DE3401813C2 - - Google Patents

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DE3401813C2
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polyalkylene glycol
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Hideaki Matsuda
Takasi Marugame Kagawa Jp Saheki
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Okura Industrial Co Ltd
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Okura Kogyo Kk Marugame Kagawa Jp
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F283/06—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein leichter und fester Kunststoff- Beton, der geringe Schrumpfung zeigt, und ein Verfahren zu seiner Herstellung durch Erzeugung einer Wasser-in-Öl-Emulsion aus monomeren Vinylverbindungen und einer Zementaufschlämmung in Gegenwart eines Polyalkylenglykol- Derivates mit terminalen Carboxylgruppen, das ein Additionsprodukt aus einem Polyalkylenglykol und einem zweibasigen Säureanhydrid ist, und Aushärten und Trocknen der Emulsion.
Zementbeton wird derzeit in der Bauindustrie in großem Umfang verwendet. Seine Nachteile sind hohes Gewicht und Sprödigkeit. Um das Gewicht von Zementbeton zu vermindern, müssen feine Bläschen in die Zementaufschlämmung eingebracht oder Zuschlagstoffe mit geringem Gewicht mit der Zementaufschlämmung vermischt werden. Diese Verfahren bewähren sich aber in der Praxis nicht, da der Beton starkes Schrumpfen beim Trocknen, Kriechen usw. sowie geringe mechanische Festigkeit zeigt. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird derzeit ein Verfahren angewendet, bei dem Zementbeton unter bei hoher Temperatur und hohem Druck gesättigtem Dampf ausgehärtet wird. Auch dieses Verfahren ist aber für die Herstellung von hochfestem Beton noch unbefriedigend.
Die DE-OS 27 13 950 bezieht sich auf Emulsionen aus Wasser und einem im wesentlichen aus einem ungesättigten Polyester und einem ungesättigten Monomeren bestehenden Gemisch sowie die Verwendung derartiger Emulsionen bei der Herstellung härtbarer Mischungen, die ein durch Hydratation abbindendes Bindemittel enthalten, z. B. gebrannten Gips und Portland-Zement.
Ferner wurde zur Erhöhung der physikalischen und mechanischen Festigkeit von Leichtbeton mit Polymerisaten imprägnierter Beton vorgeschlagen. Derartiger Beton wird durch Imprägnieren eines leichten Beton-Basismaterials mit einer monomeren Vinylverbindung und Polymerisieren der Vinylverbindung durch Bestrahlung oder durch Imprägnieren eines leichten Beton-Basismaterials mit einer monomeren Vinylverbindung, die vorher mit einem Polymerisationsinitiator vermischt wurde, und Polymerisieren der Vinylverbindung durch Erhitzen hergestellt. Die physikalische Festigkeit des nach den genannten Verfahren erhaltenen, mit Polymerisat imprägnierten Betons ist im Vergleich zum Basismaterial erheblich verbessert. Ferner werden auch die Elastizität, chemische Widerstandsfähigkeit, Beständigkeit gegen Gefrieren und Schmelzen und ähnliche Eigenschaften des Betons verbessert. Der mit Polymerisat imprägnierte Beton schafft jedoch verschiedene Schwierigkeiten im Hinblick auf die Produktivität. Um nämlich die Festigkeit des polymerisatimprägnierten Betons wirksam zu erhöhen, ist eine vorherige Trocknung des imprägnierten Basismaterials erforderlich, so daß sein Wassergehalt geringer als 0,5% wird. Ferner muß in einem Verfahren Strahlung gehandhabt werden, während im anderen Verfahren eine Polymerisation durch Erhitzen durchgeführt werden muß, die mit einem großen Verlust an monomerer Vinylverbindung verbunden und deshalb unwirtschaftlich ist. Schließlich sind die Verfahrensstufen schwierig durchzuführen. Diese Nachteile ergeben eine Erhöhung der Herstellungskosten des polymerisatimprägnierten Betons und behindern seine praktische Verwendung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen leichten und festen Kunststoff-Beton in wirksamer und wirtschaftlicher Weise zu schaffen und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den überraschenden Befund gelöst, daß ein Kunststoff-Beton mit den genannten Eigenschaften bei Verwendung einer niedrigviskosen Wasser-in-Öl- Emulsion (= umgekehrte Emulsion, invertierte Emulsion) erhalten werden kann, wobei eine Gewichtsverminderung des Zementbetons und eine Verstärkung des Betons durch den Einbau eines Polymerisats gleichzeitig erreicht werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein
Kunststoff-Beton, erhältlich durch
Herstellung eines Gemisches aus
  • - einer Zementaufschlämmung in Wasser und
  • - einem Gemisch aus Vinylmonomeren und einem Polyalkylenglykol- Derivat mit terminalen Carboxylgruppen, das ein Additionsprodukt aus einem Polyalkylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 der allgemeinen Formel I in der R einen Alkylrest bedeutet und einen zweibasigen Säureanhydrid darstellt,
in einem Verhältnis von wäßriger zu organischer Phase, das die Herstellung einer Wasser-in-Öl-Emulsion ermöglicht,
Erzeugung einer zementhaltigen Wasser-in-Öl-Emulsion aus den Komponenten und
Polymerisation der Vinylmonomeren in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators während der Aushärtung des Zementes sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoff-Betons.
In der allgemeinen Formel I bedeutet R vorzugsweise die Methyl- oder Äthylgruppe.
Im Verfahren der Erfindung wird ein Kunststoff-Beton hergestellt. Dazu wird eine Wasser-in-Öl-Emulsion von monomeren Vinylverbindungen in Gegenwart eines Polyalkylenglykol- Derivates mit terminalen Carboxylgruppen und einer Zementaufschlämmung hergestellt. Die Wasser-in-Öl-Emulsion wird in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators polymerisiert, während der Zement aushärtet. Das Polyalkylenglykol-Derivat mit terminalen Carboxylgruppen ist ein Additionsprodukt aus einem Polyalkylenglykol der allgemeinen Formel I und einem zweibasigen Säureanhydrid.
Im folgenden wird die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kunststoff-Betons erforderliche Wasser-in-Öl-Emulsion auch als "Emulsion" bezeichnet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Herstellung eines Kunststoff-Betons unter Verwendung einer Wasser-in-Öl- Emulsion mit niedriger Viskosität, bei dem gleichzeitig eine Gewichtsverminderung des Zementbetons und eine Verstärkung des Betons durch den Einbau eines Polymerisates erzielt werden.
Fig. 1 ist eine Mikroskop-Photographie des in Beispiel 7 erhaltenen leichten Kunststoff-Betons der Erfindung.
Das spezifische Gewicht des im Verfahren der Erfindung erhaltenen Kunststoff-Betons kann durch Steuerung der dem Zement zugesetzten Wassermenge eingestellt werden. Bei größerer Wassermenge im Zement ist das spezifische Gewicht des durch Trocknung des ausgehärteten Produkts erhaltenen Kunststoff-Betons geringer. Andererseits ist das spezifische Gewicht höher, wenn die Wassermenge geringer ist. Die im Verfahren der Erfindung erhaltene Wasser-in-Öl-Emulsion hat merkmalsgemäß eine geringe Viskosität und kann leicht mit organischen oder anorganischen Füllstoffen oder Verstärkungsmitteln vermischt werden. Der so erhaltene Kunststoff- Beton kann als wasserhaltiges gehärtetes Produkt ohne Trocknung verwendet werden.
Die Emulsion der Erfindung wird durch Zugabe einer Zementaufschlämmung zu monomeren Vinylverbindungen in Gegenwart des genannten Polyalkylenglykol-Derivates und anschließendes kräftiges Rühren hergestellt. Falls erforderlich, können Zusätze, wie Verstärkungsmittel, Zuschlagsstoffe mit geringem Gewicht, Flammverzögerer, Füllstoffe oder Färbemittel, dem Gemisch zugesetzt werden.
Die für die Herstellung der Polyalkylenglykol-Derivate verwendeten Polyalkylenglykole haben die allgemeine Formel I. Bevorzugte Beispiele sind Polypropylenglykol und Polybutylenglykol. Das mittlere Molekulargewicht des Polyalkylenglykols liegt im Bereich von 1000 bis 10 000, vorzugsweise von 2000 bis 5000. Wenn das mittlere Molekulargewicht des Polyalkylenglykols kleiner als 1000 ist, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Herstellung der Wasser-in-Öl-Emulsion. Ist das Molekulargewicht dagegen größer als 10 000, dann wird die Viskosität der Emulsion zu hoch und ihre Handhabung schwierig.
Hinsichtlich des zweibasigen Säureanhydrids, das an die terminalen Hydroxylgruppen des Polyalkylenglykols gebunden werden soll, bestehen keine besonderen Beschränkungen. Spezielle Beispiele für geeignete zweibasige Säureanhydride sind Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid und Hexahydrophthalsäureanhydrid. Besonders geeignet sind Maleinsäureanhydrid und Bernsteinsäureanhydrid, da die Additionsreaktion mit diesen Verbindungen besonders gut verläuft. Bei der Verwendung eines zweibasigen Säureanhydrids mit einer Doppelbindung, wie Maleinsäureanhydrid zur Addition an die terminalen Hydroxylgruppen des Polyalkylenglykols ergeben die terminalen Doppelbindungen des Polyalkylenglykol-Derivates eine Copolymerisation mit den monomeren Vinylverbindungen, wodurch das Polyalkylenglykol- Derivat in das Polymerisat eingebaut wird. Die dadurch erzielte physikalische Festigkeit des Kunststoff- Betons ist im allgemeinen hoch. Deshalb eignet sich diese Ausführungsform besonders zur Herstellung von hochfestem Kunststoff-Beton.
Das vorstehend genannte Polyalkylenglykol-Derivat weist terminale Carboxylgruppen auf, die Esterbindungen eingehen. Die dann endständigen Carboxylgruppen werden durch Metall- Kationen, wie Ca⁺⁺ oder Mg⁺⁺ neutralisiert, die von der Zementaufschlämmung stammen. Diese Neutralisierung erfolgt in der Stufe des Vermischens von Zementaufschlämmung und monomeren Vinylverbindungen beim kräftigen Rühren des Gemisches. Das neutralisierte Produkt, das aus einem Metallsalz des Polyalkylenglykol-Derivates besteht und in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugt wurde, wirkt als wirksamer Emulgator vom Wasser-in-Öl-Typ für monomere Vinylverbindungen, wodurch eine Wasser-in-Öl-Emulsion gebildet wird.
Im Verfahren der Erfindung kann das Polyalkylenglykol-Derivat als solches eingesetzt werden, ohne daß die Notwendigkeit einer vorherigen Neutralisierung mit einer Base besteht. Dies stellt einen wirtschaftlichen Vorteil dar. In anderen Worten besteht einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung darin, daß die Neutralisationsreaktion in der Stufe der Zugabe der Zementaufschlämmung zur Bildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion stattfindet.
Im Hinblick auf die zur Herstellung der genannten Emulsion eingesetzten monomeren Vinylverbindungen bestehen keine besonderen Beschränkungen. Spezielle Beispiele für geeignete monomere Vinylverbindungen sind Styrol, α-Methylstyrol, Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Acrylnitril, Divinylbenzol, Diacrylsäureester oder Methacrylsäureester eines Alkylenglykols, Acrylsäureester oder Methacrylsäureester von mehrwertigen Alkoholen und dergleichen. Diese Monomeren können einzeln oder als Gemisch verwendet werden. Zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit und anderer Eigenschaften des erzeugten Vinylpolymerisates ist im allgemeinen die Verwendung der monomeren Vinylverbindung zusammen mit einer Divinyl- oder Trivinylverbindung, wie Äthylenglykoldimethacrylat oder Trimethylolpropantrimethacrylat, bevorzugt.
Auch im Hinblick auf den zur Herstellung der Zementaufschlämmung verwendeten Zement bestehen keine besonderen Beschränkungen. Es können beispielsweise Portland-Zement, Hochofen- Zement, Flugasche-Zement, Aluminiumoxid-Zement oder Magnesiumoxid- Zement verwendet werden. Die Zementaufschlämmung wird durch sorgfältiges Vermischen von Zement und Wasser hergestellt. Das Gewichtsverhältnis ist nicht besonders kritisch, wobei jedoch ein Gewichtsverhältnis Zement : Wasser von etwa 100 : 20 bis etwa 100 : 500 bevorzugt ist.
Die Menge an Polyalkylenglykol-Derivat für die Herstellung der Emulsion beträgt gewöhnlich etwa 1 bis 50, vorzugsweise etwa 3 bis 30 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile monomere Vinylverbindung. Wenn die Menge an Polyalkylenglykol- Derivat größer als 50 Gewichtsteile ist, wird die Viskosität der erhaltenen Emulsion höher, und die Eigenschaften des durch Härtung der Emulsion erhaltenen Kunststoff-Betons sind nicht gut. Beträgt die Menge an Polyalkylenglykol-Derivat andererseits weniger als 1 Gewichtsteil, kann keine stabile Emulsion erhalten werden.
Da die Viskosität der so erhaltenen Emulsion im allgemeinen niedrig ist, ist diese gießfähig, auch wenn sie mit organischen oder anorganischen Füll- und/oder Verstärkungsstoffen vermischt wird. Dies stellt ein Merkmal der Erfindung dar, das bei der Herstellung von Gießlingen sehr günstig ist.
Die gemäß vorstehender Beschreibung hergestellte Emulsion wird in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators polymerisiert. Dazu wird ein radikalbildendes Mittel oder ein Redox-Katalysator als Polymerisationskatalysator verwendet. Die Polymerisationstemperatur unterliegt keinen besonderen Begrenzungen.
Erfindungsgemäß wird der Zement gehärtet, während die monomere Vinylverbindung polymerisiert. Dazu können übliche Härtungsverfahren für gewöhnlichen Zement benutzt werden. Beispielsweise kann der Zement in gesättigtem Wasserdampf oder in Wasser gehärtet werden.
Der durch Polymerisation der monomeren Vinylverbindung und Härtung des Zements in vorstehend beschriebener Weise erhaltene wasserhaltige Kunststoff-Beton kann als wasserhaltiges gehärtetes Produkt ohne Trocknung verwendet werden. Insbesondere wenn eher hohe Festigkeit als geringes Gewicht gewünscht wird, kann ein Kunststoff-Beton mit hohem spezifischem Gewicht, aber auch hoher Festigkeit erhalten werden, wenn eine Emulsion erzeugt wird, dabei der Wassergehalt in der Stufe der Herstellung der Zementaufschlämmung so gering wie möglich gehalten und dann die Emulsion polymerisiert und gehärtet wird. Durch Zuschlag von gebrochenen Steinen, Sand, Perlit, Glasfasern, Metallfasern oder synthetischen Fasern zur Emulsion bei deren Herstellung kann ein Kunststoff-Beton mit verschiedenen Eigenschaften hergestellt werden. Ferner kann durch Kombination eines Polymerisationskatalysators der bei Raumtemperatur härtenden Art und eines rasch härtenden Zements die Emulsion in kurzer Zeit nach dem Gießen der Emulsion in eine Form polymerisiert und gehärtet werden, wodurch die für den Abschluß der Arbeiten in der Bauindustrie erforderliche Zeit verkürzt werden kann.
Zur Herstellung von Kunststoff-Beton mit geringem Gewicht kann der wasserhaltige Kunststoff-Beton zur Entfernung des Wassers getrocknet werden. Außerdem kann durch Änderung des Mischungsverhältnisses von Zement und Wasser bei der Herstellung der Zementaufschlämmung leichter Kunststoff-Beton mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht hergestellt werden. Wenn geringes Gewicht und hohe Festigkeit gewünscht werden, ist eine Erhöhung des Polymerisatanteils im Kunststoff- Beton wirkungsvoll. Die physikalische Festigkeit des Kunststoff-Betons kann auch durch den Einbau von Glasfasern, Metallfasern oder synthetischen Fasern in die Zementaufschlämmung erhöht werden. Wenn flammverzögernde Eigenschaften gewünscht werden, kann ein leichter Kunststoff- Beton mit hoher Flammverzögerung durch Zusatz eines flammverzögernden Mittels, wie Aluminiumhydroxid, zur Zementaufschlämmung hergestellt werden.
Da der Kunststoff-Beton der Erfindung beim Trocknen praktisch nicht schrumpft, ist auch die Herstellung großdimensionierter Gießprodukte möglich. Der nach dem Verfahren der Erfindung erhaltene Kunststoff-Beton ist somit nicht nur für Bauzwecke, sondern auch als Gießmaterial und für ähnliche Verwendungen geeignet.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
80 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile Trimethylolpropantrimethacrylat (TMPT) und 10 Gewichtsteile Additionsprodukt von Maleinsäureanhydrid und Polybutylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 3000 werden mit 600 Gewichtsteilen Aufschlämmung aus 400 Gewichtsteilen Portland-Zement und 200 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Wasser-in-Öl-Emulsion mit niedriger Viskosität und guten Gießeigenschaften erhalten. Die Emulsion wird mit 0,5 Gewichtsprozent einer 10%-Lösung von Kobaltnaphthenat in Styrol und 0,5 Gewichtsprozent einer 55%-Lösung von Methyläthylketon-peroxid in Dimethylphthalat versetzt. Das erhaltene Gemisch wird in eine Form gegossen und 6 Stunden bei 60°C polymerisiert. Es wird ein wasserhaltiges Polymerisationsprodukt erhalten, das 4 Tage in einem Raum bei einer konstanten Temperatur von 40°C und einer konstanten relativen Feuchtigkeit von 95% zur weiteren Härtung des Zements gehalten wird. Dann wird das Produkt getrocknet, wobei ein harter und zäher Kunststoff-Beton mit geringem Gewicht erhalten wird.
Beispiel 2
80 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile TMPT und 14 Gewichtsteile Additionsprodukt von Maleinsäureanhydrid und Polypropylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 3000 (PPGMA-3000) werden mit 700 Gewichtsteilen Aufschlämmung aus 100 Gewichtsteilen Portland-Zement, 200 Gewichtsteilen Flußsand und 400 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion mit guten Gießeigenschaften erhalten. Die Emulsion wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise polymerisiert und gehärtet und dann zu einem leichten und zähen Kunststoff-Beton getrocknet.
Beispiel 3
80 Gewichtsteile Methylmethacrylat, 20 Gewichtsteile TMPT und 8 Gewichtsteile PPGMA-3000 werden mit 600 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 200 Gewichtsteilen Portland- Zement und 400 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion mit guten Gießeigenschaften erhalten. Die Emulsion wird mit 0,5 Gewichtsprozent 80%-Lösung von Cumolhydroperoxid in Cumol und 0,05 Gewichtsprozent Vanadylacetylacetonat versetzt. Das Gemisch wird in eine Form gegossen und 4 Stunden bei 60°C polymerisiert. Es wird ein wasserhaltiges Polymerisat erhalten. Das Produkt wird gemäß Beispiel 1 erwärmt, um den Zement weiter zu härten und dann zu einem leichten und zähen Kunststoff-Beton getrocknet.
Beispiel 4
80 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile TMPT und 8 Gewichtsteile PPGMA-3000 werden mit 600 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 200 Gewichtsteilen Portland-Zement und 400 Gewichtsteilen Wasser zusammen mit 20 Gewichtsteilen Glasfasern mit einer mittleren Faserlänge von 1,0 mm unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion erhalten. Die Emulsion wird mit 0,5 Gewichtsprozent Benzoylperoxid und 0,025 Gewichtsprozent Vanadylacetylacetonat versetzt. Das Gemisch wird in eine Form gegossen und 6 Stunden bei 60°C polymerisiert. Es wird ein wasserhaltiges Polymerisat erhalten. Das Produkt wird gemäß Beispiel 1 zur weiteren Härtung des Zements erwärmt und dann zu einem leichten und zähen Kunststoff-Beton getrocknet.
Beispiel 5
60 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile Acrylnitril, 20 Gewichtsteile TMPT und 8 Gewichtsteile PPGMA-3000 werden mit 600 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 200 Gewichtsteilen Portland-Zement und 400 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion mit guten Gießeigenschaften erhalten. Die Emulsion wird mit 0,5 Gewichtsprozent Benzoylperoxid und 0,025 Gewichtsprozent Vanadylacetylacetonat versetzt. Das Gemisch wird in eine Form gegossen und 4 Stunden bei 60°C polymerisiert. Es wird ein wasserhaltiges Polymerisat erhalten. Das Produkt wird gemäß Beispiel 1 zur weiteren Härtung des Zements ausgehärtet und dann zu einem leichten Kunststoff- Beton getrocknet.
Beispiel 6
60 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile Acrylnitril, 20 Gewichtsteile TMPT und 8 Gewichtsteile PPGMA-3000 werden mit 600 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 200 Gewichtsteilen Portland-Zement und 400 Gewichtsteilen Wasser zusammen mit 20 Gewichtsteilen Glasfasern mit einer mittleren Faserlänge von 1,0 mm unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion erhalten. Die Emulsion wird mit 0,5 Gewichtsprozent Benzoylperoxid und 0,025 Gewichtsprozent Vanadylacetylacetonat versetzt. Das Gemisch wird in eine Form gegossen und 16 Stunden bei Raumtemperatur polymerisiert. Es wird ein wasserhaltiges Polymerisat erhalten. Das Produkt wird gemäß Beispiel 1 zur weiteren Härtung des Zements ausgehärtet und dann zu einem leichten Kunststoff-Beton getrocknet.
Beispiel 7
80 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile TMPT und 8 Gewichtsteile PPGMA-3000 werden mit 600 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 200 Gewichtsteilen Portland-Zement und 400 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion mit guten Gießeigenschaften erhalten. Die Emulsion wird wie in Beispiel 4 gehärtet und zu einem leichten Kunststoff-Beton getrocknet.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Zementaufschlämmung, erhalten durch sorgfältiges Vermischen von 100 Gewichtsteilen Portland-Zement, 360 Gewichtsteilen Flußsand und 72 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren wird in eine Form gegossen und nach 20 Stunden aus der Form entnommen. Das Produkt wird 7 Tage in einem auf einer konstanten Temperatur von 40°C und einer konstanten relativen Luftfeuchtigkeit von 95% gehaltenen Raum gehärtet und dann zu einem Betonblock getrocknet.
Vergleichsbeispiel 2
Eine durch sorgfältiges Mischen von 100 Gewichtsteilen Portland- Zement, 109 Gewichtsteilen Perlit und 273 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren erhaltene Zementaufschlämmung wird wie im Vergleichsbeispiel 1 behandelt. Es wird ein Leichtbetonblock erhalten, der zur Messung der physikalischen Festigkeit vorgesehen ist.
Vergleichsbeispiel 3
Eine durch sorgfältiges Mischen von 100 Gewichtsteilen Portland- Zement, 24 Gewichtsteilen geschäumte Polystyrolkugeln und 40 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren erhaltene Zementaufschlämmung wird wie im Vergleichsbeispiel 1 behandelt. Es wird ein Leichtbetonblock erhalten.
Vergleichsbeispiel 4
Gemäß Beispiel 5 wird versucht, eine zementhaltige Emulsion unter Verwendung von Polypropylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 3000 anstelle von PPGMA-3000 herzustellen. Es bildet sich aber keine Emulsion.
Vergleichsbeispiel 5
Gemäß Beispiel 5 wird versucht, eine zementhaltige Emulsion unter Verwendung eines einfachen Gemisches von Polypropylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 3000 und Maleinsäureanhydrid im Äquivalentverhältnis 1 : 1 anstelle von PPGMA-3000 herzustellen. Wie im Fall von Vergleichsbeispiel 4 bildet sich jedoch keine Emulsion.
Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 4 und 5 zeigen, daß zur Herstellung der zementhaltigen Emulsion aus einer monomeren Vinylverbindung und einer Zementaufschlämmung die Anwesenheit eines Polyalkylenglykol-Derivates, dessen Carboxylgruppen durch Esterbindungen fixiert sind, erforderlich ist.
Das spezifische Gewicht, die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit der leichten Kunststoff-Betone und der Leichtbetone der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind in Tabelle I aufgeführt. In dieser Tabelle sind auch die genannten Eigenschaften eines technisch hergestellten geschäumten Betons enthalten, der durch Aushärtung im Autoklaven hergestellt wird und dessen Werte einem Katalog entnommen wurden.
Die Ergebnisse in Tabelle I zeigen, daß die nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen leichten Kunststoff-Betone allgemein hohe physikalische Eigenschaften aufweisen und daß insbesondere der Verstärkungseffekt der Glasfasern bei der Biegefestigkeit bemerkenswert ist; vgl. Beispiele 4 und 6.
Tabelle I
Physikalische Festigkeit des Betons
An den in den Beispielen 6 und 7 erhaltenen Proben wird ein beschleunigter Wetterfestigkeits-Test mit einem weather-o- meter durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II enthalten.
Tabelle II
Physikalische Festigkeit nach 901 Stunden im weather-o-meter
Die Ergebnisse in vorstehender Tabelle II zeigen, daß die physikalische Festigkeit der Proben der Beispiele nach 901 Stunden im weather-o-meter zunimmt. Da der im Verfahren der Erfindung erhaltene leichte Kunststoff-Beton nicht nur ausgezeichnete physikalische Festigkeit aufweist, sondern auch hervorragend wetterfest ist, kann er im Freien verwendet werden.
Eine unter dem Mikroskop aufgenommene Photographie des in Beispiel 7 erhaltenen leichten Kunststoff-Betons ist in Fig. 1 dargestellt. Daraus geht hervor, daß die Porendurchmesser im Beton die geringe Größe von etwa 10 µm aufweisen und daß sie eine gleichmäßige Größenverteilung zeigen. Da diese Poren des Betons mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind, kann im Verfahren der Erfindung ein leichter Kunststoff- Beton mit schöner äußerer Oberfläche erhalten werden, die sich von üblichem Leichtbeton unterscheidet.
Beispiel 8
80 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile TMPT und 10 Gewichtsteile Additionsprodukt von Bernsteinsäureanhydrid und einem Polypropylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 3000 (PPGSA-3000) werden mit 600 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 300 Gewichtsteilen Portland-Zement und 600 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion erhalten. Die Emulsion wird gemäß Beispiel 4 ausgehärtet und zu einem leichten Kunststoff- Beton getrocknet.
Beispiel 9
60 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile Acrylnitril, 20 Gewichtsteile Äthylenglycoldimethacrylat und 10 Gewichtsteile Additionsprodukt von Maleinsäureanhydrid und Propylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 (PPGMA-2000) werden mit 900 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 300 Gewichtsteilen Portland-Zement und 600 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion erhalten, die gemäß Beispiel 4 polymerisiert und ausgehärtet und dann zu einem leichten Kunststoff-Beton getrocknet wird.
Beispiel 10
60 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile Acrylnitril, 20 Gewichtsteile TMPT und 10 Gewichtsteile PPGMA-2000 werden mit 440 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 220 Gewichtsteilen Portland-Zement und 220 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine zementhaltige Emulsion mit niedriger Viskosität und guten Gießeigenschaften erhalten. Die Emulsion wird gemäß Beispiel 4 ausgehärtet und dann zu einem leichten Kunststoff-Beton getrocknet.
Beispiel 11
Gemäß Beispiel 10 wird unter Verwendung von 660 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 220 Gewichtsteilen Portland- Zement und 440 Gewichtsteilen Wasser ein leichter Kunststoff- Beton hergestellt.
Beispiel 12
Gemäß Beispiel 10 wird unter Verwendung von 1200 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 440 Gewichtsteilen Portland- Zement und 800 Gewichtsteilen Wasser und 40 Gewichtsteilen Glasfasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,45 mm ein leichter Kunststoff-Beton hergestellt.
Vergleichsbeispiel 6
Gemäß Beispiel 11 wird unter Verwendung von Calciumcarbonat anstelle von Portland-Zement ein geschäumtes Produkt hergestellt.
Vergleichsbeispiel 7
Gemäß Beispiel 12 wird unter Verwendung von Calciumcarbonat anstelle von Portland-Zement zur Herstellung der Emulsion gearbeitet. Es wird jedoch keine Emulsion erhalten.
Verschiedene Eigenschaften der in den Beispielen 8 bis 12 erhaltenen Kunststoff-Betone und des in Vergleichsbeispiel 6 hergestellten geschäumten Produktes sind in Tabelle III zusammengefaßt. Die Eigenschaften wurden nach ASTM geprüft.
Tabelle III
Der Vergleich von Beispiel 11 mit Vergleichsbeispiel 6 zeigt, daß bei im übrigen gleicher Zusammensetzung die Verwendung von Portland-Zement deutlich bessere physikalische Eigenschaften ergibt als die Verwendung von Calciumcarbonat. Die Tatsache, daß das spezifische Gewicht des leichten Kunststoff-Betons bei Verwendung von Portland-Zement etwas höher ist, ist vermutlich auf die Wasserabsorption beim Härten des Zements zurückzuführen.
Im Vergleichsbeispiel 7 bildet sich keine Emulsion, da die Menge der Aufschlämmung zu groß ist. Beispiel 12 zeigt jedoch, daß bei Verwendung einer Zement-Aufschlämmung eine Emulsion entsteht, auch wenn die zugegebene Aufschlämmungsmenge erhöht wird. Eines der Merkmale der Erfindung besteht darin, daß sich eine Emulsion auch dann bildet, wenn eine große Menge Zement-Aufschlämmung eingesetzt wird.
Beispiel 13
Beispiel 10 wird mit der Änderung wiederholt, daß 110 Gewichtsteile Portland-Zement in den 220 Gewichtsteilen Zement durch Aluminiumhydroxid ersetzt werden. Es wird ein leichter Kunststoff-Beton erhalten.
Beispiel 14
Beispiel 11 wird mit der Änderung wiederholt, daß 110 Gewichtsteile Portland-Zement in den 220 Gewichtsteilen Zement durch Aluminiumhydroxid ersetzt werden. Es wird ein leichter Kunststoff-Beton erhalten.
Beispiel 15
Beispiel 12 wird mit der Änderung wiederholt, daß 200 Gewichtsteile Portland-Zement in den 400 Gewichtsteilen Zement durch Aluminiumhydroxid ersetzt werden. Es wird ein leichter Kunststoff-Beton erhalten.
Die Flammprobe gemäß ASTM wird an den in den Beispielen 13 bis 15 erhaltenen leichten Kunststoff-Betonen und an dem im Vergleichsbeispiel 6 erhaltenen geschäumten Produkt durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
Tabelle IV
Flammfestigkeit (ASTM)
Aus den Ergebnissen von Tabelle IV geht hervor, daß alle leichten Kunststoff-Betone mit einem Gehalt an Aluminiumhydroxid, das als Flammverzögerer bekannt ist, mit "brennt nicht" bewertet werden. Andererseits erweisen sich auch die leichten Kunststoff-Betone ohne Aluminiumhydroxid der Beispiele 10 bis 12 als nicht brennbar, wobei jedoch allgemein eine Tendenz dazu besteht, daß die Flamme bis zum Verlöschen längere Zeit benötigt.
Beispiel 16
80 Gewichtsteile Styrol, 20 Gewichtsteile TMPT und 15 Gewichtsteile PPGMA werden mit 1800 Gewichtsteilen einer Aufschlämmung aus 300 Gewichtsteilen Portland-Zement, 300 Gewichtsteilen Aluminiumhydroxid und 1200 Gewichtsteilen Wasser unter Rühren vermischt. Es wird eine Zement und Aluminiumhydroxid enthaltende Emulsion erhalten. Die Emulsion wird wie in Beispiel 4 polymerisiert, ausgehärtet und zu leichten Kunststoff-Betonplatten von 12 mm Dicke getrocknet. Die erhaltene Platte wird einem Flammverzögerungs- Test (zweite Klasse; halb- bis nichtbrennbare Stoffe) gemäß JIS-A 1321 unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengefaßt.
Tabelle V
Flammverzögerung gemäß JIS-A 1321
Erläuterung
(A): Verweildauer der Flamme;
(B): Verformung;
(C): Entstehung von Rissen, die die rückwärtige Oberfläche der Platte erreichen;
(D): Die Temperatur des Abgases überschreitet innerhalb von 3 Minuten einen Standardwert.
Der TDR-Wert ist ein Flächenwert, der sich als Differenz zwischen einer Standard-Temperatur-Zeit-Kurve und einer gemessenen Verbrennungsgastemperatur-Zeit-Kurve in einem Temperatur-Zeit-Diagramm (°C/min) ergibt. Für quasi unbrennbare Materialien soll der Wert 100, für feuerfeste Materialien 350 nicht überschreiten.
Der CA-Wert ist der Rauchentwicklungskoeffizient, der durch die nachstehende Formel erhalten wird:
CA = 240 lg I₀/I
I₀: Anfangsintensität eines Lichtstrahls bei Testbeginn in Lux;
I: Minimumintensität des Lichtstrahls während des Heiztests in Lux.
Der CA-Wert soll für quasi unbrennbare Materialien 60 und für feuerfeste Materialien 120 nicht überschreiten.
Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, daß die Betonplatte die Prüfung für ein halb- bis nichtbrennbares Material besteht. Wird dagegen ein leichter Kunststoff- Beton ohne Gehalt an Aluminiumhydroxid der gleichen Prüfung unterzogen, dann ist der Wert für TDR allgemein höher, und man beobachtet eine Tendenz zu einer längeren Verlöschzeit der Flamme.
Beim Kunststoff-Beton der Erfindung kann die Flammverzögerung leicht durch Zusatz eines flammverzögernden Mittels, wie Aluminiumhydroxid, verbessert werden. Dies ist sehr günstig bei der Verwendung des Produktes der Erfindung im Inneren von Gebäuden, wenn flammverzögernde Eigenschaft gefordert wird.
Die vorstehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigen, daß der im Verfahren der Erfindung erhaltene Kunststoff- Beton sich als Werkstoff für zahlreiche Verwendungen eignet.

Claims (12)

1. Kunststoff-Beton, erhältlich durch
Herstellung eines Gemisches aus
  • - einer Zementaufschlämmung in Wasser und
  • - einem Gemisch aus Vinylmonomeren und einem Polyalkylenglykol- Derivat mit terminalen Carboxylgruppen, das ein Additionsprodukt aus einem Polyalkylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 der allgemeinen Formel I in der R einen Alkylrest bedeutet, und einem zweibasigen Säureanhydrid darstellt,
in einem Verhältnis von wäßriger zu organischer Phase, das die Herstellung einer Wasser-in-Öl-Emulsion ermöglicht,
Erzeugung einer zementhaltigen Wasser-in-Öl-Emulsion aus den Komponenten und
Polymerisation der Vinylmonomeren in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators während der Aushärtung des Zementes.
2. Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Beton, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus
  • - einer Zementaufschlämmung in Wasser und
  • - einem Gemisch aus Vinylmonomeren und einem Polyalkylenglykol- Derivat mit terminalen Carboxylgruppen, das ein Additionsprodukt aus einem Polyalkylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1000 bis 10 000 der allgemeinen Formel I in der R einen Alkylrest bedeutet, und einem zweibasigen Säureanhydrid darstellt,
in einem Verhältnis von wäßriger zu organischer Phase herstellt, das die Herstellung einer Wasser-in-Öl-Emulsion ermöglicht,
aus den Komponenten eine zementhaltige Wasser-in-Öl- Emulsion erzeugt und
die Vinylmonomeren in Gegenwart eines Polymerisationskatalysators während der Aushärtung des Zementes polymerisiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyalkylenglykol Polypropylenglykol oder Polybutylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 bis 5000 einsetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als zweibasiges Säureanhydrid Maleinsäureanhydrid oder Bernsteinsäureanhydrid einsetzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vinylmonomeres Styrol, Methylmethacrylat, Acrylnitril, Trimethylolpropantrimethacrylat oder Äthylenglykoldimethacrylat einsetzt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyalkylenglykol-Derivat in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Vinylmonomeren eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyalkylenglykol-Derivat in einer Menge von 3 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Vinylmonomeren eingesetzt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerisationskatalysator Kobaltnaphthenat, Vanadylacetylacetonat, Benzoylperoxid, Cumolhydroperoxid, Methyläthylketon-peroxid oder ein Gemisch davon einsetzt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Herstellung der Wasser-in-Öl- Emulsion zerstoßene Steine, Flußsand, Perlit, Glasfasern, Metallfasern oder synthetische Fasern zusetzt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man an Stelle eines Teils des Zements Aluminiumhydroxid einsetzt.
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