AT406048B - Verfahren zur herstellung eines flüssigen zusatzmittels auf der basis von wasserlöslichem welan gum - Google Patents

Description

AT 406 048 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzmittels auf der Basis von wasserlöslichein Welan Gum zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen.

Welan Gum ist ein mikrobielles Heteropolysaccharid mit glykosidisch gebundenen Acetylestergruppen, welches durch Fermentation von Kohlehydraten gewonnen wird. Die Struktur und Eigenschaften des Polysaccharides werden von Jansson P.E., Lindberg B. und Widmahn G. in Carbohydrate Research 139 (1985), 217-223 und Urbani, R. & Brant, A, in Carbohydrate Polymeres 11 (1989), 169-191 beschrieben.

Biopolymere, wie beispielsweise Welan Gum, werden im Zusammenhang mit der Verbesserung der Homogenität von Betonzubereitungen vorgeschlagen. Welan Gum zeichnet sich durch eine hohe Hydratationsgeschwindigkeit aus und führt daher zu einer relativ hohen und spontanen Wasseraufnahme unter Aufbau einer sehr hohen Viskosität bei Konzentrationen schon um 1 Gew.%. Beim Transport derartiger viskoser, jedoch niedrig konzentrierter Welan Gum-Lösungen in Wasser wird daher immer ein sehr hoher Wasseranteil mittransportiert, da die Grenzkonzentration für eine noch gut pumpbare wäßrige Welan Gum-Lösung bei ca. 2 Gew.% liegt.

Der Einsatz derartiger wasserlöslicher Biopolymere in wäßrigen Bindemittelsystemen erfolgt in erster Linie als Hydrokolloid, häufig gemeinsam mit Superverflüssigern, wie beispielsweise hochmolekularen Sulfonat-Derivaten.

Die stark rheologische Beeinflussung von wäßrigen Bindemittelsuspensionen durch wasserlösliches Welan Gum erfordert zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit relativ hohe Mengen weiterer Zusätze, insbesondere von Hochleistungsverflüssigern, wie z.B. Formaldehydkondensaten von sulfoniertem Naphthalin, sulfoniertem Melamin oder modifizieren Ligninsulfonaten sowie deren Derivaten und/oder Gemischen dieser oder ähnlicher Zusätze, wie z.B. Abbindeverzägerer, Abbindebeschleuniger, Schrumpfungskompensatoren.

Aufgrund der hohen und raschen Wasseraufnahme neigt feinkörniges Trockenpulver des Welan Gums beim unkontrollierten Vermischen mit Wasser zur Klumpenbildung und bei geringen Zusatzmengen zur inhomogenen Verteilung in wäßrigen Systemen.

In der US-PS 4,342,866 ist ein Verfahren zur Herstellung vom Welan Gum beschrieben. Die EP 505 096 B1 beschreibt ein weiter verbessertes Verfahren, nach welchem Welan Gum mit erhöhter Hydratationsgeschwindigkeit hergestellt werden kann.

Die erhöhte Hydratationsgeschwindigkeit führt nach den Angaben der EP 505 096 B1 einerseits dazu, daß derartiges Welan Gum zwar vorteilhaft als Feststoff mit trockenem Zement vermischt werden kann, worauf erst in der späteren Folge Wasser zugegeben wird. Die Herstellung von lagerfähigen homogenen Trockenmischungen von Welan Gum in Feststoffpulvern ist jedoch häufig problematisch und führt gerade bei hoher Hydratationsgeschwindigkeit dazu, daß eine Klumpenbildung nicht ausgeschlossen werden kann. Schwierigkeiten bei der exakten Dosierung und bei der homogenen Verteilung von schnell hydratisierendem Welan Gum sind insbesondere bei niedrigen Welan Gum-Konzentrationen bzw. -Zusatzmengen unter 0,1 Gew.% zu erwarten, wie sie in wäßrigen Bindemittelsuspensionen üblich sein können.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine vorteilhaftere und geeignetere Zusatzform von wasserlöslichem Welan Gum herzustellen, mit welcher es gelingt, ohne die Gefahr einer Klumpenbildung eine exaktere und reproduzierbarere Dosierung bei der Zubereitung von Bindemittel-Suspensionen zu gewährleisten und gleichzeitig sicherzustellen, daß wasserlösliches Welan Gum sehr schnell homogen verteilt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlich darin, daß wasserlösliches Welan Gum als feinkörniges Trockenpulver in einer wäßrigen Lösung dissoziierbarer Salze hoher Konzentration, insbesondere einer lyotropen Salzlösung dispergiert wird. Mit Vorteil werden dabei Alkali- bzw. Erdalkalisalze von Superverflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln unter starkem Rühren dispergiert, wobei der Mindestsalzgehalt (in Abhängigkeit von der Art der Ionen) in der wäßrigen Lösung in vorteilhafter Weise 20 Gew.% beträgt. Mit dieser Maßnahme wird der vorteilhafte Effekt der "Hofmeisterschen lyotropen Reihe” ausgenutzt. Für die Herstellung derartiger kolloidaler Dispersionen bzw. Suspensionen des Biopolymers werden die "lösemittel-entziehenden" Eigenschaften der Ionen der dissoziierbaren Salze und Superverflüssiger, beispielsweise der Na+- bzw. Ca++- und der Sulfonationen dazu benutzt, um nahezu das gesamte "freie Wasser" durch Hydratation der Ionen zu blockieren. Gleichzeitig treten die Ionen in Wechselwirkung mit den polaren Gruppen des Biopolymers.

Das zu derartig hochkonzentrierten Salzlösungen zugegebene an sich wasserlösliche Biopolymer kann daher nicht mehr gelöst, sondern nur noch angequollen und homogen dispergiert werden. Die zu erwartende Ausbildung eines hochviskosen und nicht pumpbaren Gels bei gleichzeitig hoher Biopolymerkonzentration findet nicht mehr statt. Es wird überraschenderweise eine noch gut pumpbare leicht bewegliche Flüssigkeit selbst bei Konzentrationen des wasserlöslichen Biopolymers von 5 bis über 15 Gew.% in H2Oerzielt. Eine derartige flüssige Zubereitung von wasserlöslichem Welan Gum in hochkonzentrierten 2

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Salzlösungen hat mehrere technologische Vorteile: wasserlösliches Welan Gum läßt sich in der Folge wesentlich vorteilhafter dosieren und homogener in Bindemittelsuspensionen verteilen. Daß die gleichzeitig in diese Lösung eingebrachten Ionen der Superverflüssiger o.ä. Beton-Zusatzmittel die Herstellung auch hochkonzentrierter Welan Gum-Dispersionen ermöglichen, hat zur Folge, daß das Transportgewicht der Gum-Dispersionen und somit die Transportkosten sowie Kosten für Lagerbehälter und Vorratshaltung wesentlich verringert werden können.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird vorteilhaft so durchgeführt, daß verdünnte wäßrige Lösungen handelsüblicher Superverflüssiger und/oder Wasserreduktionsmittel und/oder anderer Betonzusatzmittel durch weiteren Zusatz von festen Salzen bzw. Superverflüssigern unter Rühren aufkonzentriert werden und daß während des Rührvorganges Entschäumungsmittel in die Lösung aus Salzen bzw. Superverflüssigern eingebracht werden. Hierdurch wird der Anteil des "freien Wassers" in derartigen Lösungen weiter stark verringert bzw. durch lonen-Hydratation ganz zum Verschwinden gebracht.

Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrige Salzlösung aus komplexen Gemischen dissoziierbarer Salze von Abbinderegulatoren und/oder Verflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln und/oder zusätzlichen Schrumpfungskompensatoren besteht, wobei vorzugsweise die lyotrope Salzlösung aus dissoziierbaren Alkali- und/oder Erdalkalisalzen, Ammoniumsalzen und/oder Salzen organischer basischer Sauerstoff- und/oder Stickstoffverbindungen besteht. Bevorzugt können hierbei die Verflüssiger und Wasserreduktionsmittel aus Salzen von Formaldehydkondensaten der Melaminsulfonate und/oder Naphthal-insulfonate und/oder Ligninsulfonaten und/oder Acryl- und/oder Maleinsäureanhydrid-Copolymerisaten bestehen.

Eine besonders vorteilhafte, flüssige Zubereitung läßt sich dadurch erzielen, daß feinkörniges, wasserlösliches Welan Gum-Pulver direkt in Mengen von 1 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.%, in eine konzentrierte Salzlösung aus Superverflüssigem o.ä. Beton-Zusatzmitteln eingerührt wird. Die Korngröße des wasserlöslichen Welan Gums sollte dabei möglichst im Bereich von 5 bis 100 um liegen, um eine optimale Stabilität der Welan Gum-Dispersion zu erzielen. Derartiges wasserlösliches Welan Gum-Pulver kann somit in relativ hohen Konzentrationen in Wasser dispergiert werden, wobei die für die angestrebten rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen erforderlichen Mengen an Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln somit schon vorteilhaft mit dem gleichen Zusatz in einen Beton oder Mörtel eingebracht werden können. Mit Vorteil wird hierbei so vorgegangen, daß die wäßrigen lyotropen Salzlösungen aus Superverflüssigersalzen durch weiteren Zusatz von festen Superverflüssigersalzen unter Rühren auf eine Konzentration nahe ihrer Sättigungskonzentration gebracht werden.

Insgesamt führen z.B. Welan Gum-Superverflüssigergemische zu einer wesentlichen technologischen Verbesserung in der Verarbeitbarkeit und in den rheologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen. Probleme, wie sie bei einer fehlenden Synchronisierung zwischen der Vorhydratisierung von wasserlöslichem Welan Gum und den Bindemitteln auftreten würden, lassen sich durch die erfindungsgemäße Zubereitungsform vermeiden.

Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist auch die Verwendung von Entschäumern. Mit Hilfe dieser Produkte können zum einen bei der Herstellung der wäßrigen Suspensionen des wasserlöslichen Welan Gums die einem Polymerpulver anhaftenden Luftbläschen nahezu beseitigt und zum anderen homogene, hochkonzentrierte nicht-schäumende Lösungen von Superverflüssigern und/oder anderen Betonzusatzmitteln mit wasserlöslichem Welan Gum durch Rühren hergestellt werden.

Eine typische Zubereitung des erfindungsgemäßen flüssigen Zusatzmittels erfolgt mit Vorteil so, daß eine mit feinkörnigem Welan Gum-Pulver versetzte hochkonzentrierte Salzlösung wenigstens 15 min, vorzugsweise etwa 30 min, nach dem Zusatz der letzten Teilmenge an Welan Gum noch weitergerührt wird und der nach dem Ende des Rührens entstehende Schaum mit einer zusätzlichen Menge von weniger als 0,5 Gew.% Entschäumer zerstört wird, wodurch letztendlich eine stabile, homogene, hochkonzentrierte Biopolymerdispersion erzielt werden kann.

In besonders vorteilhafter Weise wird hierbei so vorgegangen, daß zuerst eine wäßrige Salzlösung aus handelsüblichen Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln, wie z. B. Abbinderegulatoren und/oder Schrumpfkompensatoren, auf einen Salzgehalt von 20 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 45 Gew.%, unter Zusatz von 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer gebracht wird. Danach werden bevorzugt 5 bis 8 Gew.% wasserlöslichen Welan Gum-Pulvers in die wäßrige Salzlösung gegeben, wobei vorzugsweise die Salzlösung 15 min gerührt wird, und der weitere portionsweise Zusatz von Welan Gum-Pulver unter wenigstens 30-minütigem Rühren erfolgt. Nach dem Ruhen der Dispersion von mindestens weiteren 30 min, vorzugsweise etwa 60 min, werden noch albschließend 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer (bezogen auf das Gewicht der Lösung) eingerührt.

Zusammenfassend wird hier beispielhaft für die Herstellung eines typischen Betonverflüssigers zur Verbesserung der Homogenität von Bindemittelsuspensionen auf der Basis von Welan Gum vorgeschlagen, 3

Claims (15)

1. AT 406 048 B feinkörniges Welan Gum-Pulver in eine wäßrige hochkonzentrierte Salzlösung aus dissoziierbaren Verflüssigern auf der Basis von Formaldehydkondensaten von Melaminsulfonat und/oder Naphthalinsulfonat und/oder Ligninsulfonaten und/oder Acryl- und/oder Maleinsäureanhydrid-Copolymerisaten unter Rühren einzubringen, wobei der Mindestgehalt aller dissoziierbaren Verflüssigerkomponenten in der wäßrigen Lösung 20 Gew.% beträgt. Feinkörniges Welan Gum-Pulver kann in Mengen von 1 bis 15 Gew.% in derartige Lösungen von Superverflüssigern eingerührt werden, wobei eine stabile, noch leicht-bewegliche und verpumpbare Suspension gebildet wird. Die erfindungsgemäßen flüssigen Zusatzmittel eignen sich dabei bevorzugt für Bindemittelsuspensionen auf der Basis von Zement (Beton, Mörtel), Gips und/oder anderen hydraulischen Bindemitteln in Wasser ggf. mit Zuschlagstoffen oder Zusatzstoffen, wobei mit Vorteil das hieraus resultierende flüssige Zusatzmittel für die Verbesserung in der Verarbeitbarkeit und der Theologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen eingesetzt wird. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzmittels auf der Basis von wasserlöslichem Welan Gum-Pulver, insbesondere für die Verbesserung der Verarbeitbarkeit und/oder der Theologischen Eigenschaften von Bindemittelsuspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß wasserlösliches Welan Gum als Trockenpulver in einer wäßrigen Lösung dissoziierbarer Salze hoher Konzentration, insbesondere einer lyotropen Salzlösung, dispergiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochkonzentrierte wäßrige Salzlösung aus dissoziierbaren Ammonium-, Alkali- bzw. Erdalkalisalzen von Abbinderregulatoren und/oder Superverflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestmenge an dissoziierbaren und insbesondere lyotropen Salzen in der Polymer-Dispersion 20 Gew.% beträgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der wasserlöslichen Polysaccharid-Pulver im Bereich von 5 bis 100 um liegt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Salzlösung aus komplexen Gemischen dissoziierbarer Salze von Abbinderegulatoren und/oder Verflüssigern und/oder Wasserreduktionsmitteln und/oder zusätzlichen Schrumpfungskompensatoren besteht.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lyotrope Salzlösung aus dissoziierbaren Alkali- und/oder Erdalkalisalzen, Ammoniumsalzen und/oder Salzen organischer basischer Sauerstoff- und/oder Stickstoffverbindungen besteht.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssiger und Wasserreduktionsmittel aus Salzen von Formaldehydkondensaten der Melaminsulfonate und/oder Naphthalinsulfonate und/oder Ligninsulfonaten und/oder Acryl- und/oder Maleinsäureanhydrid-Copoly-merisaten bestehen.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrigen lyotropen Salzlösungen aus Superverflüssigersalzen durch weiteren Zusatz von festen Superverflüssigersalzen unter Rühren auf eine Konzentration nahe ihrer Sättigungskonzentration gebracht werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Entschäumungsmittel in die lyotrope Salzlösung aus Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln eingebracht werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörniges, wasserlösliches Welan Gum-Pulver in Mengen von 1 bis 15 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.%, in eine lyotrope Salzlösung aus Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln eingerührt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit feinkörnigem wasserlöslichen Welan Gum-Pulver versetzte lyotrope Salzlösung wenigsten 15 min, vorzugsweise etwa 30 min, nach dem Zusatz der letzten Teilmenge Welan Gum-Pulvers weitergerührt wird und der 4 AT 406 048 B nach dem Ende des Rührens entstehende Schaum mit einer Menge von weniger als 0,5 Gew.% Entschäumer zerstört wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine wäßrige Salzlösung aus handelsüblichen Superverflüssigern und/oder anderen Zusatzmitteln, wie z.B. Abbinderegulatoren und/oder Schrumpfkompensatoren, auf einen Salzgehalt vom 20 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 45 Gew.%, unter Zusatz von 0,01 bis 0,5 Gew.,% Entschäumer gebracht wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer in eine lyotrope Salzlösung eingerührt werden, bevor feinkörniges, wasserlösliches Welan Gum-Pulver zugegeben wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß die lyotrope Salzlösung der Superverflüssiger und/oder anderer Zusatzmittel wenigstens 15 min gerührt wird und daß der nachfolgende Zusatz von feinkörnigem wasserlöslichem Welan Gum-Pulver unter wenigstens 30-minütigem Rühren erfolgt und daß nach einem Ruhen der Lösung über wenigstens weitere 30 mm, insbesondere etwa 60 min, 0,01 bis 0,5 Gew.% Entschäumer zugesetzt werden.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindernittelsuspen-lionen auf der Basis von Zement (Beton, Mörtel), Gips und/oder anderen hydraulischen Bindemitteln in Wasser ggf. mit Zuschlagstoffen oder Zusatzstoffen aufgebaut sind. 5