CN101568499A - 用于提高水泥质制剂的初期强度的沉淀二氧化硅和硅酸盐的含水分散体 - Google Patents
用于提高水泥质制剂的初期强度的沉淀二氧化硅和硅酸盐的含水分散体 Download PDFInfo
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Abstract
不含粘合剂并且包含二氧化硅和至少一种流动剂的分散体，该二氧化硅是具有大于50m2/g的表面积的沉淀二氧化硅，该分散体中的聚集体和/或团聚体具有小于1μm的中值直径并且基于分散体的总量，二氧化硅的比例为5－50重量％，和一种其的制备方法以及其作为混凝土添加剂在含水泥的制剂中的应用。
Description
本发明涉及一种基于二氧化硅和流动剂的分散体，和其作为混凝土添加剂的应用。
在水泥质制剂的应用中的两个基本标准首先是其到加工位置的运输能力并且其次是该制剂达到允许进一步加工或加工的强度所需的持续时间。该持续时间在文献中也被描述为初期强度并且在本上下文中将被理解为是指在水泥水合＜48h之后水泥质制剂的强度。
已知的是可以通过加入所谓的流动剂来影响运输能力(参见EP-A 214412、DE-PS 1671017、US 5,707,445B1、EP 1110981A2、EP 1142847A2)。
还例如从US3135617中长久已知的是可以通过将细碎的无定形二氧化硅加入水泥质制剂中来实现加速的凝固。然而，这没有得以贯彻实施的，因为新鲜混凝土的加工能力由此极大地被限制。
WO02/070429公开了一种包含无机聚集体、超细颗粒、含水泥的粘合剂和混凝土流动剂的复合材料。该复合材料允许制得其中不会出现渗出的高度流化的混凝土。使用的超细颗粒主要是与硅-金属的制备相关获得的“硅灰”颗粒。“硅灰”颗粒在水泥或混凝土组合物中表现出强的填充效果，但由于它们小的比表面积而因此并不十分活性。粘土、粉煤灰、火山灰、碳酸钙、氧化铝、硫酸钡和二氧化钛可被用作具有该等级的另外的颗粒。所述的颗粒具有这样的缺点：它们具有过低的形成强度的相的成核速率并且因此导致低的初期强度。
超细颗粒的比例基于复合材料的总量为1-30重量％，或者在工作例中基于水泥和超细颗粒的总和为约10-25重量％。因此，所需的超细颗粒的比例非常高。
US6752866公开了一种提高初期强度的方法，其中将包含矿物填料和特定分散剂的含水分散体加入水泥中。可以使用的矿物填料是碳酸钙、碳酸钡、石灰石、白云石、滑石、二氧化硅、二氧化钛、硅藻土、氧化铁、氧化锰、石灰、高岭土、粘土、云母、石膏、粉煤灰、矿渣、硫酸钙、沸石、玄武岩、硫酸钡或氢氧化铝。优选使用碳酸钙。公开的所使用的矿物填料的平均粒径为约2-约10μm。对于在US6752866中公开的发明而言重要的是特定的分散剂。其包含通过烷氧基聚亚烷基二醇-氨基甲酸酯与阴离子或非离子单体的自由基共聚得到的共聚物。没有给出关于矿物填料、分散剂和水泥的所需量的具体信息。从工作例中明显看出，矿物填料的比例为10重量％(二氧化硅，试验号12)或30重量％(二氧化硅，试验号17)，并且分散剂的比例基于二氧化硅为0.5重量％(试验号17)或0.75重量％(试验号12)。这些分散体仅仅表现出极少的沉淀稳定性。
WO01/90024公开了一种包含聚集体、水硬性粘合剂(hydraulischesBindemittel)、硅溶胶和聚羧酸酯的混凝土组合物。硅溶胶的BET表面积优选为300-900m2/g。硅溶胶是具有3-50nm直径的单个颗粒并且只有在分散体中才稳定。WO01/90024没有公开所述的硅溶胶对初期强度的影响。然而，本领域技术人员知道，在其下实现初期强度显著提高的硅溶胶浓度下，加工能力也显著降低，以致于需要大量流动剂。这被猜想为这是因为硅溶胶迅速溶于强碱性的水泥或混凝土组合物中。硅溶胶因此只有在少量时才有效作为用于形成产生强度的水合硅酸钙相的核。
在Wiss.Z.Hochsch.Archit.Bauwesen.-Weimar 40(1990)，183页，Wagner和Hauck中示出了如果使用提高初期强度的氧化物，在混凝土的制备中各种组分的加入顺序对初期强度和流动剂要求具有显著影响。在研究中，氧化物与流动剂单独加入。
专利US5030286描述了pH为4-8.5且平均粒径为0.3-3μm的40-60％分散体。从该专利实施例中明显看出，该分散体只有当它们被至少温和地搅拌或者使用分散剂用于稳定化时才稳定。
专利US6761867提及了具有小于5μm的中值粒径d50的分散体。然而，该专利实施例仅仅示出其的平均粒度处于μm范围内的分散体。在此，在pH＜4下进行解凝聚。这里还有在一些情形中加入分散剂。另外，在根据US 6761867的分散体的情形中，只有在储存10天之后才发现可见的粘度增加。
现有技术表明开发具有高的初期强度与好的加工能力的组合而不必须使用大量流动剂的混凝土组合物非常重要。现有技术进一步表明目前在水泥组合物或混凝土组合物中可供使用的流动剂和颗粒组成敏感的体系。因此，例如起始材料的加入顺序和浓度对混凝土对加工能力和初期强度具有决定性影响。
因此，本发明的目的是提供一种借助于其可以将现有技术的缺点最小化的混凝土添加剂和一种其的制备方法。特别地，该混凝土添加剂应该显著提高混凝土的初期强度同时具有好的加工能力。
本发明涉及如本申请的权利要求、说明书和实施例中定义和描述的分散体、它们的制备方法和它们的应用。
本发明特别涉及分散体，其特征在于：
-它们包含至少一种沉淀二氧化硅和/或硅酸盐和至少一种流动剂(Flieβmittel)，
-该至少一种沉淀二氧化硅和/或硅酸盐具有大于50m2/g的BET表面积，
-该分散体中的沉淀二氧化硅和/或硅酸盐的聚集体和/或团聚体具有小于1μm的中值直径，和
-基于分散体的总量，二氧化硅的比例为5-50重量％。
本发明进一步涉及一种制备根据本发明的分散体的方法，其中：
a)伴随着搅拌将粉末形式的流动剂或者流动剂的水溶液加入其中聚集体和/或团聚体具有小于1μm的中值直径和大于50m2/g的BET表面积的含水的二氧化硅起始分散体中，并且任选地用水进行进一步稀释
或
b)借助于合适的分散装置将沉淀二氧化硅粉末分散在流动剂的水溶液中并且随后任选地用水进一步稀释
或
c)将二氧化硅粉末分散在含水相，优选水中，并且然后将所得的分散体加入流动剂的水溶液中。在该情形中，分散体中的混合可以采用非常低的剪切能，例如借助于螺旋桨搅拌器进行。
本发明进一步涉及根据本发明的分散体作为混凝土添加剂的应用。
本发明进一步涉及一种包含根据本发明的分散体的含水泥的制剂。
在含水泥的制剂中，基于水泥，二氧化硅的比例优选为0.01至＜2重量％。
根据本发明的分散体特点在于提高了混凝土的初期强度。
根据本发明的分散体将二氧化硅和流动剂组合成一种简单的组合物，结果是在混凝土制备期间省去了混合，这得到简化并且加快的混凝土制备。另外，由此减少在混凝土制剂的制备中可能的不同加入顺序的数目，这使得方法简化并且过失起源减少。
进一步发现根据本发明的分散体具有好的储存稳定性。不受某个理论的束缚，该非常积极的效果基于二氧化硅颗粒与流动剂的稳定化相互作用。特别地，正是好的储存稳定性本身使得能够商业使用该分散体。
最后，与二氧化硅粉末和流动剂各自单独使用相比，使用根据本发明的分散体具有显著更好的处理的优点。与粉末产品相比，改进了不含灰尘并且简化了计量。另外，与单独在每一情形中使用相同的粉状二氧化硅和相同的流动剂相比，作为根据本发明的分散体的结果，发现混凝土的初期强度提高。
在本发明中，术语二氧化硅和二氧化硅颗粒表示相同的物质。这些被理解为是指沉淀二氧化硅和/或硅酸盐。特别优选沉淀二氧化硅。
术语“二氧化硅”、“沉淀二氧化硅”和“经沉淀的二氧化硅”同义地使用。所有情形中，它们都被理解为意思是沉淀二氧化硅，例如，如Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，卷A23，第642～647页所述。为避免纯粹的重复，该出版物的内容在此处明确地结合到本发明的主题和说明书中。沉淀二氧化硅可具有最高达到800m2/g的BET表面积，且是通过至少一种硅酸盐，优选碱金属硅酸盐和或碱土金属硅酸盐，与至少一种酸化剂，优选至少一种无机酸的反应获得的。与硅胶不同(参见Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，卷A23，第629～635页)，沉淀二氧化硅并不由均匀的三维SiO2网络构成，而是由单独的聚集体和团聚体构成。沉淀二氧化硅的特定特征是高比例的所谓内表面积，其表现在具有微孔和中孔的高多孔性结构。
沉淀二氧化硅与热解二氧化硅-其也被称为气相法二氧化硅(Aerosile)(参见Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，卷A23，第635-642页)。热解二氧化硅借助于由四氯化硅火焰水解获得。由于完全不同的制备方法，因此与沉淀二氧化硅相比，热解二氧化硅尤其具有不同的表面特征。这例如被表示成表面上较小数目的硅烷醇基团。热解二氧化硅和沉淀二氧化硅的性能和因此还有它们在含水分散体中的性能主要由表面性能决定。它们因此不能相互比较。与热解二氧化硅相比，沉淀二氧化硅尤其具有它们显著更经济的优点。
硅酸盐描述于Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第5版，卷A23，第661-717页中。为了避免简单重复，本公开的内容因此明确地包括在本发明的主题和说明书中。
根据Winnacker，Küchler，第5版，卷3，第868页，硅溶胶将被理解为是指颗粒。与其中二氧化硅颗粒作为初级颗粒存在的硅溶胶相反，根据本发明的二氧化硅分散体的颗粒是次级颗粒，即经附聚的初级颗粒。
根据本发明的分散体优选为含水分散体，即液相的至少一种组分，特别优选主要组分是水，优选去离子水。除了水和至少一种二氧化硅之外，根据本发明的分散体于液相中另外包含至少一种流动剂。在一个特别优选的实施方案中，根据本发明的分散体另外不包含另外的液体添加剂，特别是不包含防止二氧化硅颗粒沉淀的那些。
根据本发明的分散体优选不含粘合剂(Bindemittel)。粘合剂将被理解为是指可以塑性状态加工和在一定的时间过程中固化并且因此将其它物质彼此粘结的无机物质例如水泥或有机物质。
另外，根据本发明的分散体优选不含无机分散剂和机械稳定剂例如胶乳。
另外，对于根据本发明的分散体而言可能的是包含沉淀二氧化硅作为仅有的固体。当该分散体充当用于各种应用的母料时，这可能特别便利。
优选地，在沉淀二氧化硅的情形中，存在于根据本发明的分散体中的二氧化硅的BET表面积为50-800m2g，优选50-500m2g，特别优选100-400m2g，并且非常特别优选150-250m2g。
优选地，如果其是硅酸盐的话，则存在于根据本发明的分散体中的二氧化硅的BET表面积为50-800m2g，特别优选50-500m2g，非常特别优选50-290m2g，特别优选70-250m2g，并且尤其优选70-150m2g。
如果许多二氧化硅将彼此并列地存在于根据本发明的分散体中，则BET表面积基于由全部的二氧化硅形成的总表面积。在该情形中，BET优选为50-800m2g，特别优选50-500m2g，非常特别优选70-500m2g，并且尤其优选70-250m2g。
由于存在于根据本发明的分散体中的二氧化硅与硅溶胶相比存在的内表面积和与微硅粉(Microsilica)相比增加的外表面积的影响，因此混凝土制剂的初期强度显著提高。
对于根据本发明的分散体，可以提及以下优选的范围用于分散体中的聚集体和/或团聚体的中值直径d50：50-900nm、50-750nm、100-500nm和150-350nm。低于50nm的值仅能很困难地在技术上实现并且在应用中没有进一步的优点。通过与现有技术的分散体相比减小中值粒度，根据本发明的分散体的储存稳定性显著提高。同时，这使得较大量的单个颗粒以相同重量的二氧化硅存在，使得更多的核因此更有效用于形成-强度的水合硅酸钙相的形成和因此进一步提高混凝土制剂的初期强度。
基于分散体的总量，根据本发明的分散体中的沉淀二氧化硅的比例为5-50重量％。具有10-50重量％，优选20-40重量％，特别优选20-35重量％并且非常特别优选25-35重量％的二氧化硅含量的根据本发明的分散体通常表现出比具有更高填料含量的分散体更好的稳定性。由于高的水含量，因此具有小于5重量％的二氧化硅的分散体并不经济。
根据本发明的分散体优选具有8-12，更优选8.5-10，特别优选8.8-10并且尤其优选9-10的pH。实际上发现分散体的pH不应该过低。根据本发明的分散体的pH特别对分散体的沉淀性能具有稳定效果。
根据本发明的分散体包含至少一种流动剂。合适的流动剂可以是：木质素磺酸盐、磺化的萘-甲醛缩聚物(参见EP0214412)、磺化的蜜胺-甲醛缩聚物(参见DE1671017)和聚羧酸酯醚(参见US5707445、EP1110981、EP1142847)。所列举的专利的内容在此明确地引入本申请的内容中。
所述流动剂优选是由含聚氧亚烷基的结构单元和羧酸和/或羧酸酐单体以及任选的另外单体组成的共聚物形式的水溶性聚羧酸酯醚。
根据本发明的分散体中的流动剂/二氧化硅重量比为0.01-100。该比例可以优选为0.01-50，特别优选0.05-20，非常特别优选0.01-10，特别优选0.05-5，尤其优选0.1-1并且非常尤其优选0.1-0.5。
根据本发明的分散体可以包含具有结构基团a)、b)、c)，优选具有结构基团a)、b)、c)和d)的共聚物。结构基团a)的比例为51-95mol％，结构基团b)的比例为1-48.9mol％，结构基团c)的比例为0.1-5mol％并且结构基团d)的比例为0-47.9mol％。
第一结构基团a)是具有通式Ia、Ib或Ic的单或二羧酸衍生物。
在单羧酸衍生物Ia中，R1是氢或具有1-20个C原子的脂族烃基，优选甲基。结构Ia和Ib中的X是-OMa和/或-O-(CmH2mO)n-R2或-NH-(CmH2mO)n-R2，M、a、m、n和R2具有以下含义：
M是氢、单价或二价金属阳离子、铵、有机胺基团并且a＝1/2或1，其取决于M是单价还是二价阳离子。优选使用的有机胺基团是衍生自伯、仲或叔C1-20-烷基胺、C1-20-链烷醇胺、C5-8-环烷基胺和C8-14-芳胺的取代的铵基。相应的胺的例子是以质子化的(铵)形式的甲胺、二甲胺、三甲胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、环己胺、二环己胺、苯胺、二苯胺。
R2是氢、具有1-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基、具有6-14个C原子的也可以任选取代的芳基，m可以为2-4并且n可以为0-200。这里，脂族烃可以是线型或支化的和饱和或不饱和的。环戊基或环己基将被看作是优选的环烷基，并且苯基或萘基优选作为芳基，它们特别地也可以被羟基、羧基或磺基取代。
代替根据式Ib的二羧酸衍生物或者除了其之外，结构基团a)(单或二羧酸衍生物)也可以以符合式Ic的环状形式存在，其中Y可以是O(酸酐)或NR2(酸酰亚胺)，R2具有上面表示的含义。
第二结构基团b)对应于式II
并且衍生自氧亚烷基二醇链烯基醚，其中m、n和R2具有上面表示的含义。R3同样是氢或具有1-5个C原子的脂族烃基，其同样可以是线型或支化或者不饱和的。p可以取0-3的值。
根据优选的实施方案，式Ia、Ib和II中m＝2和/或3，得到衍生自聚环氧乙烷和/或聚环氧丙烷的聚环氧烷基团。在另一个优选的实施方案中，式II中p为0或1，即得到乙烯基和/或烷基聚烷氧基化物。
第三结构基团c)对应于式IIIa或IIIb
在式IIIa中，R4可以是H或CH3，这取决于其是丙烯酸衍生物还是甲基丙烯酸衍生物。这里，S可以是-H、-COOMa或-COOR5，其中a和M具有上述含义并且R5可以是具有3-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基或具有6-14个C原子的芳基。该脂族烃基同样可以是线型或支化、饱和或不饱和的。优选的脂环族烃基同样是环戊基或环己基，并且优选的芳基是苯基或萘基。如果T是-COOR5，则S是COOMa或-COOR5。在T和S是COOR5的情况下，相应的结构基团衍生自二羧酸酯。
除了这些酯结构单元之外，结构基团c)还可以具有另一些疏水性结构单元。这些包括具有下式的聚环氧丙烷或聚环氧丙烷-聚环氧乙烷衍生物
这里，x取1-150的值并且y为0-15的值。这里，聚环氧丙烷(-聚环氧乙烷)衍生物可以通过基团U1与根据式IIIa的结构基团c)的乙基相连，U1可以是-CO-NH-、-O-或-CH2-O-。这些是根据式IIIa的结构基团对应的酰胺、乙烯基醚和烯丙基醚。这里，R6同样可以是R2(对于R2的含义，参见上面)或者
其中U2可以是-NH-CO-、-O-或-OCH2-并且S具有上述的含义。这些化合物是对应于式IIIa的双官能链烯基化合物的聚环氧丙烷(-聚环氧乙烷)衍生物。
作为另外的疏水性结构单元，对应于式IIIa的化合物可以含有聚二甲基硅氧烷基团，这对应于式IIIa中T＝-W-R7。
这里，W是
(下面称为聚二甲基硅氧烷基团)，这里，R7可以是R2并且r可以取2-100的值。
该聚二甲基硅氧烷基团可以不仅直接而且通过以下基团与根据式IIIa的亚乙基连接
-CO-[NH-(CH2)3]s-W-R7或-CO-O(CH2)z-W-R7，
其中R7优选为R2，和s可以为1或2并且z可以为0-4。R7也可以是
这些是对应于式IIIa的相应的二官能亚乙基化合物，其通过相应的酰胺基团或酯基彼此相连，仅有一个亚乙基被共聚。
同理，根据式IIIa的化合物、T＝(CH2)z-V-(CH2)z-CH＝CH-R2，其中z＝0-4，V可以是聚二甲基硅氧烷基团W或-O-CO-C6H4-CO-O-基团并且R2具有上述的含义。这些化合物衍生自相应的二链烯基苯基二羧酸酯或二链烯基聚二甲基硅氧烷衍生物。
在本发明的范围内，还可能的是该二官能的亚乙基化合物不仅一个亚乙基而且两个亚乙基被共聚。这基本对应于符合式IIIb的结构基团
其中R2、V和z具有已经描述的含义。
第四结构基团d)衍生自通式IVa和/或IVb的不饱和二羧酸衍生物，其中a、M、X和Y具有上述含义。
优选地，共聚物含有55-75mol％的式Ia和/或Ib的结构基团、19.5-39.5mol％的式II的结构基团、0.5-2mol％的式IIIa和/或IIIb的结构基团和5-20mol％的式IVa和/或IVb的结构基团。
根据一个优选实施方案，基于结构基团a-d的总和，根据本发明的共聚物另外包含至多50mol％，特别为至多20mol％的基于以下的单体的结构：乙烯基或(甲基)丙烯酸衍生物，例如苯乙烯、甲基苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、乙烯、丙烯、异丁烯、羟烷基(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、AMPS、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸烯丙基己酯等。
共聚物中的重复结构单元的数目没有限制。然而，已经证实特别有利的是建立1000-100000g/mol的平均分子量。
共聚物的制备可以以各种方式进行。这里重要的是借助于自由基引发剂将51-95mol％的不饱和单或二羧酸衍生物、1-48.9mol％的氧亚烷基链烯基醚、0.1-5mol％的乙烯基聚亚烷基二醇、聚硅氧烷或酯化合物和0-55mol％的二羧酸衍生物聚合。
以下被优选用作形成式Ia、Ib或Ic的结构基团的不饱和单或二羧酸衍生物：丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、衣康酸酐、衣康酰亚胺和衣康酸单酰胺。
替代丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸和衣康酸单酰胺，也可以使用其的单价或二价金属盐，优选钠、钾、钙或铵盐。
特别地，使用其的醇组分为通式HO-(CmH2mO)n-R2的聚亚烷基二醇(R2＝H、具有1-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基、任选取代的具有6-14个C原子的芳基并且m＝2-4和n＝0-200)的衍生物作为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或衣康酸酯。
芳基上优选的取代基是-OH-、-COO-或-SO3-基团。
不饱和单羧酸衍生物可以仅作为单酯存在，而在二羧酸-衣康酸的情形中，二酯衍生物也是可能的。
式Ia、Ib和Ic的衍生物也可以作为酯化和游离的酸的混合物存在，并且以优选55-75mol％的量使用。
用于制备根据本发明的共聚物的第二组分是氧亚烷基二醇链烯基醚，其优选以19.5-39.5mol％的量使用。在对应于式V的优选的氧亚烷基二醇链烯基醚中
CH2＝CR3-(CH2)p-O-(CmH2mO)n-R2 V
R3是H或具有1-5个C原子的脂族烃基和p为0-3。R2、m和n具有上面已经提及的含义。聚乙二醇单乙烯基醚(p＝0和m＝2)的使用在这里被证实特别有利，n优选具有1-50的值。
优选地，使用0.5-2mol％的乙烯基聚亚烷基二醇、聚硅氧烷或酯化合物作为用于引入结构基团c)的第三组分。优选使用的乙烯基聚亚烷基二醇化合物是对应于式VI的衍生物
其中S可以优选为-H或COOMa并且U1可以是-CO-NH-、-O-或-CH2O-，即相应的聚丙二醇或聚丙二醇-聚乙二醇衍生物的酰胺、乙烯基醚或烯丙基醚。x的值为1-150并且y的值为0-15。R6同样可以是R1或
其中U2是-NH-CO-、-O-和-OCH2-并且S是-COOMa，并且优选为-H。
在R6是R2并且R2优选为H的情况下，这些是相应的丙烯酸(S＝H、R4＝H)、甲基丙烯酸(S＝H、R4＝CH3)或马来酸(S＝COOMa、R4＝H)衍生物的聚丙二醇(-聚乙二醇)单酰胺或聚丙二醇(-聚乙二醇)醚。这些单体的例子是马来酸-N-(甲基聚丙二醇)单酰胺、马来酸-N-(甲氧基聚丙二醇-聚乙二醇)单酰胺、聚丙二醇乙烯基醚和聚丙二醇烯丙基醚。
在R6≠R2的情况下，这些是其的聚丙二醇(-聚乙二醇)衍生物通过酰胺基团或醚基(-O-或-OCH2-)彼此相连的双官能乙烯基化合物。这些化合物的例子是聚丙二醇双马来酰胺酸(
)、聚丙二醇二丙烯酰胺、聚丙二醇二甲基丙烯酰胺、聚丙二醇二乙烯基醚、聚丙二醇二烯丙基醚。
对应于式VII的化合物被用作优选的乙烯基聚硅氧烷化合物
其中R4＝-H或CH3，
和r为2-100并且R7优选为R1。这些单体的例子是单乙烯基聚二甲基硅氧烷。
对应于式VIII的衍生物优选作为另外的乙烯基聚硅氧烷化合物
其中s可以为1或2，R4和W具有上述的含义并且R7可以是R2或
并且S优选为氢。
具有乙烯基官能(R7＝R2)的这些单体的例子是聚二甲基硅氧烷丙基马来酰胺酸或聚二甲基硅氧烷二亚丙基氨基马来酰胺酸。在R7≠R2的情况下，这些是二乙烯基化合物，例如聚二甲基硅氧烷双(丙基马来酰胺酸)或聚二甲基硅氧烷双(二亚丙基氨基马来酰胺酸)。
一种合适的另外的乙烯基聚硅氧烷化合物是根据下式的优选的衍生物：
其中z可以为0-4并且R4或W具有上述的含义。R7可以为R2或
其中S优选是氢。这些单乙烯基化合物(R7＝R1)的例子是聚二甲基硅氧烷-(1-丙基-3-丙烯酸酯)或聚二甲基硅氧烷-(1-丙基-3-甲基丙烯酸酯)。
在R7≠R2的情况下，这些是二乙烯基化合物，例如聚二甲基硅氧烷双-(1-丙基-3-丙烯酸酯)或聚二甲基硅氧烷双-(1-丙基-3-甲基丙烯酸酯)。
在本发明的上下文中，对应于式X的衍生物被优选用作乙烯基酯化合物，
其中S是COOMa或-COOR5并且R5可以是具有3-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基和具有6-14个C原子的芳基。a和M具有上述的含义。这些酯化合物的例子是二正丁基马来酸酯或富马酸酯或者单正丁基马来酸酯或单正丁基富马酸酯。
另外，也可以使用对应于式XI的化合物
其中z同样可以为0-4并且R2具有已经提到的含义。这里，V可以是W(即聚二甲基硅氧烷基团)，其对应于二链烯基聚二甲基硅氧烷化合物，例如二乙烯基聚二甲基硅氧烷。作为其的选择，V也可以是-O-CO-C6H4-CO-O-。这些化合物是二链烯基邻苯二甲酸衍生物。这类邻苯二甲酸衍生物的典型例子是邻苯二甲酸二烯丙酯。
形成结构基团c)的化合物的分子量可以在宽的范围内变化并且优选为150-10000。
优选地，可以使用5-20mol％的不饱和二羧酸衍生物(XII)作为用于制备共聚物的第四组分：
MaOOC-CH＝CH-COX XII
a、M和X具有已经提及的含义。
在X＝OMa的情况下，不饱和二羧酸衍生物衍生自马来酸、富马酸、这些二羧酸的单或二价金属盐，例如钠、钾、钙或铵盐，或者具有有机胺基团的盐。另外使用的形成单元Ia的单体是具有通式XIII的上述酸的聚亚烷基二醇单酯：
MaOOC-CH＝CH-COO-(CmH2mO)n-R2
a、m、n和R2具有已经提及的含义。
第四组分也可以衍生自通式XIV的不饱和二羧酸酐和酰亚胺(5-20mol％)
Y具有上述的含义。
根据本发明，根据一个优选实施方案，基于结构基团a)-d)的总和，也可以使用至多50mol％，优选至多20mol％的如上所述的另外的单体。
根据本发明的分散体可以另外包含其的基础是氧链烯基二醇链烯基醚(Oxyalkenylglykol-alkenylether)的共聚物，并且该共聚物含有结构基团a)、b)和c)。结构基团a)的比例为10-90mol％，结构基团b)的比例为1-89mol％，结构基团c)的比例为0.1-5mol％并且结构基团d)的比例为0.1-10mol％。
第一结构基团a)是对应于式IVa或IVb的不饱和二羧酸衍生物。
在对应于式Id的二羧酸衍生物中，M是氢、单或二价金属阳离子、铵离子、有机胺基团，并且a＝1，或者在M是二价阳离子的情况下为1/2。与同样含有Ma(a＝1/2)的基团一起通过M然后得到桥，其仅仅理论地作为Ma(a＝1/2)存在。
钠、钾、钙或镁离子被优选用作单或二价金属阳离子。优选使用的有机胺基团是衍生自伯、仲或叔C1-C20-烷基胺、C1-C20-链烷醇胺、C5-C8-环烷基胺和C6-C14-芳胺的取代的铵基。相应的胺的例子是以质子化的(铵)形式的甲胺、二甲胺、三甲胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、环己胺、二环己胺、苯胺、二苯胺。另外，X也是-OMa或-O-(CmH2mO)n-R1，其中R1可以是氢、具有1-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基、具有6-14个C原子的也可以任选取代的芳基，m可以为2-4并且n可以为0-200。这里，脂族烃基可以是线型或支化的和饱和或不饱和的。
环戊基或环己基将被看作是优选的环烷基，并且苯基或萘基将被看作是优选的芳基，它们特别地也可以被羟基、羧基或磺酸基取代。作为其的选择，X也可以是-NHR2和/或-NR2 2，这对应于相应的不饱和二羧酸的单或二取代的单酰胺，其中R2同样可与R1相同或者取而代之可以是-CO-NH2。
代替对应于式IVa的二羧酸衍生物，结构基团a)(二羧酸衍生物)也可以对应于式IVb的环状形式存在，其中Y可以是O(＝酸酐)或NR2(酰亚胺)并且R2具有上面表示的含义。
在衍生自氧亚烷基二醇链烯基醚的对应于式II的第二结构基团中，
R3同样是氢或具有1-5个C原子的脂族烃基(其同样可以是线型或支化或者不饱和的)。p可以取0-3的值并且R2、m和n具有上述的含义。根据一个优选实施方案，式II中p＝0并且m＝2或3，使得这些是衍生自聚环氧乙烷乙烯基醚或聚环氧丙烷乙烯基醚的结构基团。
第三结构基团c)对应于式IIIa或IIIb
在式IIIa中，R4可以是H或CH3，这取决于是丙烯酸衍生物还是甲基丙烯酸衍生物。这里，S可以是-H、-COOMa或-COOR5，其中a和M具有上述含义并且R5可以是具有3-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基或具有6-14个C原子的芳基。该脂族烃基同样可以是线型或支化、饱和或不饱和的。优选的脂环族烃基同样是环戊基或环己基，并且优选的芳基是苯基或萘基。在T＝-COOR5的情况下，S是COOMa或-COOR5。在T和S＝COOR5的情况下，相应的结构基团衍生自二羧酸酯。
除了这些酯结构单元之外，结构基团c)也可以具有另一些疏水性结构单元。这些包括具有下式的聚环氧丙烷衍生物或聚环氧丙烷-聚环氧乙烷衍生物
这里，x取1-150的值并且y为0-15的值。这里，聚环氧丙烷(-聚环氧乙烷)衍生物可以通过基团U1与根据式IIIa的结构基团c)的乙基相连，其中U1可以是-CO-NH-、-O-或-CH2-O-。这些是对应于式IIIa的结构基团相应的酰胺、乙烯基醚和烯丙基醚。这里，R6同样可以是R1(对于R1的含义，参见上面)或者
其中U2可以是-NH-CO-、-O-或-OCH2-并且S具有上述的含义。这些化合物是对应于式IIIa的双官能链烯基化合物的聚环氧丙烷(-聚环氧乙烷)衍生物。
作为另外的疏水性结构单元，对应于式IIIa的化合物可以含有聚二甲基硅氧烷基团，这对应于式IIIa中T＝-W-R7。
这里，W是
(下面称为聚二甲基硅氧烷基团)，这里，R7可以是R1并且r可以取2-100的值。
该聚二甲基硅氧烷基团W可以不仅直接而且通过以下基团与根据式IIIa的亚乙基连接
-CO-[NH-(CH2)3]s-W-R7或-CO-O(CH2)z-W-R7，
其中R7优选是R1并且s可以为1或2和z可以为0-4。
R7也可以是
这些是对应于式IIIa的相应的二官能亚乙基化合物，其通过相应的酰胺基团或酯基彼此相连，其中仅有一个亚乙基被共聚。
类似地，根据式IIIa的化合物，其中T＝-(CH2)z-V-(CH2)z-CH＝CH-R1，其中z＝0-4，V可以是聚二甲基硅氧烷基团W或-O-CO-C6H4-CO-O-基团并且R1具有上述的含义。这些化合物衍生自相应的二链烯基苯基二羧酸酯或二链烯基聚二甲基硅氧烷衍生物。
在本发明的范围内，还可能的是该二官能的亚乙基化合物不仅一个亚乙基而且两个亚乙基被共聚。这基本对应于符合式IIIb的结构基团
其中R1、V和z具有已经描述的含义。
这些共聚物优选由40-55mol％的式IVa和/或IVb的结构基团、40-55mol％的式II的结构基团和1-5mol％的式IIIa或IIIb的结构基团组成。根据一个优选实施方案，基于结构基团a)、b)和c)的总和，该共聚物另外包含至多50mol％，特别为至多20mol％的其单体是乙烯基、丙烯酸或甲基丙烯酸衍生物的结构基团。
单体乙烯基衍生物可以优选得自选自苯乙烯、乙烯、丙烯、异丁烯或乙酸乙烯酯的化合物。作为优选的单体丙烯酸衍生物特别衍生自丙烯酸或丙烯酸甲酯的另外的结构基团。甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和羟乙基甲基丙烯酸酯将被看作是优选的单体甲基丙烯酸衍生物。
共聚物的重复结构单元的数目在这里没有限制，但已经证实调节结构单元的数目以使得共聚物具有1000-200000的平均分子量是特别有利的。
共聚物的第二组分是氧亚烷基二醇链烯基醚，其优选以40-55mol％的量使用。在对应于式V的优选的氧亚烷基二醇链烯基醚的情形中
CH2＝CR3-(CH2)p-O-(CmH2mO)n-R1
V
R3是H或具有1-5个C原子的脂族烃基和p为0-3。R1、m和n具有上面已经提及的含义。聚乙二醇单乙烯基醚(p＝0和m＝2)的使用在这里被证实特别有利，n优选具有2-15的值。
优选使用1-5mol％的乙烯基的聚亚烷基二醇、聚硅氧烷或酯化合物作为本发明必要的用于引入结构基团c)的第三组分。对应于式VI的衍生物被用作优选的乙烯基聚亚烷基二醇化合物
其中S可以优选是-H或COOMa并且U1可以是-CO-NH-、-O-或-CH2O-，即这些是相应的聚丙二醇或聚丙二醇-聚乙二醇衍生物的酰胺、乙烯基醚或烯丙基醚。
x的值为1-150并且y的那些为0-15。R6同样可以是R1或者可以是
其中U2是-NH-CO-、-O-和-OCH2-并且S是-COOMa，并且优选是-H。
在R6是R1并且R1优选为H的情况下，其是相应的丙烯酸(S＝H、R4＝H)、甲基丙烯酸(S＝H、R4＝CH3)或马来酸(S＝COOMa、R4＝H)衍生物的聚丙二醇(-聚乙二醇)单酰胺或醚。这些单体的例子是马来酸N-(甲基聚丙二醇)单酰胺、马来酸N-(甲氧基聚丙二醇-聚乙二醇)单酰胺、聚丙二醇乙烯基醚和聚丙二醇烯丙基醚。
在R6≠R1的情况下，则是双官能乙烯基化合物，其的聚丙二醇(-聚乙二醇)衍生物通过酰胺基团或醚基(-O-或-OCH2-)彼此相连。这些化合物的例子是聚丙二醇双马来酰胺酸、聚丙二醇二丙烯酰胺、聚丙二醇二甲基丙烯酰胺、聚丙二醇二乙烯基醚、聚丙二醇二烯丙基醚。
对应于式VII的衍生物被用作优选的乙烯基聚硅氧烷化合物
其中R4是-H和CH3，
W是
和r为2-100并且R7优选是R1。这些单体的例子是单乙烯基聚二甲基硅氧烷。
对应于式VIII的衍生物适合作为另外的乙烯基聚硅氧烷化合物
其中s可以为1或2，R4和W具有上述的含义并且R7可以是R1或下式并且S优选为氢。
这些具有乙烯基官能的单体(R7＝R1)的例子是聚二甲基硅氧烷丙基马来酰胺酸或聚二甲基硅氧烷二亚丙基氨基马来酰胺酸。在R7≠R1的情况下，是二乙烯基化合物，例如聚二甲基硅氧烷-双(丙基马来酰胺酸)或聚二甲基硅氧烷双(二亚丙基氨基马来酰胺酸)。
一种合适的另外的乙烯基聚硅氧烷化合物是根据式IX的优选的衍生物
其中z可以为0-4并且R4或W具有上述的含义。R7可以是R1或
其中S优选为氢。这些单乙烯基化合物(R7＝R1)的例子是聚二甲基硅氧烷-(1-丙基-3-丙烯酸酯)或聚二甲基硅氧烷-(1-丙基-3-甲基丙烯酸酯)。
在R7≠R1的情况下，是二乙烯基化合物例如聚二甲基硅氧烷双-(1-丙基-3-丙烯酸酯)或聚二甲基硅氧烷双-(1-丙基-3-甲基丙烯酸酯)。
在本发明的上下文中，对应于式X的衍生物被优选用作乙烯基酯化合物
其中S是COOMa或-COOR5并且R5可以是具有3-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基和具有6-14个C原子的芳基。a和M具有上述含义。这些酯化合物的例子是二正丁基马来酸酯或富马酸酯或者单正丁基马来酸酯或富马酸酯。
另外，也可以使用对应于式XI的化合物
其中z同样可以为0-4并且R1具有已经知道的含义。这里，V可以是W(即聚二甲基硅氧烷基团)，其对应于二链烯基聚二甲基硅氧烷化合物，例如二乙烯基聚二甲基硅氧烷。作为其的选择，V也可以是-O-CO-C6H4-CO-O-。这些化合物是二链烯基邻苯二甲酸衍生物。这类邻苯二甲酸衍生物的典型例子是邻苯二甲酸二烯丙酯。
形成结构基团c)的化合物的分子量可以在宽的范围内变化并且优选为150-10000。
另外，基于具有根据式II、III和IV的结构基团的单体，还可以将至多50mol％，特别为至多20mol％的乙烯基、丙烯酸或甲基丙烯酸衍生物聚合引入。优选使用的单体乙烯基衍生物是苯乙烯、乙烯、丙烯、异丁烯或乙酸乙烯酯，优选使用的单体丙烯酸衍生物是丙烯酸或丙烯酸甲酯，而最后甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和羟乙基甲基丙烯酸被优选用作单体甲基丙烯酸衍生物。
上述共聚物公开于EP-A-736553中。
根据本发明的分散体可以进一步包含其的基础是氧基亚烷基二醇(甲基)丙烯酸酯的共聚物，并且该共聚物含有以下结构基团：
5-98重量％的类型(a)通式XV的(烷氧基)聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体
其中
R1是氢原子或甲基，
R2O是具有2-4个碳原子的氧烷氧基的一种或者两种或更多种的混合物，条件是混合物的两种或更多种可以以嵌段形式或以无规形式加入，
R3是氢原子或具有1-5个碳原子的烷基，和
m为加入的氧亚烷基摩尔数平均数的值，m为1-200的整数。
95-2重量％的类型(b)通式XVI的(甲基)丙烯酸单体
其中
R4是氢原子或甲基，并且M1是氢原子、单价金属原子、二价金属原子、铵基或有机胺基团，
-和0-50重量％的可与这些单体共聚的另外的单体(c)，条件是(a)、(b)和(c)的总量为100重量％。
典型的单体是：
羟乙基(甲基)丙烯酸酯、
羟丙基(甲基)丙烯酸酯、
聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
聚乙二醇聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
聚乙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
聚丙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
聚乙二醇聚丙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚乙二醇聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚乙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚丙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
甲氧基聚乙二醇聚丙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
乙氧基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
乙氧基聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
乙氧基聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
乙氧基聚乙二醇聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、
乙氧基聚乙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、
乙氧基聚丙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯，和/或
乙氧基聚乙二醇聚丙二醇聚丁二醇单(甲基)丙烯酸酯。
典型的单体(b)是：丙烯酸和甲基丙烯酸、其的单和二价金属盐、铵盐和/或有机胺盐。
典型的单体(c)是：具有1-20个C原子的脂族醇与(甲基)丙烯酸的酯；不饱和二羧酸例如马来酸、富马酸、柠康酸、其的单和二价金属盐、铵盐和/或有机胺盐；不饱和二羧酸例如马来酸、富马酸、柠康酸与1-20个C原子的脂族醇、与具有2-4个C原子的二醇、与加入2-100mol上述二醇的(烷氧基)聚亚烷基二醇的单酯或二酯；不饱和酰胺例如(甲基)丙烯酰胺和烷基(甲基)丙烯酰胺；乙烯基酯例如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯；芳族乙烯基化合物例如苯乙烯；不饱和磺酸例如(甲基)烯丙基磺酸、磺基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-甲基丙烷磺酸(甲基)丙烯酰胺、苯乙烯磺酸、其的单和二价金属盐、铵盐和/或有机胺盐。
根据本发明的分散体可以通过这样的方法制备，其中：
a)伴随着搅拌将粉末形式的流动剂或者流动剂的水溶液加入其中聚集体和/或团聚体具有小于1μm的中值直径和大于50m2/g的BET表面积的含水的起始二氧化硅分散体中，并且任选地用水进行进一步稀释
或
b)借助于合适的分散装置将沉淀二氧化硅粉末分散在流动剂的水溶液中并且随后任选地用水进一步稀释
或
c)将二氧化硅粉末分散在含水相，优选水中，并且然后将所得的分散体加入流动剂的水溶液中。在该情形中，分散体的混合可以采用非常低的剪切能，例如借助于螺旋桨搅拌器进行。
优选使用聚羧酸酯醚作为用于制备分散体的流动剂。
为了制备用于上述步骤a)-c)的二氧化硅分散体，可以有利地首先制备预分散体。在一个优选实施方案中，为了该目的，将二氧化硅颗粒分散在液体组分，优选水，特别优选去离子水中。然而，还可以将滤饼再分散，即不首先将二氧化硅颗粒干燥。与第一实施方案相比，该第二实施方案当然伴随着经济优点。这两个实施方案的任何混合形式同样是可能的，即可以将滤饼再分散并且然后加入干燥的二氧化硅，并且反之亦然。也可以制备至少两种不同二氧化硅的混合物的基础分散体。
预分散体以本身已知的方式借助于合适的分散装置制备。因此，二氧化硅粉末的分散可以在将比较低的剪切能引入体系的装置(例如溶解器、转子-定子系统)中进行。然而，也可以使用用于制备实际的分散体的相同装置。
可以在任选的另外步骤中将预分散体或分散体的pH调节至所希望的值，即8.0-12，特别优选8.5-12，非常特别优选8.7-10并且尤其优选9-9.5的值。取决于二氧化硅的pH，这可以通过加入碱性组分或酸化试剂来进行。原则上可以使用任何碱性试剂，优选碱金属或碱土金属氢氧化物或者有机碱或氨。原则上也可以使用任何酸性试剂作为酸化试剂，例如无机酸或有机酸。
根据一个方法变型，也可以使用其的pH已经被调节的二氧化硅以使得二氧化硅本身将分散体的pH调节至所希望的值。在该变型中，可以在用于制备二氧化硅的其中一个步骤中，例如在沉淀期间或在干燥期间通过加入合适的碱性或酸性试剂来调节二氧化硅的pH。在这方面，合适的技术是本领域技术人员已知的。
为了制备分散体，借助于合适的装置使将分散并且与液相接触的二氧化硅或预分散体磨碎，所述二氧化硅或预分散体的pH任选地经相应调节。
原则上可以使用任何合适的分散装置。因此合适的分散装置是，例如其的能量输入足以使二氧化硅粉末或滤饼以如下方式分散：以使得在分散后团聚体具有小于1μm的中值粒度。取决于固体，需要0.1-10kWh/kg的比能输入用于该目的。为了实现这些高的比能输入，原则上可以使用具有高功率密度和短停留时间的方法、具有低功率密度和长停留时间以及介于中间的形式。
高压系统，例如，纳米超微粒子加工机(Nanomizer)、微流化机(Microfluidizer)和其它喷嘴系统，其中分散体在50至高达5000巴(bar)的高压下流经喷嘴，并在该喷嘴之中和之后通过能量的消散而被分散，在单次通过中已经实现5000kJ/m3～500000kJ/m3的极高能量输入。相反，搅拌式球磨机导致5～500kJ/m3每次通过的显著低的比能量输入。为了实现足够的颗粒细度，分散体必须显著更加频繁地通过磨机，这导致比高压系统中显著更高的负荷频率。低强度的高负荷频率对颗粒的结构和表面，进而对该分散体的稳定性具有积极的效果。
为了实现高填充水平和获得稳定的具有低粘度的分散体，应当有利地施加大于1000kJ/m3的剪切能。使用搅拌式球磨机，高压均化器或行星式球磨机实现了特别良好的效果。这些磨机的操作对本领域技术人员而言是已知的。
发现使用球磨机，尤其是搅拌式球磨机，是特别有利的。产物可以按往复模式或循环模式流经磨机。由于高周转数(Umlaufzahl)，此处更容易实现循环模式的配置。循环效率可为10～300kg/h，并且有利地在25～200kg/h，更优选为50～150kg/h且特别优选80～120kg/h。
搅拌器可以构造为圆盘、针、针-顶针配置、环缝等形状。优选为圆盘配置。取决于产物可分散性和用量，研磨时间为10分钟至高达80小时，优选为0.5至50小时，更优选为1至25小时且特别优选为5至15小时。这允许实现0.01～10kWh/kg的比能量输入(基于分散体的kg)。能量输入优选为0.05～5kWh/kg，更优选为0.1～1kWh/kg，甚至更优选为0.1～0.5kWh/kg且特别优选为0.25～0.3kWh/kg。研磨体可由玻璃、氧化铝、氧化锆或由其它无机氧化物，和各种无机氧化物的混合物构成。由于高密度，使用氧化锆研磨体是有利的，该研磨体已利用氧化钇针对磨损进行稳定化。研磨体尺寸可以为20μm至数mm不等；使用0.02～10mm尺寸的研磨体是有利的，更优选0.05～5mm，甚至更优选0.1～1mm，且特别优选0.2～0.4mm。基于研磨空间的自由体积，研磨体填充水平，可为60～99％不等，优选为70～95％，更优选为80～95％且特别优选为90～95％。研磨工具的圆周速度可在1m/s直至15m/s变化，优选为5m/s～15m/s，更优选为8m/s～12m/s。
任选地，在研磨之后是，浓缩所述分散体达到期望的二氧化硅含量。可通过本领域技术人员已知的任何技术来实现该浓缩，例如通过真空蒸发，错流过滤，连续或间歇式离心分离、过滤或通过增加固体含量。
如果意在实现低的填充程度，则也可以在将比较少的剪切能引入系统中的装置(例如溶解器、转子-定子系统)中进行二氧化硅粉末的分散。
粒度分布的测量
根据本发明的分散体的颗粒分布根据激光衍射原理在激光衍射计(得自Horiba，LA-920)上测量。该颗粒分布对应于分散体中存在的所有颗粒的颗粒分布。
首先，伴随着搅拌取出二氧化硅分散体样品，将其转移到玻璃烧杯中并且通过加入水而不加入分散添加剂将其稀释，使得分散体具有约1重量％的重量比例的SiO2。在分散之后即刻，使用激光衍射计(具有标准装置软件的Horiba LA-920)测量分散体部分样品的粒度分布。应该选择1.09的相对折射率用于测量。
所有测量在23℃下进行。粒度分布和相关参数例如中值粒度d50通过装置自动计算并且作为曲线图示出。应该注意操作指南中的指示。
BET表面积的测量
如果二氧化硅不作为固体而是以含水分散体存在，则应该在测量BET表面积之前进行以下样品制备：
伴随着搅拌取出100ml二氧化硅分散体，将其转移到瓷盘中并且在105℃下干燥72h。为了除去有机组分，将干燥的二氧化硅加热至500℃24h。在二氧化硅样品冷却后，将其用刮刀磨碎并且测量BET表面积。
基于ISO 5794-1/附录D使用TRISTAR 3000装置(得自Micromeritics)通过根据DIN ISP 9277的多点测量来测量作为固体的二氧化硅的BET表面积。
分散体的pH的测量
含水分散体的pH基于DIN EN ISO 787-9于20℃进行。为了测量pH，将分散体用水稀释至5％重量比例的SiO2。
DBP吸收的测定
基于标准DIN 53601进行DBP吸收(DBP值)测定，其是沉淀二氧化硅吸收性的量度：
将12.50g水分含量0～10％(若适当，通过在105℃下在干燥箱中调节水分含量)的粉状或球状二氧化硅导入Brabender“E”吸收仪(无扭矩传感器的输出滤波器的衰减)的捏合机腔室(物品号279061)。以恒速混合(捏合机叶轮圆周速度125转/分)，将邻苯二甲酸二丁酯在室温下以4ml/min的速度借助“Dosimaten Brabender T 90/50”滴加至混合物。仅使用少量的外力就使其混入并使用数字显示器监测。临近检测完成时，该混合物变为糊状，其表现在所需外力的快速上升。当显示器显示600数字(0.6Nm的扭矩)时，通过电接触关闭捏合机和DBP计量加入。DBP进料的同步监测器与数字计数器偶联，使得DBP的消耗量可以按ml读取。
DBP吸收以g/(100g)为单位表示，并通过下式计算：
其中
DBP＝以g/(100g)为单位的DBP吸收
V ＝以ml为单位的DBP消耗量
D ＝以g/ml为单位的DBP密度(20℃下为1.047g/ml)
E ＝以g为单位的二氧化硅起始重量
K ＝以g/(100g)为单位的根据水分校正表的校正值
DBP吸收是为无水、干燥二氧化硅而定义的。在潮湿沉淀二氧化硅的情形中，校正值K应当在DBP吸收的计算中考虑。该值可使用以下校正表确定；例如水含量5.8％的二氧化硅意味着对DBP吸收33g/(100g)的额外贡献。通过“水分含量或干燥失重的测定”方法测定二氧化硅的水分含量。
邻苯二甲酸二丁酯吸收(无水)的水分含量校正表
水分含量或干燥时的损失的测量
根据ISO 787-2在105℃下在循环空气干燥烘箱中干燥2小时后测量二氧化硅的水分含量。该干燥时的损失主要包括水分含量。
灼烧损失的测量
根据该方法，基于DIN EN ISO 3262-1在1000℃下测量二氧化硅的重量损失。在该温度下，物理和化学粘结的水和其它挥发性组分逸出。所研究的样品的水分含量(TV)根据DIN EN ISO 787-2通过上述方法“水分含量或干燥损失的测量(Bestimmung der Feuchte bzw.desTrockenverlusts)”测量。
Al和Na含量的测量
Al含量的测量作为Al2O3进行，并且Na含量的测量作为Na2O进行。这两种测量根据ISO 3262-18借助于火焰原子吸收光谱进行。
SiO
2
含量的测量
SiO2含量的测量根据ISO 3262-19进行。
实施例1-3
分散体的制备
用于制备分散体的二氧化硅的特性在表1中阐述。
在搅拌球磨机(LME 4，得自Netzsch公司)中制备分散体。研磨腔和盘式搅拌器由耐磨陶瓷(Al2O3或ZrO2)组成。包含钇稳定的ZrO2的研磨球具有0.2-0.4mm的直径并且填充研磨腔的90％(8.84kg)。为了预分散，最初将22.5kg去离子水放入具有底部出口的50l容器中。然后借助于溶解器盘(转速＝380-940转/分；圆周速度＝3-7.4m/s)将2.5kg二氧化硅逐渐搅拌加入直到二氧化硅分散在液体中。然后用KOH将分散体的pH调节至9。有规律地检查pH并且如果需要则将其调节。为了实现所希望的细度，将分散体循环通过球磨机。在所有实验中，圆周速度保持恒定在10m/s下并且通过量保持恒定在约100kg/h。
通过将在存储容器中的另外的二氧化硅逐份加入，分散体的SiO2浓度进一步增加。在该过程期间，研磨机继续循环工作。当达到所希望的SiO2浓度时，将分散体转移到容器中并且在室温下搅拌加入水溶液形式(PCE含量＝45重量％)的流动剂(聚羧酸酯醚(PCE)，根据EP-A-1189955，实施例2)。根据表2调节PCE与二氧化硅的比例。
分散体的组成示于表2中。比较例不含二氧化硅而仅有PCE，并且不是分散体。
就沉淀稳定性和粘度而言，根据本发明的分散体在6个月内没有表现出显著的变化。
实施例4：工业应用的测试
标准灰浆的制备和强度的测试根据DIN EN 196-1进行。为了制备灰浆，使用牌号CEM I 52.5Mergelstetten的水泥。灰浆在20℃下制备。将对应于基于水泥重量的0.5重量％的二氧化硅含量的分散体加入灰浆混合物中。水/水泥比例总是0.4。
根据DIN 196-1由灰浆制得尺寸为40mmx40mmx160mm的试验样品。在将试验样品老化8h之后，基于该标准在这些试验样品上进行抗弯强度和抗压强度的测量。
结果概述于表3中。
表3：在各种沉淀二氧化硅分散体(每一情形下的用量0.5％，基于水泥重量)的存在下灰浆棱柱体的强度进展；水/水泥比例＝0.4；FM＝初始坍塌度；BZF＝以N/mm2计的抗弯强度；DF＝以N/mm2计的抗压强度
| 添加剂 | 用量MVA2500 | FM以cm计 | BZF 8h以N/mm2计 | DF 8h以N/mm2计 |
| 得自实施例1的分散体 | 0.15％ | 24.1 | 3.91 | 15.59 |
| 得自实施例2的分散体 | 0.175％ | 24.8 | 3.85 | 17 |
| 得自实施例3的分散体 | 0.135 | 24.2 | 3.68 | 14.97 |
| 比较例1(仅有PCE没有二氧化硅) | 0.125％ | 24.8 | 2.796 | 10.227 |
| 比较例2(根据实施例3，但不为分散体的形式而是作为粉末，即以干燥形式加入的二氧化硅) | 0.14％ | 25.1 | 3.52 | 13.41 |
借助于使用根据本发明的分散体，得到的结果表明初期强度(作为8h后的抗弯强度和8h后的抗压强度测量)显著增加。还让人注目的是分散体2比干燥形式的相同二氧化硅更有效。
进一步在量热计中进行实验。使用的水泥是CEM I 42.5Bernburg。使用根据本发明的实施例1-实施例3的分散体。计量分散体以使得基于使用的水泥，二氧化硅的比例为0.5重量％。水/水泥比恒定在0.5。相对于不含二氧化硅但含PCE的比较例1进行比较。在所有实验中，初始坍塌度为24+/-1cm。
得到的曲线(图1)示出了在水泥浆试验样品中以[mW/g CEM]计的释放的能量作为时间[h]的函数。放热归因于水泥中的硅酸盐相与水的放热反应。通过量热法得到的曲线的最大值可能与水泥中的强度进展相关，即在较早的时间出现的最大值意味着构件中较早的初期强度进展。
在时间轴上得自图1的曲线最大值的位置概述于下表4中：
| 根据实施例1的分散体 | 根据实施例2的分散体 | 根据实施例3的分散体 | 比较例1 | |
| 在时间轴上放热最大值的位置 | 9.0h | 8.8h | 9.2h | 10h |
表4
从结果中可以得出结论：根据本发明的分散体的使用使得水泥水合显著加快。硅酸盐水合和放热最大的开始比比较例1的情形早8-12％。
Claims (15)
1.一种分散体，其特征在于：
-包含至少一种沉淀二氧化硅和/或硅酸盐和至少一种流动剂，
-该至少一种沉淀二氧化硅和/或硅酸盐具有大于50m2/g的BET表面积，
-该分散体中的沉淀二氧化硅和/或硅酸盐的聚集体和/或团聚体具有小于1μm的中值直径，和
-基于分散体的总量，二氧化硅的比例为5-50重量％。
2.如权利要求1所述的分散体，其特征在于该分散体不含粘合剂。
3.如权利要求1或2所述的分散体，其特征在于分散体中的聚集体和/或团聚体具有50-750nm的中值直径。
4.如权利要求1-3任一项所述的分散体，其特征在于基于分散体的总量，分散体中二氧化硅的比例总共为10-50重量％。
5.如权利要求1-4任一项所述的分散体，其特征在于流动剂/二氧化硅重量比为0.01-100。
6.如权利要求1-5任一项所述的分散体，其特征在于该分散体的pH为8-12。
7.如权利要求1-6任一项所述的分散体，其特征在于所述流动剂是水溶性聚羧酸酯醚。
8.如权利要求1-7任一项所述的分散体，其特征在于所述聚羧酸酯醚是基于氧基亚烷基二醇链烯基醚的共聚物并且该共聚物含有以下结构基团：
a)51-95mol％的式Ia和/或Ib和/或Ic的结构基团
其中
R1是氢或者具有1-20个C原子的脂族烃基
X是-OMa、-O-(CmH2mO)n-R2、-NH-(CmH2mO)n-R2
M是氢、单或二价金属阳离子、铵离子或有机胺基团，
a为1/2或1
R2是氢、具有1-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基或具有6-14个C原子的任选取代的芳基
Y是O、NR2
m为2-4和n为0-200，
b)1-48.9mol％的通式II的结构基团
其中
R3是氢或具有1-5个C原子的脂族烃基
p为0-3，和
R2、m和n具有上述的含义，
c)0.1-5mol％的式IIIa或IIIb的结构基团
其中S是-H、-COOMa、-COOR5
T是-U1-(CH(CH3)-CH2-O)x-(CH2-CH2-O)y-R6
-W-R7
-CO-[NH-(CH2)3]s-W-R7
-CO-O-(CH2)z-W-R7
-(CH2)z-V-(CH2)z-CH＝CH-R2
-COOR5，其中S是-COOR5或COOMa
U1是-CO-NH-、-O-、-CH2O-
U2是-NH-CO-、-O-、-OCH2-
V是-O-CO-C6H4-CO-O-或-W-
R4是H、CH3
R5是具有3-20个碳原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基或具有6-14个C原子的芳基
R6是R2、
R7是R2、
r为2-100
s为1或2
z为0-4
x为1-150
y为0-15
和
d)0-47.9mol％的通式IVa和/或IVb的结构基团
其中a、M、X和Y具有上述含义。
9.如权利要求1-7任一项所述的分散体，其特征在于该共聚物的基础是氧链烯基二醇链烯基醚并且该共聚物含有以下结构基团：
a.10-90mol％的式IVa和/或IVb的结构基团
其中
M是氢、单价或二价金属阳离子、铵离子或有机胺基团，
a为1或者在M是二价金属阳离子的情况下为1/2，
X同样是-OMa或
-O-(CmH2mO)n-R1，R1＝H、具有1-20个碳原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基、具有6-14个C原子的任选取代的芳基，
m为2-4，
n为0-200，
-NHR2和/或-NR2 2，R2＝R1或-CO-NH2，并且Y是O、NR2
b)1-89mol％的式II的结构基团
其中R3是H、具有1-5个C原子的脂族烃基
p为0-3
和R1、m、n具有上述含义，和
c)0.1-10mol％的式IIIa或IIIb的结构基团
其中
S是-H、-COOMa、-COOR5
-W-R7
-CO-[NH-(CH2)3]s-W-R7
-CO-O-(CH2)z-W-R7
-(CH2)z-V-(CH2)z-CH＝CH-R1
-COOR5，其中S是-COOR5或COOMa
U1是-CO-NH-、-O-、-CH2O-
U2是-NH-CO-、-O-、-OCH2
V是-O-CO-C6H4-CO-O-或-W-
W是
R4是H、CH3
R5是具有3-20个C原子的脂族烃基、具有5-8个C原子的脂环族烃基、具有6-14个C原子的芳基
R6是R1，
R7是R1、
r为2-100；
s为1或2；
z为0-4；
x为1-150；
y为0-15。
10.如权利要求1-7所述的分散体，其特征在于该共聚物的基础是氧链烯基二醇(甲基)丙烯酸酯并且该共聚物含有以下结构基团：
5-98重量％的类型(a)通式XV的(烷氧基)聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体
CH2＝C-R1
其中
R1是氢原子或甲基，
R2O是具有2-4个碳原子的氧亚烷基的一种或者两种或更多种的混合物，条件是该混合物的两种或更多种可以以嵌段形式或以无规形式加入，
R3是氢原子或具有1-5个碳原子的烷基，和
m为加入的氧亚烷基摩尔数平均数的值，m为1-200的整数，
95-2重量％的类型(b)通式XVI的(甲基)丙烯酸单体
其中
R4是氢原子或甲基，并且M1是氢原子、单价金属原子、二价金属原子、铵基或有机胺基团，
和0-50重量％的可与这些单体共聚的另外的单体(c)，条件是(a)、(b)和(c)的总量为100重量％。
11.一种用于制备权利要求1-10所述的分散体的方法，其特征在于：
a)伴随着搅拌将粉末形式的流动剂或者流动剂的水溶液加入其中聚集体和/或团聚体具有小于1μm的中值直径和大于50m2/g的BET表面积的含水的二氧化硅起始分散体中，并且任选地用水进行进一步稀释或
b)借助于合适的分散装置将沉淀二氧化硅粉末分散在流动剂的水溶液中并且随后任选地用水进一步稀释
或
c)将二氧化硅粉末分散在含水相，优选水中，并且然后将所得的分散体加入流动剂的水溶液中。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于流动剂是聚羧酸酯醚。
13.如权利要求1-10所述的分散体作为混凝土添加剂的用途。
14.一种包含如权利要求1-10所述的分散体的含水泥的制剂。
15.如权利要求14所述的含水泥的制剂，其特征在于基于水泥，混凝土混合物包含0.01-2重量％的二氧化硅。
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