DE69126921T2

DE69126921T2 - Mörtelzusammensetzungen auf Zementbasis mit elastomeren Eigenschaften und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69126921T2
Application number: DE69126921T
Authority: DE
Inventors: Ernest D Hollas; Charles J Johansen Jr; Robert L Vecchio
Original assignee: CURE CORP C
Current assignee: C-CURE CORP HOUSTON TEX US
Priority date: 1990-06-06
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2011-06-01
Also published as: ES2108028T3; CA2043094C; AU647476B2; EP0460744A1; EP0460744B1; CA2043094A1; AU7728891A; DE69126921D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft auf Portlandzement basierende Zusammensetzungen mit elastomeren Eigenschaften. Insbesondere betrifft die Erfindung Acrylpolymer-modifizierte Portlandzement-basierende Zusammensetzungen mit erhöhten elastomeren Eigenschaften und mit einer erhöhten Bindungsfestigkeit. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Portlandzementbasierende Zusammensetzungen, welche besonders zum Legen und Fugen von Fliesen, für Risse-unterdrückende Membranen, als Gipsmörtel, zur Fußbodenebnung und als Ausbesserungsmörtel geeignet sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls Verfahren zur Herstellung dieser Mörtel.
Die im allgemeinen von der Fliesenindustrie verwendeten Zusammensetzungen zum Legen und Fugen von Fliesen umfassen üblicherweise eine Basis auf Portlandzement und verschiedene chemische Haftvermittlungsmaterialien. Diese Materialien erfreuen sich einer breiten Anerkennung als Mörtel zum Legen und Fugen, da sie kostengünstig und leicht anzuwenden sind. Die Zusammensetzungen sind außerdem relativ beständig, nicht-toxisch und inert.
In vielen Anwendungen von Mörtelzusammensetzungen ist es wesentlich für die gehärtete Zusammensetzung, eine gute Flexibilität und elastomere Eigenschaften zu besitzen. Die Flexibilität ist definiert als die Fähigkeit zu biegen, ohne zu brechen. Elastizität ist die Eigenschaft, aufgrund welcher ein Körper Deformationen, hervorgerufen durch Krafteinwirkung, widerstehen und sich von diesen wieder erholen kann. Unglücklicherweise weisen konventionelle wasserhärtende Zemente keine inhärenten elastomeren Eigenschaften auf, und früher hat das Gewerbe keine Portlandzement-basierenden Mörtel mit elastomeren Eigenschaften hergestellt. Dies führte zu einem beträchtlichen Rückgang der Verwendung von Portlandzement-basierenden Mörteln zum Legen von Fliesen.
Zur Zeit sind Anwendungen, welähe eine Haftfestigkeit mit Elastizität erfordern, angewiesen auf Verbindungen wie Polyurethane oder Polysulfide. Unglücklicherweise weisen solche Verbindungen etliche Nachteile auf, einschließlich der Tatsache, daß sie toxische Bestandteile umfassen, toxische Lösemittel zur Säuberung benötigen und teuer sind. Solche Nachteile haben in einigen Fällen zu einem Rückgang der Verwendung von Fliesen zur Bedeckung von Flächen, welche Vibrationen und Durchbiegungen ausgesetzt sind, geführt.
Andere Nachteile von weit verbreiteten Lege- und Fugenmaterialien treten dadurch auf, daß die Zusammensetzungen normalerweise am Arbeitsplatz unmittelbar vor Verwendung hergestellt werden. Aus diesem Grunde sind die Mörtel- und Fugenmassen schwierig herzustellen und werden einer Vielzahl von Meß- und Mischtechniken unterzogen, was zu einer mangelhaften Gleichmäßigkeit des gehärteten Mörtels führt.
Die meisten Anstrengungen, diese Mängel der Zusammensetzungen zum Legen und Fugen zu beheben, haben sich daher auf die Verbesserung der Flexibilität des Mörtels konzentriert. Beispielsweise kann die Flexibilität von Portlandzement beeinflußt werden durch Hinzufügen einer flüssigen Polyvinylacetat-Emulsion zu Portlandzement. Solch ein Verfahren ist in Geist und Mellor, Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 45, Seite 759, 4. November 1953 beschrieben. Obwohl flüssige Polyvinylacetat- Emulsionen zur Verbesserung der Flexibilitäts-Eigenschaften von Portlandzement geeignet sind, wird deren Verwendung von einer beträchtlichen Anzahl von Nachteilen begleitet. Nachteile, die die Verwendung von flüssigen Emulsionen begleiten, sind unter anderem, daß (a) die flüssige Emulsion unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser instabil ist und daher besondere Vorsichtsmaßnahmen während der Lagerung und dem Transport bei kaltem Wetter getroffen werden müssen, und daß (b) eine sehr vorsichtige Bemessung der flüssigen Emulsion und des wasserhärtenden Zementes notwendig ist und das in diesem Arbeitsgebiet tätige Personal oftmals nicht in der Lage ist, diese Bedingungen einzuhalten. Wo solche Emulsionen verwendet werden, sind Mischungsfehler eher die Regel als die Ausnahme.
US-A-2 990 382 veranschaulicht die zur Beseitigung der Nachteile von Polyvinylacetat-modifiziertem Portlandzement unternommenen Anstrengungen. In Wagner et al. werden wasserhärtender Zement, Methylzellulose und in Wasser unlösliches, re-emulsierbares Polyvinylacetat gemischt. Die resultierenden toxischen Inhaltsstoffe benötigen toxische Lösemittel zur Säuberung und sind teuer. Dies hat zu einem beträchtlichen Rückgang der Verwendung von Portlandzement-basierendem Mörtel zum Legen von Fliesen und, in einigen Fällen, zu einem Rückgang der Verwendung von Fliesen als Belag für Flächen geführt, welche Vibrationen und Durchbiegungen ausgesetzt sind.
Andere Nachteile von weit verbreiteten Lege- und Fugenmaterialien treten dadurch auf, daß die Zusammensetzungen normalerweise am Arbeitsplatz unmittelbar vor Verwendung hergestellt werden. Aus diesem Grunde sind die Mörtel- und Fugenmassen schwierig herzustellen und werden einer Vielzahl von Meß- und Mischtechniken unterzogen, was zu einer mangelhaften Gleichmäßigkeit des gehärteten Mörtels führt.
Die meisten Anstrengungen, diese Mängel der Zusammensetzungen zum Legen und Fugen zu beheben, haben sich daher auf die Verbesserung der Flexibilität des Mörtels konzentriert. Beispielsweise kann die Flexibilität von Portlandzement beeinflußt werden durch Hinzufügen einer flüssigen Polyvinylacetat-Emulsion zu Portlandzement. Solch ein Verfahren ist in Geist und Mellor, Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 45, Seite 759, 4. November 1953, beschrieben. Obwohl flüssige Polyvinylacetat- Emulsionen zur Verbesserung der Flexibilitäts-Eigenschaften von Portlandzement geeignet sind, wird deren Verwendung von einer beträchtlichen Anzahl von Nachteilen begleitet. Nachteile, die die Verwendung von flüssigen Emulsionen begleiten, sind unter anderem, daß (a) die flüssige Emulsion unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser instabil ist und daher besondere Vorsichtsmaßnahmen während der Lagerung und dem Transport bei kaltem Wetter getroffen werden müssen, und daß (b) eine sehr vorsichtige Bemessung der flüssigen Emulsion und des wasserhärtenden Zementes notwendig ist und das in diesem Arbeitsgebiet tätige Personal oftmals nicht in der Lage ist, diese Bedingungen einzuhalten. Wo solche Emulsionen verwendet werden, sind Mischungsfehler eher die Regel als die Ausnahme.
US-A-2 990 382 veranschaulicht die zur Beseitigung der Nachteile von Polyvinylacetat-modifiziertem Portlandzement unternommenen Anstrengungen. In Wagner et al. werden wasserhärtender Zement, Methylzellulose und in Wasser unlösliches, re-emulsierbares Polyvinylacetat gemischt. Die erhaltene Zusammensetzung vermeidet die obengenannten Frost- und Zusammensetzungsprobleme, weist jedoch keine elastomeren Eigenschaften auf.
Spezielle Füllstoff/Polymer-Dispersionssysteme zum Dichten, Fugen und dergleichen sind erhältlich, aber derartige Zusammensetzungen weisen keine ausreichenden Eigenschaften auf, um sie für Flächen geeignet zu machen, die Vibrationen oder Durchbiegungen unterworfen sind. Beispielsweise weisen Dichtungszusammensetzungen, welche als Kübeldichtungen verwendet werden, und expandierende und regulierende Fugenfüllstoffe extrem langsame Härtungseigenschaften auf und behalten üblicherweise eine kittartige Konsistenz über Zeiträume von einigen Jahren bei. Werden diese Zusammensetzungen jedoch getrocknet, werden sie spröde und brechen leicht bei Schrumpfung oder Bewegung.
Ein komplizierteres Verfahren zur Erreichung von Elastizität bei einem keramischen Fliesenbodenbelag ist in US-A-4 567 704 beschrieben. Darin wird die Elastizität mit einem Verbundbodenbelag erreicht, welcher auf der Rückseite ein Band oder eine Schicht aus Gummi in engem Kontakt mit dem Fußboden, auf dieser Schicht gelegte keramische Fliesen und flexiblen Mörtel zwischen den Fliesen umfaßt.
Weitere kommerzielle Bemühungen zur Verbesserung der Flexibilität von zementbasierenden Mörtelzusammensetzungen haben zu Zusammensetzungsformulierungen geführt, in welchen solche Materialien wie Latex, Epoxid, Polyurethan und auf Furan basierende Harze als Hilfsmittel verwendet werden. Obwohl solche modifizierten Zusammensetzungen oft eine erhöhte Flexibilität aufweisen, weisen sie keine elastomeren Eigenschaften auf.
US-A-3 917 771 offenbart eine Zusammensetzung zum Füllen und Dichten. Gemäß diesem Patent wird die Dichtung durch Verwendung einer Zwei-Komponenten-Zusammensetzung erreicht, wobei die eine Komponente einen wässrigen Latex eines synthetischen organischen Polymers umfaßt und die andere Komponente eine Mischung aus Portlandzement und Bentonit umfaßt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die erste Komponente die gleiche Menge Sand und wasser-basierenden Acryllatex, und die zweite Komponente beinhaltet 1 - 5 Volumenteile Bentonit im Verhältnis zu 1 - 5 Volumenteilen Portlandzement. Die beiden Komponenten sind separat unter luftdichten Bedingungen gepackt, und dann wird die erste Komponente mit einer geringen Menge der zweiten Komponente gemischt, beispielsweise 40 - 60 Vol.-% der ersten Komponente mit 1 Vol -% der zweiten Komponente.
Es ist ebenfalls in der Fachwelt bekannt, Acrylpolymer-Dispersionen in zementbasierenden Zusammensetzungen zur Erhöhung der Flexibilität zu verwenden. Jedoch weisen diese in der Fachwelt bekannten Zusammensetzungen keine elastomeren Eigenschaften auf. Beispielsweise weisen die kommerziell hergestellten Mörtel von PCI Polychemie GmbH, wie der durch Mischen von "PCI- LASTOFLEX" und "PCI-NON-SAG" hergestellte Mörtel, und kommerziell durch Maipei hergestellte Mörtel wie "KERALASTIC" flexible Eigenschaften, jedoch keine elastomeren Eigenschaften auf. Außerdem besitzen derartige kommerzielle Mörtel keine erhöhten Bindungsfestigkeiten. In ähnlicher Weise geben Gipsmörtel-Hersteller oft Acrylpolymer-Dispersionen zur Erhöhung der Biegefestigkeit in ihre Zusammensetzungen, jedoch besitzen diese Mischungen keine elastomeren Eigenschaften.
Einige Versuche zur Verleihung von elastomeren Eigenschaften wurden mit wasserbeständigen Zusammensetzungen unter Verwendung von Acrylpolymeren durchgeführt. Beispielsweise offenbart JP-A- 63/055 143 ein wasserbeständiges Mittel, umfassend eine Mischung von Zement, Zuschlagstoff und einer synthetischen Polymer-Emulsion und Wasser. Die Polymer-Emulsion wird hergestellt durch Emulsions-Polymerisierung einer Monomermischung, umfassend 55 - 90 Gew.-% eines 4C-8C-Alkylesters der Acrylsäure, 5 -40 Gew.-% Acrylnitril und/oder Styrol, 1 - 10 Gew.-% (Meth)Acrylsäure und 1 - 10 Gew.-% von 2-Hydroxyethyl(meth)- acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat und/oder (Meth)Acrylamid in der Gegenwart von nichtionischen Emulgatoren.
JP-A-55/007 309 offenbart eine wasserbeständige Schutzschicht, gebildet auf der Oberfläche eines Gebäudes in einem ersten Schritt durch Ausbildung eines flexiblen wasserbeständigen Filmes mit einer Dehnung von mehr als 100 % und in einem zweiten Schritt durch Beschichtung dieses Filmes mit einer Zusammensetzung umfassend 1 Gew.-* einer Harz-Emulsion beinhaltend mehr als 50% Acrylalkylester mit C2-C10-Alkylradikal, 1 - 10 Gew.-% Zement und 1 - 100 Gew.-% eines Zuschlagstoffes. JP-A- 80/001 303 und JP-A-43/083 625 offenbaren einen wasserabdichtenden Mörtel, welcher typischerweise 35 Gew.-% Asphalterde- Emulsion, 65 Gew.-% Acrylharz-Emulsion, 20 Gew.-% Sand und 30 Gew.-% mit Kerosin behandelten Zement beinhaltet. Ebenso offenbart HU-A-50 085 eine elastische wasserbeständige Mischung umfassend 45 - 60% einer wässrigen Dispersion eines 1C-12C Acrylsäure-Alkylester-Polymer, 12 - 30% Zement, 25 - 50% Pulver und bis zu 10 Hilfsstoffen.
Weiterhin ist gemäß CA, Vol. 95, Nr. 14, 1981, Nr. 1200225 ein Haftmittel zur Bindung von Fliesen bekannt, wobei das Haftmittel 50 - 90% Zement, 5 - 25% eines Styrol-Acryl-Copolymers und saures Casein umfaßt.
Diese vorstehend zitierten wasserabdichtenden Zusammensetzungen sind jedoch nicht geeignet für die für zementartige Mörtel notwendigen Lege-, Verfugungs-, rißunterdrückenden und/oder haftvermittelnden Funktionen. Außerdem besitzen diese keine ausreichenden elastomeren und/oder Bindungsfestigkeit-Eigenschaften, um auf einer Vibrationen und Durchbiegungen ausgesetzten Fläche verwendet zu werden.
Die vorliegende Erfindung stellt die Kulmination einer langen Serie von Untersuchungen dar, die darauf gerichtet sind, die den konventionellen Mörtelzusammensetzungen innewohnenden Nachteile zu beseitigen, und stellt einen Portlandzement-basierenden Mörtel mit elastomeren Eigenschaften zur Verfügung.
Demgemäß ist es hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Portlandzement-basierende Zusammensetzung zum Legen und Fugen mit elastomeren Eigenschaften zur Verfügung zu stellen für die Verlegung von Fliesen auf Flächen, welche Vibrationen ausgesetzt und auf Biegung beansprucht sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Portlandzement-basierende Mörtelzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche die Vorteile von konventionellen Portlandzement-basierenden Zusammensetzungen zum Legen und Verfugen aufweist, ohne die diesen Zusammensetzungen innewohnenenden Nachteile aufzuweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Portlandzement-basierende Zusammensetzung mit elastomeren Eigenschaften und mit überlegenen Bindungsfestigkeiten zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es noch, eine zementbasierende, Risse-unterdrückende Membran mit elastomeren Eigenschaften zur Verlegung von Fliesen zur Verfügung zu stellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein zementbasierendes Haftmittel zur Verfügung zu stellen. Beispiele von Materialien oder Flächen, für welche diese Erfindung verwendet werden kann, sind keramische Fliesen, Marmor, Schiefer, Stein, Granit, Sinterblöcke, gebrannte Ziegel, Betonblöcke, Gipsbauplatten, Kunststofflaminate, Glasblöcke, Vinyl-Bodenbeläge, Sperrholz, Glasgeflecht-Mörtel-Einheiten und dergleichen.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gipsmörtel zur Verfügung zu stellen, welcher elastomere Eigenschaften unter Belastung aufweist, ohne Risse durch die Oberfläche scheinen zu lassen, und ebenfalls die Spannung absorbiert und keine Risse zeigt, wenn die Fläche unterhalb des Gipsmörtels bricht.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zementbasierende elastomere Mörtel- und Fugenzusammensetzung in einer zweiteiligen vorgebildeten Form zur Verfügung zu stellen, um die Herstellung des elastomeren Mörtels zu vereinfachen und die Gleichmäßigkeit der gehärteten Zusammensetzung zu verbessern.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt werden und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich sein oder durch die Anwendung der Erfindung vergegenwärtigt werden, wobei die Aufgaben und Vorteile durch die Methoden, Verfahren, Nützlichkeiten und Kombinationen verwirklicht und erhalten werden, welche insbesondere durch die angefügten Ansprüche aufgezeigt sind.
Demgemäß wird eine zementbasierende Mörtel- und Fugenmasse zur Verfügung gestellt, welche elastomere Eigenschaften im gehärteten Zustand aufweist, welche, als Dehnung gemessen, größer als 100 % sind, wobei der Mörtel im wesentlichen aus Zement, inertem Füllstoff, Acrylpolymer-Dispersion, im wesentlichen bestehend aus einer wässrigen, Weichmacher-freien, anionischen Copolymer-Dispersion eines Acrylesters und Styrol und Wasser besteht, wobei der Zement 5 - 50 % des Gesamtgewichtes des Mörtels bildet, wobei der inerte Füllstoff 10 - 60 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Mörtels bildet, wobei der Acrylpolymer-Feststoff 11 - 50 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Mörtels bildet und wobei das Wasser (einschließlich dem Wasser der Polymer-Dispersion) 14 - 40 % des Gesamtgewichts des Mörtels bildet. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Zement 20 - 30 % des Gesamtgewichts des Mörtels, der inerte Füllstoff bildet 25 - 35 % des Gesamtgewichts des Mörtels, der Acrylpolymer-Feststoff umfaßt 15 - 25 % des Gesamtgewichts des Mörtels und das Wasser (einschließlich dem Wasser der Polymer-Dispersion) bildet 15 - 25 % des Gesamtgewichts des Mörtels. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Mörtel im gehärteten Zustand eine Bindungsfestigkeit von mehr als 24,15 bar (350 psi) gegenüber Steinziegeln auf.
Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen und in Übereinstimmung mit ihrem dargestellten und ausführlich beschriebenen Zweck betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Mörtel- und Fugenmasse, umfassend Zement, inerten Füllstoff, Wasser und eine Acrylpolymer-Dispersion, wobei der Acrylpolymer-Feststoff 11 - 50 % des Gesamtgewichtes des Mörtels bildet.
Die zementbasierende Zusammensetzung mit elastomeren Eigenschaften wird durch Mischen eines Pulvers und einer flüssigen Beimischung hergestellt, wobei das Pulver Zement und Füllstoff umfaßt, wobei die flüssige Beimischung die Acrylpolymer-Dispersion und Wasser umfaßt, und wobei der Acrylpolymer-Feststoff 11 - 50 % des Gesamtgewichtes des Mörtels bildet.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer elastomeren Mörtelzusammensetzung zur Verfügung, welches das Mischen separat verpackter Komponenten zur Herstellung einer Portlandzement-basierenden Zusammensetzung mit elastomeren Eigenschaften betrifft.
Mithin stellt die vorliegende Erfindung eine vorgebildete Mörtel- und Fugenzusammensetzung für die Verlegung von keramischen Fliesen, Marmor, Stein und dergleichen zur Verfügung, welche in Kombination Acrylpolymer-Dispersion, Wasser, Zement und inerten Füllstoff umfaßt.
Zur Beschreibung des erfindungsgemäß verwendeten wasserhärtenden Zementes wird im folgenden auf konventionellen Portlandzement als ein veranschaulichendes Beispiel Bezug genommen, um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen. Man sollte sich jedoch vor Augen führen, daß die Prinzipien dieser Erfindung auf alle wasserhärtenden Zemente wie beispielsweise Calcium- Tonerdezemente, Hochofenschlackezemente und dergleichen anwendbar sind. Spezifische Beispiele von typischen erfindungsgemäßen wasserhärtenden Zementen sind wie folgt:
Portlandzement (American Society For Testing and Materials Designation C150-55) ist das durch Pulverisierung von Schlacke, bestehend im wesentlichen aus wasserhärtenden Calciumsilicaten, erhaltene Produkt, zu welchem nachfolgend der Calcinierung keine anderen Zusätze als Wasser und/oder Calciumsulfat zugegeben wurden, außer daß nach Maßgabe des Herstellers Zugaben von nicht mehr als 1,0 % anderer Materialien mit der Schlacke eingemischt werden können, vorausgesetzt, daß diese Materialien sich in der angegebenen Menge als nicht schädlich bei durch das Committee C-1 on Cement durchgeführten oder überprüften Versuchen erwiesen haben.
Portland-Hochofenschlackenzement (American Society For Testing and Materials Designation C205-53T) ist ein nichtmetallisches Produkt, bestehend im wesentlichen aus Silicat und Calcium-Aluminium-Silicaten, welches gleichzeitig mit Eisen in einem Hochofen entsteht und durch schnelle Abkühlung oder Abschreckung des geschmolzenen Materials in Wasser, Dampf oder Luft hergestellt wird.
Portland-Traßzement (American Society For Testing and Materials Designation C340-55T) ist eine innige, miteinander vermahlene Mischung von Portlandzement-Schlacke und Pozzolan oder eine innnige und gleichförmige Mischung von Portlandzement und feinem Pozzolan. Der Pozzolan-Bestandteil sollte nicht weniger als 15 Gew.-% betragen und 50 Gew.-% des Portland-Pozzolan-Zementes nicht übersteigen.
Tonerdezement ist ein Zement, welcher einen höheren Prozentsatz an Aluminiumoxid als die Portlandzemente aufweist, und wird hergestellt aus Schlacke, welche aus wasserhaltigem Aluminiumoxid wie Bauxit und Kalkstein hergestellt ist.
Der Füllstoff kann aggregierte Füllstoffe, feine Füllstoffe oder eine Kombination aus aggregierten und feinen Füllstoffen umfassen. Der aggregierte inerte Füllstoff kann Quarzsand, gebrochener Kalkstein, Perlit, vulkanisches Aggregat oder andere gereinigte inerte Materialien sein. Die aggregierte inerte Füllstoffkomponente der Zusammensetzung kann einen oder eine Kombination von gereinigten inerten Materialien umfassen. Das entscheidende Kriterium für die Komponente ist, daß diese Komponente mit nicht mehr als etwa 10 %, die durch eine 105 µm- Sieböffnung (140 mesh) hindurchgehen, ausgelesen wird, und daß von dieser nichts von einer 3,36 mm Sieböffnung (Nr. 6-Sieb) zurückgehalten wird, und daß diese außerdem eine AFS-Kornfeinheit-Zahl (AFS Grain Fineness Number, American Foundry Society) von weniger als 100, jedoch größer als 30 aufweist.
Das feine Füllstoffmaterial andererseits sollte eine mittlere Partikelgröße aufweisen, welche geringer ist als eine 105 µm Sieböffnung (140 mesh), und kann Pigmente, inerte Materialien wie Kalkstein, Aluminiumoxidtrihydrat, gemahlenen Quarz, vulkanische Asche, bestimmte Feinsande, Talkum, Glimmer, Ton und dergleichen beinhalten.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Acrylpolymer-Dispersion ist eine wässrige, Weichmacher-freie, anionische Copolymer-Dispersion eines acrylischen Esters und Styrol. Besonders bevorzugt ist "ACRONAL S-400" , hergestellt von BASF.
Zusätzliche Hilfsmittel, welche beim Vermischen der Zusammensetzung helfen und dabei gehärtete Produkte mit einer verbesserten Rostwiderstandsfähigkeit und Zähigkeit als auch Wasserwiderstandsfähigkeit ergeben, können beigefügt werden. Beispielhaft für solche Hilfsmittel sind Butoxy-Ethylacetat, Etoxyethylacetat, Butoxy-Ethoxyethylacetat, Toluol, Xylol, Kohlenwasserstoff-Harze, Petroleumsolventien und dergleichen.
Ebenfalls können Hilfsmittel zur Kontrolle der Thixotrophie- und Viskositätseigenschaften der Zusammensetzung beigefügt werden. Beispielhaft für solche Hilfsmittel sind unter anderem Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylhydroxyethylcellulose, tierische Leime, verschiedene Stärken, Alginate, Polyvinylalkohol und Proteine.
Ein bevorzugtes Hilfsmittel ist "METHOCEL-K-100" - Methylcellulose, hergestellt von Dow Chemical Company. Besonders bevorzugt ist "METHOCEL 609 TAG" - Hydroxypropylmethylcellulose, hergestellt von Dow Chemical Company. Vernetzungsmittel für diese Hilfsmittel können ebenfalls zugegeben werden.
An farbgebenden Materialien, welche der Zusammensetzung beigefügt werden können, seien beispielhaft Titandioxid, Eisenoxide, Zinkoxide, Ruß, Aluminiumoxidpulver und dergleichen genannt.
Beispielhaft für Konservierungsstoffe, die der Zusammensetzung zugefügt werden können, sind "COSAN N 101" , hergestellt von Caschem, "DOWACEL 75" , hergestellt von Dow Chemical Company, und "NUOSEPT 95" , hergestellt von Hüls America Company. Besonders bevorzugt ist der Konservierungsstoff "TROY 174" , hergestellt von Troy Chemical Company.
Schaumverhindernde Mittel können ebenfalls der Zusammensetzung beigefügt werden. Beispiele für solche Mittel sind "ANTIFOAM B" , hergestellt von Dow Corning, "GE 75" , hergestellt von General Electric, oder "SAG 10" , hergestellt von Union Carbide. Besonders bevorzugt ist das Antischaummittel "DOW CORNING 1520" . Die Zusammensetzung kann außerdem Weichmacher beinhalten. Beispielhaft für solche Weichmacher sind chloriertes Paraffin, Asphalterde-Emulsion, Phthalate oder Phosphate.
Zusätzlich zu der Acrylpolymer-Dispersion können weitere Polymer-Dispersionen zugefügt werden. Die meisten anionischen oder nichtanionischen Dispersionen wie Neopren-Gummi, Styrol-Butadien-Gummi oder Vinylacrylat können zugefügt werden.
Wenn gewünscht, können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen andere vielseitige, üblicherweise in Mörtelzusammensetzungen verwendete Zusätze beinhalten; Daher können Ethylenglykol, Calciumchlorid, Vermikulit, Calciumformiat und andere ähnliche Materialien für solche Zwecke wie Gefrier-Tau-Stabilität, beschleunigten Verlegen, Verhindern von Schwindung, Verhindern von Senkungen auf vertikalen Flächen, Herstellen von Leichtgewicht-Zusammensetzungen, zu ökonomischen Zwecken und dergleichen vorteilhaft verwendet werden.
Die folgenden Beispiele sind zum Zwecke der Erläuterung angeführt und können besondere erfindungsgemäße Merkmale beinhalten. Soweit nicht anders angegeben, sind die Prozentwerte oder Teile auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Herstellung einer Mörtelzusammensetzung

Eine elastomere Mörtelzusammensetzung wurde durch Mischung eines Pulvers und einer flüssigen Beimischung hergestellt.
Die pulverförmige Komponente der elastomeren Mörtelzusammensetzung wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
Die beizumischende flüssige Komponente der elastomeren Mörtelzusammensetzung wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
Die Pulver- und die beizumischenden flüssigen Komponenten der elastomeren Mörtelzusammensetzung wurden dann im Verhältnis 0,7 : 1 der flüssigen Beimischung pro kg Pulver gemischt (2 Gallonen der flüssigen Beimischung: 25 lbs).
Zuerst wurde die Flüssigkeit in einen sauberen Kübel gegeben. Das Pulver wurde dann unter langsamem Mischen bei einer Geschwindigkeit von weniger als 500 RPM zugefügt.
Eine Portlandzement-basierende Zusammensetzung wurde gebildet mit etwa 23 Gew.-% polymeren Feststoffen, einer Elastizität von 190 % und einer Bindungsfestigkeit von 27,5 bar (400 psi).

Beispiel 2

Rißbearbeitung

Um den Verschluß von Rissen von weniger als 3,175 mm (1/8 inch) zu überprüfen, wurden Risse durch Pressen der gemäß Beispiel 1 hergestellten elastomeren Mörtelzusammensetzung in die Risse mit der flachen Seite einer Kelle während der normalen Verlegung von Fliesen gefüllt. Die Zusammensetzung wurde dann auf das Substrat unter Verwendung der flachen Seite einer Kelle aufgetragen. Danach wurde weitere Zusammensetzung bis zu einer zur Kerbung mit einer geeigneten Kelle ausreichenden Tiefe zugeführt, wodurch eine 100 %ige Verbindung mit der Rückseite der Fliesen und eine spätere Tiefe von 2,38 mm bis 4,76 mm (3/32 bis 3/16 inch) gegeben ist.
Die Zusammensetzung wurde dann für 24 Stunden getrocknet, anschließend wurde ein Polymer-modifizierter Trockenverlegemörtel als Fliesen-Verbindungsmörtel über der Zusammensetzung aufgetragen.
Nachdem die Zusammensetzung gehärtet war, wurde das Substrat Vibrationen ausgesetzt und auf Biegung beansprucht. Die Mörtelzusammensetzung wies elastomere Eigenschaften auf und die Risse blieben verschlossen und erschienen nicht auf der Oberfläche.

Beispiel 3

Rißbearbeitung

Als Alternative zu der Rißbehandlung gemäß Beispiel 2 wurde nach Pressung der gemäß Beispiel 1 hergestellten Zusammensetzung in die Risse die Zusammensetzung über die Risse und auf dem angrenzenden Substrat mit einer flachen Kelle verstrichen. Nachfolgend wurde mit einer 4,76 mm x 4,76 mm (3/16 x 3/16 inch) "V"-gekerbten Kelle die Zusammensetzung gekämmt, eingeebnet und dann mit der flachen Seite einer Kelle geglättet.
Die Zusammensetzung wurde für 24 Stunden getrocknet, anschließend wurde ein Polymer-modifizierter Trockenverlegemörtel als Fliesen-Verbindungsmörtel auf der Zusammensetzung aufgebracht
Nachdem die Zusammensetzung gehärtet war, wurde das Substrat Vibrationen ausgesetzt und auf Biegung beansprucht. Die Mörtelzusammensetzung wies elastomere Eigenschaften auf, und die Risse blieben verschlossen und erschienen nicht auf der Oberfläche.

Beispiel 4

Legen von Fliesen

Die Zusammensetzung gemäß obigem Beispiel 1 wurde ebenfalls als Haftmittel zum Legen von keramischen Fliesen verwendet. Eine Standardkelle und eine Standardfliesenverlegungstechnik wurde mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 verwendet. Eine einzelne Schicht der Zusammensetzung wurde mit der Kelle direkt auf dem bloßen Untergrund aufgetragen.
Die Fliese wurde sodann in die Zusammensetzung gemäß einem Standardverfahren gelegt.
Nachdem die Zusammensetzung gehärtet war, wurde die Fläche Vibrationen ausgesetzt und auf Biegung beansprucht. Die Mörtelzusammensetzung wies elastomere Eigenschaften auf, und die keramische Fliese blieb liegen, ohne daß Risse erschienen.

Vergleichsbeispiel 5

Um die Eigenschaften der Erfindung der Anmelderin mit denjenigen konventioneller flexibler Mörtel zu vergleichen, wurden drei getrennte Tests durchgeführt.
Zuerst wurde die Dehnung der Mörtel gemäß den Verfahren der American Society For Testing and Materials Designation ASTM D 751-89 bestimmt. Zum zweiten wurde die Bruchfestigkeit der Mörtel gemäß den Verfahren der American Society For Testing and Materials Designation ASTM D 751-89 bestimmt. Schließlich wurde die Bindungsfestigkeit gegenüber Steinziegeln gemäß den Verfahren der American National Standard Specifications For The Installation of Ceramic Tile in ANSI A-118.4-1985 bestimmt.
Der Vergleich wurde zwischen der Erfindung der Anmelderin und zwei konventionellen flexiblen Mörteln durchgeführt. Der Mörtel der Anmelderin wurde gemäß dem oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt. Eine Formulierung von PCI Polychemie GmbH "PCI- LASTOFLEX" wurde kombiniert mit "PCI-NON-SAG" zur Herstellung eines Mörtels gemäß den diesen Produkten beigefügten Anweisungen. Eine Formulierung von Mapeis "KERALASTIC" -Mörtel wurde ebenfalls hergestellt gemäß den diesem Produkt beigefügten Anweisungen. Die Eigenschaften des Mörtels der Anmelderin im Vergleich zu den Eigenschaften der anderen Mörtel sind in der untenstehenden Tabelle 1 angegeben: Tabelle 1

Beispiel 6

Herstellung von Gipsmörtel

Ein elastomerer Gipsmörtel wurde durch Mischung eines Pulvers und einer flüssigen Beimischung hergestellt.
Die pulverförmige Komponente des elastomeren Gipsmörtels wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
Die beizumischende flüssige Komponente des elastomeren Gipsmörtels wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt.
Die pulverförmige und die beizumischende flüssige Komponente des elastomeren Gipsmörtels wurden sodann in einem Verhältnis von 2,22 kg Pulver zu 1 kg flüssiger Beimischung gemischt (100 lbs Pulver : 45 lbs).
Zuerst wurde die flüssige Beimischung in einen sauberen Kübel gegeben. Das Pulver wurde dann unter langsamem Rühren bei einer Geschwindigkeit von weniger als 500 RPM zugefügt.
Der gebildete Portlandzement-basierende Gipsmörtel wies etwa 17 Gew.-% polymere Feststoffe und eine Elastizität von 140 % auf.

Beispiel 7

Herstellung von Gipsmörtel

Ein elastomerer Gipsmörtel wurde durch Mischung eines Pulvers und einer flüssigen Beimischung hergestellt.
Die pulverförmige Komponente der elastomeren Mörtelzusammensetzung wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
Die beizumischende flüssige Komponente des elastomeren Gipsmörtels wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt.
Die pulverförmige und die beizumischende flüssige Komponente des elastomeren Gipsmörtels wurden dann in einem Verhältnis von 1,81 kg Pulver zu 1 kg flüssiger Beimischung gemischt (100 lbs Puder : 55 lbs). Zuerst wurde die Flüssigkeit in einen sauberen Kübel gegeben. Das Pulver wurde dann unter langsamem Mischen bei einer Geschwindigkeit von weniger als 500 RPM zugefügt.
Der gebildete Portlandzement-basierende Gipsmörtel wies etwa 23,5 Gew.-% polymere Feststoffe und eine Elastizität von 110 % auf.
Der hierin verwendete Ausdruck "Mörtel" bezieht sich auf eine zementartige Zusammensetzung, welche zur Verlegung von Fliesen wie keramischen Fliesen, zum Verfugen von Fliesen durch Einfügen des Mörtels in die Öffnungen zwischen den gelegten Fliesen, als ein Gipsmörtel, für Risse-unterdrückende Membranen, zum Ebnen von Fußböden oder als Ausbesserungsmörtel verwendet werden kann.
Der hierin verwendete Ausdruck "elastomer" bezieht sich auf die Fähigkeit, nach Deformation, welche durch eine Dehnung von größer als 30 % hervorgerufen wird, in den Ausgangszustand zurückzukehren. Beispielsweise ist "ULTRASET" , hergestellt von der Bostik Company, ein nicht-Portlandzement-basierendes Haftmittel, welches in der Lage ist, seine Form nach Deformation, hervorgerufen durch eine Dehnung von größer als 300 %, wieder einzunehmen.
Alle erwähnten Patentschriften und Testmethoden wurden vorstehend zur Veranschaulichung des Standes der Technik genannt.

Claims

1. Zementbasierender Mörtel mit elastomeren Eigenschaften, im wesentlichen bestehend aus:

Zement;

inertem Füllstoff;

Acrylpolymerdispersion, im wesentlichen bestehend aus einer wäßrigen, weichmacherfreien, anionischen Copolymerdispersion eines Acrylesters und Styrol;

und

Wasser;

wobei der Zement 5 - 50% des Gesamtgewichtes des Mörtels bildet, wobei der inerte Füllstoff 10 - 60 Gew.% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet; wobei der Acryl-Copolymer-Feststoff 11 - 50 Gew.% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet; und wobei das Wasser, einschließlich dem Wasser der Copolymerdispersion, 14 - 40% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet und der Mörtel elastomere Eigenschaften im gehärteten Zustand aufweist, welche, als Dehnung gemessen, größer als 100% sind.

2. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 1, worin der Acryl- Copolymer-Feststoffgehalt des Mörtels ca. 15 - 25% des Gesamtgewichts des Mörtels beträgt.

Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 2, -worin der Zement 20 - 30% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet, wobei der inerte Füllstoff 25 - 35 Gew.% des Mörtels bildet; wobei das Wasser, einschließlich dem Wasser der Copolymerdispersion, 15 - 25% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet, und wobei die Acryl-Copolymer-Feststoffe 15 - 25% des Gesamtgewichts des Mörtels bilden.

4. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 1, worin der Zement ausgewählt ist aus der aus Portlandzement, Portland-Hochofenschlackezement, Portland-Traßzement und Tonerdezement oder dergleichen, oder einer beliebigen Mischung der voranstehenden.

5. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 4, worin der Zement Portlandzement enthält.

6. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 1, worin der inerte Füllstoff ausgewählt ist aus der aus Quarzsand, gebrochenem Kalkstein, Perlit, vulkanischen Aggregaten, Kalkstein, Aluminiumoxidtrihydrat, gemahlenem Quarz, vulkanischer Asche, Feinsanden, Talkum, Mica, Tonerden oder dergleichen bestehenden Gruppe oder einer Mischung aus jedem der voranstehenden.

7. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 6, worin der inerte Füllstoff Quarzsand enthält.

8. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 1, worin das Acryl- Copolymer "ACRONAL " umfaßt.

Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 8, worin das Acryl- Copolymer "ACRONAL S-400 " umfaßt.

10. Zementbasierender Mörtel mit elastomeren Eigenschaften, im wesentlichen bestehend aus:

Zement:

Quarzsand;

Hydroxymethyl-Methylcellulose;

Calciumformiat;

Calciumcarbonat;

Acryl-Copolymerdispersion, bestehend im wesentlichen aus einer wäßrigen, weichmacherfreien, anionischen Copolymerdispersion eines Acrylesters und Styrol;

Entschäumer;

Konservierungsmittel; und

Wasser

und worin das Wasser, einschließlich dem Wasser der Copolymerdispersion, 14 - 40% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet, wobei der Zement 5 - 50% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet und der Acryl- Copolymerfeststoff 10 - 50% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet, und der Mörtel eine Dehnung von mehr als 100% im gehärteten Zustand aufweist.

11. Zementbasierender Mörtel mit elastomeren Eigenschaften, umfassend eine pulverförmige Komponente und eine beigemischte flüssige Komponente, wobei die pulverförmige Komponente im wesentlichen besteht aus:

Zement; und

Füllstoff;

und worin die beigemischte flüssige Komponente im wesentlichen besteht aus:

Acryl-Copolymerdispersion, im wesentlichen bestehend aus einer wäßrigen, weichmacherfreien, anionischen Copolymerdispersion eines Acrylesters und Styrol; und

Wasser;

und worin Wasser, einschließlich dem Wasser der Copolymerdispersion, 14 - 40% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet,

worin der Zement 5-50% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet und worin die Acryl-Copolymer-Feststoffe 11 - 50 Gew.% des Gesamtgewichts des Mörtels bilden, und worin der Mörtel eine Dehnung von mehr als 100% -in ausgehärtetem Zustand aufweist.

12. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 11, worin der Zement ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Portlandzement, Portland-Hochofenschlackezement, Portland- Traßzement und Tonerdezement oder dergleichen, oder einer beliebigen Mischung der voranstehenden.

13. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 12, worin der Zement Portlandzement umfaßt.

14. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 13, worin der inerte Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumsand, gebrochenem Kalkstein, Perlit, vulkani- schen Aggregaten, Kalkstein, Aluminiumoxidtrihydrat, gemahlenem Quarz, vulkanischer Asche, feinen Sanden, Talkum, Mica, Tonerden oder dergleichen, oder eine beliebige Mischung der voranstehenden.

15. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 14, worin der inerte Füllstoff Quarzsand umfaßt.

16. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 11, worin das Acryl-Copolymer "ACRONAL " umfaßt.

17. Zementbasierende Mörtelzusammensetzung nach Anspruch 16, worin das Acryl-Copolymer "ACRONAL S-400 " umfaßt.

18. Zementbasierender Mörtel nach Anspruch 11, worin die pulverförmige Komponente und die flüssige beigemischte Komponente in luftdichtem Zustand vor der Mischung derselben getrennt verpackt sind.

19. Zementbasierende Mörtelzusammensetzung mit elastomeren Eigenschaften, im wesentlichen bestehend aus

Zement;

inertem Füllstoff;

Acryl-Copolymerdispersion, bestehend im wesentlichen aus einer wäßrigen, weichmacherfreien, anionischen Copolymerdispersion eines Acrylesters und Styrol; und Wasser;

und worin Wasser, einschließlich des Wassers der Copolymerdispersion, 14 - 40% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet, worin der Zement 5 - 50% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet und worin die Acryl-Copolymer-Feststoffe 11 - 50% des Gesamtgewichts des Mörtels bilden, und worin der Mörtel eine Dehnung von mehr als 100% im gehärteten Zustand aufweist und eine Bindungsfestigkeit von mehr als 24,15 bar (350 psi) gegenüber Steinziegeln aufweist.

20. Verfahren zur Herstellung eines zementbasierenden Mörtels, im wesentlichen bestehend aus:

Formulieren einer pulverförmigen Komponente, im wesentlichen bestehend aus Zement und einem inerten Füllstoff;

Mischen der Bestandteile der pulverförmigen Komponente;

Formulieren einer beizumischenden flüssigen Komponente, im wesentlichen bestehend aus Wasser und einer Acryl-Copolymerdispersion, welche im wesentlichen aus einer wäßrigen, weichmacherfreien, anioni schen Copolymerdispersion eines Acrylesters und Styrol besteht;

Mischen der Inhaltsstoffe der flüssigen Komponente;

Vermischen der pulverförmigen Komponente und der flüssigen beizumischenden Komponente in einem solchen Verhältnis, daß der Acryl-Copolymerfeststoffgehalt des resultierenden Mörtels 11 - 50% des Gesamtgewichts des Mörtels ausmacht, und daß der Zement 5 -50% des Gesamtgewichts des Mörtels bildet und daß Wasser, einschließlich des Wassers der Copolymerdispersion, 14 - 40% des Gesamtgewichts des Mörtels ausmacht, und worin der Mörtel eine Dehnung von mehr als 100% aufweist.

21. Verfahren zur Herstellung eines zementbasierenden Mörtels gemäß Anspruch 20, worin die pulverförmige- Komponente ferner aus Hydroxymethyl-Methylcellulose, Calciumformiat und Calciumcarbonat besteht, und worin die beizumischende flüssige Komponente ferner aus einem Entschäumer und Konservierungsstoffen besteht.