Celluloseether in Fertigmörtelzusätzen

1. Die Hauptfunktion von Celluloseether

Bei Fertigmörtel ist Celluloseether ein wichtiger Zusatzstoff, der in sehr geringer Menge beigemischt wird, aber die Eigenschaften des Nassmörtels deutlich verbessern und die Bauleistung des Mörtels beeinflussen kann.

2. Arten von Celluloseethern

Die Herstellung von Celluloseether erfolgt hauptsächlich durch die Umwandlung von Naturfasern in Celluloseether mittels Alkalilösung, Pfropfreaktion (Veretherung), Waschen, Trocknen, Mahlen und anderen Verfahren.

Nach ihren Hauptrohstoffen lassen sich Naturfasern in Baumwoll-, Zedern- und Buchenfasern unterteilen. Ihr Polymerisationsgrad variiert, was die Viskosität der Endprodukte beeinflusst. Aktuell verwenden die meisten Zellstoffhersteller Baumwollfasern (ein Nebenprodukt der Nitrocelluloseherstellung) als Hauptrohstoff.

Celluloseether lassen sich in ionische und nichtionische Ether unterteilen. Zu den ionischen Ethern zählt hauptsächlich Carboxymethylcellulosesalz, während zu den nichtionischen Ethern vor allem Methylcellulose, Methylhydroxyethyl(propyl)cellulose, Hydroxyethylcellulose usw. gehören.

Die derzeit in Fertigmörtel verwendeten Celluloseether sind hauptsächlich Methylcelluloseether (MC), Methylhydroxyethylcelluloseether (MHEC), Methylhydroxypropylcelluloseether (MHPG) und Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC). Ionische Cellulose (Carboxymethylcellulosesalz) wird in Fertigmörtel aufgrund ihrer Instabilität in Gegenwart von Calciumionen nur selten in Produkten eingesetzt, die Zement, gelöschten Kalk usw. als Bindemittel verwenden. In einigen Regionen Chinas dient Carboxymethylcellulosesalz als Verdickungsmittel für bestimmte Produkte für den Innenbereich, die mit modifizierter Stärke als Hauptbindemittel und Shuangfei-Pulver als Füllstoff hergestellt werden. Dieses Produkt ist anfällig für Schimmel und nicht wasserbeständig und wird daher schrittweise vom Markt genommen. Hydroxyethylcellulose wird ebenfalls in einigen Fertigprodukten verwendet, hat aber einen sehr geringen Marktanteil.

3. Wichtigste Leistungsindikatoren von Celluloseether

(1) Löslichkeit

Cellulose ist ein Polyhydroxypolymer, das sich weder löst noch schmilzt. Nach der Veretherung ist Cellulose in Wasser, verdünnter Alkalilösung und organischen Lösungsmitteln löslich und weist thermoplastische Eigenschaften auf. Die Löslichkeit hängt im Wesentlichen von vier Faktoren ab: Erstens variiert sie mit der Viskosität; je niedriger die Viskosität, desto höher die Löslichkeit. Zweitens spielen die Eigenschaften der bei der Veretherung eingeführten Gruppen eine Rolle: Je größer die Gruppe, desto geringer die Löslichkeit; je polarer die Gruppe, desto besser löst sich der Celluloseether in Wasser. Drittens sind der Substitutionsgrad und die Verteilung der veretherten Gruppen im Molekül entscheidend. Die meisten Celluloseether sind nur bis zu einem bestimmten Substitutionsgrad wasserlöslich. Viertens beeinflusst der Polymerisationsgrad die Löslichkeit: Je höher der Polymerisationsgrad, desto geringer die Löslichkeit; je niedriger der Polymerisationsgrad, desto größer der Bereich der wasserlöslichen Substitutionsgrade.

(2) Wasserrückhaltung

Die Wasserretention ist eine wichtige Eigenschaft von Celluloseether und wird von vielen inländischen Trockenpulverherstellern, insbesondere in südlichen Regionen mit hohen Temperaturen, genau beobachtet. Faktoren, die die Wasserretention von Mörtel beeinflussen, sind die Menge des zugesetzten Celluloseethers, die Viskosität, die Partikelfeinheit und die Umgebungstemperatur. Je höher die Menge an zugesetztem Celluloseether, desto besser die Wasserretention; je höher die Viskosität, desto besser die Wasserretention; je feiner die Partikel, desto besser die Wasserretention.

(3) Viskosität

Die Viskosität ist ein wichtiger Parameter von Celluloseetherprodukten. Derzeit verwenden verschiedene Hersteller von Celluloseethern unterschiedliche Methoden und Geräte zur Viskositätsmessung. Für dasselbe Produkt können die mit verschiedenen Methoden gemessenen Viskositätswerte stark voneinander abweichen, teilweise sogar um das Doppelte. Daher müssen Viskositätsmessungen stets unter identischen Bedingungen durchgeführt werden, einschließlich der Temperatur, des Rotors usw.

Generell gilt: Je höher die Viskosität, desto besser die Wasserrückhaltung. Allerdings führt eine höhere Viskosität auch zu einem höheren Molekulargewicht des Celluloseethers und einer damit einhergehenden Verringerung seiner Löslichkeit, was sich negativ auf die Festigkeit und die Verarbeitungseigenschaften des Mörtels auswirkt. Zwar ist die Verdickung des Mörtels mit zunehmender Viskosität deutlicher, jedoch besteht kein direkter Zusammenhang. Je höher die Viskosität, desto zähflüssiger ist der Nassmörtel. Dies äußert sich während der Verarbeitung in einem Anhaften am Spachtel und einer starken Haftung am Untergrund. Die strukturelle Festigkeit des Nassmörtels selbst wird dadurch jedoch nicht erhöht. Auch die Stabilität des Mörtels ist während der Verarbeitung nicht signifikant verbessert. Im Gegensatz dazu zeigen einige modifizierte Methylcelluloseether mit mittlerer und niedriger Viskosität eine ausgezeichnete Wirkung bei der Verbesserung der strukturellen Festigkeit von Nassmörtel.

(4) Die Feinheit der Partikel:

Der für Fertigmörtel verwendete Celluloseether muss als Pulver mit geringem Wassergehalt vorliegen. Zudem ist eine Feinheit erforderlich: 20 % bis 60 % der Partikelgröße sollten unter 63 μm liegen. Die Feinheit beeinflusst die Löslichkeit des Celluloseethers. Grobe Celluloseether liegen üblicherweise in Granulatform vor. Sie lassen sich zwar leicht dispergieren und in Wasser lösen, ohne zu verklumpen, lösen sich jedoch sehr langsam und sind daher für Fertigmörtel ungeeignet (einige inländische Produkte flocken aus, sind schwer dispergierbar und neigen zum Verklumpen). In Fertigmörtel wird Celluloseether zwischen Zuschlagstoffen, Feinfüllstoffen und Zement sowie anderen Bindemitteln dispergiert. Nur ein ausreichend feines Pulver verhindert die Verklumpung des Celluloseethers beim Mischen mit Wasser. Die Zugabe von Wasser zum Auflösen der Verklumpungen gestaltet sich sehr schwierig.

(5) Modifizierung von Celluloseether

Die Modifizierung von Celluloseether erweitert dessen Anwendungsmöglichkeiten und ist der wichtigste Aspekt. Durch die Verbesserung der Eigenschaften von Celluloseether lassen sich Benetzbarkeit, Dispergierbarkeit, Haftung, Verdickung, Emulgierung, Wasserrückhaltung und Filmbildung sowie die Ölundurchlässigkeit optimieren.

4. Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Wasserretention des Mörtels

Die Wasserretention von Celluloseether nimmt mit steigender Temperatur ab. In der Praxis wird Mörtel häufig auf heißen Untergründen bei hohen Temperaturen (über 40 °C) verarbeitet. Der Rückgang der Wasserretention beeinträchtigt die Verarbeitbarkeit und Rissbeständigkeit spürbar. Die Temperaturabhängigkeit führt weiterhin zu einer Schwächung der Mörteleigenschaften, weshalb es unter diesen Bedingungen besonders wichtig ist, den Einfluss von Temperaturfaktoren zu minimieren. Die Mörtelrezepturen wurden entsprechend angepasst, und es wurden viele wichtige Änderungen an den saisonalen Rezepturen vorgenommen. Trotz erhöhter Dosierung (Sommerrezeptur) genügen Verarbeitbarkeit und Rissbeständigkeit nicht den Anwendungsanforderungen. Daher ist eine spezielle Behandlung des Celluloseethers erforderlich, beispielsweise eine Erhöhung des Veretherungsgrades, um die Wasserretention auch bei relativ hohen Temperaturen zu verbessern. Bei hohen Temperaturen bleibt die Wirkung besser erhalten, wodurch der Mörtel unter anspruchsvollen Bedingungen eine bessere Leistung erbringt.

5. Anwendung in Fertigmörtel

In Fertigmörtel dient Celluloseether der Wasserrückhaltung, Verdickung und Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften. Eine gute Wasserrückhaltung verhindert das Abschleifen, Ausbröckeln und die Festigkeitsminderung durch Wassermangel und unvollständige Hydratation. Die Verdickungswirkung erhöht die Tragfähigkeit des Frischmörtels erheblich. Die Zugabe von Celluloseether verbessert die Nassviskosität des Mörtels deutlich und sorgt für eine gute Haftung auf verschiedenen Untergründen. Dadurch werden die Wandeigenschaften des Frischmörtels verbessert und Materialverluste reduziert. Darüber hinaus erfüllt Celluloseether in verschiedenen Produkten unterschiedliche Funktionen. Beispielsweise verlängert und reguliert er in Fliesenklebern die Verarbeitungszeit; in Spritzmörteln verbessert er die Tragfähigkeit des Frischmörtels; und in selbstnivellierenden Mörteln verhindert er Setzungen, Entmischung und Schichtung. Daher findet Celluloseether als wichtiger Zusatzstoff breite Anwendung in Trockenmörteln.