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Dokumentenidentifikation DE19506218B4 31.05.2007
Titel Hochviskose Sulfonsäuregruppen enthaltende Kondensationsprodukte auf Basis von Amino-s-triazinen
Anmelder BASF Construction Polymers GmbH, 83308 Trostberg, DE
Erfinder Weichmann, Josef, Dr., 84568 Pleiskirchen, DE;
Wolfertstetter, Franz, 83329 Wonneberg, DE;
Winkelmann, Herbert, 84518 Garching, DE;
Kern, Alfred, Dr., 84558 Kirchweidach, DE
DE-Anmeldedatum 23.02.1995
DE-Aktenzeichen 19506218
Offenlegungstag 29.08.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse C08G 12/40(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C08G 12/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B01F 17/52(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft hochviskose Sulfonsäuregruppen enthaltende Kondensationsprodukte auf Basis von Amino-s-triazinen mit wenigstens zwei Aminogruppen und Formaldehyd sowie deren Verwendung als Stabilisatoren für wässrige Suspensionen, insbesondere wässrige Bindemittelsuspensionen.

In der EP 336 165 B1 sind Sulfonsäuregruppen enthaltende Kondensationsprodukte auf Basis von Amino-s-triazinen mit mindestens zwei Aminogruppen und Formaldehyd beschrieben, welche einen geringen freien Formaldehyd-Gehalt aufweisen und dadurch hergestellt werden, dass man

  • (a) Amino-s-triazin, Formaldehyd und Sulfit im Mischungsverhältnis 1 : 1,3 bis 6 : 0,3 bis 1,5 in wässriger Lösung bei einem pH-Wert von 9,0 bis 12,0 und einer Temperatur von 50 bis 90 °C so lange kondensiert, bis kein Sulfit mehr nachweisbar ist,
  • (b) anschließend bei einem pH-Wert von 2,0 bis 7,0 und einer Temperatur von 50 bis 90 °C so lange weiterkondensiert, bis die Viskosität der Lösung 4 bis 1000 mm2/s bei 80 °C beträgt und
  • (c) danach das Kondensationsprodukt in stark alkalischem Bereich bei pH ≥ 11,0 bei erhöhter Temperatur einer Nachbehandlung unterwirft.

Diese Polykondensate werden aufgrund ihrer guten verflüssigenden Eigenschaften als Zusatzmittel für hydraulisch erhärtende Baustoffmischungen, wie z. B. Mörtel, Beton, Gips, Anhydrit usw., eingesetzt und sind dem Fachmann als sogenannte „Verflüssiger" oder „Fließmittel" bekannt. Ihre Wirkung beruht auf der Entflockung der als Baustoffmischungen vorliegenden Feststoffsuspensionen. Durch die Entflockung sind die Feststoffpartikel einzeln verteilt und beweglicher, wodurch es zu einer Erniedrigung der Fließgrenze, d. h. zu einer Viskositätsreduzierung kommt. Obwohl somit die dispergierende Wirkung dieser Fließmittel den zur Herstellung einer Suspension benötigten Energieeintrag vermindert, so wirkt doch die erniedrigte Viskosität des Gesamtsystems der Suspensionsstabilität entgegen.

Wesentlich für den Aufbau eines mechanisch stabilen Verbundes und damit für die spätere Qualität des Bauwerks ist eine homogene und fehlstellenfreie Verteilung des Bindemittels und der verschiedenen Zuschläge vor und während der Aushärtung.

Da sich Bindemittel und Zuschlagstoff in der Regel immer in der Korngrößenverteilung sowie der Dichte unterscheiden, kann es insbesondere bei der Verwendung von Fließmitteln zu Sedimentationserscheinungen und zu Absonderungen des Anmachwassers kommen. Diese Vorgänge sind dem Bauhandwerker als Absetzen bzw. Entmischen und Bluten bekannt.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, das Zusammenhaltevermögen anorganischer Baustoffsuspensionen zu verbessern. Zu diesem Zweck werden sogenannte Verdickungsmittel zugegeben, die im Gegensatz zu Fließmitteln die Viskosität des Gesamtsystems erhöhen.

Beispiele für gebräuchliche Verdicker sind Stärke- und Cellulosederivate wie z. B. die Methylether (Methylstärke, Methylcellulose) sowie die entsprechenden Mischether, die zusätzlich in unterschiedlichem Ausmaße hydroxypropyliert bzw. hydroxyethyliert sein können (Methylhydroxypropylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose). Solche modifizierten Polysaccharide sind wegen ihrer vielen Hydroxylseitengruppen gut wasserlöslich. Sie erzielen ihre verdickende Wirkung durch die Viskositätserhöhung, die durch ihr hohes Molekulargewicht sowie durch die Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zu den OH-Substituenten zustande kommt.

Die Herstellung und Anwendung solcher Polysaccharidverdicker ist beschrieben in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band E 20/3, Makromolekulare Stoffe, Seiten 2042 ff (1987, Georg Thieme Verlage, Stuttgart – New York).

Ebenfalls durch Viskositätserhöhung verdickend wirken wasserlösliche Polyalkylenglykole, die durch Homo- oder Blockpolymerisation aus Ethylenoxid bzw. Propylenoxid hergestellt werden (vgl. Houben-Weyl, Band E 20/2, Seiten 1367 ff). Auch hier überträgt sich die Viskositätserhöhung des Wassers auf das Gesamtsystem und wirkt dem durch Gravitation bedingten Absetzen der Feststoffteilchen entgegen.

Nachteilig bei der Anwendung von Verdickern zur Suspensionsstabilisierung ist aber, daß die Wirksamkeit mit ausgeprägten Veränderungen der Rheologie und der Konsistenz der Baustoffmischungen, insbesondere mit einer Erhöhung der Fließgrenze und der Viskosität einhergeht. Zusätzlich kommt es je nach Dosierung zu einer unerwünschten Beeinflussung der Abbindeeigenschaften anorganischer Bindemittel, die sich in Form von Erstarrungs- und Erhärtungsverzögerungen äußert.

Ebenfalls von großem Nachteil ist der durch die Verdicker in der Regel verursachte Lufteintrag während des Mischvorganges. Die eingebrachten Luftporen erniedrigen die Dichte der Baustoffmischungen und führen deshalb zu reduzierten Druck- und Biegezugfestigkeiten des erhärtenden Baustoffs.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, neue Zusatzmittel für wäßrige Suspensionen bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, sondern gute suspensionsstabilisierende Eigenschaften besitzen, ohne die anderen anwendungstechnischen Eigenschaften der wäßrigen Suspensionen, insbesondere anorganische Hindemittelsuspensionen, negativ zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch die hochviskosen Kondensationsprodukte auf Basis von Amino-s-triazinen mit wenigstens zwei Aminogruppen und Formaldehyd gelöst, die dadurch hergestellt wurden, daß man

  • a) Amino-s-triazin, Formaldehyd und Sulfit im Molverhältnis 1 : 1,9 bis 2,9 : 0,7 bis 1,3 in wäßriger Lösung bei einem pH-Wert von 9,0 bis 12,0 und einer Temperatur von 50 bis 90 °C so lange kondensiert, bis das Sulfit nicht mehr nachweisbar ist und
  • b) anschließend bei einem pH-Wert von 2,0 bis 5,0 und einer Temperatur von 50 bis 100 °C so lange weiterkondensiert, bis die Viskosität einer auf pH-Wert 8,0 bis 13,0 alkalisch gestellten und einen Feststoffgehalt von 20 Gew.-% aufweisenden wäßrigen Lösung Werte von 500 bis 100 000 mPa·s bei 20 °C besitzt.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß man auf diese Weise Kondensationsprodukte erhält, die sehr gute suspensionsstabilisierende Eigenschaften aufweisen, wobei die sedimentationsverhindernde Wirkung ohne nennenswerte Viskositätserhöhung der wäßrigen Suspensionen erfolgt.

Als weiterer überraschender Effekt muß die Tatsache angesehen werden, daß die erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte nicht der für methylolgruppenhaltige Aminoplastharze typischen Vergelung unterliegen, sondern als inkohärente reversible Kolloide anfallen, was sich im deutlich ausgeprägten Tyndall-Effekt der entsprechenden wäßrigen Lösung zeigt.

Die erfindungsgemäßen hochviskosen Kondensationsprodukte sind definiert durch ihr zweistufiges Herstellverfahren. In der ersten Reaktionsstufe werden Amino-s-triazin, Formaldehyd und Sulfit unter definierten Bedingungen so lange miteinander kondensiert, bis das Sulfit nach den üblichen Methoden praktisch nicht mehr nachweisbar ist.

Als Amino-s-triazin mit mindestens 2 NH2-Gruppen wird bevorzugt Melamin eingesetzt. Die Verwendung monofunktioneller Amino-s-triazine, wie etwa Benzo- oder Acetoguanamin, der entsprechenden Guanaminsulfonsäure oder aber von Ammelin ist ebenfalls möglich. Generell können im Rahmen der vorliegenden Erfindung bis zu 50 Mol-% des Amino-s-triazins durch andere Aminoplastbildner substituiert werden, wobei z. B. Harnstoffe, Dicyandiamid, Thioharnstoff, Guanidin(-Salze), Ethanolamin und andere Amine geeignet sind.

Als Aldehyd wird Formaldehyd, in der Regel in Form einer 30 %igen oder auch höherprozentigen wäßrigen Formalin-Lösung oder als Paraformaldehyd eingesetzt. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch ohne weiteres möglich, bis zu 50 Mol-% des Formaldehyds durch Acetaldehyd oder Glyoxylsäure zu ersetzen.

Zur Modifizierung der erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte in wasserlösliche bzw. wasserverträgliche Form setzt man die üblichen Sulfitderivate, wie etwa Alkali- und Erdalkalisulfite sowie deren Hydrogen- bzw. Pyrosulfite bevorzugt ein.

Anstelle der reinen Sulfitkomponente kann man auch eine Mischung aus dem Sulfitderivat und anderen, anionischen Gruppen einbringenden Reaktanden verwenden. Geeignet sind gegenüber Aldehyden reaktive Aminosulfonsäuren, wie etwa Sulfanilsäure oder Taurin, Amidosulfonsäure (Sulfamidsäure) und/oder Aminocarbonsäuren wie z. B. Glycin, wobei bis zu 50 Mol-% des Sulfits durch diese Säurederivate ersetzt werden können.

Es ist als erfindungswesentlich anzusehen, daß das Molverhältnis von Amino-s-triazin zu Formaldehyd zu Sulfit auf 1 : 1,9 bis 2,9 : 0,7 bis 1,3 eingestellt wird, um einerseits den für die erfindungsgemäßen Eigenschaften der Produkte notwendigen kolloidalen Aufbau zu gewährleisten und andererseits das zum Aufbau der inkohärenten Kolloide nötige Molekularwachstum ohne die Ausbildung von Vergelung sicherzustellen. Das bevorzugte Molverhältnis von Amino-s-triazin zu Formaldehyd zu Sulfit beträgt 1 : 2,0 bis 2,3 : 0,9 bis 1,1. Wenn Teile des Amino-s-triazins, des Formaldehyds oder des Sulfits durch andere gleichsinnige Reaktanden ersetzt werden, so gehen diese in das Molverhältnis äquimolar ein.

Die Kondensation wird in wäßriger Lösung durchgeführt, wobei die Gesamtkonzentration der Reaktionsmischung bevorzugt so eingestellt wird, daß das fertige Kondensationsprodukt mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 25 Gew.-% anfällt.

Die Reihenfolge der Zugabe der Reaktionskomponenten in der ersten Stufe ist relativ unproblematisch, doch hat es sich im Hinblick auf die Reaktionsführung bzw. -kontrolle als besonders vorteilhaft erwiesen, den Formaldehyd in wäßriger Lösung vorzulegen und nacheinander das Amino-s-triazin und die Sulfitkomponente in die Reaktionslösung einzutragen.

Der pH-Wert in der ersten Stufe wird auf 9,0 bis 12,0, vorzugsweise auf 10,5 bis 11,5, eingestellt, was mit üblichen alkalisch reagierenden Verbindungen oder Salzen, insbesondere Hydroxiden, erfolgen kann. Aus Kostengründen wird zur alkalischen pH-Werteinstellung vorzugsweise Natronlauge verwendet. Die pH-Werteinstellung kann auch in mehreren Stufen erfolgen. Die Reaktionstemperatur in der ersten Stufe wird auf 50 bis 90 °C, vorzugsweise 60 bis 80 °C, eingestellt, um eine vernünftige Reaktionszeit einhalten zu können.

Nach Abschluß der ersten Reaktionsstufe, die normalerweise nach 60 bis 180 Minuten beendet ist, wird in der zweiten Stufe der pH-Wert auf 2,0 bis 5,0 eingestellt und bei einer Temperatur von 50 bis 100 °C weiterkondensiert.

Der saure pH-Wert in der zweiten Stufe, der vorzugsweise bei pH 3,0 bis 4,5 liegt, wird mit den üblichen Säuren oder sauer reagierenden Verbindungen oder Salzen eingestellt, wobei anorganische Mineralsalze und insbesondere Schwefelsäure aus Kostengründen bevorzugt eingesetzt werden. Werden anstelle des Sulfitderivats Sulfon- oder Carbonsäuren verwendet, so können diese in saurer Form zur pH-Einstellung herangezogen werden. Die benötigte Menge an Mineralsäuren reduziert sich entsprechend oder entfällt ganz. Ebenso können die Sulfon- oder Carbonsäuren ganz oder teilweise neutralisiert in Form ihrer Salze eingesetzt werden.

Die Kondensationsreaktion ist dann beendet, wenn die Viskosität einer auf pH-Werte von 8,0 bis 13,0 alkalisch gestellten und auf 20 Gew.-% Feststoffgehalt abgedünnten wäßrigen Lösung Werte von 500 bis 100 000 mPa·s bei 20 °C aufweist (Brookfield-Synchro Lectric-Viskometer).

Vorzugsweise beträgt diese Viskosität 1 000 bis 50 000 mPa·s.

Hat das erfindungsgemäße Kondensationsprodukt die gewünschte Endviskosität in der zweiten Stufe erreicht, so wird die Reaktionslösung wieder alkalisch gestellt, was mit denselben Basen oder basisch reagierenden Verbindungen wie in der ersten Stufe, also insbesondere einem Hydroxid, vorzugsweise Natronlauge, erfolgen kann.

Nach Abschluß der Kondensation wird die Reaktionslösung abgekühlt. Sie weist einen pH-Wert von 8 bis 13 sowie einen bevorzugten Feststoffgehalt von 5 bis 25 Gew.-% auf und kann entweder direkt in flüssiger Form oder aber nach dem Sprühtrocknen als Pulver eingesetzt werden. Die gemeinsame Sprühtrocknung, z. B. mit wäßrigen Lösungen von Fließmitteln, ist ebenfalls möglich.

Normalerweise weisen die erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte von sich aus schon einen relativ niedrigen freien Formaldehydgehalt < 0,01 Gew.-% auf. Es kann bei extremen Molverhältnissen jedoch vorkommen, daß der freie Formaldehydgehalt über diesem Wert liegt. In diesem Falle ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, im Anschluß an die Stufe b) eine Nachbehandlung im stark alkalischen Bereich bei pH ≥ 11,0 und einer Temperatur zwischen 50 und 100 °C, vorzugsweise bei 60 bis 80 °C, durchzuführen. In der Regel muß pro Mol freisetzbaren Formaldehyd, der nach den Stufen a) und b) noch vorhanden ist, mindestens 0,5 Mol Hydroxid bspw. in Form von Natriumhydroxid verwendet werden. Anstelle von NaOH können natürlich auch andere übliche Hydroxide wie z. B. Calciumhydroxid eingesetzt werden. Diese stark alkalische Nachbehandlung, die bspw. auch in der EP 336 165 B1 beschrieben ist, dauert in der Regel so lange, bis der freie Formaldehydgehalt sich nicht mehr verändert bzw. einen bestimmten Grenzwert erreicht hat, was in der Regel nach 5 bis 60 Minuten der Fall ist.

Die erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte sind bei Raumtemperatur sowohl als Pulver als auch als Lösung mindestens 6 Monate bis 2 Jahre lagerstabil.

Aufgrund ihrer suspensionsstabilisierenden Eigenschaften eignen sich die hochviskosen Kondensationsprodukte entsprechend der vorliegenden Erfindung hervorragend als Zusatzmittel für hydraulisch erhärtende Baustoffmischungen, wie z. B. Beton, Mörtel, Gips und Anhydrit etc., wobei sie sich besonders gut mit den üblichen Fließmitteln insbesondere auf Basis von sulfonierten Melamin-Formaldehyd-Harzen (bevorzugtes Mengenverhältnis 5 : 1 bis 1 : 5), aber auch mit Naphthalinharzen bzw. polymeren Fließmitteln auf Acrylat- und Vinylbasis kombinieren lassen. Vorzugsweise werden sie hierbei in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der jeweiligen anorganischen Bindemittelsuspension eingesetzt.

Darüberhinaus können die erfindungsgemäßen Produkte generell zur Stabilisierung wäßriger Dispersionen, Emulsionen und Suspensionen wie z. B. von Polymer- und Reaktivharzdispersionen, filmbildenden Polymerdispersionen und Dispersionsfarben, Reaktivharzemulsionen und Pigmentsuspensionen eingesetzt werden.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.

Beispiele

Allgemeine Vorschrift:

In einem 2 Liter Dreihalskolben mit Rührer, Rückflußkühler und Tropftrichter werden Melamin, Formaldehyd sowie Wasser I vorgelegt und mit Natronlauge I alkalisch gestellt.

Im Falle der teilweisen Substitution des Melamins durch andere Aminoplastbildner werden diese zusammen mit dem Melamin eingetragen. Im Falle der teilweisen Substitution des Formaldehyds durch andere Aldehyde gelangen diese zusammen mit dem Formalin zum Einsatz.

Anschließend wird das Sulfit portionsweise in die Reaktionslösung eingetragen und diese dann auf 70 bis 80 °C aufgeheizt. Sobald kein Sulfit mehr nachweisbar ist, wird die Lösung ggf. zunächst durch Eintrag der Sulfon- bzw. Carbonsäuren sauer gestellt, worauf sich dann die Zugabe der Schwefelsäure anschließt. Wird keine Sulfon- bzw. Carbonsäure eingesetzt, so wird nur mit Schwefelsäure sauer gestellt. Anschließend wird mit Wasser II zur Kondensation abgedünnt.

Man kondensiert bei 80 °C bis die Viskosität einer auf pH-Werte von 8 bis 13 alkalisch gestellten und auf 20 Gew.-% Feststoffgehalt verdünnten Lösung die in Tabelle 2 angegeben Werte erreicht hat. Anschließend wird der gesamte Ansatz mit Natronlauge II alkalisch gestellt.

Anwendungsbeispiele Anwendungsbeispiel 1

Sedimentations- und Entmischungserscheinungen können an erhärtenden Mörteln durch vertikales Spalten oder Sägen geeigneter Probekörper entlang der Mittelachse festgestellt werden. Die Prüfung erfolgt dabei nach Augenschein bzw. durch Auszählen des Grobkorns in gleich großen unteren und oberen Bereichen. Zu diesem Zweck wurde eine Vergußmörtelrezeptur nach Tabelle 3a hergestellt.

Als Fließmittel wurde Melment L10R der SKW Trostberg verwendet. Denka CSA 20 ist ein handelsübliches Expansionsadditiv auf Calciumsulfoaluminatbasis. Der als Zuschlag eingesetzte Sand wurde durch separate Einwaage der einzelnen Korngrößenfraktionen (vgl. Tabelle 4) in jeweils identischer Korngrößenverteilung eingesetzt.

Die Mörtel wurden nach Tabelle 3a angemacht, wobei durch Variation des W/Z-Wertes auf gleiche Konsistenz (Fließmaß, Hägermann-Trichter) eingestellt wurde.

Nach dem Erhärten wurden die zylindrischen Probekörper vertikal zersägt ( und ).

Das Schliffbild zeigt, daß beim Kontrollversuch () starke Sedimentation insbesondere des Grobkorns eingetreten ist.

Durch Zusatz des erfindungsgemäßen Kondensationsprodukts nach Herstellungsbeispiel 2 konnte eine wesentlich homogenere Verteilung der Zuschlagstoffe bei gleicher Mörtelkonsistenz erzielt werden ().

Anwendungsbeispiel 2a

Der Nachweis der sedimentationsverhindernden Wirkung wurde ebenfalls in einer Fließestrichrezeptur auf Basis eines großtechnischen REA-Anhydrits (Rauchgasentschwefelungs-Anhydrit) erbracht. Die maximale Korngröße dieses Anhydrits war < 100 &mgr;m (0,1 mm), wobei 50 % eine Korngröße < 21 &mgr;m und 90 % < 54 &mgr;m besaßen. Als Anreger wurde Kaliumsulfat verwendet.

Der als Zuschlag eingesetzte Sand wurde gemäß Tabelle 4 in die einzelnen Korngrößenfraktionen ausgesiebt. Jede Fraktion wurde einzeln eingewogen, um Entmischungsfehler auszuschließen.

Der Fließestrich setzte sich nach Tabelle 5 zusammen. Das Anmischen erfolgte nach dem RILEM CEM Mischprogramm (DIN 1164). Alle Mischungen wurden durch Variation der Anmachwassermenge auf gleiche Konsistenz eingestellt. Als Anreger wurde Kaliumsulfat (1 Gew.-% bezogen auf Anhydrit) verwendet, als Fließmittel Melment L10R der SKW Trostberg AG (1 Gew.-% bezogen auf Anhydrit).

Die erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte nach den Herstellungsbeispielen 2 und 12 wurden mit 0,5 Gew.-% bezogen auf Anhydrit dosiert. Die Einstellung gleicher Konsistenz wurde durch Variation des Wasser/Anhydrit-Werts vorgenommen und durch Fließmaßmessungen (Hägermann-Trichter) überprüft.

Nach dem Anmachen wurde die Fließestrichmischung in längsseitig zerlegbare, zylindrische Edelstahlformen (Höhe 15,2 cm; Durchmesser 7,6 cm, Volumen 690 ml) eingefüllt und dort 20 Stunden bis zur Ausbildung einer plastischen Konsistenz belassen, jedoch nicht gehärtet. Nach Erreichen der plastischen Konsistenz konnte ausgeschalt werden. Man erhielt standfeste zylindrische Probekörper, die mit Hilfe eines großen Laborspatels ohne großen Kraftaufwand horizontal in 2 gleichgroße Hälften (obere und untere Hälfte) geteilt werden konnten.

Unmittelbar darauf wurde jede Hälfte für sich quantitativ unter fließendem Wasser über einen Siebsatz (Maschenweite > 4 bis 0,125 mm, vgl. Tabelle 4) digeriert. Dabei wurde der gesamte Anhydritanteil aufgrund seiner kleinen Partikelgröße ausgewaschen, so daß nur der eingesetzte Sand nach Korngrößen fraktioniert übrigblieb. Nach dem Trocknen auf Gewichtskonstanz wurden die einzelnen Siebinhalte ausgewogen, pro Korngrößenfraktion auf 100 % normiert und im Vergleich "obere Hälfte" zu "untere Hälfte" in Beziehung gesetzt (Tabelle 6).

Während sich beim Kontrollversuch 73,5 % der Sandfraktion mit Korngrößen > 4 mm in die untere Hälfte des Probekörpers abgesetzt hatten und nur 26,5 % in der oberen Hälfte verblieben, so betragen diese Werte für die beiden mit den erfindungsgemäßen Kondensationsprodukten nach Herstellungsbeispielen 2 und 12 formulierten Proben 58,2 % (unten) zu 41,8 % (oben) bzw. 59,1 % (unten) zu 40,9 % (oben).

Eine analoge Verteilung ergibt sich beim Sand der Korngröße 2 bis 4 mm, bei dem ebenfalls die beiden mit den erfindungsgemäßen Produkten versetzten Versuche näher an der idealen 50/50-Verteilung (oben/unten) liegen als der Kontrollversuch.

Das Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte die Sedimentation der großen Zuschlagteilchen (2 bis 4 mm und > 4 mm) deutlich verringern.

Anwendungsbeispiel 2b

Um die sedimentative Schichtung des Fließestrichs einschließlich des Feinanteils (Anhydrit) zu bestimmen, wurden in analoger Weise zu Beispiel 2a erneut zylindrische Probekörper angefertigt, diesmal aber zur Erhärtung gebracht.

Nach vollständiger Erhärtung (10 Tage bei 20 °C, dann weitere 3 Tage bei 40 °C bis zur Gewichtskonstanz) wurden die Probekörper vertikal zersägt ( und ).

Das Schliffbild zeigt in Übereinstimmung mit dem vorhergehenden Versuch, daß beim Kontrollbeispiel () starke Sedimentation des Zuschlags eingetreten ist. Die größeren Sandkörner sind dabei als Partikel gut zu erkennen. Das starke Sedimentieren der im Vergleich zum Anhydrit größeren Sandkörner führt zwangsläufig zur Ausbildung einer deutlich abgesetzten Feinanteilschicht an der Oberseite des Probekörpers, die im wesentlichen aus Anhydrit besteht.

Durch Zusatz der erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte (hergestellt nach Beispiel 12) wird die Ausbildung einer solchen Feinanteilschicht an der Oberseite völlig verhindert (). Stattdessen zeigt das Schliffbild über die gesamte Schnittfläche des Probekörpers eine gut homogene Verteilung von Bindemittel und Zuschlag.

Aufschwimmende Feinanteilschichten wie im Kontrollbeispiel () abgebildet, werden als Hautbildung bezeichnet. Sie führen beim Verlegen von Anhydritfließestrich zu großen Problemen, da sie einerseits durch ihre Dichtigkeit und Härte (hoher Bindemittelanteil) den Trocknungsverlauf signifikant verzögern, so daß keine weitere Belegung oder Beschichtung des Estrichs, z. B. mit Fliesen, Reaktionsharzen oder Teppichböden, erfolgen kann.

Andererseits neigen sie aufgrund fehlender Magerung (d. h. fehlenden Sands, Zuschlaganteils) zu Sprödigkeit und damit zu Spannungsrissen. In der Praxis müssen solche Feinanteilschichten deswegen häufig mit hohem Kostenaufwand abgeschliffen werden.

Anwendungsbeispiel 2c

Der Nachweis, daß die erfindungsgemäßen Harze ihre sedimentationsverhindernde Wirkung ohne Verdickung der Bindemittelsuspension entfalten, wurde durch die Bestimmung des zeitabhängigen Fließmaßes geführt. Zum Einsatz kam die Rezeptur nach Tabelle 5 (Kontrollbeispiel und Fließestrich mit Zusatz nach Herstellungsbeispiel 12). Das Fließmaß wurde nach üblicher Praxismethode mit dem Hägermann-Trichter bestimmt, wobei nach dem Abheben des Trichters der Durchmesser des auf einer Glasplatte auseinandergelaufenen Mörtels gemessen wird. Die für die zeitabhängige Messung eingesetzte Mischung wurde vor jeder Messung erneut eine Minute aufgerührt und zwischen den Messungen abgedeckt aufbewahrt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefaßt.

Während beim Kontrollbeispiel an den Rändern des Mörtelkuchens teilweise Wasserseparation (Bluten) auftrat, zeigte die mit dem erfindungsgemäßen Kondensationsprodukt versetzte Fließestrichmischung über den gesamten Zeitraum einen sämigen und zusammenhängenden Verlauf ohne Entmischungserscheinungen.

Anwendungsbeispiel 2d

Zum Nachweis, daß die erfindungsgemäßen Produkte den Trocknungsverlauf von Anhydritfließestrichen deutlich verbessern, wurde das Austrocknungsverhalten von Probekörpern über einen Zeitraum von 4 Wochen verfolgt.

Zum Einsatz kamen eingeschalte Probekörper der Dimension 22,5 × 15,0 × 4,7 cm (Länge/Breite/Höhe), wobei eine Wasserabgabe nur durch die nicht eingeschalte Oberfläche (337,5 cm2) möglich war.

Der dazu verwendete Testmörtel hatte folgende Zusammensetzung (Tabelle 8):

Die Konsistenz des Kontrollversuchs und des Versuchs mit dem erfindungsgemäßen Produkt nach Herstellungsbeispiel 12 wurde durch Variation des Wasser/Anhydritwerts auf gleiche Werte eingestellt (Tabelle 8b).

Die Probekörper wurden bei konstanten Bedingungen (20 °C, 65 % relative Luftfeuchtigkeit) gelagert und der durch Austrocknen entstehende Wasserverlust durch tägliches Wiegen über einen Zeitraum von 27 Tagen bestimmt.

Nach 4 Wochen wurde bei 40 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Anhand dieses Wertes wurde der kumulierte prozentuale Wasserverlust berechnet und in Tabelle 9 als Restwassergehalt, bezogen auf den Gesamtgehalt nichtgebundenen Wassers, gegenübergestellt.

Das Beispiel zeigt, daß der mit dem erfindungsgemäßen Produkt nach Herstellungsbeispiel 12 versetzte Anhydritfließestrich ein weitaus besseres Austrocknungsverhalten besitzt. Bereits nach 6 Tagen setzt eine beschleunigte Wasserabgabe ein. Nach 27 Tagen ist der verbleibende Restwassergehalt mit 10,1 % deutlich geringer als mit 30,6 % beim Kontrollversuch.

Anwendungsbeispiel 3

Das Beispiel beschreibt die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Produkte gegen Absonderung von Anmachwasser an Mörteloberflächen (Bluten).

Der Test für Zementleim wurde nach den Richtlinien für die Erteilung von Zulassungen für Betonzusatzmittel, Fassung Juni 1993, Abs. 7.5.1.4: Wirksamkeit von Stabilisierern (ST) durchgeführt.

Dazu wurden 0,9 l der Zementleimmischung mit einem Wasser/Zement-Wert (W/Z) von 0,6 in einen 1-Liter-Meßzylinder eingefüllt. Die Absonderung von Wasser wurde nach 0,5, 2 und 5 Stunden registriert. Die Dosierung der erfindungsgemäßen Produkte nach den Herstellungsbeispielen 3 und 4 betrug jeweils 0,5 Gew.-% bezogen auf Zement. Verwendeter Zement: HOZ 35 L HS NW Na Montafirm

Das Beispiel zeigt die Reduzierung des Blutwassers durch die erfindungsgemäßen Produkte im Wirksamkeitstest für zementgebundene Mörtel und Betone.

Anwendungsbeispiel 4

In analoger Weise wurden die stabilisierenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte in einer REA-Anhydrit-Sand-Abmischung getestet (Zusammensetzung siehe Tabelle 11). Als Fließmittel wurde Melment L10R verwendet, als stabilisierender Zusatz ein Kondensationsprodukt entsprechend dem Herstellungsbeispiel 9.

Während Beispiel 4a den gleichen Wasser/Bindemittelwert wie der Kontrollversuch aufweist, wurde in Beispiel 4b durch vermehrten Wasserzusatz auf gleiche Konsistenz eingestellt.

Es wurden 900 cm3 der Mörtelmasse in 1 l-Standzylinder eingefüllt und das sich absondernde Blutwasser nach 30 Minuten sowie nach 1, 2 und 5 Stunden gemessen (Tabelle 12).

Das Beispiel zeigt die stabilisierende Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Produkte in REA-Anhydrit-Abmischungen.

Anwendungsbeispiel 5

Die Härtung mineralischer Baustoffe wird in der Regel durch Messung der Oberflächenhärte oder der Druckfestigkeit von Probekörpern (z. B. 10 × 10 cm Würfel) bestimmt. Beispiel 5 weist nach, daß die erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte den Härtungsverlauf zementärer oder Anhydrit-basierender Bindemittel nicht negativ beeinflussen.

Die Bestimmung der Druckfestigkeit und der Shore D-Härte erfolgte an Anhydrit-Abmischungen nach Tabelle 11, Beispiel 4a (gleicher W/Z wie beim Kontrollversuch). Zum Einsatz kam das Produkt hergestellt nach Beispiel 2. Die Werte sind in Tabelle 13 aufgelistet.

Das Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäßen Produkte keinerlei Luft in die Mischung eintragen. Die Rohdichte wird nicht reduziert. Darüberhinaus weisen die Produkte keine abbindeverzögernden Eigenschaften auf.

Die abbindeneutralen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte auch gegenüber zementären Systemen wurden durch die Messung der Hydratationswärme von Portlandzement PZ 35 F bei einem W/Z von 0,35 nachgewiesen.

Eine Abbindeverzögerung würde sich durch niedrigeres Temperaturmaximum und späteres Auftreten dieses Maximums zeigen.

Anwendungsbeispiele 6 und 7 Wasserrückhaltung

Die Rückhaltung (Wasserretention) von Anmachwasser in Mörtel- oder Betonmischungen ist ein in der Bauindustrie häufig auftretendes Problem. Insbesondere bei Mörtelanwendungen in dünnen Schichten, wie sie beim Einsatz von sogenannten Ausgleichsmassen oder etwa Fließenklebern auf Zementbasis vorkommen, besteht die Gefahr der Austrocknung des Mörtels ("Verdursten") durch die großen Oberflächen.

Zur Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens wird eine Mörtelmischung in Anlehnung an DIN 1164 hergestellt. Die Menge des Anmachwassers wird so gewählt, daß man auf dem Ausbreittisch ein Ausbreitmaß von 18 ± 1 cm erhält. Flüssige Zusätze werden dem Anmachwasser und feste Zusätze dem Bindemittel beigemischt.

Der so hergestellte Mörtel wird sofort nach Bestimmung des Ausbreitmaßes in die vorher mit einem angefeuchteten Filterpapier (Schleicher & Schüll Nr. 1574, mittelschnell, ø 17 cm) ausgelegte und gewogene Nutsche eingefüllt und mit einem Abstreichlineal bündig abgestrichen. Das gefüllte Nutschenoberteil wird nun erneut gewogen und dann an eine Saugflasche angeschlossen. Es wird genau 2 Minuten mit einem Druck von 250 mbar abgesaugt. Anschließend wird das Gewicht der Nutsche mit dem abgesaugten Mörtel wiederum bestimmt. Das im Mörtel verbliebene Wasser (Wasserrückhaltevermögen) wird in % angegeben.

  • W
    = Wasserrückhaltevermögen in %
    G0
    = Gewicht der leeren Nutsche + angefeuchtetes Filter
    G1
    = Gewicht der Nutsche vor dem Absaugen
    G2
    = Gewicht der Nutsche nach dem Absaugen
    M
    = Gewicht der Gesamtmörtelmischung
    w
    = Gewicht des Anmachwassers

Anwendungsbeispiel 6

Die Mörtelrezeptur ist in Tabelle 15 angegeben, die Testwerte des Wasserrückhaltetests sind in Tabelle 16 aufgelistet.

Neben der Absaugmethode kann das Wasserrückhaltevermögen auch in Mörteln oder Zementleimen getestet werden, die für Mauerputze, Gasbetonverklebungen oder Dichtmassen auf stark saugenden Untergründen eingesetzt werden. Dies soll durch die Verklebung von Gasbetonwürfeln mit Zementleim gezeigt werden.

Anwendungsbeispiel 7

Zu 100 g Portlandzement PZ 35 F werden 4 M.-% (Feststoff) des Zusatzmittels zugegeben. Nun fügt man soviel Wasser hinzu bis insgesamt ein Wassergehalt von 36 M.-% erreicht ist. Das Wasser der Prüflösung, falls flüssig dosiert, ist zu berücksichtigen. Anschließend wird der Zementleim 30 bis 60 Sekunden intensiv gerührt. Mit dem so erhaltenen Zementleim setzt man jeweils 3 Verklebungen mit den luftgetrockneten, staubfreien Gasbetonwürfeln an.

Ein Teil des Zementleims wird auf die Stirnfläche eines Gasbetonwürfels aufgebracht und ein zweiter Gasbetonwürfel auf den Zementleim gedrückt. Nach 24 Stunden erfolgt die Prüfung der Verklebung durch Auseinanderbrechen von Hand. Die Bewertung wird nach dem Bruchbild vorgenommen, wobei nur Klebewirkungen von 4 bis 6 für die Praxis geeignet sind. Klebewirkung 6 Bruch im Gasbeton bzw. nicht auseinanderzubrechen Klebewirkung 5–6 Bruch teils im Gasbeton, teils in der Fuge Klebewirkung 5 Bruch in der Fuge, sehr schwer zu brechen Klebewirkung 4 Bruch in der Fuge, schwer zu brechen Klebewirkung 3 Bruch in der Fuge, leicht zu brechen Klebewirkung 2 Fast keine Haftung Klebewirkung 1 Keine Haftung

Zementleime mit guter Wasserretention geben kein Wasser an den saugfähigen Gasbeton ab und zeigen daher hohe Klebewirkungen. Wird das Wasser aus dem Zementleim in den Haftgrund gesaugt, dann kann der Zement nicht mehr vollständig abbinden und es tritt keine Verklebung ein (Kontrollversuch).

Die Beispiele 6 und 7 zeigen die wasserrückhaltenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kondensationsprodukte.

Anwendungsbeispiel 8 Zusammenhaltevermögen

Beim Betonieren unter Wasser darf kein Auswaschen oder Zerfall des Betons eintreten, da sonst die erforderlichen Druckfestigkeiten nicht erreicht werden.

Die Einbringung in die Schalung erfolgt häufig in freiem Fall und kann durch einen Falltest in Wasser simuliert werden. Dazu werden 100 Gew.-Teile einer homogenen Trockenmischung aus 450 Gew.-Teilen Portlandzement der Festigkeitsklasse Z 45 F entsprechend der deutschen Norm DIN 1164 und 1 350 g Normensand mit der Wassermenge, die notwendig ist, um später aus dem Mörtel eine kompakte Kugel mit gutem Zusammenhaltevermögen zu erhalten, 1 Minute lang in einer Porzellankasserole innig verrührt, anschließend 10 Minuten belassen und dann erneut 1 Minute intensiv aufgerührt.

Aus dem so erhaltenen Mörtel formt man eine Kugel, bestimmt ihr Gewicht und läßt sie in einem 1 l-Meßzylinder, welcher mit Leitungswasser bis zur 1 l-Marke gefüllt ist und in der Höhe und im Durchmesser 33 cm bzw. 6 cm mißt, durch das Wasser auf den Boden des Meßzylinders fallen. Dann stürzt man das Gefäß auf den Kopf, läßt die Kugel zu der mit einer Hand verschlossenen Öffnung des Meßzylinders zurückfallen und nimmt sie heraus. Durch Wiegen der Kugel stellt man den Gewichtsverlust im Vergleich zur Kugel vor dem Fallversuch im Wasser fest.

Ein Mörtel mit gutem Zusammenhalt zeigt minimalen Gewichtsverlust durch Ausschwemmung, außerdem bleibt das Wasser im Meßzylinder während des Kugelfalls weitgehend klar. Die Prüfung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels erfolgte nach der beschriebenen Methode. Dazu wurden Mörtel hergestellt, bei denen jeweils 1,7 Gew.-Teile der pulverförmigen Additive nach den Herstellungsbeispielen 8 und 9 im Anmachwasser gelöst waren. Die Ergebnisse der Fallversuche sind in Tabelle 18 aufgelistet.

Die Beispiele belegen das gute Zusammenhaltevermögen von Mörteln für Unterwasserbeton, wie sie mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kondensate hergestellt werden können.


Anspruch[de]
Hochviskose Sulfonsäuregruppen enthaltende Kondensationsprodukte auf Basis von Amino-s-triazinen mit wenigstens 2 Aminogruppen, welche dadurch hergestellt worden sind, daß man

a) Amino-s-triazin, Formaldehyd und Sulfit im Molverhältnis 1 : 1,9 bis 2,9 : 0,7 bis 1,3 in wäßriger Lösung bei einem pH-Wert von 9,0 bis 12,0 und einer Temperatur von 50 bis 90 °C so lange kondensiert, bis das Sulfit nicht mehr nachweisbar ist und

b) anschließend bei einem pH-Wert von 2,0 bis 5,0 und einer Temperatur von 50 bis 100 °C so lange weiterkondensiert, bis die Viskosität einer auf pH-Wert 8,0 bis 13,0 alkalisch gestellten und einen Feststoffgehalt von 20 Gew.-% aufweisenden wäßrigen Lösung Werte von 500 bis 100 000 mPa·s bei 20 °C besitzt.
Kondensationsprodukte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Amino-s-triazin Melamin eingesetzt wurde. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis Amino-s-triazin zu Formaldehyd zu Sulfit 1 : 2,0 bis 2,3 : 0,9 bis 1,1 beträgt. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtkonzentration der Reaktionskomponenten in der wäßrigen Lösung so eingestellt wurde, daß das Kondensationsprodukt mit einem Feststoffgehalt von 5 bis 25 Gew.-% anfällt. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert in der ersten Stufe auf 10,5 bis 11,5 eingestellt wurde. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reaktionsstufe bei Temperaturen von 60 bis 80 °C durchgeführt wurde. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 50 Mol-% des Formaldehyds durch Acetaldehyd und/oder Glyoxylsäure ersetzt wurden. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 50 Mol-% des Sulfits durch eine reaktive Aminosulfonsäure, Amidosulfonsäure und/oder Aminocarbonsäure ersetzt worden sind. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert in der zweiten Stufe auf 3,0 bis 4,5 eingestellt wurde. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Reaktionsstufe b) zur Reduzierung des freien Formaldehydgehaltes das Kondensationsprodukt in stark alkalischem Bereich bei pH ≥ 11,0 und einer Temperatur von 50 bis 100 °C, vorzugsweise bei 60 bis 80 °C, einer Nachbehandlung unterworfen wurde. Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität einer auf pH-Wert 8,0 bis 13,0 alkalisch gestellten und einen Feststoffgehalt von 20 Gew.-% aufweisenden wäßrigen Lösung bei 20 °C 1 000 bis 50 000 mPa·s beträgt. Verwendung der Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 1 bis 11 zur Stabilisierung von wäßrigen Suspensionen, insbesondere anorganischen Bindemittelsuspensionen, in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-% bezogen auf den Feststoffgehalt der jeweiligen wäßrigen Suspension. Verwendung der Kondensationsprodukte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf den Feststoffgehalt der wäßrigen Suspension eingesetzt werden. Verwendung der Kondensationsprodukte nach den Ansprüchen 12 und 13 in Kombination mit den üblichen Fließmitteln, insbesondere auf Basis von sulfonierten Melamin-Formaldehyd-Harzen. Verwendung der Kondensationsprodukte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Gewichtsverhältnis von 5 : 1 bis 1 : 5 bezogen auf die sulfonierten Melamin-Formaldehyd-Harze eingesetzt werden.






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