AT406048B - Process for producing a liquid additive based on water- soluble welan gum - Google Patents
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Abstract
Description
AT 406 048 BAT 406 048 B
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzmittels auf der Basis von wasserlöslichein Welan Gum zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen.The invention relates to a method for producing a liquid additive based on water-soluble in Welan gum to improve the rheological properties of binder suspensions.
Welan Gum ist ein mikrobielles Heteropolysaccharid mit glykosidisch gebundenen Acetylestergruppen, welches durch Fermentation von Kohlehydraten gewonnen wird. Die Struktur und Eigenschaften des Polysaccharides werden von Jansson P.E., Lindberg B. und Widmahn G. in Carbohydrate Research 139 (1985), 217-223 und Urbani, R. & Brant, A, in Carbohydrate Polymeres 11 (1989), 169-191 beschrieben.Welan Gum is a microbial heteropolysaccharide with glycosidically bound acetylester groups, which is obtained by fermentation of carbohydrates. The structure and properties of the polysaccharide are described by Jansson P.E., Lindberg B. and Widmahn G. in Carbohydrate Research 139 (1985), 217-223 and Urbani, R. & Brant, A, in Carbohydrate Polymeres 11 (1989), 169-191.
Biopolymere, wie beispielsweise Welan Gum, werden im Zusammenhang mit der Verbesserung der Homogenität von Betonzubereitungen vorgeschlagen. Welan Gum zeichnet sich durch eine hohe Hydratationsgeschwindigkeit aus und führt daher zu einer relativ hohen und spontanen Wasseraufnahme unter Aufbau einer sehr hohen Viskosität bei Konzentrationen schon um 1 Gew.%. Beim Transport derartiger viskoser, jedoch niedrig konzentrierter Welan Gum-Lösungen in Wasser wird daher immer ein sehr hoher Wasseranteil mittransportiert, da die Grenzkonzentration für eine noch gut pumpbare wäßrige Welan Gum-Lösung bei ca. 2 Gew.% liegt.Biopolymers, such as Welan Gum, have been proposed in connection with improving the homogeneity of concrete preparations. Welan Gum is characterized by a high rate of hydration and therefore leads to a relatively high and spontaneous water absorption with the build-up of a very high viscosity at concentrations as low as 1% by weight. When transporting such viscous, but low-concentrated Welan Gum solutions in water, a very high proportion of water is therefore always transported, since the limit concentration for an aqueous Welan Gum solution that can still be pumped is approximately 2% by weight.
Der Einsatz derartiger wasserlöslicher Biopolymere in wäßrigen Bindemittelsystemen erfolgt in erster Linie als Hydrokolloid, häufig gemeinsam mit Superverflüssigern, wie beispielsweise hochmolekularen Sulfonat-Derivaten.Such water-soluble biopolymers are used primarily in aqueous binder systems as hydrocolloids, often together with superplasticizers, such as high molecular weight sulfonate derivatives.
Die stark rheologische Beeinflussung von wäßrigen Bindemittelsuspensionen durch wasserlösliches Welan Gum erfordert zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit relativ hohe Mengen weiterer Zusätze, insbesondere von Hochleistungsverflüssigern, wie z.B. Formaldehydkondensaten von sulfoniertem Naphthalin, sulfoniertem Melamin oder modifizieren Ligninsulfonaten sowie deren Derivaten und/oder Gemischen dieser oder ähnlicher Zusätze, wie z.B. Abbindeverzägerer, Abbindebeschleuniger, Schrumpfungskompensatoren.The strong rheological influence of aqueous binder suspensions by water-soluble welan gum requires relatively high amounts of other additives, in particular high-performance plasticizers, such as e.g. Formaldehyde condensates of sulfonated naphthalene, sulfonated melamine or modified lignin sulfonates as well as their derivatives and / or mixtures of these or similar additives, e.g. Setting retarders, setting accelerators, shrinkage compensators.
Aufgrund der hohen und raschen Wasseraufnahme neigt feinkörniges Trockenpulver des Welan Gums beim unkontrollierten Vermischen mit Wasser zur Klumpenbildung und bei geringen Zusatzmengen zur inhomogenen Verteilung in wäßrigen Systemen.Due to the high and rapid water absorption, fine-grained dry powder of the Welan gum tends to form lumps when mixed with water in an uncontrolled manner and, when added in small quantities, to inhomogeneous distribution in aqueous systems.
In der US-PS 4,342,866 ist ein Verfahren zur Herstellung vom Welan Gum beschrieben. Die EP 505 096 B1 beschreibt ein weiter verbessertes Verfahren, nach welchem Welan Gum mit erhöhter Hydratationsgeschwindigkeit hergestellt werden kann.US Pat. No. 4,342,866 describes a process for producing Welan gum. EP 505 096 B1 describes a further improved process according to which Welan gum can be produced with an increased rate of hydration.
Die erhöhte Hydratationsgeschwindigkeit führt nach den Angaben der EP 505 096 B1 einerseits dazu, daß derartiges Welan Gum zwar vorteilhaft als Feststoff mit trockenem Zement vermischt werden kann, worauf erst in der späteren Folge Wasser zugegeben wird. Die Herstellung von lagerfähigen homogenen Trockenmischungen von Welan Gum in Feststoffpulvern ist jedoch häufig problematisch und führt gerade bei hoher Hydratationsgeschwindigkeit dazu, daß eine Klumpenbildung nicht ausgeschlossen werden kann. Schwierigkeiten bei der exakten Dosierung und bei der homogenen Verteilung von schnell hydratisierendem Welan Gum sind insbesondere bei niedrigen Welan Gum-Konzentrationen bzw. -Zusatzmengen unter 0,1 Gew.% zu erwarten, wie sie in wäßrigen Bindemittelsuspensionen üblich sein können.According to EP 505 096 B1, the increased rate of hydration leads on the one hand to the fact that Welan gum of this type can advantageously be mixed as a solid with dry cement, after which water is added only later. However, the production of storable, homogeneous dry mixtures of Welan gum in solid powders is often problematic and, particularly at high rates of hydration, leads to the fact that lump formation cannot be ruled out. Difficulties in the exact dosing and in the homogeneous distribution of fast-hydrating welan gum are to be expected, especially at low welan gum concentrations or additional amounts below 0.1% by weight, as can be usual in aqueous binder suspensions.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine vorteilhaftere und geeignetere Zusatzform von wasserlöslichem Welan Gum herzustellen, mit welcher es gelingt, ohne die Gefahr einer Klumpenbildung eine exaktere und reproduzierbarere Dosierung bei der Zubereitung von Bindemittel-Suspensionen zu gewährleisten und gleichzeitig sicherzustellen, daß wasserlösliches Welan Gum sehr schnell homogen verteilt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlich darin, daß wasserlösliches Welan Gum als feinkörniges Trockenpulver in einer wäßrigen Lösung dissoziierbarer Salze hoher Konzentration, insbesondere einer lyotropen Salzlösung dispergiert wird. Mit Vorteil werden dabei Alkali- bzw. Erdalkalisalze von Superverflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln unter starkem Rühren dispergiert, wobei der Mindestsalzgehalt (in Abhängigkeit von der Art der Ionen) in der wäßrigen Lösung in vorteilhafter Weise 20 Gew.% beträgt. Mit dieser Maßnahme wird der vorteilhafte Effekt der "Hofmeisterschen lyotropen Reihe” ausgenutzt. Für die Herstellung derartiger kolloidaler Dispersionen bzw. Suspensionen des Biopolymers werden die "lösemittel-entziehenden" Eigenschaften der Ionen der dissoziierbaren Salze und Superverflüssiger, beispielsweise der Na+- bzw. Ca++- und der Sulfonationen dazu benutzt, um nahezu das gesamte "freie Wasser" durch Hydratation der Ionen zu blockieren. Gleichzeitig treten die Ionen in Wechselwirkung mit den polaren Gruppen des Biopolymers.The invention now aims to produce a more advantageous and suitable additional form of water-soluble welan gum, with which it is possible to ensure a more precise and reproducible dosage in the preparation of binder suspensions without the risk of lump formation and at the same time to ensure that water-soluble welan gum is distributed homogeneously very quickly. To achieve this object, the process according to the invention essentially consists in dispersing water-soluble welan gum as fine-grained dry powder in an aqueous solution of dissociable salts of high concentration, in particular a lyotropic salt solution. It is advantageous to disperse alkali or alkaline earth salts of superplasticizers and / or water-reducing agents with vigorous stirring, the minimum salt content (depending on the type of ions) in the aqueous solution advantageously being 20% by weight. With this measure, the advantageous effect of the "Hofmeister lyotropic series" is exploited. For the production of such colloidal dispersions or suspensions of the biopolymer, the " solvent-removing " Properties of the ions of the dissociable salts and superplasticizers, for example the Na + or Ca ++ and the sulfonate ions used to remove almost all of the " free water " by blocking the hydration of the ions. At the same time, the ions interact with the polar groups of the biopolymer.
Das zu derartig hochkonzentrierten Salzlösungen zugegebene an sich wasserlösliche Biopolymer kann daher nicht mehr gelöst, sondern nur noch angequollen und homogen dispergiert werden. Die zu erwartende Ausbildung eines hochviskosen und nicht pumpbaren Gels bei gleichzeitig hoher Biopolymerkonzentration findet nicht mehr statt. Es wird überraschenderweise eine noch gut pumpbare leicht bewegliche Flüssigkeit selbst bei Konzentrationen des wasserlöslichen Biopolymers von 5 bis über 15 Gew.% in H2Oerzielt. Eine derartige flüssige Zubereitung von wasserlöslichem Welan Gum in hochkonzentrierten 2The water-soluble biopolymer added to such highly concentrated salt solutions can therefore no longer be dissolved, but only swollen and homogeneously dispersed. The expected formation of a highly viscous and non-pumpable gel with a high biopolymer concentration no longer takes place. Surprisingly, an easily pumpable, easily movable liquid is achieved even at concentrations of the water-soluble biopolymer of 5 to over 15% by weight in H2O. Such a liquid preparation of water-soluble welan gum in highly concentrated 2
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Salzlösungen hat mehrere technologische Vorteile: wasserlösliches Welan Gum läßt sich in der Folge wesentlich vorteilhafter dosieren und homogener in Bindemittelsuspensionen verteilen. Daß die gleichzeitig in diese Lösung eingebrachten Ionen der Superverflüssiger o.ä. Beton-Zusatzmittel die Herstellung auch hochkonzentrierter Welan Gum-Dispersionen ermöglichen, hat zur Folge, daß das Transportgewicht der Gum-Dispersionen und somit die Transportkosten sowie Kosten für Lagerbehälter und Vorratshaltung wesentlich verringert werden können.Salt solutions have several technological advantages: water-soluble welan gum can subsequently be dosed much more advantageously and distributed more homogeneously in binder suspensions. That the ions of the super liquefiers or the like which are simultaneously introduced into this solution Concrete admixtures that enable the production of highly concentrated Welan gum dispersions have the consequence that the transport weight of the gum dispersions and thus the transport costs and costs for storage containers and storage can be significantly reduced.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird vorteilhaft so durchgeführt, daß verdünnte wäßrige Lösungen handelsüblicher Superverflüssiger und/oder Wasserreduktionsmittel und/oder anderer Betonzusatzmittel durch weiteren Zusatz von festen Salzen bzw. Superverflüssigern unter Rühren aufkonzentriert werden und daß während des Rührvorganges Entschäumungsmittel in die Lösung aus Salzen bzw. Superverflüssigern eingebracht werden. Hierdurch wird der Anteil des "freien Wassers" in derartigen Lösungen weiter stark verringert bzw. durch lonen-Hydratation ganz zum Verschwinden gebracht.The production process according to the invention is advantageously carried out in such a way that dilute aqueous solutions of commercially available superplasticizers and / or water-reducing agents and / or other concrete additives are concentrated by further addition of solid salts or superplasticizers with stirring, and that defoaming agents are added to the solution of salts or superplasticizers during the stirring process be introduced. This will reduce the proportion of " free water " further reduced in such solutions or completely disappeared by ion hydration.
Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrige Salzlösung aus komplexen Gemischen dissoziierbarer Salze von Abbinderegulatoren und/oder Verflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln und/oder zusätzlichen Schrumpfungskompensatoren besteht, wobei vorzugsweise die lyotrope Salzlösung aus dissoziierbaren Alkali- und/oder Erdalkalisalzen, Ammoniumsalzen und/oder Salzen organischer basischer Sauerstoff- und/oder Stickstoffverbindungen besteht. Bevorzugt können hierbei die Verflüssiger und Wasserreduktionsmittel aus Salzen von Formaldehydkondensaten der Melaminsulfonate und/oder Naphthal-insulfonate und/oder Ligninsulfonaten und/oder Acryl- und/oder Maleinsäureanhydrid-Copolymerisaten bestehen.It is advantageously carried out here that the aqueous salt solution consists of complex mixtures of dissociable salts of setting regulators and / or liquefiers and / or water reducing agents and / or additional shrinkage compensators, the lyotropic salt solution preferably consisting of dissociable alkali and / or alkaline earth salts, ammonium salts and / or salts of organic basic oxygen and / or nitrogen compounds. The plasticizers and water-reducing agents can preferably consist of salts of formaldehyde condensates of melamine sulfonates and / or naphthalene sulfonates and / or lignin sulfonates and / or acrylic and / or maleic anhydride copolymers.
Eine besonders vorteilhafte, flüssige Zubereitung läßt sich dadurch erzielen, daß feinkörniges, wasserlösliches Welan Gum-Pulver direkt in Mengen von 1 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.%, in eine konzentrierte Salzlösung aus Superverflüssigem o.ä. Beton-Zusatzmitteln eingerührt wird. Die Korngröße des wasserlöslichen Welan Gums sollte dabei möglichst im Bereich von 5 bis 100 um liegen, um eine optimale Stabilität der Welan Gum-Dispersion zu erzielen. Derartiges wasserlösliches Welan Gum-Pulver kann somit in relativ hohen Konzentrationen in Wasser dispergiert werden, wobei die für die angestrebten rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen erforderlichen Mengen an Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln somit schon vorteilhaft mit dem gleichen Zusatz in einen Beton oder Mörtel eingebracht werden können. Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrigen lyotropen Salzlösungen aus Superverflüssigersalzen durch weiteren Zusatz von festen Superverflüssigersalzen unter Rühren auf eine Konzentration nahe ihrer Sättigungskonzentration gebracht werden.A particularly advantageous, liquid preparation can be achieved in that fine-grained, water-soluble Welan gum powder is used directly in amounts of 1 to 15% by weight, preferably 5 to 10% by weight, in a concentrated salt solution of super-liquefied or the like. Concrete admixtures is stirred. The grain size of the water-soluble Welan gum should preferably be in the range from 5 to 100 μm in order to achieve optimum stability of the Welan gum dispersion. Such water-soluble Welan gum powder can thus be dispersed in water in relatively high concentrations, and the amounts of superplasticizers and / or other additives required for the desired rheological properties of binder suspensions can thus advantageously be introduced into a concrete or mortar with the same additive . It is advantageously carried out here that the aqueous lyotropic salt solutions of super liquefier salts are brought to a concentration close to their saturation concentration by stirring further by adding solid super liquefier salts.
Insgesamt führen z.B. Welan Gum-Superverflüssigergemische zu einer wesentlichen technologischen Verbesserung in der Verarbeitbarkeit und in den rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen. Probleme, wie sie bei einer fehlenden Synchronisierung zwischen der Vorhydratisierung von wasserlöslichem Welan Gum und den Bindemitteln auftreten würden, lassen sich durch die erfindungsgemäße Zubereitungsform vermeiden.Overall, e.g. Welan gum super liquefier mixtures for a significant technological improvement in the processability and in the rheological properties of binder suspensions. Problems that would arise if there was no synchronization between the pre-hydration of water-soluble welan gum and the binders can be avoided by the preparation form according to the invention.
Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist auch die Verwendung von Entschäumern. Mit Hilfe dieser Produkte können zum einen bei der Herstellung der wäßrigen Suspensionen des wasserlöslichen Welan Gums die einem Polymerpulver anhaftenden Luftbläschen nahezu beseitigt und zum anderen homogene, hochkonzentrierte nicht-schäumende Lösungen von Superverflüssigern und/oder anderen Betonzusatzmitteln mit wasserlöslichem Welan Gum durch Rühren hergestellt werden.The use of defoamers is also particularly advantageous for the process according to the invention. With the help of these products, in the production of the aqueous suspensions of the water-soluble Welan gum, the air bubbles adhering to a polymer powder can almost be eliminated and, on the other hand, homogeneous, highly concentrated non-foaming solutions of super-plasticizers and / or other concrete additives with water-soluble Welan Gum can be produced by stirring.
Eine typische Zubereitung des erfindungsgemäßen flüssigen Zusatzmittels erfolgt mit Vorteil so, daß eine mit feinkörnigem Welan Gum-Pulver versetzte hochkonzentrierte Salzlösung wenigstens 15 min, vorzugsweise etwa 30 min, nach dem Zusatz der letzten Teilmenge an Welan Gum noch weitergerührt wird und der nach dem Ende des Rührens entstehende Schaum mit einer zusätzlichen Menge von weniger als 0,5 Gew.% Entschäumer zerstört wird, wodurch letztendlich eine stabile, homogene, hochkonzentrierte Biopolymerdispersion erzielt werden kann.A typical preparation of the liquid additive according to the invention is advantageously carried out in such a way that a highly concentrated salt solution mixed with fine-grained Welan Gum powder is stirred further at least 15 minutes, preferably about 30 minutes, after the addition of the last portion of Welan Gum and after the end of the The resulting foam is destroyed with an additional amount of less than 0.5% by weight of defoamer, which can ultimately result in a stable, homogeneous, highly concentrated biopolymer dispersion.
In besonders vorteilhafter Weise wird hierbei so vorgegangen, daß zuerst eine wäßrige Salzlösung aus handelsüblichen Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln, wie z. B. Abbinderegulatoren und/oder Schrumpfkompensatoren, auf einen Salzgehalt von 20 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 45 Gew.%, unter Zusatz von 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer gebracht wird. Danach werden bevorzugt 5 bis 8 Gew.% wasserlöslichen Welan Gum-Pulvers in die wäßrige Salzlösung gegeben, wobei vorzugsweise die Salzlösung 15 min gerührt wird, und der weitere portionsweise Zusatz von Welan Gum-Pulver unter wenigstens 30-minütigem Rühren erfolgt. Nach dem Ruhen der Dispersion von mindestens weiteren 30 min, vorzugsweise etwa 60 min, werden noch albschließend 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer (bezogen auf das Gewicht der Lösung) eingerührt.In a particularly advantageous manner, the procedure here is such that first an aqueous salt solution of commercially available super liquefiers and / or other additives, such as, for. B. setting regulators and / or shrinkage compensators, is brought to a salt content of 20 to 60 wt.%, Preferably 40 to 45 wt.%, With the addition of 0.01 to 0.5 wt.% Defoamer. Thereafter, 5 to 8% by weight of water-soluble Welan gum powder are preferably added to the aqueous salt solution, the salt solution preferably being stirred for 15 minutes, and the further addition of Welan gum powder in portions is carried out with stirring for at least 30 minutes. After the dispersion has rested for at least a further 30 min, preferably about 60 min, 0.01 to 0.5% by weight of defoamer (based on the weight of the solution) are then stirred in.
Zusammenfassend wird hier beispielhaft für die Herstellung eines typischen Betonverflüssigers zur Verbesserung der Homogenität von Bindemittelsuspensionen auf der Basis von Welan Gum vorgeschlagen, 3In summary, an example for the production of a typical concrete plasticizer to improve the homogeneity of binder suspensions based on Welan Gum is proposed here, 3
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ELJ | Ceased due to non-payment of the annual fee |