DE2056255C3 - Schaummittel für Gips- und Zementmassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten grenzflächenaktiven Substanzen als Schaummittel beim Herstellen geschäumter Massen aus gebranntem Gips oder Zement und Schaummittel für diese Verwendung.

Es ist bekannt, aus Zement oder anderen hydraulischen Bindemitteln unter Zusatz von Wasser, Schaummitteln und gegebenenfalls Stabilisierungsmitteln sowie gegebenenfalls anderen Zuschlagstoffen Porenbeton oder andere poröse Formkörper herzustellen. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Schaummittel. Von ihrer Wahl hängt in weitgehendem Maße ab, wie wirksam die hydraulischen Bindemittel zu einem Schaum verarbeitet werden können.

Die DE-AS 1059 336 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Porenbeton und porösen Formkörpern aus Zement oder sonstigen hydraulischen Bindemitteln unter Zusatz von Wasser, Schaummitteln und gegebenenfalls Zuschlagstoffen und Stabilisierungsmitteln. Die Schaummittel sollen dabei Umsetzungsprodukts aus kationaktiven und anionak.iven Verbindungen sein. Als für eine derartige Umsetzung geeignete anionaktive Verbindung sind u. a. fettsaure, harzsaure und naphthensaure Alkali-, Ammonium- und Triäthanolaminsalze. Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate aufgeführt; als geeignete kationaktive Verbindungen gelten Alkylpyridiniumsalze, quaternäre Ammoniumverbindungen und Derivate des Betains. Die erfindungsgemäß verwendeten Schaummittel sind im Gegensatz jedoch keine Umset-/ungsprodukte kationaktiver und anionaktiver Verbindungen, sondern sowohl einzeln als auch in Kombinatton anionaktiv. Außerdem handelt es sich in allen erfindungsgemäßen Fällen um Verbindungen sehr spezieller Verbindungsklassen, d. h. a-Olefinsulfonate sind keine Alkylsulfonate im üblichen Sinne und auch die Salze der Schwefelsäureester von oxalkylierten Alkoholen oder oxalkylierten Alkylphenolen sind nicht ohne weiteres mit fettsauren, harzsäuren und naphthensäuren Salzen der DE-AS vergleichbar. Außerdem ist die Wirksamkeit der Schaummittel gemäß dieser DE-AS unbefriedigend, insbesondere wenn poröse Damm-Massen aus Gips hergestellt werden sollen. Bei der Erzeugung von zementhaltigen

to Mörtelmassen haben Schaummittel bisher in der Praxis keine oder eine nur unzureichende Wirkung gezeigt. Wegen des hohen Gehalts an Ca-Ionen, die in wäßrigen Zubereitungen von gebranntem Gips (Hemihydrat) oder Zement angetroffen wird, war jedoch

is kaum zu erwarten, daß es für solche Zubereitungen Schaummittel von besserer Wirksamkeit gibt.

Auch die CH-PS 493438 beschreibt weder die erfindungsgemäße Verwendung von S*'iaummitteln noch legt sie diese nahe. Sie beschreibt nämlich Zusatzmittel für Mörtel und Beton, die zwingend aus einer Kunstharz- oder Naturlatexdispersion, einem Emulgator und einem entschäumenden Zusatz bestehen und führt damit geradezu vom Erfindungsgegenstand weg. Unter den Emulgatoren sind u. a. auch

Salze von Alkylarylpolyglykolether-sulfonaten und sulfatierte Polyglykoletherderivate aufgeführt, es ist aber den Ausführungen in dieser CH-PS darüber hinaus lediglich zu entnehmen, daß die solche Emulgatoren enthaltenden Kunstharzdispersionen beim Abmi-

jo sehen mit Beton und Mörtel schäumen, d. h. die erfindungsgemäße Verwendung und überlegene Wirkung der in der vorliegenden Erfindung aufgeführten Verbindungen ist aus dieser CH-PS nicht herzuleiten. Unter der Vielzahl von oberflächenaktiven Mitteln

η kennt man auch Olefinsulfonate. Sie wurden bisher ausschließlich in Waschmitteln verwendet. Für den gleichen Zweck und für Schaumbäder, Shampoos und dergleichen verwendet man beispielsweise auch das Natriumsalz von Fettalkoholpolyglykoletherschwe-

AO felsäureestern.

Aufgabe der Erfindung ist es. Schaummittel vorzuschlagen, die beim Herstellen einer geschäumten Masse aus gebranntem Gips oder Zement mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Wirkung verwendet werden können.

Die Lösung der Aufgabe ist die Verwendung von rt-Olefinsulfonaten oder einem Gemisch aus a) -i-Olefinsulfonaten und b) Alkali-, Ammonium- oder Äthanolamin-Salzen von Schwefelsäureestern von oxalky-

so lierten Alkoholen oder oxalkylierte" Alkylphenolen als Schaummittel beim Herstellen einer geschäumten Masse durch Einarbeiten von Luft oder einem anderen Gas in eine mit Wasser angerührte Zubereitung aus gebranntem Gips oder Zement.

;5 Bei den erfindungsgemäß zu verwindenden n-Olefinsulfonaten handelt es sich um technische Produkte, die aus «-Olefinen mit Kl bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül, in der Regel aus einem Gemisch solcher Olefine, nach an sich bekannten Verfahren durch SuI-fonierung. zum Beispiel durch Umsetzung mit Schwefeltrioxid, und nachfolgende Hydrolyse und Neutralisation hergestellt werden. Die sogenannten a-Olefinsulfonate können demgemäß wasserlösliche Salze von Olefinmonosulfonsäuren, Olefindisulfonsäuren, Hy-

_h5 droxialkanmonosulfonsäuren oder Hydroxialkandisulfonsäuren sein. Als Kation der a-Olefinsulfonatc kommt hauptsächlich Natrium in Betracht, doch sind auch die anderen Alkalimetallsalze und die Ammoni-

HmsaJze sowie andere wasserlösliche Salze verwendbar.

Bei den unter b) genannten oxalkylierten Alkoholen bandelt es sich um Alkohole mit 10 bis 18 Kohlenstoffatomen, die mit 1 bis 4 Mol Alkylenoxid oxalkyliert sind. Vorzugsweise bandelt es sich um eine Oxalkylierung mit Äthylenoxid, doch können auch Propylen- oder Butylenoxid das Oxalkylierungsmittel gewesen sein.

Bei den unter b) genannten oxalkylierten Alkylphenolen handelt es sich um Alkylphenole mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, die mit 1 bis 6 Mol Alkylenoxid oxalky liert worden sind, wobei das Oxalkylierungsmittel vorzugsweise Äthylenoxid ist, aber auch Propylen- oder Butylenoxid sein kann.

Die Base der oben unter b) genannten Salze kann Natrium, Kalium, Ammonium, Mono-, Di- oder Triäthanolamin sein.

Von den erfindungsgemäß zu verwendenden Schaummitteln werden meist 0,01 bis 1 Gew.-Teil auf 100 Gew.-Teile gebranntem Gips oder das trockene Gips-Mörteigemisch oder Zement-Mörteigemisch benötigt. Gelegentlich wendet man größere Mengen Schaummittel, etwa bis zu 5 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile gebranntem Gips, Gips-Mörtelgemisch oder Zement-Mörtelgemisch an.

Wenn es der Verwendungszweck erforderlich macht, können Schaumstabilisatoren angewendet werden. Als sehr wirkungsvolle Stabilisatoren haben sich folgende Substanzen erwiesen:

N-Methyltauride von höheren Fettsäuren (10 bis 18 C-Atom? im Molekül);
Fettalkohole mit 10 bis 18 Γ-Atomen im Molekül;

Fettsäurealkylolamide, wie M^no- oder Diätha- « nolamide von Fettsäuren;
Salze von Fettsäuren mit 16 bis 18 C-Atomen im Molekül;

Aminoxide und Phosphinoxide, wie beispielsweise Cocosdimethylaminoxid oder Cocosdimethylphosphinoxid der allgemeinen Formel
R-N(CH,)₂ = O bzw. R-P(CHj)₂ = O;
Ampholyte, wie beispielsweise Cocosfettsäuredimethylamino-essigsaures Natrium oder Sulfobetaine; Phosphorsäureester von langkettigen Alkoholen (10 bis 18 C-Atome im Molekül) oder von mit I bis 4 Mol Äthylenoxid oxäthylierten Alkoholen mit 8 bis 10 C-Atomen im Molekül;
Alkylphenole oder Hydroxyalkylphenole mit >o Alkylketten von 10 bis 18 C-Atomen.
Ein sehr interessantes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäß zu verwendenden Schaummittel ist das Herstellen von Gipskartonplatten und Gipszwischenwandplatten, die man aus Gründen der Ge-Wichtsersparnis oder wegen der besseren Wärme- und Schallisolierung porös erhalten möchte. Für deren Herstellung bewährte sich die Verwendung von 0,01 bis 1 Gew.-Teil u-Olefinsulfonat auf 100 Gew. Teile gebranntem Gips (Hcmihydrat). Zum Anrühren der Gipsmasse werden dafür etwa 60 bis 80 Gew.-Teile Wasser benötigt.

Besseres Schäumungsvermögen erzielt man jedoch überraschenderweise durch eine gemeinsame Verwendung von «-Olefinsulfonat und den oben unter <>5 b) genannten Salzen von Schwefelsäureestern. Um eine schnelle gleichmäßige Verteilung der Schaummittel in der wäßrigen Gipsmasse zu erleichtern, wendet man in einer Ausführungsform der Erfindung die Schaummittel in Form 30- bis 50%iger wäßriger Lösungen an. Solche wäßrigen Lösungen enthalten
5 bis 50 Gew.-Teile a-Olefrosulfonat,

10 bis 70 Gew.-Teile Schwefelsäureestersalz

und auf 100 Gew.-Teile Schaummittel
0 bis 35 Gew.-Teile Schaumstabilisator und
0 bis 20 Gew.-Teile Glykol.

In dem erfindungsgemäßen Schaummittel dient das gegebenenfalls verwendete Glykol als Kälteschutzmittel. Es soll verhindern, daß die wäßrige Lösung bei Auftreten von kalten Temperaturen sich entmischt. Das Glykol kann beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol oder eines der entsprechenden Diglykole oder Triglykole und jedes andere als Kälteschutzmittel geeignete Glykol sein.

Ein anderes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Verwendung der a-OIefinsulfonate ist die Herstellung von Gips- oder Zement-Putzmörteln. Die Putzmörtel-Massen enthalten außer Gips oder Zement und dem Schaummittel in der Regel noch weitere Zuschläge wie KaJkhydrai (gelöschter Kalk), gemahlenen Kalkstein, Quarzsand und aufgelockerte Silicate (zum Beispiel expandierter Perlit, aufgeblätterter Vermiculit oder Asbestfasern).

Gemäß der Erfindung enthalten die Gips- oder Zementmörtelmassen auf 100 Gew.-Tfile trockenes Mörtelgemisch 0,01 ois 1 Gew.-Teil a-Olefinsulfonat und 0 bis 0,35 Gew.-Teil Schaumstabilisator. Als Schaumstabilisatoren verwendet man zweckmäßigerweise Fettsäuremethyltauride, Fettalkohole mit 10 bis 18 C-Atomen im Molekül oder andere anionenaktive und nichtionogene, pulverisierbare Tenside.

Wenn man auf eine verzögerte Wasserabgabe Wert legt, kann das Mörtelgemisch 0,05 bis 0,4 Gew.-Teile Methylcellulose enthalten, wobei insbesondere solche geeignet ist, deren 2%ige wäßrige Lösung bei 20° C eine Viscosität von 1000 bis 30000 cP aufweist. Gipsmörtelmassen enthalten vorzugsweise 0,01 bis 0,05 Gew.-Teile eines Gipsabbindevera.£trers, zum Beispiel einer mehrwertigen organischen Oxysäure, wie Zitronen- oder Weinsäure, auf U)O Gew.-Teile gebrannten Gips.

Das trockene Gips-Mörtelgemisch hat im übrigen normalerweise folgende an sich bekannte Zusammensetzung:

40 bis 100 Gew.-Teile Gips,
0 bis 20 Gew.-Teile Kalkhydrat,
0 bis 60 Ge*.-Teile Kalksteinsand und oder

Quarzsand und
0 bis 5 Gew.-Teile aufgelockerte Silicate.

Erfindungsgemäß mit a-Olefinsulfonaten versehene Zement-Mörtelgemische erweisen sich beispielsweise als sogenannter Maschinenputzmörtel als sehr vorteilhaft. Das Mörtelgemisch wird trocken in die Putzmaschine eingegeben, in der ein Strom des trockenen Gemisches fortlaufend mit der gewünschten Menge Wasser in sehr kurzer Zeit vermischt wird und die erhaltene feuchte Putzmasse durch einen Schlauch zu einer Spritzdüse gepumpt wird, mittels der man die aus ihr herausschießende feuchte Putzmasse auf die zu putzende Fläche richtet. Bei dem Vermischen des Wassers mit dem trockenen Mörtelgemisch wird unvermeidlich Luft in das Gemisch eingezogen, und durch die erfindungsgemäße Verwendung des Schaummittels erhält man eine dauerhafte Schäumung des Maschinenputzes.

Das trockene Zement-Mörtelgemisch bat im übrigen normalerweise folgende an sich bekannte Zusammensetzung:

50 bis 200 Gew.-Teile Zement,
25 bis 200 Gew.-Teile Kalkhydrat,
400 bis 900 Gew.-Teile Kalkstein- und/oder
Quarzsand,

0 bis 10 Gew.-TeÜe aufgelockerte Silikate.

FaIs scia Wasser-Rückhaltevermögen verbessert werden soll, enthält das obige Zement-Mörtelgemisch noch 0,05 bis 5,0 Gew.-Teile Methylcellulose.

Die ct-Olefinsuifonate zeichnen sich bei ihrer erfindungsgemäßen Verwendung durch hohes Schaumbildungsvermögen aus. Sie ermöglichen die Erzeugung sehr vieler, sehr stabiler, kleiner Luftporen auch bei sehr hohen Wasserhärte-Graden der wäßrigen Zubereitungen. Sie haben ferner den Vorteil, daß sie in trockener Pulverform nicht hygroskopisch sind und sich in Wasser sehr schnell auflösen lassen. Bei ihrer Verwendung zum Herstellen von Putzmassen haben sich weitere Vorzüge herausgestellt. Die trockenen Putzmassen werden beim Anrühren r-.it Wasser von diesem sehr schnell benetzt, so daß die wäßrige Putzmasse alsbald fertig gemisch ist. Ferner lassen sich die erfindungsgemäß zubereiteten Putzmörtel nach ihrem Auftrag auf den Putzuntergrund (zum Beispiel eine Wand) sehr leicht glattstreichen oder in anderer gewünschter Weise bearbeiten und binden außerdem sehr gleichmäßig ab. Bei Verwendung als Spritz-Putzmörtel (sogenannter Maschinenputz) macht sich eine verbesserte Gleitfähigkeit der Mörtelmassen in den Schläuchen der Spritzgeräte vorteilhaft bemerkbar.

Beispiel 1

Ein Gemisch, bestehend aus
1000 Gew.-Teilen Gips,
700 Gew.-Teilen Wasser,
0.75 Gew.-Teilen Na-SaIz des
σ-Olefinsulfonats

(aus a-Olefingcmisch mit 14 bis 20
C-Atomen)

wird ein Mischgerät, wie man es bei der Prüfung von Zementen für das Durchmischen von Mörtelgemischen verwendet, gut durchgeknetet. Das verwendete Mischgerät, das mit zwei voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden kann, wird 30 Sek. bei niedriger und 30 Sek. bei hoher Tourenzahl betrieben. Beim Mischen der Masse wird in diese Luft eingeschlagen. Dr? derart geschäumte Masse wird in Prismenformen von 4 x 4 x 16 cm gegossen. Nach dem Hrhärten (1 Stimde) werden die Prismen aus der Form genommen und 7 Tage bei 20° C und 65% relativer Luftfeuchte gelagert. Danach wenden die Prismen im Trockenschrank bei 40° C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet.

Zur Beurteilung der Wirksamkeit des a-Olefinsulfonats wird das Gewicht des Prismas ermittelt. Es beträgt 1,20 g je ecm.

Wird das Beispiel wiederholt, jedoch anstelle des ii-Olefinsulfonats Laurylpyridiniumlaurat oder TaIg= fettpropylendiamin-Oleat in gleicher Menge verwendet, dann hat das erhaltene Prisma ein Gewicht von 1,46 g beziehungsweise 1,45 g je ecm.

Bei einem in gleicher Weise, aber ohne Schaummittel hergestellten Gipskörper war die Dichte 1,45 g je ecm.

Vergleichsbeispiel

Man verfährt wie in Beispiel 1 angegeben, doch wird anstelle des a-OIefinsuIfonats dos Na-SaIz eines schwefelsauren Esters eines Alkytoolyglykoläthers (eines im Durchschnitt mit 3 Mol Athylenoxid verätherten Fettalkohols von 10 bis 14 C-Atom-Kettenlänge) verwendet. Die Dichte des erhaltenen Gipskörpers ist 0,95 g je ecm.

Beispiel 2

Man verfährt wie im Beispiel 1 angegeben, doch werden anstelle von 0,75 Gew.-Teilen des a-Olefinsulfonats 1,5 Gew.-Teile eines Gemisches verwendet, das aus

15 Gew.% u-OlefinsuIfonat wie im Beispiel 1, 20 Gew.% Alkylpolyglykoläthersulfat wie im Vergleichsbeispiel,

10 Gew.% Fettsäuremethyltaurid, 5 Gew.% Dodecylalkohol.
H Gew.% Butyldiglykol und 42 Gew.% Wasser

bestehe. Die Dichte des erhaltenen Gipskörpers war 0,80 g je ecm.

Beispiel 3

Man verfährt wie in Beispiel 1 angegeben, doch werden anstelle von 0,75 Gew.-Teilen des σ-Olefinsulfonats 2,0 Gew.-Teile eines Gemisches verwendet, das aus

20 Gew.% a-OIefinsulfonat wie im Beispiel 1, 6,6 Gew.% Fettsäuresarkosid, 2,4 Gew.% Cocosfettsäuremonoäthanolamidpolyglycoläther,
0,5 Gew.% Dodecylalkohol, 2,0 Gew.% Natriumpyrophosphat, 0,2 Gew.% Formaldehyd und 68,3 Gew.% Wasser

besteht. Die Dichte des erhaltenen Gipskörpers war 1,10 g je ecm.

Beispiel 4

Eine Gipsmörtel-Masse, bestehend aus 70 Gew.-Teilen Gips,

5 Gew.-Teilen Kalkyhdrat, 23 Gew.-Teilen Kalkstein- oder Quarzsand 2 Gew.-Teilen Perlit,
0,05 Gew.-Teilen a-Olefinsulfonat wie im Beispiel 1,

mit einer Korngröße kleiner als 0,2 mm, 0,2 Gew.-Teiten Methylcellulose (Viskosität der 2-gew.%igen Lösung in Wasser bei 20° C 4000 cP;,
0,2 Gew.-Teilen Gipsabbindeverzögerer

wird mittels einer handelsüblichen Putzmaschine mit Wasser intensiv vermischt und auf einen Putzuntergrund aufgespritzt. Beim Vermischen mit dem Wasser

wird in die Putzmasse Luft eingerührt. Infolge des Gehalts an σ-Olefinsulfonat bleibt von der eingerührten Luftmenge ein großer Teil als kleine Schaumporen für sehr lange Zeit erhalten. Infolgedessen ist der aufgetragene Putz porös, was sich beim Aufspritzen der

Putzmasse vorteilhaft bemerkbar macht, indem das Auftragen sehr glatt vonstatten geht. Auch läßt sich die aufgetragene poröse Putzmasse leicht weiter bearbeiten, zum Beispiel glätten und abreiben.

Beispiel 5

Ein Zement-Kalkmörtel-Trockengemisch der Zusammensetzung

Gew.-Teile Portlandzement,

Gew.-Teile Kalkhydrat,

Gew.-Teile Kalkstein und Quarzsand bis

0,8 mm Korngröße,
Gew.-Teile Asbestfasern,
2,5 Gew.-Teile Methylcellulose, deren 2%ige Lösung in Wasser eine Viscositat von etwa 10000 cP hat,

0,3 Gew.-Teile u-Olefinsulfonat wie in Beispiel 1

wurde in einer im Bauhandwerk bekannten, bisher nur für Gipsmörtel und Gips-Kalkmörtel-Verarbei-

tung benutzten Putzmaschine kontinuierlich mit dei gewünschten Menge Wasser zu einem spritzfähiger Mörtelgemisch vermischt und sofort anschließend au· einer Spritzdüse (Spritzpistole) ausgespritzt. Die ausgespritzte Masse wurde aufgefangen und ihr Litergewicht bestimmt. Es war um etwa 10% geringer al« das Litergewicht eines Spritzmörtelgemisches, das ir gleicher Weise, jedoch ohne den Gehalt von «-Ölefinsulfonat hergestellt wurde.

Durch die Verwendung des n-OlefiriSulfonats wird erstmals möglich gemacht, einen Zementmörtel im Spritzverfahren zu verarbeiten.

Das niedrigere Litergewicht bedeutet außerdem daß durch die Verwendung des a-Olefinsulfonats mil einer gegebenen Mörtelmenge eine um etwa 2()9ί größere Fläche verputzt werden kann als ohne seine Verwendung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verwendung von Λ-Olefinsulfonaten als Schaummittel beim Herstellen einer geschäumten Masse durch Einarbeiten von Luft oder einem anderen Gas in eine mit Wasser angerührte Zubereitung aus gebranntem Gips oder Zement.

2. Verwendung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus a) a-Olefinsulfonaten und b) Alkali-, Ammonium- oder Äthanolamin-Salzen von Schwefelsäureestern von oxalkylierten Alkoholen oder oxalkylierten Alkylphenolen als Schaummittel verwendet wird.

3. Schaummittel unter Verwendung von a) «- Olefinsulfonaten und b) Alkali-, Ammoniumoder Äthanolaminsalzen von Schwefelsäureesteni von oxalkylierten Alkoholen oder oxalkylierten Alkylphenolen als Schaummittel beim Herstellen einer geschäumten Masse durch Einarbeiten von Luft oder einem anderen Gas in eine mit Wasser angerührte Zubereitung aus gebranntem Gips oder Zement, gekennzeichnet durch eine 30- bis 5O°/oige wäßrige Lösung eines Gemisches aus

5 bis 50 Gew.-Teilen des τ-Olefinsulfonates,
10 bis 70 Gew.-Teilen des Schwefelsäureestersalzes,
und auf 100 Gew.-Teile Schaummittel

0 bis 35 üew.-Teilen Schaumstabilisator und

0 bis 20 Gew.-Teilen Glykol.