Chemie des Hauses

Zement

Es ist ein hydraulisches Bindemittel, das aufgrund seiner Eigenschaften beim Mischen mit Wasser aushärtet. Er wird für die Herstellung von Mörtel und Beton verwendet. In der Zusammensetzung von Zement finden wir Elemente, die in der Natur gewöhnlich vorkommen, das bedeutet: Kalzium, Silizium, Aluminium, Eisen und Sauerstoff. Die für die Zementherstellung verwendeten Rohmaterialien sind natürliche Rohstoffe, d.h. Kalkstein, mergeliger Kalkstein, Mergel und Tonmineralien. Jedes dieser Materialien wird im Tagebau abgebaut, der in der Regel in der Nähe von Zementwerken liegt. Der Grundbestandteil von Zement ist Zementklinker, und die Gewinnung und Aufbereitung der Rohstoffe ist ein wesentlicher technologischer Schritt im Herstellungsprozess, da er sich direkt auf die Beibehaltung seiner konstanten Zusammensetzung und Qualität auswirkt. Es ist der Klinker, der für die Bindeeigenschaften des Zements verantwortlich ist.  Die Rohstoffe für das Brennen von Klinker können verschiedene Mischungen sein, zum Beispiel:

• Kreide 53,42% + Mergel 46,58%,
• Kalkstein 88,69% + Tonschiefer 10,06% + eisenhaltiger Schluff 1,27%,
• Kalkstein 87,23% + Tonschiefer 5,01% + eisenhaltiger Schluff 7,76%.

Die elementaren Oxide, die Klinker bilden, sind CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, die während des Brennvorgangs im Ofen unter dem Einfluss hoher Temperaturen miteinander reagieren und die grundlegenden Klinkermineralien bilden, nämlich:

• Trikalziumsilikat Ca₃SiO₅ – sog. Alit mit der technologischen Formel C₃S,
• Dicalciumsilikat Ca₂SiO₄ – so genannter Belit C₂S,
• Trikalziumaluminat Ca₃Al₂O₆ – C₃A,
• Tetracalciumaluminatferrit Ca₄Al₂Fe₂O₁₀ – sog. Brownmillerit C₄

Die Zusammensetzung des Zements bestimmt seine Art, je nach Einteilung kann es sich um Portlandzement, Hochofenzement mit Zusatz von Schlacken und Puzzolanzement mit Zusatz von Puzzolanen handeln. Portlandzement wird durch Mahlen von Zementklinker mit Gips in Zementmühlen gewonnen. Portlandklinker besteht aus 55-58% C₃S, 12-19% C₂S, 5-12% C₃A und 3-7% C₄AF. Durch die Zugabe von Gips wird die Erstarrungszeit des Zements reguliert, da ohne das Vorhandensein von Sulfaten während der Hydratation die Erhärtung des Zements praktisch unmittelbar nach der Zugabe von Wasser zur Mischung erfolgen würde.

Sehen Sie sich die Palette der Betonzusatzstoffe und -zusatzmittel der PCC-Gruppe an. Siehe auch: Mikrosilika.

Mörtel

Es ist ein Gemisch, das sich durch gute Bindeeigenschaften, Haftung auf dem Untergrund, Festigkeit, Verarbeitbarkeit und technische Parameter wie Frostbeständigkeit, Wasseraufnahme und Wärmebeständigkeit entsprechend dem jeweiligen Bedarf auszeichnen sollte.  Je nach Art des in der Zusammensetzung enthaltenen Bindemittels werden Mörtel in Zementmörtel, Zement-Kalk-Mörtel, Gipsmörtel und Gips-Kalk-Mörtel unterteilt. Portlandzement ist das gebräuchlichste Bindemittel für Zementmörtel, die für Mauerwerk und Fundamente, Estriche und Unterböden usw. verwendet werden. Solche Mörtel härten nicht nur im Wasser, sondern auch an der Luft aus. Kalkmörtel härten durch die Karbonisierung von Kalziumteilchen aus, wenn sie dem Kohlendioxid der Atmosphäre ausgesetzt sind. Der gelöschte Kalk, der Bestandteil dieses Mörtels ist, reagiert mit den CO₂-Molekülen wodurch ein Calciumcarbonatmolekül und ein Wassermolekül entstehen. Aufgrund des langsamen Prozesses wird manchmal eine künstliche Trocknung mit heißen Kohlendioxidgasen eingesetzt. Kalkmörtel hat gute Wärmeschutzeigenschaften, ist aber wenig witterungsbeständig und verfällt schnell. Zement-Kalk-Mörtel vereinen die positiven Eigenschaften der beiden vorgenannten Typen. Sie härten schnell aus, haben eine hohe Festigkeit und lassen sich gut verarbeiten. Gips- oder Gips-Kalk-Mörtel werden ebenfalls verwendet, sind aber nicht sehr feuchtigkeitsbeständig und werden in der Regel zum Verputzen von Wänden und Decken im Innenbereich der Gebäude sowie zum Glätten und Befestigen von Belägen verwendet.

Wärmedämmung des Hauses

Das Wärmedämmsystem sollte aus mehreren Schichten bestehen, d.h. aus Mörtel oder Klebemörtel, Wärmedämmstoff, mechanischem Befestigungselement, Bewehrungsschicht, Putz, Grundierung, Fassadenfarbe und Zusatzmaterial. Chemisch gesehen besteht der Klebemörtel aus einem Polymer-Zement-Gemisch. Zu den Wärmedämmstoffen gehören Polyurethan-Schaumstoffe (lesen Sie mehr über Sprühisolierung), Phenol-Schaumstoffe und extrudiertes Polystyrol. Traditioneller Zement-Kalk-Putz besteht aus Zement, Kalk, Sand und Wasser, und die Grundierungen, die die Haftung verbessern, sind Kunstharzdispersionen und mineralische Füllstoffe wie Quarz oder Karbonat.

Sehen Sie sich das Angebot an PIR-Wärmedämmplatten der PCC-Gruppe an.

Farben und Lacke

Heutzutage ist eine schöne Farbe nicht mehr das einzige Kriterium für eine gute Farbe. Die Verbraucher stellen immer höhere Anforderungen: die Farbe muss schnell trocknen, abriebfest sein und von der ersten Schicht an eine perfekte Deckkraft aufweisen. All diese Eigenschaften erfordern die Verwendung der richtigen Komponenten. Die Grundbestandteile von Farbe sind:

• Bindemittel, die einen Film auf der zu lackierenden Oberfläche bilden. Diese verleihen Eigenschaften wie Glanz, Haltbarkeit, Haftung, Witterungsbeständigkeit, Festigkeit und Elastizität. Als Bindemittel werden meist synthetische oder natürliche Harze, z.B. Polyurethane, Polyester, Silane, Epoxidharze und Öle, verwendet.
• Verdünner, die das Polymer auflösen und seine Viskosität verringern sollen. Diese Substanz muss während des Trocknens leicht verdampfen und beeinflusst auch das Auftragen des Produkts während des Anstrichs. Es werden hauptsächlich zwei Arten von Verdünnern verwendet: Wasser für wasserlösliche Farben und eine Kombination aus organischen Lösungsmitteln für Ölfarben. Ein solches Gemisch wird in der Regel durch die Kombination aromatischer Verbindungen – Derivate von Xylol, Alkohol und von Ketonen – gebildet.
• Pigmente haben eine ziemlich offensichtliche Aufgabe – sie sollen die richtige Farbe geben. Es werden sowohl natürliche Pigmente wie Tone, Kieselsäuren, Kalziumkarbonat oder Talkum als auch synthetische Pigmente wie kalzinierte Tone, Bariumsulfat, gefälltes Kalziumkarbonat und pyrogene Kieselsäuren verwendet. Einige der Pigmente sind gleichzeitig Füllstoffe, d.h. relativ preiswerte Substanzen, die das Volumen der Farbe vergrößern und ihre Struktur verstärken sollen, während sie gleichzeitig die Produktionskosten senken. Zu dieser Gruppe gehören Diatomeenerde, Talkum, Kalk, Schwerspat und Ton.
• Modifikatoren sind Komponenten, die in kleinen Mengen zugesetzt werden und eine bestimmte Aufgabe in der Formulierung haben. Sie können zum Beispiel die Oberflächenspannung, die Stabilität, das Schäumen oder den Gefrierpunkt des Produkts beeinflussen.

Wir können Farben nach ihrem Bindemittel einteilen:

• Acrylfarben, bei denen das Bindemittel eine wässrige Dispersion von Acrylharz ist,
• Latexfarben, bei denen das Bindemittel Kautschuk ist,
• Vinylfarben, bei denen das Bindemittel Polyvinylacetat oder Polyvinylchlorid ist,
• Leimfarben, wenn das Bindemittel ein Leim pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ist,
• Silikatfarben, bei denen das Bindemittel Kaliumwasserglas ist,
• Silikonfarben, wenn das Bindemittel Silikonharz ist.

Im Gegensatz zu Farbe ist Lack eine Beschichtung aus einem harten und linearen Polymer. Sein Zweck ist die Herstellung einer transparenten oder farbigen Beschichtung zu Dekorations- oder Schutzzwecken. Sie soll mechanische Beschädigungen und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern. Die Lacke werden in zwei Gruppen unterteilt: Lacke auf Lösemittelbasis und wasserlösliche Lacke. Zu den Rohstoffen für erstere gehören Polyurethan, Nitrocelluloseharz, trocknende Öle, Natur- und Kunstharze. Wasserlösliche Lacke werden auf der Basis von Acryl, Polyurethan auf Wasserbasis und Gemischen dieser beiden hergestellt.

Glas

Ein amorpher Körper mit festkörperähnlichen mechanischen Eigenschaften, der durch Unterkühlung geschmolzener Rohstoffe, hauptsächlich Mineralien und anderer anorganischer Stoffe, ohne Kristallisation der Bestandteile entsteht.  Aufgrund des Fehlens einer geordneten Struktur im Raum ähnelt Glas einer Flüssigkeit, aber die Steifheit der Form und die Brüchigkeit bringen es näher an einen Festkörper. Der glasartige Zustand, in dem Glas vorliegt, ist thermodynamisch instabil.  Die Rohstoffe für die Herstellung von Glas sind:

• Quarzsand – Quelle für Kieselsäure SiO₂,
• Soda als Quelle für Alkalimetalloxide, hauptsächlich Na₂O,
• Kalkstein CaCO₃, Magnesit MgCO₃, Dolomit CaCO₃MgCO₃– als Quelle für Calcium- und Magnesiumoxide,
• Borax, eine Quelle des Boroxids B₂O₃,
• Natrium-Kalium-Feldspäte, die Aluminiumoxid enthalten,
• Titandioxide TiO₂ und Zirkoniumdioxide ZrO₂.

Bei der Herstellung von Glas werden auch Rohstoffe verwendet, die Farbverbindungen enthalten, wie z.B.:

• Kupferoxid Cu₂O zur Erzeugung blauer und grüner Farben,
• Eisenoxide – gelb, bernsteinfarben, blau-grün, je nach Oxidationsgrad des Eisens,
• Kobaltverbindungen – blau,
• Goldverbindungen – rosa bis purpurrot.

Darüber hinaus werden manchmal entfärbende Verbindungen verwendet, um das Schmelzen oder die Klärung der Glasmasse zu beschleunigen.

Chemische Energie

Es sei darauf hingewiesen, dass Gegenstände wie Batterien, aber auch Pflanzen in unseren Haushalten Beispiele für chemische Reaktionen sind, die jeden Tag stattfinden. Chemische Energie ist Energie, die durch eine chemische Reaktion in eine andere umgewandelt werden kann. Die bereits erwähnten Batterien sind in der Tat eine elektrochemische Zelle, in der der Übergang von Ionen zwischen den Elektroden mit der Erzeugung von elektrischer Energie einhergeht. In den Pflanzen hingegen verläuft ein Prozess namens Photosynthese, bei dem unter dem Einfluss einer Energiequelle in Form von Sonnenlicht Kohlendioxid in Sauerstoff umgewandelt wird. Auch bei der Verbrennung von Holz in einem Kamin wird chemische Energie freigesetzt, hier in Form von Wärme.

Lesen Sie mehr: Wie werden Batterien hergestellt?

Internet und Chemie

Es scheint schwierig zu sein, diese beiden Aspekte physisch miteinander zu verbinden. Man denke jedoch an den Kohlenstoff-Fußabdruck, der in den letzten Jahren populär geworden ist. Es stellt sich heraus, dass das globale Netz riesige Mengen an Gasen wie Kohlendioxid, Methan, Distickstoffmonoxid und andere Treibhausgase ausstößt. Den größten Einfluss auf diese Emissionen haben Server, Rechenzentren, Switches und Router, die durch die Ablösung der analogen Technik durch Glasfaserkabel immer weniger werden. Die heutigen Glasfaserkabel werden aus sorgfältig ausgewählten Rohstoffen – Glasfasern und Kunststoffen wie Siliciumtetrachlorid – hergestellt.