Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzmittels auf der Basis von wasserlöslichen, feinkörnigen Polvsacchariden, wie z.B. mikrobiellen oder pflanzlichen Biopolvmeren und/oder Cellulosederivaten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzmittels auf der Basis von wasserlöslichen Polysacchariden, wie z.B. mikrobiellen oder pflanzlichen Bio- polymeren und/oder Cellulosederivaten, insbesondere für die Ver- besserung der Verarbeitbarkeit und/oder der rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen.
Wasserlöslische Polysaccharide, wie beispielsweise ikrobielle Biopolymere, werden im Zusammenhang mit der Verbesserung der Homogenität von Betonzubereitungen vorgeschlagen. Gumme, wie z.B. Gummi Arabicu , Gellan Gum (z.B. Welan Gu ) oder allgemein Glykane, wie z.B. Stärke-Derivate, Cellulose-Derivate (wie z. B. Celluloseether) , Dextrane, Glucane, Pektine, Mannane, Galactane, bzw. Heteropolysaccharide auf der Basis von Arabinose, Galac- tose, Glucuronsäure, Mannose, Rhamnose oder Xylose zeichnen sich meist durch eine hohe Hydratationsgeschwindigkeit aus und können daher zu einer relativ hohen und spontanen Wasser ufnähme unter Aufbau einer sehr hohen Viskosität bei Konzentrationen schon um 1 Gew.% führen. Für den Transport derartiger viskoser Hydro- kolloide mit pseudoplastischen Eigenschaften lassen sich gewöhnlich nur niedrig-konzentrierte Lösungen in Wasser. herstellen. Es wird daher immer ein sehr hoher Wasseranteil mittransportiert , da die Grenzkonzentration für gut-pumpbare wäßrige Hydrokolloide für Bindemittel-Suspensionen im allgemeinen bei ca. 2 bis 3 Gew.% liegt.
Der Einsatz derartiger wasserlöslicher Polysaccharide in wäßrigen Bindemittelsystemen erfolgt in erster Linie als Hydrokol- loid, häufig gemeinsam mit Superverflüssigern, wie beispiels- weise hochmolekularen Sulfonat-Derivaten. Die starke rheolo- gische Beeinflussung von wäßrigen Bindemittelsuspensionen durch wasserlösliche Polysaccharide erfordert zur Verbesserung der
Verarbeitbarkeit gleichzeitig relativ hohe Mengen weiterer Zusätze, insbesondere von Hochleistungsverflüssigern, wie z.B. Formaldehydkondensaten von sulfoniertem Naphthalin, sulfoniertem Melamin oder modifizieren Ligninsulfonaten sowie deren Derivaten und/oder Gemischen dieser oder ähnlicher Zusätze, wie z.B. Ab- bindeverzögerer , Abbindebeschleuniger, Schrumpfungskompensato- ren.
Aufgrund der hohen und raschen Wasseraufnahme neigen feinkörnige Trockenpulver der Polysaccharide beim unkontrollierten Vermischen mit Wasser zur Klumpenbildung sowie bei geringen Zusatzmengen und kurzen Mischzeiten zur inhomogenen Verteilung in wäßrigen Systemen.
In der EP 505 096 Bl ist ein Verfahren, mit welchem z. B. Welan Gum mit erhöhter Hydratationsgeschwindigkeit hergestellt werden kann, beschrieben.
Die erhöhte Hydratationsgeschwindigkeit führt nach den Angaben der EP 505 096 Bl einerseits dazu, daß derartige Polysaccharide zwar vorteilhaft als Feststoff mit trockenem Zement vermischt werden können, worauf erst in der späteren Folge Wasser zugegeben wird. Die Herstellung von lagerfähigen homogenen Trockenmischungen mit feinkörnigen Polysacchariden in Fest- stoffpulvern ist nicht unproblematisch und führt gerade bei hoher Hydratationsgeschwindigkeit dazu, daß eine Klumpenbildung nicht ausgeschlossen werden kann. Schwierigkeiten bei der exakten Dosierung und homogenen Verteilung von schnell ydratisie- renden Polysacchariden sind insbesondere bei niedrigen Poly- saccharid-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 ge- eignetere Zusatzform von wasserlöslischen Polysacchariden 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 die wasserlöslichen Polysaccharide sehr schnell homogen verteilt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlich darin, daß wasserlösliche Polysaccharide als feinkörnige Trockenpulver in einer wäßrigen Lösung dissoziierbarer Salze hoher Konzentration, insbesondere einer lyotropen Salzlösung, dis- pergiert werden. Mit Vorteil werden dabei Alkali- bzw. Erdalkalisalze von Superverflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln unter starkem Rühren gelöst, 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 Herstellung derartiger kolloidaler Disper- sionen bzw. Suspensionen der Polysaccharide werden die " lösend,ttel-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 der Polysaccharide .
Das zu derartig hochkonzentrierten Salzlösungen zugegebene an sich wasserlösliche Polysaccharid 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 Polysaccharidkonzentration findet nicht mehr statt. Es wird überraschenderweise eine noch gut- pumpbare leicht-bewegliche Flüssigkeit selbst bei Konzentra- tionen des wasserlöslichen Polysaccharides von 5 bis über 15 Gew.% in H2O erzielt. Eine derartige flüssige Zubereitung von wasserlöslichen Polysacchariden in hochkonzentrierten Salzlösungen hat mehrere technologische Vorteile: Wasserlösliche Polysaccharide lassen sich in der Folge wesentlich vorteilhafter dosieren und homogener in Bindemittelsuspensionen verteilen. Daß die gleichzeitig in diese Lösung eingebrachten Ionen der Super- verflüssiger o.a. Beton-Zusatzmittel die Herstellung auch hoch-
konzentrierter Polysaccharid-Dispersionen ermöglichen, hat zur Folge, daß das Transportgewicht der 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 Ver- schwinden gebracht .
Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrige Salzlösung aus komplexen Gemischen dissoziierbarer Salze von Abbinderegulatoren und/oder Verflüssigern und/oder Wasserreduktions- mittein und/oder zusätzlichen Schrumpfungskompensatoren besteht, wobei vorzugsweise die lyotrope Salzlösung aus dissoziierbaren Alkali- und/oder Erdalkalisalzen und/oder Ammoniumsalzen und/- oder Salzen organischer basischer Sauerstoff- und/oder Stick- stoffverbindungen 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 Malein- säureanhydrid-Copolymerisaten bestehen.
Eine besonders vorteilhafte, flüssige Zubereitung läßt sich dadurch erzielen, daß feinkörnige, wasserlösliche Polysaccharid- 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 werden. Die Korngröße der wasserlöslichen Polysaccharid-Pulver sollte dabei möglichst im Bereich von 5 bis 100 μm liegen, um optimale Stabilitäten der
Polymer-Dispersion zu erzielen.
Derartige wasserlösliche Polysaccharid-Pulver können 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 Superverflüssigersalzen durch weiteren Zusatz von festen Superverflüssigersalzen unter Rühren auf eine Konzentration nahe ihrer Sättigungskonzentration gebracht werden.
Insgesamt führen Polysaccharid-Verflüssiger-Gemische zu einer wesentlichen technologischen Verbesserung in der Verarbeit- barkeit und in den rheologischen Eigenschaften von Bindemit- telsuspensionen. Probleme, wie sie bei einer fehlenden Synchronisierung zwischen der Vorhydratisierung von wasserlöslichen Polysacchariden 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 der wasserlöslichen Polysaccharide die einem Polymerpulver anhaftenden Luftbläschen nahezu beseitigt und zum anderen homogene, hochkonzentrierte nicht-schäumende Lösungen von Super- verflüssigern und/oder anderen Betonzusatzmitteln mit wasserlöslichen Polysacchariden, insbesondere Biopolymeren und/oder Cellulosederivaten, durch Rühren hergestellt werden.
Eine typische Zubereitung des erfindungsgemäßen flüssigen Zusatzmittels erfolgt mit Vorteil so, daß eine mit feinkörnigen Biopolymer- oder Cellulosederivat-Pulvern versetzte hochkonzen- trierte Salzlösung wenigstens 15 min, vorzugsweise etwa 30 min, nach dem Zusatz der letzten Teilmenge an Biopolymeren und/oder Cellulosederivaten noch weitergerührt wird und der nach dem Ende
des Rührens entstehende Schaum mit einer zusätzlichen Menge von weniger als 0,5 Gew.% Entschäumer zerstört wird, wodurch letztendlich eine stabile, homogene, hochkonzentrierte Poly- sacchariddispersion 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.% wasserlösliches Polysaccharid-Pulver in die wäßrige Salzlösung gegeben, wobei vorzugsweise die Salzlösung 15 min gerührt wird, und der weitere portionsweise Zusatz von wasserlöslichem Polysaccharid-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) eingerührt.
Zusammenfassend wird hier beispielhaft für die Herstellung eines typischen Betonverflüssigers zur Verbesserung der Homogenität von Bindemittelsuspensionen vorgeschlagen, feinkörnige Biopolymer- und/oder Cellulosederivat-Pulver in eine wäßrige hoch- konzentrierte 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. Feinkörnige Biopolymer- oder Cellulosederivat-Pulver können in Mengen von 1 bis 15 Gew.% in derartige Lösungen von Superver- flüssigern eingerührt werden, wobei eine stabile, noch leichtbewegliche 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 Bindemitteln in Wasser, ggf. mit Zuschlagstoffen oder Zusatzstoffen, wobei das hieraus resultierende flüssige Zusatzmittel für die Verbesserung in der Verarbeitbarkeit und der rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen eingesetzt wird.