DE2547744B2 - Durch Wasserzusatz selbsthärtendes Zementpulvergemisch - Google Patents
Durch Wasserzusatz selbsthärtendes ZementpulvergemischInfo
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Description
35
Carboxylatzemente werden bekanntlich durch die Reaktion eines Carbonsäurepolymerisats mit einer
ionenabgebenden anorganischen Verbindung erhalten. Derartige Zemente werden beispielsweise in der GB-PS
13 16 129 beschrieben. Dort ist die ionenabgebende anorganische Verbindung ein Fluoraluminiumsilicatglaspulver,
in welchem entweder das Gewichtsverhältnis von SiO2 zu Al2O] 1,5 bis 2,0 zu 1 und das
Gewichtsverhältnis von Fluor zu AI2Os 0,6 bis 2JS zu 1
beträgt oder das Gewichtsverhältnis von SiO2 zu AI2O3
0,5 bis 14 zu 1 und das Gewichtsverhältnis von Fluor zu
AI2O3 0.25 bis 2,0 zu 1 lautet. Die Carboxylatzemente
wurden ursprünglich vor allem für die Anwendung als Zahnzemente oder auf chirurgischem Gebiet entwikkelt;
in beiden Fällen werden geringe Mengen Material benötigt Der relativ starke Fluorgehalt der bisher
benötigten Glaspulver erschwert und verteuert jedoch deren Herstellung in größerem Maßstab und es war
deshiib bisher nicht möglich, Carboxylatzemente für großvolumige Anwendungen zu entwickeln. «
Gegebenenfalls fluorhaltige Gläser werden auch auf ganz anderen Gebieten eingesetzt. So zeichnen sich
Gläser der Zusammensetzung 40 bis 50% SiO2, 10 bis 25% AI2O3, 15 bis 35% (CaO + MgO + BaO) und 0 bis
5% Fluor durch ihre chemische Beständigkeit und eo UnempfindlicMceit gegen Neutronenstrahlung aus und
werden auf kerntechnischem Gebiet eingesetzt (GB-PS 8 61440. FRPS 1152 230). Kristalline Gläser der
Zusammensetzung 15 bis 40% CaO. 3 bis 35% AI2Oi und
40 bis 75% SiOj weisen einen Marmoreffekt auf und *>
werden daher als Marmorersatz verwendet (US-PS 37 61 235).
Es hat sich nun überraschend gezeigt. (IaD besonders
brauchbare Carboxylatzemente erhalten werden, wenn der Fluorgehalt des ionenabgebenden Aluminiumsilicatglaspulvers
auf einen kleinen Wert verringert oder sogar völlig ausgeschaltet wird und die Basizität des
Glases in entsprechender Weise gesteuert wird.
Gegenstand der Erfindung ist das in den vorstehenden Patentansprüchen gekennzeichnete durch Wasserzusatz
selbsthärtende Zementpulvergemisch. Es enthält ein wasserlösliches Carbonsäurepolymerisat oder dessen
Vorläufer, ein chelatbildendes Mittel und ein Aluminiumsilicatglaspulver oder Fiuoraluminiumsilicatglaspulver
bestimmter Zusammensetzung, dessen Verhältnis von sauren zu basischen Oxiden so gewählt ist,
daß das Glaspulver mit dem Carbonsäarepolymerisat und Chelatbildner in Gegenwart von Wasser unter
Bildung eines Carboxylatzementes reagiert
Mit Hilfe der neuen Zementpulvergemiscbe wird der
Anwendungsbereich von Gläsern, die urauchbare Carboxylatzemente liefern, erheblich erweitet Gleichzeitig
wird eine größere technische Kontrolle hinsichtlich Verarbeitungszeit, Abbindezeit, Schrumpfen, Festigkeit,
Hydrolysebeständigkeit und ästhetisches Aussehen ermöglicht
Das Zementpulvergemisch kann in der Zahnheilkunde sowie in der Kncchenchirurgie Anwendung finden,
und zwar zur Unterstützung beim Wiedereinrichten von Knochenbrüchen sowie zur Herstellung von in Gegenwart
von Wasser bzw. Feuchtigkeit härtbaren chirurgischen Verbänden. Es eignet sich besonders zum
Zementieren in feuchter Umgebung und wird als Verguß-Zement verwendet. Außerdem ist es für
Bindemittel geeignet beispielsweise für den Sand-Guß in der Gießerei
Das Glaspulver entspricht der Zusammensetzung 10 bis 65 Gew.-% SiO2,15 bis 50 Gew.-% AI2O3 und 0 bis 50
Gew.-% Calciumoxid sowie 0 bis 8% Fluor. Zu den Gläsern, die AI2O3, SiO2 und Calciumoxid enthalten,
gehören die Gehlenit- und Anorthit-Gläser. Die Oxide, die die Glaszusammensetzung kennzeichnen, liegen in
chemischer Bindung miteinander und nicht als freie Oxide in der Grundmasse des Aluminiumsilicatglases
oder Fluoraluminiumsilicatglases vor. Die für die
Glaszusammensetzung angegebenen Mengenverhältnisse der Oxide beziehen sich auf die in die
Glasschmelze eingebrachten Mengen dieser Oxide, die in manchen Fällen auch als die entsprechenden
Carbonate eingesetzt werden.
Das Gewichtsverhältnis von sauren und basischen Oxiden zueinander beträgt 0,1 bis 3,0 zu 1 und liegt
insbesondere bei 0,2 bis 24 zu 1. Es ist so gewählt, daß
der Carboxylatzement innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne — Verarbeitungszeit genannt — steif wird;
diese Zeitspanne ist üblicherweise kürzer als IO min. Es
hat sich gezeigt daß die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmender Basizität des Glases zunimmt und daß
daher das Verhältnis der Oxide zueinander so gewählt werden kann, daß eine angemessene Arbeitszeit für die
gewünschte Verformung des Zementes möglich wird, bevor dieser abgebunden hat. Für zahlreiche Anwendungsgebiete
wird einz Verarbeitungszeit von etwa 5 min oder weniger angestrebt und weiterhin eine
möglichst kurze Abbindezeit, innerhalb derer der Zement aushärtet und eine annehmbare Druckfestigkeit
erreicht.
Das wichtigste sauie Oxid ist die Kieselsäure bzw.
SiOj; daneben kann das Glaspulver auch kleinere Mengen an Phosphorpentoxid und Boroxid enthalten.
Das wichtigste baMSche Oxid ist Tonerde AIjOj. die
trotz ihrer amphoteren Eigenschaften im Sinne der vorliegenden Beschreibung ausschließlich als basisches
Oxid angesehen werden kann. Wünsclnenswerterweise
enthält das Glaspulver noch mindestens ein weiteres basisches Oxid, und zwar Calciumoxid, dessen Anteil in
der Glaszusammensetzung bis zu 50 Gew.-% ausmachen kann. Das Calciumoxid kann auch teilweise durch
Natriumoxid ersetzt sein.
Die erfindungsgemäß verwendeten Glaspulver werden hergestellt, indem Gemische der lComponenten in
den entsprechenden Mengenverhältnissen bei Temperaturen oberhalb 9000C, vorzugsweise im Bereich von
1050 bis 15500C geschmolzen werden. Die Schmelzdauer
beträgt vorzugsweise 1 bis 4 h. S1O2 und AI2O3 werden
dem Gemisch als Oxide zugesetzt; Calciumoxid und Natriumoxid können auch als Calciumcarbonat und
Natriumcarbonat in die Schmelze eingebracht werden; der Hinweis auf die Anwesenheit dieses Oxids in dem
Glasschmelze-Gemisch schließt die Möglichkeit ein, daß diese Komponente als Carbon at oder andere
Verbindung zugesetzt wird, die sich ir. gleicher Weise
unter den Bedingungen der Glasschmelze zersetzt und das Oxid liefert
Durch die Zugabe von Carbonat zu dem Schmelzgemisch wird die Schmelztemperatur verringert; es kann
daher als Flußmittel angesprochen werden. Gegebenenfalls kann dem Gemisch aber noch ein zusätzliches
Flußmittel zugegeben werden; dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn die Glasmasse weniger als 10
Gew.-% Calciumoxid enthält In diesem Zusammenhang haben sich Fluoride, wie Fluorit und Kryolith als
besonders brauchbare Flußmittel erwiesen. Da angestrebt wird, daß das Schmdzgem&ch keine große
Mengen an Fluoriden enthält, wird der Fluoranteil im Glaspulver bis zu 8 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Masse bzw. des Glases gehalten. Sehr gute Ergebnisse werden mit Fluorit (CaFj) als
Flußmittel erzielt, wenn dessen Menge weniger als 15%
oder mehr als 90 MoI-% der Gesamtmenge an Fluorit und Calciumoxid in dem Gemisch bzw. im Glas
ausmacht Andere Flußmittel, beispielsweise Calciumphosphat und Aluminiumphosphat können ebenfalls zur
Anwendung gelangen, werden jedoch nicht in diesem Maße bevorzugt Die Gesamtmenge an Flußmitteln im
Glasgemisch, einschließlich des Carbonate, kann bis zu 50 Gew.-% betragen, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Gemisches.
Die geschmolzene Glasmasse wird abgegossen und schnell abgekühlt, beispielsweise in Luft oder in Wasser
oder einer Kombination von beiden. In erster Annäherung kann man davon ausgehen, daß das
Mengenverhältnis der verschiedenen lComponenten im Glas das gleiche ist wie im Gemisch. Etwas Fluor kann
jedoch während der Reaktion verlorengehen, wenn ein fluoridhaltiges Flußmittel eingesetzt worden ist Das
Glas läßt sich leicht in ein feines Pulver aberfahren, dessen Korngröße so beschaffen sein soll, daß beim
Vermischen des Zementpulvergemisches mit Wasser eine glatte Zementpaste erhalten wird, die innerhalb der
brauchbaren Zeitspanne abbindet. Vorzugsweise soll die Korngröße <
0,104 mm und insbesondere <0,04 mm sein. Das Zementpulvergerrisch kann auch verschiedene
Glaspulver enthalten, wenn dies gewünscht wird.
Das Carbonsäurepolymerisat ist ein Homo- oder Copolymerisat von ungesättigten aliphatischen Carbonsäuren,
wie Acrylsäure, Itaconsäure, Mesaconsäure, Citraconsäure und Aconitsäure und gegebenenfalls
weiteren ungesättigten aliphatischen Monomeren, wie Acrylamid und Acrylnitril. Bevorzugt werden die
Homo· und Copolymerisate der Acrylsäure, vor allem Copolymerisate aus Acrylsäure und Itaconsäure, wie sie
in der DE-OS 24 39 882 beschrieben werden. Es kann auch eine Vorläuferverbindung für ein Carbonsäurepolymerisat
verwendet werden, die bei Berührung mit Wasser in das Carbonsäurepolymerisat übergeht,
beispielsweise ein Carbonsäureanhydridpolymerisat oder ein geeignetes anderes Polymer. Das Carbonsäureanhydridpolymerisat
kann wiederum ein Homopolymerisat aus einem ungesättigten Carbonsäureanhydrid sein
oder ein Copolymerisat mit einem Vinylmonomeren, vor allem mit einem Vinylkohlenwasserstoffmonomerea
Gute Ergebnisse werden mit Homopolymerisaten aus Maleinsäureanhydrid und Copolymerisaten aus
Maleinsäureanhydrid und Äthylen, Propen, Buten und Styrol erhalte».
Das Carbonsäurepolymerisat oder seine Vorläuferverbindung
ist vorzugsweise linear, obwohl auch verzweigte Polymerisate in Frage kommen; ihr
mittleres Molekulargewicht liegt vorzugsweise bei 1000
bis 250 000 und insbesondere im Bereich von 5000 bis 100 000. Im Sinne der Beschreibung ist das mittlere
Molekulargewicht das durch eine absolute Methode, wie Lichtstreuung oder Ultrazentrifugen-Sedimentation
bestimmte Molekulargewicht
Das Zementpulvergeraisch kann zusammen mit dem
benötigten Wasser in gebrauchsfertigen Packungen bereitgestellt werden, vorausgesetzt, daß das Wasser
nicht vorzeitig reagieren kann. Dabei macht das Aluminiumsilicatglaspulver oder Fluoraluminiumsilicatglaspulver
vorzugsweise 15 bis 85 Gew.-°/o, das Carbonsäurepolymerisat vorzugsweise 3 bis 50 Gew.-%
und das Wasser vorzugsweise 5 bis 70 Gew.-% aus, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht der Komponenten.
Das Zementpulvergemisch wird mit Wasser zu einer plastischen Masse vermischt die gegossen, preßgeformt
oder auf andere Weise in die benötigte Form gebracht
*o werden kann innerhalb der kurzen Zeitspanne, in der
das Gemisch seine plastischen Eigenschaften beibehält. Die Masse beginnt innerhalb weniger Minuten hart zu
werden und hat im allgemeinen innerhalb von 10 Minuten nach dem Mischen abgebunden. Das Ausmaß
der Härte und Festigkeit des Endproduktes werden zum Teil bestimmt durch das Verhältnis von Glaspulver zu
der entstehenden Carbonsäurepolymerisatlösung, die vorzugsweise 20 bis 65 Gew.-% Carbonsäurepolymerisat
enthält. Das optimale Verhältnis für ein bestimmtes Glaspulver und ein bestimmtes Carbonsäurepolymerisat
kann durch Vorversuche leicht ermittelt werden. Zu wenig oder zu viel Glaspulver ergibt allgemein ein
Gemisch, das sich nur sehr schwer in die gewünschte Form bringen läßt. Besonders gute Ergebnisse wurden
mit einem Verhältnis von 2 bis 10 Gew.-Teilen Aluminium- oder Fluoralutniniumsilicatglaspulver auf 1
Gew.'Teil Carbonsäurepolymer oder dessen Vorläufer erzielt. Für ein gegebenes System wird eine Verbesserung
der Verarbeitungszeit und häufig durch das
vorhandene wasserlösliche chelatbildende Mittel, wie beispielsweise in der DE-OS 23 19 715 beschrieben, eine
Verminderung der Abbindezeit zusammen mit einer Zunahme der Druckfestigkeit erzielt.
Es wurde eine Reihe von Gläsern hergestellt durch Zusammenschmelzen von Gemischen aus Siliciumdioxid,
Aluminiumoxid, Calcium- und Natriumcarbonaten
y,]
lit
in einem Plaiin-Schmelztiegel. Die Mengenanteile und die Schmelzbedingungen sind in der nachfolgenden
Tabelle 1 angegeben.
Die Glasschmelze wurde abgegossen und schnell abgekühlt und dann getrocknet und zu einem Pulver mit
Korndurchmesser <50μπι (entsprechend dem British
Standard-Sieb 350 mesh) vermählen.
Der Fluorgehalt der Glaser C und I v/urde mit Hilfe der von A.C.D. Newman in »Analyst«, 1968, Bd. 93,
Seite 827 angegebenen Methode bestimmt
Zur Herstellung von Zementpulvergemischen A bis I wurden die Glaspulver A bis I entsprechend der
folgenden Tabelle 2 mit jeweils 4,75 g eines Acrylsäure/ Itaconsäure-Copolymeren, enthaltend 47,4% Itaconsäure-Einheiten
und hergestellt wie in der DE-OS 24 39 882 beschrieben und mit jeweils 0,5 g Weinsäure vermischt
Zur Herstellung von Zementen winden die Zementpulvergemische
mit Wasser versetzt entspreciiend einer 47,5o/oigen (GewVGew.) Lösung des Acrylsäure/
Itaconsäure-Copolymeren und einer 5gew.-°/oigen Lösung der Weinsäure wie in der DE-OS 24 39 882
beschrieben. Die Eigenschaften der erhaltenen Zementgemische und Zemente sind in der folgenden Tabelle 3
zusammengefaßt
Tabelle 1 | Glas | B | C | D | E | F | G | H | I |
A | 60 | 120 | 240 | 87 | 286 | 120 | 240 | 120 | |
180 | 102 | 102 | 102 | 102 | 200 | 102 | 102 | 102 | |
SiO2, g | 102 | 112 | 93 | 168 | 78 | 64 | 168 | 112 | 101 |
Al2O3, g | 56 | 39 | |||||||
CaO*), g | 26 | 156 | |||||||
Na2O*), g | 1400 bis | 1450 | 1450 | 1430 | 1400 bis | 1525 | 1430 bis | 1450 | |
CaF2, g | 1500 bis | 1550 | 1500 | 1500 | |||||
Schmelz- | 1550 | 85 min | 90 min | 90 min | 90 min | 2,25 h | 85 min | 2h | 90 min |
temp., C | 4h | ||||||||
Zeit | |||||||||
*) Zugegeben als Carbonat
Tabelle 2
Tabelle 2
Zementpulvergemisch
AB C1 C2
AB C1 C2
ABCCDEEFFGGHI
Glaspulver, g 30 70 20 25 10 "Ό 25 25 27,5 20 25 30 25
Copolymere 4,75 4,75 4 75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4.75 4,7j Weinsäure, g 0,5 0,5 0,5 0.5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Glaspulver, g 30 70 20 25 10 "Ό 25 25 27,5 20 25 30 25
Copolymere 4,75 4,75 4 75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4,75 4.75 4,7j Weinsäure, g 0,5 0,5 0,5 0.5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Zementpulvergemisch
AB C, C2
AB C, C2
E2
G,
G2 H
Diametrale Festig- 4,5
kcit (N/mm2)
Löslichkeit, %
kcit (N/mm2)
Löslichkeit, %
104 120
11,0 11,9
11,0 11,9
0.1
0,14
2,5
Glaspulver/Flüssig- 3
keit, g/ml
Verarbeitungszeit, 5,25 2,25 0,75 0,5 1
min*)
Abbindezeit, min 8,25 3,5 2,5 2,25 5
(unter Verwendung
einer 454-g-Gil-
more-Nadel bei
37C)
Druckfestigkeit
(N/mm2)
(N/mm2)
2 2,5 2,5 2,75 2 2,5 3 1 1,25 1,5 1,5 1,25 0,5 1,5
3,5 3,25 3,75 3,75 2,75 2,5 4
87 96
56
0,55 0,2 0,16 1,34
0,21
35
1,42
") Bestimmt mit e ner 28-g-Gilmore-Nadel vom φ 1.05 mm: Zeitpunkt, m dem die Nadel keinen Eindruck von 0,5 mm mehr
verursacht.
Claims (4)
1. Durch Wasserzusatz selbsthärtendes Zementpulvergemisch,
bestehend aus
a) einem wasserlöslichen Carbonsäurepolymerisat oder dessen Vorläufer
b) einem Glaspulver und
c) einem chelatbildenden Mittel
dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente b) ein Aluminiumsilicat- oder Fluoraluminiumsilicatglaspulver
der Zusammensetzung
10bis65Gew.-%SiO2
15bis50Gew.-%Al2O3
15bis50Gew.-%Al2O3
0 bis 50 Gew.-% CaO
Obis 8Gew.-%Fluor
und einem Gewichtsverhältnis von sauren zu basischen Oxiden von 0,1 bis 3, wobei Al2O3 als
basisches Oxid gerechnet wird, enthält.
2. Zementpulvergemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf 1 Gew.-Teil
Komponente a) 2 bis 10 Gew.-Teile Komponente b) enthält
3. Zementpulvergemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente a)
ein Acrylsäure-Itaconsäure Copolymerisat enthält
4. Zementpulvergemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente c)
Weinsäure enthält
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