CN101272994B - 在水中可再分散的粉末,它的生产方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在水硬性胶凝系统中,减少起霜的水硬性胶凝系统的添加剂,该添加剂优选地以在水中可再分散粉末的形式存在,并且特别适合作为添加剂加入到干砂浆中。所述在水中可再分散的粉末包括至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,如果合适,也包括其它添加剂;所述有机组分含有至少一种具有环状基团的完全或部分饱和化合物,其熔点为约-20到250℃,其分子量为约100到10,000,并且该有机组分与水溶性有机聚合保护胶体在水中形成稳定的分散体;所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体的重量比为约95∶5到5∶95。本发明也涉及一种省略干燥步骤的方法。本发明所述的添加剂可用于水硬性胶凝物质中,特别是混凝土、石膏灰泥和/或石灰灰泥和/或水泥灰泥、修补砂浆和/或完全热保护砂浆、接缝粘合剂和/或瓷砖粘合剂、拉平化合物和/或填料、不收缩灌浆和/或作为混凝土涂层的添加剂和粘合剂的添加剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种可在水中再分散的、用于减少水硬性凝固系统(hydraulically set system)中的凝霜(efflorescence)的粉末,该粉末基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机物聚合保护胶体;本发明涉及粉末的生产方法,包括分散及随后的干燥,可能省略该干燥步骤;以及,本发明涉及该粉末的有利用途,特别是作为水力凝固系统的添加剂,用于减少水硬性凝固系统中的凝霜。
背景技术
已知凝霜特别发生在胶结(cementitious)系统中,如混凝土、打底物(rendering)和砂浆中。专家表示凝霜指表面上的白色沉淀物,其首先通过析出(leached-out)氢氧化钙,然后氢氧化钙又进一步与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙而形成。在这种情况下,也可能存在进一步的盐沉积。尽管这种凝霜通常对基底的物理价值没有重大影响,但是它们在彩色或灰色表面的情况下特别被认为是主要的损害。
在别无选择的情况下,配方的开发者经常尝试利用疏水性添加剂来防止凝霜。在这种情况下,该想法发挥这样的作用:如果没有水能够穿透进入砂浆层、打底层或混凝土层,那么就没有氢氧化钙被洗出。然而,这得出了一个错误的结论:一方面,新涂敷的材料仍含有大量的水,它与溶解的盐一起迁移至表面。如果水分蒸发,盐残余物留下成为不受欢迎的残渣。另外,水也能够从另一侧扩散穿过水硬性凝固材料并因此产生同样的效果。另一方面,实际上不可能获得绝对的疏水性。即使该表面显示出良好的防水性,如果只有一点水渗透进内部,也足以在水滴干燥后留下白色残余物。因此,许多高度疏水的材料比其它材料显示出更强的凝霜效应。这也清楚地显示出疏水性和凝霜是基于非常不同的机理,并且彼此不可比较。
所以,例如DE 103 23 205 A1,描述了一种基于脂肪酸和其衍生物的疏水性的、水可再分散的添加剂,所述添加剂包括水溶性保护胶体和一种或多种选自脂肪酸或脂肪酸衍生物的化合物——其在碱性条件下释放脂肪酸或相应的脂肪酸阴离子,如果需要,它们与一种或多种有机硅化合物组合。通过在砂浆中使用这种添加剂,对水的吸收大大降低,但是没有被完全阻止。没有提及可能的凝霜减少。此外,通过脂肪酸衍生物的碱性水解通常会形成高度挥发的有机成分(VOC)。
US 3,423,219描述了一种生产波特兰(Portland)水泥的方法。在该方法中,松浆油(tall oil)树脂和松浆油的高沸点馏分混合物的水分散体作为粉刷助剂(painting aid)优选地与波特兰水泥混合。除了其它方面外,生产该分散体的方法包括碱处理,并因此是复杂和昂贵的。没有提及使用这种系统来减少凝霜。而且,没有描述在水中可溶解或可再分散的粉末,这使得干砂浆的使用成为特别不可能的事情。
GB 1,088,484A描述了一种在基于波特兰水泥的混凝土中防止凝霜的方法。在这种情况下,松浆油树脂和松浆油高沸点馏分混合物的水分散体,也与沥青部分混合,被优选地与混凝土混合或随后涂布于表面上。除了其它方面外,生产该分散体的方法包括碱处理,并且结果是高度复杂的,因此也是昂贵的。该混合物由深到黑的颜色极大地限制了它的应用。为了稳定所述分散体,使用了按重量计0.1到15%的蛋白质或多糖。而且,没有描述在水中可溶解或可再分散的粉末,这使得干砂浆的使用成为不可能的事情。
在DE 33 21 027 A1中,描述了这样的方法,利用该方法,明显发生凝霜减少和水分吸收减少,等等现象。在这个方法中,萜类聚合物,特别是液态低分子量的萜类,被同样地加入或以与其他萜烯烃类混合物的形式被加入,所述萜类聚合物以按重量计0.1-10%的量被加入到含水泥的建筑材料中。除了其他方面外,萜基化合物以乳化的形式或通过喷雾液体或溶解的萜类的形式加入,排除了干砂浆的使用。而且,没有提供关于所用萜类或乳化剂的类型的细节,所述乳化剂用于乳化所述萜类化合物。
JP 1 252 652 A描述了一种有优良稳定性的用于例如纸应用的水分散体。在该方法中,低分子量的疏水性物质通过含有特殊阳离子基团的改性聚乙烯醇分散,所述低分子量疏水物质可能是树脂。所述的水分散体只能尽最大努力生产,因为带有阳离子基团的聚乙烯醇必须通过如醋酸乙烯酯和二甲基氨乙基乙烯基醚的自由基聚合及随后的共聚物皂化的方式首先单独生产。而且,该分散体不能以粉末形式获得,并具有非常不同的应用领域。
在EP 874 471 B1中,描述了一种可再分散的分散体粉末组合物,该组合物包括选自均聚物和共聚物的水不溶性原料聚合物及水溶性雾化(atomiastion)保护胶体,其以原料聚合物为基础,含有按重量计最高达100%的增粘物质。所述水溶性雾化保护胶体是非中和的或部分中和的特殊聚合物,其基于烯烃化的不饱和一元羧酸或二元羧酸或它们酸酐的均聚物或共聚物,聚合物中的酸性成分的含量总计达50摩尔%或以上。所述水性再分散体的pH值在4.5以下。这些系统可用做粘合剂组合物,但是也应该可以用在含水泥的抹光化合物或结构粘合剂中。然而,这些特殊的聚合物迅速与水硬性凝固系统中的钙离子,和对水合作用(显著延缓)及砂浆流变学(mortar rheology)(部分硬化)有高度负效应的其它离子形成配位化合物(complex compounds)。出于这个原因,它们特别不适合用在胶结系统中。没有提及可能的凝霜减少。
EP 874 877 B1描述了一种可在水中再分散的增粘剂粉末组合物,该组合物含有一种或多种增粘物质(tackifying substances)和按重量计2到50%的至少一种选自烯烃化的不饱和一元羧酸或二元羧酸或它们的酸酐的水溶性的低分子量均聚物或共聚物的化合物;该组合物,作为共聚物,包含2到50摩尔%的其它自由基可聚合单体及苯酚磺酸缩合物,三聚氰胺磺酸缩合物和萘磺酸缩合物,该组合物的水溶解度为100g水中至少10g,最大分子量为250,000g/摩尔。所述增粘物质被用作乳化剂稳定的分散体而不用这些聚合物稳定。此外,它们被用作粘合剂,而不用在胶结系统中,特别是不用于减少凝霜。
EP 799 876 A2描述了粉末状粘合剂组合物,该组合物含有至少一种基于至少一种分散体的聚合物,至少一种增粘树脂,和如果需要,含有一种或多种保护胶体以及防结块剂。该粘合剂组合物适合用于粘合剂粘结的(adhesive-bonding)多孔和半多孔(semi-porous)物质,特别是作为地板粘合剂。没有提及在水硬性凝固系统中的应用,特别是没有提及关于减少凝霜的用途。而且,重要的是,其中包含基于至少一种分散体的聚合物,这极大地限制了配方的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止或至少极大减少水硬性凝固系统凝霜的添加剂,特别是那些基于水泥的系统,例如,如在砂浆中,和在混凝土情况下。而且,所述添加剂应该以粉末形式存在,特别是对于干砂浆配方而言,以便在不添加毒性生物杀灭剂的情况下,规避液体原料已知的缺点,例如,如对冰冻/融解缺乏抗性,或有限的储存稳定性,以及在干砂浆配方的情况下允许简单的测定。然而,对选定的应用,例如,如混凝土生产,在以液体形式的添加剂中进行测定也应该是可能的。而且,重要的是该添加剂适合简单地搅拌入与水混合的砂浆基质中,而不用考虑特殊的混合过程。在这种情况下,所述添加剂能够在砂浆基质中被完全润湿,再分散,并在该基质中容易地均匀分布也很重要。此外,重要的是通过该添加剂,没有获得不利的或其它砂浆属性,即除了所需的凝霜效应的强烈降低和,如果适用,砂浆疏水性和/或粘合能力的提高外,将所述添加剂引入到已存在的砂浆配方中而不改变其属性,例如砂浆流变学属性,应该是可能的。独立于其他砂浆原料而测量添加剂为配方设计师提供极高水平的灵活性也应该是额外可能的。而且,重要的是添加剂不改变或仅少量改变干砂浆的原料成本与生产成本。当生产所述添加剂时,为了能够有针对性地调整最终性质,在没有问题的情况下简单地改变主要颗粒大小也应该是可能的。此外,如果该添加剂的至少主要部分可由可再生来源获得,这将是有利的。并且,所述添加剂应该没有或仅有非常低的有害性等级。
足够让人吃惊的是,通过可在水中再分散的粉末减少水硬性凝固系统中的凝霜,达到所述的复杂目标是可能的,该粉末基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,以及如果需要,额外的添加剂,其中:
a)所述有机组分包括至少一种带有环状基团的化合物,所述化合物是全部或部分饱和的,且熔点为约-20到250℃,并且分子量为约100到10,000。所述有机组分包括萜类化合物、树脂酸、树脂、萜烯树脂、萜酚树脂和/或它们的衍生物,并且
b)与所述水溶性有机聚合保护胶体在水中形成稳定的分散体,所述水溶性有机聚合保护胶体的一元羧酸和二元羧酸以及它们的酸酐的含量小于50摩尔%,而且不包括芳香族磺酸缩合物,并且
c)所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体的重量比为95∶5到5∶95。
带有完全或部分饱和环状基团的有机组分可以是合成产生的产物或天然产物。合适的天然产物特别是树脂,如松香、木松香、松浆油树脂和/或聚萜烯树脂,这些成分以修饰的和/或未修饰的形式存在是可能的,天然或合成来源的修饰是可能的。优选的萜类化合物是单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜烯、四萜烯和多萜烯。萜烯树脂通常通过萜烯、二萜和/或柠檬烯的聚合获得,而萜酚树脂可以通过酚在酸催化下加入到萜烯和/或松香中制得,但是也可以基于其它物质。
重要的是,所述有机组分包含至少一种环状基团。单环、双环、三环、四环和/或五环状基团是优选的。一个具体的实施方式包括含有至少一个带有C5-环和/或C6-环的环状基团的有机组分。而且,所述环状基团可以是完全或部分饱和的。一个具体的实施方式包括两个或多个C=C双键,至少两个双键是彼此共轭的。
所述有机组分可能额外地含有至少一种带有一个或几个官能团的化合物,官能团如,例如胺基团、酰胺基、脒基、亚胺基、酸酐基团、酯基、硫酸基、磺酸基和/或巯基。带有羧基、羰基、醛基和/或醇基的化合物是特别优选的,而树脂酸及它们的衍生物是特别优选的。
例如,下面是合适的有机组分:单萜,如樟脑、樟脑酸、异亚硝基樟脑、樟脑醌、薄荷醇、柠檬烯、蒎烯、樟脑羧酸和/或烷基羟基亚甲基樟脑及它们的衍生物,和随其产生的聚合物,如多萜烯树脂;二萜烯,例如,如新松香酸、左旋海松酸、海松酸、异海松酸、枞酸、脱氢枞酸、二氢枞酸、松香酸、长叶松酸、松香、视黄醛、维甲酸、agelasine E、agelasidine B、氧代猫茯酸(oxocativic acid)、松叶酸、赖百当二酸(labdene dioic acid)、二羟基蜜环菌二烯二酸(dihydroxy-halima-diene dioic acid)、环氧桐醇三烯酮酸(epoxyclerodatrieneoic acid)、异海松二烯酸(isopimaradiene acid)、异海松酸、异海松二烯二醇(isopimaradiene diol)、异海松三烯三醇(isopimaratriene triol)、刺柏酸、罗汉松酸、罗汉松醇、品红III、hydroxyoxorosenolide、围涎皮次酸(cassaic acid)、二氢围涎皮次碱、围涎皮次碱、围涎皮胺、耳状酸(auricularic acid)、闭花木苷二烯酮酸(cleistanthadienoic acid)、异可巴烯二醛(isocopalene dial)、松香二烯酮酸(abietadienoic acid)、枞酸、二羟基枞三烯酮酸(dihydroxy-abtietatrienoic acid)、lanugone A、鼠尾草酸、abeo-abietane、coleon P、环松香烷(cycloabietane)、贝叶烯三醇(beyerene triol)、贝叶醇(beyerol)、羟基贝叶烯酸(hydroxybeyerenic acid)、二羟基贝壳杉烯酸(dihydroxykaurenic acid)、dihydroxykaurenolide、咖啡豆醇(kahweol)、methyl butanoyloxy-villanovane diol、dihydroxyatisenolide、dihydroxy-atisanone、atisene diol、赤霉素A18、赤霉素A1、赤霉素A3、赤霉酸、木藜芦毒素烷五醇(grayanotoxene pentol)、leucothol、环氧化木藜芦毒素烷五醇(epoxygrayanotoxane pentol)、闹羊花毒素III、leucothol C、xeniolite A、xeniaacetal和/或dihydroxyserrulatanoic acid、isodictyohemiacetal和它们的衍生物;二倍半萜,例如,如dysideapalaunacid、dalvisyriacolide、salvileucolide methyl ester、epoxyhydroxyoxoophiobol adienal、oxoophiobola tetraenal、蛇孢假壳素A、蛇孢假壳素G、dihydroxyscalarenolide和/或scalarin以及它们的衍生物;三萜烯诸如,二紫檀醇(dipterocarpol)、羟基达玛烯酮II(dihydroxydammarenone II)、达玛脂酸(dammarenolic acid)、甘遂醇(tirucallol)、乌宋酸(ursonic acid)、齐墩果酮酸(oleanonic acid)、异乳香二烯酮酸(isomasticadienonic acid)、夫西地酸(fusidinic acid)、乙酰氧基二羟基夫西地二烯酮酸(acetoxydihydroxyfusidadienoic acid)、羟烟曲霉酸(helvolinic acid)、乳香二烯酮酸(masticadienonic acid)、二乙酰氧基二氧代夫西地二烯酮酸(diacetoxy-dioxofusidadienoic acid)、trihydroxycycloartenic acid、凤梨酸(pineapple acid)、西番连碱(passiflorin)、乙酰氧基三羟基葫芦素二烯三酮(acetoxytrihydroxy-cucurbitadiene trione)、葫芦素B(cucurbitacin B)、葫芦素F、乌索酸、五羟基葫芦素二烯二酮(pentahydroxycucurbitadienedione)、羟基乌散酸(hydroxyursanic acid)、羟基熊果酸(hydroxyursenicacid)、坡摸醇酸(pomolic acid)、羟基齐墩果酮酸(hydroxyoleanenoicacid)、二羟基熊果酸(dihydroxyursenic acid)、乳香酸(boswellinic acid)、羟基熊果酸和/或hydroxyoxoursenic acid及它们的衍生物,由此列出的化合物也可以作为混合物存在,并且必须不被理解为代表有限的选择。树脂酸,特别是新松香酸、左旋海松酸、海松酸、异海松酸、枞酸、脱氢枞酸、二氢枞酸、松香酸、长叶松酸和/或松香是特别优选的。
由DSC(DIN 51007)确定,所述有机组分的熔点应该为约-20到250℃,特别地为约0到200℃,并且特别优选的为约50到180℃。如果所述有机组分有一个熔化范围而非实际的熔点,该熔化范围的平均温度被用来确定其熔点。如果,例如,由于热分解的原因不能确定其熔点,那么软化点(softening point)或软化点的平均温度可被用作替代熔点的选择。此外,所述有机组分的分子量应该在大约100到10,000之间,特别地在约200到5000之间,并且特别优选的在约300到2500之间。在低分子量化合物的情况下,这一般通过结构式确定;而在较高分子量产物的情况下,通过静态光散射法(static lightscattering)确定。
所述有机组分通常在水中不溶解或仅微量溶解。在一个具体的实施方式中,所述有机组分在酸性至中性水中不溶解或仅微量溶解,其溶解度按重量计小于约10%,优选地按重量计小于约1%,并且特别地按重量计小于0.1%。在进一步优选的实施方式中,所述有机组分在稀苛性钠溶液中部分或完全溶解,在pH值约8到12的范围内,其溶解度按重量计大于约0.01%,优选地按重量计大于约0.1%,并且特别地按重量计大于约l%。所述溶解度相对于20℃的温度。
水溶性有机聚合保护胶体在水溶液中与有机组分形成稳定的分散体是有帮助的,所述分散体在24小时后仍具有相同的物理特性,例如,如pH值、粘度、微粒大小与颜色,并且没有发生分层,如分散体颗粒的沉淀。因此取决于有机组分的类型,不同的水溶性有机聚合保护胶体提供理想的分散体稳定性,有机聚合保护胶体可能对某些有机组分是理想的,而对其它有机组分可能会发生不兼容。出于这个原因,所述有机聚合保护胶体必须与有机组分匹配。稳定化系统是优选的,它允许所得的水分散体组合物可以简单的方式转化成在水中可再分散的粉末。
典型地,合适的水溶性有机聚合保护胶体优选是高分子化合物。这些包括天然化合物如多糖——需要时其被化学修饰,合成的高分子量寡聚物及聚合物——其没有或仅有少量离子特征,和/或通过具有至少部分离子特征的单体原位产生的聚合物,如通过在含水介质中自由基聚合产生。仅使用一种稳定化系统或将不同的稳定化系统彼此组合也是可能的。
在冷水中可溶的多糖和多糖醚,如纤维素醚、淀粉醚(直链淀粉和/或支链淀粉和/或它们的衍生物)、瓜尔胶醚和/或糊精,都是多糖并且它们的衍生物被优选地使用。使用合成多糖也是可能的,如阴离子的、非离子的或阳离子的杂多糖,特别是黄原胶(xanthan gum)或树胶(wellan gum)。所述多糖可以是化学修饰的,如用羧甲基基团、羧乙基基团、羟乙基基团、羟丙基基团、甲基基团、乙基基团、丙基基团和/或长链烷基基团修饰,但不是必须这样。另外的天然稳定化系统包括藻酸盐(酯)、肽和/或蛋白质,如明胶、酪蛋白和/或大豆蛋白。糊精、淀粉、淀粉醚、酪蛋白、大豆蛋白、羟烷基纤维素和/或烷基羟烷基纤维素是特别优选的。
合成的稳定化系统也可以包括一种或多种保护胶体。作为例子,该胶体有一种或几种聚乙烯吡咯烷酮和/或聚乙烯醇缩乙醛,其分子量为200到400,000;完全或部分皂化和/或改性的聚乙烯醇,其水解度优选地为约70到100摩尔%,特别地为约80到98摩尔%,并且在4%水溶液中的郝普勒(Hppler)粘度优选地为1到50mPas(毫帕秒),特别地为约3到40mPas(在20℃按照DIN 53015测定);和三聚氰胺甲醛磺酸盐(melamine formaldehyde sulphonates)、萘甲醛磺酸盐、环氧丙烷与环氧乙烷的嵌段共聚物、苯乙烯马来酸共聚物和/或乙烯基醚马来酸共聚物。高分子量寡聚物可能是非离子的、阴离子的、阳离子的和/或两性离子乳化剂,例如,如烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、烷基硫酸盐、羟基烷醇的硫酸盐、烷基磺酸盐和烷基芳基二磺酸盐(disulphonate)、磺化脂肪酸、聚乙氧基化烷醇(polyethoxylatedalcanols)和烷基酚的硫酸盐和磺酸盐,以及硫琥珀酸酯(ester ofsulphosuccinic acid)、季烷基铵盐、季烷基膦盐、聚合加成产物如聚烷氧化物(polyalkoxylates),如每摩尔直链和/或支链C6-到C22-烷醇的5到50摩尔环氧乙烷和/或环氧丙烷的加合物、烷基酚、高级脂肪酸、高级脂肪酸胺、伯和/或仲高级烷基胺(primary and/or secondary higheralkyl amine),所述烷基在每种情况中优选的是直链和/或支链C8-到C22-烷基。合成的稳定化系统中,特别是部分皂化的,在需要时改性聚乙烯醇是特别优选的;一种或几种聚乙烯醇一起使用,并在需要时加入少量合适的乳化剂是可能的。优选的合成稳定系统特别是改性的和/或未改性的聚乙烯醇和/或聚乙烯吡咯烷酮,所述聚乙烯醇的水解度为80到98摩尔%并且其4%水溶液的郝普勒粘度为1到50mPas。然而,羧酸基团含量高的水溶性有机聚合保护胶体是较不优选的,特别是如果它们是通过自由基聚合的方式产生的。因此,一元羧酸和二元羧酸及它们的衍生物的含量应该小于50摩尔%,优选地小于25摩尔%,并且特别地小于10摩尔%。此外,包括芳香族磺酸缩合物的水溶性有机聚合保护胶体是较不优选的。
所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体的重量比首先取决于所用的材料和要达到的效果。该比例可能是约95∶5到5∶95,特别地为约90∶10到10∶90,且优选地为约80∶20到20∶80,并且特别优选地为约70∶30到30∶70。
在水中可再分散的粉末的pH值,作为10%水性再分散体,通常为约4.5到10.5,优选地为约5.0到9.5;但是在特别的情况下,如高度酸性或碱性组分的加入,也可以在这个范围之外。
本发明所述的在水中可再分散的粉末也可能包含其他添加剂。基于所述有机组分和水溶性有机聚合保护胶体的总量,添加剂的含量不受关键限制。因此,在例如界面活性物质的情况下,添加剂的含量可能非常低并在以重量计约0.01%或以上的范围内,特别地以重量计约0.1%,并且优选地以重量计约1%。另一方面,相当大比例的添加剂可混合进按照本发明所述的粉末,例如,如填料或可在水中再分散的成膜分散体粉末,其通常是通过干燥基于乳液聚合而合成产生的成膜聚合物水分散体获得。在这种情况下,每一份本发明所述的在水中可再分散的粉末中可加入高达约1000份,特别地约500份,并且优选地约100份其它添加剂。
没有关于其它添加剂种类的限制。一般来说,它们在依据本发明所述粉末的应用中发挥重要作用,但不是关键的。加入其他有机聚合保护胶体是非常可能的,在这种情况下,胶体的加入优选地以粉末形式发生。
优选的添加剂包括:粉末状和/或液体消泡剂;润湿剂;烷基多糖醚;羟烷基多糖醚和/或烷基羟烷基多糖醚,如纤维素醚、淀粉醚和/或瓜尔胶醚,所述烷基和羟烷基通常是C1-到C4-基团;合成的多糖,如阴离子、非离子或阳离子杂多糖,特别是黄原胶或树胶、纤维素纤维;分散剂;水泥超增塑剂(superplasticisers);凝固促凝剂(settingaccelerators);前期强度促凝剂(early strength accelerators);凝固缓凝剂(setting retarders);加气剂(air entrainers);聚羧酸酯;聚羧酯醚;聚丙烯酰胺;完全和/或部分皂化的,并且在需要时改性的聚乙烯醇;聚乙烯吡咯烷酮;聚亚烷基氧化物(polyalkylene oxides)和聚亚烷基乙二醇(polyalkylene glycols),所述亚烷基通常是C2-和/或C3-基团,其也包括嵌段共聚物;基于含有乳液聚合物的共聚物的分散体和在水中可再分散的成泡分散体粉末,例如,如基于乙酸乙烯酯、乙烯醋酸乙烯酯、乙烯醋酸乙烯酯柯赫酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate vinylversatate)、乙烯醋酸乙烯酯(甲基)丙烯酸酯(ethylene vinyl acetate(meth)acrylate)、乙烯醋酸乙烯酯氯乙烯、醋酸乙烯酯柯赫酸乙烯酯(vinyl acetate vinyl versatate)、醋酸乙烯酯柯赫酸乙烯酯(甲基)丙烯酸酯(vinyl acetate vinyl versatate(meth)acrylate)、柯赫酸乙烯酯(甲基)丙烯酸酯(vinyl versatate(meth)acrylate)、全丙烯酸酯(all-(meth)acrylate)、苯乙烯丙烯酸酯和/或苯乙烯丁二烯的那些;疏水剂,如硅烷、硅烷酯、硅氧烷、有机硅(silicones)、脂肪酸和/或脂肪酸酯;增稠剂;填料,如石英岩的和/或碳质的沙和/或粉末,如石英砂和/或粉末状石灰石、碳酸盐、硅酸盐、层状硅酸盐、沉淀的硅酸;轻质填料,如中空玻璃微球体、聚合物,例如,如聚苯乙烯球体、铝硅酸盐、氧化硅、氧化铝硅(aluminium silicon oxide)、水化硅酸钙(calcium silicate hydrate)、二氧化硅、硅酸铝、硅酸镁、水化硅酸铝、铝硅酸钙、水化硅酸钙、铝铁镁硅酸盐(aluminium iron magnesium silicate)、偏硅酸钙(calciummetasilicate)和/或火山岩渣(volcanic slag);以及火山灰材料(pozzolanicmaterials),如偏高岭土和/或潜在的水硬性组分(latent hydrauliccomponents)。
特别优选的添加剂是聚合物分散体、在水中可再分散的成膜分散体粉末、多糖醚、超增塑剂和疏水剂,特别是硅烷、硅烷酯、脂肪酸、脂肪酸酯和/或油酸和它们的酯及其它衍生物。
本发明也涉及一种生产在水中可再分散粉末的方法,特别是按照本发明所述的粉末的生产方法;在第一步中,所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体在水中分散且稳定,以及因此获得的分散体随后被干燥。
在这个方法中,所述有机组分以液体或粘稠的形式与在水中预先溶解的有机聚合保护胶体混合是有利的,但不是必要的。如果所述有机组分在室温下以固态形式存在,那么如果它被加热可能是有用的。然而,所述有机组分,特别是如果它不溶于水,在加入的添加剂中被溶解或溶胀(swollen),并以这种形式,与带有有机聚合保护胶体的水相混合也是可能的。合适的添加剂经常具有纯有机性质并且以液态形式存在。它们包括,如硅烷,硅烷酯,有机硅和/或硅氧烷,液态消泡剂和/或润湿剂,低分子量聚亚烷基乙二醇,脂肪酸和/或脂肪酸衍生物。
原则上,所有有机硅化合物都可以被用作硅烷、硅烷酯、有机硅和/或硅氧烷。但是,如果它们以液态形式存在,并且所述有机硅化合物的沸点在正常气压下不太低,优选地为约100℃或以上,虽然不是关键的,但是有利的。所述有机硅化合物在水中可以是可溶的、不溶的或只有部分溶解的。在这个方面,化合物优选的是在水中没有溶解性或仅有有限的溶解性。式为Si(OR′)4的硅酸酯;式为Sin(OR′)4-n的有机氧化硅烷(organoxy silanes),其中n=3;式为R3Si(SiR2)nSiR3的聚硅烷,其中n=0到500,优选地n=0到8;单元通式为RcHdSi(OR′)e(OH)fO(4-c-d-e-f)/2的二硅氧烷、寡聚硅氧烷和聚硅氧烷,其中c=0到3,d=0到2,e=0到3,f=0到3,并且每个单元c+d+e+f的总和最大为3.5,R′代表相同或不同的带有l到4个碳原子C的烷基基团或烷氧基亚烷基(alkoxy alkylene)基团,优选地代表甲基或乙基;并且R是相同或不同的并代表分支或无分支的带有1到22个碳原子C的烷基基团、带有3到10个碳原子C的环烷基基团、带有2到4个碳原子C的亚烷基基团、芳基基团、芳烷基基团、带有6到18个碳原子C的烷基芳基基团,所提到的基团R也可能被以下基团取代:卤素,如F或Cl、醚基、硫醚基、酯基、酰胺基、腈基、羟基、胺基、羧基、磺酸基、羧酸酐和羰基;在聚硅烷的例子中,R也可能有OR′的含义。
优选的有机硅化合物包括四烷氧基硅烷(tetraalkoxysilanes)、烷基三烷氧基硅烷(alkyl trialkoxysilanes)、二烷基二烷氧基硅烷(dialkyl dialkoxysilanes),直链和/或支链C1-到C20-的烷基可能被用作烷基,并且直链和/或支链C1-到C10-的烷氧基可被用作烷氧基,甲氧基、乙氧基和/或异丙氧基,优选地被用作后者。而且,也可能使用可共聚的亚烷基基团来代替烷基,例如,如乙烯基、烯丙基和/或(甲基)丙烯酸基团。非限定性例子是乙烯基甲基二烷氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、β-腈乙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷和异辛基三乙氧基硅烷、二丙基二乙氧基硅烷、三苯基硅醇以及它们优选的液态缩聚产物,并且如果需要,含有其他低沸点和/或水溶性硅烷,如甲基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或其它含有氨基官能团的硅烷、含有季铵盐基团和/或环氧基的硅烷、羧酸官能化的硅烷和羧酸酐官能化的硅烷、二硅烷,如二甲基四烷氧基二硅烷、四甲基二烷氧基硅烷、三甲基三烷氧基二硅烷或它们的(共)缩合物,该(共)缩合物通常可由相应的氯化合物获得。末端被三甲基硅氧基阻断的甲基氢聚硅氧烷,末端被二甲基硅氧烷单元的三甲基硅氧基阻断的混合聚合物,并且甲基氢硅氧基单元和在末端单元显示出硅键合羟基的二甲基聚硅氧烷也是特别优选的。
为了在水中用水溶性有机聚合保护胶体分散所述有机组分,平均到强的剪切力通常是有利的并且也经常是必要的。这可以是分批,连续地发生,如在室温和在提升的温度下,通过静止混合器进行,或半连续地进行。如果在这个方法中,所述有机组分有升高的熔点并且在另一种液态物质中不溶解,分散也可在高于100℃的温度下发生,然后该操作优选地在提高的压力下进行。为了避免所述有机组分部分或完全分解,在需要时该操作也可能在保护性气体氛围下进行。
所述有机组分在水溶性有机聚合保护胶体中分散的过程中,通过对不同参数的定向调整,特别是改变所获得的分散体的微粒大小是可能的。这包括所述水溶性有机聚合保护胶体的种类和数量。在颗粒大小非常小的情况下,即使量非常小,所用的基质也能够达到高度有效的分散。如果颗粒大小较大,该再分散材料要在较长一段时间内产生其效果。因此,通常优选地在近处(at hand)具有多峰(multi-modal)颗粒大小分布(distribution)以获得高效且长时间的效果。所以,在分散体中分散微粒的平均颗粒大小一般在约0.05到50μm之间,特别地在约0.1到20μm之间,并且优选地在1到10μm之间;为了避免沉降,保证颗粒大小不太大是必要的,特别是在低粘度分散体的情况下。这在较高粘度分散体的情况下不那么重要。
关于用水溶性有机聚合保护胶体稳定的有机组分的分散体中固体的含量,本发明完全不受关键限制。然而,一般来说,如果固体含量以重量计在约10到75%之间,特别地以重量计在约25到65%之间,并且优选地以重量计在约40到55%之间是有利的。而且所述获得的分散体一般在23℃时的布鲁克菲尔德(Brookfield)粘度,按照DIN 53019在23℃和20rpm下测量,为约100到50,000mPas,特别地为约500到25,000mPas,并且优选地为约1000到10,000mPas。
所得水分散体的干燥优选地通过喷雾干燥、冷冻干燥、流化床干燥、转鼓式干燥和/或高速干燥进行;喷雾干燥是特别优选的并且利用具有一个或多个物质喷嘴的喷雾轮进行喷雾是可能的。在需要时,所述水溶液可以用水另外稀释以便获得适合干燥的粘度。关于干燥温度基本上没有特别的限制。但是,特别地出于安全考虑,一般来说,不应该超过约200℃,特别地不应该超过175℃。为了达到足够有效的干燥,约110℃或更高的温度,特别地约120℃或更高的温度是优选的。
本发明也涉及省略干燥步骤的所述方法。因此,所得分散体随后以液态处理,这特别与2-组分系统和工业处理系统相关联,如与混凝土。
依据本发明所述的方法也包括加入其它添加剂,取决于种类和/或方法技术可能性,作为例子,所述添加剂最初与所述有机组分和/或与所述水溶性有机聚合保护胶体混合,在干燥所得粉末时和/或干燥所得粉末后,作为粉末加入到所得的含水分散体中和/或混合。然而,液态添加剂也可以在干燥过程中或干燥过程后喷到粉末上。优选地,所述液态和/或水溶性添加剂在分散前、分散期间或分散后加入,而粉末状的添加剂优选地在干燥所得粉末时或干燥后混合。优选地,液态和/或水溶性添加剂是硅烷、硅烷酯、硅氧烷、脂肪酸和/或它们的衍生物、润湿剂、消泡剂、水泥水合和/或调整流变学的控制剂,如凝固延缓剂、凝固促凝剂、水泥超增塑剂、水泥增稠剂、加气剂和/或基于乳液聚合物的成膜聚合物水分散体。优选的粉末形式的添加剂包括填料;防结块剂;基于乳液聚合物的在水中可再分散的成膜分散体;多糖醚,例如,如纤维素醚、淀粉醚和/或瓜尔胶醚;水泥水合和/或流变学的控制剂,如凝固延缓剂、凝固促凝剂、水泥超增塑剂、水泥增稠剂、加气剂;纤维素纤维;分散剂;聚丙烯酰胺;聚羧酸酯醚;粉末状疏水剂,特别是基于硅烷、硅烷酯、和/或硅氧烷的那些;增稠剂;填料,如碳酸盐、硅酸盐、偏高岭土和/或潜在的水硬性组分。这些添加剂的比例可以是很小的,如对于界面活性物质,基于依据本发明所述的添加剂的比例,在以重量计约0.01%或以上的范围内,特别地以重量计约0.1%,并且优选地以重量计约1%。对于其它添加剂,如填料或基于乳液聚合物的可在水中再分散的成膜分散体粉末,基于一重量份所述有机组分和水溶性有机聚合保护胶体的总重量份,这些添加剂的量可以多达约1000份,特别地约500份,并且优选地约100份。
一个具体的实施方式是这样的方法,在该方法中所得的水分散体与基于乳液聚合物的成膜含水聚合分散体一起干燥,所得的可在水中再分散的成膜分散体粉末显著地减少了水硬性凝固系统中的凝霜,并在需要时完全防止它。而且,所述水分散体也可在需要时加入到其它待干燥的分散体中,特别是使水硬性凝固化合物变得疏水的那些分散体,如加入到基于硅烷、硅烷酯、硅氧烷、有机硅、脂肪酸和/或脂肪酸酯的分散体中,在干燥所得形式的、在水中可再分散的粉末状疏水剂后,其可明显地减少水硬性凝固系统中的凝霜,并在需要时完全防止它。在这一点上,在干燥前将待干燥分散体彼此混合并将它们一起喷雾和干燥,或通过两物质或多物质喷嘴(two-substance ormultiple-substance nozzle)将它们分别同时喷雾并随后同时相互干燥它们也是可能的。如果待干燥的另一种分散体包含足够高比例的水溶性有机聚合保护胶体,以至仍有自由保护胶体,那么所述有机组分也可以与其它作为乳化剂稳定分散体的分散体一起干燥。所述有机组分与自由保护胶体的重量比必须至少为约95∶5,优选地至少为约90∶10。但是,如果用于聚合物水分散体生产和可在水中可再分散的成膜分散体粉末生产的所述水溶性有机聚合保护胶体也是以这种方法选择,使得一元羧酸和二元羧酸以及它们的酸酐的含量小于50摩尔%,那么这是有利的。而且,芳香族磺酸缩合物也是不那么优选的。待干燥的两种分散体的比例可按照要达到的目的随机调整。因此,在依据本发明的分散体中,基于共同干燥的粉末的固体比例,以重量计,可以为约0.1到99%,优选地以重量计为约1到95%,并且特别地以重量计为约5到80%。
所得的可在水中再分散的粉末在水中通常显示出高度的可湿性和可再分散性。理想地,如果需要,作为轻微搅拌的结果,它仅与水在数秒内接触便发生再分散。在某些情况下,较强的剪切力成为必要也是可能的。在任何情况下,在正常进行的干砂浆混合过程中发生的剪切力,一般来说,足以完全分散依据本发明的粉末并且使其在所要被再分散的基质中达到均一分布。在这一过程中,所述水分散体的颗粒大小在干燥前再次获得。
此外,本发明也涉及可在水中再分散的粉末在水硬性凝固系统中的应用,用于减少水硬性凝固系统中的凝霜,该粉末基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,如果需要,以及其它的添加剂。所述有机组分包括至少一种带有环状基团的化合物,该化合物完全或部分饱和,并且熔点为约-20到250℃,并且分子量为约100到10,000;所述有机组分是萜类化合物、树脂酸、松香、萜烯树脂、萜酚树脂和/或它们的衍生物,并在水中与水溶性有机聚合保护胶体形成稳定的分散体。所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体的重量比为约95∶5到5∶95。而且,以重量计,基于一份的所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体总量,可以在其中包含以重量计0到约1000份至少一种基于成膜分散体的可在水中再分散的成膜分散体粉末和/或其它添加剂。
本发明此外也涉及水分散体的用途,该水分散体按照上述方法生产,用在水硬性凝固系统中以减少水硬性凝固系统中的凝霜;该水分散体基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,如果需要,以及其它的添加剂。基于以重量计100份所述有机组分与水溶性有机聚合保护胶体的总和,所产生的水分散体基于以重量计约5到95份,优选地以重量计约10到90份,特别地以重量计约20到80份的至少一种有机组分,该有机组分优选地包含松香、枞酸、松香酸、新枞酸、左旋海松酸、海松酸、异海松酸和/或长叶松酸和/或它们的衍生物;该水分散体基于以重量计约5到95份,优选地以重量计约10到90份,特别地以重量计约20到80份的至少一种水溶性有机聚合保护胶体,这代表至少一种改性和/或未改性的聚乙烯醇和/或聚乙烯吡咯烷酮,所述聚乙烯醇的水解度为约70到100摩尔%,特别地约80到98摩尔%,并且其4%水溶液的郝普勒粘度为约1到50mPas,特别地为约3到40mPas(在20℃时按照DIN 53015测定);该水分散体也是基于以重量计约20到90份,优选地以重量计约25到90份水溶性有机聚合保护胶体,这代表至少一种天然和/或合成产生的生物聚合物,该生物聚合物在需要时是合成修饰的,并且特别是淀粉、淀粉醚、糊精、纤维素醚、酪蛋白和/或大豆蛋白。而且,基于以重量计100份有机组分与水溶性有机聚合保护胶体的总量,以重量计0到约500份,优选地以重量计0到约250份至少一种硅烷组分和/或硅氧烷组分,以及以重量计0到约10,000份,优选地以重量计0到约2000份成膜聚合物水分散体可各自包含于其中。所述水分散体中固体的比例以重量计在约10到70%之间,特别地以重量计在约25到65%之间,并且优选地以重量计在约40到55%之间;分散颗粒的平均颗粒尺寸在约0.05到50μm之间,特别地在约0.1到20μm之间,并且优选地在约1到10μm之间,以及布鲁克菲尔德粘度总计为约100到50,000mPas,并且优选地为约250到25,000mPas,并且特别地为约500到10,000mPas。
本发明的可在水中再分散的粉末和非干燥水分散体优选地被用在水硬性凝固化合物中,特别地用在混凝土和干砂浆中。除了依据本发明的粉末外,这些干砂浆配方特别地包括至少一种水硬性凝固粘结剂和一般地其他砂浆配方添加剂,例如,如填料,如砂、硅酸盐和/或碳酸盐;有机粘结剂,如基于乳液聚合物的可在水中再分散的成膜分散体粉末和/或聚乙烯醇;流变控制添加剂,如多糖醚、酪蛋白、超增塑剂和/或增稠剂和/或水合控制添加剂,如促凝剂和/或缓凝剂。所述水硬性凝固粘合剂是波特兰水泥,如按照EN 196CEM,I,II,III,IV和V;α-半水合和/或β-半水合和/或无水形式的硫酸钙;高铝水泥和/或石灰,通常是氢氧化钙或氧化钙的形式。波特兰水泥、高铝水泥和/或硫酸钙是优选的。基于所述水硬性凝固粘结剂,依据本发明的粉末的比例在这种情况下是,以重量计0.01到25%,特别地以重量计为约0.1到10%,且优选地以重量计为约0.2到5%。如果使用了非干燥水分散体,它可以这样和/或与液态聚合物分散体和/或其它液态添加剂一起,或与混合水一起或分别地,加入到水硬性凝固配方中。
含有依据本发明粉末的干砂浆优选地用在施用和干燥的砂浆可能经常或不经常与水接触的地方。除了典型的露天应用,如绝热砂浆、密封化合物、石膏灰泥和/或石灰灰泥和/或水泥灰泥、喷涂和/或修补砂浆、喷涂和/或修补混凝土、以及聚合物水泥混凝土(PCC)和/或聚合物水泥喷涂混凝土(S-PCC),这些包括瓷砖灰浆粘合剂(tilegrout adhesive)、夹板砂浆(plywood mortar)、粘结剂砂浆(bonding agentmortar)、胶结镶木地板粘合剂(cementitious parquet adhesive)、水泥胶料(cement sizing)、瓷砖粘合剂、拉平和/或抹光化合物。此外,依据本发明的粉末与非干燥水分散体可用作混凝土添加剂和/或用作混凝土上保护涂层的添加剂。
在这方面,除了显著减少凝霜,使依据本发明的粉末与依据本发明的分散体在水硬性凝固系统中和在使用量上表现为流变学中性的方式是十分有利的,特别是如果使用了合成的稳定系统。此外,水硬性凝固系统的凝固行为或者完全不受影响或者仅受微小的影响。砂浆与混凝土良好的混合表现、良好的润湿性和方便的加工性能也是十分重要的。而且,在很多情况下疏水性也得到改善,一般来说,这是一个受欢迎的附加效果。
而且,使用依据本发明的粉末和/或依据在粘合剂部分描述的方法生产的水分散体也是可能的。在这种情况下,在粉末粘合剂中使用所述粉末,特别是早在早期干燥阶段就希望获得高粘合力的情况下,是特别有利的。
本发明利用以下实施例进行解释。
具体实施方式
A)水分散体的生产和可在水中再分散的粉末的生产
实施例1:粉末1的生产
水解度为88%,且作为4%溶液,郝普勒粘度为4mPas的100g,20%的聚乙烯醇溶液在500ml玻璃容器中加热到85℃,同时用螺旋桨式搅拌器以1000rpm搅拌。随后,缓慢加入20g固体松香(Fluka),松香被完全分散。得到稳定的淡黄色分散体,该分散体的固体含量以重量计为33%,在23℃,20rpm时布鲁克菲尔德粘度为10,000mPas并且分散微粒的平均颗粒大小为9μm,其可通过改变方法参数而简单地改变。所得到不含其它添加剂的分散体用传统的喷雾干燥法在初始温度125℃下干燥,形成淡黄色的、自由流动的、可在水中再分散的粉末,在喷雾塔(spray tower)中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
实施例2:粉末2的生产
重复实施例1,不过加入46.7g固体松香。得到稳定的,淡黄色分散体,该分散体的固体比例以重量计为45%,在23℃,20rpm时布鲁克菲尔德粘度为1,000mPas,并且平均颗粒大小为8μm,其可通过改变方法参数而简单地改变。喷雾干燥后,得到淡黄色的、自由流动的、可在水中再分散的粉末,在喷雾塔中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
实施例3:粉末3的生产
在100ml容器内,将25.0g固体松香于室温下搅拌溶解在25.0g液态烷基三乙氧基硅烷中。得到稳定的、低粘度的、淡黄色溶液。在室温下,将所述溶液在搅拌下缓慢加入到在800ml玻璃容器内的375g 20%的聚乙烯醇溶液中,该聚乙烯醇溶液的水解度为88摩尔%,且作为4%溶液,郝普勒粘度为4mPas。得到固体比例以重量计为29%的淡黄色分散体,该分散体用0.1N苛性钠溶液将pH调整为7,随后如实施例1那样被喷雾干燥。得到淡黄色的、自由流动的、可在水中再分散的粉末,在喷雾塔中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
实施例4:粉末4的生产
依据实施例1生产的分散体28g被加入到固体含量以重量计为51%,且玻璃化转变温度Tg为-3℃的73g EVA分散体中,并随后如实施例1中那样喷雾干燥。得到淡黄色的、自由流动的、可在水中再分散的粉末,在喷雾塔中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
比较实施例5:粉末5的生产
重复实施例1,不过将20g固态硬脂酸(Fluka)加入到聚乙烯醇溶液中,替代松香。得到固体比例以重量计为33%的白色分散体,该分散体随后如实施例1中那样被干燥,以形成白色的、自由流动的、可在水中再分散的粉末。
比较实施例6:粉末6的生产
重复实施例1,不过将20g巴西棕榈蜡(carnauba wax)(Merck;包括大约85%的蜡酯)加入到聚乙烯醇溶液中,替代松香。得到固体比例以重量计为33%的淡黄色分散体,该分散体随后如实施例1中那样被干燥,以形成可在水中再分散的淡黄色自由流动粉末。
实施例7:粉末7的生产
30g固体聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K90;Fluka)和90g水在500ml玻璃容器中用螺旋桨式搅拌器在1000rpm搅拌下加热到85℃。在聚乙烯吡咯烷酮溶解后,缓慢加入30g固态松香(Fluka),松香被完全分散。得到稳定的、淡黄色分散体,该分散体的固体比例以重量计为40%,在23℃,20rpm时布鲁克菲尔德粘度为10,000mPas,并且平均颗粒大小为3.7μm,这一大小可通过改变过程参数而简单地改变。所得到不含其它添加剂的分散体用传统的喷雾干燥法在初始温度125℃干燥,以形成可在水中再分散的淡黄色自由流动粉末,在喷雾塔中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
实施例8:粉末8的生产
在搅拌的情况下,向200g商业途径获得的水分散体中加入24g的25%聚乙烯醇,其中所述水分散体是用阴离子乳化剂稳定的,并且基于改性的松香,其固体比例以重量计为30%;所述聚乙烯醇的水解度为88摩尔%,且作为4%溶液,郝普勒粘度为4mPas。得到稳定的淡黄色分散体,其固体含量以重量计为29.5%。所得到不含其它添加剂的分散体用传统的喷雾干燥法在初始温度125℃下干燥,以形成可在水中再分散的淡黄色自由流动粉末,在喷雾塔中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
实施例9:粉末9的生产
向150g水分散体中加入30g商业途径获得的水溶液和30g25%的聚乙烯醇溶液,其中所述水分散体用聚乙烯醇稳定,基于醋酸乙烯酯/柯赫酸乙烯酯(vinyl versatate),且固体比例以重量计为40.5%;所述商业途径获得的水溶液用两性乳化剂稳定,基于改性松香,且固体比例按重量计为30%;所述聚乙烯醇溶液的水解度为88摩尔%,且作为4%溶液,郝普勒粘度为4mPas。向由此所得的分散体中加入1.5g消泡剂。随后,用水进行稀释,直到固体含量以重量计为25%。由此得到的分散体用传统的喷雾干燥法在初始温度125℃干燥,以形成可在水中再分散的淡黄色自由流动的粉末,在喷雾塔中没有观察到值得提及的污染物,并且产量在正常范围内。
实施例10:分散体1的生产
将10g松香酸(Fluka)溶解在20g松节醇(spirit ofturpentine)(Fluka)中。得到轻度粘稠和轻度浑浊的溶液。在室温下,将所得溶液在搅拌条件下缓慢加入到150g,20%聚乙烯醇溶液中,该聚乙烯醇溶液的水解度为88摩尔%,且作为4%溶液,郝普勒粘度为4mPas。得到稳定的白色分散体,其固体含量以重量计为33%。所得的分散体直接用在砂浆混合物中。
比较实施例11:分散体2的生产
将10g萘基乙酸(Fluka)溶解在10g丙酮中。在室温下,所述溶液搅拌加入到50g,20%聚乙烯醇溶液中,该聚乙烯醇溶液的水解度为88摩尔%,且作为4%溶液,郝普勒粘度为4mPas。得到稳定的白色分散体,其固体含量以重量计为43%。所得的分散体直接用在砂浆混合物中。
B)使用不同胶结化合物的技术应用测试
应用实施例1
35.0份白波特兰水泥,19.2份石英砂(0.08-0.2mm),41.0份碳酸钙Durcal 65,0.3份纤维素醚(作为2%水溶液的粘度为:3200mPas),2.0份颜料Bayferrox 110和1.0份建筑石灰被完全混合并用作基础干砂浆配制物。向该制剂中以不同量加入不同粉末,如表1所示,这些粉末可以简单搅拌加入砂浆基质中而不需要其它特殊混合过程。在每种情况中,基于100份干制剂,所述制剂与32份水用一个以950rpm速率操作的60mm螺旋桨式搅拌器搅拌混合60秒;所述量的混合水搅拌加入。3分钟成熟时间(maturing time)后,该砂浆又用手短暂搅拌并用锯齿状泥刀(serrated trowel)以6mm厚度涂抹在瓷砖(stoneware tile)上,面积为196mm×50mm,该瓷砖事先已被立即用水饱和。对每种情况,制造两个不同的样品,该砂浆以间隔栏(spacerrail)的方式涂布厚度为2.2mm的层(分别为1.0mm)。
测试样品随后被立即安装于含有水的容器上,在气候室(climatic chamber)中冷却至7℃,水升温到恒定的20℃。该容器以这样一种方式设计,使得测试样品被放在水表面上方至少5cm且以45°角倾斜。未被测试样品覆盖的表面区域被覆盖和分离,使得水蒸气穿透载体材料(carrier material)进入并穿过测试样品。7天的储存期过后,用光学评估该表面的凝霜(肉眼和显微镜)。
表1:使用厚度为2.2mm的着色胶结抹光化合物评价凝霜的技术应用测试。砂浆的加工性能在所有样品中均良好,并且砂浆的稠度分别可与对照相比。
测试编号 | 基本配方[以重量计%] | 粉末/分散体a) | 编号 | 用量b)[以重量计%] | 凝霜 |
B-1(对照) | 100 | N/A | N/A | 0 | 非常强 |
B-2 | 99.8 | P | 1 | 0.2 | 无 |
B-3 | 99.6 | P | 3 | 0.4 | 无 |
B-4 | 98.0 | P | 4 | 2.0 | 无 |
B-36 | 99.6 | P | 7 | 0.4 | 无 |
B-38 | 99.6 | P | 8 | 0.4 | 无 |
B-39 | 99.8 | P | 8 | 0.2 | 无 |
B-40 | 99.8 | D | 1 | 0.2 | 无 |
B-41 | 99.9 | D | 1 | 0.1 | 无 |
B-42 | 98.0 | P | 9 | 2.0 | 无 |
B-5(比较) | 99.8 | P | 5 | 0.2 | 非常强 |
B-6(比较) | 99.6 | P | 5 | 0.4 | 非常强 |
B-7(比较) | 99.8 | P | 6 | 0.2 | 非常强 |
B-8(比较) | 99.6 | P | SEAL80c) | 0.4 | 强 |
B-9(比较) | 99.8 | P | SEAL80c) | 0.2 | 强 |
a)“P”代表粉末,“D”代表分散体。
b)在粉末的情况下,用量指所用的粉末量;在分散体的情况下,用量指分散体的固体含量。
c)Elotex Sea180是一种基于特殊硅烷和聚乙烯醇的可再分散的疏水剂。
结果清楚地显示,所有含松香的样品能够强烈抑制,或者甚至完全消除凝霜,以至于即使在显微镜下也观察不到。另一方面,对照样品显示出严重的凝霜。
应用实施例2
以与应用实施例1相似地方法生产的样品在23℃及50%的相对湿度下储存7天。为了评价其疏水性,随后测定5滴水(约0.2g)从该表面消失所经过的时间。
表2:使用层厚度为2.2mm的着色胶结抹光化合物评价疏水性的技术应用实施例。
测试编号 | 基本配方[以重量计%] | 粉末/分散体a) | 编号 | 用量b)[以重量计%] | 时间[分钟] |
H-1(对照) | 100 | P | N/A | 0 | 立即 |
H-2 | 99.6 | P | 2 | 0.4 | 240 |
H-3 | 99.8 | P | 2 | 0.2 | 20 |
H-4(比较) | 99.6 | P | 5 | 0.4 | 立即 |
H-5(比较) | 99.8 | P | SEAL80c) | 0.2 | 150 |
H-6(比较) | 99.6 | P | SEAL80c) | 0.4 | 370 |
a),b),c):比较表1。
表2中的数据显示了Elotex Sea180良好的疏水特性,尽管它没有减少或仅轻微减少凝霜(比较其它实施例)。另一方面,除了强烈减少凝霜,依据本发明的粉末也显示出比例不断上升的良好的砂浆疏水性。含有硬脂酸的粉末5,尽管作为疏水剂是熟知的,但却既没有显示疏水性也没有显示凝霜的减少。
应用实施例3
重复应用实施例1,层厚度被调整为1.0mm。
表3:使用厚度为1.0mm的着色胶结抹光化合物评价凝霜的技术应用实施例。
测试编号 | 基本配方[以重量计%] | 粉末/分散体a) | 编号 | 用量b)[以重量计%] | 凝霜 |
B-10(对照) | 100 | N/A | N/A | 0 | 强 |
B-11 | 99.8 | P | 1 | 0.2 | 无 |
B-12 | 99.6 | P | 3 | 0.4 | 无 |
B-13 | 98.0 | P | 4 | 2.0 | 无 |
B-43 | 99.6 | P | 7 | 0.4 | 无 |
B-44 | 99.8 | P | 7 | 0.2 | 无 |
B-45 | 99.8 | D | 1 | 0.2 | 无 |
B-46 | 99.9 | D | 1 | 0.1 | 无 |
B-47 | 99.6 | P | 8 | 0.4 | 无 |
B-48 | 99.8 | P | 8 | 0.2 | 无 |
B-49 | 98.0 | P | 9 | 2.0 | 无 |
B-14(比较) | 99.8 | P | 5 | 0.2 | 强 |
B-15(比较) | 99.6 | P | 5 | 0.4 | 强 |
B-16(比较) | 99.8 | P | 6 | 0.2 | 强 |
B-17(比较) | 99.6 | P | SEAL80c) | 0.4 | 几乎无 |
B-18(比较) | 99.8 | P | SEAL80c) | 0.2 | 强 |
a),b),c):比较表1。
该结果显示出:当使用依据本发明的粉末或本发明的分散体时,在薄涂抹的砂浆中凝霜也明显减少。试验编号B-13中的粉末4也清楚地显示出,依据本发明的粉末也可以被加入到基于乳液聚合物的、可在水中再分散的成膜分散体粉末中,例如,可以同样地用于混合物中。
应用实施例4
28.0份白波特兰水泥,25.0份0.1-0.3mm石英砂,8.0份0.7-1.2mm砂,35.0份1.5-2.2mm砂,0.05份纤维素醚(2%水溶液粘度为:15,000mPas)和2.0份颜料Bayferrox 110被充分混合并用作基础干砂浆制剂。以100份干制剂为基础,所述制剂与18份水分别混合,并用与应用实施例1类似的方式测试。
表4:使用层厚度为2.2mm的装饰用着色抹灰(render)评估凝霜的技术应用实施例。所述砂浆的可加工性在所有样品中都同样良好,并且在每种情况中砂浆的稠度都与对照可比。
测试编号 | 基本配方[以重量计%] | 粉末/分散体a) | 编号 | 用量b)[以重量计%] | 凝霜 |
B-19(对照) | 100 | P | N/A | 0 | 非常强 |
B-20 | 99.8 | P | 1 | 0.2 | 无 |
B-21 | 99.8 | P | 3 | 0.2 | 无 |
B-22 | 98.0 | P | 4 | 2.0 | 无 |
B-50 | 99.6 | P | 7 | 0.4 | 无 |
B-51 | 99.8 | P | 7 | 0.2 | 无 |
B-52 | 99.8 | D | 1 | 0.2 | 无 |
B-53 | 99.9 | D | 1 | 0.1 | 无 |
B-54(比较) | 99 | D | 2 | 1 | 非常强 |
B-55(比较) | 99.5 | D | 2 | 0.5 | 非常强 |
B-56 | 99.6 | P | 8 | 0.4 | 无 |
B-57 | 99.8 | P | 8 | 0.2 | 无 |
B-58 | 98.0 | P | 9 | 2.0 | 无 |
B-23(比较) | 99.8 | P | 5 | 0.2 | 非常强 |
B-24(比较) | 99.6 | P | 5 | 0.4 | 非常强 |
B-25(比较) | 99.8 | P | 6 | 0.2 | 非常强 |
B-26(比较) | 99.6 | P | SEAL80c) | 0.4 | 强 |
a),b),c):比较表1。
所列结果显示,强烈的凝霜减少也发生在装饰用着色抹灰中。
应用实施例5
40.0份白波特兰水泥,3份铝酸盐水泥,50.0份0.1-0.3mm石英砂,2份基于乳液聚合物(Elotex WS45)、可在水中再分散的疏水性、成膜分散体粉末,1份纤维素醚,0.10份酒石酸与2.0份颜料Bayferrox 110和1.0份建筑石灰被充分混合并用作基础干砂浆制剂。以100份干制剂为基础,在每种情况中,所述制剂与22份水分别混合,并用与应用实施例1类似的方式测试。
表5:使用层厚度为2.0mm的接缝砂浆(joint mortar)评估凝霜的技术应用实施例。所述砂浆的可加工性在所有样品中都同样良好,并且每种情况中砂浆的稠度与对照都是可比的。
测试编号 | 基本配方[以重量计%] | 粉末/分散体a) | 编号 | 用量b)[以重量计%] | 凝霜 |
B-27(对照) | 100 | P | N/A | 0 | 强 |
B-28 | 99.6 | P | 2 | 0.4 | 无 |
B-29 | 99.8 | P | 2 | 0.2 | 无 |
B-30 | 99.6 | P | 3 | 0.4 | 无 |
B-31(比较) | 99.6 | P | SEAL80c) | 0.4 | 强 |
a),b),c):比较表1。
所列结果显示,强烈的凝霜减少也发生在接缝砂浆中。
应用实施例6
32.0份白波特兰水泥,1份铝酸盐水泥,65.0份0-0.2mm石英砂,0.35份硫酸钙,0.75份基于乳液聚合物(Elotex HD1501)、可在水中再分散的疏水性成膜分散体粉末,0.25份基于三聚氰胺磺酸酯的超增塑剂,0.1份粉末形式的消泡剂,0.5份黑色氧化铁和0.05份纤维素醚(2%水溶液粘度:4000mPas)被充分混合并用作基础干砂浆制剂。以100份干制剂为基础,在每种情况中,所述制剂与17.5份水分别混合,并用与应用实施例1类似的方式测试。
表6:使用层厚度为2.0mm的接缝砂浆评估凝霜的技术应用实施例。所述砂浆的可加工性在所有样品中都同样良好,并且每种情况中砂浆的稠度与对照都是可比的。
测试编号 | 基本配方[以重量计%] | 粉末/分散体a) | 编号 | 用量b)[以重量计%] | 凝霜 |
B-32(对照) | 100 | P | N/A | 0 | 非常强 |
B-33 | 99.8 | P | 2 | 0.2 | 无 |
B-34 | 99.6 | P | 3 | 0.4 | 无 |
B-35(比较) | 99.6 | P | SEAL80c) | 0.4 | 强 |
a),b),c):比较表1。
所列结果显示,凝霜的强烈减少,或者甚至完全防止,不仅发生在不同的接缝砂浆中,也发生在多种不同砂浆中。足以让人吃惊的是,这些添加剂中仅有非常小部分用于这个目的,它们对砂浆的其它特性没有影响或有非常小的影响——不管是新制砂浆或凝固态砂浆。
尽管所用松香被分类为有害物质,但是其潜在危害性通过用聚乙烯醇封装松香得以减少。而且,操作处理通常产生非常少的问题,因为该粉末是自由流动的并且因此运送、计量和混合的实施不需要很大努力,且通常是自动化的。
Claims (24)
1.在水中可再分散以减少水硬性凝固系统中的凝霜的粉末,该粉末基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,其特征为:
a)所述有机组分包括至少一种带有环状基团的化合物,所述化合物是完全或部分饱和的,其熔点为-20到250℃,分子量为100到10,000,并且所述有机组分含有萜类化合物、树脂酸、松香、萜烯树脂、萜酚树脂和/或它们的衍生物,和
b)与所述水溶性有机聚合保护胶体形成在水中稳定的分散体,所述水溶性有机聚合保护胶体中一元羧酸和二元羧酸及它们酸酐的含量小于50摩尔%,并且不包括芳香族磺酸缩合物,以及
c)所述有机组分与所述水溶性有机聚合保护胶体的重量比为95∶5到5∶95。
2.根据权利要求1所述的粉末,其特征在于,所述有机组分的环状基团是单环、双环、三环、四环和/或五环状基团。
3.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述有机组分是天然产物——单萜、倍半萜、二萜、二倍半萜、三萜、四萜、多萜和/或它们的衍生物。
4.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述有机组分含有至少一种化合物,该化合物带有羧基、羰基、醛基和/或醇基团中的至少一个。
5.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述有机组分包括枞酸、松香酸、新枞酸、左旋海松酸、海松酸、异海松酸和/或长叶松酸和/或它们的衍生物。
6.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述有机组分在酸性至中性水中不溶解或非常难溶解。
7.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述有机组分在稀苛性钠溶液中部分或全部溶解。
8.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述水溶性有机聚合保护胶体表示合成的保护胶体。
9.根据权利要求8所述的粉末,其特征在于,所述水溶性有机聚合保护胶体为改性和/或未改性的聚乙烯醇和/或聚乙烯吡咯烷酮,其中聚乙烯醇的水解度为70到100摩尔%,且4%水溶液的郝普勒粘度为1到50mPas,按照DIN 53015在20℃测量。
10.根据权利要求1或2所述的粉末,其特征在于,所述的水溶性有机聚合保护胶体代表天然和/或合成产生的生物聚合物。
11.根据权利要求10所述的粉末,其特征在于,所述生物聚合物是合成改性的。
12.根据权利要求11所述的粉末,其特征在于,所述合成改性的生物聚合物是合成改性的淀粉、淀粉醚、糊精和/或纤维素醚。
13.生产根据权利要求1或2所述的在水中可再分散的粉末的方法,其特征在于,所述有机组分被分散于水中,并且用所述水溶性有机聚合保护胶体稳定,以及所得的所述水分散体随后被干燥。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,用所述水溶性有机聚合保护胶体稳定的所述有机组分的所述分散体的固体含量以重量计总计为10到75%,并且分散颗粒的平均颗粒尺寸为0.05到50μm。
15.根据权利要求13或14所述的方法,其特征在于,干燥后,所述可再分散的粉末与在水中可再分散的成膜分散体粉末、粉末状的可再分散疏水剂和/或粉末状的多糖醚混合,所述疏水剂选自硅烷、硅烷酯、硅氧烷、有机硅、脂肪酸和/或脂肪酸酯,所述多糖醚选自纤维素醚、淀粉醚和/或瓜尔胶醚。
16.根据权利要求13或14所述的方法,其特征在于,得到的水分散体与至少一种基于成膜聚合物、硅烷、硅氧烷、有机硅、脂肪酸和/或脂肪酸酯的分散体共同干燥,在干燥前,所涉及到的分散体被彼此混合,或分别喷雾并随后共同干燥。
17.根据权利要求16的方法,其特征在于,所述水分散体是利用乳化剂稳定的,并且所述至少一种基于成膜聚合物、硅烷、硅氧烷、有机硅、脂肪酸和/或脂肪酸酯的分散体含有过量的在水中的水溶性有机聚合保护胶体,或过量的水溶性有机聚合保护胶体被加入所述水分散体,所述水溶性有机聚合保护胶体中一元羧酸和二元羧酸及它们酸酐的含量小于50摩尔%,并且不含有芳香族磺酸缩合物。
18.根据权利要求17所述方法获得的粉末,所述粉末可在水中再分散。
19.根据权利要求1或18所述的粉末在水硬性凝固系统中的用途,用于减少水硬性凝固系统中的凝霜,所述水硬性凝固系统是干砂浆配方,而且包含至少一种水硬性凝固粘合剂;还包含砂浆配方添加剂,所述砂浆配方添加剂选自填料——砂、硅酸盐、碳酸盐;有机粘结剂——在水中可再分散的成膜分散体粉末、聚乙烯醇;流变控制添加剂——多糖醚、超增塑剂、增稠剂、酪蛋白;水合控制添加剂——促凝剂和/或缓凝剂。
20.根据权利要求1或18所述的粉末在水硬性凝固系统中的应用,用于减少水硬性凝固系统中的凝霜,所述水硬性凝固系统是混凝土--喷涂和/或修补混凝土、聚合物水泥混凝土、石膏灰泥和/或石灰灰泥和/或水泥灰泥、修补砂浆、和/或绝热砂浆、瓷砖灰浆粘合剂和/或瓷砖粘合剂、密封化合物、拉平和/或抹光化合物,和/或在混凝土上保护涂层中的应用。
21.在水中可再分散的粉末在水硬性凝固系统中的应用,用于减少水硬性凝固系统中的凝霜,所述粉末基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,其特征在于:
a)所述有机组分包括至少一种带有环状基团的化合物,所述化合物是完全或部分饱和的,其熔点为-20到250℃,分子量为100到10,000,并且该有机组分是萜类化合物、树脂酸、松香、萜烯树脂、萜酚树脂和/或它们的衍生物,而且
b)与所述水溶性有机聚合保护胶体形成在水中稳定的分散体,
c)所述有机组分和水溶性有机聚合保护胶体的重量比为95∶5到5∶95,
d)基于以重量计一份的所述有机组分与所述水溶性有机聚合保护胶体的总量,以重量计,0到1000份的至少一种基于成膜分散体的、在水中可再分散的成膜分散体粉末包含于其中。
22.水分散体在水硬性凝固系统中的应用,用于减少水硬性凝固系统中的凝霜,所述水分散体基于至少一种有机组分和至少一种水溶性有机聚合保护胶体,其特征在于,基于以重量计100份的所述有机组分和所述水溶性有机聚合保护胶体的总量,所述水分散体包括:
a)以重量计,5到95份所述有机组分,所述有机组分是松香、枞酸、松香酸、新枞酸、左旋海松酸、海松酸、异海松酸和/或长叶松酸,和/或它们的衍生物;
b)以重量计,5到95份水溶性有机聚合保护胶体,所述水溶性有机聚合保护胶体是至少一种改性和/或未改性的聚乙烯醇和/或聚乙烯吡咯烷酮,聚乙烯醇的水解度为70到100摩尔%,并且作为4%水溶液,其郝普勒粘度为1到50mPas;和/或
c)以重量计,20到95份水溶性有机聚合保护胶体,所述水溶性有机聚合保护胶体是至少一种天然和/或合成产生的生物聚合物;和
d)以重量计,0到500份的至少一种硅烷和/或硅氧烷组分;和
e)以重量计,0到10,000份的至少一种成膜聚合物水分散体,
以重量计,固体比例在10到70%之间,平均颗粒大小在0.05到50μm之间,并且布鲁克菲尔德粘度,在23℃和20rpm时按照DIN53019测定,达到100到50,000mPas。
23.根据权利要求1或18所述的粉末在粘合剂中的应用,其省略干燥步骤。
24.按照权利要求13所述方法生产的水分散体在粘合剂中的应用,其省略干燥步骤。
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