Stärkeether als rheologische Additive in Trockenmörteln

Stärkeether
als rheologische Additive
in Trockenmörteln
Andrea Glatthor, Herrensitz von Campe 1, 37627 Stadtoldendorf
14. Schleibinger Kolloquium, 9. März 2005
Chart 1
Gliederung
•
•
•
•
Praktische Demonstration der Wirkung von Stärkeethern
Stärkederivate für die Bauindustrie
– Polymerstruktur
– phys. und chem. Modifizierung
Wirkungsmechanismen
Stärkeether-Typen und ihre Charakteristik
– Typ 1 / Typ 2
– Erstarrungsverzögerung bei Zement
– Einfluss von Calcium-Ionen
– Verdickungsverhalten ausgewählter Produkte in verschiedenen
Bindemitteln
Andrea Glatthor
14. Schleibinger Kolloquium, 9. März 2005
Chart 2
Praktische Demonstration
der Wirkung eines typischen Stärkeethers
Testmischung:
40% Zement (CEM I 42,5 R, Milke)
60% Quarzsand 0,1-0,4 mm
Wasserbedarf: 25%
F) Nullprobe ohne Additiv
G) 0,04% Celluloseether (Walocel MKX 30000 PF 01)
H) 0,04% Stärkeether (Opagel CMT)
Andrea Glatthor
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Chart 3
Polymerstruktur
•
Stärke
80% Amylopectin
20% Amylose
DP (Polymerisationsgrad):
– Amylose: 4.000
– Amylopectin: 2.000.000
•
Cellulose
DP:
< 15.000
Andrea Glatthor
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Chart 4
Modifizierung der Stärke
• Physikalische Modifizierung
– Erhitzen (Vorverkleisterung; beeinflusst u.a. die Löslichkeit)
– Trocknung und Mahlung (regeln Partikelgrößenverteilung)
• Chemische Modifizierung
– Reaktionen an den OH-Gruppen
• Veresterung
• Veretherung
• Vernetzung
– Reaktionen an der Acetalgruppe
• Kettenabbau
Andrea Glatthor
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Chart 5
Wirkungsmechanismen
1. Flockung des Systems durch Wechselwirkung mit den Feststoffen
(Bindemittel und andere Feinanteile); Ausbildung einer Fließgrenze
 Bei Stärkeethern gibt es keine Korrelation zwischen Viskosität in
Wasser und ihrer Verdickungswirkung im Mörtel.
2. Wasser binden und die Viskosität der wässrigen Phase erhöhen
Der tatsächliche Mechanismus ist vermutlich eine Kombination aus
beidem. Welcher Teil überwiegt, lässt sich durch die chemische
Modifizierung der Stärke in weiten Grenzen beeinflussen.
(Celluloseether wirken dagegen nur nach dem Wasser-BindungsPrinzip.)
Weil Stärkeether intensive Wechselwirkungen mit den Feststoffen
eingehen, ist ihre Wirkung systemabhängig. Nicht jeder Stärkeether
wirkt in jedem System gleich gut.
Andrea Glatthor
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Chart 6
In die Versuchsreihen einbezogene Stärkeether:
Amylotex 8100 (Hercules)
Amylotex 8100 P
Amylotex ST 2000
Amylotex ST 2100
Amitrolit 8850 (Agrana)
Berolan ST 500
Casucol 301 (Avebe)
Cerestar C*Plus 17303
Eloset 5400 (Elotex)
Eloset 5420
Lyckelit H 3 (Lyckeby)
Norstar E 7 (Nordmann Rassmann)
Opagel CMT (Avebe)
Opagel FP 6
Opagel GPX
Solvitose C 5 F (Avebe)
Solvitose FC 50
Solvitose H 2060
Starpol 136 (Staley/Amylum)
Starpol 468
Tylovis SE 7 (SE Tylose)
Im folgenden werden die Produkte zumeist mit Nummern
codiert um ihre Identität zu verschleiern.
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Chart 7
Zwei Stärkeether-Typen
40
Verdickungseffekt
32
Typ 1
24
Typ 2
Flo
cku
8
ng
16
Red
ispe
rgier
ung
0
Stärkeether-Dosierung
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Chart 8
Typ 1
•
•
•
•
Überdosierung führt zu einem Abfall der
Verdickungswirkung
Ausgeprägte Verzögerung der
Zementerstarrung
Reduziert die Klebrigkeit der Mörtel
Produkte:
– Amitrolit 8850
– Amylotex 8100
– Amylotex 8100 P
– Amylotex ST 2000
– Amylotex ST 2100
– Berolan ST 500
– Casucol 301
– Cerestar C*Plus 17303
– Norstar E 7
– Opagel CMT
– Opagel FP 6
– Opagel GPX
– Tylovis SE 7
vs.
•
•
•
•
Typ 2
Überdosierung ist nicht möglich
Geringere Verzögerung der
Zementerstarrung
Reduziert die Klebrigkeit der Mörtel noch
ausgeprägter als Typ 1
Produkte:
– Eloset 5400
– Eloset 5420
– Solvitose C 5 F
– Solvitose FC 50
– Solvitose H 2060
– Starpol 136
– Starpol 468
Sonderfall und nicht
eindeutig klassifizierbar:
• Lyckelit H 3
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Chart 9
Lyckelit H 3 in verschiedenen Systemen
Wechsel des Verhaltens mit wechselndem pH-Wert
30
Typ 1-Verhalten in hochalkalischen Systemen
"Typ 1,5"-Verhalten in mäßig alkalischen Systemen
Typ 2-Verhalten in pH-neutralen Systemen
Verdickungseffekt
CEM I 42,5 R (Milke)
20
Tonerdezement (ISTRA 40)
Stuckgips A mit 1,5% Kalkhydrat
Stuckgips A
10
Stuckgips B
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Zusatzmenge [%]
Andrea Glatthor
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Chart 10
Erstarrungsverzögerung bei Zement
Portland Cement (CEM I 42.5 R) + 0.1% Starch Ether
200 g CEM I 42.5 R, Milke Zement, 09 Sep 2003
Inital Set (h)
0.20 g additive
90 g water (w/c = 0.45)
12
12
12
12
12
11.5
(mixed by hand for 1 min, room temperature = 17°C)
11
9
9
6
Opagel GPX
Amylotex ST 2100
Casucol 301
Opagel CMT
FC50
C5F
5400
5420
MHEC
FP6
GPX
ST2100
301
CMT
Tylovis SE 7
Opagel FP 6
H2060
Amylotex ST 2000
Walocel
MKX 30000 PF01
Control
3
Amylotex 8100
Eloset 5420
5.2
Eloset 5400
5
Solvitose C 5 F
5
Solvitose FC 50
5
Solvitose H 2060
3
5
without
additive
5
8100
ST2000
SE7
0
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Chart 11
Der Einfluss von Calcium-Ionen
Verdickungswirkung in Portlandzement
mit/ohne zusätzliche Zugabe von 1% Calciumformiat
90
80
70
Verdickungswirkung
Typ 1-Stärkeether wurden mit 0,08% dosiert
Typ 2-Stärkeether mit 0,64% (jeweils bez. auf Zement)
ohne Ca-formiat
mit Ca-formiat
60
50
40
30
20
10
0
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
#11
#12
#13
#14
#15
#16
Stärkeether Nr.
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Chart 12
Der Einfluss von Calcium-Ionen - Teil 2
CEM I 42,5 R - Milke, verschiedene Produktionstage
100
9. Sep
Verdickungseffekt
80
5. Nov
Stärkeether #13
12. Nov
60
19. Nov
26. Nov
40
20
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Zusatzmenge [%]
Andrea Glatthor
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Chart 13
Verdickungsverhalten in Portlandzement A
CEM I 42,5 R - Milke
Verdickungseffekt
30
#1
#2
#3
#4
#7
#11
#13
#16
20
10
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Zusatzmenge [%]
Andrea Glatthor
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Chart 14
Verdickungsverhalten in Portlandzement B
CEM I 52,5 R - Milke
30
#1
#2
Verdickungseffekt
#3
#4
20
#11
#13
10
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Zusatzmenge [%]
Andrea Glatthor
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Chart 15
Verdickungsverhalten in alkalischem Gips
Lafarge Prestia Selecta + 1,5% Kalkhydrat
Verdickungseffekt
30
20
#2
#3
10
#4
#7
#10
#14
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Zusatzmenge [%]
Andrea Glatthor
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Chart 16
Verdickungsverhalten in pH-neutralem Gips
Lafarge Prestia Selecta
30
#2
#3
Verdickungseffekt
#4
#7
20
#10
#14
10
0
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
Zusatzmenge [%]
Andrea Glatthor
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Chart 17