreidimensionales, gelartiges und aufgefaltetes Netzwerk.
Zu den Faktoren, die die Wasserrückhaltefähigkeit von Mörtel beeinflussen, zählen die Viskosität des Celluloseethers, die zugesetzte Menge, die Feinheit der Partikel und die Verwendungstemperatur.
Je höher die Viskosität von Celluloseether, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung. Die Viskosität ist ein wichtiger Parameter für die MC-Leistung. Verschiedene MC-Hersteller verwenden derzeit unterschiedliche Methoden und Instrumente zur Messung der Viskosität von MC. Die wichtigsten Methoden sind Haake Rotovisko, Hoppler, Ubbelohde und Brookfield. Für dasselbe Produkt sind die mit verschiedenen Methoden gemessenen Viskositätsergebnisse sehr unterschiedlich, und einige weisen sogar doppelte Unterschiede auf. Daher muss beim Viskositätsvergleich ein Vergleich zwischen denselben Prüfmethoden durchgeführt werden, einschließlich Temperatur, Rotor usw.
Im Allgemeinen gilt: Je höher die Viskosität, desto besser die Wasserrückhaltewirkung. Je höher jedoch die Viskosität und je höher das Molekulargewicht von MC ist, desto geringer ist die Löslichkeit, was sich negativ auf die Festigkeit und die Konstruktionseigenschaften des Mörtels auswirkt. Je höher die Viskosität, desto deutlicher ist die verdickende Wirkung auf den Mörtel, sie ist jedoch nicht direkt proportional. Je höher die Viskosität, desto zähflüssiger ist der Nassmörtel, d. h. während der Bauphase klebt er am Schaber und haftet stark am Untergrund. Dies trägt jedoch nicht zur Verbesserung der strukturellen Festigkeit des Nassmörtels selbst bei. Während der Bauphase ist die Standfestigkeit nicht erkennbar. Im Gegenteil, einige modifizierte Methylcelluloseether mit mittlerer und niedriger Viskosität verbessern die strukturelle Festigkeit von Nassmörtel hervorragend.
Je mehr Celluloseether dem Mörtel zugesetzt wird, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung, und je höher die Viskosität, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung.
Bei der Partikelgröße gilt: Je feiner die Partikel, desto besser die Wasserspeicherung. Bei Kontakt mit Wasser lösen sich große Celluloseether-Partikel sofort an der Oberfläche auf und bilden ein Gel, das das Material umhüllt und so das weitere Eindringen von Wassermolekülen verhindert. Manchmal löst sich das Gel auch nach längerem Rühren nicht gleichmäßig auf, sodass sich eine trübe, flockige Lösung oder Agglomeration bildet. Dies hat großen Einfluss auf die Wasserspeicherung von Celluloseether, und die Löslichkeit ist einer der Faktoren für die Wahl des Celluloseethers. Die Feinheit ist auch ein wichtiger Leistungsindex von Methylcelluloseether. Das für Trockenmörtel verwendete MC muss pulverförmig und wasserarm sein, und die Feinheit muss 20–60 % der Partikelgröße unter 63 µm betragen. Die Feinheit beeinflusst die Löslichkeit von Methylcelluloseether. Grobes MC ist in der Regel körnig und löst sich leicht in Wasser auf, ohne zu agglomerieren. Die Auflösungsgeschwindigkeit ist jedoch sehr langsam, sodass es nicht für die Verwendung in Trockenmörtel geeignet ist. In Trockenmörtelpulver wird MC zwischen Bindemitteln wie Zuschlagstoffen, Feinspachtel und Zement dispergiert. Nur durch ausreichend feines Pulver kann die Agglomeration von Methylcelluloseether beim Mischen mit Wasser vermieden werden. Wird MC mit Wasser vermischt, um die Agglomerate aufzulösen, ist die Dispergierung und Auflösung sehr schwierig. Grobes MC ist nicht nur verschwenderisch, sondern verringert auch die lokale Festigkeit des Mörtels. Bei großflächigem Auftragen eines solchen Trockenmörtelpulvers verringert sich die Aushärtungsgeschwindigkeit des lokalen Trockenmörtels erheblich, und aufgrund unterschiedlicher Aushärtezeiten treten Risse auf. Bei Spritzmörtel mit mechanischer Konstruktion sind die Anforderungen an die Feinheit aufgrund der kürzeren Mischzeit höher.
Auch die Feinheit von MC hat einen gewissen Einfluss auf die Wasserretention. Generell gilt bei Methylcelluloseethern mit gleicher Viskosität, aber unterschiedlicher Feinheit, bei gleicher Zugabemenge: Je feiner, desto besser die Wasserretention.
Die Wasserretention von MC hängt auch von der verwendeten Temperatur ab, und die Wasserretention von Methylcelluloseether nimmt mit steigender Temperatur ab. In der tatsächlichen Materialanwendung wird Trockenpulvermörtel jedoch häufig auf heiße Untergründe bei hohen Temperaturen (über 40 Grad) in vielen Umgebungen aufgetragen, wie z. B. beim Spachtelverputzen von Außenwänden in der Sommersonne, was häufig die Aushärtung des Zements und die Aushärtung des Trockenpulvermörtels beschleunigt. Die Abnahme der Wasserretentionsrate führt zu dem offensichtlichen Gefühl, dass sowohl die Verarbeitbarkeit als auch die Rissbeständigkeit beeinträchtigt werden, und unter diesen Bedingungen ist es besonders wichtig, den Einfluss von Temperaturfaktoren zu reduzieren. Obwohl Methylhydroxyethylcelluloseether-Additive derzeit als technologisch führend gelten, führt ihre Temperaturabhängigkeit dennoch zu einer Abschwächung der Leistung von Trockenpulvermörtel. Selbst die Menge an Methylhydroxyethylcellulose wird erhöht (Sommerformel), die Verarbeitbarkeit und Rissbeständigkeit werden den Anwendungsanforderungen nicht gerecht. Durch eine spezielle Behandlung des MC, wie etwa eine Erhöhung des Veretherungsgrades usw., kann die Wasserrückhaltewirkung bei höheren Temperaturen aufrechterhalten werden, sodass unter rauen Bedingungen eine bessere Leistung erzielt werden kann.
Darüber hinaus hängen die Verdickung und Thixotropie von Celluloseether: Die zweite Funktion von Celluloseether – die Verdickung – vom Polymerisationsgrad des Celluloseethers, der Lösungskonzentration, der Schergeschwindigkeit, der Temperatur und weiteren Bedingungen ab. Die Gelbildungseigenschaft der Lösung ist einzigartig bei Alkylcellulose und ihren modifizierten Derivaten. Die Gelbildungseigenschaften hängen vom Substitutionsgrad, der Lösungskonzentration und den Additiven ab. Bei hydroxyalkylmodifizierten Derivaten hängen die Gelbildungseigenschaften auch vom Modifizierungsgrad des Hydroxyalkyls ab. Für niedrigviskose MC und HPMC können 10–15 %ige Lösungen, für mittelviskose MC und HPMC 5–10 %ige Lösungen und für hochviskose MC und HPMC 5–10 %ige Lösungen hergestellt werden.HPMCEs können nur 2–3 %ige Lösungen hergestellt werden. Die Viskosität von Celluloseether wird üblicherweise in 1–2 %ige Lösungen eingeteilt. Celluloseether mit hohem Molekulargewicht hat eine hohe Verdickungseffizienz. Polymere mit unterschiedlichem Molekulargewicht haben in Lösungen gleicher Konzentration unterschiedliche Viskositäten. Die Zielviskosität kann nur durch Zugabe einer großen Menge Celluloseether mit niedrigem Molekulargewicht erreicht werden. Seine Viskosität hängt kaum von der Schergeschwindigkeit ab. Bei hoher Viskosität wird die Zielviskosität erreicht. Die erforderliche Zugabemenge ist gering und die Viskosität hängt von der Verdickungseffizienz ab. Deshalb müssen eine bestimmte Menge Celluloseether (Lösungskonzentration) und eine bestimmte Lösungsviskosität gewährleistet sein, um eine bestimmte Konsistenz zu erreichen. Die Geltemperatur der Lösung sinkt linear mit der Konzentrationserhöhung und geliert bei Raumtemperatur, sobald eine bestimmte Konzentration erreicht ist. Die Gelkonzentration von HPMC ist bei Raumtemperatur relativ hoch.
Die Konsistenz kann auch durch die Wahl der Partikelgröße und der Celluloseether mit unterschiedlichem Modifizierungsgrad angepasst werden. Die sogenannte Modifizierung besteht darin, einen bestimmten Substitutionsgrad durch Hydroxyalkylgruppen in die Skelettstruktur von MC einzuführen. Durch Änderung der relativen Substitutionswerte der beiden Substituenten, d. h. der relativen Substitutionswerte DS und MS der Methoxy- und Hydroxyalkylgruppen, die wir oft nennen, können verschiedene Leistungsanforderungen an Celluloseether erfüllt werden.
Der Zusammenhang zwischen Konsistenz und Modifizierung: Die Zugabe von Celluloseether beeinflusst den Wasserverbrauch des Mörtels, die Veränderung des Wasser-Bindemittel-Verhältnisses von Wasser und Zement hat eine verdickende Wirkung, je höher die Dosierung, desto höher der Wasserverbrauch.
Celluloseether, die in pulverförmigen Baustoffen verwendet werden, müssen sich in kaltem Wasser schnell auflösen und dem System eine geeignete Konsistenz verleihen. Bei einer bestimmten Schergeschwindigkeit bilden sie dennoch flockige und kolloidale Blöcke, die ein minderwertiges Produkt darstellen.
Es besteht auch eine gute lineare Beziehung zwischen der Konsistenz von Zementleim und der Dosierung von Celluloseether. Celluloseether kann die Viskosität von Mörtel erheblich erhöhen. Je höher die Dosierung, desto deutlicher der Effekt. Wässrige Celluloseetherlösungen mit hoher Viskosität haben eine hohe Thixotropie, die auch ein wichtiges Merkmal von Celluloseether ist. Wässrige Lösungen von MC-Polymeren haben unterhalb ihrer Geltemperatur üblicherweise eine pseudoplastische und nicht thixotrope Fluidität, jedoch newtonsche Fließeigenschaften bei niedrigen Schergeschwindigkeiten. Die Pseudoplastizität steigt mit dem Molekulargewicht oder der Konzentration des Celluloseethers, unabhängig von der Art und dem Grad der Substitution. Daher zeigen Celluloseether der gleichen Viskositätsklasse (unabhängig davon, ob MC, HPMC oder HEMC) immer die gleichen rheologischen Eigenschaften, solange Konzentration und Temperatur konstant gehalten werden. Bei erhöhter Temperatur bilden sich Strukturgele, und es kommt zu stark thixotropen Fließvorgängen. Celluloseether mit hoher Konzentration und niedriger Viskosität zeigen sogar unterhalb der Geltemperatur eine Thixotropie. Diese Eigenschaft ist sehr nützlich für die Regulierung von Nivellierung und Absacken bei der Konstruktion von Baumörtel. Es muss hier erklärt werden, dass die Wasserspeicherung umso besser ist, je höher die Viskosität von Celluloseether ist. Allerdings steigt mit zunehmender Viskosität auch das relative Molekulargewicht des Celluloseethers und seine Löslichkeit nimmt entsprechend ab, was sich negativ auf die Mörtelkonzentration und die Konstruktionseigenschaften auswirkt. Je höher die Viskosität, desto deutlicher ist die Verdickungswirkung auf den Mörtel, sie ist jedoch nicht vollständig proportional. Bei einigen Mörteln mit mittlerer oder niedriger Viskosität verbessert modifizierter Celluloseether die Strukturfestigkeit von Nassmörtel besser. Mit zunehmender Viskosität verbessert sich die Wasserspeicherung des Celluloseethers.
Verzögerung von Celluloseether: Die dritte Funktion von Celluloseether besteht darin, den Hydratationsprozess von Zement zu verzögern. Celluloseether verleiht Mörtel verschiedene nützliche Eigenschaften, reduziert die frühe Hydratationswärme des Zements und verzögert dessen dynamische Hydratation. Dies ist ungünstig für die Verwendung von Mörtel in kalten Regionen. Dieser Verzögerungseffekt wird durch die Adsorption von Celluloseethermolekülen an Hydratationsprodukten wie CSH und Ca(OH)2 verursacht. Durch die Erhöhung der Viskosität der Porenlösung verringert Celluloseether die Beweglichkeit der Ionen in der Lösung und verzögert so den Hydratationsprozess. Je höher die Celluloseetherkonzentration im Mineralgelmaterial, desto ausgeprägter ist dieser Effekt der Hydratationsverzögerung. Celluloseether verzögert nicht nur das Abbinden, sondern auch den Aushärtungsprozess des Zementmörtelsystems. Die verzögernde Wirkung von Celluloseether hängt nicht nur von seiner Konzentration im Mineralgelsystem ab, sondern auch von seiner chemischen Struktur. Je höher der Methylierungsgrad von HEMC, desto besser ist die verzögernde Wirkung von Celluloseether. Das Verhältnis von hydrophiler zu wassererhöhender Substitution erhöht die verzögernde Wirkung. Die Viskosität von Celluloseether hat jedoch nur geringen Einfluss auf die Hydratationskinetik von Zement.
Mit steigendem Celluloseethergehalt erhöht sich die Abbindezeit des Mörtels deutlich. Es besteht eine gute nichtlineare Korrelation zwischen der anfänglichen Abbindezeit des Mörtels und dem Celluloseethergehalt sowie eine gute lineare Korrelation zwischen der endgültigen Abbindezeit und dem Celluloseethergehalt. Die Verarbeitungszeit des Mörtels lässt sich durch Veränderung der Celluloseethermenge steuern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im FertigmörtelCelluloseetherspielt eine Rolle bei der Wasserretention, Verdickung, Verzögerung der Zementhydratation und der Verbesserung der Bauleistung. Ein gutes Wasserrückhaltevermögen verbessert die Zementhydratation, kann die Nassviskosität von Nassmörtel verbessern, die Haftfestigkeit des Mörtels erhöhen und die Zeit anpassen. Die Zugabe von Celluloseether zu mechanischem Spritzmörtel kann die Spritz- oder Pumpleistung sowie die strukturelle Festigkeit des Mörtels verbessern. Daher wird Celluloseether häufig als wichtiger Zusatzstoff in Fertigmörtel verwendet.
Veröffentlichungszeit: 28. April 2024