Verwendung von Fließmitteln auf Polycarboxylat-Basis für Anhydrit-basierte Fließestriche
Beschreibung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Fließmitteln auf Polycarboxylat-Basis für Anhydrit-basierte Fließestriche, die neben reinem Anhydrit auch Anhydrit/Branntgips- und Anhydrit/Zement- Mischsysteme enthalten können.
Der Zusatz von Additiven zu hydraulischen bzw. latent hydraulischen Bindemitteln, beispielsweise Zement oder Gips, ist bekannt. Eine wichtige Gruppe an Zusatzmitteln stellt die der Fließmittel dar. Damit wird die Erleichterung der Verarbeitbarkeit und insbesondere die Verbesserung der Fließfähigkeit erreicht. Für diese Zwecke werden im allgemeinen verschiedene Ligninsulfonate, Naphthalinsulfonate und/oder Melamin- Formaldehyd-Sulfit-Kondensationsprodukte eingesetzt. Diese Verbindungsklassen haben sich technisch bewährt, von Nachteil ist aber, dass sie die Verarbeitbarkeit nur über einen kurzen Zeitraum aufrecht erhalten.
Anhydrit-Fließestriche (AFE) sind Estriche, die in unterschiedlichen Mörtelkonsistenzen in das Bauwerk eingepumpt werden. Diese Estriche nivellieren weitgehend selbständig bzw. werden mit geringem Aufwand, beispielsweise unter Einsatz einer sogenannten Schwabbelstange, eingeebnet. Vorteile von AFE sind u.a. die hohe Biegezugfestigkeit, geringe Tendenz zum Schüsseln (Aufwölbung der Estrichplatte an den Rändern durch Schwinden) sowie die Möglichkeit, auch große Flächen fugenlos zu verlegen.
In der Praxis werden solche Fließestriche in Form von Nass- und Trockenmörtelsystemen eingesetzt. Nassmörtel werden in einer
angemischten Form mit Fahrmischern an die Baustelle geliefert, Trockenmörtel werden in Silos oder in Säcken an die Baustelle geliefert und dort angemischt.
Als Bindemittel kommt hierbei vor allem Anhydrit zum Einsatz. Im Bereich der Anhydrite (ehem. CaSO4) sind Naturanhydrit, synthetischer Anhydrit und thermischer Anhydrit (REA-Anhydrit) bekannt. Im Gegensatz zu Gips (ehem. CaSO4 * Vz H2O) bindet Anhydrit nicht nach Zugabe von Wasser in einer praxisgerechten Zeit ab. Dies geschieht erst nach Zugabe von geeigneten Anregern. Neben reinem Anhydrit werden auch vielfältige Mischungen aus diesem Bindemitteltyp eingesetzt, wie z.B. Anhydrit/ Branntgips-Mischsysteme mit einem Anteil von bis zu 50 Gew.-% Branntgips. Der Branntgips kann hierbei aus Natur- oder REA-Gips hergestellt sein; üblicherweise kommt jedoch alpha-Halbhydrat zur Anwendung. Als weitere Bindemittelmischungen auf Basis von Anyhdrit kommen Anhydrit/Zement-Mischsysteme zum Einsatz. Bei diesen Systemen wird ein Kompromiss zwischen den niedrigen Schwindwerten des Anhydrits und der Wasserresistenz des Zementes geschlossen. Der Zementanteil ist üblicherweise kleiner als 1 /3 der gesamten Bindemittelmenge.
Bei den Anhydrit-Fließestrichen werden als alkalische Anreger vorzugsweise Zement und/oder salzartige Anreger, wie beispielsweise Kaliumsulfat, verwendet. Bei Verwendung von alpha-Halbhydrat werden im allgemeinen auch noch Verzögerer zugesetzt, wobei beispielsweise hydrolysierte Proteine oder Polyhydroxycarbonsäuren (wie beispielsweise Weinsäure) in Frage kommen. Weitere Zusätze können z. B. Antischaummittel oder Stabilisatoren sein.
Wie bereits erwähnt, ist der Fließmaßverlust über die Zeit bei den auf dem Markt angebotenen Systemen, welche konventionelle Fließmittel verwenden, relativ groß. Andererseits ist eine lange Verarbeitungszeit
besonders auf großen bzw. geometrisch schwierigen Baustellen (z.B. L- förmige Räume mit der Tür im Winkel) wichtig, um auch noch nach längerer Zeitdauer den eingebrachten Estrich nivellieren zu können.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Fließmittel für Anhydrit-basierte Fließestriche bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, sondern eine hervorragende verflüssigende Wirkung aufweisen und gleichzeitig die Verarbeitbarkeit der Anhydrit-basierten Fließestriche deutlich verlängern.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung wasserlöslicher CopolymereausPolyoxyalkylen-haltigen Strukturbausteinen sowie Carbonsäure- und/oder Carbonsäureanhydrid-Monomeren gemäß Anspruch 1 sowie gegebenenfalls weiteren Monomeren, im weiteren als Polycarboxylate bezeichnet.
Es wurde hierbei überraschenderweise gefunden, dass diese Produkte bei deutlich geringerer Dosierung im Vergleich zu konventionellen Fließmitteln eine hervorragende Wirksamkeit aufweisen. Darüber hinaus verlängern sie die Verarbeitbarkeit des Anhydrit-basierten Fließestriches deutlich, was einen wesentlichen Vorteil für den Verarbeiter darstellt.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Copolymere enthalten folgende Baugruppen:
(a) 5 bis 90 Mol-% Baugruppen der Formel (la) und/oder (lb) und/oder (lc)
-CH CH — (la)
wobei
M = Wasserstoff, ein ein- oder zweiwertiges
Metallkation oder ein Ammoniumion, a = Λk oder 1, R1 = Wasserstoff oder ein aliphatischer
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen,
R2 und R3 = jeweils unabhängig Wasserstoff oder eine
Methylgruppe, x 0 bis 2, X Sauerstoff oder N-R4,
R4 = Wasserstoff, gegebenenfalls mit
Hydroxylgruppen substituierter aliphatischer
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, oder -(C H^O^-R5 und m = 2 bis 4, n 1 bis 200 und
R5 = Wasserstoff, ein aliphatischer
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 8 C-Atomen, ein gegebenenfalls substituierter Arylrest mit 6 bis 14 C-Atomen,
(b) 5 bis 90 Mol-% Baugruppen der Formel (Ha) und/oder (llb)
-C- - CR1— CH; — CR1 ( Y (CH2)X (CH2)X
C = O O(CmH2mO)nRε I z
(Ha) (llb)
worin
Y = Wasserstoff, eine Methylgruppe oder -COOMa,
Z = -O-(CrnH2mO)n-R5 oder NH-R4 und
R\ R4, R5, M, a, m, n und x oben genannte Bedeutung besitzen,
(c) 0 bis 90 Mol-% Baugruppen der Formel (III)
— CH2— CH — 2 I R6
worin
R6 = ein gegebenenfalls durch Hydroxyl-, Carbonyl-, oder
Sulfonsäure-Gruppen substituierter Phenylrest oder ein cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 6 C-
Atomen
sowie
(d) 0 bis 90 Mol-% Baugruppen der allgemeinen Formel (IV)
— CH2— CR - I CH — SO3Ma
(IV)
worin
R7 = Wasserstoff oder eine Methylgruppe und
M und a oben genannte Bedeutung besitzen.
Vorzugsweise stellen R1 und R5 einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 4 C-Atomen dar. Als ein- oder zweiwertige Metallkationen für M kommen insbesondere Natrium-, Kalium-, Lithium-, Caicium- und/oder Magnesiumionen in Frage. Im Falle von R4 = Phenyl kann der Phenylrest noch vorzugsweise durch Hydroxyl-, Carboxyl- und/oder Sulfonsäure- Gruppen substituiert sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden 0 bis 33 Mol-%, bezogen auf die Baugruppen (a) bis (d), andere polymerisierbare Monomere, beispielsweise Monomere auf Basis von N-Vinylverbindungen, Vinyl- Phosphorverbindungen sowie gegebenenfalls substituierte Acryl- bzw. Methacrylamide zum Aufbau " der erfindungsgemäßen Copolymere verwendet. Bevorzugte Beispiele für derartige Verbindungen sind N- Vi nylpyrrolid on, Vinylphosphonsäure und 2-Acrylamid o-2- methylpropansulfonsäure.
Aus der Gruppe der Copolymere auf Basis von ungesättigten Mono- und/oder Dicarbonsäure-Derivaten sowie Oxyalkylenglykol-Alkenylethern und/oder -estern haben sich folgende Verbindungen als besonders vorteilhaft erwiesen:
1 . Copolymere mit 5 bis 55 Mol-% Baugruppen der Formel (la) und/oder (Ib), 1 5 bis 65 Mol-% der Formel (lla) und 30 bis 80 Mol-% (llb).
2. Copolymere mit 50 bis 85 Mol-% Baugruppen der Formel (la) und/oder (Ic) sowie 1 5 bis 50 Mol-% der Formel (lla) und/oder (llb). Diese Copolymere können gegebenenfalls auch in Gegenwart von 0, 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die zu polymerisierenden Monomere, Phosphor enthaltende Verbindungen hergestellt worden sein. Geeignete Verbindungen dieser Art sind beispielsweise
Phosphinsäure, hypophosphorige Säure, Phosphonsäure, phosphorige Säure und die Salze der genannten Säuren.
3. Copolymere mit 10 bis 50 Mol-% Baugruppen der Formel (la) und/oder (Ib), 10 bis 50 Mol-% Baugruppen der Formel (lla) sowie 0 bis 80 Mol-% der Baugruppen der Formel (III).
4. Copolymere mit 25 bis 75 Mol-% Baugruppen der Formel (Ic), 10 bis 60 Mol-% Baugruppen der Formel (lla) sowie 1 5 bis 65 Mol-% Baugruppen der Formel (IV).
Diese Copolymere sind bekannt und beispielsweise in der EP 0736553 A2, WO 98/28353, EP 0983976 A1 , WO 97/48656, US 5,753,744 sowie EP- A 753488 beschrieben. Es findet sich jedoch dort keinerlei Hinweis auf die Verwendung in Fließestrichen auf Anhydrit-Basis. Die Copolymere besitzen vorzugsweise ein mittleres Molekulargewicht Mn von 5.000 bis 1 50.000 g/Mol.
Die Copolymere werden im allgemeinen durch radikalische Polymerisation mit üblichen Startern hergestellt. Die Polymerisation kann in Wasser, in
Gemischen von Wasser mit bis zu 30 % organischen Lösemitteln, wie beispielsweise Alkoholen, oder gegebenenfalls in Substanz durchgeführt
werden. Aus der wässrigen Polymerlösung kann das Polymerpulver durch gängige Verfahren wie beispielsweise Sprühtrocknung und Walzentrocknung oder durch Ausfällen gewonnen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das polymere Fließmittel in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der mineralischen Bestandteile) sowie in Pulverform verwendet. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Copolymere erfolgt hierbei in der Regel durch Vermischen der Polymerpulver mit dem Anhydrit-Bindemittel und gegebenenfalls mit allen weiteren pulverförmigen Bestandteilen der Trockenmörtelmischung.
Als Bindemittel können im Rahmen der vorliegenden Erfindung reine Anhydrit-Systeme (Natur-, synthetischer oder thermischer Anhydrit bzw. Mischungen daraus) oder Anhydrit-Mischsysteme mit einem Anhydrit-Anteil von mindestens 50 Gew.-%, wie etwa Anhydrit/Branntgips-Mischsysteme mit einem Branntgips-Anteil bis zu 50 Gew.-% oder Anhydrit/Zement- Mischsysteme mit einem Zement-Anteil bis zu 30 Gew.-%, eingesetzt werden.
Der Vorteil der erfindungsgemäß eingesetzten Fließmittel gegenüber konventionellen Produkten liegt zum einen in den guten Fließ- und Verlaufseigenschaften der entsprechend hergestellten Anhydrit-basierten Fließestriche und zum anderen in der Tatsache, dass auch bei sehr geringer Dosierung eine lang anhaltende Verarbeitbarkeit zu erreichen ist.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Anwendungsbeispiele
Die folgenden Beispiele erläutern die Wirkung erfindungsgemäßer polymerer Fließmittel in bezug auf die Fließfähigkeits- und Ausbreiteigenschaften einiger AFE-Rezepturen.
Mischvorschrift:
Die AFE-Mörtel wurden im Labor mit einem Mörtelmischer nach DIN EN 196-1 gemischt. Auch der Mischvorgang wurde wie in DIN EN 196-1 beschrieben durchgeführt, aber mit dem Unterschied, dass der Sand gleich zu Beginn und nicht erst nachträglich in den Mischtrog hinzugefügt wurde.
Die Fließfähiqkeit wurde mit einem in DIN EN 196 Teil 3 beschriebenen Vicat-Ring (Innendurchmesser oben = 70 mm, Innendurchmesser unten = 80 mm, Höhe = 40 mm) auf einer ebenen, trockenen Glasplatte untersucht. Die Bestimmung des Fließmaßes ( = Durchmesser des Ausbreitkuchens in mm) wurde pro Mischung fünfmal durchgeführt, und zwar zu den Zeitpunkten t = 0, 15, 30, 45 und 60 Minuten nach Mischende, wobei die Mischung vor der jeweiligen Fließmaßbestimmung mit einem Löffel 60 Sekunden lang wieder aufgerührt wurde.
Beispiel 1 : Fließestrich auf Basis REA-Anhydrit
Vergleich von konventionellem und erfindungsgemäßem Fließmittel.
Rezepturen:
Polymeres Fließmittel gemäß EP 0 736 553 A1 bestehend aus 30 Mol-% Maleinsäureanhydrid (Ib), 20 Mol-% MaIeinsäure-MPEG-2000-Ester (lla) und 50 Mol-% Ethylenglykolmonovinylether (llb). Produkt der Fa. Clariant GmbH, Frankfurt
Wie die Ergebnisse zeigen (siehe Abbildung 1 ), wird bei Zusatz des erfindungsgemäßen polymeren Fließmittels die Verarbeitbarkeit verbessert.
Tabelle 1 : Vergleich der Festigkeiten mit dem konventionellen und erfindungsgemäßen polymeren Fließmittel
Die Ergebnisse zeigen, dass die Verarbeitbarkeit des AFE bei Zusatz der polymeren Fließmittel verbessert wird. Die Biegezug- und Druckfestigkeiten werden durch die erfindungsgemäßen polymeren Fließmittel nicht nachteilig beeinflusst.
Beispiel 2: Fließestrich auf Basis Synthese-Anhydrit
Vergleich von konventionellem und erfindungsgemäßem Fließmittel
Rezepturen:
1 Produkt der Fa. Clariant GmbH, Frankfurt
Wie die Ergebnisse zeigen (siehe Abbildung 2), wird bei Zusatz des erfindungsgemäßen polymeren Fließmittels die Verarbeitbarkeit verbessert.
Beispiel 3: Fließestrich auf Basis REA-Anhydrit und HS-Zement
Vergleich von konventionellem und erfindungsgemäßem Fließmittel.
Rezepturen:
Polymeres Fließmittel gemäß EP 0 736 553 A1 bestehend aus 32 Mol-% Maleinsäureanhydrid (Ib), 18 Mol-% Maleinsäure-MPEG-2000-Ester (lla) und 50 Mol-% Ethylenglykolmonovinylether (llb). Produkt der Fa. Clariant GmbH, Frankfurt
Wie die Ergebnisse zeigen (siehe Abbildung 3), wird bei Zusatz des erfindungsgemäßen polymeren Fließmittels die Verarbeitbarkeit verbessert.
Tabelle 2: Vergleich der Festigkeiten mit dem konventionellen und erfindungsgemäßen polymeren Fließmittel