PL201385B1

PL201385B1 - Sposób wytwarzania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego oraz zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego

Info

Publication number: PL201385B1
Application number: PL365665A
Authority: PL
Inventors: Markus Möller; Helmut Coutelle; Robert Warth; Wolfgang Heininger
Original assignee: Sued Chemie Ag
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2009-04-30
Also published as: PL365665A1; EP1395524A2; AU2001285914B2; US7419540B2; CA2420937A1; ATE354551T1; WO2002018292A3; KR100821785B1; KR20030024917A; CA2420937C; DE10042455A1; WO2002018292A2; DE50112088D1; US20040037894A1; ES2278775T3; MXPA03001505A; AU8591401A; EP1395524B1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania zdolnego do p ecznienia krzemianu warstwowe- go opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie do stosowania w o srodkach obni zaj acych p ecz- nienie, zawieraj acych dwu- lub wielowarto sciowe kationy, odznaczaj acego si e obj eto sci a p ecznienia od oko lo 5 do 50 ml, mierzon a przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz roz- drobnieniem z maksymalnym udzia lem 10% frakcji 20 µm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych 10 µm mierzonym jako sucha pozosta losc na sicie. Dalszym przedmiotem wynalazku jest zastoso- wanie wy zej okre slonego krzemianu warstwowego w o srodkach obni zaj acych zdolno sc do p ecznienia. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego oraz zastosowania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego.

Krzemiany warstwowe zdolne do pęcznienia, oparte na smektycie są stosowane według wynalazku w ośrodkach obniżających zdolność do pęcznienia.

Znane jest zastosowanie krzemianów warstwowych opartych na smektycie, np. bentonicie, montmorylonicie, hektorycie itp., np. w układach mineralnych środków wiążących, w farbach i/lub lakierach, kosmetykach, smarach i dużej liczbie innych zastosowań.

Generalnie należy tu zwrócić uwagę, że krzemiany warstwowe wykorzystywane do tego celu muszą spełniać określone założenia, które każdorazowo zależą od zastosowania. Tak więc, np. w układach cementowych nie mogą występować żadne ujemne zjawiska, jak np., powstawanie pęknięć lub skurcz. Tak więc, np. w publikacji Bjorn'a Lagerblad i Berit Jacobson, „Proc. Int. Conf. Gem. Microsc., (1997), (wyd. 19, s. 151-162) wskazuje się na to, że zastosowanie smektytów zdolnych do pęcznienia w cemencie i/lub betonie prowadzi do problemów z powstawaniem pęknięć.

W opisie patentowym EP-A-0 675 089 opisano możliwość obejścia tego problemu i możliwość stosowania pomimo tego krzemianów warstwowych zdolnych do pęcznienia w układach mineralnych cementowych środków wiążących. Opisany w tym opisie patentowym pomocniczy środek, dla układu mineralnego środka wiążącego składa się z przynajmniej 60% krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia o objętości pęcznienia od około 5 do 50 ml, w przeliczeniu na zawiesinę 2 g krzemianu warstwowego w 100 ml wody. Na temat rozdrobnienia krzemianu warstwowego nie wspomniano wyraźnie; na stronie 3 w wierszu 32 wspomniano jednak o „typowej” maksymalnej pozostałości na sicie wynoszącej około 20% wagowych dla 90 μm. Istotną wskazówką wypływającą z tego opisu jest, że bentonit przedstawia odpowiedni kompromis w obrębie szczególnych objętości pęcznienia, przy którym z jednej strony jeszcze występuje określona plastyfikacja, jednak z drugiej strony nie powstaje niebezpieczeństwo, że w utwardzonym układzie powstaną pęknięcia skurczowe.

W wielu innych układach suchych zapraw, które także znajdują zastosowanie w budownictwie, zdolność pęcznienia krzemianów warstwowych opartych na smektycie nie jest jednak czynnikiem ograniczającym: w tych układach opartych np., na gipsie lub kombinacjach wapno/gips, krzemianów warstwowych zdolnych do pęcznienia nie stosuje się najczęściej dlatego, że „potencjalne” działanie tych materiałów nie dochodzi odpowiednio do skutku.

Tak więc, Alther w „Applied Clay Science”, I (1986) strony 273 do 284 wyjaśnia, że obecność gipsu już w małych ilościach ujemnie wpływa na reologiczne własności bentonitów.

To „potencjalne” działanie produktu związane jest z jednej strony z wyrażoną strukturą warstwową, a z drugiej strony z jego zdolnością do pęcznienia w wodzie i związanej z tym dużej powierzchni. Dzięki strukturze warstwowej, krzemiany warstwowe mogą działać jako wewnętrzny środek smarny, o ile lamele rozdzielą się od siebie poprzez pęcznienie w wodzie i mogą się przesuwać względem siebie. Dzięki temu układy, w normalnym przypadku, o wysokim stopniu napełnienia są znacznie bardziej smarne i dają się łatwiej pompować. Polepsza się dzięki temu wiele zastosowań, jak np. zdolność do pompowania układów gotowych do użytku, ręczne nakładanie układów, które poza tym mają bardzo dużą lepkość, takich jak kleje do płytek ceramicznych, zaprawy do murów, „rozprowadzanie” tynków lub nanoszenie szlachetnych tynków, zmniejszenie sedymentacji (gruboziarnistych) dodatków w układach zdolnych do płynięcia (okładziny zdolne do płynięcia i zaprawy wypełniające) itp.

To potencjalne działanie krzemianów warstwowych zdolnych do pęcznienia może być jednak wykorzystywane tylko warunkowo, ponieważ ze względu na ich naturę stosowanie ich w układach, które zawierają dużą ilość kationów dwuwartościowych, takich jak jony Ca, jest ograniczone. Zwykle stosowane krzemiany warstwowe, jak bentonit, montmorylonit, hektoryt itp. są układami koloidalnymi, które zawierają jednowartościowe kationy między lamelami. Tylko w przypadku, gdy energia hydratacji jest większa niż przyciąganie ujemnie naładowanych lamel przez te kationy, materiały te pęcznieją w obecności wody. Szczególnie odnosi się to dlatego do smektytu z kationami sodu między warstwami. Ze względu na gęstość ładunku innych jonów alkalicznych, smektyty z Li lub K są już nieco mniej zdolne do pęcznienia iż odpowiednie smektyty z Na.

Podczas dodawania i/lub w obecności kationów dwuwartościowych, materiały te z reguły ponownie szybko ulegają flokulacji, ponieważ ze względu na wymianę jonów z krzemianów warstwowych zdolnych do pęcznienia powstają krzemiany warstwowe pęczniejące tylko warunkowo i śródkrystalicznie.

PL 201 385 B1

Jeśli ze względu na proste obchodzenie się, w mieszaninie proszkowej stosuje się tylko sproszkowane krzemiany warstwowe zdolne do pęcznienia, która to mieszanina jako istotne składniki zawiera m.in. hydrauliczny lub ukryty hydrauliczny środek wiążący i która w obecności wody uwalnia stosunkowo duże ilości, np. dwuwartościowych kationów, to występuje odwrotnie reakcja konkurencyjna między wnikaniem wody między lamele krzemianu warstwowego (pęcznienie) i równocześnie przebiegającą flokulacją. Przy domieszaniu proszku krzemianu warstwowego do tak samo sproszkowanego układu środka wiążącego, który ponadto jest bogaty w rozpuszczalne w wodzie jony wapnia, ogranicza się pęcznienie krzemianu warstwowego przy dodawaniu wody do sproszkowanej mieszaniny od samego początku, tak więc nie dochodzi w pełni, także od samego początku, do rozwinięcia potencjalnego działania.

Skuteczność produktu w normalnym wypadku odpowiada dlatego tylko ułamkowej części jego teoretycznej możliwości działania, ponieważ część możliwości działania ulega zniszczeniu przez obecność jonów Ca, ze względu na wnikanie dwuwartościowych kationów i „flokowanie”. Dlatego zwykle krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia stosuje się w postaci wstępnie zdyspergowanej zawiesiny, ponieważ w tym wypadku zabezpiecza się przynajmniej, że materiał już został w pełni spęczniany, a ograniczenie jego działania następuje dopiero przez dalsze flokowanie.

Ten „dwuetapowy” sposób postępowania jest jednak skomplikowany, a ponadto nie we wszystkich przypadkach daje się wykonać, ponieważ dobrze spęcznione krzemiany warstwowe, które jeszcze powinny dać się pompować, w celu ułatwienia dozowania, można wykonać tylko w stężeniu substancji stałej od około 5 do 15% wagowych. Jednak w wielu dziedzinach stosowania, dodatek większych ilości wody, jakie zostają wprowadzone z zawiesiną lub pastą o tak małej zawartości substancji stałych, jest nie do zaakceptowania. Ponownie więc, w celu obejścia tego problemu podejmuje się usiłowania, aby oddać do dyspozycji odpowiednie zawiesiny, w których przez dodatek środków zwilżających i/lub środków wspomagających dyspergowanie do zawiesin smektytów można zwiększyć zawartość substancji stałych w zawiesinie do przynajmniej > 20% wagowych z zachowaniem ich dobrej zdolności do pompowania.

Tak więc, w publikacji WO 92/11218 opisano sposób dostarczania zawiesiny betonitu w bardziej stężonej postaci. Celem było przygotowanie trwałych zawiesin, jednak o małej lepkości. Zgodnie z tą publikacją moż na wytworzyć trwałe zawiesiny, nadające się dobrze do pompowania, o zawartości do 50% smektytów zdolnych do pęcznienia w ten sposób, że przygotowuje się je nie w wodzie, lecz w 3 do 15% roztworze NaCl. Przy rozcieńczaniu wodą dochodzą do głosu zwykłe własności bentonitu.

Analogiczna tematyka opisana została w publikacji WO 95/09135. Także i tu chodzi o wytwarzanie zawiesin bentonitu o wysokim stężeniu, co można uzyskać za pomocą soli amin z amin o małym ciężarze cząsteczkowym. Podane zostało tu (strona 4 wiersze 8 do 11), że wszystkie wielowartościowe kationy mają skłonność do silnego wiązania między sobą płatków gliny, co ujemnie wpływa na dyspergowanie. Pokazuje to wyraźnie, że zastosowanie bentonitów w środowisku, które zawiera wielowartościowe kationy, jest przynajmniej wątpliwe. Obowiązuje to także przy przeniesieniu do układów, które rozrabiane jako proszek w wodzie, równocześnie mogą dawać duże stężenia soli.

Chociaż dzięki temu już powstaje możliwość stosowania odpowiednich krzemianów warstwowych także i w krytycznych układach, metoda ta wykazuje jednak pewne poważne wady:

* krzemiany warstwowe muszą być obrabiane oddzielnie, co jest niewygodne i powoduje dodatkowe koszty oraz wymaga dodatkowych maszyn;

* układy pastowate, względnie wodne nie mogą być naturalnie wprowadzane do mieszanek sproszkowanych;

* pół fabrykaty (zawiesiny) zawieraj ą dodatkowe sole, które nie zawsze są pożądane i/lub nie zawsze są zgodne z układem (zgodność ze środowiskiem, skłonność do wykwitów itp.);

* tak wytworzone zawiesiny krzemianów warstwowych dają potrzebne własności dopiero po dalszym rozcieńczeniu wodą, co nie jest możliwe przynajmniej w przypadku układów materiałów budowlanych opartych na cemencie lub na gipsie.

Podobna tematyka została opisana w opisie patentowym USA nr 5 389 146. W celu uniknięcia dużej lepkości, która powstaje podczas wrabiania subtelnie rozdrobnionego krzemianu warstwowego, jak bentonit i utrudnia pompowanie układu (opisano masy uszczelniające i wypełniające z 80% bentonitu), stosuje się granulowany materiał z dodatkami obniżającymi lepkość.

Trudności polegające na tym, że układ, do którego krzemian warstwowy powinien zostać wprowadzony, może przeszkodzić w pęcznieniu i powstaniu optymalnych własności reologicznych, mogą wystąpić analogicznie także i wtedy, gdy układ nie jest oparty na sproszkowanej mieszaninie zawiera4

PL 201 385 B1 jącej cement, lecz jeśli do materiału domiesza się np. roztwór substancji powierzchniowo czynnych. W normalnym przypadku, sorpcja środka powierzchniowo czynnego na powierzchni krzemianu warstwowego hamuje pęcznienie krzemianu warstwowego tak samo jak obecność kationów, jak jony Ca itp.

W opisie patentowym USA nr 2 036 617 omówiono wielkość cząstek bentonitu i wpływ tej wielkości cząstek na zdolność do dyspergowania w wodzie. Wychodzono tam z założenia (strona 1, szpalta 2, wiersz 43 i następne), że można wcześniej przyjąć, że cząsteczki bentonitu będą tym lepiej dyspergowalne w wodzie, im są drobniejsze. W przeciwieństwie do tego wynalazcy stwierdzili, że w określonych przypadkach cząstki grubsze są łatwiejsze do zdyspergowania niż cząstki drobniejsze.

Przyjęto więc dlatego, że najlepsze działanie występuje wtedy, gdy suche cząstki mają w przybliżeniu taką samą średnicę i określoną korzystną wielkość. Najmniejsze wielkości cząstek leżą w zakresie około 53 μm (250 mesh). Ponadto w przypadku tego opisu chodzi tylko o dyspergowanie względnie zdolność do dyspergowania w wodzie a nie o zachowanie możliwie największego udziału działania czynnego przy zastosowaniu w sproszkowanych układach, które mogą uwalniać wielowartościowe kationy w zetknięciu z wodą.

W opisie patentowym DE-A-195 27 161 opisano mieszaninę pigmentów i farbę do powlekania o polepszonej zdolności do druku wklęsłego, zawierającą drobnocząsteczkowy węglan wapnia i przynajmniej jeden subtelnie rozdrobniony krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia i/lub krzemian warstwowy aktywowany kwasem. Nie rozróżnia się tam krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia i materiału zdolnego do pęcznienia, które obydwa określane są jako równocenne odnośnie polepszania zdolności drukowania przy druku wklęsłym. Wymienione pigmenty (CaCO3, względnie krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia - lub równocenny krzemian kwaśny) wykazują zwykłą jednolitość do powlekania papieru. Nadmierna zdolność pęcznienia nadaje jednak farbom do powlekania zbyt wysoką lepkość, przy czym przy mieszaniu krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia w dyspersji węglanu wapnia korzystny jest krzemian warstwowy rozpuszczalny w kwasie. Ten opis nie daje się przenieść, ponieważ krzemian warstwowy do stosowania powinien być stosowany w ośrodku zmniejszającym zdolność pęcznienia.

Opis patentowy DE-A-44 38 305 dotyczy pigmentu do powlekania papierów do druku, w szczególności pigmentu do wywoływania barwy dla papierów samokopiujących. Własności wywoływania barwy uzyskuje się przez aktywowanie kwasem smektytu alkalicznego lub metali ziem alkalicznych lub przez obciążenie lub aktywację kwasami Lewisa. Celem jest oddanie do dyspozycji wystarczającej ilości centrów aktywnych dla wywoływania barwy, bez pozostawienia zbyt wysokiej powierzchni BET powstającego produktu, ponieważ w innym wypadku potrzebne byłoby zbyt dużo środka wiążącego do powlekania papieru. Opis nie zawiera żadnych wskazówek odnośnie szczególnego rozdrobnienia materiału i zastosowania materiału w ośrodku, które obniża zdolność do pęcznienia.

Opis patentowy DE-A-44 13 672 dotyczy także wywoływacza farby dla papierów samokopiujących, odznaczającego się tym, że udział krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia wynosi 50 do 100% wagowych i krzemian warstwowy wykazuje objętość pęcznienia od 5 do 30 ml w przeliczeniu na zawiesinę 2 g w 100 ml wody i powierzchnię właściwą > 140 m²/g. Wspomniane jest celowe dalsze dodanie pigmentów nieaktywnych, jak krzemiany lub dowolne tanie napełniacze, jak kaolin lub węglan wapnia; nie ma tam jednak żadnej wskazówki odnośnie szczególnie korzystnego rozdrobnienia. Wywoływacz barwy nie jest także stosowany w ośrodku obniżającym zdolność pęcznienia.

Opis patentowy DE-A-42 17 779 dotyczy pigmentu do powlekania nośników do drukowania, w szczególności papieru i kartonu, który zawiera przynajmniej jeden krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia, który daje się mocować na nośniku do druku rzeczywiście bez środka wiążącego, przy czym udział krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia wynosi przynajmniej 30% wagowych, a objętość pęcznienia od 5 do 28 ml w przeliczeniu na zawiesinę 2 g w 100 ml wody. Opis nie zawiera jednak żadnych wskazówek odnośnie zachowania pigmentu do powlekania w ośrodku obniżającym zdolność pęcznienia.

Opis patentowy DD-A-219 170 dotyczy sposobu aktywowania surowych glinek. Nie zawiera on jednak żadnych wskazówek, że materiał powinien być stosowany w ośrodku, który obniża zdolność pęcznienia.

Opis patentowy DE-C-108 143 dotyczy także tylko sposobu wytwarzania materiałów o dużej zdolności pęcznienia z minerałów gliniastych, przy czym aktywację prowadzi się w związkach z jonami alkalicznymi, w szczególności jonami Na z dodatkiem soli magnezu.

Opis patentowy CH-A-459 858 dotyczy dodatku do mieszanin opartych na cemencie i sposobu ich wytwarzania. Dodatek dodaje się do mieszaniny cementu i piasku w określonym rozdrobnieniu

PL 201 385 B1 i zawiera on przynajmniej jedną substancję należącą do grupy montmorylonitu, przynajmniej jeden składnik napełniający o własnościach hydraulicznych oraz przynajmniej jeden środek powierzchniowo czynny i przynajmniej jeden dodatek regulujący czas wiązania.

Substancja należąca do grupy montmorylonitu nie została określona bliżej, ponad to, że powinna być ona dodana w określonej procentowej ilości. Korzystnie stosowany bentonit można zastąpić także bentonitem modyfikowanym organofilowo. Rozdrobnienie całej mieszaniny dodatku leży w zakresie od 8 do 10 μm.

U podstaw opracowania niniejszego wynalazku leży zadanie oddania do dyspozycji krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia opartego na smektycie do stosowania w ośrodkach obniżających zdolność do pęcznienia.

Do tych ośrodków należą przykładowo sproszkowane układy mineralnych środków wiążących lub inne sproszkowane układy zawierające sole rozpuszczalne w wodzie i roztwory środków powierzchniowo czynnych.

Generalnie wynalazek obejmuje także wszystkie układy wodne, zawierające składniki, które mogą przeszkadzać w pęcznieniu. Także gdy krzemian warstwowy nie jest stosowany w postaci wstępnie spęcznionej zawiesiny, powinien on zachowywać równocześnie całkowicie lub przeważająco swe potencjalne działanie.

Szczególne zadanie polega na tym, żeby oddać do dyspozycji krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia, który pomimo wrabiania do zawiesin i/lub roztworów zawierających kationy dwu- lub wielowartościowe (np. zawiesin i/lub roztworów wodorotlenku wapnia względnie wapna gaszonego (takich jak mleko wapienne), węglanu wapnia lub podobnych związków bogatych w wapń) zapewnia stabilizację i zwiększenie lepkości.

Niespodziewanie stwierdzono, że już bardzo drobne rozdrobnienie krzemianu warstwowego daje pożądane rezultaty. Jest to tym bardziej nieoczekiwane, że można było oczekiwać, że przy dużym rozdrobnieniu krzemianu warstwowego i zwiększonej przez to powierzchni swobodnej, w obecności wody, tak samo szybko rozpuszczalne jony Ca pokryją jeszcze szybciej tę powierzchnię i pęcznienie będzie przez to jeszcze szybciej i skuteczniej ograniczane.

Przedmiotem wynalazku jest więc sposób wytwarzania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego, charakteryzujący się tym, że prowadzi się alkaliczne aktywowanie krzemianu warstwowego opartego na metalach ziem alkalicznych, suszy się i miele materiał z nakładającym się na siebie uwarstwieniem, przy czym zdolny do pęcznienia krzemian warstwowy oparty jest na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie i wykazuje objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μm, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie.

Korzystnie sposób wytwarzania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego według wynalazku polega również na tym, że prowadzi się alkaliczne aktywowanie krzemianu warstwowego opartego na metalach ziem alkalicznych, zawieszonego w ośrodku wodnym, usuwa się grubsze substancje dodatkowe i suszy się rozpyłowo rozcieńczoną zawiesinę oraz ewentualnie miele i uwarstwia wysuszone rozpyłowo cząstki, w przypadku, gdy te cząstki nie uzyskały jeszcze rozdrobnienia, przy czym zdolny do pęcznienia krzemian warstwowy oparty jest na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie i wykazuje objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μ^ι, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μ^ι, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μ^ι, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie, do stosowania w ośrodkach obniżających pęcznienie, zawierających dwu lub wielowartościowe kationy.

Korzystnie krzemian warstwowy wykazuje objętość pęcznienia od około 10 do 40 ml, w szczególności od około 20 do 35 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego do 100 ml wody i korzystnie wybrany jest spośród bentonitu, montmorylonitu, hektorytu, atapulgitu, względnie paligorskitu, saponitu, bajdelitu, saukonitu pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, lub ich mieszanin, ewentualnie z udziałem nieaktywnych krzemianów warstwowych, jak wermikulit, illit, mika, pirofilit, talk, kaolin.

PL 201 385 B1

Korzystnie krzemian warstwowy zawiera więcej niż około 70% wagowych, korzystnie więcej niż około 80% wagowych, w szczególności więcej niż około 85% wagowych montmorylonitu. Korzystnie krzemian warstwowy zawiera dodatek sproszkowanych substancji alkalicznych.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego wyżej scharakteryzowanego, do sterowania reologią i/lub trwałością sproszkowanych i/lub ciekłych/pastowatych ośrodków, zawierających elektrolity i/lub środki powierzchniowo czynne.

Korzystnie elektrolitami są rozpuszczalne związki dwu- lub wielowartościowych metali.

Korzystnie krzemian warstwowy stosuje się do sterowania reologią i/lub trwałością sproszkowanych mineralnych układów środków wiążących, jak układy oparte na hydraulicznych, utajonych hydraulicznych lub utwardzających się na powietrzu środków wiążących, przy czym krzemian warstwowy albo jest składnikiem mieszaniny proszkowej albo miesza się go w postaci wodnej zawiesiny ze sproszkowanym mineralnym układem środka wiążącego z zastosowaniem sił ścinających.

Zdolny do pęcznienia krzemian warstwowy jest stosowany według wynalazku również w zawiesinach i/lub roztworach dwu- lub wielowartościowych kationów, w szczególności zawiesinach i/lub roztworach wodorotlenku wapnia, węglanu wapnia lub podobnych związków bogatych w wapń, do stabilizacji i/lub do zwiększenia lepkości.

Korzystnie krzemian warstwowy stosuje się do sterowania reologią i trwałością w sproszkowanych i/lub ciekłych układach z udziałem elektrolitów, jak środki odwadniające, jak przykładowo zawiesiny Ca(OH)2), środkach do czyszczenia w gospodarstwie domowym, kosmetykach, masach szpachlowych, środkach smarnych, masach do wypełniania fug i tym podobnych, przy czym nowego rodzaju krzemian warstwowy albo może być składnikiem mieszaniny proszkowej albo może być dodany do roztworu względnie zawiesiny oddzielnie z wykorzystaniem sił ścinających.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego wyżej scharakteryzowanego, do sterowania reologią lub trwałością, szczególnie sproszkowanych mineralnych układów środków wiążących, jak przykładowo układy oparte na hydraulicznie utwardzających się środkach wiążących, jak cement lub wapno-gips, anhydryt i tym podobne, przy czym nowego rodzaju krzemian warstwowy albo może być składnikiem mieszaniny proszkowej, albo może być dodany do roztworu, względnie zawiesiny oddzielnie z wykorzystaniem sił ścinających oraz zastosowanie do zapobiegania, względnie zmniejszania synerezy, w szczególności w warunkach transportu i/lub do polepszenia zdolności do rozmieszania, względnie ponownego zmieszania w układach lub ośrodkach zawierających dwu- lub wielowartościowe kationy.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego, opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μm, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie do wytwarzania mineralnego układu środka wiążącego, w szczególności układu suchego tynku, zawierającego krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia w ilości 0,1 do 5% wagowych, korzystnie 0,1 do 3% wagowych, korzystniej 0,1 do 1,5% wagowych, a zwłaszcza 0,2 do 1,0% wagowych, w przeliczeniu na łączny skład.

Przeciętną średnicę ziaren krzemianu można również określić np. w laserowym aparacie pomiarowym (np. Malvern). Powinna ona leżeć w zakresie wielkości od < 15 μm, korzystnie < 10 μυι, w szczególności < 5 μυι. W przeciwieństwie do tego rozdrobnienie handlowych materiałów, w przypadku pozostałości na sicie, wynosi od około 15% dla 45 μυι, względnie ich przeciętna średnica cząstek wynosi od około 30 μυι.

Rozdrobnienie materiałów, które stosowane będą w hydraulicznych układach wiążących jest wprawdzie częściowo już opisane; chodzi przy tym jednak albo przeważnie o zwykłe rozdrobnienie produktu proponowanych sproszkowanych materiałów lub też o specjalne zastosowania nie dotyczące niniejszego wynalazku.

Tak więc, w opisie patentowym EP-A-0 409 774 został opisany produkt, który jest stosowany jako opóźniacz wiązania hydraulicznych układów wiążących i składający się w około 30 do 60% wagowych z ligninosulfonianu i/lub polifosforanu i 60 do 30% wagowych ze składnika mineralnego (z niewielkim dodatkiem środka powierzchniowo czynnego).

Mineralny składnik (np. wermikulit, bentonit, montmorylonit lub perlit) powinien przy tym wykazywać pozostałość na sicie maksymalnie 20% dla 50 μυι.

W opisie patentowym US-A-5 588 990 opisany został układ, w którym do cementu pucolanowego dodaje się m. in. udział rozdrobnionego materiału w postaci talku i/lub bentonitu lub materiałów

PL 201 385 B1 równocennych, jak popiół lotny. Nie robi się przy tym rozróżnienia między materiałami, takimi jak talk, bentonit (wapniowy) lub popiół lotny. Nie rozpoznano wpływu rozdrobnienia na zdolność pęcznienia.

W opisie patentowym US-A-5 637 144 opisany został materia ł zastę pczy dla azbestu do układów cementowych. Układ składa się z kombinacji różnych materiałów, przy czym m. in. miesza się hydrofilowy bentonit ze środkiem zatrzymującym wodę i innymi dodatkami.

Drobnocząsteczkowy materiał może stanowić przy tym także kaolin, montmorylonit, atapulgit, ziemia folarska lub ziemia okrzemkowa. Istotną własnością minerałów jest określona zdolność pochłaniania wody. Rozdrobnienia materiałów jednak bliżej nie określono.

Krzemian warstwowy według niniejszego wynalazku wykazuje korzystnie rozdrobnienie wynoszące maksymalnie 10% wagowych > 20 μm i maksymalnie 5% > 10 μm.

Pod pojęciem krzemian warstwowy oparty na smektycie lub sepiolicie/paligorskicie rozumie się tu w szczególności krzemian warstwowy z grupy smektytu i/lub grupy sepiolitu/paligorskitu obejmujący np. atapulgit i sepiolit.

Korzystnie smektytowy krzemian warstwowy wybrany jest z grupy bentonitu, montmorylonitu, hektorytu, saponitu, bajdelitu, saukonitu pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, ewentualnie z udziałem nieaktywnych krzemianów warstwowych, jak wermikulit, illit, mika, pirofilit, talk, kaolin.

W przypadku zawartości w krzemianie warstwowym dodatku substancji alkalicznej zawierającej alkalia chodzi o np. sproszkowane szkło wodne, substancje kompleksujące, jak fosforany, zeolity lub inne materiały, które, jak żywice jonowymienne, przejściowo „unieruchamiają” rozpuszczalne jony Ca z układu środka wiążącego i utrzymują krzemian warstwowy wystarczająco długo w postaci zdolnej do pęcznienia tak, że lamele będą rozdzielane przez wodę i może występować pęcznienie krzemianu warstwowego.

W sposobie wytwarzania krzemianu warstwowego według wynalazku, alkaliczne aktywowanie krzemianu warstwowego ziem alkalicznych prowadzi się w znany sposób, przykładowo przez obróbkę zawiesiny krzemianu warstwowego za pomocą sody.

Alkaliczne aktywowanie możliwe jest także przez mieszanie odpowiedniego surowca, takiego jak bentonit-Ca, mniej zdolnego do pęcznienia, z bentonitem-Na o dużej zdolności do pęcznienia. Możliwe jest także łączenie krzemianów warstwowych zdolnych do pęcznienia z grupy smektytu z innymi, mniej zdolnymi do pęcznienia, np. z grupy sepiolitu/paligorskitu, w celu otrzymania określonej objętości pęcznienia.

Przy „aktywacji” w normalnym wypadku glinka według wynalazku poddawana jest zawsze mechanicznej obróbce z dużymi siłami ścinania i o dużym ładunku energetycznym, w celu zapewnienia, żeby zachodziła docelowa wymiana jonowa i zostało rozpoznane pożądane działanie w układzie. Odpowiednie sposoby aktywowania są fachowcom znane i obejmują np. gniotownik obiegowy, wytłaczanie, młyny walcowe, młyny koloidalne itd.

Optymalny sposób dobiera się przy tym do istniejącego surowca, który stosownie do wilgotności i plastyczności potrzebuje stosunkowo mniej energii ścinania, lecz także może sprawiać, że potrzebna będzie wielokrotna przeróbka przy wysokim nakładzie energii. Może to być określone przez fachowców na podstawie rutynowych doświadczeń.

Może odbywać się to tak, że glinkę suspenduje się w wodzie i w postaci dobrze nadającej się do pompowania poddaje się obróbce w młynie koloidalnym, np. obróbce za pomocą młyna Manton-Gaulin lub obróbce mikrofluidyzacyjnej, w którym dwa strumienie zawiesiny pod wysokim ciśnieniem uderzają o siebie na zasadzie młyna strumieniowego, a dzięki temu wprowadzona zostaje potrzebna energia ścinania.

W tym przypadku aktywacji w „stanie zawiesiny” i istnieniu dobrze nadającej się do pompowania zawiesiny można naturalnie glinkę także oczyścić i wytworzyć na drodze zwykłych sposobów suszenia i mielenia.

Jeden z wariantów sposobu według wynalazku odznacza się alkaliczną aktywacją krzemianu warstwowego ziem alkalicznych zasuspendowanego w ośrodku wodnym, usunięciu grubszych substancji dodatkowych i suszeniu rozpyłowym rozcieńczonej zawiesiny oraz ewentualnie przez mielenie i uwarstwianie cząstek suszonych rozpyłowo, w przypadku, gdy te nie uzyskały jeszcze poprzednio podanego uziarnienia.

W przypadku grubszych substancji dodatkowych chodzi np. o cząstki kwarcu, skalenia i miki, które zwykle usuwa się w ten sposób, że zawiesinę krzemianu warstwowego typu ziem alkalicznych przeprowadza się przez cyklon mokry.

PL 201 385 B1

Według wynalazku do mineralnych układów środków wiążących, w szczególności układów suchej zaprawy należą mieszaniny materiałów budowlanych, jak zaprawy, jastrychy, tynki i kleje budowlane, szczególnie suche tynki.

Krzemian warstwowy stosowany według wynalazku zdolny do pęcznienia może częściowo znajdować się w mieszaninie proszkowej lub też oddzielnie może być dodawany do ośrodka w postaci proszku lub wstępnej dyspersji z zastosowaniem sił ścinających.

Szczególna postać zastosowania polega na sterowaniu reologią i/lub trwałością sproszkowanych i/lub ciekłych ośrodków zawierających elektrolity i/lub środki powierzchniowo czynne. W przypadku elektrolitów chodzi zwykle o rozpuszczalne związki dwu- lub wielowartościowych metali lub o mieszaniny z rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych związków dwu- lub wielowartościowych metali, jak węglan wapnia i wodorotlenek wapnia.

Szczególna postać zastosowania polega na sterowaniu reologią i/lub trwałością sproszkowanych mineralnych układów środków wiążących, jak układy na bazie hydraulicznie utwardzających się środków wiążących, przy czym krzemian warstwowy jest albo częścią mieszaniny proszkowej lub jest mieszany w postaci wodnej zawiesiny z zastosowaniem sił ścinających ze sproszkowanym układem mineralnego środka wiążącego.

Poprzez zastosowanie krzemianu warstwowego można także przeszkadzać zapadaniu się tynku na ścianie, a przez to zwiększyć trwałość nałożenia.

Dalsze szczególne zastosowanie polega na sterowaniu reologią i trwałością zawiesin i /lub roztworów z dwu- i wielowartościowymi kationami (np. zawiesin i/lub roztworów wodorotlenku wapnia (jak mleko wapienne), węglanu wapnia lub podobnych związków bogatych w wapń.

Dalsza korzyść według wynalazku polega na zapobieganiu względnie zmniejszaniu synerezy, w szczególności w warunkach transportu oraz polepszeniu zdolności mieszania (ponownego) w wyżej wymienionych układach i ośrodkach, jak to poza tym można było uzyskać tylko za pomocą organicznych środków zwilżających.

Objętość pęcznienia mierzy się jak następuje: stopniowany cylinder pomiarowy o pojemności 100 ml napełnia się 100 ml wody destylowanej, powoli i porcjami po około 0,1 do 0,2 g na powierzchnię wody za pomocą szpatułki dodaje się 2 g (atro) krzemianu warstwowego podlegającego pomiarowi. Odczekuje się do opadnięcia dodanej porcji, zanim doda się następną porcję. Po dodaniu 2 g i jej opadnięciu na dno cylindra, po jednej godzinie odczytuje się wysokość spęczniałej substancji, jaką ona zajmuje w cylindrze pomiarowym, w mm na 2 g.

Krzemiany warstwowe oraz ich zastosowanie według wynalazku zostały objaśnione bliżej w następujących dalej przykładach w sposób nieograniczający.

P r z y k ł a d 1

Stosuje się bentonit-Ca dostępny w handlu, aktywowany sodą (produkt handlowy Tixoton^® CV 15 firmy Siid Chemie AG) (próbka A).Dla tego materiału z analizy proszkowej laserowej (Malvern) uzyskuje się następujący rozrzut wielkości cząstek:

pozostałość dla 20 μm: 60,0%; pozostałość dla 40 μm: 40,8%.

Przeciętna średnica cząstek wynosi więc około 30 μm.

Część tego materiału poddaje się następnie dalszemu mieleniu (próbka C). Rozrzut wielkości cząstek dla tego materiału przedstawia się następująco (mierzony w tym samym aparacie laserowym):

pozostałość dla 20 μm: 10,53%; pozostałość dla 40 μm: 0,38%.

Przeciętna średnica cząstek wynosi około 4,5 μm.

Objętość pęcznienia próbki C wynosi 36 ml.

Objętość pęcznienia mierzy się jak to opisano wcześniej.

Doświadczenie 1a)

Obie próbki (A i C) najpierw dysperguje się w wodzie i mierzy lepkość 8% zawiesiny za pomocą lepkościomierza Brookfielda.

Metoda badania: w zlewce o pojemności 250 ml umieszcza się 92 g wody wodociągowej. Dodaje się 8 g bentonitu (suszony na powietrzu) w ciągu 60 sekund, mieszając za pomocą laboratoryjnego aparatu do rozpuszczania (940 obroty na minutę).

Następnie miesza się jeszcze przez 10 minut przy 2800 obrotach na minutę. Pomiar lepkości prowadzi się po upływie 1 godziny czasu pęcznienia za pomocą lepkościomierza (Brookfield). Otrzymane wyniki zostały podane w tabeli 1.

PL 201 385 B1

T a b e l a 1

Próbka A	Próbka A	Próbka C	Próbka C
Brookfield 10 obrotów na minutę	Brookfield 100 obrotów na minutę	Brookfield 10 obrotów na minutę	Brookfield 100 obrotów na minutę
Pa · s	Pa · s	Pa · s	Pa · s
2200	310	2120	275

W badanym układzie samej wody nie można stwierdzić żadnych różnic w efekcie zagęszczającym dla materiału standardowego (A) i dodatkowo mielonej próbki (C).

Doświadczenie 1b)

Podczas pomiaru granicy płynności za pomocą „harfy kulkowej” według Soos'a (granica płynności w N/m² dla 6% zawiesiny według DIN 4126) pojawiają się niespodziewanie znaczne różnice. Stosuje się następującą metodę pomiaru.

W zbiorniku o pojemności 5 litrów umieszcza się 2 litry wody wodociągowej. W ciągu 60 sekund miesza się 120 g krzemianu warstwowego przy 940 obrotach na minutę za pomocą laboratoryjnego urządzenia do rozpuszczania. Następnie miesza się przez dalsze 5 minut przy 2800 obrotach na minutę. Zawiesinę przenosi się następnie do zamykanego pojemnika. Po 1 h, względnie 24 h czasu pęcznienia do pojemnika z tworzywa sztucznego dodaje się 1 litr zawiesiny i krótko miesza ręcznie. Po 1 minucie odstania zanurza się w zawiesinie kulki próbne za pomocą aparatu harfowego. Pierwsza zawieszona kulka jest miarą granicy płynności (DIN 4126 załącznik B). Wyniki podane zostały w tabeli 2.

T a b e l a 2

Próbka A	Próbka A	Próbka C	Próbka C
Granica płynności po 1 godzinie	Granica płynności po 24 godzinach	Granica płynności po 1 godzinie	Granica płynności po 24 godzinach
Kula nr 4	Kula nr 6	Kula nr 5	Kula nr 8
18,1 N/m²	35,9 N/m²	25,2 N/m²	49,9 N/m²

Powstawanie granicy płynności uzyskuje się dla dodatkowo mielonej próbki (C) szybciej i daje ona wyższe wartości. Ta własność granicy płynności ma zawsze znaczenie w tym wypadku, jeśli powinna ona przeszkadzać osiadaniu cięższych składników w układzie wodnym zdolnym do płynięcia (beton wypełniający) lub też jeśli wymagana jest trwałość postaci (np. tynki gruntujące na murach).

P r z y k ł a d 2

Powtarza się oznaczanie granicy płynności z przykładu 1b, przy czym jednak zamiast krzemianu warstwowego stosuje się mieszaninę z 95 części wagowych krzemianu warstwowego i 5 części wagowych cementu (CEM II/A-L 32,5 R). Granice płynności oznacza się w tym wypadku za pomocą lepkościomierza Bohlin CS 50. Próbka B jest materiałem standardowym (A) z 5% wagowych cementu; próbka D odpowiada próbce C z 5% wagowych cementu. Z tabeli 3 można wyraźnie zobaczyć, że obecność cementu daje próbce D (z C) znacznie lepsze działanie aktywne.

T a b e l a 3

Próbka B	Próbka B	Próbka D	Próbka D
Granica płynności po 1 godzinie	Granica płynności po 24 godzinach	Granica płynności po 1 godzinie	Granica płynności po 24 godzinach
27,6 Pa · s	67,6 Pa · s	42,5 Pa · s	113,0 Pa · s

P r z y k ł a d 3

Powtarza się przykład 2 z mieszaniną cement:krzemian warstwowy = 85:15. Suchą mieszaninę dodaje się do wody wodociągowej w proporcji wagowej 1:1. W zlewce umieszcza się 100 g wody wodociągowej i w ciągu 120 sekund dodaje się 100 g mieszaniny, mieszając za pomocą laboratoryjnego urządzenia do rozpuszczania przy 940 obrotach na minutę.

PL 201 385 B1

Następnie miesza się dalsze 5 minut przy 2800 obrotach na minutę. Próbki poddaje się pomiarom po czasie pęcznienia 15 minut, względnie 30 minut za pomocą lepkościomierza Bohlin. Przed każdym pomiarem próbki miesza się dokładnie za pomocą szpachelki. Próbka E = 15 części wagowych próbki A + 85 części wagowych cementu. Próbka F = 15 części wagowych próbki C + 85 części wagowych cementu. Wyniki podane zostały w tabeli 4.

T a b e l a 4

Próbka E	Próbka E	Próbka F	Próbka F
Granica płynności po 15 minutach	Granica płynności po 30 minutach	Granica płynności po 15 minutach	Granica płynności po 30 minutach
9,22 Pa · s	7,58 Pa · s	10,9 Pa · s	12,6 Pa · s

Pomimo wysokiego udziału cementu także i tu jednoznacznie jest widoczne, że materiał według wynalazku jest bardziej skuteczny i tworzy wyższe granice płynności. Ta granica płynności dla próbki według wynalazku (F) jest także stabilna, a nawet trochę się polepsza, co wskazuje na dodatkowe pęcznienie, podczas gdy materiał standardowy (E) już ulega flokowaniu i wskazuje na rozpad granicy płynności.

P r z y k ł a d 4

W tym przykładzie bada się wpływ uziarnienia na zdolność dyspergowania stosowanych materiałów w już istniejącej zawiesinie cementu. Po 4 g próbki A i próbki C miesza się w ciągu 60 sekund (940 obrotów na minutę) z istniejącą zawiesiną cementu (50 g cementu w 50 g wody), a następnie miesza się dalsze 5 minut (1865 obrotów na minutę). Pomiar próbek prowadzi się ponownie za pomocą lepkościomierza Bohlin po czasie pęcznienia 15, względnie 30 minut. Próbka G = 4 g próbki A w 100 g cementu + woda; próbka H = 4 g próbki C w 100 g cementu + woda. Wyniki podane zostały w tabeli 5.

T a b e l a 5

Próbka G	Próbka G	Próbka H	Próbka H
Granica płynności po 15 minutach	Granica płynności po 30 minutach	Granica płynności po 15 minutach	Granica płynności po 30 minutach
10,9 Pa · s	10,9 Pa · s	12,5 Pa · s	12,6 Pa · s

Materiały według wynalazku także i w tym układzie (4% krzemianu warstwowego w przeliczeniu na cement) przewyższają materiały standardowe.

P r z y k ł a d 5

Według tego przykładu bada się wpływ/zmniejszenie udziału odbitego betonu natryskowego. Udział odbity na powierzchni nałożenia jest zależny od konsystencji betonu natryskowego. Wpływa się nań ponownie poprzez budowę ziarnistą dodatków grubo- i drobnoziarnistych oraz przez ilość i zdolność do płynięcia szlamu cementowego. Beton nanoszony na powierzchnię powinien być możliwie plastyczny, aby występujące ziarna dodatku mogły zostać dobrze w nim osadzone. Przy tym masa własna nie może być większa niż wytrzymałość (kohezja wewnętrzna) betonu natryskowego względnie przyczepność na powierzchni granicznej beton natryskowy/podłoże lub nawet wytrzymałość podłoża. Zarówno niewystarczająca zdolność przyklejania się jak też i kohezja wewnętrzna mają następstwa dla odbijania. Dlatego żądane są własności tiksotropowe płynięcia z szybkim powstawaniem wyraźnie zaznaczonej granicy płynności. Jako zaprawę stosuje się: suchy tynk: 500 g GEM I 42,5 R + 150 g piasku kwarcowego 0/0,5 + sproszkowany krzemian warstwowy.

Woda zarobowa: 250 g wody łącznie + ciekły krzemian warstwowy. Każdorazowo dozowane ilości próbki C dodaje się do wstępnych próbek cementu za pomocą mątewki i ujednorodnia przez około 2 minut. W nastę pstwie różnią cych się dużych dozowanych iloś ci zmienia się także wodożądność, tak więc podczas natrysku w doświadczeniach natrysku ze stałą wartością W/C (woda/cement) należy zwrócić uwagę na taką samą konsystencję betonu natryskowego.

W tych doświadczeniach dodatek „Eberstein” (dolomit Eberstein Neuper GmbH) GK 4 mm; krzywa przesiewu (A + B)/2; 3% wilgotności własnej) i środek wiążący natryskowy (Chronolit^® ST, firmy Heidelberger Zement) opróżnia się oddzielnie z leja zasypowego dozownika dwuślimakowego. Dozowanie

PL 201 385 B1 środka wiążącego prowadzi się bezpośrednio przed rozpoczęciem natrysku za pomocą kalibrowanego ślimaka, który nastawia się tak, żeby dawał on zawartość środka wiążącego 380 kg/m³. Stosunek mieszania środek wiążący/dodatek wynosi 1:4,88 i jest on utrzymywany na stałym poziomie podczas całego szeregu doświadczeń. Dodawanie wody (ciśnienie 7 barów (0,7 MPa)) prowadzi się za pomocą dyszy, która przez prowadnicę dyszy przez stałą obserwację przepływomierza dla wody może być utrzymywane na dokładnie ustalonym poziomie wartości W/C. Odstęp dyszy natryskowej od powierzchni pokrywanej wynosi we wszystkich doświadczeniach 0,8 do 1,0 m.

W celu określenia udziału odbitego, podczas nakładania betonu natryskowego wyłapuje się i waży udział odbity na plandece rozpostartej na podłodze skrzynki drewnianej (30 x 40 x 10 cm; grubość betonu natryskowego = około 10 cm). Masę rozpryskanego betonu natryskowego oblicza się z różnicy masy betonu natryskowego + oszalowanie minus masa oszalowania. Następnie wylicza się w procentach odbicie:

odbicie :

-^masaodbicia-X 100 (%) ^masabetonu natryskowego ^{+ masa}odbicia

Wyniki podane zostały w tabeli 6.

T a b e l a 6

Krzemian warstwowy	Dozowanie (% wagowy zawartości betonu)	Wartość odbicia	Wartość W/C
C	0,0	30,2	0,47
C	1,0	23,8	0,47
C	1,6	22,8	0,47
C	2,0	27,8	0,47
C	1,0	21,6	0,48
C	1,6	14,8	0,51
C	2,0	15,4	0,52
C	0,0	25,1	0,51
A	1,0	25,2	0,46
A	2,0	30,4	0,44
A	2,0	22,3	0,53

Dodatek sproszkowanego krzemianu warstwowego według wynalazku pokazuje także dobre zmniejszenie udziału odbicia, co można wyjaśnić jedynie przez szybką odbudowę struktury domku z kart, tzn. przez delaminację uzyskanej granicy płynności/tiksotropii. Materiał standardowy porównawczy A wykazuje wprawdzie tak samo określone działanie, jest ono jednak znacznie gorsze niż uzyskiwane dla materiału według wynalazku.

P r z y k ł a d 6 _®

Stosuje się bentonit-Ca aktywowany sodą (Tixoton produkty firmy Sϋd-Chemie, analogiczny do próbki A z przykładu 1) o różniącej się granulacji i przygotowaniu.

Próbka A, standardowy bentonit: rozdrobnienie 20% > 45 μm

Próbka B, bentonit drobniej zmielony: rozdrobnienie 3% > 45 μm

Próbka C, bentonit zmielony najdrobniej i oczyszczany przez uwarstwowanie: rozdrobnienie 1% > 45 μm

Doświadczenie 6a)

Próbki A, B i C dysperguje się najpierw w wodzie i mierzy się lepkość 5% zawiesiny w wodzie za pomocą lepkościomierza Brookfielda.

Metoda badania: w zlewce o pojemności 600 ml umieszcza się 190 g wody wodociągowej.

W ciągu 60 sekund dodaje się 10 g bentonitu (suszony na powietrzu) mieszając za pomocą laboratoryjnego aparatu do rozpuszczania (930 obrotów na minutę). Następnie miesza się przez 15 minut przy

PL 201 385 B1

2800 obrotach na minutę. Pomiar lepkości prowadzi się po 1 dniu pęcznienia za pomocą lepkościomierza (Brookfield). Otrzymane wyniki podane są w tabeli 7.

T a b e l a 7

	Lepkość, Brookfield 10 obrotów na minutę (mPa · s)
Próbka A	3300
Próbka B	3780
Próbka C	4500

Doświadczenie 6b) (zawiesina Ca(OH)₂ o stężeniu 39%)

Receptura:

części zawiesiny bentonitu, 5%;

części wody;

części proszku wapna gaszonego (Ca(OH)2).

W zlewce o pojemności 600 ml umieszcza się 150 g zawiesiny bentonitu z doświadczenia 1a) i zadaje 60 g wody. W celu ujednorodnienia miesza się przez 15 sekund za pomocą laboratoryjnego aparatu do rozpuszczania.

W przypadku próby zerowej, bez bentonitu, zamiast tego umieszcza się 210 g wody. Następnie dodaje się porcjami 90 g wapna gaszonego przy włączonym mieszadle w ciągu 5 minut. Zwiększa się przy tym stopniowo szybkość mieszadła, która wynosi na koniec 2800 obrotów na minutę.

Pobiera się częściowe próbki o wielkości 100 ml do cylindra miarowego 100 ml ze szkła (średnica 3 cm). Resztę próbek przenosi się do pojemnika z tworzywa sztucznego. Po 1 tygodniu odstania odczytuje się oddzielanie przezroczystej cieczy znad osadu (synereza) na górze cylindra, a dla próbek składowanych w pojemnikach z tworzywa sztucznego mierzy się lepkość (Brookfield).

Z tabeli 8 można wyraźnie zobaczyć, że zwykłe produkty bentonitowe (A), pomimo określonego działania zagęszczającego nie wykazują prawie żadnego działania stabilizującego na zawiesiny Ca(OH)2. Dla takich samych ilości (2,5%) drobniejszego bentonitu (B i C) przeciwnie synereza wyraźnie zmniejsza się.

T a b e l a 8

	Synereza po 1 tygodniu	Lepkość, Brookfield 10 obrotów na minutę (mPa · s)
Próbka zerowa	15,0%	1520
Próbka A	12,0%	3020
Próbka B	8,0%	3740
Próbka C	3,5%	4280

P r z y k ł a d 7

Powtarza się przykład 6, jednak stężenie zawiesiny Ca(OH)2 przeznaczonej do stabilizacji wynosi 40%. Odpowiednio do mniejszej zawartości wody i wyższej lepkości podstawowej, do stabilizacji stosuje się mniej bentonitu, a mianowicie 0,75% (odpowiednio 15% zawiesiny bentonitu z doświadczenia 6a o stężeniu 5%).

Receptura:

g (15%) zawiesiny bentonitu, 5%;

135 g (45%) wody;

120 g (40%) proszku wapna gaszonego (Ca(OH)2).

Metoda badania jest analogiczna jak w doświadczeniu 6b, jednak w doświadczeniu zerowym dodaje się 180 g wody. Wyniki z tabeli 9 dowodzą także i tu lepszego działania stabilizującego drobniejszego bentonitu (B i C).

PL 201 385 B1

T a b e l a 9

	Synereza po 1 tygodniu	Lepkość, Brookfield 10 obrotów na minutę (mPa · s)
Próbka zerowa	3,5%	3640
Próbka A	3,0%	4160
Próbka B	2,0%	4340
Próbka C	1,0%	5320

P r z y k ł a d 8

Powtarza się doświadczenie z przykładu 7, przy czym wielkość wsadu wynosi 2 kg zamiast 300 g. Próbki umieszcza się w zamkniętym pojemniku z tworzywa sztucznego i transportuje ciężarówką 100 kilometrów (częściowo ruch miejski, droga polna, autostrada). W tych warunkach transportu osiadanie cieczy (synereza) jest generalnie większe niż przy spokojnym składowaniu w szklanym cylindrze.

Pomiar odbywa się tu przez odlanie i zważenie przezroczystej cieczy. Po ponownym zlaniu ocenia się ilościowo zdolność do ponownego rozmieszania osadzonej zawiesiny.

Wyniki z tabeli 10 pokazują, że drobny bentonit w porównaniu ze standardowym bentonitem nie tylko zmniejsza synerezę w warunkach transportu, lecz także polepsza dalszą zdolność do ponownego rozmieszania.

T a b e l a 10

	Synereza po 100 km transportu ciężarówką	Zdolność do ponownego rozmieszania
Próbka zerowa	15%	Bardzo zła
Próbka A	14%	Zła
Próbka B	8%	Dobra
Próbka C	5%	Bardzo dobra

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego, znamienny tym, że prowadzi się alkaliczne aktywowanie krzemianu warstwowego opartego na metalach ziem alkalicznych, suszy się i miele materiał z nakładającym się na siebie uwarstwieniem, przy czym zdolny do pęcznienia krzemian warstwowy oparty jest na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie i wykazuje objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μ^ι, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie.
2. Sposób wytwarzania zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego, znamienny tym, że prowadzi się alkaliczne aktywowanie krzemianu warstwowego opartego na metalach ziem alkalicznych, zawieszonego w ośrodku wodnym, usuwa się grubsze substancje dodatkowe i suszy się rozpyłowo rozcieńczoną zawiesinę oraz ewentualnie miele i uwarstwia wysuszone rozpyłowo cząstki, w przypadku gdy te cząstki nie uzyskały jeszcze rozdrobnienia, przy czym zdolny do pęcznienia krzemian warstwowy oparty jest na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie i wykazuje objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μm, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie.
3. Zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μ^ι, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μ^ι, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie, do stosowania w ośrodkach obniżających pęcznienie, zawierających dwulub wielowartościowe kationy.

PL 201 385 B1
4. Zastosowanie według zastrz. 3, znamienne tym, że krzemian warstwowy wykazuje objętość pęcznienia od około 10 do 40 ml, w szczególności od około 20 do 35 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego do 100 ml wody.
5. Zastosowanie według zastrz. 3, znamienne tym, że krzemian warstwowy wybrany jest spośród bentonitu, montmorylonitu, hektorytu, atapulgitu, względnie paligorskitu, saponitu, bajdelitu, saukonitu pochodzenia naturalnego lub syntetycznego, lub ich mieszanin, ewentualnie z udziałem nieaktywnych krzemianów warstwowych, jak wermikulit, illit, mika, pirofilit, talk, kaolin.
6. Zastosowanie według zastrz. 3 albo 5, znamienne tym, że krzemian warstwowy zawiera więcej niż około 70% wagowych, korzystnie więcej niż około 80% wagowych, w szczególności zaś więcej niż około 85% wagowych montmorylonitu.
7. Zastosowanie według zastrz. 3, znamienne tym, że krzemian warstwowy zawiera dodatek sproszkowanych substancji alkalicznych.
8. Zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μ^ι, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μ^ι, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie, do sterowania reologią i/lub trwałością sproszkowanych i/lub ciekłych/pastowatych ośrodków, zawierających elektrolity i/lub środki powierzchniowo czynne.
9. Zastosowanie według zastrz. 8, znamienne tym, że elektrolitami są rozpuszczalne związki dwu- lub wielowartościowych metali.
10. Zastosowanie według zastrz. 8, znamienne tym, że krzemian warstwowy stosuje się do sterowania reologią i/lub trwałością sproszkowanych mineralnych układów środków wiążących, jak układy oparte na hydraulicznych, utajonych hydraulicznych lub utwardzających się na powietrzu środków wiążących, przy czym krzemian warstwowy albo jest składnikiem mieszaniny proszkowej, albo miesza się go w postaci wodnej zawiesiny ze sproszkowanym mineralnym układem środka wiążącego z zastosowaniem sił ścinających.
11. Zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μ^ι, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μm, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie, w zawiesinach i/lub roztworach dwu- lub wielowartościowych kationów, w szczególności zawiesinach i/lub roztworach wodorotlenku wapnia, węglanu wapnia lub podobnych związków bogatych w wapń, do stabilizacji i/lub do zwiększenia lepkości.
12. Zastosowanie krzemianu warstwowego według zastrz. 8, znamienne tym, że krzemian warstwowy stosuje się do sterowania reologią i trwałością w sproszkowanych i/lub ciekłych układach z udziałem elektrolitów, jak środki odwadniające jak przykładowo zawiesiny Ca(OH)2), środkach do czyszczenia w gospodarstwie domowym, kosmetykach, masach szpachlowych, środkach smarnych, masach do wypełniania fug i tym podobnych, przy czym nowego rodzaju krzemian warstwowy albo może być składnikiem mieszaniny proszkowej albo może być dodany do roztworu względnie zawiesiny oddzielnie z wykorzystaniem sił ścinających.
13. Zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μ^ι, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μm, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie, do sterowania reologią lub trwałością, szczególnie sproszkowanych mineralnych układów środków wiążących, jak przykładowo układy oparte na hydraulicznie utwardzających się środkach wiążących, jak cement lub wapno-gips, anhydryt i tym podobne, przy czym nowego rodzaju krzemian warstwowy albo może być składnikiem mieszaniny proszkowej, albo może być dodany do roztworu, względnie zawiesiny oddzielnie z wykorzystaniem sił ścinających.
14. Zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μm, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie, do zapobiegania, względnie zmniejszania synerezy w szczególności w warunkach transportu i/lub do polepszenia zdolPL 201 385 B1 ności do rozmieszania, względnie ponownego zmieszania w układach lub ośrodkach zawierających dwu- lub wielowartościowe kationy.
15. Zastosowanie zdolnego do pęcznienia krzemianu warstwowego, opartego na smektycie i/lub sepiolicie/paligorskicie wykazującego objętość pęcznienia od około 5 do 50 ml, mierzoną przez dodanie 2 g krzemianu warstwowego (atro) do 100 ml wody oraz rozdrobnienie z maksymalnym udziałem 10% wagowych frakcji > 20 μm, korzystnie maksymalnie 5% wagowych > 10 μ^ι, mierzonym jako sucha pozostałość na sicie do wytwarzania mineralnego układu środka wiążącego, w szczególności układu suchego tynku, zawierającego krzemian warstwowy zdolny do pęcznienia w ilości 0,1 do 5% wagowych, korzystnie 0,1 do 3% wagowych, korzystniej 0,1 do 1.5% wagowych, a zwłaszcza 0,2 do 1,0% wagowych, w przeliczeniu na łączny skład.