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.
Wasserretention von Celluloseether
Bei der Herstellung von Baustoffen, insbesondere 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 die ausgezeichnete Wasserrückhaltekapazität, zweitens der Einfluss auf die Konsistenz und Thixotropie des Mörtels und drittens die Wechselwirkung mit Zement.
Die wasserbindende Wirkung von Celluloseether hängt von der Wasseraufnahme der Grundschicht, der Mörtelzusammensetzung, der Mörtelschichtdicke, dem Wasserbedarf des Mörtels und der Abbindezeit des Bindemittels ab. Die wasserbindende Wirkung von Celluloseether beruht auf seiner Löslichkeit und Dehydratationsfähigkeit. Bekanntlich enthält die Molekülkette von Cellulose zwar viele gut hydratisierbare OH-Gruppen, ist aber aufgrund der hochkristallinen Struktur nicht wasserlöslich. Die Hydratisierungsfähigkeit der Hydroxygruppen allein reicht nicht aus, um die starken Wasserstoffbrücken und Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen auszugleichen. Daher quillt Cellulose nur auf, löst sich aber nicht in Wasser. Wird ein Substituent in die Molekülkette eingeführt, zerstört dieser nicht nur die Wasserstoffbrücke, sondern auch die Wasserstoffbrücken zwischen den Ketten, da der Substituent zwischen benachbarten Ketten eingeklemmt wird. Je größer der Substituent, desto größer der Abstand zwischen den Molekülen. Je stärker die Zerstörung von Wasserstoffbrücken, desto wasserlöslicher wird der Celluloseether, nachdem sich das Cellulosegitter ausdehnt und die Lösung eindringt, wodurch eine hochviskose Lösung entsteht. Bei steigender Temperatur schwächt sich die Hydratisierung des Polymers ab, und das Wasser zwischen den Ketten wird verdrängt. Bei ausreichender Dehydratationswirkung beginnen die Moleküle zu aggregieren und bilden ein dreidimensionales, gelförmiges Netzwerk. Faktoren, die die Wasserretention von Mörtel beeinflussen, sind die Viskosität des Celluloseethers, die zugesetzte Menge, die Partikelfeinheit und die Anwendungstemperatur.
Je höher die Viskosität des Celluloseethers, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung und desto höher ist die Viskosität der Polymerlösung. Abhängig vom Molekulargewicht (Polymerisationsgrad) des Polymers wird es auch durch die Kettenlänge der Molekülstruktur und die Kettenform bestimmt, und die Verteilung der Art und Menge der Substituenten beeinflusst ebenfalls direkt den Viskositätsbereich. [η]=Kmα
[η] Intrinsische Viskosität der Polymerlösung
m Polymermolekulargewicht
α Polymer-Charakteristikkonstante
K Viskositätslösungskoeffizient
Die Viskosität einer Polymerlösung hängt vom Molekulargewicht des Polymers ab. Viskosität und Konzentration der Celluloseetherlösung hängen von der Anwendung in verschiedenen Bereichen ab. Daher weist jeder Celluloseether viele unterschiedliche Viskositätsspezifikationen auf, und die Anpassung der Viskosität erfolgt hauptsächlich durch den Abbau von Alkalicellulose, d. h. durch das Aufbrechen der Cellulosemolekülketten.
Je mehr Celluloseether dem Mörtel zugesetzt wird, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung, und je höher die Viskosität, desto besser ist die Wasserrückhalteleistung.
Je feiner die Partikelgröße, desto besser die Wasserspeicherung. Siehe Abbildung 3. Nach Kontakt mit Wasser löst sich die Oberfläche großer Celluloseetherpartikel sofort auf und bildet ein Gel, das das Material umhüllt und so das weitere Eindringen von Wassermolekülen verhindert. Eine nicht gleichmäßige Dispersion löst sich auf und bildet eine trübe, flockige Lösung oder Agglomerate. Dies beeinflusst die Wasserspeicherung von Celluloseether erheblich, und die Löslichkeit ist einer der Faktoren für die Wahl des Celluloseethers.
Verdickung und Thixotropie von Celluloseether
Die zweite Funktion von Celluloseether – die Verdickung – hängt vom Polymerisationsgrad des Celluloseethers, der Lösungskonzentration, der Schergeschwindigkeit, der Temperatur und anderen Bedingungen ab. Die Geliereigenschaften der Lösung sind einzigartig bei Alkylcellulose und ihren modifizierten Derivaten. Die Gelierungseigenschaften hängen vom Substitutionsgrad, der Lösungskonzentration und den Additiven ab. Bei hydroxyalkylmodifizierten Derivaten hängen die Geleigenschaften auch vom Modifizierungsgrad des Hydroxyalkyls ab. Aus MC und HPMC mit niedriger Viskosität können 10–15 %ige Lösungen hergestellt werden, aus MC und HPMC mit mittlerer Viskosität 5–10 %ige Lösungen und aus MC und HPMC mit hoher Viskosität nur 2–3 %ige Lösungen. Die Viskositätsklassifizierung von Celluloseether wird normalerweise auch in 1–2 %ige Lösungen unterteilt. Celluloseether mit hohem Molekulargewicht hat eine hohe Verdickungseffizienz. In einer Lösung 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. Die Viskosität ist kaum von der Schergeschwindigkeit abhängig. Die hohe Viskosität erreicht die Zielviskosität. Die erforderliche Zugabemenge ist gering und die Viskosität hängt von der Verdickungseffizienz ab. Um eine bestimmte Konsistenz zu erreichen, müssen daher eine bestimmte Menge Celluloseether (Lösungskonzentration) und eine bestimmte Lösungsviskosität gewährleistet sein. Die Geltemperatur der Lösung sinkt linear mit zunehmender Konzentration und geliert bei Raumtemperatur ab einer bestimmten Konzentration. 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.
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 außerdem ein guter linearer Zusammenhang zwischen der Konsistenz des Zementleims und der Dosierung des Celluloseethers. Celluloseether kann die Viskosität des Mörtels deutlich erhöhen. Je höher die Dosierung, desto deutlicher der Effekt.
Wässrige Lösungen von Celluloseether mit hoher Viskosität weisen eine hohe Thixotropie auf, die auch ein wichtiges Merkmal von Celluloseether ist. Wässrige Lösungen von MC-Polymeren sind unterhalb ihrer Geltemperatur normalerweise pseudoplastisch und nicht thixotrop, haben jedoch bei niedrigen Schergeschwindigkeiten newtonsche Fließeigenschaften. 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 es sich um MC, HPMC oder HEMC handelt) 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 Thixotropie. Diese Eigenschaft ist von großem Nutzen für die Regulierung von Nivellierung und Absacken bei der Herstellung von Baumörtel. Es ist zu beachten, dass die Wasserretention umso besser ist, je höher die Viskosität von Celluloseether ist. Gleichzeitig steigt jedoch auch das relative Molekulargewicht des Celluloseethers und seine Löslichkeit nimmt entsprechend ab, was sich negativ auf die Mörtelkonzentration und die Bauleistung auswirkt. Je höher die Viskosität, desto deutlicher ist die Verdickungswirkung auf den Mörtel, sie ist jedoch nicht vollständig proportional. Einige mittel- und niedrigviskose, modifizierte Celluloseether verbessern die strukturelle Festigkeit von Nassmörtel besser. Mit zunehmender Viskosität verbessert sich die Wasserretention von Celluloseether.
Veröffentlichungszeit: 22. November 2022