C04B11 - Цементи на основі сульфату кальцію
Власники патенту RU 2383507:
БК ДЖІУЛІНІ ГмбХ (DE)
Винахід відноситься до способу уповільнення схоплювання гіпсу і приготувань з гіпсом, а також до складу для здійснення цього способу. Спосіб уповільнення схоплювання гіпсу і приготувань з гіпсом включає додавання хімічної речовини наступного складу: а) винна кислота в кількості, щонайменше, від 0,01 до 1,0 мас.%, В перерахунку на кількість гіпсу; b) тріметафосфат натрію в кількості від 0,05 до 0,5 мас.%, в перерахунку на кількість гіпсу; с) при необхідності, поліфосфат натрію із середньою довжиною ланцюга, щонайменше, від 4 до 50 одиниць фосфату. Гіпс і приготування з гіпсом містять вищевказані компоненти. Технічний результат - поліпшення регулювання процесу тужавлення на його кінцевій стадії, збільшення часу обробки. Винахід розвинене в залежних пунктах формули. 2 н. і 2 з.п. ф-ли, 4 іл.
Запропоноване винахід відноситься до способу уповільнення схоплювання гіпсу і приготувань з гіпсом, а також до складу для здійснення даного способу.
Область застосування винаходу
У будівельній справі переробляють велику кількість гіпсу і приготувань з гіпсу.
До будівельних гіпсу відносяться оздоблювальний гіпс, алебастр, які можна застосовувати з різними добавками для досягнення ними певних властивостей.
Оздоблювальний гіпс являє собою β-напівгідрат і застосовується, в основному, для отримання гіпсокартонних плит, гіпсових будівельних панелей, внутрішніх штукатурок, таких як обробна штукатурка і ін.
Алебастр складається з продуктів дегідратації дигидрата сульфату кальцію в області високих і низьких температур, зокрема ангідриту II і β-напівгідрату.
Цей гіпс також застосовують для отримання внутрішніх штукатурок. Він трохи вигідніше, так як дещо повільніше схоплюється і його можна більш тривалий час обробляти, ніж обробний гіпс.
Відносно короткий час схоплювання оздоблювального гіпсу і алебастру давно спонукало шукати присадки, за допомогою яких на місці можна було обробляти більшу кількість сумішей, не прив'язуючись при цьому до короткого часу циклу.
Час обробки гіпсу триває між початком жорсткості (VB) і закінченням жорсткості (VE). Характеристику схоплювання можна визначити за допомогою звільненій гідратаціонной теплоти (хоча опосередковано і неточно; см. Hans-Bertram Fischer, Martin Werner: Hydratationsverhalten von Gipsmischungen, Stuck, Putz, Trockenbau, 9/94, стр.16-22), а також за методом Віка, DIN (Німецький промисловий стандарт) 1 168 ч. 2 або за допомогою ультразвукових вимірювань Con. Chem. - Journal, 4 Jahrgang 3/96.
Відомі сповільнювачі схоплювання можна розділити по суті на три групи:
а) полімери / сополімери на основі акрилату, описані, наприклад, в патенті ЕР 1270530;
b) різні фосфатні солі, описані, наприклад, в патенті US 5,746,822;
с) карбонові кислоти та їх похідні, описані, наприклад, в DE PS 2226943.
У DE PS 2226943 описується вплив органічних речовин, перш за все органічних кислот плодів, винної кислоти і яблучної кислоти на характер схоплювання гіпсу. В рамках цього винаходу було виявлено, що добавка 0,1 мас.% Сповільнювача, в перерахунку на кількість гіпсу, уповільнює час затвердіння, щонайменше, на 10 хвилин. Тут описується також і інша добавка, полімеризований гліоксал, який додають в суміш приблизно в рівних кількостях. Описані тут суміші уповільнюють лише початок схоплювання гіпсу. Однак необхідно також управляти всім процесом, тобто як початком схоплювання, так і його закінченням.
У книзі Zement, Kalk, Gips, 1988, стр.309 ff описано дію різних сполук як сповільнювачі в залежності від показника рН.
Було встановлено, що уповільнення схоплювання винної кислоти і солей винної кислоти дуже добре відбувається в високолужних середовищі. Тут проводили тест з винною кислотою в кількості 0,2 мас.%, В перерахунку на кількість гіпсу. Суміші з фосфатами тут не описувалися і не тестувалися.
З патенту DE 10017133 відомий інший спосіб уповільнення зчеплення гіпсу і приготувань з гіпсу, який відрізняється тим, що додають 0,001-1 вага.%, В перерахунку на вагу гіпсу, щонайменше, одного полімеру з повторюваними одиницями сукцініл. Полімер може бути поліаспарагіновой кислотою або полісукцінімідом або однієї з них солей і має молекулярну вагу від 500 до 10.000, переважно від 1000 до 5000. Дія цих полімерів дуже гарне, різниця між початком схоплювання і закінченням схоплювання становить 25 хвилин при чистому бета-напівгідрату в кількості 0,03 вагу.%.
У патенті US 5,746,822 описується маса для ущільнення швів для цементу, який також містить в якості наповнювача напівгідрат сульфату кальцію. Для того щоб мати можливість регулювати час обробки, ця маса містить інші добавки, серед яких є і фосфати, які уповільнюють схоплювання маси в присутності води. У п.2 описуються фосфатні солі, які підходять для уповільнення зчеплення, наприклад фосфат цинку, тетрапірофосфат натрію, поліфосфат натрію, монофосфат амонію і одноосновної фосфат калію. Циклічний тріметафосфат натрію Тут немає жодної згадки і не є предметом винаходу.
У патенті US 6,342,284 описується отримання гіпсокартонних плит. Завдання винаходу полягала в поліпшенні механічної стабільності гіпсокартонних плит при тривалих навантаженнях. У цьому винаході проводилися тести з різними фосфатними солями. Були приготовлені гіпсові суміші, які містили як напівгідрат сульфату кальцію, дигідрат сульфату кальцію, а також ангідрит в поєднанні з різними фосфатними солями. Згідно прикладу 1 були отримані гіпсові суміші, серед іншого також і з тріметафосфатом натрію (STMP). У таблиці 2 наводилися дослідження міцності продуктів на стиск. Було знайдено, що добавки STMP мали особливо гарне дію відносно міцності плит на стиск. У таблиці 2 були наведені результати тестування із сумішами механічної стабільності плит, виготовлених з такими гіпсовими сумішами. Також і тут суміш, яка містить STMP, була особливо гарна. Гіпсові плити оброблялися в ряді наступних тестів додатково розчинами STMP. Розчини розбризкували на поверхню дигидрата сульфату кальцію і знову висушували. На фіг.5 можна бачити чудове дію STMP щодо «sag deflektion», тобто міцності плит на вигин. І хоча STMP в ряді механічних тестів з плитами показав себе дуже добре, було встановлено (колонка 4, рядок 42 ff), що STMP не володіє сповільнює схоплювання дією, тобто частка перетворення кальцинованого гіпсу в дигідрат сульфату кальцію не зростає. Таким чином, ця дія з патенту US 6,342,284 можна запозичувати, навпаки, така дія навіть чітко заперечувалося.
Завданням запропонованого винаходу є об'єднання кількох ефективного сповільнювача схоплювання для гіпсу і приготувань з гіпсом, таких як алебастр машинного виготовлення, гіпсова штукатурка ручного виготовлення, REA гіпс, а також природний гіпс.
Крім цього, завдання винаходу полягає в тому, щоб доповнити або замінити відомі стандартні сповільнювачі, такі як винна кислота або поліфосфати, іншими ефективними продуктами. Істотною частиною постановки задачі була, перш за все, можливість кращого регулювання процесу тужавлення, зокрема на кінцевій стадії схоплювання. Переробнику має залишатися більше часу для переробки.
Грунтуючись на описаних вище технічних рішеннях, несподіваним стало те, що винахідник запропонованого винаходу встановив, що є можливість поєднання стандартного сповільнювач - винної кислоти - з сумішшю фосфатних солей, причому, з одного боку, можна значно скоротити кількість винної кислоти, а з іншого боку, вдалося регулювати процес схоплювання, зокрема на його кінцевій стадії, і спеціально вирівняти характеристику кривої під час схоплювання. Таким чином, переробнику залишається більше часу на переробку на кінцевій стадії процесу схоплювання.
Запропонований відповідно до винаходом спосіб відрізняється тим, що для уповільнення схоплювання гіпсу і приготувань з гіпсом використовують склад, що включає наступні компоненти:
а) винну кислоту в кількості, щонайменше, від 0,01 до 1,0 мас.%, в перерахунку на кількість гіпсу;
b) тріметафосфат натрію в кількості від 0,05 до 0,5 мас.%, в перерахунку на кількість гіпсу;
с) при необхідності, поліфосфат натрію із середнім ступенем конденсації від n = 4 до n = 50, причому застосовують компонент (b), і, при необхідності, (с) в якості суміші фосфатної солі, а частка тріметафосфата натрію в суміші фосфатної солі становить , щонайменше, 50 вагових частин.
Компоненти (b) і, при необхідності, (с) змішують один з одним в сухому стані і додають для уповільнення зчеплення в гіпс у вигляді дрібнозернистого порошку з розподілом розмірів зерен, щонайменше, в 95% компонента менше, ніж 200 мкм. Потім гіпс змішують звичайним способом з водою і піддають подальшій обробці.
Вибір тріметафосфата натрію з числа відомих фосфатів відповідає новизні і винахідливому рівню. При вирішенні поставленого завдання щодо знаходження іншого фосфатвмісними сповільнювач схоплювання заявник не зміг знайти жодних відомостей з відомих винаходів.
Компонент с) поліфосфат натрію являє собою конденсований фосфат з довжиною ланцюга, щонайменше, від 4 до 50, тобто від 4 до 50 одиниць фосфату з'єднані між собою нормальною ланцюгом.
Що застосовується відповідно до винаходу з'єднання являє собою тріметафосфат натрію загальної формули Na3 (P3 O9), циклічний фосфат з CAS №7785-84-4 і є в продажу, а також у фірмі ВК Giulini GmbH під типовим назвою Таргоній. Завдяки додаванню тріметафосфата натрію час обробки гіпсу значно збільшується. Це вплив було протестовано в технічних дослідах по застосуванню. Результати описуються нижче.
Технічні досліди із застосування і результати:
У цьому досвіді проводилися тести 3-х сумішей в стандартному гіпсі:
1) 0,065 мас.% Винної кислоти і 0,13 вагу.% Тетрапірофосфата натрію (для порівняння);
2) 0,065 мас.% Винної кислоти і 0,13 вагу.% Поліфосфатів натрію (для порівняння);
3) 0,065 мас.% Винної кислоти і 0,13 вагу.% Тріметафосфата натрію (відповідно до винаходу).
Суміш 1 не підходить, часу для обробки занадто мало, характер кривої занадто крутий. При використанні суміші 2 часу для обробки трохи більше, що можна визначити по рівнішою кривої. Особливо добре підходить суміш 3: характер кривої рівний, а час для уповільнення схоплювання на кінцевій стадії дуже вдалий. З сумішшю 3, що містить тріметафосфат натрію, досягається кращий результат.
У цьому досвіді гіпсову штукатурку ручного приготування змішували з трьома різними складами, сповільнюють схоплювання.
1) 0,065 мас.% Винної кислоти і 0,13 вагу.% Поліфосфатів натрію;
2) 0,065 мас.% Винної кислоти і 0,13 вагу.% Тріметафосфата натрію;
3) 0,065 мас.% Винної кислоти і 0,075 мас.% Тріметафосфата натрію.
Як показує цей досвід, суміш 2 дуже добре підходить, однак при зниженні кількості тріметафосфата натрію на 40% результат виявляється ще краще, ніж результат з сумішшю 1.
Змішували штукатурку машинного виготовлення з двома сумішами і досліджували час схоплювання.
1) 0,1 мас.% Винної кислоти і 0,14 вагу.% Поліфосфатів натрію;
2) 0,1 мас.% Винної кислоти і 0,14 вагу.% Тріметафосфата натрію.
Дія тріметафосфата натрію, спрямоване на уповільнення, явно краще, ніж дія полифосфата натрію в тій же кількості.
Інший тест зі штукатуркою машинного виготовлення проводили з наступними сумішами:
1) 0,14 вагу.% Винної кислоти і 0,11 вагу.% Поліфосфатів натрію;
2) 0,14 вагу.% Винної кислоти і 0,11 вагу.% Фосфатної солі згідно винаходу в поєднанні з 0,033 мас.% Поліфосфатів натрію і 0,077 мас.% Тріметафосфата натрію;
3) 0,1 мас.% Винної кислоти і 0,07 вагу.% Фосфатної солі згідно винаходу в поєднанні з 0,021 мас.% Поліфосфатів натрію і 0,049 мас.% Тріметафосфата натрію.
У поєднанні з винною кислотою як сповільнювачем в кількості не менше 0,1 мас.% Кількість тріметафосфата натрію можна зменшити навіть на 40% в порівнянні з кількістю полифосфата натрію, а процес схоплювання, перш за все щодо часу закінчення схоплювання, є оптимальним.
Всі використовувані в даному винаході фосфатні солі можна знайти в продажу.
Тетрапірофосфат натрію має формулу Na4 P2 O7 поліфосфат натрію - формулу Nan Pn O3n + 1. де n одно від 4 до 50, а тріметафосфат натрію має формулу (NaPO3) 3. Ці фосфати відносяться, серед інших, до винаходу. Вони являють собою всі без винятку дрібнозернистий порошок.
Відносно полифосфата натрію мова йде про конденсированном фосфаті, який виходить в результаті термічної конденсації при відщепленні води з кислих Монофосфат. Застосовувані в рамках даного винаходу солі мають ступінь конденсації n від 4 до 50. Ступінь конденсації показує, скільки Р-атомів присутній в молекулі в засобі.
Тріметафосфат натрію являє собою циклічний фосфат, який отримують шляхом охолодження відповідного поліфосфатного розплаву і наступного витримування при температурі вище 350 ° С. Спосіб отримання фосфатів не є предметом даного винаходу.
Винна кислота має формулу С4 Н6 ПРО6 і хімічне позначення 2,3-дігідроксібутандіановая кислота або також 2,3-дігідроксіянтарная кислота. Вона виступає в 3-х стереоізомерних формах. Вона є сильною кислотою, добре розчинної у воді. В рамках даного винаходу застосовується L-форма, використання інших стереоізомерів неможливо з технічних причин, ці сполуки не підходять.
Вимірювання характеристики схоплювання здійснюється ультразвуковим методом.
Цей метод заснований на тому, що швидкість звуку в досліджуваній суміші протягом всього процесу гідратації постійно зростає. Вимірювання проходить без руйнування і може застосовуватися також протягом довгого часу як завгодно часто. Ультразвуковий вимірювальний прилад підходить для вимірювання процесів схоплювання з наступних причин:
1. Після замішування досліджуваного матеріалу, наприклад штукатурки, гіпсу, будівельного розчину або бетону, швидкість звуку зростає внаслідок постійно зростаючого затвердіння і в кінці процесу схоплювання наближається до граничного значення.
2. Прилад працює з частотою звукових коливань приблизно 45 кГц, яка особливо добре підходить для вимірювання щодо неоднорідного матеріалу.
3. Прилад може зберігати в пам'яті приблизно 500 вимірів часу. Ці значення можна передавати після вимірювання в персональний комп'ютер, а з комп'ютера видавати у вигляді таблиць або графіків кривих.
1. Спосіб уповільнення схоплювання гіпсу і приготувань з гіпсом шляхом додавання хімічної речовини, що відрізняється тим, що в якості хімічної речовини використовують наступний склад:
а. винна кислота в кількості, щонайменше, від 0,01 до 1,0 мас.% у перерахунку на кількість гіпсу;
b. тріметафосфат натрію в кількості від 0,05 до 0,5 мас.% у перерахунку на кількість гіпсу;
с. при необхідності, поліфосфат натрію із середньою довжиною ланцюга, щонайменше, від 4 до 50 одиниць фосфату.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що компоненти b і / або з перемішують у сухому вигляді і у вигляді дрібнозернистого порошку з розподілом розмірів зерен, щонайменше, в 95% компонентів менше, ніж 200 мкм, додають в гіпс для уповільнення зчеплення.
3. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що використовують склад, в якому частка полифосфата натрію становить, щонайменше, 0,01 вагу.% У перерахунку на кількість гіпсу.
4. Гіпс і приготування з гіпсом містять компоненти, наведені в пп.1-3.