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Vielfältige Funktionen von Celluloseethern im Trockenmörtel

Celluloseether, abgeleitet aus natürlicher Cellulose, ist ein synthetisches Polymer, das durch chemische Modifikation hergestellt wird. Sein Grundmaterial ist natürliche Zellulose, eine natürliche Polymerverbindung. Aufgrund der einzigartigen Struktur natürlicher Zellulose fehlt ihr die Fähigkeit, mit Veretherungsmitteln zu reagieren. Unter der Behandlung mit dem Quellmittel werden jedoch die starken Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb und außerhalb der Molekülkette aufgebrochen, wodurch die Hydroxylgruppen aktiv freigesetzt und in reaktive alkalische Cellulose umgewandelt werden. Nach der Reaktion des Veretherungsmittels wird die -OH-Gruppe in eine -OR-Gruppe umgewandelt, um Celluloseether zu bilden.

Die Eigenschaften von Celluloseethern hängen von der Art, Anzahl und Verteilung ihrer Substituenten ab. Ihre Klassifizierung basiert hauptsächlich auf der Art des Substituenten, dem Veretherungsgrad, den Löslichkeitseigenschaften und den damit verbundenen Anwendungseigenschaften. Je nach Art der Substituenten in der Molekülkette kann man sie in Monoether und gemischte Ether unterteilen. Der am Markt übliche MC ist ein Monoether, während HPMC ein gemischter Ether ist. Methylcelluloseether MC ist ein Produkt, das durch den Ersatz der Hydroxylgruppen an den Glucoseeinheiten natürlicher Cellulose durch Methoxygruppen gewonnen wird. Hydroxypropylmethylcelluloseether HPMC ist ein Produkt, bei dem ein Teil der Hydroxylgruppen durch Methoxygruppen und der andere Teil durch Hydroxypropylgruppen ersetzt ist. Darüber hinaus gibt es Hydroxyethylmethylcelluloseether HEMC, die die am häufigsten verwendeten und auf dem Markt verkauften Sorten sind.

Aus Sicht der Löslichkeitseigenschaften können Celluloseether in ionische und nichtionische Typen unterteilt werden. Wasserlösliche nichtionische Celluloseether umfassen hauptsächlich zwei Serien: Alkylether und Hydroxyalkylether. Ionisches CMC wird hauptsächlich in synthetischen Waschmitteln, Textildruck und -färbung, Lebensmittel- und Ölgewinnung und anderen Bereichen eingesetzt. Nichtionisches MC, HPMC, HEMC usw. werden hauptsächlich in Baumaterialien, Latexbeschichtungen, Medikamenten, täglichen Chemikalien usw. verwendet. In diesen Bereichen spielen sie eine wichtige Rolle als Verdickungsmittel, Wasserrückhaltemittel, Stabilisatoren, Dispergiermittel und Filmbildner.

Zellulose-Wasserretention

Im Baustoffbereich, insbesondere bei der Herstellung von Trockenmörteln, spielt Celluloseether eine unverzichtbare Schlüsselrolle, insbesondere im Herstellungsprozess von Spezialmörtel (modifizierter Mörtel), wo er eine unverzichtbare und wichtige Rolle spielt eine entscheidende Rolle.

Die Schlüsselrolle von wasserlöslichem Celluloseether im Mörtel spiegelt sich hauptsächlich in drei Aspekten wider: der überlegenen Wasserrückhalteleistung, dem Einfluss auf die Mörtelkonsistenz und -thixotropie sowie der Wechselwirkung mit Zement.

Die Wasserhaltewirkung von Celluloseether wird von vielen Faktoren beeinflusst, unter anderem von der Wasseraufnahme der Grundschicht, der Zusammensetzung des Mörtels, der Schichtdicke des Mörtels, dem Wasserbedarf des Mörtels und der Abbindezeit des Abbindematerials. Die Wasserrückhalteeigenschaften von Celluloseethern beruhen auf ihrer Löslichkeit und Dehydrierung. Obwohl die Molekülkette der Cellulose eine große Anzahl hochhydrierbarer Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) enthält, ist Cellulose aufgrund ihrer hochkristallinen Struktur nicht direkt in Wasser löslich. Durch die Einführung von Substituenten, insbesondere größeren Substituenten, werden die Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräfte der Molekülkette zerstört, was zu einer Vergrößerung des Abstands zwischen den Molekülen führt. Diese Strukturveränderung führt dazu, dass Celluloseether eher quellen als sich in Wasser aufzulösen und eine hochviskose Lösung bilden. Bei einer geeigneten Temperatur schwächt sich die Hydratation dieses Polymers ab und das Wasser zwischen den Ketten wird ausgetrieben, wodurch eine aus dem Gel gefaltete dreidimensionale Netzwerkstruktur entsteht. Zu den Faktoren, die die Wasserretention von Mörtel beeinflussen, gehören die Viskosität, die Zugabemenge, die Partikelfeinheit und die Anwendungstemperatur des Celluloseethers.

Die Viskosität von Celluloseether hat einen erheblichen Einfluss auf seine Wasserrückhalteleistung. Die Viskosität seiner Polymerlösung hängt vom Molekulargewicht (Polymerisationsgrad) des Polymers sowie der Kettenlänge und Morphologie der Molekülstruktur ab. Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen Viskosität und Molekulargewicht. Die Viskosität von Celluloseetherlösungen hängt von der Konzentration ab und steht in direktem Zusammenhang mit Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Daher weist jeder Celluloseether mehrere unterschiedliche Viskositätsspezifikationen auf, und die Viskosität wird durch den Abbau von Alkalicellulose, d. h. durch den Bruch der Cellulosemolekülkette, angepasst.

Aus der Beobachtung in der Abbildung können wir erkennen, dass mit zunehmender Menge an Celluloseether, die dem Mörtel zugesetzt wird, die Wasserrückhalteleistung besser und die Viskosität höher ist, wodurch eine bessere Wasserrückhalteleistung erreicht wird.

Verdickung und Thixotropie von Celluloseethern

Der zweite Effekt von Celluloseethern, der Verdickungseffekt, wird durch eine Vielzahl von Bedingungen beeinflusst, darunter Faktoren wie den Polymerisationsgrad von Celluloseethern, die Lösungskonzentration, die Schergeschwindigkeit und die Temperatur. Die einzigartigen Geliereigenschaften von Alkylcellulose und ihren modifizierten Derivaten sind ein wichtiger Ausdruck ihrer Verdickungswirkung. Die Gelierungseigenschaften hängen eng mit dem Substitutionsgrad, der Lösungskonzentration und den Zusatzstoffen zusammen. Insbesondere bei Hydroxyalkyl-modifizierten Derivaten hängen die Gelierungseigenschaften auch mit dem Modifikationsgrad der Hydroxyalkylgruppe zusammen.

Bei der Herstellung von Mörtel ist die Menge des zugesetzten Celluloseethers proportional zur Konzentration der Lösung, und die Verdickungswirkung des Celluloseethers hängt eng mit seinem Molekulargewicht zusammen. Celluloseether mit hohem Molekulargewicht weisen bei gleicher Konzentration eine höhere Verdickungseffizienz auf. Polymere mit unterschiedlichem Molekulargewicht weisen unterschiedliche Viskositäten auf. Um die Zielviskosität zu erreichen, erfordern Celluloseether mit niedrigerem Molekulargewicht größere Zugabemengen. Die Viskosität von Celluloseether hängt kaum von der Schergeschwindigkeit ab. Eine hohe Viskosität kann die Zielviskosität mit einer geringeren Zugabemenge erreichen, und ihre Größe bestimmt die Verdickungswirkung.

Die Konsistenz des Mörtels kann durch die Auswahl von Celluloseethern mit unterschiedlichem Modifikationsgrad und Partikelgröße eingestellt werden. Durch Veränderung der relativen Substitutionswerte (DS und MS) der Substituenten erhält man Celluloseether mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Grafik zeigt den Zusammenhang zwischen Konsistenz und Modifikation. Die Abbildung verdeutlicht, wie sich die Zugabe von Celluloseether auf den Wasserverbrauch des Mörtels auswirkt und dadurch das Wasser-Zement-Verhältnis der Zementschlämme, also die Verdickungswirkung, verändert. Celluloseether müssen sich in kaltem Wasser schnell auflösen, um die richtige Konsistenz zu gewährleisten. Wenn sich bei einer bestimmten Schergeschwindigkeit immer noch Flocken oder kolloidale Klumpen bilden, deutet dies auf eine schlechte Produktqualität hin.

Die Konsistenz der Zementschlämme steht in einem guten linearen Zusammenhang mit der Dosierung des Celluloseethers. Je höher die Dosierung, desto deutlicher ist die Wirkung. Hochviskose wässrige Lösungen von Celluloseether weisen eine hohe Thixotropie auf, was ein wesentliches Merkmal von Celluloseethern ist. Wässrige Lösungen von MC-Polymeren sind normalerweise pseudoplastisch, weisen jedoch bei niedrigen Schergeschwindigkeiten Newtonsche Fließeigenschaften auf. Die Pseudoplastizität nimmt mit steigendem Molekulargewicht oder steigender Konzentration der Celluloseether zu, unabhängig von Substituententyp und Substitutionsgrad. Daher weisen verschiedene Arten von Celluloseethern unter denselben Bedingungen die gleichen rheologischen Eigenschaften auf.

Es ist zu beachten, dass die Wasserretention umso besser ist, je höher die Viskosität von Celluloseether ist. Mit zunehmender Viskosität nimmt jedoch das relative Molekulargewicht ab, was sich negativ auf die Mörtelkonzentration und die Bauleistung auswirkt. Daher ist die Verdickungswirkung nicht vollständig proportional zur Viskosität, und einige modifizierte Celluloseether mit mittlerer und niedriger Viskosität verbessern die strukturelle Festigkeit von Nassmörtel besser.

Wasserspeicherndes Verdickungsmittel für Mörtel: Celluloseether

Celluloseether wird aus natürlicher Cellulose durch Alkalisierungs- und Veretherungsreaktionen hergestellt. Die Cellulosestruktur ist hochkristallin und quillt nur, löst sich aber nicht in Wasser auf, reagiert also nicht mit dem Veretherungsmittel. Durch das Quellmittel werden jedoch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Cellulosemolekülen zerstört, die Aktivität der Hydroxylgruppen nimmt zu stimuliert und es kommt zu einer chemischen Reaktion -OH wird zu -OR, um Celluloseether zu erhalten. Unser häufig verwendeter Methylcelluloseether (MC) ist ein einzelner Ether und Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) ist ein gemischter Ether.

Die Summenformel von MC lautet: [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)h]x

Die Summenformel von HPMC lautet: [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m(OCH2CH(CH3)OH)n]x

Die Zugabemenge an Celluloseether im Mörtel ist sehr gering, kann jedoch die Viskosität der Lösung erhöhen und wird zur Verbesserung der Bauleistung von Frischmörtel verwendet. Seine Funktionen im Mörtel sind: Verdickung, Wasserrückhaltung und Konstruktion. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Viskosität, desto besser ist die Wasserrückhaltewirkung des Celluloseethers. Mit zunehmendem Molekulargewicht nimmt jedoch die Löslichkeit des Celluloseethers ab, was sich nachteiliger auf die Bauleistung auswirkt des Mörsers.

1. Celluloseether-Adsorption

Der Celluloseether im Mörtel dehnt sich bei Wasseraufnahme aus und bildet eine kolloidale Filmstruktur mit Adsorptionseffekt. Dieser Stoff adsorbiert an der Oberfläche von Zementpartikeln und fungiert als Netzwerkverbindung. Einige Celluloseetherpartikel sammeln sich zu größeren Mizellen, die auf der Oberfläche der Mörtelpartikel und in den Poren verteilt sind. Die Adsorption von Celluloseether hängt von Faktoren wie der Art des Substituenten R, dem pH-Wert und mineralischen Bestandteilen im Zement ab.

2. Celluloseether verzögert die frühe Hydratation von Klinkermineralien

Unter den Klinkermineralien wird C3A am schnellsten hydratisiert und C3S kommt am häufigsten vor. Celluloseether absorbiert Wasser und bedeckt die Oberfläche von Zementpartikeln, wodurch die Hydratationsrate von C3A und C3S verlangsamt, das Wachstum von Hydratationsprodukten verzögert und die Keimbildungsrate ihrer Hydratationsprodukte verringert wird.

3. Einfluss von Celluloseether auf die Porenstruktur von Frischmörtel

Celluloseether verändert den Übertragungsmodus von Wasser, indem er die Porenstruktur des Mörtels beeinflusst. Die Einarbeitung von Celluloseether führt zu einer Erhöhung der Anzahl der Makroporen im Frischmörtel. Die durch Celluloseether gebildete Membranstruktur kann an der Blasengrenzfläche adsorbiert werden , die eine Rolle spielen kann Die Funktion der Blasenstabilisierung ermöglicht das erfolgreiche Verschmelzen von mehr kleinen Blasen, wodurch Wasser von Fluss zu Fluss und Diffusion übertragen wird, wodurch die Übertragungsrate verringert wird. Darüber hinaus hat Celluloseether selbst eine Wasseraufnahmekapazität Retentionseffekt. Durch die Einarbeitung von reinem Ether wird die Porosität des Mörtels erhöht.