WO2009040359A1 - Hydraulically setting construction material mixtures containing microencapsulated lipophilic substances - Google Patents

Hydraulically setting construction material mixtures containing microencapsulated lipophilic substances Download PDF

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WO2009040359A1
WO2009040359A1 PCT/EP2008/062716 EP2008062716W WO2009040359A1 WO 2009040359 A1 WO2009040359 A1 WO 2009040359A1 EP 2008062716 W EP2008062716 W EP 2008062716W WO 2009040359 A1 WO2009040359 A1 WO 2009040359A1
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microcapsules
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PCT/EP2008/062716
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Bogdan Moraru
Marc Rudolf Jung
Stefan Becker
Timo Mangel
Joachim Pakusch
Robert Rupaner
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Basf Se
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    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0016Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B20/002Hollow or porous granular materials
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    • C04B2111/20Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/29Frost-thaw resistance

Definitions

  • the present invention relates to a novel use of microcapsules comprising a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, which has its melting point ⁇ 120 0 C and their boiling point> 100 0 C, as freeze-thaw stability additives in hydraulically setting building material mixtures.
  • hollow microspheres are water-filled hollow particles with a polystyrene shell. They are obtained by allowing core / shell polymers to swell with a polymethacrylic acid core and a polystyrene shell in aqueous base. It is essential that the trapped in the hollow particles water diffuses out of the capsules, so that in principle cavities are enclosed in the concrete. It is thus a defined entry of pores.
  • microcapsules with a wall material based on polymethyl methacrylate and waxes as core material in mineral moldings is known from EP 1029018 and DE-A-10 2004 005912.
  • the waxes used hereafter serve as latent heat storage material, since they absorb heat from the environment by the melting process and release it only on solidification. If the microcapsules are used in amounts above 10% by weight, based on the mineral binder, they bring about a perceptible regulation of the room temperature. They are used in particular in non-structural applications such as gypsum plaster, since the high microcapsule content has an influence on the mechanical properties.
  • the present invention was based on new freeze-thaw stability additives for hydraulically setting building material mixture as an object. Another object was to provide a light incorporation of freeze-thaw stabilizers into concrete that was virtually independent of external conditions, while the mechanical properties of the concrete should not be adversely affected.
  • microcapsules comprising a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, which has its melting point ⁇ 120 0 C and their boiling point> 100 0 C, found as frost-thaw stability additives in hydraulically setting building material mixtures.
  • the capsule core is thus solid or liquid depending on the temperature.
  • the present invention is not based on the principle of the defined gas input, but rather it was found that lipophilic
  • the microcapsules used according to the invention comprise a capsule core and a capsule wall made of polymer.
  • the capsule core consists predominantly, to more than 95% by weight, of lipophilic substance. Depending on the preparation process and the selected protective colloid, this may also be part of the microcapsules. Thus, up to 15% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, based on the total weight of the microcapsules, may be protective colloid.
  • the microcapsules on the surface of the polymer have the protective colloid.
  • the average particle size of the capsules (Z agent determined by means of light scattering) is 0.5 to 50 ⁇ m, preferably 0.5 to 30 ⁇ m, in particular 0.5 to 10 ⁇ m.
  • the weight ratio of capsule core to capsule wall is generally from 50:50 to 95: 5. Preferred is a core / wall ratio of 70:30 to 93: 7.
  • Lipophilic substances are compounds which have a solubility of less than 30 g / liter in water at 25 ° C. and normal pressure.
  • the lipophilic substances which are suitable according to the invention have a boiling point> 100 ° C. and a melting point ⁇ 120 ° C., preferably ⁇ 100 ° C., in particular ⁇ 80 ° C.
  • Suitable lipophilic substances for the use according to the invention are, for example:
  • aliphatic hydrocarbon compounds such as saturated or unsaturated C2o-Cioo hydrocarbons which are branched or preferably linear, e.g. such as n-eicosane, n-heneicosane, n-docosane, n-tricosane, n-tetracosane, n-pentacosane, n-hexacosane, n-heptacosane, n-octacosane, n-nonacosane, n-tricontane, n-tetracontane, n Pentacontane, n-hexacontane, n-heptacontan, n-octacontan, n-nonacontan, n-hectan and cyclic hydrocarbons, eg Cyclooctane, cyclodecane;
  • aromatic hydrocarbon compounds such as naphthalene, biphenyl, o- or m-terphenyl, Ci-C4o-alkyl-substituted aromatic hydrocarbons
  • saturated or unsaturated C 12 -C 30 -fatty acids such as lauric, palmitic, stearic or behenic acid, preferably eutectic mixtures of decanoic acid with e.g. Myristic, palmitic or lauric acid;
  • Fatty alcohols such as stearyl alcohol, myristyl alcohol, mixtures such as coconut fatty alcohol and the so-called oxo alcohols, which are obtained by hydroformylation of ⁇ -
  • C6-C3o-fatty amines such as tetradecylamine, hexadecylamine or eicosylamine;
  • Esters such as C 1 -C 10 -alkyl esters of fatty acids, such as stearyl stearate, and preferably their eutectic mixtures;
  • waxes such as montan acid waxes, montan ester waxes, carnauba wax, polyethylene wax, oxidized waxes, polyvinyl ether wax, ethylene vinyl acetate wax or Fischer-Tropsch wax waxes.
  • n-alkanes having a purity of greater than 80% or of alkane mixtures, as obtained as a technical distillate and commercially available as such is advantageous.
  • the capsule wall is preferably made of a thermosetting polymer.
  • thermosetting wall materials are to be understood that do not soften due to the degree of crosslinking, but decompose at high temperatures.
  • Suitable thermosetting wall materials are, for example, crosslinked formaldehyde resins, crosslinked polyureas, crosslinked polyurethanes and crosslinked methacrylic and acrylic ester polymers. Also suitable are uncrosslinked methacrylic and acrylic ester polymers.
  • Formaldehyde resins are understood as meaning reaction products of formaldehyde with
  • Triazines such as melamine carbamides such as urea
  • Phenols such as phenol, m-cresol and resorcinol
  • Amino and amido compounds such as aniline, p-toluenesulfonamide, ethyleneurea and guanidine,
  • formaldehyde resins are urea-formaldehyde resins, urea-resorcinol-formaldehyde resins, urea-melamine resins and melamine-formaldehyde resins.
  • C 1 -C 4 -alkyl, in particular methyl ethers of these formaldehyde resins and the mixtures with these formaldehyde resins are preferred.
  • melamine-formaldehyde resins and / or their methyl ethers are preferred.
  • the resins are used as prepolymers.
  • the prepolymer is still soluble in the aqueous phase and migrates in the course of the polycondensation at the interface and surrounds the oil droplets.
  • Processes for microencapsulation with formaldehyde resins are well known and described for example in EP-A-562 344 and EP-A-974 394.
  • Capsule walls of polyureas and polyurethanes are also of the
  • Copier paper known here.
  • the capsule walls are created by implementation of Nhb groups or OH-carrying reactants with di- and / or polyisocyanates.
  • Suitable isocyanates are, for example, ethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylenebis (phenyl isocyanate) and 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate.
  • polyisocyanates such as biuret derivatives, polyuretonimines and isocyanurates.
  • Suitable reactants are: hydrazine, guanidine and its salts, hydroxylamine, di- and polyamines and amino alcohols.
  • Such interfacial polyaddition processes are known, for example, from US Pat. Nos. 4,021,595, EP-A 0 392 876 and EP-A 0 535 384.
  • the capsule wall is preferably a polymer containing at least 30 wt .-%, preferably at least 40 wt .-%, and up to 100 wt .-%, preferably at most 90 wt .-%, in particular at most 85 wt .-% and completely more preferably at most 80 wt .-% of at least one monomer selected from the group comprising Ci-C24-alkyl esters of acrylic and methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid (monomers I), copolymerized, based on the total weight of the monomers.
  • the polymers of the capsule wall preferably contain at least 10% by weight, preferably at least 15% by weight, preferably at least 20% by weight and generally at most 70% by weight, preferably at most 60% by weight and in particular more preferably Form at most 50 wt .-% of one or more bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water (monomers II), copolymerized, based on the total weight of the monomers.
  • the polymers may contain up to 40% by weight, preferably up to 30% by weight, in particular up to 20% by weight, of other monomers III in copolymerized form.
  • the capsule wall is composed only of monomers of groups I and II.
  • Suitable monomers I are C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid (monomers Ia). Furthermore, the unsaturated C3 and C4 carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid (monomers Ib) are suitable. Particularly preferred monomers I are methyl, ethyl, n-propyl and n-butyl acrylate and / or the corresponding methacrylates. Iso-propyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl acrylate and the corresponding methacrylates are preferred. Generally, the methacrylates and methacrylic acid are preferred.
  • the microcapsule walls are composed of 25% by weight to 75% by weight of maleic acid and / or acrylic acid, in particular methacrylic acid.
  • Suitable monomers II are bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water but have good to limited solubility in the lipophilic substance. Low solubility is to be understood as meaning a solubility of less than 60 g / l at 20 ° C.
  • Bi- or polyfunctional monomers are understood to mean compounds which have at least two non-conjugated ethylenic double bonds.
  • divinyl and polyvinyl monomers come into consideration. They cause a crosslinking of the capsule wall during the polymerization.
  • One or more divinyl monomers and one or more polyvinyl monomers can be polymerized in.
  • monomer II used is a mixture of divinyl and polyvinyl monomers, the proportion of polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
  • the proportion of polyvinyl monomers is preferably from 5 to 80% by weight, preferably from 10 to 60% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
  • Suitable divinyl monomers are divinylbenzene and divinylcyclohexane.
  • Preferred divinyl monomers are the diesters of diols with acrylic acid or methacrylic acid, furthermore the diallyl and divinyl ethers of these diols. Examples which may be mentioned are ethanediol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, methallyl methacrylamide, allyl acrylate and allyl methacrylate. Particularly preferred are propanediol, butanediol, pentanediol and hexanediol diacrylate and the corresponding methacrylates.
  • Preferred polyvinyl monomers are the polyesters of polyols with acrylic acid and / or methacrylic acid, furthermore the polyallyl and polyvinyl ethers of these polyols or trivinylcyclohexane and trivinylbenzene. Preference is given to trimethylolpropane triacrylate and methacrylate, pentaerythritol triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, pentaerythritol triacrylate and pentaerythritol tetraacrylate and their technical mixtures.
  • divinyl and polyvinyl monomers such as butanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, hexanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, butanediol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate, as well as hexanediol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate.
  • Suitable monomers III are other monomers which are different from the monomers I and II, such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinylpyridine and styrene or ⁇ -methylstyrene.
  • monomers such as itaconic acid, vinylphosphonic acid, maleic anhydride, 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate, acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, methacrylonitrile, acrylonitrile, methacrylamide, N-vinylpyrrolidone, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate.
  • the capsule wall is constructed from
  • Alkyl esters of acrylic and methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid
  • the capsule wall is constructed from
  • Monomers Ib ⁇ 25% by weight, based on the total weight of all monomers I, II and III,
  • the capsule wall is constructed from
  • the microcapsules suitable according to the invention can be prepared by a so-called in situ polymerization.
  • the microcapsules and their preparation are known from EP-A-457 154, DE-A-10 139 171, DE-A-102 30 581 and EP-A-1 321 182, to which reference is expressly made.
  • the microcapsules are prepared by preparing a stable oil-in-water emulsion from the monomers, a radical initiator, a protective colloid and the lipophilic substance to be encapsulated. Stable in this case means that there is no doubling of the average droplet size within one hour.
  • the free-radical polymerization of the monomers is initiated by heating and controlled by further increase in temperature, wherein the resulting polymers form the capsule wall, which encloses the lipophilic substance.
  • the polymerization is conducted at 40 to 150 ° C, by preferably at 60 to 120 ° C.
  • the dispersion and polymerization temperature should be above the melting temperature of the lipophilic substances.
  • the polymerization is expediently continued for a time of up to 2 hours in order to lower residual monomer contents.
  • This can be achieved physically in a manner known per se by distillative removal (in particular via steam distillation) or by stripping with an inert gas.
  • distillative removal in particular via steam distillation
  • stripping with an inert gas can be done chemically, as described in WO 9924525, advantageously by redox-initiated polymerization, as described in DE-A-4 435 423, DE-A-4419518 and DE-A-4435422.
  • microcapsules having an average particle size in the range from 0.5 to 100 .mu.m it being possible to adjust the particle size in a manner known per se by means of the shearing force, the stirring rate, the protective colloid and its concentration.
  • Preference for incorporation into hydraulically setting building material mixture microcapsules having an average particle size in the range of 0.5 to 50 .mu.m, preferably 0.5 to 30 .mu.m, in particular 0.5 to 10 microns (Z means by light scattering).
  • the microcapsules are prepared in the presence of at least one organic or inorganic protective colloid.
  • organic and inorganic protective colloids may be ionic or neutral.
  • Protective colloids can be used both individually and in mixtures of several identically or differently charged protective colloids.
  • Organic protective colloids are preferably water-soluble polymers, since they reduce the surface tension of the water from 73 mN / m to a maximum of 45 to 70 mN / m and thus ensure the formation of closed capsule walls and microcapsules with preferred particle sizes in the range of 0.5 to 50 microns, preferably 0.5 to 30 microns, in particular 0.5 to 10 microns, form.
  • Organic neutral protective colloids are, for example, cellulose derivatives such as hydroxyethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, xanthan, sodium alginate, casein, polyethylene glycols, polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and also methylhydroxypropylcellulose.
  • Preferred organic neutral protective colloids are polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and methylhydroxypropyl cellulose.
  • organic anionic protective colloids are polymethacrylic acid, ligninsulfonates, the copolymers of sulfoethyl acrylate and methacrylate, sulfopropyl acrylate and methacrylate, N- (sulfoethyl) -maleimide, 2-acrylamido-2-alkylsulfonic acids, styrenesulfonic acid and vinylsulfonic acid and maleic acid.
  • Preferred organic anionic protective colloids are polymethacrylic acid, ligninsulfonates, the copolymers of sulfoethyl acrylate and methacrylate, sulfopropyl acrylate and methacrylate, N- (sulfoethyl) -maleimide, 2-acrylamido-2-alkylsulfonic acids, styrenesulfonic acid and vinylsulfonic acid and maleic acid.
  • Preferred organic anionic protective colloids are
  • a Pickering system can consist of the solid particles alone or in addition of auxiliaries which improve the dispersibility of the particles in water or the wettability of the particles by the lipophilic phase.
  • the inorganic solid particles may be metal salts, such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese.
  • metal salts such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese.
  • These include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium oxide, calcium oxalate, calcium carbonate, barium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and zinc sulfide.
  • Silicates, bentonite, hydroxyapatite and hydrotalcites are also mentioned.
  • Particularly preferred are highly disperse silicas, magnesium pyrophosphate and tricalcium phosphate.
  • the Pickering systems can both be added to the water phase first, as well as added to the stirred oil-in-water emulsion. Some fine, solid particles are produced by precipitation as described in EP-A-1 029 01
  • the highly dispersed silicas can be dispersed as fine, solid particles in water. But it is also possible to use so-called colloidal dispersions of silica in water. Such colloidal dispersions are alkaline, aqueous mixtures of silica. In the alkaline pH range, the particles are swollen and stable in water. For use of these dispersions as Pickering system, it is advantageous if the pH of the oil-in-water emulsion is adjusted to pH 2 to 7 with an acid.
  • the protective colloids are used in amounts of from 0.1 to 15% by weight, preferably from 0.5 to 10% by weight, based on the water phase.
  • Organic protective colloids are preferably used in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion.
  • organic neutral protective colloids are preferred. Particular preference is given to OH-bearing protective colloids such as polyvinyl alcohols and partially hydrolyzed polyvinyl acetates.
  • the dispersing conditions for preparing the stable oil-in-water emulsion are preferably chosen in a manner known per se such that the oil droplets have the size of the desired microcapsules.
  • microcapsule dispersions obtained by means of polymerization give, as described in WO 2006/092439, a free-flowing capsule powder when spray-dried.
  • the spray desiccant and spray aids described therein are expressly incorporated by reference.
  • Microcapsules which are suitable according to the invention are described in more detail in EP-A 1 421 243, DE 101 63 162, WO 2005/116559 and WO 2006/092439, in particular in the context of the examples.
  • the latent heat storage materials used in this case also show a solid / liquid phase transition in the required temperature range.
  • a high purity of the substances is additionally advantageous, since this leads to particularly good transformation enthalpies.
  • As part of The present invention has shown that a high purity is not required, but especially an increased stability of the microcapsule in the mixing and curing process is advantageous, which is probably given by the solidified capsule core material.
  • microcapsules can be incorporated as a powder, as a paste and as a microcapsule dispersion in the hydraulically setting building material mixture. In this case, it is advantageous to use the microcapsule dispersion obtained directly during production in order to save additional insulating steps.
  • the building material mixture gives a mineral molding.
  • This is understood to mean that the shaped body of a mixture of cement, water, additives and, if appropriate, auxiliaries after shaping, is formed by hardening the cement-water mixture as a function of time, optionally under the effect of elevated temperature.
  • the aggregates are usually made of granular or fibrous, natural or artificial rock (gravel, sand, glass or mineral fibers), in special cases also of metals or organic aggregates or mixtures of said aggregates, with particle sizes or fiber lengths that suit the intended use are adapted in a conventional manner. Frequently, for the purpose of coloring and colored pigments are also used as surcharges.
  • Suitable auxiliaries are, in particular, those substances which accelerate or retard the hardening or which influence the elasticity or porosity of the solidified mineral shaped body. These are in particular polymers, as z. From US-A 4 340 510, GB-PS 15 05 558, US-A 3 196 122, US-A 3 043 790, US-A 3 239 479, DE-A 43 17 035 DE-A 43 17 036, JP-A 91/131 533 and other documents are known.
  • the present invention further relates to hydraulically setting building material mixtures containing 0.1 to 5 wt .-% microcapsules based on cement, wherein the microcapsules comprises a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, the melting point ⁇ 120 0 C and their boiling point> 100 0 C.
  • the microcapsules comprises a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, the melting point ⁇ 120 0 C and their boiling point> 100 0 C.
  • a 40% strength by weight microcapsule dispersion based on conventional concrete blocks, this means that from 0.1 to 3.5% by volume of the microcapsule dispersion is used to produce a m 3 concrete block.
  • Example 1 Water phase: 1298 g of water 662 g of a 5% strength by weight solution of methyl hydroxyethyl cellulose 165 g of a 10% strength by weight aqueous polyvinyl alcohol solution (degree of hydrolysis:
  • the above water phase was presented. After addition of the oil phase was dispersed with a high-speed dissolver at 3500 rpm. After 40 minutes of dispersion, a stable emulsion of particle size 2 to 12 microns in diameter was obtained. The emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 60 minutes at 70 0 C, within a further 60 minutes at 85 0 C and held at 85 0 C for one hour. Feed 1 was added to the resulting microcapsule dispersion with stirring. Feed 2 was metered in with stirring over 90 minutes while being cooled to room temperature. Then it was neutralized with sodium hydroxide solution. The resulting microcapsule dispersion had a solids content of 42% and an average particle size of 4.5 microns (measured with Fraunhoferbeugung, volume average).
  • alkali-stabilized silica sol (specific surface area approx.
  • the water phase was initially introduced at 70 ° C., into which the molten and homogeneously mixed oil phase was added and dispersed for 40 minutes with a high-speed dissolver stirrer (disk diameter 5 cm) at 3500 rpm.
  • Addition 1 was added.
  • the emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 60 minutes at 70 0 C, within a further 60 minutes at 85 0 C and held at 85 0 C for one hour.
  • Feed 1 was added to the resulting microcapsule dispersion with stirring.
  • Feed 2 was metered in with stirring over 90 minutes while being cooled to room temperature. Then it was neutralized with sodium hydroxide solution.
  • a microcapsule dispersion having a mean particle size of 9.7 ⁇ m and a solids content of 43.6% was obtained.
  • Water phase 850 g of water 138 g of a 50% strength by weight, alkali-stabilized silica sol (specific surface area approx.
  • Feed 2 35.5 g of a 1% strength by weight aqueous ascorbic acid solution
  • the aqueous phase was initially introduced at 40 ° C., into which the oil phase was added and dispersed for 40 minutes with a high-speed dissolver stirrer (disc diameter 5 cm) at 3500 rpm.
  • the emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 60 minutes at 70 0 C, within a further 60 minutes at 85 0 C and held at 85 0 C for one hour.
  • Feed 1 was added to the resulting microcapsule dispersion with stirring.
  • Feed 2 was metered in with stirring over 90 minutes while being cooled to room temperature. Then it was neutralized with sodium hydroxide solution.
  • a microcapsule dispersion having an average particle size of 8.4 ⁇ m and a solids content of 43.6% was obtained.
  • alkali-stabilized silica sol (average particle size about 30 nm) 25 g of a 1% strength by weight aqueous solution of methylhydroxyethylcellulose
  • a microcapsule dispersion having a mean particle size of 4.3 ⁇ m and a solids content of 43.2% was obtained.
  • Example 5 The procedure was as in Example 3 with the difference that the following oil phase was used:
  • a microcapsule dispersion having an average particle size of 8.7 ⁇ m and a solids content of 44.0% was obtained.
  • Hydrocarbons A microcapsule dispersion having a mean particle size of 9.7 ⁇ m and a solids content of 42.2% was obtained.
  • the recipe used corresponded to ordinary ready-mix concrete and contained 337 kg Ashgrove cement, 739 kg sand, 2370 kg aggregate and 172 kg water. These quantities refer to a m 3 concrete block.
  • the not inventive example 1 b shows that the entry of air bubbles leads to a good freeze-thaw stability, but leads to a poor compressive strength of the concrete block.
  • the concrete block according to the invention has both a good freeze-thaw stability and good compressive strength.
  • microcapsule dispersions obtained according to Examples 2 to 6 can be used to produce concrete blocks with good freeze-thaw stabilities and good compressive strength analogously to ready-mixed concrete.
  • Concrete mixture 2a, 2b and 2c Concrete mixture 2a (basic recipe - not according to the invention)
  • a self-compacting concrete (SVB) consisting of 417 kg Ashgrove cement, 830 kg sand, 2166 kg aggregate and 146 kg water was produced.
  • SVB self-compacting concrete
  • 3.8 kg were Glenium ® 7500 (polycarboxylate; BASF Aktiengesellschaft) were used. These quantities refer to a m 3 concrete block.
  • microcapsule dispersions obtained according to Examples 2 to 6 concrete blocks with good freeze-thaw stabilities and good compressive strength can be produced analogously from self-compacting concrete.
  • a fly ash-containing ready-mixed concrete was produced from 268 kg Ashgrove cement, 67 kg fly ash, 745 kg sand, 2400 kg aggregate and 151 kg water. These quantities refer to a m 3 concrete block.
  • Concrete mix 3c (according to invention) Notwithstanding the basic formulation were 16.6 kg microcapsule dispersion of Example 1 dosed at a m 3 of concrete, in that a corresponding volume of this amount of water was replaced.
  • microcapsule dispersions obtained according to Examples 2 to 6 concrete blocks with good freeze-thaw stabilities and good compressive strength can be produced analogously from fly ash-containing transport concrete.

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Abstract

The invention relates to a novel use of microcapsules comprising a polymer capsule wall and a lipophilic substance as a capsule core, said lipophilic substance having a melting point of =120°C and a boiling point of =100 °C, as additives providing stability in freeze-thaw conditions in hydraulically setting construction material mixtures.

Description

Hydraulisch abbindende Baustoffmischungen enthaltend mikroverkapselte lipophile Substanzen Hydraulically setting building material mixtures containing microencapsulated lipophilic substances
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Verwendung von Mikrokapseln umfassend eine Kapselwand aus Polymer und eine lipophile Substanz als Kapselkern, die ihren Schmelzpunkt <120 0C und ihren Siedepunkt >100 0C hat, als Frost-Tau- Stabilitätsadditive in hydraulisch abbindenden Baustoffmischungen.The present invention relates to a novel use of microcapsules comprising a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, which has its melting point <120 0 C and their boiling point> 100 0 C, as freeze-thaw stability additives in hydraulically setting building material mixtures.
Seit vielen Jahren kennt man die Alterungsprobleme von Beton. So ist nach wie vor ein wichtiges Forschungsziel den Widerstand von Beton gegen Frost und Frost- Tauwechsel zu erhöhen. Das im Beton eingeschlossene Wasser dehnt sich bekanntermaßen beim Gefrieren aus und führt zu Mikrorissbildung und damit zu Frostschäden.For many years, one knows the aging problems of concrete. For example, an important research goal is to increase the resistance of concrete to frost and freeze-thaw cycles. The water trapped in the concrete is known to expand during freezing and leads to microcracking and thus frost damage.
Man versucht seit einiger Zeit dem Problem zu begegnen, indem man einen Luftporen enthaltenden Beton herstellt. Diese künstliche Einführung von Luftporen soll für Entspannungsräume für expandiertes Eis und Eiswasser sorgen. Dabei hat man festgestellt, dass für eine verbesserte Beständigkeit des Betons der Abstand jedes Punktes im Zementstein von der nächsten künstlichen Luftpore einen Wert von 0,008 inch (200 μm) nicht überschreiten darf (ASTM-Norm 666C). Dies geschieht, indem man mechanisch mit Hilfe von oberflächenaktiven Substanzen Luftbläschen in die Betonmasse rührt. Die Ergebnisse lassen sich jedoch nur sehr schlecht reproduzieren, da sich der Eintrag der Luftmenge und die Größe der Luftporen nur schwer steuern lassen und obendrein abhängig von der Temperatur sind. Ein zu geringer Lufteintrag hat ungenügende Frost-Tau-Stabilität zur Folge, während bei zu hohem Lufteintrag die Festigkeit des Betons nachlässt.For some time now, attempts have been made to tackle the problem by producing concrete containing air pores. This artificial introduction of air pores should provide for relaxation rooms for expanded ice and ice water. It has been found that for improved concrete durability, the distance of each point in the cement paste from the next artificial airpore should not exceed 0.008 inch (200 μm) (ASTM Standard 666C). This is done by mechanically stirring air bubbles into the concrete mass with the help of surface-active substances. However, the results can only be reproduced very poorly, since the entry of the air quantity and the size of the air pores are difficult to control and, moreover, are dependent on the temperature. Too little air intake results in insufficient freeze-thaw stability, while too high air intake decreases the strength of the concrete.
Die DE 10 2005 046 681 versucht diesem Problem zu begegnen, indem durch die Zugabe von Mikrohohlkugeln ein definierter Lufteintrag erzielt werden soll. Diese Mikrohohlkugeln sind wassergefüllte Hohlteilchen mit einer Polystyrolschale. Man erhält sie, indem man Kern/Schale Polymere mit einem Polymethacrylsäurekern und einer Polystyrolschale in wässriger Base quellen lässt. Wesentlich dabei ist, dass das in den Hohlteilchen eingeschlossene Wasser aus den Kapseln herausdiffundiert, so dass im Prinzip Hohlräume im Beton eingeschlossen werden. Es handelt sich somit um einen definierten Eintrag von Poren.DE 10 2005 046 681 attempts to counteract this problem by achieving a defined introduction of air by the addition of hollow microspheres. These hollow microspheres are water-filled hollow particles with a polystyrene shell. They are obtained by allowing core / shell polymers to swell with a polymethacrylic acid core and a polystyrene shell in aqueous base. It is essential that the trapped in the hollow particles water diffuses out of the capsules, so that in principle cavities are enclosed in the concrete. It is thus a defined entry of pores.
Eine ähnliche Lösung des Problems beschreiben die US 2005/0274285, US 2005/0274294, US 2005/0284340 sowie die WO 2005/123618, in dem sie Kapseln aus Vinylidenchlorid und/oder Acrylnitril als Wandmaterial und Isopentan oder Isobutan als Kernmaterial dem Beton zusetzt. Die Kapseln können expandiert oder nicht- expandiert eingesetzt werden. Da die Kapseln expandierbar sind, muss es sich bei dem Kernmaterial um eine leichtflüchtige Substanz handeln. Leichtflüchtige Kapselkernmaterialien bringen im unexpandierten Zustand Lagerungsprobleme mit sich, da flüchtige Kernmaterialien leicht entweichen und in der Regel auch entflammbar sind. Die expandierte Kapselvariante bringt ihrerseits den Nachteil mit sich, dass sie aufgrund ihrer Teilchengröße bis zu 100 μm ein deutlich größeres Volumen einnehmen.A similar solution to the problem is described in US 2005/0274285, US 2005/0274294, US 2005/0284340 and WO 2005/123618, in which it adds capsules of vinylidene chloride and / or acrylonitrile as wall material and isopentane or isobutane as core material to the concrete. The capsules can be used expanded or unexpanded. Since the capsules are expandable, it must be the nuclear material is a volatile substance. Highly volatile core materials in the unexpanded state cause storage problems, as volatile core materials escape easily and are generally also flammable. The expanded capsule variant in turn has the disadvantage that they occupy a significantly larger volume due to their particle size up to 100 microns.
Die Verwendung von Mikrokapseln mit einem Wandmaterial auf Basis von Polymethylmethacrylat und Wachsen als Kernmaterial in mineralischen Formkörpern ist aus der EP 1029018 und DE-A-10 2004 005912 bekannt. Die hiernach eingesetzten Wachse dienen als Latentwärmespeichermaterial, da sie durch den Schmelzvorgang Wärme aus der Umgebung aufnehmen und erst beim Erstarren wieder abgeben. Setzt man die Mikrokapseln in Mengen oberhalb 10 Gew.-% bezogen auf das mineralische Bindemittel ein, so bewirken sie eine spürbare Regulierung der Raumtemperatur. Sie kommen insbesondere in nichttragenden Anwendungen wie Gipsputz zum Einsatz, da der hohe Mikrokapselanteil einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hat.The use of microcapsules with a wall material based on polymethyl methacrylate and waxes as core material in mineral moldings is known from EP 1029018 and DE-A-10 2004 005912. The waxes used hereafter serve as latent heat storage material, since they absorb heat from the environment by the melting process and release it only on solidification. If the microcapsules are used in amounts above 10% by weight, based on the mineral binder, they bring about a perceptible regulation of the room temperature. They are used in particular in non-structural applications such as gypsum plaster, since the high microcapsule content has an influence on the mechanical properties.
Der vorliegenden Erfindung lagen neue Frost-Tau-Stabilitätsadditive für hydraulisch abbindende Baustoffmischung als Aufgabe zugrunde. Ferner bestand die Aufgabe darin, eine leichte, von äußeren Bedingungen nahezu unabhängige Einarbeitung von Frost-Tau-Stabilisatoren in Beton zu gewährleisten, während die mechanischen Eigenschaften des Betons nicht nachteilig beeinflusst werden sollten.The present invention was based on new freeze-thaw stability additives for hydraulically setting building material mixture as an object. Another object was to provide a light incorporation of freeze-thaw stabilizers into concrete that was virtually independent of external conditions, while the mechanical properties of the concrete should not be adversely affected.
Dem gemäß wurden die Verwendung von Mikrokapseln umfassend eine Kapselwand aus Polymer und eine lipophile Substanz als Kapselkern, die ihren Schmelzpunkt <120 0C und ihren Siedepunkt >100 0C hat, als Frost-Tau-Stabilitätsadditive in hydraulisch abbindenden Baustoffmischungen gefunden. Der Kapselkern ist somit abhängig von der Temperatur fest oder flüssig. Anders als bei allen Lösungsansätzen des Standes der Technik beruht die vorliegende Erfindung nicht auf dem Prinzip des definierten Gaseintrags, sondern es wurde vielmehr gefunden, dass liphophileAccordingly, the use of microcapsules comprising a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, which has its melting point <120 0 C and their boiling point> 100 0 C, found as frost-thaw stability additives in hydraulically setting building material mixtures. The capsule core is thus solid or liquid depending on the temperature. Unlike in all approaches of the prior art, the present invention is not based on the principle of the defined gas input, but rather it was found that lipophilic
Substanzen mit einem Schmelzpunkt <120 0C und einem Siedepunkt >100 0C als Kernmaterial zu vorteilhaften Ergebnissen führen.Substances with a melting point <120 0 C and a boiling point> 100 0 C as the core material lead to favorable results.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Mikrokapseln umfassen einen Kapselkern und eine Kapselwand aus Polymer. Der Kapselkern besteht überwiegend, zu mehr als 95 Gew.- %, aus lipophiler Substanz. Abhängig vom Herstellungsverfahren und dem dabei gewählten Schutzkolloid kann dieses ebenfalls Bestandteil der Mikrokapseln sein. So können bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Mikrokapseln Schutzkolloid sein. Gemäß dieser Ausführungsform weisen die Mikrokapseln auf der Oberfläche des Polymers das Schutzkolloid auf. Die mittlere Teilchengröße der Kapseln (Z-Mittel mittels Lichtstreuung bestimmt) beträgt 0,5 bis 50 μm, bevorzugt 0,5 bis 30 μm insbesondere 0,5 bis 10 μm. Das Gewichtsverhältnis von Kapselkern zu Kapselwand beträgt im allgemeinen von 50:50 bis 95:5. Bevorzugt wird ein Kern/Wand-Verhältnis von 70:30 bis 93:7.The microcapsules used according to the invention comprise a capsule core and a capsule wall made of polymer. The capsule core consists predominantly, to more than 95% by weight, of lipophilic substance. Depending on the preparation process and the selected protective colloid, this may also be part of the microcapsules. Thus, up to 15% by weight, preferably from 1 to 10% by weight, based on the total weight of the microcapsules, may be protective colloid. According to this embodiment, the microcapsules on the surface of the polymer have the protective colloid. The average particle size of the capsules (Z agent determined by means of light scattering) is 0.5 to 50 μm, preferably 0.5 to 30 μm, in particular 0.5 to 10 μm. The weight ratio of capsule core to capsule wall is generally from 50:50 to 95: 5. Preferred is a core / wall ratio of 70:30 to 93: 7.
Lipophile Substanzen sind Verbindungen, die in Wasser bei 25 0C und Normaldruck eine Löslichkeit von kleiner als 30 g / Liter aufweisen. Die erfindungsgemäß geeigneten lipophilen Substanzen haben ihren Siedepunkt >100 0C und ihren Schmelzpunkt <120 0C bevorzugt <100 0C insbesondere <80 0C.Lipophilic substances are compounds which have a solubility of less than 30 g / liter in water at 25 ° C. and normal pressure. The lipophilic substances which are suitable according to the invention have a boiling point> 100 ° C. and a melting point <120 ° C., preferably <100 ° C., in particular <80 ° C.
Als geeignete lipophile Substanzen für die erfindungsgemäße Verwendung sind beispielhaft zu nennen:Suitable lipophilic substances for the use according to the invention are, for example:
aliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen wie gesättigte oder ungesättigte C2o-Cioo-Kohlenwasserstoffe, die verzweigt oder bevorzugt linear sind, z.B. wie n-Eicosan, n-Heneicosan, n-Docosan, n-Tricosan, n-Tetracosan, n- Pentacosan, n-Hexacosan, n-Heptacosan, n-Octacosan, n-Nonacosan, n- Tricontan, n-Tetracontan, n-Pentacontan, n-Hexacontan, n-Heptacontan, n- Octacontan, n-Nonacontan, n-Hectan sowie cyclische Kohlenwasserstoffe, z.B. Cyclooctan, Cyclodecan;aliphatic hydrocarbon compounds such as saturated or unsaturated C2o-Cioo hydrocarbons which are branched or preferably linear, e.g. such as n-eicosane, n-heneicosane, n-docosane, n-tricosane, n-tetracosane, n-pentacosane, n-hexacosane, n-heptacosane, n-octacosane, n-nonacosane, n-tricontane, n-tetracontane, n Pentacontane, n-hexacontane, n-heptacontan, n-octacontan, n-nonacontan, n-hectan and cyclic hydrocarbons, eg Cyclooctane, cyclodecane;
aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen wie Naphthalin, Biphenyl, o- oder m-Terphenyl, Ci-C4o-alkylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffearomatic hydrocarbon compounds such as naphthalene, biphenyl, o- or m-terphenyl, Ci-C4o-alkyl-substituted aromatic hydrocarbons
- gesättigte oder ungesättigte Ci2-C3o-Fettsäuren wie Laurin-, Palmitin-, Stearinoder Behensäure, bevorzugt eutektische Gemische aus Decansäure mit z.B. Myristin-, Palmitin- oder Laurinsäure;saturated or unsaturated C 12 -C 30 -fatty acids, such as lauric, palmitic, stearic or behenic acid, preferably eutectic mixtures of decanoic acid with e.g. Myristic, palmitic or lauric acid;
Fettalkohole wie Stearylalkohol, Myristylalkohol, Gemische wie Kokosfettalkohol sowie die sogenannten Oxoalkohole, die man durch Hydroformylierung von α-Fatty alcohols such as stearyl alcohol, myristyl alcohol, mixtures such as coconut fatty alcohol and the so-called oxo alcohols, which are obtained by hydroformylation of α-
Olefinen und weiteren Umsetzungen erhält;Olefins and further reactions;
C6-C3o-Fettamine wie Tetradecylamin, Hexadecylamin oder Eicosylamin;C6-C3o-fatty amines such as tetradecylamine, hexadecylamine or eicosylamine;
- Ester wie Ci-Cio-Alkylester von Fettsäuren wie Stearylstearat, sowie bevorzugt ihre eutektischen Gemische;Esters, such as C 1 -C 10 -alkyl esters of fatty acids, such as stearyl stearate, and preferably their eutectic mixtures;
natürliche und synthetische Wachse wie Montansäurewachse, Montan esterwachse, Carnaubawachs, Polyethylenwachs, oxidierte Wachse, Polyvinylether- wachs, Ethylenvinylacetatwachs oder Hartwachse nach Fischer-Tropsch-natural and synthetic waxes such as montan acid waxes, montan ester waxes, carnauba wax, polyethylene wax, oxidized waxes, polyvinyl ether wax, ethylene vinyl acetate wax or Fischer-Tropsch wax waxes.
Verfahren; halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chlorparaffin und Bromdocosan.Method; halogenated hydrocarbons such as chlorinated paraffin and bromodocosane.
Weiterhin sind Mischungen dieser Substanzen geeignet.Furthermore, mixtures of these substances are suitable.
Vorteilhaft ist beispielsweise die Verwendung von n-Alkanen mit einer Reinheit von größer als 80% oder von Alkangemischen, wie sie als technisches Destillat anfallen und als solche handelsüblich sind.For example, the use of n-alkanes having a purity of greater than 80% or of alkane mixtures, as obtained as a technical distillate and commercially available as such, is advantageous.
Die Kapselwand ist bevorzugt aus einem duroplastischen Polymer. Unter duroplastisch sind dabei Wandmaterialien zu verstehen, die aufgrund des Vernetzungsgrades nicht erweichen, sondern sich bei hohen Temperaturen zersetzen. Geeignete duroplastische Wandmaterialien sind beispielsweise vernetzte Formaldehydharze, vernetzte Polyharnstoffe, vernetzte Polyurethane sowie vernetzte Methacryl- und Acrylsäureesterpolymere. Ebenfalls geeignet sind unvernetzte Methacryl- und Acrylsäureesterpolymere.The capsule wall is preferably made of a thermosetting polymer. Under thermosetting wall materials are to be understood that do not soften due to the degree of crosslinking, but decompose at high temperatures. Suitable thermosetting wall materials are, for example, crosslinked formaldehyde resins, crosslinked polyureas, crosslinked polyurethanes and crosslinked methacrylic and acrylic ester polymers. Also suitable are uncrosslinked methacrylic and acrylic ester polymers.
Unter Formaldehydharzen versteht man Reaktionsprodukte aus Formaldehyd mitFormaldehyde resins are understood as meaning reaction products of formaldehyde with
Triazinen wie Melamin - Carbamiden wie HarnstoffTriazines such as melamine carbamides such as urea
Phenolen wie Phenol, m-Kresol und ResorcinPhenols such as phenol, m-cresol and resorcinol
Amino- und Amidoverbindungen wie Anilin, p-Toluolsulfonamid, Ethylenharnstoff und Guanidin,Amino and amido compounds such as aniline, p-toluenesulfonamide, ethyleneurea and guanidine,
oder ihren Mischungen.or their mixtures.
Als Kapselwandmaterial bevorzugte Formaldehydharze sind Harnstoff- Formaldehydharze, Harnstoff-Resorcin-Formaldehydharze, Harnstoff-Melamin- Harze und Melamin-Formaldehydharze. Ebenso bevorzugt sind die d-C4-Alkyl- insbesondere Methylether dieser Formaldehydharze sowie die Mischungen mit diesen Formaldehydharzen. Insbesondere werden Melamin-Formaldehyd-Harze und/oder deren Methylether bevorzugt.As the capsule wall material preferred formaldehyde resins are urea-formaldehyde resins, urea-resorcinol-formaldehyde resins, urea-melamine resins and melamine-formaldehyde resins. Likewise preferred are the C 1 -C 4 -alkyl, in particular methyl ethers of these formaldehyde resins and the mixtures with these formaldehyde resins. In particular, melamine-formaldehyde resins and / or their methyl ethers are preferred.
In den von den Durchschreibepapieren her bekannten Verfahren werden die Harze als Prepolymere eingesetzt. Das Prepolymer ist noch in der wässrigen Phase löslich und wandert im Verlauf der Polykondensation an die Grenzfläche und umschließt die Öltröpfchen. Verfahren zu Mikroverkapselung mit Formaldehydharzen sind allgemein bekannt und beispielsweise in der EP-A-562 344 und EP-A-974 394 beschrieben.In the methods known from copying papers, the resins are used as prepolymers. The prepolymer is still soluble in the aqueous phase and migrates in the course of the polycondensation at the interface and surrounds the oil droplets. Processes for microencapsulation with formaldehyde resins are well known and described for example in EP-A-562 344 and EP-A-974 394.
Kapselwände aus Polyharnstoffen und Polyurethanen sind ebenfalls von denCapsule walls of polyureas and polyurethanes are also of the
Durchschreibepapieren her bekannt. Die Kapselwände entstehen durch Umsetzung von Nhb-Gruppen bzw. OH-Gruppen tragenden Reaktanden mit Di- und/oder Polyisocyanaten. Geeignete Isocyanate sind beispielsweise Ethylendiisocyanat, 1 ,4-Tetramethylendiisocyanat, 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat, 4,4'- Methylenbis(phenylisocyanat) und 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat. Ferner seien Polyisocyanate wie Derivate mit Biuretstruktur, Polyuretonimine und Isocyanurate erwähnt. Als Reaktanden kommen in Frage: Hydrazin, Guanidin und dessen Salze, Hydroxylamin, Di- und Polyamine und Aminoalkohole. Solche Grenzflächen- polyadditionsverfahren sind beispielsweise aus der US 4,021 ,595, EP-A 0 392 876 und EP-A 0 535 384 bekannt.Copier paper known here. The capsule walls are created by implementation of Nhb groups or OH-carrying reactants with di- and / or polyisocyanates. Suitable isocyanates are, for example, ethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylenebis (phenyl isocyanate) and 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate. Also mentioned are polyisocyanates such as biuret derivatives, polyuretonimines and isocyanurates. Suitable reactants are: hydrazine, guanidine and its salts, hydroxylamine, di- and polyamines and amino alcohols. Such interfacial polyaddition processes are known, for example, from US Pat. Nos. 4,021,595, EP-A 0 392 876 and EP-A 0 535 384.
Die Kapselwand ist bevorzugt ein Polymer enthaltend mindestens 30 Gew.-%, in bevorzugter Form mindestens 40 Gew.-%, sowie bis zu 100 Gew.-%, bevorzugt höchstens 90 Gew.-%, insbesondere höchstens 85 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 80 Gew.-% mindestens eines Monomeren ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ci-C24-Alkylester der Acryl- und Methacrylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und Maleinsäure (Monomere I), einpolymerisiert, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.The capsule wall is preferably a polymer containing at least 30 wt .-%, preferably at least 40 wt .-%, and up to 100 wt .-%, preferably at most 90 wt .-%, in particular at most 85 wt .-% and completely more preferably at most 80 wt .-% of at least one monomer selected from the group comprising Ci-C24-alkyl esters of acrylic and methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid (monomers I), copolymerized, based on the total weight of the monomers.
Weiterhin enthalten die Polymere der Kapselwand bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens 15 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% sowie im Allgemeinen höchstens 70 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 60 Gew.-% und in besonders bevorzugter Form höchstens 50 Gew.-% eines oder mehrerer bi- oder polyfunktionelle Monomere, welche in Wasser nicht löslich oder schwer löslich sind (Monomere II), einpolymerisiert, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.Furthermore, the polymers of the capsule wall preferably contain at least 10% by weight, preferably at least 15% by weight, preferably at least 20% by weight and generally at most 70% by weight, preferably at most 60% by weight and in particular more preferably Form at most 50 wt .-% of one or more bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water (monomers II), copolymerized, based on the total weight of the monomers.
Daneben können die Polymere bis zu 40 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 30 Gew.-%, insbesondere bis zu 20 Gew.-% sonstige Monomere III einpolymerisiert enthalten.In addition, the polymers may contain up to 40% by weight, preferably up to 30% by weight, in particular up to 20% by weight, of other monomers III in copolymerized form.
Vorzugsweise ist die Kapselwand nur aus Monomeren der Gruppen I und Il aufgebaut.Preferably, the capsule wall is composed only of monomers of groups I and II.
Als Monomere I eignen sich Ci-C24-Alkylester der Acryl- und/oder Methacrylsäure (Monomere Ia). Weiterhin eignen sich die ungesättigten C3- und C4-Carbonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure sowie Maleinsäure (Monomere Ib). Besonders bevorzugte Monomere I sind Methyl-, Ethyl-, n-Propyl- und n-Butylacrylat und/oder die entsprechenden Methacrylate. Bevorzugt sind iso-Propyl-, iso-Butyl-, sec.-Butyl- und tert.-Butylacrylat und die entsprechenden Methacrylate. Generell werden die Methacrylate und Methacrylsäure bevorzugt.Suitable monomers I are C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and / or methacrylic acid (monomers Ia). Furthermore, the unsaturated C3 and C4 carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid (monomers Ib) are suitable. Particularly preferred monomers I are methyl, ethyl, n-propyl and n-butyl acrylate and / or the corresponding methacrylates. Iso-propyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl acrylate and the corresponding methacrylates are preferred. Generally, the methacrylates and methacrylic acid are preferred.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mikrokapselwände aus 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Maleinsäure und/oder Acrylsäure insbesondere Methacrylsäure aufgebaut. Geeignete Monomere Il sind bi- oder polyfunktionelle Monomere, welche in Wasser nicht löslich oder schwer löslich sind, aber eine gute bis begrenzte Löslichkeit in der lipophilen Substanz haben. Unter Schwerlöslichkeit ist eine Löslichkeit kleiner 60 g/l bei 200C zu verstehen. Unter bi- oder polyfunktionellen Monomeren versteht man Ver- bindungen, die wenigstens zwei nichtkonjugierte ethylenische Doppelbindungen haben. Vornehmlich kommen Divinyl- und Polyvinylmonomere in Betracht. Sie bewirken eine Vernetzung der Kapselwand während der Polymerisation. Es können ein oder mehrere Divinylmonomere sowie ein oder mehrere Polyvinylmonomere einpolymerisiert werden.According to a preferred embodiment, the microcapsule walls are composed of 25% by weight to 75% by weight of maleic acid and / or acrylic acid, in particular methacrylic acid. Suitable monomers II are bi- or polyfunctional monomers which are insoluble or sparingly soluble in water but have good to limited solubility in the lipophilic substance. Low solubility is to be understood as meaning a solubility of less than 60 g / l at 20 ° C. Bi- or polyfunctional monomers are understood to mean compounds which have at least two non-conjugated ethylenic double bonds. In particular, divinyl and polyvinyl monomers come into consideration. They cause a crosslinking of the capsule wall during the polymerization. One or more divinyl monomers and one or more polyvinyl monomers can be polymerized in.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Monomer Il eine Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren eingesetzt, wobei der Anteil der Polyvinylmonomeren 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Summe aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren beträgt. Bevorzugt beträgt der Anteil der Polyvinylmonomeren 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren.According to a preferred embodiment, monomer II used is a mixture of divinyl and polyvinyl monomers, the proportion of polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers. The proportion of polyvinyl monomers is preferably from 5 to 80% by weight, preferably from 10 to 60% by weight, based on the sum of divinyl and polyvinyl monomers.
Geeignete Divinylmonomere sind Divinylbenzol und Divinylcyclohexan. Bevorzugte Divinylmonomere sind die Diester von Diolen mit Acrylsäure oder Methacrylsäure, ferner die Diallyl- und Divinylether dieser Diole. Beispielhaft seien Ethandioldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, 1 ,3-Butylenglykoldimethacrylat, Methallylmethacrylamid, Allylacrylat und Allylmethacrylat genannt. Besonders bevorzugt sind Propandiol-, Butandiol-, Pentandiol- und Hexandioldiacrylat und die entsprechenden Methacrylate.Suitable divinyl monomers are divinylbenzene and divinylcyclohexane. Preferred divinyl monomers are the diesters of diols with acrylic acid or methacrylic acid, furthermore the diallyl and divinyl ethers of these diols. Examples which may be mentioned are ethanediol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, methallyl methacrylamide, allyl acrylate and allyl methacrylate. Particularly preferred are propanediol, butanediol, pentanediol and hexanediol diacrylate and the corresponding methacrylates.
Bevorzugte Polyvinylmonomere sind die Polyester von Polyolen mit Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, ferner die Polyallyl- und Polyvinylether dieser Polyole oder Trivinylcyclohexan und Trivinylbenzol. Bevorzugt werden Trimethylolpropantriacrylat und -methacrylat, Pentaerythrittriallylether, Pentaerythrittetraallylether, Pentaerythrittriacrylat und Pentaerythrittetraacrylat sowie ihre technischen Mischungen.Preferred polyvinyl monomers are the polyesters of polyols with acrylic acid and / or methacrylic acid, furthermore the polyallyl and polyvinyl ethers of these polyols or trivinylcyclohexane and trivinylbenzene. Preference is given to trimethylolpropane triacrylate and methacrylate, pentaerythritol triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, pentaerythritol triacrylate and pentaerythritol tetraacrylate and their technical mixtures.
Bevorzugt werden die Kombinationen aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren wie aus Butandioldiacrylat und Pentaeritrittetraacrylat, Hexandioldiacrylat und Pentaeritrittetraacrylat, Butandioldiacrylat und Trimethylolpropantriacrylat sowie Hexandioldiacrylat und Trimethylolpropantriacrylat.Preference is given to the combinations of divinyl and polyvinyl monomers, such as butanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, hexanediol diacrylate and pentaerythritol tetraacrylate, butanediol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate, as well as hexanediol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate.
Als Monomere III kommen sonstige Monomere, die von den Monomeren I und Il verschieden sind, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylpyridin und Styrol oder α-Methylstyrol in Betracht. Besonders bevorzugt werden Monomere wie Itaconsäure, Vinylphosphonsäure, Maleinsäureanhydrid, 2-Hydroxyethylacrylat und -methacrylat, Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Methaycrylnitril, Acrylnitril, Methacrylamid, N-Vinylpyrrolidon, N-Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, Dimethylaminoethylmethacrylat und Diethylaminoethylmethacrylat. Bevorzugt ist die Kapselwand aufgebaut ausSuitable monomers III are other monomers which are different from the monomers I and II, such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinylpyridine and styrene or α-methylstyrene. Especially preferred are monomers such as itaconic acid, vinylphosphonic acid, maleic anhydride, 2-hydroxyethyl acrylate and methacrylate, acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, methacrylonitrile, acrylonitrile, methacrylamide, N-vinylpyrrolidone, N-methylolacrylamide, N-methylolmethacrylamide, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl methacrylate. Preferably, the capsule wall is constructed from
30 bis 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer Monomere (Monomere I) ausgewählt unter C1-C24-From 30 to 100% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more monomers (monomers I) selected from C 1 -C 24 -
Alkylester der Acryl- und Methacrylsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure und Maleinsäure,Alkyl esters of acrylic and methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid,
0 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer bi- oder polyfunktioneller Monomere (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und0 to 70 wt .-% based on the total weight of the monomers, one or more bifunctional or polyfunctional monomers (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water, and
0 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III)0 to 40% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more other monomers (monomers III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
Besonders bevorzugt ist die Kapselwand aufgebaut ausParticularly preferably, the capsule wall is constructed from
30 bis 90 Gew.-% einer Mischung aus Monomeren Ia und Ib, wobei der Anteil der30 to 90 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the
Monomeren Ib < 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere I, Il und III ist,Monomers Ib <25% by weight, based on the total weight of all monomers I, II and III,
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowie 0 bis 30 Gew.-% sonstige Monomere III,From 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), the proportion of the polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight, based on the monomers II, and from 0 to 30% by weight of other monomers III,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kapselwand aufgebaut ist ausAccording to a further particularly preferred embodiment, the capsule wall is constructed from
30 bis 90 Gew.-% einer Mischung aus Monomeren Ia und Ib, wobei der Anteil der30 to 90 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the
Monomeren Ib > 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht allerMonomers Ib> 25 wt .-% based on the total weight of all
Monomere I, Il und III ist,Monomers I, II and III are
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowie 0 bis 30 Gew.-% sonstige Monomere III,From 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), the proportion of the polyvinyl monomers being from 2 to 90% by weight, based on the monomers II, and from 0 to 30% by weight of other monomers III,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
Die erfindungsgemäß geeigneten Mikrokapseln lassen sich durch eine sogenannte in- situ-Polymerisation herstellen. Die Mikrokapseln sowie ihre Herstellung sind aus der EP-A-457 154, DE-A-10 139 171 , DE-A-102 30 581 und EP-A-1 321 182 bekannt, auf die ausdrücklich verwiesen wird. So stellt man die Mikrokapseln in der Weise her, dass man aus den Monomeren, einem Radikalstarter, einem Schutzkolloid und der einzukapselnden lipophilen Substanz eine stabile ÖI-in-Wasser-Emulsion herstellt. Stabil bedeutet in diesem Fall, dass es innerhalb von einer Stunde nicht zu einer Verdoppelung der mittleren Tröpfchengröße kommt. Anschließend löst man die radikalische Polymerisation der Monomeren durch Erwärmung aus und steuert sie durch weitere Temperaturerhöhung, wobei die entstehenden Polymere die Kapselwand bilden, welche die lipophile Substanz umschließt.The microcapsules suitable according to the invention can be prepared by a so-called in situ polymerization. The microcapsules and their preparation are known from EP-A-457 154, DE-A-10 139 171, DE-A-102 30 581 and EP-A-1 321 182, to which reference is expressly made. Thus, the microcapsules are prepared by preparing a stable oil-in-water emulsion from the monomers, a radical initiator, a protective colloid and the lipophilic substance to be encapsulated. Stable in this case means that there is no doubling of the average droplet size within one hour. Subsequently, the free-radical polymerization of the monomers is initiated by heating and controlled by further increase in temperature, wherein the resulting polymers form the capsule wall, which encloses the lipophilic substance.
In der Regel führt man die Polymerisation bei 40 bis 150 °C, vorzugsweise bei 60 bis 120 °C durch. Natürlich sollte die Dispersions- und Polymerisationstemperatur oberhalb der Schmelztemperatur der lipophilen Substanzen liegen.In general, the polymerization is conducted at 40 to 150 ° C, by preferably at 60 to 120 ° C. Of course, the dispersion and polymerization temperature should be above the melting temperature of the lipophilic substances.
Nach Erreichen der Endtemperatur setzt man die Polymerisation zweckmäßigerweise noch etwa für eine Zeit von bis zu 2 Stunden fort, um Restmonomergehalte abzusenken. Im Anschluss an die eigentliche Polymerisationsreaktion bei einem Umsatz von 90 bis 99 Gew.-% ist es in der Regel vorteilhaft, die wässrigen Mikrokapseldisper- sionen weitgehend frei von Geruchsträgern, wie Restmonomere und anderen organischen flüchtigen Bestandteilen zu gestalten. Dies kann in an sich bekannter Weise physikalisch durch destillative Entfernung (insbesondere über Wasserdampfdestillation) oder durch Abstreifen mit einem inerten Gas erreicht werden. Ferner kann es chemisch geschehen, wie in der WO 9924525 beschrieben, vorteilhaft durch redoxinitiierte Polymerisation, wie in der DE-A-4 435 423, DE-A-4419518 und DE-A- 4435422 beschrieben.After reaching the final temperature, the polymerization is expediently continued for a time of up to 2 hours in order to lower residual monomer contents. Following the actual polymerization reaction at a conversion of 90 to 99% by weight, it is generally advantageous to make the aqueous microcapsule dispersions substantially free of odor carriers, such as residual monomers and other organic volatile constituents. This can be achieved physically in a manner known per se by distillative removal (in particular via steam distillation) or by stripping with an inert gas. Furthermore, it can be done chemically, as described in WO 9924525, advantageously by redox-initiated polymerization, as described in DE-A-4 435 423, DE-A-4419518 and DE-A-4435422.
Man kann auf diese Weise Mikrokapseln mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 100 μm herstellen, wobei die Teilchengröße in an sich bekannter Weise über die Scherkraft, die Rührgeschwindigkeit, das Schutzkolloid und seine Konzentration eingestellt werden kann. Bevorzugt werden für die Einarbeitung in hydraulisch abbindenden Baustoffmischungen Mikrokapseln mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,5 bis 50 μm, bevorzugt 0,5 bis 30 μm, insbesondere 0,5 bis 10 μm (Z- Mittel mittels Lichtstreuung).It is possible in this way to produce microcapsules having an average particle size in the range from 0.5 to 100 .mu.m, it being possible to adjust the particle size in a manner known per se by means of the shearing force, the stirring rate, the protective colloid and its concentration. Preference for incorporation into hydraulically setting building material mixtures microcapsules having an average particle size in the range of 0.5 to 50 .mu.m, preferably 0.5 to 30 .mu.m, in particular 0.5 to 10 microns (Z means by light scattering).
In der Regel werden die Mikrokapseln in Gegenwart wenigstens eines organischen oder anorganischen Schutzkolloids hergestellt. Sowohl organische wie auch anorganische Schutzkolloide können ionisch oder neutral sein kann. Schutzkolloide können dabei sowohl einzeln wie auch in Mischungen mehrerer gleich oder unterschiedlich geladener Schutzkolloide eingesetzt werden. Organische Schutzkolloide sind bevorzugt wasserlösliche Polymere, da sie die Oberflächenspannung des Wassers von 73 mN/m maximal auf 45 bis 70 mN/m senken und somit die Ausbildung geschlossener Kapselwände gewährleisten sowie Mikrokapseln mit bevorzugten Teilchengrößen im Bereich von 0,5 bis 50 μm, vorzugsweise 0,5 bis 30 μm insbesondere 0,5 bis 10 μm, ausbilden.In general, the microcapsules are prepared in the presence of at least one organic or inorganic protective colloid. Both organic and inorganic protective colloids may be ionic or neutral. Protective colloids can be used both individually and in mixtures of several identically or differently charged protective colloids. Organic protective colloids are preferably water-soluble polymers, since they reduce the surface tension of the water from 73 mN / m to a maximum of 45 to 70 mN / m and thus ensure the formation of closed capsule walls and microcapsules with preferred particle sizes in the range of 0.5 to 50 microns, preferably 0.5 to 30 microns, in particular 0.5 to 10 microns, form.
Organische neutrale Schutzkolloide sind beispielsweise Cellulosederivate wie Hydroxyethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylcellulose und Carboxymethylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Copolymere des Vinylpyrrolidons, Gelatine, Gummiarabicum, Xanthan, Natriumalginat, Kasein, Polyethylenglykole, Polyvinylalkohol und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Methylhydroxypropylcellulose. Bevorzugte organische neutrale Schutzkolloide sind Polyvinylalkohol und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Methylhydroxypropylcellulose.Organic neutral protective colloids are, for example, cellulose derivatives such as hydroxyethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, copolymers of vinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, xanthan, sodium alginate, casein, polyethylene glycols, polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and also methylhydroxypropylcellulose. Preferred organic neutral protective colloids are polyvinyl alcohol and partially hydrolyzed polyvinyl acetates and methylhydroxypropyl cellulose.
Organische anionische Schutzkolloide sind beispielsweise Polymethacrylsäure, Ligninsulfonate, die Copolymerisate des Sulfoethylacrylats und -methacrylats, Sulfopropylacrylats und -methacrylats, des N-(Sulfoethyl)-maleinimids, der 2- Acrylamido-2-alkylsulfonsäuren, Styrolsulfonsäure sowie der Vinylsulfonsäure und der Maleinsäure. Bevorzugte organisch anionische Schutzkolloide sindExamples of organic anionic protective colloids are polymethacrylic acid, ligninsulfonates, the copolymers of sulfoethyl acrylate and methacrylate, sulfopropyl acrylate and methacrylate, N- (sulfoethyl) -maleimide, 2-acrylamido-2-alkylsulfonic acids, styrenesulfonic acid and vinylsulfonic acid and maleic acid. Preferred organic anionic protective colloids are
Naphthalinsulfonsäure und Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate sowie vor allem Polyacrylsäuren und Phenolsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate.Naphthalenesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid-formaldehyde condensates and especially polyacrylic acids and phenolsulfonic acid-formaldehyde condensates.
Als anorganische Schutzkolloide, sind sogenannte Pickering-Systeme zu nennen, die eine Stabilisierung durch sehr feine feste Partikel ermöglichen und in Wasser unlöslich, aber dispergierbar sind oder unlöslich und nicht dispergierbar in Wasser, aber benetzbar von der lipophilen Substanz sind. Die Wirkweise und ihr Einsatz ist in der EP-A-1 029 018 sowie der EP-A-1 321 182 beschrieben, auf deren Inhalte ausdrücklich Bezug genommen wird.As inorganic protective colloids, so-called Pickering systems are mentioned, which allow stabilization by very fine solid particles and are insoluble in water but dispersible or insoluble and not dispersible in water but wettable by the lipophilic substance. The mode of action and its use is described in EP-A-1 029 018 and EP-A-1 321 182, to the contents of which reference is expressly made.
Ein Pickering-System kann dabei aus den festen Teilchen allein oder zusätzlich aus Hilfsstoffen bestehen, die die Dispergierbarkeit der Partikel in Wasser oder die Benetzbarkeit der Partikel durch die lipophile Phase verbessern.A Pickering system can consist of the solid particles alone or in addition of auxiliaries which improve the dispersibility of the particles in water or the wettability of the particles by the lipophilic phase.
Die anorganischen festen Partikel können Metallsalze sein, wie Salze, Oxide und Hydroxide von Calcium, Magnesium, Eisen, Zink, Nickel, Titan, Aluminium, Silicium, Barium und Mangan. Zu nennen sind Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid, Calciumoxalat, Calciumcarbonat, Bariumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Zinksulfid. Silikate, Bentonit, Hydroxyapatit und Hydrotalcite seien ebenfalls genannt. Besonders bevorzugt sind hochdisperse Kieselsäuren, Magnesiumpyrophosphat und Tricalciumphosphat. Die Pickering-Systeme können sowohl zuerst in die Wasserphase gegeben werden, als auch zu der gerührten Emulsion von Öl-in-Wasser zugegeben werden. Manche feinen, festen Partikel werden durch eine Fällung hergestellt, wie in der EP-A-1 029 018, sowie der EP-A-1 321 182 beschrieben.The inorganic solid particles may be metal salts, such as salts, oxides and hydroxides of calcium, magnesium, iron, zinc, nickel, titanium, aluminum, silicon, barium and manganese. These include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium oxide, calcium oxalate, calcium carbonate, barium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and zinc sulfide. Silicates, bentonite, hydroxyapatite and hydrotalcites are also mentioned. Particularly preferred are highly disperse silicas, magnesium pyrophosphate and tricalcium phosphate. The Pickering systems can both be added to the water phase first, as well as added to the stirred oil-in-water emulsion. Some fine, solid particles are produced by precipitation as described in EP-A-1 029 018 and EP-A-1 321 182.
Die hochdispersen Kieselsäuren können als feine, feste Teilchen in Wasser dispergiert werden. Es ist aber auch möglich, sogenannte kolloidale Dispersionen von Kieselsäure in Wasser zu verwenden. Solch kolloidale Dispersionen sind alkalische, wässrige Mischungen von Kieselsäure. Im alkalischen pH-Bereich sind die Partikel gequollen und in Wasser stabil. Für eine Verwendung dieser Dispersionen als Pickering-System ist es vorteilhaft, wenn der pH-Wert der Öl-in-Wasser Emulsion mit einer Säure auf pH 2 bis 7 eingestellt wird.The highly dispersed silicas can be dispersed as fine, solid particles in water. But it is also possible to use so-called colloidal dispersions of silica in water. Such colloidal dispersions are alkaline, aqueous mixtures of silica. In the alkaline pH range, the particles are swollen and stable in water. For use of these dispersions as Pickering system, it is advantageous if the pH of the oil-in-water emulsion is adjusted to pH 2 to 7 with an acid.
Im allgemeinen werden die Schutzkolloide in Mengen von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 10 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Wasserphase. Für anorganische Schutzkolloide werden dabei bevorzugt Mengen von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Wasserphase, gewählt. Organische Schutzkolloide werden bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Wasserphase der Emulsion.In general, the protective colloids are used in amounts of from 0.1 to 15% by weight, preferably from 0.5 to 10% by weight, based on the water phase. For inorganic protective colloids, preference is given to amounts of from 0.5 to 15% by weight, based on the aqueous phase. Organic protective colloids are preferably used in amounts of from 0.1 to 10% by weight, based on the water phase of the emulsion.
Bevorzugt verwendet man anorganische Schutzkolloide, insbesondere Pickering- Systeme, gegebenenfalls in Mischung mit organischen Schutzkolloiden.Preference is given to using inorganic protective colloids, in particular Pickering systems, if appropriate mixed with organic protective colloids.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden organisch neutrale Schutzkolloide bevorzugt. Besonders bevorzugt werden OH-Gruppen tragende Schutzkolloide wie Polyvinylalkohole und partiell hydrolysierte Polyvinylacetate.In another embodiment, organic neutral protective colloids are preferred. Particular preference is given to OH-bearing protective colloids such as polyvinyl alcohols and partially hydrolyzed polyvinyl acetates.
Vorzugsweise wählt man die Dispergierbedingungen zur Herstellung der stabilen Öl- in-Wasser Emulsion in an sich bekannter Weise so, dass die Öltröpfchen die Größe der gewünschten Mikrokapseln haben.The dispersing conditions for preparing the stable oil-in-water emulsion are preferably chosen in a manner known per se such that the oil droplets have the size of the desired microcapsules.
Die mittels Polymerisation erhaltenen Mikrokapseldispersionen ergeben bei Sprühtrocknung wie in der WO 2006/092439 beschrieben ein gut rieselfähiges Kapselpulver. Auf die darin beschriebene Sprühtrockenweise sowie Sprühhilfsmittel sei ausdrücklich Bezug genommen.The microcapsule dispersions obtained by means of polymerization give, as described in WO 2006/092439, a free-flowing capsule powder when spray-dried. The spray desiccant and spray aids described therein are expressly incorporated by reference.
Erfindungsgemäß geeignete Mikrokapseln werden in der EP-A 1 421 243, DE 101 63 162, WO 2005/116559 und WO 2006/092439 insbesondere im Rahmen der Beispiele näher beschrieben. Die hierbei eingesetzten Latentwärmespeichermaterialien zeigen ebenfalls einen fest/flüssig Phasenübergang im geforderten Temperaturbereich. Für die Latentwärmespeichermaterialien ist jedoch zusätzlich eine hohe Reinheit der Stoffe vorteilhaft, da diese zu besonders guten Umwandlungsenthalpien führt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass eine hohe Reinheit nicht erforderlich ist, sondern vor allem eine erhöhte Stabilität der Mikrokapsel im Misch- und Aushärtungsvorgangs vorteilhaft ist, die vermutlich durch das erstarrte Kapselkernmaterial gegeben ist.Microcapsules which are suitable according to the invention are described in more detail in EP-A 1 421 243, DE 101 63 162, WO 2005/116559 and WO 2006/092439, in particular in the context of the examples. The latent heat storage materials used in this case also show a solid / liquid phase transition in the required temperature range. For the latent heat storage materials, however, a high purity of the substances is additionally advantageous, since this leads to particularly good transformation enthalpies. As part of The present invention has shown that a high purity is not required, but especially an increased stability of the microcapsule in the mixing and curing process is advantageous, which is probably given by the solidified capsule core material.
Die Mikrokapseln lassen sich als Pulver, als Paste sowie als Mikrokapseldispersion in die hydraulisch abbindende Baustoffmischung einarbeiten. Dabei ist es vorteilhaft, die direkt bei ihrer Herstellung anfallende Mikrokapseldispersion zu verwenden, um so zusätzliche Isolierschritte zu sparen.The microcapsules can be incorporated as a powder, as a paste and as a microcapsule dispersion in the hydraulically setting building material mixture. In this case, it is advantageous to use the microcapsule dispersion obtained directly during production in order to save additional insulating steps.
Durch Abbinden der erfindungsgemäßen Baustoffmischung erhält man einen mineralischen Formkörper. Hierunter versteht man, dass der Formkörper aus einem Gemisch aus Zement, Wasser, Zuschlägen sowie gegebenenfalls Hilfsmitteln nach Formgebung dadurch entsteht, dass das Zement-Wasser-Gemisch als Funktion der Zeit, gegebenenfalls unter Einwirkung erhöhter Temperatur, erhärtet.By setting the building material mixture according to the invention gives a mineral molding. This is understood to mean that the shaped body of a mixture of cement, water, additives and, if appropriate, auxiliaries after shaping, is formed by hardening the cement-water mixture as a function of time, optionally under the effect of elevated temperature.
Die Zuschläge bestehen in der Regel aus körnigem oder faserförmigem, natürlichem oder künstlichem Gestein (Kies, Sand, Glas- oder Mineralfasern), in Sonderfällen auch aus Metallen oder organischen Zuschlägen oder aus Gemischen der genannten Zuschläge, mit Korngrößen oder Faserlängen, die dem jeweiligen Verwendungszweck in an sich bekannter Weise angepasst sind. Häufig werden zum Zweck der Farbgebung auch Buntpigmente als Zuschläge mitverwendet.The aggregates are usually made of granular or fibrous, natural or artificial rock (gravel, sand, glass or mineral fibers), in special cases also of metals or organic aggregates or mixtures of said aggregates, with particle sizes or fiber lengths that suit the intended use are adapted in a conventional manner. Frequently, for the purpose of coloring and colored pigments are also used as surcharges.
Als Hilfsmittel kommen insbesondere solche Substanzen in Betracht, die das Erhärten beschleunigen oder verzögern oder die die Elastizität oder Porosität des verfestigten mineralischen Formkörpers beeinflussen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Polymerisate, wie sie z. B. aus der US-A 4 340 510, der GB-PS 15 05 558, der US-A 3 196 122, der US-A 3 043 790, der US-A 3 239 479, der DE-A 43 17 035, der DE-A 43 17 036, der JP-A 91/131 533 und anderen Schriften bekannt sind.Suitable auxiliaries are, in particular, those substances which accelerate or retard the hardening or which influence the elasticity or porosity of the solidified mineral shaped body. These are in particular polymers, as z. From US-A 4 340 510, GB-PS 15 05 558, US-A 3 196 122, US-A 3 043 790, US-A 3 239 479, DE-A 43 17 035 DE-A 43 17 036, JP-A 91/131 533 and other documents are known.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin hydraulisch abbindende Baustoffmischungen enthaltend 0,1 bis 5 Gew.-% Mikrokapseln bezogen auf Zement, wobei die Mikrokapseln eine Kapselwand aus Polymer und eine lipophile Substanz als Kapselkern umfasst, die ihren Schmelzpunkt <120 0C und ihren Siedepunkt >100 0C hat. Unter Zugrundelegen einer 40 gew.-%igen Mikrokapseldispersion bedeutet dies bezogen auf übliche Betonsteine, dass zur Herstellung von einem m3 Betonstein 0,1 bis 3,5 Vol% der Mikrokapseldispersion eingesetzt werden.The present invention further relates to hydraulically setting building material mixtures containing 0.1 to 5 wt .-% microcapsules based on cement, wherein the microcapsules comprises a capsule wall of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, the melting point <120 0 C and their boiling point> 100 0 C. Based on a 40% strength by weight microcapsule dispersion, based on conventional concrete blocks, this means that from 0.1 to 3.5% by volume of the microcapsule dispersion is used to produce a m 3 concrete block.
Überraschenderweise zeigen mineralische Formkörper enthaltend Mikrokapseln mit lipophiler Substanz als Kernmaterialien gute Frost/Tau-Stabilitäten. Dies ist umso erstaunlicher, da die Kapseln gefüllt sind und somit nicht die entsprechend der Theorie erforderlichen Gashohlräume aufweisen. BeispieleSurprisingly, mineral moldings containing microcapsules with lipophilic substance as core materials show good frost / thaw stabilities. This is all the more surprising, since the capsules are filled and therefore do not have the required according to the theory gas cavities. Examples
Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten MikrokapseldispersionenPreparation of the microcapsule dispersions used according to the invention
Beispiel 1 Wasserphase: 1298 g Wasser 662 g einer 5 gew.-%igen Lösung von Methylhydroxyethylcellulose 165 g einer 10 gew.-%igen wässrigen Polyvinylalkohol-Lösung (Hydrolysegrad:Example 1 Water phase: 1298 g of water 662 g of a 5% strength by weight solution of methyl hydroxyethyl cellulose 165 g of a 10% strength by weight aqueous polyvinyl alcohol solution (degree of hydrolysis:
79 %) Mowiol® 15-7979%) Mowiol ® 15-79
7,3 g einer 2,5 gew.-%igen wässrigen Natriumnitrit-Lösung7.3 g of a 2.5% strength by weight aqueous sodium nitrite solution
Ölphase 1532 g n-Octadecan 68,3 g Methylmethacrylat 68,3 g Butandioldiacrylat 34,1 g Methacrylsäure 2,44 g einer 75 gew.-%igen Lösung von t-Butylperpivalat in aliphat.Oil phase 1532 g n-octadecane 68.3 g methyl methacrylate 68.3 g butanediol diacrylate 34.1 g methacrylic acid 2.44 g of a 75% strength by weight solution of t-butyl perpivalate in aliphatic acid.
Kohlenwasserstoffenhydrocarbons
Zulauf 1 :Feed 1:
18,7 g einer 10 gew.-%igen wässrigen t-Butylhydroperoxidlösung18.7 g of a 10% by weight aqueous t-butyl hydroperoxide solution
Zulauf 2:Feed 2:
98,5 g einer 1 gew.-%igen wässrigen Ascorbinsäure-Lösung98.5 g of a 1 wt .-% aqueous ascorbic acid solution
Bei Raumtemperatur wurde die obige Wasserphase vorgelegt. Nach Zugabe der Ölphase wurde mit einem schnelllaufenden Dissolverrührer bei 3500 Upm dispergiert. Nach 40 Minuten Dispergierung wurde eine stabile Emulsion der Teilchengröße 2 bis 12 μm Durchmesser erhalten. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 60 Minuten auf 70 0C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 85 0C aufgeheizt und für eine Stunde bei 85 0C gehalten. Zu der entstandenen Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei über 90 Minuten dosiert zugegeben, während auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Dann wurde mit Natronlauge neutralisiert. Die entstandene Mikrokapseldispersion besaß einen Feststoffgehalt von 42 % und eine mittlere Teilchengröße von 4,5 μm (gemessen mit Fraunhoferbeugung, Volumenmittelwert).At room temperature, the above water phase was presented. After addition of the oil phase was dispersed with a high-speed dissolver at 3500 rpm. After 40 minutes of dispersion, a stable emulsion of particle size 2 to 12 microns in diameter was obtained. The emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 60 minutes at 70 0 C, within a further 60 minutes at 85 0 C and held at 85 0 C for one hour. Feed 1 was added to the resulting microcapsule dispersion with stirring. Feed 2 was metered in with stirring over 90 minutes while being cooled to room temperature. Then it was neutralized with sodium hydroxide solution. The resulting microcapsule dispersion had a solids content of 42% and an average particle size of 4.5 microns (measured with Fraunhoferbeugung, volume average).
Beispiel 2 Wasserphase:Example 2 Water phase:
850 g Wasser850 g of water
138 g eines 50 gew.-%igen, Alkali-stabilisierten Silica-Sols (spez. Oberfläche ca.138 g of a 50% strength by weight, alkali-stabilized silica sol (specific surface area approx.
80 m2 / g) 25 g einer 1 gew.-%igen wässrigen Lösung von Methylhydroxyethylcellulose80 m 2 / g) 25 g of a 1 wt .-% aqueous solution of methyl hydroxyethyl cellulose
2,6 g einer 2,5 gew.-%igen wässrigen Natriumnitrit-Lösung2.6 g of a 2.5% strength by weight aqueous sodium nitrite solution
4,2 g einer 20 gew.%-igen Salpetersäure-Lösung in Wasser4.2 g of a 20% strength by weight nitric acid solution in water
Ölphase 550 g eines technischen Paraffin-Wachses mit einem Schmelzpunkt von ca. 63°COil phase 550 g of a technical paraffin wax with a melting point of about 63 ° C.
103,1 g Methylmethacrylat103.1 g of methyl methacrylate
34,4 g Butandioldiacrylat34.4 g of butanediol diacrylate
Zugabe 1 1 ,15 g einer 75 gew.-%igen Lösung von t-Butylperpivalat in aliphat. KohlenwasserstoffenAddition 1 1.15 g of a 75% strength by weight solution of t-butyl perpivalate in aliphatic acid. hydrocarbons
Zulauf 1 :Feed 1:
8,93 g einer 10 gew.-%igen wässrigen t-Butylhydroperoxidlösung8.93 g of a 10 wt .-% aqueous t-butyl hydroperoxide solution
Zulauf 2:Feed 2:
35,5 g einer 1 gew.-%igen wässrigen Ascorbinsäure-Lösung35.5 g of a 1 wt .-% aqueous ascorbic acid solution
Die Wasserphase wurde bei 70 0C vorgelegt, in diese wurde die aufgeschmolzene und homogen gemischte Ölphase gegeben und für 40 Minuten mit einem schnelllaufenden Dissolverrührer (Scheiben-Durchmesser 5 cm) bei 3500 Upm dispergiert. Zugabe 1 wurde zugegeben. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 60 Minuten auf 70 0C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 85 0C aufgeheizt und für eine Stunde bei 85 0C gehalten. Zu der entstandenen Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei über 90 Minuten dosiert zugegeben, während auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Dann wurde mit Natronlauge neutralisiert. Es wurde eine Mikrokapseldispersion mit einer mittleren Teilchengröße von 9,7 μm und einem Feststoffgehalt von 43,6 % erhalten.The water phase was initially introduced at 70 ° C., into which the molten and homogeneously mixed oil phase was added and dispersed for 40 minutes with a high-speed dissolver stirrer (disk diameter 5 cm) at 3500 rpm. Addition 1 was added. The emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 60 minutes at 70 0 C, within a further 60 minutes at 85 0 C and held at 85 0 C for one hour. Feed 1 was added to the resulting microcapsule dispersion with stirring. Feed 2 was metered in with stirring over 90 minutes while being cooled to room temperature. Then it was neutralized with sodium hydroxide solution. A microcapsule dispersion having a mean particle size of 9.7 μm and a solids content of 43.6% was obtained.
Beispiel 3Example 3
Wasserphase: 850 g Wasser 138 g eines 50 gew.-%igen, Alkali-stabilisierten Silica-Sols (spez. Oberfläche ca.Water phase: 850 g of water 138 g of a 50% strength by weight, alkali-stabilized silica sol (specific surface area approx.
80 m2 / g) 25 g einer 1 gew.-%igen wässrigen Lösung von Methylhydroxyethylcellulose 2,6 g einer 2,5 gew.-%igen wässrigen Natriumnitrit-Lösung80 m 2 / g) 25 g of a 1 wt .-% aqueous solution of methyl hydroxyethyl cellulose 2.6 g of a 2.5% strength by weight aqueous sodium nitrite solution
4,2 g einer 20 gew.%-igen Salpetersäure-Lösung in Wasser4.2 g of a 20% strength by weight nitric acid solution in water
Ölphase 550 g DiisopropylnaphthalinOil phase 550 g diisopropylnaphthalene
103,1 g Methylmethacrylat103.1 g of methyl methacrylate
34,4 g Butandioldiacrylat34.4 g of butanediol diacrylate
1 ,15 g einer 75 gew.-%igen Lösung von t-Butylperpivalat in aliphat.1, 15 g of a 75 wt .-% solution of t-butyl perpivalate in aliphatic.
Kohlenwasserstoffenhydrocarbons
Zulauf 1 :Feed 1:
8,93 g einer 10 gew.-%igen wässrigen t-Butylhydroperoxidlösung8.93 g of a 10 wt .-% aqueous t-butyl hydroperoxide solution
Zulauf 2: 35,5 g einer 1 gew.-%igen wässrigen Ascorbinsäure-LösungFeed 2: 35.5 g of a 1% strength by weight aqueous ascorbic acid solution
Die Wasserphase wurde bei 40 0C vorgelegt, in diese wurde die Ölphase gegeben und für 40 Minuten mit einem schnelllaufenden Dissolverrührer (Scheiben-Durchmesser 5 cm) bei 3500 Upm dispergiert. Die Emulsion wurde unter Rühren mit einem Ankerrüher in 60 Minuten auf 70 0C, innerhalb von weiteren 60 Minuten auf 85 0C aufgeheizt und für eine Stunde bei 85 0C gehalten. Zu der entstandenen Mikrokapseldispersion wurde unter Rühren Zulauf 1 dazugegeben. Der Zulauf 2 wurde unter Rühren bei über 90 Minuten dosiert zugegeben, während auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Dann wurde mit Natronlauge neutralisiert. Es wurde eine Mikrokapseldispersion mit einer mittleren Teilchengröße von 8,4 μm und einem Feststoffgehalt von 43,6 % erhalten.The aqueous phase was initially introduced at 40 ° C., into which the oil phase was added and dispersed for 40 minutes with a high-speed dissolver stirrer (disc diameter 5 cm) at 3500 rpm. The emulsion was heated with stirring with an anchor raker in 60 minutes at 70 0 C, within a further 60 minutes at 85 0 C and held at 85 0 C for one hour. Feed 1 was added to the resulting microcapsule dispersion with stirring. Feed 2 was metered in with stirring over 90 minutes while being cooled to room temperature. Then it was neutralized with sodium hydroxide solution. A microcapsule dispersion having an average particle size of 8.4 μm and a solids content of 43.6% was obtained.
Beispiel 4Example 4
Es wurde wie in Beispiel 3 vorgegangen mit dem Unterschied, dass die folgendeThe procedure was as in Example 3 with the difference that the following
Wasserphase verwendet wurde:Water phase was used:
750 g Wasser750 g of water
230 g eines 30 gew.-%igen, Alkali-stabilisierten Silica-Sols (mittl. Teilchengröße ca. 30 nm) 25 g einer 1 gew.-%igen wässrigen Lösung von Methylhydroxyethylcellulose230 g of a 30% strength by weight, alkali-stabilized silica sol (average particle size about 30 nm) 25 g of a 1% strength by weight aqueous solution of methylhydroxyethylcellulose
2,6 g einer 2,5 gew.-%igen wässrigen Natriumnitrit-Lösung2.6 g of a 2.5% strength by weight aqueous sodium nitrite solution
4,2 g einer 20 gew.%-igen Salpetersäure-Lösung in Wasser4.2 g of a 20% strength by weight nitric acid solution in water
Es wurde eine Mikrokapseldispersion mit einer mittleren Teilchengröße von 4,3 μm und einem Feststoffgehalt von 43,2 % erhalten.A microcapsule dispersion having a mean particle size of 4.3 μm and a solids content of 43.2% was obtained.
Beispiel 5 Es wurde wie in Beispiel 3 vorgegangen mit dem Unterschied, dass die folgende Ölphase verwendet wurde:Example 5 The procedure was as in Example 3 with the difference that the following oil phase was used:
539 g eines technischen Paraffin-Gemischs mit einem Schmelzpunkt von ca. 26°C539 g of a technical paraffin mixture with a melting point of about 26 ° C.
1 1 g eines Paraffins mit Schmelzpunkt von ca. 65 0C1 1 g of a paraffin with a melting point of about 65 0 C.
103,1 g Methylmethacrylat 34,4 g Butandioldiacrylat103.1 g of methyl methacrylate 34.4 g of butanediol diacrylate
1 ,15 g einer 75 gew.-%igen Lösung von t-Butylperpivalat in aliphat. Kohlenwasserstoffen1, 15 g of a 75 wt .-% solution of t-butyl perpivalate in aliphatic. hydrocarbons
Es wurde eine Mikrokapseldispersion mit einer mittleren Teilchengröße von 8,7 μm und einem Feststoffgehalt von 44,0 % erhalten.A microcapsule dispersion having an average particle size of 8.7 μm and a solids content of 44.0% was obtained.
Beispiel 6Example 6
Es wurde wie in Beispiel 3 vorgegangen mit dem Unterschied, dass die folgendeThe procedure was as in Example 3 with the difference that the following
Ölphase verwendet wurde:Oil phase was used:
539 g n-Dodecan 1 1 g eines Paraffins mit Schmelzpunkt von ca. 65 0C539 g of n-dodecane 1 1 g of a paraffin with melting point of about 65 0 C.
103,1 g Methylmethacrylat103.1 g of methyl methacrylate
34,4 g Butandioldiacrylat34.4 g of butanediol diacrylate
1 ,15 g einer 75 gew.-%igen Lösung von t-Butylperpivalat in aliphat.1, 15 g of a 75 wt .-% solution of t-butyl perpivalate in aliphatic.
Kohlenwasserstoffen Es wurde eine Mikrokapseldispersion mit einer mittleren Teilchengröße von 9,7 μm und einem Feststoffgehalt von 42,2 % erhalten.Hydrocarbons A microcapsule dispersion having a mean particle size of 9.7 μm and a solids content of 42.2% was obtained.
Testmethodentest methods
Zur Ermittlung der Frost-Tau Beständigkeit der nachfolgend in den Beispielen beschriebenen ausgehärteten Betonmischungen 1 - 3 wurde eine Prüfung entsprechend ASTM 666C (Prozedur A) durchgeführt. Dabei wurde der Betonstein nach 2 Wochen Aushärten einer definierten Anzahl von Frost-Tau-Zyklen ausgesetzt und die Ent- Wicklung des FT-Faktors (Festigkeit des Steins normiert auf den Startpunkt) über die Zeit beobachtet. Der Startpunkt für den FT Faktor wird auf 100 festgesetzt und er sollte während der Prüfung nicht unter 80 fallen, damit der Test als bestanden gilt. Zusätzlich wurde der Abwitterungs-Faktor bestimmt. Er ist ein qualitatives Maß für die optisch sichtbare Schädigung des Betons. Bei Bewertungen von 0 = keine Frostschäden (sehr gut) bis 5 = starke Frostschäden (sehr schlecht), sollte der Wert nicht schlechter als 3 sein. Zusätzlich zur der Frost-Tau Charakterisierung wurde der Luftgehalt sowie die Druckfestigkeit des Betons nach 7 und 28 Tagen bestimmt. Herstellung der hydraulisch abbindenden Bindemittelmischungen Betonmischungen 1a, 1 b und 1 cTo determine the frost-thaw resistance of the cured concrete mixtures 1-3 described below in the examples, a test was carried out in accordance with ASTM 666C (Procedure A). After 2 weeks of curing, the concrete block was exposed to a defined number of freeze-thaw cycles and the development of the FT factor (strength of the stone normalized to the starting point) was observed over time. The starting point for the FT factor is set to 100 and it should not fall below 80 during the test for the test to pass. In addition, the weathering factor was determined. It is a qualitative measure of the optically visible damage to the concrete. For ratings from 0 = no frost damage (very good) to 5 = severe frost damage (very bad), the value should not be worse than 3. In addition to the freeze-thaw characterization, the air content and compressive strength of the concrete were determined after 7 and 28 days. Preparation of the hydraulically setting binder mixtures Concrete mixtures 1a, 1b and 1c
Betonmischung 1 a (Grundrezeptur - nicht erfindungsgemäß)Concrete mixture 1 a (basic recipe - not according to the invention)
Die verwendete Rezeptur entsprach einem gewöhnlichen Transportbeton und enthielt 337 kg Ashgrove Zement, 739 kg Sand, 2370 kg Zuschläge und 172 kg Wasser. Diese Mengen beziehen sich auf einen m3 Betonstein.The recipe used corresponded to ordinary ready-mix concrete and contained 337 kg Ashgrove cement, 739 kg sand, 2370 kg aggregate and 172 kg water. These quantities refer to a m 3 concrete block.
Betonmischung 1 b (nicht erfindungsgemäß)Concrete mixture 1 b (not according to the invention)
Abweichend von der Grundrezeptur wurden 177 ml Wasser durch 177 ml Micro Air® 70In contrast to the basic formulation, 177 ml of water were passed through 177 ml of Micro Air ® 70
(der BASF Aktiengesellschaft, Luftporenbildner) ersetzt.(BASF Aktiengesellschaft, air entraining agent).
Betonmischung 1 c (erfindungsgemäß)Concrete mixture 1 c (according to the invention)
Abweichend von der Grundrezeptur wurden 22,1 kg Mikrokapseldispersion des Beispiels 1 auf einen m3 Beton dosiert, indem eine diesem Volumen entsprechende Menge Wasser ersetzt wurde.In contrast to the basic formulation, 22.1 kg of the microcapsule dispersion of Example 1 were metered onto a m 3 concrete by replacing a quantity of water corresponding to this volume.
Die Prüfung des ausgehärteten Betonsteins nach 180 Frost-Tau-Zyklen ergab die nachfolgende Frost-Tau Stabilität (FT Faktor), sowie den folgenden Abwitterungsfaktor und Druckfestigkeiten.Examination of the hardened concrete block after 180 freeze-thaw cycles resulted in the following frost-thaw stability (FT factor), as well as the following weathering factor and compressive strengths.
Figure imgf000017_0001
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* Luftgehalt in Vol% bezogen auf das Volumen Betonstein* Air content in Vol% based on the volume of concrete block
Das nicht erfindungsgemäße Beispiel 1 b zeigt, dass der Eintrag von Luftbläschen zwar zu einer guten Frost-Tau-Stabilität führt, jedoch zu einer schlechten Druckfestigkeit des Betonsteines führt. Der erfindungsgemäße Betonstein weist dagegen sowohl eine gute Frost-Tau Stabilität wie auch eine gute Druckfestigkeit auf.The not inventive example 1 b shows that the entry of air bubbles leads to a good freeze-thaw stability, but leads to a poor compressive strength of the concrete block. In contrast, the concrete block according to the invention has both a good freeze-thaw stability and good compressive strength.
Mit den gemäß den Beispielen 2 - 6 erhaltenen Mikrokapseldispersionen lassen sich analog aus Transportbeton Betonsteine mit guten Frost-Tau Stabilitäten bei guter Druckfestigkeit herstellen.The microcapsule dispersions obtained according to Examples 2 to 6 can be used to produce concrete blocks with good freeze-thaw stabilities and good compressive strength analogously to ready-mixed concrete.
Betonmischung 2a, 2b und 2c Betonmischung 2a (Grundrezeptur - nicht erfindungsgemäß) Es wurde ein selbstverdichtender Beton (SVB) bestehend aus 417 kg Ashgrove Zement, 830 kg Sand, 2166 kg Zuschläge und 146 kg Wasser hergestellt. Um die gewünschte Verflüssigung einzustellen, wurden 3,8 kg Glenium® 7500 (Polycarboxylatether; BASF Aktiengesellschaft) eingesetzt. Diese Mengen beziehen sich auf einen m3 Betonstein.Concrete mixture 2a, 2b and 2c Concrete mixture 2a (basic recipe - not according to the invention) A self-compacting concrete (SVB) consisting of 417 kg Ashgrove cement, 830 kg sand, 2166 kg aggregate and 146 kg water was produced. To set the desired liquefaction, 3.8 kg were Glenium ® 7500 (polycarboxylate; BASF Aktiengesellschaft) were used. These quantities refer to a m 3 concrete block.
Betonmischung 2b (nicht erfindungsgemäß)Concrete mixture 2b (not according to the invention)
Abweichend von der Grundrezeptur wurden 177 ml Wasser durch 177 ml Micro Air 70 ersetzt.In contrast to the basic formula, 177 ml of water were replaced by 177 ml of Micro Air 70.
Betonmischung 2c (erfindungsgemäß)Concrete mixture 2c (according to the invention)
Abweichend von der Grundrezeptur wurden 33 kg Mikrokapseldispersion des Beispiels 1 auf einen m3 Beton dosiert, indem eine diesem Volumen entsprechende Menge Wasser ersetzt wurde.Deviating from the basic formulation, 33 kg of the microcapsule dispersion of Example 1 were metered onto a m 3 concrete by replacing a quantity of water corresponding to this volume.
Die Prüfung des ausgehärteten Betonsteins nach 180 Frost-Tau-Zyklen ergab die nachfolgende Frost-Tau Stabilität (FT Faktor), sowie den folgenden Abwitterungsfaktor und Druckfestigkeiten.Examination of the hardened concrete block after 180 freeze-thaw cycles resulted in the following frost-thaw stability (FT factor), as well as the following weathering factor and compressive strengths.
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
* Luftgehalt in Vol% bezogen auf das VoI Betonstein * Air content in% by volume based on the concrete block
Mit den gemäß den Beispielen 2 - 6 erhaltenen Mikrokapseldispersionen lassen sich analog aus selbstverdichtendem Beton Betonsteine mit guten Frost-Tau Stabilitäten bei guter Druckfestigkeit herstellen.With the microcapsule dispersions obtained according to Examples 2 to 6 concrete blocks with good freeze-thaw stabilities and good compressive strength can be produced analogously from self-compacting concrete.
Betonmischung 3a, 3b und 3cConcrete mixture 3a, 3b and 3c
Betonmischung 3a (Grundrezeptur - nicht erfindungsgemäß)Concrete mixture 3a (basic recipe - not according to the invention)
Es wurde ein Flugasche enthaltender Transportbeton aus 268 kg Ashgrove Zement, 67 kg Flugasche, 745 kg Sand, 2400 kg Zuschläge und 151 kg Wasser hergestellt. Diese Mengen beziehen sich auf einen m3 Betonstein.A fly ash-containing ready-mixed concrete was produced from 268 kg Ashgrove cement, 67 kg fly ash, 745 kg sand, 2400 kg aggregate and 151 kg water. These quantities refer to a m 3 concrete block.
Betonmischung 3b (nicht erfindungsgemäß) Abweichend von der Grundrezeptur wurden 250 ml Wasser durch 250 ml Micro Air 70 ersetzt.Concrete mixture 3b (not according to the invention) In contrast to the basic formula, 250 ml of water were replaced by 250 ml of Micro Air 70.
Betonmischung 3c (erfindungsgemäß) Abweichend von der Grundrezeptur wurden 16,6 kg Mikrokapseldispersion des Beispiels 1 auf einen m3 Beton dosiert, indem eine diesem Volumen entsprechende Menge Wasser ersetzt wurde.Concrete mix 3c (according to invention) Notwithstanding the basic formulation were 16.6 kg microcapsule dispersion of Example 1 dosed at a m 3 of concrete, in that a corresponding volume of this amount of water was replaced.
Die Prüfung des ausgehärteten Betonsteins nach 180 Frost-Tau-Zyklen ergab die nachfolgende Frost-Tau Stabilität (FT Faktor), sowie den folgenden Abwitterungsfaktor und Druckfestigkeiten.Examination of the hardened concrete block after 180 freeze-thaw cycles resulted in the following frost-thaw stability (FT factor), as well as the following weathering factor and compressive strengths.
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0001
* Luftgehalt in Vol% bezogen auf das VoI Betonstein * Air content in% by volume based on the concrete block
Mit den gemäß den Beispielen 2 - 6 erhaltenen Mikrokapseldispersionen lassen sich analog aus Flugasche enthaltendem Tranportbeton Betonsteine mit guten Frost-Tau Stabilitäten bei guter Druckfestigkeit herstellen. With the microcapsule dispersions obtained according to Examples 2 to 6 concrete blocks with good freeze-thaw stabilities and good compressive strength can be produced analogously from fly ash-containing transport concrete.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verwendung von Mikrokapseln umfassend eine Kapselwand aus Polymer und eine lipophile Substanz als Kapselkern, die ihren Schmelzpunkt <120 0C und ih- ren Siedepunkt >100 0C hat, als Frost-Tau-Stabilitätsadditive in hydraulisch abbindenden Baustoffmischungen.1. Use of microcapsules comprising a capsule wall made of polymer and a lipophilic substance as a capsule core, which has its melting point <120 0 C and its boiling point> 100 0 C, as a frost-thaw stability additives in hydraulically setting building material mixtures.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lipophile Substanz ausgewählt wird unter aliphatischen Kohlenwasserstoffverbindungen, aro- matischen Kohlenwasserstoffverbindungen, gesättigten oder ungesättigten C12-2. Use according to claim 1, characterized in that the lipophilic substance is selected from aliphatic hydrocarbon compounds, aromatic hydrocarbon compounds, saturated or unsaturated C12-
C3o-Fettsäuren, Fettalkoholen, Cβ-Cso-Fettaminen, Estern von Fettsäuren, natürlichen Wachsen, synthetischen Wachsen und halogenierten Kohlenwasserstoffen.C3o-fatty acids, fatty alcohols, Cβ-Cso-fatty amines, esters of fatty acids, natural waxes, synthetic waxes and halogenated hydrocarbons.
3. Verwendung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselwand aufgebaut ist aus3. Use according to claims 1 or 2, characterized in that the capsule wall is constructed from
30 bis 100 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer Monomere (Monomere I) ausgewählt unter C1-C24- Alkylestern der Acryl- und Methacrylsäure, Acrylsäure, Me- thacrylsäure und Maleinsäure,From 30 to 100% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more monomers (monomers I) selected from C 1 -C 24 -alkyl esters of acrylic and methacrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid,
0 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer bi- oder polyfunktioneller Monomere (Monomere II), welches in Wasser nicht löslich oder schwer löslich ist und0 to 70 wt .-% based on the total weight of the monomers, one or more bifunctional or polyfunctional monomers (monomers II), which is insoluble or sparingly soluble in water, and
0 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III)0 to 40% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more other monomers (monomers III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselwand aufgebaut ist aus4. Use according to one of claims 1 to 3, characterized in that the capsule wall is constructed from
30 bis 100 Gew.-% einer Mischung aus Monomeren Ia und Ib, wobei der Anteil der Monomeren Ib < 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere I, Il und III ist,30 to 100 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the monomers Ib <25 wt .-% based on the total weight of all monomers I, II and III,
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Monomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90 Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowie 0 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III) jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.10 to 70 wt .-% of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), wherein the proportion of polyvinyl monomers 2 to 90 wt .-% based on the monomers II and 0 to 30 wt .-% based on the total weight of Monomers, one or more other monomers (monomers III) in each case based on the total weight of the monomers.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselwand aufgebaut ist aus5. Use according to one of claims 1 to 3, characterized in that the capsule wall is constructed from
30 bis 90 Gew.-% einer Mischung aus Monomeren Ia und Ib, wobei der Anteil der Monomeren Ib > 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht aller Monomere I, Il und III ist,30 to 90 wt .-% of a mixture of monomers Ia and Ib, wherein the proportion of the monomers Ib> 25 wt .-% based on the total weight of all monomers I, II and III,
10 bis 70 Gew.-% einer Mischung aus Divinyl- und Polyvinylmonomeren (Mo- nomere II), wobei der Anteil der Polyvinylmonomere 2 bis 90From 10 to 70% by weight of a mixture of divinyl and polyvinyl monomers (monomers II), the proportion of polyvinyl monomers being from 2 to 90
Gew.-% bezogen auf die Monomere Il beträgt sowieWt .-% based on the monomers II and
0 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere, eines oder mehrerer sonstiger Monomere (Monomere III)0 to 30% by weight, based on the total weight of the monomers, of one or more other monomers (monomers III)
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomere.in each case based on the total weight of the monomers.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln erhältlich sind durch radikalische Polymerisation einer Öl-inWasser-Emulsion enthaltend die Monomere, die lipophile Substanz und ein Schutzkolloid.6. Use according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the microcapsules are obtainable by radical polymerization of an oil-in-water emulsion containing the monomers, the lipophilic substance and a protective colloid.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln erhältlich sind durch radikalische Polymerisation einer Öl-inWasser-Emulsion enthaltend die Monomere, die lipophile Substanz und ein Pi- ckering-System als Schutzkolloid.7. Use according to one of claims 1 to 6, characterized in that the microcapsules are obtainable by radical polymerization of an oil-in-water emulsion containing the monomers, the lipophilic substance and a pinning system as a protective colloid.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die im Anschluss an die Kapselwandbildung erhaltene Mikrokapseldispersi- on mit Zement, Wasser, Zuschlägen sowie gegebenenfalls Hilfsstoffen mischt.8. Use according to one of claims 1 to 7, characterized in that one mixes the microcapsule dispersion obtained after the capsule wall formation with cement, water, aggregates and optionally excipients.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 0,1 bis 5 Gew.-% Mikrokapseln bezogen auf Zement eingesetzt werden.9. Use according to one of claims 1 to 8, characterized in that 0.1 to 5 wt .-% microcapsules are used based on cement.
10. Hydraulisch abbindende Baustoffmischungen enthaltend 0,1 bis 5 Gew.-% Mik- rokapseln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 bezogen auf Zement. 10. Hydraulically setting building material mixtures containing 0.1 to 5 wt .-% micro- capsules according to any one of claims 1 to 9 based on cement.
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