In Transportmörtel ist die zugesetzte Menge an Celluloseether sehr gering, kann jedoch die Leistung von Nassmörtel deutlich verbessern und ist ein Hauptzusatzstoff, der die Konstruktionsleistung von Mörtel beeinflusst. Eine sinnvolle Auswahl von Celluloseethern unterschiedlicher Art, Viskosität, Partikelgröße, Viskositätsgrade und Zugabemengen wirkt sich positiv auf die Leistungsverbesserung von Trockenmörtel aus. Derzeit haben viele Mauer- und Putzmörtel eine schlechte Wasserspeicherfähigkeit, und der wässrige Brei trennt sich nach einigen Minuten Standzeit. Die Wasserspeicherfähigkeit ist eine wichtige Eigenschaft von Methylcelluloseether und wird von vielen inländischen Trockenmörtelherstellern, insbesondere in südlichen Regionen mit hohen Temperaturen, sehr geschätzt. Zu den Faktoren, die die Wasserspeicherwirkung von Trockenmörtel beeinflussen, gehören die zugesetzte MC-Menge, die Viskosität des MC, die Feinheit der Partikel und die Temperatur der Anwendungsumgebung.
1. Konzept
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 der Art, Anzahl und Verteilung der Substituenten ab. Die Klassifizierung von Celluloseethern basiert auch auf der Art der Substituenten, dem Veretherungsgrad, der Löslichkeit und den 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, und HPMC ist ein Mischether. Methylcelluloseether MC ist das Produkt, das entsteht, wenn die Hydroxygruppe an der Glucoseeinheit natürlicher Cellulose durch Methoxy ersetzt wird. Das Produkt wird erhalten, indem ein Teil der Hydroxygruppe an der Einheit durch eine Methoxygruppe und ein anderer Teil durch eine Hydroxypropylgruppe ersetzt wird. Die Strukturformel lautet [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m[OCH2CH(OH)CH3]n]x. Hydroxyethylmethylcelluloseether HEMC sind die wichtigsten Sorten, die auf dem Markt weit verbreitet sind und verkauft werden.
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.
Zweitens die Wasserretention von Celluloseether
Wasserrückhaltevermögen von Celluloseether: Bei der Herstellung von Baustoffen, insbesondere von Trockenmörtel, spielt Celluloseether eine unersetzliche Rolle, insbesondere bei der Herstellung von Spezialmörtel (modifiziertem Mörtel) ist er ein unverzichtbarer und wichtiger Bestandteil.
Die wichtige Rolle wasserlöslicher Celluloseether in Mörtel hat hauptsächlich drei Aspekte: Erstens ihr ausgezeichnetes Wasserrückhaltevermögen, zweitens ihren Einfluss auf die Konsistenz und Thixotropie des Mörtels und drittens ihre Wechselwirkung mit Zement. Die wasserrückhaltende Wirkung von Celluloseether hängt von der Wasseraufnahme der Grundschicht, der Zusammensetzung des Mörtels, der Schichtdicke, dem Wasserbedarf des Mörtels und der Abbindezeit des Bindemittels ab. Die Wasserrückhaltefähigkeit von Celluloseether selbst beruht auf seiner Löslichkeit und Dehydratation. Wie wir alle wissen, enthält die Molekülkette der Cellulose zwar eine große Anzahl hochhydratisierbarer OH-Gruppen, ist aber aufgrund der hochkristallinen Cellulosestruktur nicht wasserlöslich.
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 Wasserretention von Mörtel beeinflussen, gehören die Viskosität des Celluloseethers, die Zugabemenge, die Partikelfeinheit 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.
Hinsichtlich der Partikelgröße gilt: Je feiner die Partikel, desto besser die Wasserretention. Bei Kontakt mit Wasser lösen sich die großen Celluloseether-Partikel 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 auch nach längerem Rühren nicht gleichmäßig verteilen und auflösen, sodass eine trübe, flockige Lösung oder Agglomeration entsteht. Dies beeinflusst die Wasserretention von Celluloseether stark, und die Löslichkeit ist einer der Faktoren bei der Wahl des Celluloseethers.
Die Feinheit ist auch ein wichtiger Leistungsindex von Methylcelluloseether. Das für Trockenmörtel verwendete MC muss Pulver mit geringem Wassergehalt sein und die Feinheit erfordert außerdem, dass 20–60 % der Partikelgröße weniger als 63 µm betragen. Die Feinheit beeinflusst die Löslichkeit von Methylcelluloseether. Grobes MC ist normalerweise körnig und löst sich leicht in Wasser auf, ohne zu verklumpen. Die Lösungsgeschwindigkeit ist jedoch sehr langsam und daher nicht für die Verwendung in Trockenmörtel geeignet. In Trockenmörtel wird MC zwischen Bindemitteln wie Zuschlagstoffen, Feinfüllern und Zement dispergiert und nur ein ausreichend feines Pulver kann eine Agglomeration des Methylcelluloseethers beim Mischen mit Wasser vermeiden. Wenn MC mit Wasser hinzugefügt wird, um die Agglomerate aufzulösen, ist es sehr schwierig, es zu dispergieren und aufzulösen.
Grobe Feinheit des Mörtels ist nicht nur verschwenderisch, sondern verringert auch die lokale Festigkeit des Mörtels. Bei großflächigem Auftragen eines solchen Trockenpulvermörtels verringert sich die Aushärtungsgeschwindigkeit des lokalen Trockenpulvermörtels erheblich, und aufgrund unterschiedlicher Aushärtungszeiten 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 Temperatur ab, und die Wasserretention von Methylcelluloseether nimmt mit steigender Temperatur ab. In der Praxis wird Trockenmörtel jedoch häufig auf heißen Untergründen bei hohen Temperaturen (über 40 Grad Celsius) in vielen Umgebungen verarbeitet, beispielsweise beim Verputzen von Außenwänden in der Sommersonne. Dies beschleunigt häufig die Zementaushärtung und das Aushärten des Trockenmörtels. Die Abnahme der Wasserretention führt zu einer deutlichen Beeinträchtigung der Verarbeitbarkeit und der Rissbeständigkeit. 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 Leistungsminderung des Trockenmörtels. Selbst bei erhöhter Methylhydroxyethylcellulosemenge (Sommerformel) genügen Verarbeitbarkeit und Rissbeständigkeit nicht den Anforderungen. Durch spezielle Behandlungen der MC, wie z. B. eine Erhöhung des Veretherungsgrades, kann die Wasserrückhaltewirkung bei höheren Temperaturen aufrechterhalten werden, sodass eine bessere Leistung unter rauen Bedingungen erzielt wird.
3. Verdickung und Thixotropie von Celluloseether
Verdickung und Thixotropie von Celluloseether: Die zweite Funktion von Celluloseether – die Verdickungswirkung – hängt von folgendem ab: Polymerisationsgrad des Celluloseethers, Lösungskonzentration, Schergeschwindigkeit, Temperatur und anderen Bedingungen. Die Geliereigenschaft der Lösung ist einzigartig bei Alkylcellulose und ihren modifizierten Derivaten. Die Geliereigenschaften hängen vom Substitutionsgrad, der Lösungskonzentration und den Additiven ab. Bei hydroxyalkylmodifizierten Derivaten hängen die Geleigenschaften auch vom Modifizierungsgrad des Hydroxyalkyls ab. Für MC und HPMC mit niedriger Viskosität können 10–15 %ige Lösungen hergestellt werden, für MC und HPMC mit mittlerer Viskosität können 5–10 %ige Lösungen hergestellt werden und für MC und HPMC mit hoher Viskosität können nur 2–3 %ige Lösungen hergestellt werden. Normalerweise wird die Viskosität von Celluloseether auch in 1–2 %ige Lösungen unterteilt.
Celluloseether mit hohem Molekulargewicht hat eine hohe Verdickungseffizienz. In einer Lösung mit gleicher Konzentration haben Polymere mit unterschiedlichem Molekulargewicht unterschiedliche Viskositäten. Hoher Grad. Die Zielviskosität kann nur durch Zugabe einer großen Menge Celluloseether mit niedrigem Molekulargewicht erreicht werden. Seine Viskosität hängt wenig von der Schergeschwindigkeit ab. Die hohe Viskosität erreicht die Zielviskosität. Die erforderliche Zugabemenge ist gering und die Viskosität hängt von der Verdickungseffizienz ab. Daher müssen eine bestimmte Menge Celluloseether (Konzentration der Lösung) und eine bestimmte Lösungsviskosität gewährleistet sein, um eine bestimmte Konsistenz zu erreichen. Die Geltemperatur der Lösung nimmt ebenfalls linear mit zunehmender Konzentration der Lösung ab und geliert bei Raumtemperatur, nachdem eine bestimmte Konzentration erreicht wurde. Die Gelkonzentration von HPMC ist bei Raumtemperatur relativ hoch.
Die Konsistenz kann auch durch die Wahl der Partikelgröße und der Wahl von Celluloseethern mit unterschiedlichem Modifizierungsgrad angepasst werden. Die sogenannte Modifizierung besteht darin, einen bestimmten Substitutionsgrad von 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, was 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 des Substituenten und dem Substitutionsgrad. Daher zeigen Celluloseether der gleichen Viskositätsklasse – egal ob MC, HPMC oder HEMC – immer die gleichen rheologischen Eigenschaften, solange Konzentration und Temperatur konstant gehalten werden.
Bei Temperaturerhöhung bilden sich Strukturgele, die stark thixotrope Fließeigenschaften aufweisen. Hochkonzentrierte und niedrigviskose Celluloseether weisen selbst unterhalb der Geltemperatur eine Thixotropie auf. Diese Eigenschaft ist von großem Vorteil für die Regulierung von Verlauf und Absacken im Baumörtel. Es ist zu beachten, dass die Wasserretention mit zunehmender Viskosität des Celluloseethers steigt. Gleichzeitig steigt jedoch auch das relative Molekulargewicht des Celluloseethers und damit die Löslichkeit, was sich negativ auf die Mörtelkonzentration und die Baueigenschaften auswirkt. Je höher die Viskosität, desto deutlicher wird die Verdickung des Mörtels, die jedoch nicht vollständig proportional ist. Einige Celluloseether mittlerer und niedriger Viskosität, modifizierter Celluloseether, verbessern die Strukturfestigkeit von Nassmörtel besser. Mit zunehmender Viskosität verbessert sich die Wasserretention des Celluloseethers. 4. Retardierung von Celluloseether
Verzögerung von Celluloseether: Die dritte Funktion von Celluloseether ist die Verzögerung des Hydratationsprozesses von Zement. Celluloseether verleiht Mörtel verschiedene vorteilhafte Eigenschaften, reduziert die frühe Hydratationswärme des Zements und verzögert dessen Hydratationsdynamik. Dies ist ungünstig für den Einsatz von Mörtel in kalten Regionen. Dieser Verzögerungseffekt entsteht durch die Adsorption von Celluloseethermolekülen an Hydratationsprodukten wie CSH und Ca(OH)2. Durch die Erhöhung der Viskosität der Porenlösung verringert der Celluloseether die Ionenbeweglichkeit in der Lösung und verzögert so den Hydratationsprozess.
Beitragszeit: 04.02.2023