WO2010112197A1 - Faserstoff als additiv für ein bauprodukt - Google Patents

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WO2010112197A1
WO2010112197A1 PCT/EP2010/002015 EP2010002015W WO2010112197A1 WO 2010112197 A1 WO2010112197 A1 WO 2010112197A1 EP 2010002015 W EP2010002015 W EP 2010002015W WO 2010112197 A1 WO2010112197 A1 WO 2010112197A1
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cement
water
fiber
cellulose
fibers
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PCT/EP2010/002015
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English (en)
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Inventor
Ralf Recknagel
Hans-Georg Brendle
Original Assignee
J. Rettenmaier & Söhne Gmbh + Co. Kg
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use 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
    • C04B20/10—Coating or impregnating
    • C04B20/1018—Coating or impregnating with organic materials
    • C04B20/1029—Macromolecular compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • Fiber as an additive for a construction product
  • the invention relates to fibrous materials as an additive for a construction product, as well as construction products containing such fibrous materials.
  • construction products means, for example, cementitious self-leveling compounds, flow screeds, cement anhydride systems, quick cements, adhesive slips, plasters.
  • the quality of the construction product is to be improved.
  • These include the extension of open time, as well as a reinforcement by the fibers. If the fibers are unmodified, this leads to an increase of the water-cement factor in cement products, which can unduly deteriorate the mechanical properties (for example in screed masses).
  • a problem with such products may be the water absorption of the fibers: Self-leveling compounds and screed masses are usually provided with flow agents. Unmodified cellulose fibers deteriorate - depending on their amount used and their fiber length - the self-development properties in an inadmissible manner.
  • hydrophobing additives are either incompatible with the Dry mortar (for example liquid silicone resin emulsions), not meterable (for example waxes) or sensitive to leaching (for example powdered fatty acid derivatives).
  • Cleaning mortar should protect components against harmful environmental influences.
  • Pork lard forms calcium stearate with lime, which can be used for water-repellent plasters (Milizia, 1784). Even today, cement-based and anhydride-bound facade building materials are rendered hydrophobic by 0.1-2.0% by weight of powdered additives such as fatty acid salts (sodium oleate, calcium iron stearate). Their effectiveness and durability in driving rain and frost is significantly limited by degradation and leaching. In the plaster standard DIN 18550 Part 1/2, therefore, requirements are made of the capillary water absorption and the water vapor diffusion, for example, to ensure sufficient weather resistance. Due to the particle structure and the chemical structure stearates can not control the water balance and the hardening of the mortar.
  • hydrophobic spray-dried dispersion powders For adhesive and plaster mortars, hydrophobic spray-dried dispersion powders (DP) have been developed, e.g. to better comply with the standards for water storage.
  • the amount of DP used can be up to 5.0% by weight for C 2 adhesives.
  • the DP contributes significantly to the formulation costs.
  • the DP primarily provides a modification of the cement's solid properties. By using hydrophobic DP solid mortar properties and hydrophobicity can not be set independently.
  • HEC water-soluble hydroxyethylcelluloses
  • hydrophobic HEC hydrophobicity of the system after curing
  • hydrophobized HEC is their good compatibility with associative system thickeners based on polyurethane, which do not thicken the dilution water, but act directly on the binder rheology; These relatively effective system thickeners are increasingly being used.
  • the more resistant acrylic silicate is changed, since the binder decisively influences the film properties.
  • the hydrophobic HEC contributes little to the early water resistance of coatings and paints.
  • cement self-leveling compounds and self-leveling screeds require, in addition to superplasticizers, other additives for proper processing.
  • Typical for cementitious screed masses are up to three filler fractions (usually spherical quartz sands), which ensure high degree of filling, high density and a sufficient slump.
  • Cement weight preferably 200 to 450 kg, in individual cases up to 550 kg, the water-cement ratio is preferably very low.
  • the water repellency of these compositions is often adjusted by stearates or hydrophobic DP.
  • the thickeners used are less than 0.1% by weight of low-viscosity to low-viscosity cellulose ethers, as well as synthetic polymers.
  • a major problem in the processing of the masses is segregation of the fillers as well as bleeding of the cement glue and cracking.
  • the cellulose ethers do not provide fiber reinforcement or drainage because of their water solubility.
  • Additives are customary in the industry, such as dispersion powders and stabilizers and viscosifiers for the compensation of inorganic binders.
  • the commercial products which are offered for stabilization are, for example, pre-reacted prepolymers, such as longer-chain melamine sulfonates or copolymers. These products are aimed at modifying the flow agent, especially as they are compatible with this and soluble in it.
  • the electrostatic mechanisms for flow regulation are often the same as for the flow agent.
  • Self-leveling compounds by means of a water-insoluble hydrophobic cellulosic fiber is not yet known. Furthermore, no additive is known which at the same time prevents segregation in the screed, promotes deaeration and provides a fiber reinforcement.
  • plasterboard In the manufacture of plasterboard, a variety of additives such as accelerators and retarders, thickeners and plasticizers are used simultaneously. Drying of the plasterboard by drainage action can not be accelerated with modified cellulosic fibers as the fibers result in an increase in the water-cement factor.
  • additives such as accelerators and retarders, thickeners and plasticizers
  • the invention has for its object to provide a pulp, which is suitable as an additive for a construction product, which prevents the absorption of water through the fiber.
  • a construction product from the series of building products mentioned above is to be given, which has the desired properties of the product, thus, for example, self-leveling compounds and self-leveling screeds the property of self-leveling and self-leveling.
  • the fibers are in fact embedded in the remaining components of the construction product. Therefore, the hydrophobizing agent or the flow agent can not wet and coat the entire surface of the individual fiber. If there are coating-free areas, water will penetrate here and lead to a swelling of the fiber. This is also not avoided by an increased addition of hydrophobing agent. As a result, only the production costs are increased, without any significant benefit.
  • a compound of hydrophobic cellulose fiber and superplasticizer provides a variety of processing and product advantages (drainage and faster drying of plasterboard, better ventilation and segregation control of cement screed), without significantly affecting the water-binder factor.
  • the cellulose-containing fiber compound according to the invention is surprisingly able to significantly improve the processability of a large number of self-leveling construction products (screed, quick-setting cement, cement primer, underlayment, self-leveling compounds).
  • the cellulose fiber can - depending on the fiber length - contribute to the stability and to the regulation of the water balance.
  • the flow agents for adjusting the amount of cement slurry are generally used in an amount of 0.5 to 3.0% by weight. used.
  • Viscosifying agent was produced on the basis of cellulose-containing raw materials and tested in various construction chemical applications. For this purpose, it is necessary to modify the cellulose fiber so that the component can be further processed for the production of a stabilizer and viscosifier:
  • alkylketene dimer AKD an alkyl- or alkylene-succinic acid derivative ASA or polymer sizing agent PSA, furthermore alum and organosilicon compounds, and also newly developed fatty acid derivatives.
  • the fiber is coated, co-processed, mixed or loaded with a flow agent.
  • the superplasticizer may be, for example, melamine or polycarboxylate.
  • the preferred types of self-leveling cement are Portland cement (especially CEM I 32 5 R), composite cement (CEM II), blast furnace slag cement (CEM III) or calcium aluminate cement (TSZ), always together with a sufficient amount of suitable filler and flux. embodiments
  • the fiber is suitable for the stabilization of self-leveling compounds and self-leveling screeds.
  • Segregaton of the cement paste and the formation of microcracks is largely suppressed at a layer thickness of 3 to 5 cm.
  • the screed mass is processable for about 20 minutes, the open time is unchanged or slightly prolonged compared to the 0 pattern.
  • the Shore A hardness is after 16 hours at 20 0 C and 80% r. F. About 73 (walkable) and after 32 hours about 86.
  • Cement-based self-leveling compounds and flow screeds according to the invention contain cement, spherical quartz filler (s), superplasticizers based on polycarboxylate or melamine, stabilizing agents such as hydrophobic superplasticizer-containing cellulose fiber according to the invention and further additives such as dispersion powder and defoamer.
  • spherical quartz filler s
  • superplasticizers based on polycarboxylate or melamine stabilizing agents such as hydrophobic superplasticizer-containing cellulose fiber according to the invention and further additives
  • dispersion powder and defoamer In the case of calcium aluminum cement screed, no flow agent is needed, but a sulfate carrier and again the modified cellulose fiber.
  • a hydrophobic cellulose does not sufficiently fulfill the self-running properties in the cement.
  • Cellulosic fibers that are only fluxed require additional make-up water, which worsens cement strength.
  • the combination of cellulose with hydrophobing and plasticizer meets the requirements; the product is a stabilizer and viscosifier for self-leveling soil leveling compounds, flow screeds, grouting mortars, repair mortars and thin-layer quick cements:
  • Water-cement factor usually does not need to be adjusted to prevent bleeding, segregation, sanding and micro-cracks, which promotes deaeration and reduces the air-entrained pores, allowing homogeneous cement hardening and improved microstructure
  • hydrophobic cellulose fiber compound according to the invention together with 39.50% by weight of cement CEM I 32 5 R, 55.65% by weight screed fine filler 0.08-1, 4 mm, 1, 10 wt .-% polycarboxylate Woerment FM 787 (BASF) and 3.50 wt .-% dispersion powder used in rapid cement, at maximum 0.9 cm layer thickness.
  • the fast cement contains aluminate for acceleration and is after 4 hours at 20 0 C and 80% r. F. Dust-dry and crack-free cured.
  • a stucco plaster was used for 12.5 mm slabs containing less than 6% aggregate of REA and recycled gypsum and having a water-solid factor of about 0.5 Additives such as starch ethers or silicone water repellents were not used The drainage and drainage were measured on a Buchner funnel by means of a vacuum pump stand at a pressure difference of 0.7 bar.
  • a plastic-coated lime cement plaster with 0 wt .-% and 0.5 wt .-% modified cellulose fiber BWW 45 H was applied with Smoothing trowel on commercially available sand-lime bricks (dimensions 10 x 10 x 5 cm 3 ), layer thickness 2 mm, about 35 grams of plaster per 100 cm 2 .
  • the drop has disappeared after 5 to 10 minutes, with the use of 0.5% by weight of BWW 45 H the drop remains standing for at least 4 hours. Furthermore, the water vapor permeability of the plaster (DIN 52615, for building and insulating materials) in the presence of 0.5 wt .-% of modified cellulose fiber BWW 45 H was increased.
  • Multifunctional cellulose-containing water-insoluble fiber which, due to hydrophobic and liquefying coatings, stabilizes, vents and homogeneously hardens the building products (self-leveling cementitious compounds,
  • Flow screeds, cement anhydride systems, quick cements, adhesive slips, plasters in particular prevents the segregation and segregation of the superplasticizer with the mineral binder, reduces the air entrainment in the cement as well as the drainage, dewatering and drying of fiberboard (gypsum, anhydride, cement) improved and accelerated.
  • Multifunctional cellulosic water-insoluble fiber wherein, to adjust the superplasticizing properties, the fiber is coated, co-processed, mixed or charged with a plasticizer;
  • Superplasticizer for example, melamine resin, melamine sulfonate, polycarboxylate or a suitable copolymer, which is the electrostatic interaction of Particles in the cement paste controls, in an amount of from 0.1 to 50.0 wt .-%, but preferably from 1.0 to 20.0% by weight.
  • Multifunctional cellulose-containing water-insoluble fiber wherein the fiber is coated, co-processed, mixed or charged with a hydrophobicizing agent to adjust the hydrophobic properties, wherein alkyl ketene dimer AKD (chain length C12, C16, C16-18 or C22) is preferred for adjusting the water-repellent properties, an alkyl or alkylene succinic acid derivative ASA or a polymer sizing agent PSA is used, furthermore alum, organosilicon compounds and also fatty acid derivatives, in an amount of 0.1-50.0 wt .-%, but preferably from 1, 0-20 , 0% by weight.
  • a hydrophobicizing agent to adjust the hydrophobic properties
  • alkyl ketene dimer AKD chain length C12, C16, C16-18 or C22
  • an alkyl or alkylene succinic acid derivative ASA or a polymer sizing agent PSA is used, furthermore alum, organosilicon compounds and also
  • Multifunctional cellulose-containing water-insoluble fiber, fiber length, fiber diameter, degree of loading and type and amount of the hydrophobizing agent and of the flow agent permitting use for construction products the fiber length of the cellulose being at most 4000 ⁇ m, but preferably at 5 -500 ⁇ m, the loading level being 0 - 99 wt .-% but preferably 1-50 wt .-%, the amount of fiber used at 0.01 - 5.00 wt .-%, but preferably at 0.05 - 2.00 wt .-%.
  • a multifunctional cellulosic water-insoluble fiber using proportionally or exclusively a hydrophobized cellulosic fiber, a silicone paper fiber, a release paper fiber, an oil paper fiber or the like; also deinking paper, waste paper, paper sludge, (B) CTMP, wood pulp or fibers from annual plants.
  • Multifunctional cellulose-containing water-insoluble fiber wherein the fiber controls viscosity, flow, plasticity, rheopexy and the yield strength of dry mortar after water addition and in ready-to-use systems; soluble components such as cellulose ethers, starch ethers, guar ethers, guar hydrolysates, welan gum, gellan, other plant ingredients (such as Example gum arabic), polycarboxylic acids, polyurethanes, polyacrylates or polyvinyl alcohols may be included as a mixture.
  • soluble components such as cellulose ethers, starch ethers, guar ethers, guar hydrolysates, welan gum, gellan, other plant ingredients (such as Example gum arabic), polycarboxylic acids, polyurethanes, polyacrylates or polyvinyl alcohols may be included as a mixture.
  • Multifunctional cellulose-containing water-insoluble fiber wherein the additive is produced primarily by means of thermo-mechanical processes, wherein also mill drying, milling refining, kneading or other pretreatments of raw materials by process chemicals (such as alkali), radiation, ultrasound, enzymes or the like are not excluded.
  • process chemicals such as alkali
  • Multifunctional cellulosic water-insoluble fiber capable of providing a single-pass application in a single operation, ensuring smooth surfaces without flow disturbances, extending the open time, preventing the formation of microcracks during the drying phase and controlling the anti-settling effect of ready-to-use systems; wherein for controlling the rheology, stability and processing further components may be included (dispersants, biocides, cement additives such as alkanolamine or polyethyleneamine, adjusting agents such as bentonite or smectite, wetting agents, defoamers, antifreeze agents, accelerators, retarders).
  • Multifunctional cellulose-containing water-insoluble fiber which is capable of increasing the hydrophobicity and / or the water vapor permeability of screed, coatings, leveling compounds, quick-setting cement, adhesive slurry, plaster and fiberboard; to maintain or improve the mechanical values of cementitious end products such as screed and thin coating (such as early strength, compressive strength, flexural modulus, air pore content, abrasion values, strength, notched impact strength and the like), to increase the process speed of fiberboards and / or to reduce the drying costs.
  • Multifunctional cellulosic water-insoluble fiber in the form of a fiber compact, a built-up agglomerate, a microsphere, a pellet, a broken pellet, a tablet, a briquette or other was made dispersible dust reduced or dosed dosage form.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Faserstoff als Additiv für ein Bauprodukt - mit zellulosehaltigen, wasserunlöslichen Fasern; - die gesamte Oberfläche der einzelnen Faser ist mit einem Hydrophobierungsmittel und/oder einem Fließmittel beschichtet.

Description

Faserstoff als Additiv für ein Bauprodukt
Die Erfindung betrifft Faserstoffe als Additiv für ein Bauprodukt, ferner Bauprodukte, die solche Faserstoffe enthalten.
Auf dem Gebiet der Bauprodukte werden Fasern jeglicher Art verwendet, insbesondere cellulosehaltige Fasern. Dabei sind unter dem Begriff Bauprodukte zum Beispiel zementöse Selbstverlaufsmassen, Fließestriche, Zement-Anhydrid- Systeme, Schnellzemente, Haftschlämme, Putze zu verstehen.
Durch die Zugabe solcher cellulosehaltiger Fasern soll die Qualität des Bauproduktes verbessert werden. Hierzu gehören die Verlängerung der offenen Zeit, sowie eine Armierung durch die Fasern. Sind die Fasern unmodifiziert, so führt dies bei Zementprodukten zu einer Erhöhung des Wasser-Zement-Faktors, was die mechanischen Eigenschaften (zum Beispiel bei Estrichmassen) in unzulässiger Weise verschlechtern kann.
Handelt es sich um Werktrockenmörtel, so ist die Zugabe von Additiven wie der genannten Fasern notwendig, um einen dauerhaft witterungsbeständigen Festmörtel zu erhalten.
Ein Problem bei solchen Produkten kann die Wasseraufnahme der Fasern sein: Selbstverlaufsmassen und Estrichmassen werden üblicherweise mit Fließmitteln versehen. Unmodifizierte Cellulosefasern verschlechtern - abhängig von ihrer Einsatzmenge und ihrer Faserlänge - die Selbstverlaufseigenschaften in unzulässiger Weise.
Im Putzbereich gibt es einerseits relativ hochpreisige dauerhafte Silikat-Systeme auf Basis von Wasserglas und speziellen Acrylharzen, die viel Know-how bei Uπtergrundbehandlung und den Einbauten erfordern.
Andererseits wollen viele Trockenmörtel-Hersteller auf Basis von kostengünstigem Zement- oder Kalkzementputz ebenfalls die Dauerhaftigkeit ihrer Produkte ausloben; etliche Hydrophobierungs-Additive sind entweder unverträglich mit dem Trockenmörtel (zum Beispiel flüssige Siliconharz-Emulsionen), nicht dosierbar (zum Beispiel Wachse) oder auslaugungsempfindlich (zum Beispiel pulverförmige Fettsäure-Derivate).
Putzmörtel sollen Bauteile vor schädlichen Umwelteinflüssen schützen.
Schweineschmalz bildet mit Kalk Calciumstearat, das für wasserabweisende Putze verwendet werden kann (Milizia, 1784). Auch heute noch werden zementöse und anhydridgebundene Fassaden-Baustoffe durch 0,1 - 2,0 Gew.-% pulverförmige Zuschläge wie Fettsäure-Salze hydrophob eingestellt (Natriumoleat, CalciurrWZinkstearat). Deren Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit bei Schlagregen und Frost ist durch Abbau und Auslaugung deutlich begrenzt. In der Putznorm DIN 18550 Teil 1/2 werden deshalb Anforderungen an die kapillare Wasseraufnahme und die Wasserdampfdiffusion gestellt, um zum Beispiel ausreichende Witterungsbeständigkeit zu gewährleisten. Durch die Partikelstruktur und den chemischen Aufbau bedingt können Stearate den Wasserhaushalt und die Härtung der Mörtel nicht gezielt steuern.
Für Klebe- und Putzmörtel wurden hydrophobe sprühgetrocknete Dispersionspulver (DP) entwickelt, um z.B. die Normen nach Wasserlagerung besser einzuhalten. Die Einsatzmenge an DP kann bei C 2 Kleber bis zu 5,0 Gew.-% betragen. Dadurch trägt das DP erheblich zu den Rezepturkosten bei. Das DP liefert vorrangig eine Modifizierung der Zement-Festeigenschaften. Durch den Einsatz von hydrophober DP lassen sich Festmörtel-Eigenschaften und Hydrophobie nicht unabhängig voneinander einstellen.
Auch bei Wärmedämmverbund-Systemen ist der Wasser-Zement-Faktor u.a. für die mechanischen Eigenschaften entscheidend. Vereinzelt wird hier mit hydrophobiertem Dispersionspulver gearbeitet, um die Mörtelkonsistenz genau einzustellen. Die WDVS-Putze erhalten (insbesondere in Mitteleuropa) anschließend einen zusätzlichen wasserabweisenden Schutzanstrich, der Einsatz hydrophober DP reicht oftmals nicht aus. Für Dispersionsfarben gibt es auf dem Markt seit einigen Jahren hydrophobe wasserlösliche Hydroxyethylcellulosen (HEC). Bei der Herstellung dieser HEC muss neben der Veretherung eine weitere Umsetzung mit Alkylglycidether durchgeführt werden. Der Einfluss der hydrophoben HEC auf die Hydrophobie des Systems nach Härtung ist aufgrund der geringen Einsatzmenge (meist unter 0,4 Gew.-%) begrenzt. Ein wesentlicher Grund für den Einsatz von hydrophobierten HEC ist deren gute Verträglichkeit mit assoziativen Systemsverdickern auf Basis Polyurethan, welche nicht das Verdünnungswasser andicken, sondern direkt auf die Bindemittelrheologie einwirken; diese relativ effektiven System verdicker werden zunehmend eingesetzt.
Zur Optimierung der Dispersionen wechselt man im Einzelfall von Reinacryl auf das beständigere Acryl-Silikat, da das Bindemittel die Filmeigenschaften entscheidend beeinflusst. Die hydrophober HEC trägt zum Beispiel zur Frühwasserbeständigkeit von Beschichtungen und Farben kaum etwas bei.
Zement-Selbstverlaufsmassen und selbstnivellierende Estriche brauchen neben Superplastifizierem (Fließmitteln) weitere Additive für eine einwandfreie Verarbeitung. Typisch für zementöse Estrichmassen sind bis zu drei Füllstoff- Fraktionen (meist sphärische Quarzsande), die hohen Füllgrad, hohe Dichte und ein ausreichendes Ausbreitmaß gewährleisten. Bei Fließestrich ist das
Zementgewicht bevorzugt 200 bis 450 kg, im Einzelfall bis 550 kg das Wasser- Zement-Verhältnis ist bevorzugt sehr niedrig. Einige neuentwickelte Calciumaluminium-Zemente für Estrich kommen ohne Fließmittel aus, benötigen aber einen Sulfatträger. Die wasserabweisende Wirkung dieser Massen wird oftmals durch Stearate oder hydrophobe DP eingestellt. Als Verdicker werden unter 0,1 Gew.-% niederviskose bis dünnflüssige Celluloseether eingesetzt, sowie synthetische Polymere. Ein größeres Problem bei der Verarbeitung der Massen ist Segregation der Füllstoffe sowie Bluten des Zementleimes und Rissbildung. Die Celluloseether liefern aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit weder Faserarmierung noch Drainagewirkung.
Mikrorisse, Segregation, Inhomogenitäten im Gefüge, ungleichmäßige Härtung, hoher Luftporengehalt und raue Oberflächen sind die Angriffspunkte für eine weitergehende tiefgreifende Schädigung des Zementes; hiervon sind stark belastete und befahrbare Flächen besonders betroffen. Branchenüblich sind Zusätze wie Dispersionspulver sowie Stabilisierungs- und Viskosifizierungsmittel zur Vergütung der anorganischen Bindemittel. Die Handelsprodukte, welche zur Stabilisierung angeboten werden, sind zum Beispiel vorreagierte Prepolymere, wie längerkettige Melaminsulfonate oder Copolymere. Diese Produkte zielen auf Modifizierung des Fließmittels ab, zumal sie mit diesem verträglich und in diesem löslich sein sollen. Auch die elektrostatischen Mechanismen zur Fließregulierung sind oft die gleichen wie beim Fließmittel. Eine Modifizierung der
Selbstverlaufsmassen mittels einer wasserunlöslichen hydrophoben cellulosischen Faser ist bisher nicht bekannt. Weiterhin ist kein Additiv bekannt, welches gleichzeitig im Estrich die Segregation unterbindet, die Entlüftung fördert und eine Faserarmierung liefert.
Bei der Fertigung von Gipskartonplatten werden eine Vielzahl von Additiven wie Beschleuniger und Verzögerer, Verdicker und Verflüssiger, gleichzeitig verwendet. Die Trocknung der Gipskartonplatten durch Drainagewirkung kann mit u n modifizierten cellulosischen Fasern nicht beschleunigt werden, da die Fasern zu einer Erhöhung des Wasser-Zement-Faktors führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Faserstoff anzugeben, der als Additiv für ein Bauprodukt geeignet ist, der die Aufnahme von Wasser durch die Faser unterbindet. Außerdem soll ein Bauprodukt aus der Reihe der eingangs genannten Bauprodukte angegeben werden, das die gewünschten Eigenschaften des Produktes aufweist, somit beispielsweise bei Selbstverlaufsmassen und selbstnivellierenden Estrichen die Eigenschaft des Selbstverlaufens und des Selbstnivellierens.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der selbständigen Ansprüche gelöst. Die Erfinder haben folgendes erkannt:
Die Zugabe von Hydrophobiermitteln erfolgte bisher stets in der Masse. Siehe beispielsweise DE 10 2007 016 783 A1 , dort Absatz [0042], oder DE 103 37 011 A1 , siehe dort Absatz [0058].
Eine solche Zugabe zur Masse konnte jedoch nicht zum Erfolg führen. Die Fasern sind nämlich hierbei eingebettet in die übrigen Bestandteile des Bauproduktes. Deshalb kann das Hydrophobierungsmittel beziehungsweise das Fließmittel nicht die ganze Oberfläche der einzelnen Faser benetzen und beschichten. Verbleiben beschichtungsfreie Stellen, so wird Wasser hier eindringen und zu einem Quellen der Faser führen. Dies wird auch nicht vermieden durch eine verstärkte Zugabe von Hydrophobierungsmittel. Hierdurch werden lediglich die Herstellungskosten erhöht, ohne einen nennenswerten Nutzen.
Die Erfinder haben aus dieser Erkenntnis die Lehre abgleitet, dass die Fasern isoliert zu behandeln sind, das heißt bevor sie der Masse des Bauproduktes zugeführt werden. Allein dies führt zum vollen Erfolg.
So liefert der Zusatz eines Compounds aus hydrophober Cellulosefaser und Superplastifizierer eine Vielzahl von Verarbeitungs- und Produktvorteilen (Drainage und schnellere Trocknung bei Gipskartonplatten, bessere Entlüftung und Segregationskontrolle bei Zementestrich), ohne den Wasser-Bindemittel- Faktor deutlich zu beeinflussen.
Das erfindungsgemäße cellulosehaltige Faser-Compound ist überraschenderweise in der Lage, die Verarbeitbarkeit einer Vielzahl selbstverlaufender Bau-Produkte (Estrich, Schnellzement, Zementgrundierung, Underlayment, Selbstverlaufsmassen) deutlich zu verbessern. Die Cellulosefaser kann - abhängig von der Faserlänge - zur Standfestigkeit und zur Regulierung des Wasserhaushaltes beitragen. Die Fließmittel zur Einstellung des Zement- Ausbreitmasses werden im allgemeinen in einer Menge von 0,5 bis 3,0 Gew.-% eingesetzt. Diese Fließmittel verursachen oft zusätzliche Probleme bei Dosage, Verarbeitung und auch im Endprodukt, zum Beispiel
1. Segregation und Sedimentation des Füllstoffs
2. Bluten des Zementleimes (Abtrennung von Anmachwasser) 3. Mikrorisse
4. Volumenschwund und Schüsseln
5. Absanden
6. Raue Oberflächen und Versprödung
Das erfindungsgemäße cellulosehaltige Stabilisierungs- und
Viskosifizierungsmittel wurde auf Basis cellulosehaltiger Rohstoffe hergestellt und in diversen bauchemischen Anwendungen geprüft. Hierzu ist es erforderlich, die Cellulosefaser so zu modifizieren, dass sich die Komponente zur Fertigung eines Stabilisierungs- und Viskosifizierungsmittel weiterverarbeiten lässt:
a) Hydrophobie. Zur Einstellung der wasserabweisenden Eigenschaften wird bevorzugt Alkylketendimer AKD, ein Alkyl- oder Alkylen- Bernsteinsäurederivate ASA oder Polymer Sizing Agent PSA verwendet, weiterhin Alaune und siliciumorganische Verbindungen, ferner auch neuentwickelte Fettsäurederivate.
b) Superplastifizierung. Zur Einstellung der plastifizierenden Eigenschaften bei FE wird die Faser mit einem Fließmitteln gecoatet, co-processed, gemischt oder beaufschlagt. Der Superplastifizierer kann zum Beispiel Melamin oder Polycarboxylat sein.
Die bevorzugten Zementarten für Selbstverlaufsmassen sind Portlandzement (insbesondere CEM I 32 5 R ), Composite Zement (CEM II), Hochofenschlackenzement (CEM III) oder Calciumaluminat-Zement (TSZ), stets zusammen mit einer ausreichenden Menge geeignetem Füllstoff sowie dem erforderlichen Fließmittel. Ausführungsbeispiele
Fertigung eines Cellulosefaser-AKD-Polycarboxylat-Compounds. Es wurde bevorzugt eine Cellulosefaser mit Faserlänge 5 μm - 1000 μm in Gegenwart von 2.0- 9.0 Gew -% Alkylketendimer AKD mit Kettenlange C 16-18 bei 15-115°C gecoatet. Zeitgleich oder anschließend wurde das Produkt mit 0,1 - 8,0 Gew.-% flüssigem Polycarboxylat umgesetzt. Es wird eine rohweiße hydrophobe Cellulosefaser mit Schüttgewicht 160-172 g/L und 93 % Trockenstoff erhalten, welche etwa 1-22 % Siebrückstand auf 100 μm aufweist (Luftstrahlsieb), bei Faserlänge um 100 - 300 μm. Die Faser eignet sich zur Stabilisierung von Selbstverlaufsmassen und selbstnivellierenden Estrichen.
1 ) Prüfung des Cellulosefaser-AKD-Polycarboxylat-Compounds im zementösen Estrich, polycarboxylat-modifiziert. Es wurde 0,25 Gew.-% hydrophobes erfindungsgemäßes Cellulosefaser-
Compound zusammen mit 33,25 Gew.-% Zement CEM I 32 5 R, 41 ,40 Gew.-% grobem Quarzsand 0,5-1 2 mm, 23,20 Gew -% feinem Quarzsand 0,1-0,3 mm, 0,70 Gew.-% Polycarboxylat "Woerment FM 787 (BASF) sowie 1 ,20 Gew.-% Dispersionspulver im Fließestrich eingesetzt, bei maximal 5 cm Schichtdicke. Der Estrich hat Wasser-Zement-Faktor w/z < 0,48, ein ausreichendes Ausbreitmass 42 bis 49 cm und wird schwimmend verlegt. Zur Ermittlung des genauen w/z-Faktors wird das Fließmittel in die Hälfte des erforderlichen Anmachwassers gegeben, dann wird weiteres Anmachwasser dosiert bis die Verarbeitungsviskosität erreicht ist.
Segregation des Zementleimes und die Entstehung von Mikrorissen ist bei 3 -5 cm Schichtdicke weitgehend unterbunden. Die Estrichmasse ist etwa 30 Minuten verarbeitbar, die verarbeitungsoffene Zeit ist gegenüber dem 0-Muster unverändert oder geringfügig verlängert. Die Shore-A-Härte beträgt nach 8 Stunden bei 200C und 80% r. F. etwa 74 (begehbar) und nach 24 Stunden etwa 88. 2) Prüfung des Cellulosefaser-AKD-Polycarboxylat-Compounds im zementösen
Estrich, melamin-modifiziert.
Es wurde 0,25 Gew.-% hydrophobes erfindungsgemäßes Cellulosefaser- Compound zusammen mit 33,25 Gew.-% Zement CEM I 32 5 R, 41 ,40 Gew.-% grobem Quarzsand 0,5-1 ,2 mm, 23,20 Gew.-% feinem Quarzsand 0,1-0,3 mm, 0,70 Gew.-% Melamin "Melment F 217 G" (BASF) sowie 1 ,20 Gew.-% Dispersionspulver im Fließestrich eingesetzt, bei maximal 5 cm Schichtdicke Der Estrich hat Wasser-Zement-Faktor w/z < 0,48, ein ausreichendes Ausbreitmass 39 bis 47 cm und wird schwimmend verlegt. Segregaton des Zementleimes und die Entstehung von Mikrorissen ist bei 3 - 5 cm Schichtdicke weitgehend unterbunden. Die Estrichmasse ist etwa 20 Minuten verarbeitbar, die verarbeitungsoffene Zeit ist gegenüber dem 0-Muster unverändert oder geringfügig verlängert. Die Shore-A- Härte beträgt nach 16 Stunden bei 200C und 80% r. F. etwa 73 (begehbar) und nach 32 Stunden etwa 86.
Erfindungsgemäße zementbasierende Selbstverlaufsmassen und Fließestriche enthalten Zement, sphärischen Quarzfüllstoff(e), Superplastifizierer auf Basis von Polycarboxylat oder Melamin, Stabilisierungsmittel wie erfindungsgemäße hydrophobe, Superplastifizierer enthaltende Cellulosefaser sowie weitere Additive wie Dispersionspulver und Entschäumer. Im Fall von Calciumaluminiumzement- Estrich ist kein Fliessmittel nötig, sondern ein Sulfatträger sowie wiederum die modifizierte Cellulosefaser.
Eine hydrophobe Cellulose erfüllt die Selbstverlaufseigenschaften im Zement nicht in ausreichender Weise. Cellulosefasern, die nur mit Fließmittel ausgerüstet sind, benötigen zusätzlich Anmachwasser, wodurch die Zementfestigkeit verschlechtert wird. Die Kombination Cellulose mit Hydrophobierung und Fließmittel erfüllt hingegen die Anforderungen; das Produkt ist ein Stabilisierer und Viskosifizierer für selbst-nivellierende Bodenausgleichsmassen, Fließestriche, Vergussmörtel, Reparaturmörtel sowie für dünnschichtige Schnellzemente:
- hydrophob und verträglich mit allen marktüblichen Fließmitteln Wasser-Zement-Faktor muss in der Regel nicht angepasst werden verhindert Bluten, Segregation, Absanden sowie Mikrorisse fördert die Entlüftung und verringert den Luftporengehalt ermöglicht eine homogene Zementhärtung und verbessert das Gefüge
Richtrezeptur:
Figure imgf000010_0001
*abhängig vom eingesetzten Füllstoff, Fließmittel und Dispersionspulver
3) Prüfung des Cellulosefaser-AKD-Polycarboxylat-Compounds im dünnschichtigen Schnellzement.
Es wurde 0,25 Gew.-% hydrophobes erfindungsgemäßes Cellulosefaser- Compound zusammen mit 39,50 Gew.-% Zement CEM I 32 5 R, 55,65 Gew -% Estrich-Feinfüllstoff 0,08-1 ,4 mm, 1 ,10 Gew.-% Polycarboxylat Woerment FM 787 (BASF) sowie 3,50 Gew.-% Dispersionspulver im Schnellzement eingesetzt, bei maximal 0,9 cm Schichtdicke. Der Schnellzement enthält Aluminat zur Beschleunigung und ist nach 4 Stunden bei 200C und 80% r. F. staubtrocken und rissfrei ausgehärtet.
4) Prüfung des Cellulosefaser-AKD-Polycarboxylat-Compounds in einer Gipsfaserplatten-Formulierung.
Es wurde ein Ansetzgips („Stuckgips") für Platten 12,5 mm verwendet, der unter 6 % Zuschlag REA- und Recyclinggips enthält und einen Wasser-Feststoff-Faktor um 0,5 aufweist. Additive wie Stärkeether oder Silicon-Hydrophobierungsmittel wurden nicht eingesetzt. Es wurde die Drainage und Entwässerung auf einem Büchner-Trichter mittels Vakuumpumpenstand bei 0,7 bar Druckdifferenz gemessen.
Figure imgf000011_0001
5) Anwendung in einer Kalkputzformulierung
Ein kunststoffvergüteter Kalkzementputz mit 0 Gew.-% sowie 0,5 Gew.-% modifizierter Cellulosefaser BWW 45 H wurde mit Glättespachtel auf handelsübliche Kalksandsteine (Maße 10 x 10 x 5 cm3) aufgetragen, Schichtdicke 2 mm, etwa 35 Gramm Putz pro 100 cm2. Nach dem Trocknen wurde nach einem Tag mit einer Pipette 1 ,0 ml Wasser in Form eines Tropfens auf den Putz aufgesetzt. Es wurde die Zeit [min] gestoppt, bis der Tropfen verlaufen und damit verschwunden war. Je länger diese Zeit ist, umso höher ist die Hydrophobie und Wasserbeständigkeit des Putzes. Bei einer hydrophilen Putzformulierung ist der Tropfen nach 5 bis 10 Minuten verschwunden, bei Einsatz von 0,5 Gew.-% BWW 45 H bleibt der Tropfen über mindestens 4 Std. stehen. Weiterhin war die Wasserdampfdurchlässigkeit des Putzes (DIN 52615, für Bau- und Dämmstoffe) in Gegenwart von 0,5 Gew.-% modifizierter Cellulosefaser BWW 45 H erhöht.
Weitere Beispiele:
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, die aufgrund hydrophober und verflüssigender Coatings die Stabilisierung, Entlüftung und homogene Aushärtung bei Bauprodukten (zementöse Selbstverlaufsmassen,
Fließestriche, Zement-Anhydrid-Systeme, Schnellzemente, Haftschlämme, Putze) verbessert, insbesondere die Segregation und Entmischung des Superplastifizierers mit dem mineralischen Bindemittel verhindert, den Luftporengehalt im Zement verringert sowie die Drainage, Entwässerung und Trocknung von Faserplatten (Gips, Anhydrid, Zement) verbessert und beschleunigt.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, wobei zur Einstellung der superplastifizierenden Eigenschaften die Faser mit einem Fließmitteln gecoatet, co-verarbeitet, gemischt oder beaufschlagt wird; wobei der
Superplastifizierer zum Beispiel Melaminharz, Melaminsulfonat, Polycarboxylat oder ein geeignetes Copolymer ist, das die elektrostatische Wechselwirkung der Partikel im Zementleim steuert, in einer Einsatzmenge von 0,1 - 50,0 Gew.-%, bevorzugt aber von 1,0 - 20,0 Gew-%.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, wobei zur Einstellung der hydrophoben Eigenschaften die Faser mit einem Hydrophobierungsmittel gecoatet, co-verarbeitet, gemischt oder beaufschlagt wird, wobei zur Einstellung der wasserabweisenden Eigenschaften bevorzugt Alkylketendimer AKD (Kettenlänge C12, C16, C16-18 oder C 22), ein Alkyl- oder Alkylen- Bernsteinsäurederivate ASA oder ein Polymer Sizing Agent PSA verwendet wird, weiterhin Alaune, siliciumorganische Verbindungen und auch Fettsäurederivate, in einer Einsatzmenge von 0,1 - 50,0 Gew.-%, bevorzugt aber von 1 ,0 - 20,0 Gew.-%.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, wobei Faserlänge, Faserdurchmesser, Beladungsgrad sowie Art und Menge des Hydrophobierungsmittels sowie des Fließmittels einen Einsatz für Bauprodukte zulassen, wobei die Faserlänge der Cellulose bei maximal 4000 μm liegt, bevorzugt jedoch bei 5 -500 μm, der Beladungsgrad bei 0 - 99 Gew.-% bevorzugt aber bei 1 - 50 Gew.-%, die Einsatzmenge Faser bei 0,01 - 5,00 Gew.-%, bevorzugt aber bei 0,05 - 2,00 Gew.-%.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, wobei anteilig oder ausschließlich eine hydrophobierte Cellulosefaser, eine Siliconpapierfaser, eine Trennpapierfaser, eine Ölpapierfaser oder dergleichen zum Einsatz kommt; weiterhin Deinkingpapier, Altpapier, Papier-Schlämme, (B)CTMP, Holzschliff oder Fasern aus Einjahrespflanzen.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, wobei die Faser Viskosität, Fließverhalten, Plastizität, Rheopexie und die Fließgrenze von Werktrockenmörteln nach Wasserzugabe sowie in gebrauchsfertigen Systemen steuert; wobei lösliche Komponenten wie Cellulose-ether, Stärkeether, Guarether, Guarhydrolysate, Welan Gum, Gellan, andere Pflanzeninhaltsstoffe (wie zum Beispiel Gummi Arabicum), Polycarbonsäuren, Polyurethane, Polyacrylate oder Polyvinylalkohole als Mischung enthalten sein können.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, wobei das Additiv vorrangig mittels thermo-mechanischer Verfahren hergestellt wird, wobei auch Mahltrocknung, Mahlsichtung, Knetung oder anderweitige Vorbehandlungen der Rohstoffe durch Prozesschemikalien (wie zum Beispiel Lauge), Strahlung, Ultraschall, Enzyme oder dergleichen nicht ausgeschlossen sind.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser die in der Lage ist, einen dickschichtigen Auftrag in einem Arbeitsgang zu gewährleisten, glatte Oberflächen ohne Verlaufsstörungen zu gewährleisten, die offene Zeit zu verlängern, die Bildung von Mikrorissen während der Trocknungsphase zu verhindern und die Antiabsetzwirkung gebrauchsfertiger Systeme zu steuern; wobei zur Steuerung der Rheologie, Stabilität und Verarbeitung weitere Komponenten enthalten sein können (Dispergiermittel, Biozide, Zement-additive wie Alkanolamin oder Polyethylenamin, Stellmittel wie Bentonit oder Smektit, Netzmittel, Entschäumer, Gefrierschutzmittel, Beschleuniger, Verzögerer).
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser die in der Lage ist, bei Estrich, Coatings, Ausgleichsmassen, Schnellzement, Haftschlämme, Putz und Faserplatten die Hydrophobie und/oder die Wasserdampfdurchlässigkeit zu erhöhen; die mechanische Werte bei zementösen Endprodukten wie Estrich und Dünnbeschichtung ( wie Frühfestigkeit, Druckfestigkeit, Biegemodul, Luftporengehalt, Abriebwerte, Festigkeit, Kerbschlagzähigkeit und dergleichen) konstant zu halten oder zu verbessern, bei Faserplatten die Prozeßgeschwindigkeit zu erhöhen und/oder die Trocknungskosten zu verringern.
Multifunktionelle cellulosehaltige wasserunlösliche Faser, die in Form eines Faserkompaktates, eines Aufbau-Agglomerates, einer Mikrokugel, eines Pellets, eines aufgebrochenen Pellets, einer Tablette, eines Briketts oder einer anderen dispergierbaren staubreduzierten oder dosierfähigen Darreichungsform gefertigt wurde.

Claims

Patentansprüche1. Faserstoff als Additiv für ein Bauprodukt;
1.1 mit zellulosehaltigen, wasserunlöslichen Fasern; 1.2 die Oberfläche der einzelnen Faser ist entweder nur mit einem
Hydrophobierungsmittel oder mit einem Hydrophobierungsmittel in Kombination mit einem Fließmittel beschichtet.
2. Bauprodukt, gekennzeichnet durch einen Anteil an Fasern gemäß Anspruch 1.
3. Bauprodukt nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Anteil an Silikonpapierfasern, Trennpapierfasern, Ölpapierfasern.
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