VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FLUSSIGEN ZUSATZMITTELS FÜR BINDEMITTELSUSPENSIO- NEN AUF DER BASIS VON WASSERLÖSLICHEM WELAN GUM
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzmittels auf der Basis von wasserlöslichem Welan Gum, insbesondere für die Verbesserung und die Verar- beitbarkeit und/oder der rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen.
Welan Gum ist ein mikrobielles Heteropolysaccharid mit gly- kosidisch gebundenen Acetylestergruppen, welches durch Fermentation von Kohlehydraten gewonnen wird. Die Struktur und Eigenschaften des Polysaccharides werden von Jansson P.E., Lindberg B. und Widmahn G. in Carbohydrate Research 139 (1985), 217-223 und Urbani, R. & Brant, A, in Carbohydrate Polymeres 11 (1989) , 169-191 beschrieben.
Biopolymere, wie beispielsweise Welan Gum, werden im Zusammenhang mit der Verbesserung der Homogenität von Betonzuberei- tungen vorgeschlagen. Welan Gum zeichnet sich durch eine hohe Hydratationsgeschwindigkeit aus und führt daher zu einer relativ hohen und spontanen Wasseraufnahme unter Aufbau einer sehr hohen Viskosität bei Konzentrationen schon um 1 Gew.%. Beim Transport derartiger viskoser, jedoch niedrig konzentrierter Welan Gum- Lösungen in Wasser wird daher immer ein sehr hoher Wasseranteil mittransportiert, da die Grenzkonzentration für eine noch gut pumpbare wäßrige Welan Gum-Lösung bei ca. 2 Gew.% liegt.
Der Einsatz derartiger wasserlöslicher Biopolymere in wäßrigen Bindemittelsystemen erfolgt in erster Linie als Hydrokolloid, häufig gemeinsam mit Superverflüssigern, wie beispielsweise hochmolekularen Sulfonat-Derivaten.
Die stark rheologische Beeinflussung von wäßrigen Bindemittel- Suspensionen durch wasserlösliches Welan Gum erfordert zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit relativ hohe Mengen weiterer Zusätze, insbesondere von Hochleistungsverflüssigern, wie z.B. Formaldehydkondensaten von sulfoniertem Naphthalin, sulfoniertem
Mela in oder modifizieren Ligninsulfonaten sowie deren Derivaten und/oder Gemischen dieser oder ähnlicher Zusätze, wie z.B. Abbindeverzögerer, Abbindebeschleuniger, Schrumpfungskompensato- ren.
Aufgrund der hohen und raschen Wasseraufnahme neigt feinkörniges Trockenpulver des Welan Gums beim unkontrollierten Vermischen mit Wasser zur Klumpenbildung und bei geringen Zusatzmengen zur inhomogenen Verteilung in wäßrigen Systemen.
In der US-PS 4,342,866 ist ein Verfahren zur Herstellung vom Welan Gum beschrieben. Die EP 505 096 Bl beschreibt ein weiter verbessertes Verfahren, nach welchem Welan Gum mit erhöhter Hydratationsgeschwindigkeit hergestellt werden kann.
Die erhöhte Hydratationsgeschwindigkeit führt nach den Angaben der EP 505 096 Bl einerseits dazu, daß derartiges Welan Gum zwar vorteilhaft als Feststoff mit trockenem Zement vermischt werden kann, worauf erst in der späteren Folge Wasser zugegeben wird. Die Herstellung von lagerfähigen homogenen Trockenmischungen von Welan Gum in Feststoffpulvern ist jedoch häufig problematisch und führt gerade bei hoher Hydratationsgeschwindigkeit dazu, daß eine Klumpenbildung nicht ausgeschlossen werden kann. Schwierigkeiten bei der exakten Dosierung und bei der homogenen Ver- teilung von schnell hydratisierendem Welan Gum sind insbesondere bei niedrigen Welan Gum-Konzentrationen bzw. -Zusatzmengen unter 0,1 Gew.% zu erwarten, wie sie in wäßrigen Bindemittelsuspensionen üblich sein können.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine vorteilhaftere und geeignetere Zusatzform von wasserlöslichem Welan Gum herzustellen, mit welcher es gelingt, ohne die Gefahr einer Klumpenbildung eine exaktere und reproduzierbarere Dosierung bei der Zubereitung von Bindemittel-Suspensionen zu gewährleisten und gleichzeitig sicherzustellen, daß wasserlösliches Welan Gum sehr schnell homogen verteilt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlich darin, daß wasser-
lösliches Welan Gum als feinkörniges Trockenpulver in einer wäßrigen Lösung dissoziierbarer Salze hoher Konzentration, insbesondere einer lyotropen Salzlösung dispergiert wird. Mit Vorteil werden dabei Alkali- bzw. Erdalkalisalze von Superverflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln unter starkem Rühren dispergiert, wobei der Mindestsalzgehalt (in Abhängigkeit von der Art der Ionen) in der wäßrigen Lösung in vorteilhafter Weise 20 Gew.% beträgt. Mit dieser Maßnahme wird der vorteilhafte Effekt der "Hofmeisterschen lyotropen Reihe" ausgenutzt. Für die Her- Stellung derartiger kolloidaler Dispersionen bzw. Suspensionen des Biopolymers werden die "lösemittel-entziehenden" Eigenschaften der Ionen der dissoziierbaren Salze und Superverflüssiger, beispielsweise der Na+- bzw. Ca++- und der Sulfonationen dazu benutzt, um nahezu das gesamte "freie Wasser" durch Hydratation der Ionen zu blockieren. Gleichzeitig treten die Ionen in Wechselwirkung mit den polaren Gruppen des Biopolymers.
Das zu derartig hochkonzentrierten Salzlösungen zugegebene an sich wasserlösliche Biopolymer kann daher nicht mehr gelöst, sondern nur noch angequollen und homogen dispergiert werden. Die zu erwartende Ausbildung eines hochviskosen und nicht pumpbaren Gels bei gleichzeitig hoher Biopolymerkonzentration findet nicht mehr statt. Es wird überraschenderweise eine noch gut pumpbare leicht bewegliche Flüssigkeit selbst bei Konzentrationen des wasserlöslichen Biopolymers von 5 bis über 15 Gew.% in H2θ erzielt. Eine derartige flüssige Zubereitung von wasserlöslichem Welan Gum in hochkonzentrierten Salzlösungen hat mehrere technologische Vorteile: wasserlösliches Welan Gum läßt sich in der Folge wesentlich vorteilhafter dosieren und homogener in Binde- mittelsuspensionen verteilen. Daß die gleichzeitig in diese Lösung eingebrachten Ionen der Superverflüssiger o.a. Beton- Zusatzmittel die Herstellung auch hochkonzentrierter Welan Gum- Dispersionen ermöglichen, hat zur Folge, daß das Transportgewicht der Gum-Dispersionen und somit die Transportkosten sowie Kosten für Lagerbehälter und Vorratshaltung wesentlich verringert werden können.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird vorteilhaft so durchgeführt, daß verdünnte wäßrige Lösungen handelsüblicher Superverflüssiger und/oder Wasserreduktionsmittel und/oder anderer Betonzusatzmittel durch weiteren Zusatz von festen Salzen bzw. Superverflüssigern unter Rühren aufkonzentriert werden und daß während des Rührvorganges Entschäumungsmittel in die Lösung aus Salzen bzw. Superverflüssigern eingebracht werden. Hierdurch wird der Anteil des "freien Wassers" in derartigen Lösungen weiter stark verringert bzw. durch Ionen-Hydratation ganz zum Verschwinden gebracht .
Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrige Salzlösung aus komplexen Gemischen dissoziierbarer Salze von Abbinderegulatoren und/oder Verflüssigern und/oder Wasserreduk- tionsmitteln und/oder zusätzlichen Schrumpfungskompensatoren besteht, wobei vorzugsweise die lyotrope Salzlösung aus dissoziierbaren Alkali- und/oder Erdalkalisalzen, Ammoniumsalzen und/- oder Salzen organischer basischer Sauerstoff- und/oder StickstoffVerbindungen besteht. Bevorzugt können hierbei die Ver- flüssiger und Wasserreduktionsmittel aus Salzen von Formaldehydkondensaten der Melaminsulfonate und/oder Naphthalinsulfonate und/oder Ligninsulfonaten und/oder Acryl- und/oder Maleinsäure- anhydrid-Copolymerisaten bestehen.
Eine besonders vorteilhafte, flüssige Zubereitung läßt sich dadurch erzielen, daß feinkörniges, wasserlösliches Welan Gum- Pulver direkt in Mengen von 1 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.%, in eine konzentrierte Salzlösung aus Superverflüssigern o.a. Beton-Zusatzmitteln eingerührt wird. Die Korngröße des wasserlöslichen Welan Gums sollte dabei möglichst im Bereich von 5 bis 100 μm liegen, um eine optimale Stabilität der Welan Gum-
Dispersion zu erzielen. Derartiges wasserlösliches Welan Gum- Pulver kann somit in relativ hohen Konzentrationen in Wasser dispergiert werden, wobei die für die angestrebten rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen erforderlichen Mengen an Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln somit schon vorteilhaft mit dem gleichen Zusatz in einen Beton oder Mörtel
eingebracht werden können. Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrigen lyotropen Salzlösungen aus Superver- flüssigersalzen durch weiteren Zusatz von festen Superver- flüssigersalzen unter Rühren auf eine Konzentration nahe ihrer Sättigungskonzentration gebracht werden.
Insgesamt führen z.B. Welan Gum-Superverflüssigergemische zu einer wesentlichen technologischen Verbesserung in der Verarbeit- barkeit und in den rheologischen Eigenschaften von Binde it- telsuspensionen. Probleme, wie sie bei einer fehlenden Synchronisierung zwischen der Vorhydratisierung von wasserlöslichem Welan Gum und den Bindemitteln auftreten würden, lassen sich durch die erfindungsgemäße Zubereitungsform vermeiden.
Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist auch die Verwendung von Entschäumern. Mit Hilfe dieser Produkte können zum einen bei der Herstellung der wäßrigen Suspensionen des wasserlöslichen Welan Gums die einem Polymerpulver anhaftenden Luftbläschen nahezu beseitigt und zum anderen homogene, hochkonzentrierte nicht-schäumende Lösungen von Super- verflüssigern und/oder anderen Betonzusatzmitteln mit wasserlöslichem Welan Gum durch Rühren hergestellt werden.
Eine typische Zubereitung des erfindungsgemäßen flüssigen Zu- satzmittels erfolgt mit Vorteil so, daß eine mit feinkörnigem Welan Gum-Pulver versetzte hochkonzentrierte Salzlösung wenigstens 15 min, vorzugsweise etwa 30 min, nach dem Zusatz der letzten Teilmenge an Welan Gum noch weitergerührt wird und der nach dem Ende des Rührens entstehende Schaum mit einer zusätz- liehen Menge von weniger als 0,5 Gew.% Entschäumer zerstört wird, wodurch letztendlich eine stabile, homogene, hochkonzentrierte Biopolymerdispersion erzielt werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise wird hierbei so vorgegangen, daß zuerst eine wäßrige Salzlösung aus handelsüblichen Super- verflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln, wie z. B. Abbinderegulatoren und/oder Schrumpfkompensatoren, auf einen Salzgehalt
von 20 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 45 Gew.%, unter Zusatz von 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer gebracht wird. Danach werden bevorzugt 5 bis 8 Gew.% wasserlöslichen Welan Gum-Pulvers in die wäßrige Salzlösung gegeben, wobei vorzugsweise die Salzlösung 15 min gerührt wird, und der weitere portionsweise Zusatz von Welan Gum-Pulver unter wenigstens 30-minütigem Rühren erfolgt. Nach dem Ruhen der Dispersion von mindestens weiteren 30 min, vorzugsweise etwa 60 min, werden noch abschließend 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer (bezogen auf das Gewicht der Lösung) einge- rührt .
Zusammenfassend wird hier beispielhaft für die Herstellung eines typischen Betonverflüssigers zur Verbesserung der Homogenität von Bindemittelsuspensionen auf der Basis von Welan Gum vor- geschlagen, feinkörniges Welan Gum-Pulver in eine wäßrige hochkonzentrierte Salzlösung aus dissoziierbaren Verflüssigern auf der Basis von Formaldehydkondensaten von Melaminsulfonat und/oder Naphthalinsulfonat und/oder Ligninsulfonaten und/oder Acryl- und/oder Maleinsäureanhydrid-Copolymerisaten unter Rühren einzubringen, wobei der Mindestgehalt aller dissoziierbaren Verflüssigerkomponenten in der wäßrigen Lösung 20 Gew.% beträgt. Feinkörniges Welan Gum-Pulver kann in Mengen von 1 bis 15 Gew.% in derartige Lösungen von Superverflüssigern eingerührt werden, wobei eine stabile, noch leicht-bewegliche und verpumpbare Suspension gebildet wird.
Die erfindungsgemäßen flüssigen Zusatzmittel eignen sich dabei bevorzugt für Bindemittelsuspensionen auf der Basis von Zement (Beton, Mörtel) , Gips und/oder anderen hydraulischen Binde- mittein in Wasser ggf. mit Zuschlagstoffen oder Zusatzsto fen, wobei das hieraus resultierende flüssige Zusatzmittel für die Verbesserung in der Verarbeitbarkeit und der rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen eingesetzt wird.