KR100926053B1 - 분말형 아세틸렌계 계면활성제 및 이를 포함하는 조성물 - Google Patents

분말형 아세틸렌계 계면활성제 및 이를 포함하는 조성물 Download PDF

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Abstract

하기 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물:
[구조식 A]
Figure 112007076916729-pat00001
;
(식 중, m은 1이고, R은 구조식 (B)를 따르고, 또는 m은 2이고, 그리고 R은 구조식 C를 따름)
[구조식 B]
Figure 112007076916729-pat00002
(식 중, n은 3 내지 7의 정수임),
[구조식 C]
Figure 112007076916729-pat00003
(식 중, p는 1 내지 10의 정수임)
이러한 조성물은 다양한 응용, 예를 들어, 모르타르 및 시멘트의 제조에서 유용하다.
Figure R1020070108303
분말형 계면활성제, 시멘트 혼합물

Description

분말형 아세틸렌계 계면활성제 및 이를 포함하는 조성물{POWDERED ACETYLENIC SURFACTANTS AND COMPOSITIONS CONTAINING THEM}
본 발명은 분말형 아세틸렌계 계면활성제 및 이를 포함하는 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
분말형 계면활성제는 다양한 산업 또는 상업 응용에서 이용된다. 예는 분말 페인트 및 코팅제, 안료 분말 프리믹스, 접착제, (폐수처리 및 보일러수 처리를 위한 것과 같은) 수 처리 첨가제, 화학비료, 합성세제, 유전 분야, 금속가공, 고분자 가공, 압출 성형, 수성 재분산성 분말, 중합체 분산액, 용지 가공 및 코팅, 섬유 응용, 및 주물 코팅을 포함한다. 전형적인 통상의 분말형 계면활성제는 단일 성분이거나 또는 탄화수소 오일, 폴리다이메틸실록산, 지방 알코올 에톡실레이트, 지방산 에스테르 유도체, 폴리글리콜, 및 폴리에테르 중 하나 이상의 혼합물을 포함한다. 몇몇의 경우에서는 실리카와 같은 입자성 담체가 계면활성제 성분에 대한 지지체로서 이용된다.
분말형 계면활성제는 다양한 분말형 시멘트 건축 재료 제품, 예를 들어, 그라우트(grout), 프리캐스트(pre-cast) 콘크리트, 접합 및 접착 화합물, 합성 플라 스터, 및 셀프 레벨링(self-leveling) 모르타르 제조를 위한 건조 혼합물에서 이용되어 왔다. 특히, 이들은 구조적 건축 요소를 위한 꾸밈없이(bare) 마감 처리된(즉, 노출된 시멘트질 표면을 가짐) 시멘트 구조를 제조하기 위한 배합물에서, 그리고 또한 건축용 패널, 옹벽, 바닥재, 타일, 방음벽, 포장재의 축조, 및 셀프 레벨링 밑깔개를 위한 장식적인 요소로서 계속 이용되어 왔다. 많은 이 응용을 위해, 물과의 혼합 시, 양호한 유동 및 셀프 레벨링 성질을 갖는 혼합물을 제공하고, 혼합물 가공을 용이하게 하기 위해 충분하게 긴 프로세싱 윈도우(processing window)("개방 시간")를 제공하고, 모르타르 조성물의 초기 응고 시간 전체에 걸쳐 적당하고 오래 지속되는 탈기(de-aeration) 효율을 제공하고, 그리고 내구성 있고 매력적인 노출 콘크리트 표면을 제공하는 배합물을 원한다.
시멘트 혼합물에 특정한 다른 성분의 첨가는 때때로 다양한 바람직하지 않은 효과를 낳는데, 분말형 계면활성제가 이를 극복하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나, 종래의 분말형 계면활성제는 전형적으로 이러한 배합물에서 하나 이상의 결점을 용인하였고, 따라서 시멘트 및 기타 응용에서 이용을 위한 양호한 성질의 조합을 갖는 새로운 자유 유동성 분말형 계면활성제에 대한 요구가 있다.
발명의 개요
한 측면에서, 본 발명은 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물을 제공한다:
[구조식 A]
Figure 112007076916729-pat00004
;
(식 중, m은 1이고, R은 구조식 (B)를 따르거나, 또는 m은 2이고, 그리고 R은 구조식 C를 따름)
[구조식 B]
Figure 112007076916729-pat00005
(식 중, n은 3 내지 7의 정수임)
[구조식 C]
Figure 112007076916729-pat00006
(식 중, p는 1 내지 10의 정수임)
또 다른 측면에서, 본 발명은 물, 입자성 시멘트질 성분, 및 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물을 배합하는 것을 포함하는 시멘트 혼합물의 제조 방법을 제공한다:
[구조식 A]
Figure 112007076916729-pat00007
(식 중, m은 1이고, R은 구조식 (B)를 따름)
[구조식 B]
Figure 112007076916729-pat00008
(식 중, n은 3 내지 7의 정수임)
또 다른 측면에서, 본 발명은 물, 입자성 시멘트질 성분, 및 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물을 배합하는 것을 포함하는 시멘트 혼합물의 제조 방법을 제공한다:
[구조식 A]
Figure 112007076916729-pat00009
;
(식 중, m은 2이고, R은 구조식 C를 따름)
[구조식 C]
Figure 112007076916729-pat00010
(식 중, p는 1 내지 10의 정수임)
분말형 계면활성제
본 발명은 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 분말형 계면활성제를 제공한다:
[구조식 A]
Figure 112007076916729-pat00011
;
(식 중, m은 1이고, R은 구조식 (B)를 따르거나, 또는 m은 2이고, R은 구조식 C를 따름)
[구조식 B]
Figure 112007076916729-pat00012
(식 중, n은 3 내지 7의 정수임(전형적으로, n은 4 내지 6일 수 있음))
[구조식 C]
Figure 112007076916729-pat00013
(식 중, p는 1 내지 10의 정수, 전형적으로 4 내지 10임)
m이 2이고, R이 구조식 C를 따르는, 본 구체예에 따른 화합물은 이하 나타난, 상표명 DYNOLTM 604 계면활성제로 펜실베니아, 알렌타운의 Air Product and Chemicals로부터 상업적으로 입수 가능하다.
Figure 112007076916729-pat00014
m이 1이고, R이 구조식 (B)를 따르는, 본 구체예에 따른 화합물은 이하 나타난, 상표명 SURFYNOL® MD-20 분자 소포제로 Air Product and Chemicals로부터 상업적으로 입수 가능하다.
Figure 112007076916729-pat00015
담체는 임의의 입자성 재료, 유기물 또는 무기물일 수 있고, 전형적인 예는 실리카 및 제올라이트이다. 이는 전형적으로 실리카(SiO2) 분말과 같은 무기, 무정질 재료이다. 몇몇의 구체예에서, 담체는 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 전형적으로 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 평균 입자 크기 D(1,0.5) 및 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 부피 중량 직경 평균 D(3,4)을 갖는 단분산성(monodisperse) 또는 이분산성(bidisperse), 자유 유동성, 무정질 실리카 분말이다. 전형적으로, BET(Brunauer-Emmett-Teller) N2 수착 방법에 의해 측정하였을 때, 비 표면적 또는 내부 표면적은 50 ㎡/g 이상, 더 전형적으로 100 ㎡/g 이상, 그리고 가장 전형적으로 150 ㎡/g 이상이다. 적합한 대표적인 실리카는 PPG Industries, Inc.로부터 입수 가능한 HISIL® 233 습식(precipitated) 실리카 및 Degussa로부터 입수 가능한 SIPERNAT® 22 습식 실리카를 포함한다.
기타 적합한 실리카는 성김(loose) 내지 밀집(compact)의 기공 구조를 갖는 탄성 내지 고체 점도의 미정형(unformed) 실리카를 포함하고, 실리카는 고도로 축 합된 폴리규산의 형태로 존재한다. 이러한 실리카는 무정질 또는 반-결정질(semi-crystalline)이고, 그리고 재료의 외부 층이 실질적으로 건조하게 보이도록 구조식 (A)에 따른 화합물을 흡착할 수 있다. 몇몇의 구체예에서, 고체 지지체는 다공성이고, 그리고 특히 이의 기공 부피 또는 이의 비 표면적에 의해 표시되는 바와 같이, 중간 내지 고 다공성을 가질 수 있다. 기공은 거대기공(macropore), 중기공(mesopore) 및/또는 미세기공(micropore)의 형태일 수 있다. 또한 제올라이트, 예를 들어 유형 NaA 및 NaX의 제올라이트가 적합하다.
인산 칼슘, 탄산 칼슘, 폴리포스페이트, 고령토, 백악, 미세활석(microtalcum) 및 황산 바륨과 같은 무기 분말 또한 담체로서 이용될 수 있다. 미네랄 산화물 현탁액(예를 들어, 산화 아연, 산화 알루미늄, 이산화 티타늄)과 같은 콜로이드성 재료 또는, 폴리(스티렌부타다이엔), 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리카복실레이트, 폴리우레탄, 셀룰로스 유도체 및 녹말을 함유하는 재분산성 중합체 분산액 분말 또한 담체로서 이용될 수 있다.
담체 상 화합물 (A)의 로딩은 임의의 중량 퍼센트일 수 있으나, 전형적으로 10 내지 75 중량%, 그리고 더 전형적으로 40 중량% 내지 75 중량%일 것이다. 실시예에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 분말형 계면활성제는 적합한 용매로부터 담체 상에 구조식 (A)의 화합물을 침착시킴으로써 제조될 수 있다.
분말형 계면활성제는 전형적으로 구조식 (A)의 화합물 40 내지 75 중량%, 더 전형적으로 42 중량% 내지 50 중량%, 그리고 가장 전형적으로 48 내지 50 중량%를 함유한다. 전형적으로 이는 5 내지 10 중량%의 물을 함유한다. 입자 크기 분포는 단분산성, 이분산성 또는 다분산성이고, 그리고 전형적으로 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 더 전형적으로 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 메디안 입자 크기 D(1,0.5) 및 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 부피 중량 직경 평균 D(3.4)를 나타낸다. D(3.4), 부피 중량 직경 평균, 또한 소위 부피 중량 모멘트 평균 직경은 문헌 [P. Bowen, J. Dispers. Sci. Technol. 23(5) (2002) 631]에서 정의된다. 이는 모멘트 z = 3을 갖는 입자 크기 분포 통계로부터 유래한 평균 직경이다.
분말 부피 분획은 전형적으로 0.70 내지 1.00, 더 전형적으로 0.70 내지 0.80이고, 그리고 분말 겉보기 밀도(apparent density)는 전형적으로 0.3 내지 0.8 g/㎤, 그리고 더 전형적으로 0.45 내지 0.71 g/㎤이다.
분말형 계면활성제의 분말 점도는 전형적으로 5 rpm에서 60 Pa.s 내지 200 Pa.s, 50 rpm에서 2 Pa.s 내지 20 Pa.s, 그리고 200 rpm에서 0.5 Pa.s 내지 5 Pa.s이다. 더 전형적으로, 점도는 5 rpm에서 68 Pa.s 내지 169 Pa.s, 50 rpm에서 4.5 Pa.s 내지 15.5 Pa.s, 그리고 200 rpm에서 500 mPa.s 내지 2.2 Pa.s이다. 예를 들어, 점도는 5 rpm에서 약 124 Pa.s, 50 rpm에서 11 Pa.s, 그리고 200 rpm에서 2000 mPa.s일 수 있다. 요변성(thixotropic) 지수(이하 실시예 영역에서 정의됨)는 1 내지 12의 범위일 수 있고, 그리고 전형적으로 약 10이다. 실시예에서 기술되는 테스트 방법에 따른 분말형 계면활성제 유동 시간은 전형적으로 3초 미만이고, 그리고 몇몇의 구체예에서는 1초 미만이다. 실시예에서 기술되는 방법에 따른, 먼지 배출(Dust release)은 전형적으로 4 또는 5이다.
기타 성분
이 발명의 분말형 계면활성제는 모르타르 드라이믹스 또는 기타 조성물에 첨가될 수 있는 임의의 다수의 다른 성분과 조합될 수 있다. 이러한 다른 성분의 예는 습윤제, 유동제 및 레벨링 제, 수축 감소제, 감수제, 나프탈렌 설포네이트, 폴리스티렌 설포네이트, 포스페이트, 포스포네이트, 아크릴산 및 이의 염의 가교결합된 단독중합체 또는 공중합체, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 유기 산의 칼슘염, 알칸산의 염, 황산 알루미늄, 금속성 알루미늄, 벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 세피올라이트, 폴리아마이드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리비닐 알코올, 및 비닐 아세테이트, 말레산 에스테르, 에틸렌, 스티렌, 부타다이엔, 비닐 베르사테이트 및 아크릴 단량체를 기반으로 하는 단독중합체, 공중합체 또는 삼원공중합체, 공기 연행제 및/또는 탈기제, 그리고 폴리비닐 아세테이트, 폴리에틸렌-폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 및 비닐 아세테이트, 말레산 에스테르, 에틸렌, 스티렌, 부타다이엔, 비닐 베르사테이트 및 아크릴 단량체를 기반으로 하는 단독중합체, 공중합체 또는 삼원공중합체와 같은 재분산성 분산액 분말을 포함한다. 다른 가능한 성분은 강, 유리, 탄소, 폴리올레핀(PE, PP), 폴리에스테르, 및 폴리아마이드 섬유와 같은 단 및 장 섬유를 포함한다. 유동 개질제(녹말, 크산탄 검(xanthan gum)과 같은 생체고분자를 포함하는, 셀룰로스 함유 및 다당류 첨가제) 및 알칼리 팽창성 아크릴 회합성 증점제(셀룰로스 및/또는 (메트)아크릴 작용기를 함유) 뿐만 아니라 미세한 그리고/또는 굵은 골재(aggregate) 및/또는 모래 또는 점토와 같은 충진제도 이용될 수 있다. 기타 무기 시멘트 성분 석고, 고로슬래그(blast furnace slag), 비산회, 황산 알루미늄, 금속성 알루미늄, 벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 및 세피올라이트 뿐만 아니라 염료, 안료 및 미세화 착색제가 포함될 수 있다. 다른 기능성 첨가제는 급결제(set accelerator) 및/또는 응결 지연제(set retarder), 방수제, 소수화제, 부식 억제제, 난연제, 살생물제 및 살균제를 포함한다.
분말형 계면활성제를 사용하는 시멘트 조성물
이 발명의 분말형 계면활성제는 임의의 다양한 시멘트 조성물(입자성 시멘트질 성분을 함유하는 조성물을 의미), 즉, 물의 첨가시 경화된 수화 덩어리를 형성하는 조성물 내에서 이용될 수 있다. 시멘트질 성분은 기술 분야에서 공지된 임의의 이러한 재료를 포함할 수 있고, 그리고 예를 들어, 알루미노실리케이트 또는 포틀랜드(Portland) 시멘트(유럽 EN 197-1 기준(norm)에 따른 시멘트 CEM I 유형으로서 정의됨)를 포함할 수 있다. ASTM C 150 및 EN 197-1에서 정의된 포틀랜드 시멘트의 8개 유형 이외에, 유형: EN 197-1 기준에 따른 CEM Ⅱ, CEM Ⅲ, CEM Ⅳ 및 CEM Ⅴ의 "공장 제조 혼합 시멘트"라 불리는 다수의 특별한 용도용 수경성 시멘트가 적합하다.
이의 예는 (i) 혼합된 수경성 시멘트(시멘트질 재료: 포틀랜드 시멘트, 고로 슬래그 미분말, 비산회, 천연 포조란, 및 건식(fumed) 실리카의 2 이상의 유형을 직접적으로 혼합함으로써 제조), 및 (ii) 팽창성 시멘트((1) 건조 수축에 의해 감소하는 부피에 대한 보상, (2) 보강제 내 인장 응력을 도입, 및 (3) 포스트 텐션드(post-tensioned) 콘크리트 구조의 장기간 치수를 안정화하는 데 이용되는 수축-보상 콘크리트를 제조하는 데 이용), 내황산염 시멘트(미네랄 상 트라이칼슘 알루 미네이트(C3A)의 양을 제한하기 위해 고 함량의 산화 철을 함유함으로써 이의 황산염 내성을 증가시킴)을 포함한다. 또한 지오폴리머 시멘트(수용성 알칼리 실리케이트 및 메타카올린과 같은 알루미노실리케이트 미네랄 분말의 혼합물로부터 제조), 슬래그 시멘트(고로 슬래그 미분말로 제조), 및 트라이칼슘 알루미네이트 시멘트(주로 석회암 및 보크사이트로부터 제조)이 적합하다.
일반적으로 드라이믹스 모르타르 조성물은 적어도 수경성 시멘트 및 비활성 미네랄 충진제(석회암), 굵고 미세한 고체 골재(수용성 실리케이트를 함유), 재분산성 가소제 또는 감수제 및 (이에 제한되지는 않으나) 실리카 퓸(silica fume), 보강성 섬유(유리 또는 중합체 섬유), 방부제, 및 소수화제 및 물과 같은 부가적인 성분을 함유한다.
몇몇의 구체예에서, 시멘트 조성물은 기술 분야에서 공지된 바와 같은 "드라이믹스" 조성물과 같은 건조 조성물이다. 이러한 조성물은 적합한 양의 물의 첨가 시 경화되어 목적하는 구조를 형성하는 슬러리를 형성하는 분말, 프리믹스 조성물이다.
몇몇의 구체예에서, 이 발명의 분말형 계면활성제를 포함하는 시멘트 조성물은 특정한 기타 첨가제, 예를 들어, 수화 속도 및/또는 공기 비말동반 특성을 변화시킬 수 있는 것이 본질적으로 없다. 이러한 성분은 예를 들어, 암모늄 이온, 황산 이온 및 폴리오가노실록산(실리콘)을 포함할 수 있다.
응용
본 발명에 따른 분말형 계면활성제는 많은 수의 제품 응용에서의 용도를 발견할 수 있다. 예는 조인트 필러, 퍼티(putty), 매스틱(mastic) 및 밀봉제를 포함한다. 다른 예는 페이스트 및 플라스터(접착력 향상, 개방 시간 향상 및 표면 외형 개선을 위한), 레벨링 및 셀프 레벨링 화합물, 플로링(flooring) 화합물, 스크리드(screed)(예를 들어, 시멘트 및 무수물 계), 충진제, 스패클 및 바닥 스크리드와 같은 석고계 제품, 시멘트(예를 들어, 시멘트 분쇄, 시멘트 소수화 및 시멘트 코팅을 위한)이다. 추가적인 응용은 테라초, 쇼크리트, 그라우트 및 타일 접착제를 포함한다. 다른 예는 모르타르, 특별하게는 석공술, 셀프 레벨링 밑깔개(underlayment)(SLU)를 위한 드라이믹스 모르타르 및 콘크리트를 위한 보수용 모르타르, 및 임의의 다양한 유형의 콘크리트 재료, 특별하게는 무다짐(self-compacting) 콘크리트를 포함한다.
이 발명의 분말형 계면활성제는 드라이믹스 시멘트 조성물 내에 포함되는 경우 전형적으로 습윤 및 폼 제어의 조합뿐만 아니라 장기간 안정성을 제공한다. 이 결과를 달성하기 위해 필요한 이용 수준은 전형적으로 낮고, 흔히 건조한 시멘트 배합물의 나머지에 대해 0.05 중량% 미만이다.
시멘트 혼합물에 특정한 다른 성분의 첨가는 때때로 다양한 바람직하지 않은 효과를 낳는데, 본 발명의 분말형 계면활성제가 이를 극복하는 데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 모르타르 및 콘크리트의 제조에 있어, 전형적으로 물을 적게 사용 할수록 모르타르 또는 콘크리트는 더 강해질 것이다. 그러나, 물 함량의 감소는 습윤한 혼합물의 유동을 방해하는 경향이 있다. 이를 극복하기 위해, "고유동화제(superplasticizer)"를 이용하여 유동을 개선할 수 있다. 고유동화제의 하나의 종류는 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물을 포함한다. 이는 멜라민 포름알데하이드 설포네이트(MFS) 및 설폰화 멜라민-포름알데하이드 축합물(SMF)을 포함한다. 이러한 고유동화제의 결점은 드라이믹스 모르타르 조성물에 포함되는 경우, 일단 드라이믹스 모르타르 조성물에 첨가되면 이들이 제공하는 초기의 양호한 가소성 및 가동성이 시간에 따라 유지되지 않고(슬럼프 손실), 모르타르 또는 콘크리트 드라이믹스 조성물의 저장 시, 예를 들어, 고온에서 장기간 저장(60℃에서 28일) 시 실질적으로 손실되는 것이다. 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물의 두 번째 결점은 시멘트 혼합 과정 동안 콘크리트 내에 기포를 비말동반하는 경향이다. 기포의 비제어적인 비말동반은 기계적 강도 및 얻은 드라이믹스 모르타르 또는 무다짐 콘크리트 구조의 표면 외형에 악 영향을 줄 수 있다.
이들 및 다른 이슈를 처리하기 위해, 분말형 계면활성제는 모르타르 및 시멘트 내에서 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물과 함께 이용되어 왔다. 그러나, 종래의 분말형 계면활성제는 공기 탈기를 용이하게 하지만, 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물 고유동화제에 의해 제공되는 다른 양호한 유동 및 셀프 레벨링을 손상시키는 경향이 있다.
또 다른 종류의 고유동화제, 폴리카복실레이트 에테르(PCE)는 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물과 동일한 많은 이점을 제공하지만, 이를 함유하는 드라이믹스 조성물은 전형적으로 보통 온도 및 고온에서 열등한 장기간 안정성을 보유하고, 이는 종종 극적으로 더 열등한 모르타르 가소화 및 이의 이미 높은 공기 비말동반 경향의 증가의 원인이 된다. 추가 결점은 이의 제한된 셀프 레벨링 능력이다. 따라서 SURFYNOL® 104S와 같은 분말형 계면활성제 또는, 미네랄 오일 또는 실리콘 화학 또는 폴리에테르 또는 폴리글리콜 화학을 기반으로 하는 분말형 계면활성제가 "습윤제"로서 이용되어 이 결함을 극복하는 것을 도울 수 있다. 분말형 계면활성제로 성능이 개선될 수 있는 다른 고유동화제는 나프탈렌 포름알데하이드 설포네이트, 카세인 및 리그닌 설포네이트를 포함한다.
그러나, 종래의 분말형 계면활성제는 상기 기술된 바와 같이 꾸밈없이 마감 처리된 시멘트 구조를 제조함에 있어서 상기 기술된 바와 같은 하나 이상의 결점을 전형적으로 갖고 있다. 종래의 분말형 계면활성제의 첫 번째 결점은 연장된 모르타르 개방 시간을 제공하는 동시에 고 유동성 및 셀프 레벨링을 유지하는 능력이 없다는 것이다.
또한, 셀프 레벨링 모르타르의 공기 함량은 전형적으로 2 부피% 미만, 그리고 최적으로 약 1 부피%를 원한다. 종래의 분말형 계면활성제를 혼합물을 탈기하는 데 이용하여 공기 비말동반의 이 수준을 달성할 수 있지만, 이들이 드라이믹스 중량에 대해 0.15 중량%의 이의 추천하는 이용 수준에서, 초기 응고 시간에 따라 상대적으로 동일한 속도에서 이를 제공하는 것은 불가능하다. 이의 전형적인 결과는 모르타르 유동학 및 표면 외형에 악 영향을 줄 수 있다.
임의의 특정 이론 또는 설명에 의해 속박됨 없이, 새로운 모르타르 조성물이 2개의 성분: 기체성 공기 상 및 유체 모르타르 상의 혼합물로서 고려될 수 있는 것으로 신뢰 된다. 공기는 고체 입자의 표면에서 존재할뿐만 아니라 모르타르 조성물을 혼합하는 동안 그 조성물에 혼입됩으로써 모르타르 조성물 내에 자연적으로 존재하고, 고유동화제 분자는 이 공기를 새로운 모르타르 조성물 내에서 기포의 형태로 안정화시킨다. 종래의 분말형 계면활성제의 첨가는 공기 함량을 감소시키고, 입자 표면(시멘트 또는 골재)에 보다 많은 수를 흡착함으로써, 유체 모르타르를 더 효율적으로 윤활시키는 고유동화제를 유리시킨다. 이는 점소성(viscoplastic) 거동(Bingham 유형 유체)의 원인이 된다. 그러나, 폼 배출의 속도는 잘 제어되지 않고, 몹시 빠르게 되고(아마도 분자 소포 메커니즘이 아닌 비상용성(incompatibility) 메커니즘에 의한 계면활성제의 작용 때문임), 그리고 결과는 셀프 레벨링 모르타르의 공기/모르타르 계면에서 큰 기포의 출현이다. 이는 표면 결함을 생성한다.
0.15 중량% 미만의 수준에서 종래의 분발 계면활성제의 이용은 전형적으로 목적하는 2 부피%보다 더 높은 모르타르 공기 함량을 유도하고, 그리고 1 ㎜보다 큰 핀홀, 비구형 버그홀 및 불규칙한 공기 공동의 형성의 원인이 된다. 이는 표면 질, 내후성, 동결/해동(freeze/thaw) 내균열성, 화학물질 염색 내성 및 모르타르의 최대 압축 강도를 감소시킨다. 그러나, 이 문제를 극복하기 위해 종래의 분말형 계면활성제의 이용 수준을 0.15 중량% 초과로 증가시키는 것은 종종 상당하게는 1 부 피% 미만의 공기 함량 값을 유도하고, 이는 모르타르 건조 밀도 및 압축 강도를 개선하지만 모르타르 가동성과 가소성의 격렬한 손실의 원인이 된다(1 부피% ± 0.1 부피% 공기 함량은 양호한 기계적 압축 강도를 또한 유지하면서 양호한 동결해동 크래킹 내성을 갖는 셀프 레벨링 모르타르를 제공하는 것을 목적한다). 따라서, 종래의 분말형 계면활성제 전형적으로 1 부피% 공기 함량 및 가장 좋은 질의 모르타르 표면 및 내구성 모두를 전달할 수 없다.
대조적으로, 본 발명의 분말형 계면활성제는 전형적으로 오래 지속되는 탈기 용량을 가지고, 즉, 이들은 유체 모르타르가 매우 점성이 되고, 경화될 때까지, 상대적으로 일정한 탈기 속도를 유지한다. 이는 표면에서 공기 기포 및 핀홀의 형성을 최소화함으로써, 고가의 표면 보정 또는 수리에 대한 필요성을 최소화하거나 또는 심지어 제거하는 동시에, 더 높은 질의 표면을 제공할 수 있고, 표면의 내구력을 증가시킨다.
종래의 분말형 계면활성제를 함유하는 드라이믹스 조성물은 전형적으로 제한된 저장 안정성(흔히 6달 미만)을 가지고, 최저의 자가치유(self-healing) 또는 셀프 레벨링 성능을 가지고, 그리고 최저의 표면 질을 갖는 구조를 생산한다. 또한, 많은 종래의 분말형 계면활성제는 먼지가 많은 경향이 있고, 그리고 종종 자유 유동 능력을 상실하고, 그리고 이의 성능은 저장(23℃ 또는 50℃에서 28일) 시 및 드라이믹스 가공 기간, 즉, 물의 첨가로 시작하여 응고(전형적으로 5분 내지 4시간 사이)로 종결하는 기간에 걸쳐 기여한다. 다음의 실시예에서 보여지는 바와 같이, 이 발명의 분말형 계면활성제는 상기 기술된 다수의 목적하는 성질에 관해 우수한 성능을 보여준다.
분말형 계면활성제의 제조 - 방법 1
2ℓ 2구(double neck) 유리 기구에서, SURFYNOL®MD20 500 g을 비활성 기체 분위기(N2) 및 집중 냉각 및 500 rpm에서 5분 동안의 기계 교반 하에서 테트라하이드로퓨란 500 ㎖에 용해하였다. 다음으로 실리카겔 500 g을 10분에 걸쳐 천천히 첨가하였고, 균질한 현탁액을 생성하기 위해 1시간 동안 교반하였다. 용매를 제거하기 위해, 혼합물을 증발 플라스크로 이동시켰고, 2시간 동안 60℃에서, 170 mbar에서, 그리고 회전 속도 150 rpm으로 오일 배쓰를 갖는 회전 증발기를 가동하였다. 케이크(caked) 재료를 실험실 오븐 내 50℃에서 하룻밤 동안 건조함으로써 흔적량의 테트라하이드로퓨란을 제거하였다. 다음으로 공기 수분으로부터 보호하기 위해 얻은 미세한 분말 재료를 1.5ℓ 폴리프로필렌 병으로 옮겼다.
분말형 계면활성제의 제조 - 방법 2
파라비스크(paravisc)(역 나선) 임펠러를 갖는 1.8ℓ Mettler HP60 이중 맨틀(double mantled) 스테인리스 강 반응기에서, 실리카 분말(HISIL® 233) 300 g을 B-형상 블레이드로써의 300 rpm의 교반과 함께 비활성 기체 분위기(1 atm, N2) 하에서 천천히 도입하였다. 다음으로, SURFYNOL® MD20 300 g을 30분에 걸쳐 적가하였 다. 혼합물을 20℃에서 30분 동안 교반하였다. 마지막으로 미세한 분말을 회수하였고, 대기의 수분 흡수로부터 이를 보호하기 위해 1.5ℓ 폴리프로필렌 병에 저장하였다.
분말형 계면활성제 물리적 성질 특성화
대략 2시간 동안 실험실 오븐의 475℃에서의 중량 손실에 의해, 또는 오일 흡착 지수의 결정에 의해 계면활성제 흡착 효율을 분석하였다. 110℃에서 하룻밤 동안 오븐 건조함으로써 실리카 담체 수분 함량을 결정하였다.
Scirocco 건조 분말 어태치먼트를 갖춘 Malvern Mastersizer 2000 광 산란 장치로 입자 크기 분포를 평가하였다.
분말형 계면활성제의 100 ㎤을 3번 계량함으로써 분말형 계면활성제의 겉보기 밀도를 측정하였다.
1.6 ㎜의 진동 진폭으로써 50 Hz에서 5분 동안 TESTING 브랜드 진동 테이블(독일 베를린 Bluhm & Feuerherdt GmbH로부터 입수 가능) 상에 분말형 계면활성제 100 ㎤를 위치시킴으로써 분말 부피 분획을 결정하였다. 겉보기 밀도와 압축 밀도 사이의 편차는 분말 부피 분획을 제공한다.
제품의 자유 유동성 및 분말 점도는 5 rpm 및 50 rpm에서 Brookfield 점도계 상 Helipath Spindle B로써, 그리고 200 rpm에서 Sheen 480 점도계로써 분말 100 ㎤을 프로빙함으로써 특성화하였다. 요변성 지수는 5 rpm와 50 rpm에서 점도의 비로서 계산되었다.
먼지 배출은 다음과 같이 측정하였다. 폴리프로필렌 스크류 뚜껑(screw cap) 을 갖는 밀봉된 100 ㎖ DURAN® 유리 실험실 병 내 분말형 계면활성제 시료 50 g을 30초의 기간에 걸쳐 5번 반전하였고, 다음으로 1분 동안 방치하였다. 먼지 배출은 1 = 열등함(많은 먼지) 내지 5 = 우수함(매우 적은 먼지)으로부터의 주관적인 값으로 주어졌다.
자유 유동성을 40 ㎝ 높이에서 27 ㎜ 구경의 DIN 유동 컵으로부터 유동하는 분말 재료 80 ㎤의 유동 시간(초)을 결정함으로써 평가하였다.
드라이믹스 모르타르 성능 테스트 - 일반 과정
분말형 계면활성제 성능의 평가는 Floor 4150 또는 Floor 4310(독일 브라이자흐 Maxit Deutschland GmbH로부터 입수 가능)과 같은 모르타르 드라이믹스 1350 g과 탈이온수 270g 및 선택된 양의 분말형 계면활성제를 조합하고, B-형상 블레이드를 구비한 Hobart 혼합기 내에서 180 rpm에서 30초 및 285 rpm에서 150초 동안 격렬하게 혼합함으로써 제조된, 모르타르의 새롭게 제조된 1625 g 시료를 사용하였다. 0분 기준 시간은 물이 첨가되었던 시간이었다.
도 1은 모르타르 혼합물의 확산, 자가 치유 및 셀프 레벨링을 평가하기 위해 이용되는 방법론을 예시한다. 레벨링 성능을 확산하는 모르타르(이하 결합 길이 척도로 지칭)의 유동 직경(아웃플로우) 및 결합 길이(인플로우)뿐만 아니라 전체적인 시각 평가에 관해 직접적으로 평가하였다. 길이 B 및 D(결합 길이)는 주어진 모르타르 시스템의 자가 치유 능력의 측정을 제공한다. 본 명세서에서 ΔI로서 지칭되는, 길이 B 와 D 사이의 차이는 셀프 레벨링 성능의 지표를 제공한다. ΔI 값 0은 최고로 가능한 성능, 즉, 결합 길이가 동일한 것을 나타낸다. ΔI 값이 0보다 큰 경우에는 다음을 이용할 수 있다.
ΔI > 1.5 ㎝은 열등한 셀프 레벨링을 나타낸다.
ΔI 0.9 내지 1.5 ㎝는 무던한 셀프 레벨링을 나타낸다.
ΔI < 0.9 ㎝는 양호한 셀프 레벨링을 나타낸다.
ΔI < 0.2 ㎝는 우수한 셀프 레벨링을 나타낸다.
전형적으로 아웃플로우는 확산 테스트(도 1A)에 의해 측정하였는데, 이 테스트에서 유체 모르타르를 혼합 시간(2.25분) 경과 직후 유리판 위에 놓은 큰 유동 고리(직경 = 6.8 ㎝, 높이 = 3.5 ㎝, 부피 = 127 ㎤) 내로 따름)에 부었다. 모르타르를 7.75분 동안 정주 및 경화하도록 두었고, 다음으로 유동 고리를 제거하여 경화 모르타르를 확산하게 하였다. 아웃플로우는 경화의 13분 후 주어진 모르타르 디스크(4개 직경의 평균, 45° 떨어진 간격)의 평균 직경으로서 표현하였다. 측정 정확도는 ± 1 ㎜이었다.
자가 치유 테스트(도 1B)에서, 직경 5 ㎝ 및 높이 2.2 ㎝의 2개 테스트 고리를 서로 12.5 ㎝ 거리로 라인 내에 위치시켰다. 모르타르 제조 후 2분에서 고리를 모르타르로 충전하였고, 그리고 상이한 시간: 2.5분 및 10분에서 들어올렸다. 12분 후 인플로우 및 2개의 아웃플로우를 측정하였다. 모르타르 개방 시간에 의존하여, 그리고 전형적으로 12분 또는 13분 후, 2개의 경화 모르타르 디스크의 직경을 평가하였다. 2분 및 10분 경화 시간에서 평균 아웃플로우를 4개의 이등분선(수직) 방향으로 직경을 측정함으로써 평가하였다. 다음으로 2개의 모르타르 디스크 사이의 상 호침투 프론트를 측정함으로써, 모르타르 결합 길이 또는 인플로우를 정의하였다. 측정 정확도는 ± 1 ㎜이었다.
셀프 레벨링 테스트(도 1C)는 생성물이 얼마나 잘 건조했는지, 레벨링했는지, 그리고 자가 치유했는지의 표시를 제공한다. 또한 셀프 레벨링 테스트는 분리, 공기 배출뿐만 아니라 기타 레벨링 성질의 경향의 표시를 제공한다. 셀프 레벨링 테스트(Air Product 셀프 레벨링 테스트, 도 1에 언급)에서, 3개의 테스트 실린더(직경 2.5 ㎝, 높이 5 ㎝)를 각각 10 ㎝ 거리로 라인에 위치시켰다. 모르타르 제조 후 6.5, 7.5 및 11.5분에서 모르타르로 고리를 충전하였고, 그리고 상이한 시간: 7, 8, 및 12분에서 들어올렸다. 18분 후 결합 길이 또는 인플로우(B, D) 및 아웃플로우(A, C, E)을 측정하였다. 측정 정확도는 davg ± 1 ㎜이었다.
개방 시간을 다음과 같이 측정하였다. 새롭게 제조된 모르타르를 유리 테이블 상에 확산시켰고, 그리고 칼로 모든 방향으로 조각을 제조하였다. 절단 처리의 결과로서 칼 블레이드 상에 남아있는 모르타르를 이용하면서, 3개의 모르타르 방울을 모르타르의 표면에 도포하였다. 개방 시간은 방울이 영구적인 표면 결함 없이 벌크 경화 모르타르에 더 이상 결합하지 않는 시점의 시간으로서 정의되었다.
공기비말동반 계량기로 새롭게 제조된 모르타르 850g 상 ASTM C185-9, C231, DIN 18555-2 및 EN 1015-7 기준에 따른 가압 방법에 의해 공기 함량 부피를 결정하였다. 공기 함량은 13분(큰 유동 고리 최대 확산에 해당하는 시간, 2.1을 지칭)에 서 측정하였다. 그때 측정 정확도는 Aavg ± 0.1 부피%로 평가되었다.
모르타르 디스크의 원형 형상에 대한 임의의 뒤틀림, 이의 표면 위상 기하학(표면 거칠기) 및 질감 또한 모니터링하였다. 두 유형의 평가 중 하나를 이용하였다:
(a) 주관적인 1-5 척도가 이용된다면, 5는 최상으로 보이는 표면 외형등급을 지칭하고, 1이 가장 열등한 외형이다(또는 RHOXIMAT DF 770 DD에 필적함). 표면 질 및 표면 외형의 평가를 위해 고려된 표면 결함은 다음과 같았다: (i) 표면 거칠기, (ⅱ) 틈, (ⅲ) 백색 점, (ⅳ) 핀홀, (ⅴ) 밀도 변화 고리 및 후광(halo).
(b) 대안적으로, dWS 및 dP 값(제곱센티미터 당 수로 표현됨)이 기록된다면, 이는 경화된 모르타르 디스크 상 각각 백색 점과 핀홀의 수를 세어봄으로써 얻어졌다.
분말형 계면활성제의 장기간 안정성은 0.1 중량%의 분말형 계면활성제를 함유하는 드라이믹스 모르타르(유동 테스트를 위해 이용되는 것으로서 동일한 드라이믹스 모르타르 조성물) 500 g을 20℃, 40℃, 60℃에서 65% 상대 습도에서 28일 동안 실험실 오븐 내에서 저장하고, 다음으로 유동, 셀프 레벨링, 개방 시간, 공기 함량 및 모르타르 표면 외형과 같은 성능 파라미터에서의 변화를 측정함으로써 평가하였다.
실시예에서 지칭되는 상업 제품을 이의 공급처의 표시와 함께 이하 열거한 다.
RHOXIMAT® DF 770 DD, 프랑스 파리 Rhodia PPMC로부터 입수 가능.
SURFYNOL® 104S 계면활성제, 펜실베니아주 알렌타운 Air Product and Chemicals로부터 입수 가능. 이 제품은 실리카 지지체 상 SURFYNOL®104 계면활성제를 혼입한 분말형 계면활성제이고, 이의 구조는 아래로 나타난다.
Figure 112007076916729-pat00016
SURFYNOL® MD-20 분자 소포제, 펜실베니아주 알렌타운 Air Product and Chemicals로부터 입수 가능.
DYNOLTM 604 계면활성제, 펜실베니아주 알렌타운 Air Product and Chemicals로부터 입수 가능.
SILIPUR® RE 2971, 네덜란드 라이스바이크 Aqualon, Hercules Incorporated로부터 입수 가능.
HISIL® 233 습식 실리카, PPG Industries, Inc로부터 입수 가능.
SIPERNAT® 22 습식 실리카, Degussa AG로부터 입수 가능.
DC 2-4248S 분말 소포제, 미시건주 미들랜드 Dow Corning Corp.으로부터 입 수 가능.
AGITAN® P803, P804 AND P823, 독일 Muenzig Chemie GmbH로부터 입수 가능.
FOAMASTER® PD 01, 오하이오주 신시네이티 Cognis Corp.으로부터 입수 가능.
다음의 실시예에서, 계면활성제의 이름 다음의 접미사 "S"(예를 들어, MD20S)는 실리카 담체 상에 지지되어 있는 표시한 계면활성제 분자를 지칭한다.
실시예 1 - 분말형 계면활성제의 자유 유동 능력 및 먼지 배출
표 1은 종래의 분말형 계면활성제와 비교하여, 본 발명의 분말형 계면활성제(MD20 및 D604로 라벨링된 것)의 조성물 및 유동 및 먼지 특성을 보여준다. 상기 값들은 모두 3회 측정의 평균치였다. 데이터는 본 발명의 분말형 계면활성제가 우수한 유동 시간(3초 미만) 및 매우 양호한 먼지 배출(3.5 이상, 그리고 5)를 보여줌을 표시한다. 특히, SIPERNAT® 22(배치 2) 상 흡착된 DYNOLTM 604 및 HISIL® 233 상 흡착된 SURFYNOL® MD20는 실리카 상 SURFYNOL® 104 또는 FOAMASTER PD01과 비교할 때 우수한 자유 유동성 거동뿐만 아니라 AGITAN P823 또는 SILIPUR RE 2971과 비교할 때 감소된 먼지 배출(3.5-5의 값)을 가졌다.
Figure 112007076916729-pat00017
[1] 유동 컵(Flow cup) 방법: < 3초 = 우수함, > 10초 = 열등함
[2] 먼지 배출 척도: 5 = 양호함, 1 = 열등함
실시예 2 - SLU 드라이믹스 모르타르계 멜라민- 포름알데하이드의 동시적인 아웃플로우 및 셀프 레벨링 향상
표 2는 종래의 분말형 계면활성제(S104S) 및 무첨가(계면활성제 없음)와 비교하여 본 발명의 분말형 계면활성제(MD20S)를 이용하는 셀프 레벨링 드라이믹스 모르타르 테스트의 결과를 보여준다. 물 대 드라이믹스의 낮은 비(0.2:1)에서 분말형 계면활성제가 없는 모르타르 및 종래의 분말형 계면활성제 S104S와 비교할 때 본 발명의 분말형 계면활성제에서 아웃플로우 범위, 인플로우 범위 및 셀프 레벨링 성능의 상당한 증가가 발견되었다. "블랭크" 실시는 습윤을 개선하기 위해 S104S를 0.1 중량% 수준으로 이용하였고, "S104S" 실시는 S104S를 0.2 중량% 수준으로 이용하였고, 그리고 "MD20S 배치 1" 실시는 이 계면활성제 0.1 중량% + S104S 0.1 중량%를 이용하였다.
Figure 112007076916729-pat00018
표 2는 MD20S가 이용되었던 경우, 종래의 분말형 계면활성제(S104S)를 함유하는 드라이믹스와 비교할 때 아웃플로우 2.2 ㎝의 개선과 인플로우 0.6 ㎝의 향상을 보여준다. 또한, 이는 S104S와 비교할 때, 아웃플로우가 0.5 ㎝ 이상만큼 증가하는 경우에서도, MD20S의 우수한 셀프 레벨링 능력(ΔI=0)을 예시한다(표 2의 셀프 레벨링 아웃플로우 값 A, C 및 E 참조).
실시예 3 - 습윤제를 함유하는 알루미노실리케이트 MFS 계 SLU 드라이믹스 모르타르의 장기간 안정성, 아웃플로우 및 표면 외형의 개선
표 3은 셀프 레벨링 밑깔개용 빠른 응고 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 고온에서 장기간 저장(28일) 시 본 발명의 분말형 계면활성제에 의해 제공되는, 성능 이익, 개선된 아웃플로우, 경화 시간으로부터 아웃플로우 속도의 감소된 의존도 및 더 높은 표면 질(제한된 격리(segregation), 거칠기, 틈, 기포)을 요약한다. 종래의 분말형 계면활성제에 대한 결과 또한 보여준다. 표 3의 모든 실시는 습윤을 개선하기 위해 소량의 S104S를 포함하였다. 표 3에 열거된 분말형 계면활성제를 모두 0.1 중량% 수준으로 이용하였다(따라서, "S104S"으로 라벨링된 실시에 대한 S104S의 전체 수준은 다소 0.1 중량% 초과이다).
Figure 112007076916729-pat00019
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분말형 계면활성제는 향상된 장기간 안정성(28일, 20-60℃)을 제공하였다. 일반적으로, 28일 저장에서, 20-60℃에서, 0.1 중량%의 종래의 분말형 계면활성제를 함유하는 드라이믹스 모르타르는 아웃플로우 및 표면 질에 관해 악화된 효율을 보여주었다. 0.1 중량%의 동일한 로딩에서, 이 발명의 분말형 계면활성제는 드라이믹스 모르타르의 20-60℃에서의 28일 저장 시 상당한 효율의 손실로 고통받지 않았다. 예를 들어, 60℃에서의 저장, MD20S(HiSil 233)는 2분 및 10분의 수화 시간 후 각각 15.3 ㎝ 및 14.5 ㎝의 아웃플로우를 유지하지만, Surfynol 104S 또는 RHOXIMAT DF 770 DD는 2분의 수화 시간 후 13.8 ㎝의 감소된 아웃플로우를 보여주었고, 사실상 무처리의 경우 14.1 ㎝ 미만의 값을 얻는다.
표 3의 데이터를 도 2 및 3에서 플로팅화 하였고, 이는 긴 저장 시간(28일) 및 온도 조정(23℃, 60℃)의 효과 아래 종래의 계면활성제와 비교하여 본 발명의 계면활성제에 의해 제공되는 유동의 향상 및 표면 질의 개선을 도시한다(표 1에 나타난 조성물을 갖는, MD20S 및 2개의 D604S 시료). 도 2는 발명의 계면활성제 및 종래의 분말형 계면활성제를 함유하는 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 아웃플로우 상 저장 시간과 온도의 영향을 보여준다. 도 3은 발명의 분말형 계면활성제 및 종래의 분말형 계면활성제로 얻은 경화된 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 표면 질에 대한 저장 시간과 온도의 영향을 예시하는 도표이다.
도 4는 2분 및 10분 벌크 경화 후 종래의 재료와 비교하여, 이 발명의 분말형 계면활성제(MD20S, 이는 HISIL® 233 상 MD20임)에 의해 제공되는 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 표면 질의 개선을 도시하는 사진을 보여준다. 흰색 화살표는 결함을 표시하고, MD20S-함유 모르타르는 다른 모르타르보다 더 적은 결함을 갖는 것을 확인할 수 있다.
실시예 4 - 분말형 계면활성제의 감소된 이용 수준에서 습윤제를 함유하는 알루미노실리케이트 PCE 계 SLU 드라이믹스 모르타르의 유동 및 셀프 레벨링 , 탈기 속도 및 표면 외형의 개선
표 4는 PCE계 SLU 드라이믹스 모르타르 내 2개의 종래의 분말형 계면활성제와 비교하여, 본 발명의 분말형 계면활성제를 이용하는 셀프 레벨링 드라이믹스 모르타르 테스트를 보여준다. 표의 모든 배합물은 또한 SURFYNOL® 104S를 포함하였고, 이는 습윤을 개선하기 위해 모든 배합물에서 0.1 중량%으로 이용되었다(대조군 2 제외, 여기서 수준은 0.25%였다).
Figure 112007076916729-pat00020
본 발명의 분말형 계면활성제에 의해 감소된 모르타르 공기 함량을 달성하였다. 모르타르 드라이믹스 중량에 대해 분말형 계면활성제 0.1 중량%의 표준 이용 수준에서, 본 발명의 분말형 계면활성제는 드라이믹스 모르타르 조성물 내 습윤제의 존재 하에서 종래의 분말형 계면활성제의 경우에서의 1.2 부피%와 비교할 때, 0.95 부피%로 공기 함량을 감소시켰다. 드라이믹스 모르타르 조성물 내 습윤제의 부재 하에서, 본 발명의 분말형 계면활성제는 종래의 분말형 계면활성제의 경우에서의 1.1-1.6의 경우와 비교할 때, 1.0-1.5 부피%로 공기 함량을 감소시켰다.
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분말형 계면활성제(MD20S 및 D604S)는 감소된 이용 수준, 0.15 중량% 미만의 로딩 수준에서도, 실시예 2의 드라이믹스 모르타르에서 향상된 성능을 제공하였다. 사실, 표 4로부터, 본 발명의 분말형 계면활성제가 단지 SILIPUR에 대한 추천되는 이용 수준인 0.15 중량%의 1/3에서 SILIPUR RE 2971보다 0.4 ㎝ 내지 0.8 ㎝ 더 높은 아웃플로우를 가졌고, 그리고 양호한 개방 시간을 여전히 유지하면서 1.05 부피%의 우수한 탈기를 제공하는 것을 확인할 수 있었다. 이들은 또한 개선된 표면 외형, 3.39 결함/c㎡ 내지 0.17 결함/c㎡의 감소된 표면 결함 밀도를 갖는 매우 내구성 있는 모르타르(2 g/㎤ 초과의 밀도에 의해 나타난 바와 같이)를 제공하였다. 모르타르 드라이믹스 중량에 대해 분말형 계면활성제 0.1 중량%의 표준 이용 수준에서, 표면 결함 밀도는 약 75%만큼, 즉, 1.53 결함/c㎡(종래의 분말형 계면활성제의 경우)에서 0.39 결함/c㎡(본 발명의 분말형 계면활성제의 경우)으로 감소하였다. 종래의 이용 수준과 비교하여 3배 감소를 나타내는 0.05 중량%의 이용 수준에서, 표면 결함 밀도는 94% 및 77%만큼, 즉, 2.76 결함/c㎡ 이상(종래의 분말형 계면활성제 SILIPUR RE 2971)에서 0.17 및 0.63 결함/c㎡(각각 본 발명의 분말형 계면활성제 MD20S 및 D604S)로 감소하였다.
0.15 중량%의 표준 이용 수준에서, 종래의 분말형 계면활성제(SILIPUR RE 2971)와 비교할 때, D604S 및 MD20S 각각의 경우 10분에서 셀프 레벨링 아웃플로우가 상당하게 개선되었다(2.0 ㎝ 및 0.7 ㎝만큼).
심지어 감소된 이용 수준에서도, 본 발명에 따른 분말형 계면활성제는 유동 테스트 아웃플로우 성능의 전형적으로 이용된 수준(즉, 훨씬 더 높은 수준)에서 종래의 분말형 계면활성제를 능가하였다. 예를 들어, 드라이믹스 중량에 대해 0.025 중량%에서, D604S 및 MD20S는 각각 21.8 및 21.7 ㎝의 아웃플로우를 제공하였고, 반면, 훨씬 더 높은 이용 수준(0.15 중량%)에서 SILIPUR RE 2971는 21.1만을 제공하였다.
실시예 5 - 습윤제가 없는 PCE 계 포틀랜드 SLU 드라이믹스 모르타르의 장기간 안정성 및 유동 & 셀프 레벨링의 개선
표 5는 종래의 분말형 계면활성제(S104S 및 알콕실화 지방 알코올)와 비교하여, 본 발명의 분말형 계면활성제를 이용하는 셀프 레벨링 밑깔개를 위한 고 내구성 포틀랜드 PCE계 드라이믹스 모르타르의 장기간 안정성(유동 및 레벨링에 관련됨)의 비교를 보여준다. S104S, MD20S 및 D604S 모두는 담체로서 HISIL 233을 이용하였고, 분말형 계면활성제의 0.1 중량% 로딩 수준을 각 드라이믹스에서 이용하였다. 표 5의 실시는 임의의 다른 계면활성제를 포함하지 않았다.
Figure 112007076916729-pat00021
MD20S의 배치 1은 1000 그램 실험실 배치였고, 그리고 배치 2는 25 kg 지표(pilot) 척도 배치였다. 알 수 있는 바와 같이, 제조의 척도의 상이함에도 불구하고 유사한 결과를 얻었다.
표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 분말형 계면활성제는 주위 온도(23℃) 및 고온(40℃)에서 장기간 저장(28일) 시 개선된 아웃플로우 및 인플로우, 우수한 셀프 레벨링, 및 고 성능 안정성을 보여주었다. 예를 들어, 40℃에서 28일 저장 후, 알콕실화 지방 알코올과 비교할 때, D604S는 1.8 ㎝의 아웃플로우 증가 및 3.0 ㎝의 평균 인플로우 증가를 제공하였고, 그리고 S104S와 비교할 때, 1.2 ㎝의 아웃플로우 증가 및 1.5 ㎝의 인플로우 증가를 제공하였다. 이 유동의 향상은 종래의 분말형 계면활성제에 의한 것보다 40℃에서 더 좋은 장기간 안정성과 일치한다.
실시예 6 - 낮은 분말형 계면활성제 이용 수준에서 PCE 계 포틀랜드 SLU 드라이믹스 모르타르의 유동 및 셀프 레벨링 , 개방 시간, 탈기 속도, 건조 모르타르 밀도 및 표면 외형의 개선
표 6은 PCE 고유동화제를 포함하는 SLU 포틀랜드 드라이믹스 모르타르의 중요한 응용 성질에 관해 하나의 분말형 계면활성제(S104S)에 대해 본 발명에 따른 2개의 분말형 계면활성제(MD20S 및 D604S)를 이용하여 결과를 비교하는 것을 보여준다. 모든 분말형 계면활성제는 담체로서 HISIL® 233을 이용하였다. 표 6의 실시는 임의의 다른 계면활성제를 포함하지 않았다.
Figure 112007076916729-pat00022
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분말형 계면활성제는 향상된 유동 및 셀프 레벨링 및 우수한 개방 시간을 제공하였다. 이들은 또한 분말형 계면활성제가 없는 SLU 드라이믹스 모르타르의 개방 시간에 해당하는, 혼합의 완료 후 13분 이상동안 탈기를 계속할 수 있는 사실에 의해 나타나는 바와 같이, 오래 지속되는 탈기 효과를 제공하였다. 이는 동일한 양의 종래의 분말형 계면활성제 S104S와 비교할 때, 양호한 탈기 동역학 및 아웃플로우 값을 여전히 유지하면서 개선된 표면 외형을 얻는 감소된 이용 수준, 예를 들어, 0.025 중량%에서 가장 명백하게 알 수 있다.
표 7은 종래의 분말형 계면활성제와 비교할 때, 본 발명의 분말형 계면활성제의 이용 수준 상 SLU 드라이믹스 모르타르의 중요한 응용 성질의 의존도의 비교를 보여준다. 표 7의 실시의 어느 것도 임의의 추가적인 계면활성제를 포함하지 않는다.
Figure 112007076916729-pat00023
표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 0.03 중량%의 이용 수준에서 본 발명의 분말형 계면활성제는 새롭게 제조된 SLU 드라이믹스 모르타르 내에 낮은 공기 함량(13분 후 1.2 부피%)을 유지하면서, 동시에 높은 모르타르 확산성(유동 테스트 아웃플로우 > 23.9 ㎝), 향상된 인플로우(> 8.1 ㎝) 및 최대 0.2 ㎝의 셀프 레벨링 ΔI, 및 높은 표면 질(척도 1-5 상 4, 5가 우수함)을 제공하였다. 상기 나타난 종래의 분말형 계면활성제는 이 성질의 조합에 필적하지 못했다.
본 발명의 분말형 계면활성제에 의해 셀프 레벨링 거동(ΔI) 및 인플로우의 동시 향상이 제공되었다. 반대로, 심지어 더 높은 이용 수준(표준 0.1 중량%)에서도, 종래의 분말형 계면활성제는 드라이믹스 모르타르를 위해 우수한 셀프 레벨링 및 인플로우를 동시적으로 제공하지 않았다.
본 발명의 분말형 계면활성제는 또한 더 긴 개방 시간을 제공하였다. 모르타르 드라이믹스 중량에 대한 0.1 중량%의 분말형 계면활성제 표준 이용 수준에서, 새롭게 제조된 드라이믹스 모르타르는 상당하게 더 좋은 표면 외형과 함께, 표 7에서 나타난 최선의 종래의 분말형 계면활성제(FOAMASTER PD 01)의 최대 23.5분과 비교할 때, 25.2분만큼 긴 개방 시간을 가졌다.
일반적으로, 발명자는 이 발명의 분말형 계면활성제가 상대적으로 낮은 이용 수준(0.03-0.075 중량%)에서 이용되는 경우, 종래의 분말형 계면활성제의 더 높은 로딩(0.10-0.20 중량%)을 이용하여 얻어진 것과 유사한 아웃플로우 및 인플로우 성능을 달성함을 발견하였다. 전형적으로, 이 더 낮은 수준에서의 본 발명의 분말형 계면활성제의 이용은 또한 더 표준인(즉, 더 높은) 0.1 중량% 수준에서의 종래의 분말형 계면활성제의 이용의 결과만큼 우수한 또는 더 나은 개방 시간을 제공한다. 또한, 심지어 낮은 이용 수준에서도, 본 발명의 분말형 계면활성제는 몇몇의 경우에서 임의의 추가 계면활성제가 없는 배합물에 대해 55% 더 적은 만큼의 모르타르 공기 함량을 제공한다(예를 들어, 0.03% 로딩으로 5분에서 FOAMASTER의 경우 1.9 부피% 내지 D604S 1.0 부피%; 표 7 참조). 따라서, 몇몇의 성질에서 개선이 동시적으로 확인된다.
본 발명이 구체적인 구체예를 참조하여 예시하고 기술하지만, 추가된 청구항이 나타난 발명의 상세한 설명에 제한되는 것이 아님을 의도한다. 오히려, 당업자에 의해 상세한 설명의 다양한 변경이 이루어질 수 있고, 이 변경은 여전히 청구된 주제의 사상 및 범위 이내일 수 있고, 그리고 이 청구항이 적절히 해석되는 것을 의도한다.
도 1은 테스팅 동안 모르타르 혼합물의 확산, 자가 치유, 및 셀프레벨링을 도시한다.
도 2는 발명 및 종래의 분말형 계면활성제를 함유하는 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 유동에 대한 저장 시간 및 온도의 영향을 도시한다.
도 3은 발명 및 종래의 분말형 계면활성제로 얻은 경화된 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 표면 질에 대한 저장 시간 및 온도의 영향을 예시하는 그림이다.
도 4는 발명 및 종래의 분말형 계면활성제로 얻은 알루미노실리케이트 MFS계 드라이믹스 모르타르의 표면 질을 예시하는 사진을 도시한다.

Claims (21)

  1. 하기 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물:
    [구조식 A]
    Figure 112007076916729-pat00024
    ;
    (식 중, m은 1이고, R은 하기 구조식 (B)를 따르거나, 또는 m은 2이고, R은 구조식 C를 따름)
    [구조식 B]
    Figure 112007076916729-pat00025
    (식 중, n은 3 내지 7의 정수임)
    [구조식 C]
    Figure 112007076916729-pat00026
    (식 중, p는 1 내지 10의 정수임)
  2. 제1항에 있어서, 담체가 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 평균 입자 크기 D(1,0.5) 및 50 ㎡/g 이상의 비 표면적을 갖는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 구조식 (A)에 따른 화합물이 입자의 10 내지 75 중량% 범위를 구성하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, m이 2이고 R이 구조식 C를 따르는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, m이 1이고, R이 구조식 (B)를 따르는 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 입자성 시멘트질 성분을 더 포함하는 조성물.
  7. 제6항에 있어서, m이 2이고 R이 구조식 C를 따르는 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 시멘트질 성분이 인산 칼슘, 탄산 칼슘, 고령토, 백악, 미세활석(microtalcum), 황산 바륨, 산화 아연, 산화 알루미늄 및 이산화 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 성분을 포함하는 조성물.
  9. 제6항에 있어서, m이 1이고, R이 구조식 (B)를 따르는 조성물.
  10. 제1항, 제7항 또는 제9항에 있어서, 담체가 실리카를 포함하는 조성물.
  11. 제7항 또는 제9항에 있어서, 담체가 제올라이트를 포함하는 조성물.
  12. 제9항에 있어서, 시멘트질 성분이 알루미노실리케이트를 포함하는 조성물.
  13. 제8항 또는 제12항에 있어서, 시멘트 조성물이 건조 조성물인 조성물.
  14. 제8항 또는 제12항에 있어서, 시멘트 조성물이 고유동화제(superplasticizer)를 더 포함하는 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 고유동화제가 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물, 폴리카복실레이트 에테르 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
  16. 제7항 또는 제9항에 있어서, 시멘트질 성분이 포틀랜드 시멘트를 포함하는 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 시멘트 조성물이 건조 조성물인 조성물.
  18. 제16항에 있어서, 시멘트 조성물이 고유동화제를 더 포함하는 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 고유동화제가 설포-개질된 멜라민-포름알데하이드 축합물, 폴리카복실레이트 에테르 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
  20. 시멘트 혼합물의 제조 방법으로서, 물, 입자성 시멘트질 성분 및 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물을 배합하는 것을 포함하는 방법:
    [구조식 A]
    Figure 112007076916729-pat00027
    ;
    (식 중, m은 1이고, R은 구조식 (B)를 따름)
    [구조식 B]
    Figure 112007076916729-pat00028
    (식 중, n은 3 내지 7의 정수임)
  21. 시멘트 혼합물의 제조 방법으로서, 물, 입자성 시멘트질 성분 및 구조식 (A)에 따른 화합물을 표면상에 갖는 담체의 입자를 포함하는 조성물을 배합하는 것을 포함하는 방법:
    [구조식 A]
    Figure 112007076916729-pat00029
    ;
    (식 중, m은 2이고, R은 구조식 C를 따름)
    [구조식 C]
    Figure 112007076916729-pat00030
    (식 중, p는 1 내지 10의 정수임)
KR1020070108303A 2006-10-26 2007-10-26 분말형 아세틸렌계 계면활성제 및 이를 포함하는 조성물 KR100926053B1 (ko)

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