DE2201796A1

DE2201796A1 - Verfahren zur Herstellung eines gehaerteten Produktes

Info

Publication number: DE2201796A1
Application number: DE19722201796
Authority: DE
Inventors: Gazeley Keith Frederick; Bevan Alfred Richard
Original assignee: NATURAL RUBBER PRODUCERS
Current assignee: NATURAL RUBBER PRODUCERS
Priority date: 1971-01-15
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1972-09-07
Also published as: BE778120A; ZA72256B; AU3796672A; GB1373496A; IT946615B; AU466308B2; NL7200570A; PL82925B1; FR2122241A5

Description

betreffend

Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Produktes

Die Erfindung betrifft hydraulische Bindemittel. Ss ißt seit langem üblich, hydraulische Bindemittel durch Zusatz von Polymeren, wie Plastikmaterialien und Elastomeren zu modi fizieren. Diese Modifikationen können dem abgefundenen Material eine erhöhte Flexibilität, Schlagfestigkeit, Haftung und V/asserbeständigkeit verleihen.

Ein übliches Verfahren zur Zugabe dea Polymers zu dem hydraulischen Bindemittel besteht durin, daß man das FGlymer in Form einer wäßrigen Latex oder Dispersion bringt und diene Flüssigkeit mit dem trockenen pulverförmigen hydraulischen

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Bindemittel vermischt. Ein derartiges Verfahren besitzt jedoch zahlreiche Nachteile: Es "bilden sich leicht Klumpen, die nur durch kräftiges Rühren verteilt werden können. Durch dieses kräftige Rühren wird Luft in das Gemisch gebracht-, die Blasen bildet und dadurch die Dichte, Gleichmäßigkeit und Festigkeit des Produktes herabsetzt. Außerdem ist eine bestimmte Menge Wasser erforderlich, um das hydraulische Bindemittel zu hydratisieren, die von 15 bis 50 Gew.-$ des Materials schwanken kann. Die Gesamtmenge an Wasser, die erforderlich ist, um entweder das Polymer zu dispergieren oder ein Gemisch mit geeigneten .Fließeigenschaften herzustellen, kann sehr viel größer sein als diejenige, die zur Hydratisierung des hydraulischen Bindemittels erforderlich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem diese Nachteile vermieden oder weitgehend herabgesetzt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Produktes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

1. eine Dispersion eines hydraulischen Bindemittels in einer nicht-wäßrigen Flüssigkeit und

2. Wasser

miteinander vermischt, wobei eine der beiden Komponenten oder beide eine Lösung oder Dispersion eines Polymers enthalten und das Gemisch härten läßt. Ein oberflächenaktives Mittel (soweit verwendet) und das Polymer sind entweder in der nicht-wäßrigen Flüssigkeit oder in dem V/asser vorhanden.

Bei einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Polymer in dem Wasser dispergiert, wobei in diesem Falle auch ein oberflächenaktives Mittel in der

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wäßrigen Komponente vorhanden ist. Die wäßrige und nicht-•wäßrige Komponente v/erden dann einfach miteinander vermischt. Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß ein längeres kräftiges Rühren dos Gemisches nicht notwendig ist, das einen hohen Kraftaufwand erfordert und zur Bildung von Luftblasen in dem Gemisch führt.

Bei einer anderen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt das Polymer in Lösung oder Dispersion zusammen mit dem hydraulischen Bindemittel in der nichtwäßrigen Flüssigkeit vor. Eine Härtung des Gemisches wird einfach dadurch herbeigeführt, daß man Wasser oder eine wäßrige Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes zu der nicht-wäßrigen Flüssigkeit zugibt. Es ist auch möglich, daß das Polymer teilweise in dem Wasser und teilweise in der nicht-wäßrigen Flüssigkeit vorliegt oder daß zwei verschiedene Polymere verwendet werden, von denen das eine im V/asser und das andere in der nicht-wäßrigen Flüssigkeit vorliegt.

Der Ausdruck "Dispersion" wird in einem breiten Sinn verwendet, so daß er auch Pasten, Aufschlämmungen, Suspensionen oder sogar Emulsionen umfaßt (z.B. wenn die disperse Phase ein flüssiges Polymer ist). In diesem Sinne ist jedes System aus einer zusammenhängenden flüssigen Phase, in der kleine Teilchen des betreffenden Materials verteilt sind, eine Dispersion.

Das hydraulische Bindemittel ist vorzugsweise entweder Gipsmörtel oder Portlandzement oder Schmelzzement. Diese drei Materialien erfordern ungefähr 18,5, 25 bzw. 50 Gew.-$, bezogen auf ihr eigenes Gewicht an Wasser, zur vollständigen Hydratisierung.

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Das Polymer ist vorzugsweise ein organisches elastoraeres oder plastisches Material. Die Art des Polymers ist erfindungsgemäß nicht, kritisch, vorausgesetzt, daß es in Wasser oder einer bestimmten nicht-wäßrigen Flüssigkeit gelöst oder dispergiert werden kann, so daß in Gegenwart des hydraulischen Bindemittels keine schnelle Koagulation eintritt. Beispiele für geeignete Polymere sind,natürlicher Kautschuk, synthetische Kautschukarten, z.B. Styrol-Butadien-Copolymere, carboxylierte Styrol-Butadien-Copolymere, Isobutylen-Polymere und -Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Copolymere, Polychloroprene und Plastikmaterialien, z.B. Vinylacetat-Polymere und -Copolymere^Acrylsäureester-Polymere und -Copolymere, Polyvinylchlorid und Polyurethane. Es können auch Gemische von Polymeren verwendet werden. Die Wahl des Polymers wird in gewissem Maße durch die für das Endprodukt erwünschten Eigenschaften bestimmt.

Ähnlich wird auch die Art der nicht-wäßrigen Flüssigkeit in gewissem Maße durch die Eigenschaften, die in dem Endprodukt erwünscht sind, bestimmt. Die nicht-wäßrige Flüssigkeit kann organisch sein, z.B. eine flüchtige organische Flüssigkeit, wie Naphtha, Terpentinersatz oder ein Keton. In einem solchen Falle kann sich die organische Flüssigkeit unter Umständen verflüchtigen. Wahlweise kann die nichtwäßrige Flüssigkeit ein Streckmittel oder Weichmacher für das ausgewählte Polymer sein, z.B. ein Mineralöl-Streckmittel für ein kautschukartiges Polymer oder ein Enterweichmacher für ein Plastikmaterial. Die nicht-wäßrige Flüssigkeit kann auch ein polyhalogenierter aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoff oder ein flüssiges Polymer oder Prepolyaier, z.B. ein flüssiges Epoxyharz sein. In dem letzt genannten Fnlle kann das Epoxyharz sowohl als nicht-wäßrige Flüssigkeit ηIs auch als Polymer dienen. Die niclit-v.'i-ißrigo Flüssigkeit ist

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vorzugsweise nicht-hygroskopisch und in Wasser unlöslich, wenn eine wäßrige Polyr/ierlatex verwendet wird.

Der oberflächenaktive Stoff ist vorzugsweise nichtionisch, obwohl bestimmte Gruppen anionischer oberflächenaktiver Stoffe ebenfalls geeignet sein können. Eine Aufgabe des oberflächenaktiven Stoffes besteht darin, die kolloidale .Stabilität des Systems zu erhöhen, da das hydraulische Bindemittel, die nicht-wäßrige Flüssigkeit, das Polymer und Wasser enthält, sowie die Polymerdispersion selbst, wenn das Polymer in Form einer Dispersion im Wasser verwendet wird.

Die verwendete Menge des Polymers beträgt vorzugsweise 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des hydraulischen Bindemittels. Geringe,aber noch deutliche Änderungen der Eigenschaften des gehärteten Produktes werden bereits mit so geringen Mengen, wie 2 % Polymer, beobachtet. BeJ. einem Gehalt von mehr als 100 fi Polymer kann es in einigen Fällen schwierig sein, das hydraulische Bindemittel auf übliche V/eise zu härten. Gemische mit hohen Anteilen Polymer können als Klebemittel oder zur Herstellung von Formkörpern geeignet sein, bei denen die Kautschuklatex durch einfache Dehydrierung, die durch Absorption des V/assers durch das hydraulische Bindemittel entsteht, zur Gelbildung gebracht w rd

Die Menge der nicht-wäßrigen Flüssigkeit, bezogen auf das verwendete Polymer, beträgt vorzugsweise 20 bis 250, besonders 50 bis 150 Gew.-$, bezogen auf das Polymer. Es ist normalerweise nicht möglich, ausreichend hydraulisches Bindemittel in das Gemisch einzubringen, wenn man weniger als 20 $ der nicht-wäfirigen Flüssigkeit verwendet. Mengen von mehr al« 250 % sind unnötig teuer, wenn eine flüchtige Flüssigkeit verwendet wird oder führen zu einer zu starken JSrwiichung oder

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Streckung des Polymers in dem gehärteten Produkt, wenn eine nicht-flüchtige Flüssigkeit verwendet wird.

Die Menge der nicht-wäßrigen Flüssigkeit, bezogen auf das hydraulische Bindemittel, muß ausreichend hoch sein, daß eine Dispersion oder Paste entsteht, die nicht zu viskos ist, so daß sie leicht mit dem Wasser vermischt werden kann. Diese Menge variiert von Flüssigkeit zu Flüssigkeit und hängt zum Teil von der Viskosität der Flüssigkeit ab. Es kann jedoch kaum weniger als ein Gewichtsteil auf 8 Gew.-Teile des hydraulischen Bindemittels verwendet werden. Es ist normalerweise nicht günstig, Dispersionen zu verwenden, die mehr als 2 Gew.-Teile der nicht-wäßrigen Flüssigkeit auf einen Gew.-Teil dos hydraulischen Bindemittels enthalten.

Die in dem Gemisch verwendete Wassermenge muß ausreichen, um das hydraulische Bindemittel zu hydratisieren. Zusätzliches Wasser kann erforderlich sein, um die Fließfähigkeit des Gemisches vor dem Härten zu erhöhen. Vorzugsweise werden jedoch nicht mehr als 200 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht des hydraulischen Bindemittels, verwendet, da die Verdampfung großer Wassermengen aus dem Produkt während und nach der Härtung nachteilig sein kann.

Die Menge des oberflächenaktiven Stoffes ist nicht kritisch, sie sollte jedoch ausreichen, um zu der oben angegebenen kolloidalen Stabilisierung zu führen. Es ist im allgemeinen günstig, 0,5 bis 10 Gew.-^ oberflächenaktiven Stoff auf das Gesamtgewicht des Polymers und der nicht-wäßrigen Flüssigkeit zu verwenden. Gipsmörtel hat eine größere Koagulationswirkung auf wäßrige Polymerdispersionen (besonders auf Kautschuklatices) als Zement und daher muß bei einem Gemisch mit Gipsmörtel normalerweise mehr oberflächenaktiver Stoff verwendet werden als bei einem Gemisch mit Zement.

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Venn die nicht-wäßrige Flüssigkeit mit V/asser nicht mischbar ist, hängt es zum Teil von den relativen Kengen von Wasser und der nicht-wäßrigen Flüssigkeit ab, ob die Dispersion, die beim Mischen entsteht, Y/asser in disperser oder in einheitlicher Phase enthält. Bei der V/a hl des oberflächenaktiven Stoffes soll diese Tatsache berücksichtigt werden.

Es ist häufig erwünscht, Modifikatoren für das hydrau lische Bindemittel, z.B. Härtungsbeschleuniger oder-ver- zögerer und Füllstoffe oder Zuschläge zuzusetzen. Ähnlich ist es häufig erwünscht, Modifikatoren für das Polymer, z.B. Vulkanisiermittel, Antioxidantien, Füllstoffe und andere Polymere,zuzusetzen. Diese Substanzen können in lösung oder Dispersion entweder in der wäßrigen Komponente des Gemisches oder in der nicht-wäßrigen Flüssigkeit, enthalten sein.

Es muß auch berücksichtigt werden, daß die anderen Komponenten in dem Gemisch, besonders das Polymer, die Härtungszeit des hydraulischen Bindemittels beeinflussen können. So verzögern z.B. die Nicht-Kautschukbestandteile in natürlicher Kautschuklatex die Härtung von Gipsmörtel.

Die Erfindung betrifft auch eine Dispersion eines hydraulischen Bindemittels und.eines Polymers in einer nicht-wäßrigen Flüssigkeit. Diese Dispersion kann in Lösung oder Dispersion in der nicht-wäßrigen Flüssigkeit einen oberflächenaktiven Stoff und/oder einen Modifikator für das hydraulische Binde mittel und/oder einen Modifikator für das Polymer enthalten. Diese Dispersion kann als nicht-wäßrige Komponente des oben beschriebenen Geraisches verwendet werden und die oben angegebeneu relativen Mengenverhältnisse sind auch für diese Dispersion gültig.

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Die Erfindung betrifft auch die gehärteten Produkte, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

50 Gew.-Teile Schmelzzement wurden unter Rühren zu 30 Gew.-Teilen eines flüssigen chlorierten Kohlenwasserstoffs (Aroclor 1248) zugegeben. Zu diesem Gemisch wurden dann 25 Gew.-Teile handelsüblicher natürlicher Kautschuklatex (60 Gew.-?£ Kautschuk) zugegeben,zu der 1,5 Gew.-Teile einer 10-prozentigen Thioharnstofflösung als Antioxidans und 1,5 Gew.-Teile einer 50-prozentigen Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes (Texofor FN30) zugegeben worden waren. Das Gemisch wurde mit der Hand gerührt bis es homogen war und dann in eine plastische Form gegossen. Nach 4 h war das Gemisch zu einem flexiblen festen Produkt gehärtet, das aus der l'orm entfernt werden konnte.

Beispiel 2

100 Gew.-Teile eines Gipsmörtels (Herculit Nr. 2) wurden unter Rühren zu 60 Teilen eines handelsüblichen Mineralöls (Shellflex 63) zugegeben. Eine Latex der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.

60 io natürliche Kautschuklatex mit niedrigem Ammoniak-

geha.lt 100 Gew.-Teil ο

50 i> Texofor FN30 Lösung 6 Gew.-Teile

40 % Foruialdehydlösung 1,3 Gew.-Teile

?0 fu Aluminlumsulfathydrat-Löaung 1,5 Gew.-Teilt; Gipspulver 30 Gew.-Teile

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Die verschiedenen Bestandteile wurden in der angegebenen Reihenfolge zusammengegeben. Wach der Zugabe der Formaldehydlösung ließ man 20 min vergehen, um eine Reaktion mit dem Ammoniak zu erreichen, bevor die Alurainiumsulfatlösung zugegeben wurde. Das Aluminiumsuliat und der Gips dienten dazu, die Härtungszeit des Produktes auf den gewünschten Bereich zu bringen. Die Latex wurde dann zu dem Öl/Mörtel-Gemisch zugegeben und das ganze mit der Hand gerührt bis es homogen war. Das Geraisch härtete innerhalb von 3 h zu einem flexiblen Feststoff.

Beispiel 3

100 Gew.-Teile Herculit Nr. 2 Gipsmörtel wurden unter Rühren zu 50 Teilen Dioctylphthalat zugegeben. Zu diesem Gemisch wurden 62 Teile einer synthetischen Polychloroprenlatex (Neopren 750 Latex) zugegeben, zu der 3 »5 Gew.-Teile einer 50-prozentigen Lösung von Texofor FJN30 zugesetzt worden waren. Das Gemisch wurde mit der Hand gerührt bis es homogen war und stehengelassen. Nach 50 min trat eine feste Härtung ein.

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt die Verwendung von Polyvinylacetat (PVA) als Polymer und einem dafür geeigneten Weichmacher als nicht-wäßrige Flüssigkeit. Die folgenden Bestandteile wurden miteinander vermischt.

1. Dibutylphthalat 15 Gew.-Teile Toluol 5 Gew.-Teile Schmelzzement 50 Gew.-Teile

2. 50 fo Feststoff PVA-Latex EPOK V7000 (BP Chemicals)

50 Gew.-Teile 50 "/Ό wäßrige Lösung von TEXOFOR SW 30 (Giovern)

2 Gew.-Teile

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Die Komponenten 1 und 2 wurden miteinander vermischt und zur Härtung gebracht. Es fand eine Hydratisierung des Schmelszements statt und es entstand ein flQiibles zähes Material.

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt die Verwendung eines Epoxyharzes als Polymer in der nicht-wäßrigen Flüssigkeit. Die folgenden Bestandteile wurden miteinander vermischt.

1. Epoxyharz(araLDITE GY278 der Ciba) 10 Gew.-Teile Aceton 12 Gew.-Teile Schmelzzement 100 Gew.-Teile

2. In Wasser dispergierbarer Amin-Härter

(ARALDITE X83/343 der Ciba) 7,5 Gew.-Teile Wasser 25 Gew.-Teile

Die Komponenten 1 und 2 wurden miteinander vermischt und gehärtet. Es fand eine Hydratisierung des Schmelzzements statt und man erhielt ein starres Material.

V/enn die Härtungsgeschwindigkeit erhöht v/erden soll, kann einer der beiden Komponenten ein Beschleuniger für den Schmelzzement zugesetzt werden.

Paten tansprücho

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Claims

Fatentanspr ü ehe (1·/ Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Produktes durch Vermischen eines hydraulischen Bindemittels mit einem Polymer in Gegenwart von Wasser und Härten des Gemisches, dadurch gekennzeichnet , daß rnan

1. eine Dispersion des hydraulischen Bindemittels in einer nicht-wäßrigen Flüssigkeit und

2. Wasser

miteinander vermischt, wobei die Komponente 1 oder 2 oder beide komponenten eine Lösung oder Dispersion des Polyraern enthalten,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine der beiden Komponenten oder beide einen oberflächenaktiven Stoff enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das T'olyraer in dem einen oberflächenaktiven Stoff enthaltenden V/asser dispergiert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das hydraulische Binde Gipsmörtel oder Portlandzement oder Schmelzzement ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dar. Polymer natürlicher Kautschuk ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht-wäßrige Flüssigkeit ein Streckmittel oder Weichmacher für das Polymer ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge des Polymers 5 bis 100 Gew.-^, bezogen auf das hydraulische Bindemittel, beträgt..

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge der nicht-wäßrigen Flüssigkeit, bezogen auf das Polymer, 20 bis 250 Gew.-¹Js beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch g e kennzeichnet , daß die Menge des Wassers aindeutcns die zur Hydratisierung des hydraulischen .Bindemittels notwendige Menge, jedoch höchstens 200 Gew. -^c/>, bezogen auf das hydraulische Bindemittel, beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch g e kennzeichnet , daß ein nicht-ionischer oberflächenaktiver Stoff in dem Gemisch in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-;', bezogen auf das Gesamtgewicht von Polymer und nicht-wüßriger Flüssigkeit, enthalten ist.

11. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend ein hydraulisches Bindemittel und ein Polymer, wobei das hydraulische Binde-

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mittel in einer Menge von 50 bis 800 Gew.-?i, bezogen au.f die nicht-wäßrige Flüssigkeit, die nioht-vmßrige Flüssig keit in einer Meng.e von 20 bis 250 Gew.-%, bezogen auf das Polymer und das Polymer in einer Menge von 5 bis 100 Gew.-?'·, bezogen auf das hydraulische Bindemittel, enthalten ist.

12. Mittel nach Anspruch 11, -dadurch gekennzeichnet , daß es zusätzlich einen nicht-ionischen oberflächenaktiven Stoff in einer Menge von 0,5 bis 10 Gcv/.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Polymer und nicht-wäßriger Flüssigkeit, enthält.

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