專利名稱：無機粘合劑組合物中的纖維素醚和微晶纖維素的制作方法
無機粘合劑組合物中的纖維素醚和微晶纖維素交叉引用聲明本申請要求2010年6月29日提交的美國臨時申請?zhí)?1/359，381的權益，該美國臨時申請的全部內(nèi)容通過引用結合在此。發(fā)明背景_4]發(fā)明領域本發(fā)明涉及無機粘合劑組合物以及用于無機粘合劑組合物的添加劑包以及提高無機粘合劑組合物的性能的方法。
_6] 相關技術描述
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水基無機粘合劑組合物包括石膏基接縫灰漿組合物、石膏基噴射灰漿和水泥基瓷磚粘合劑。這些組合物在它們的涂覆過程中需要手工操作，使得勞動力成本成為它們的涂覆中的顯著部分。此外，這些組合物在建筑物結構中履行視覺功能，所以可加工性上的容易性以及它們的性能性質對于以有效率的方式獲得審美上令人滿意的精加工是關鍵的。因此，需要的是提高水基無機粘合劑組合物的可加工性和最終性能以增加它們的涂覆的速度和/或容易性，并提高它們的最終性能以便降低成本同時改善結果。W02008/122345公開了高度取代的特殊羥基纖維素醚即甲基羥丙基纖維素作為石膏粘接建筑材料體系中的添加劑的使用，以提高可處理性并且尤其是團塊形成。雖然該參考文獻公開了對石膏基體系的可加工性的改進，但是該方法需要特殊甲基羥丙基纖維素的合成和研磨干燥，這是一種復雜的工藝，該工藝使得添加劑昂貴。需要的是在不需要甲基羥丙基纖維素的情況下提高水基無機粘合劑組合物的可加工性和/或最終性質。還需要的是找到改進組合物超越僅基于石膏的體系的通用方式。發(fā)明概述令人驚訝地，包含與微晶纖維素組合的纖維素醚的水基無機粘合劑組合物表現(xiàn)提高的可加工性和/或最終性質。尤其是，包含纖維素醚和微晶纖維素這兩者令人驚訝地提供以下益處(a)在石膏基接縫灰漿組合物中，存在團塊形成上的減少；(b)在石膏噴射灰泥中，存在可加工性上的提聞，尤其是流平性上的提聞；和(C)在水泥基瓷磚粘合劑中，存在增加的抗凍熔性。纖維素醚和微晶纖維素的組合對于包含石膏基體系和水泥基體系的水基無機粘合劑組合物的廣度提供改進。在第一方面，本發(fā)明是一種水基無機粘合劑組合物，所述組合物包含無機粘合劑、纖維素醚和微晶纖維素。第一方面的適宜的實施方案可以包括以下特征中的任一個或多于一個的任意組合無機粘合劑選自由石膏基灰漿和水泥組成的組；基于纖維素醚和微晶纖維素的總重量，微晶纖維素以10-30重量％的濃度存在；基于水基無機粘合劑組合物的總干重量,纖維素醚和微晶纖維素的總濃度(combined concentration)在O. 01至I. O重量％的范圍內(nèi)；還包含水；微晶纖維素沒有結塊添加劑材料；和組合物沒有甲基羥丙基纖維素。在第二方面,本發(fā)明是一種用于水基無機粘合劑組合物的添加劑包(additivepackage)，所述添加劑包包含纖維素醚和微晶纖維素。第二方面的適宜的實施方案可以還包括以下特征中的一個或多于一個的任意組合基于纖維素醚和微晶纖維素的總重量，微晶纖維素的濃度以10-30重量％的濃度存在；微晶纖維素沒有結塊添加劑材料；并且組合物沒有甲基羥丙基纖維素。 在第三方面，本發(fā)明是一種用于提高水基無機粘合劑組合物的性能的方法，所述方法包括在水基粘合劑組合物中共混纖維素醚和微晶纖維素的組合。第三方面的適宜的實施方案可以具有以下特征中的任意一個或多于一個的任意組合基于纖維素醚和微晶纖維素的總重量，微晶纖維素的濃度以10-30重量％的濃度存在；基于水基無機粘合劑組合物的總干重量，纖維素醚和微晶纖維素的總濃度在O. 01至O. I重量％的范圍內(nèi)；微晶纖維素沒有結塊添加劑材料。本發(fā)明的粘合劑組合物可用作建筑和構造材料。本發(fā)明的添加劑包可用于制備本發(fā)明的粘合劑組合物。本發(fā)明的方法可用于提高水基無機粘合劑組合物的性質并用于制備本發(fā)明的粘合劑組合物。發(fā)明詳述除非測試方法序號包括不同的日期，測試方法是指在該文件的優(yōu)先權日時的最新測試方法。對測試方法的引用包含對于測試協(xié)會和測試方法號的引用兩者。在本文應用以下測試方法縮寫ASTM是指美國材料試驗協(xié)會(American Society for Testing andMaterials) ;EN是指歐洲標準(European Norm) ;DIN是指德國標準化研究所(DeutschesInstitute fiirNormung);并且 ISO 是指國際標準化組織(International OrganizationforStandards)。“多”意指二以上。“和/或”意指“和、或二中選一”。除非另外指出所有的范圍包括端點。“Comp Ex”和“比較例”可以互換，“實施例”和“Ex”也是同樣。本發(fā)明涉及水基無機粘合劑組合物。“水基”意指在組合物的涂覆過程中水是組合物的一部分?！八苯M合物在使用之前可以沒有水。例如，水基無機粘合劑組合物通常作為僅在涂覆和使用之前與水混合的干粉銷售和儲藏?！盁o機粘合劑”是包含在涂覆之后以某種方式結合在一起的無機材料的材料。水基無機粘合劑組合物的實例包括石膏組合物如包含接縫灰漿的石膏灰漿和噴射灰泥以及水泥組合物如水泥瓷磚粘合劑。其他無機粘合劑組合物包括石灰、水泥基粘合劑，用于外部熱絕緣組合物體系的增強灰漿、水泥基薄漿，以及用于手工和機械涂覆兩者的水泥基抹灰。水基無機粘合劑組合物包含纖維素醚(“CE”)。CE可以是單一類型的CE或多于一種類型的CE的組合。合適的CE包括以下各項中的任意一項或多于一項的組合A1-C3烷基纖維素醚(如甲基纖維素醚)K1-C3烷基羥基-C1-C3烷基纖維素醚(如甲基羥乙基纖維素醚，甲基羥丙基纖維素醚和乙基羥乙基纖維素醚)；羥基C1-C3烷基纖維素醚(如羥乙基纖維素醚和羥丙基纖維素醚)；混合羥基(^-03烷基纖維素醚(如羥乙基羥丙基纖維素醚)；羧基C1-C3烷基纖維素醚(如羧甲基纖維素醚)；羧基C1-C3烷基羥基C1-C3烷基纖維素醚(如羧甲基羥乙基纖維素醚)；以及烷氧基羥丙基羥乙基纖維素醚，其中烷氧基是直鏈或支鏈的并且含有2至8個碳原子。用于在本發(fā)明中使用的尤其適宜的CE包括甲基纖維素醚、羥乙基纖維素醚、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、羥乙基甲基纖維素(HEMC)、乙基羥乙基纖維素(EHEC)和甲基乙基羥乙基纖維素(MEHEC)。在本文中，C1-C3烷基是指含有一至三個碳的燒基鏈。水基無機粘合劑組合物還包含微晶纖維素(“MCC”)。MCC是純化的、部分地解聚的纖維素。天然存在的纖維素含有結晶和非結晶區(qū)域兩者。相反MCC對應于不帶有非結晶區(qū)域的纖維素的孤立的結晶部分。MCC從天然存在的纖維素的離析典型地包括通過使用強酸的水解降解移除純化纖維素材料的非結晶區(qū)域。MCC典型地作為粒狀集料存在，有時成為“微晶”，具有在I至400微米的范圍內(nèi)的平均粒徑并且更通常地在10至250微米的范圍內(nèi)的平均粒徑。制藥工業(yè)在制造片劑中喜歡使用MCC，其中MCC充當在壓制片劑中有益的具有適宜的壓縮性質的填充材料。MCC也通常在食品組合物如沙拉調味品中使用。對MCC的工業(yè)應用的教導很少。WO 2004/022601公開了與添加劑材料共同處理的MCC的顆粒附聚物組合物。MCC充當應用這些組合物中的添加劑的載體材料。顆粒附聚物組合物包含與添加劑材料密切締 合的MCC。主要感興趣的添加劑是二氧化硅，用于形成“硅化的微晶纖維素”。該參考文獻對于顆粒附聚物組合物列出了以下工業(yè)用途顏料、化妝品和遮光劑、用于電線和電纜的絕緣添加劑、用于絕緣體和計算機的陶瓷、火花塞、有色紙、供應的寵物食品和動物飼料、二氧化硅、色料、礦物等、油漆、粘合劑、拋光料、電鍍、水泥和灰漿中用來防止色彩析出和炭黑移動的炭黑、催化轉化器和電子粘合劑。本發(fā)明涉及MCC的新工業(yè)應用。本發(fā)明受益于以下令人驚訝的發(fā)現(xiàn)用CE和MCC的組合配制水基無機粘合劑組合物產(chǎn)生超過僅用CE配制的相似組合物的提高的性能特征。在工業(yè)中常用的是用CE配制水基無機粘合劑組合物用于增加粘合劑組合物的水保持力和厚度的目的。令人驚訝地，用MCC替代CE的一部分可以提高水基無機粘合劑組合物的可加工性和/或性能。提高包括根據(jù)EN1348增加的凍熔穩(wěn)定性，減少的當水合粉末狀水基無機粘合劑組合物時的團塊化和水基無機粘合劑組合物在涂覆的過程中提高的可加工性。與TO2004/022601中的應用不同，MCC可以沒有結塊添加劑材料。與W02008/122345不同，本發(fā)明可以沒有甲基羥丙基纖維素并且仍然具有益處，如歸因于MCC的存在團塊化上的減少?；贛CC和CE的總組合重量，以10重量％ (重量％)以上，優(yōu)選15重量％以上的MCC濃度，提高可以是顯而易見的。同時，基于MCC和CE的總組合重量，MCC的濃度通常為40重量％以下，優(yōu)選30重量％以下并且最優(yōu)選20重量％以下。通常，當基于MCC和CE的組合重量，MCC的濃度小于10重量％時，如果有，也僅觀察到很小提高。在基于MCC和CE的組合重量超過40重量％的濃度，觀察到很小的附加提高，可能觀察到對于水基無機粘合劑組合物的其他性質的有害效果并且成本變得不必要地高。在典型的水基無機粘合劑組合物中，基于水基無機粘合劑組合物的總干重量，組合的MCC和CE的濃度為O. 01重量％以上，優(yōu)選O. 05重量％以上。同時，基于水基無機粘合劑組合物的總干重量，組合的MCC和CE的濃度典型為I. O重量％以下并且優(yōu)選O. 5重量％以下?！矫?，本發(fā)明是一種包含MCC和CE并且可以包含其他添加劑的水基無機粘合劑組合物。水基無機粘合劑組合物可以是干粉形式或水合形式。本發(fā)明的一個實施方案是一種包含MCC和CE的水基水泥組合物。水泥組合物包括水泥、MCC和CE。適宜地，水泥包括原始波特蘭水泥(OPC)，包括具有32. 5R、42. 5R和52. 5R的硬化等級的OPC等級CEM I、CEM II和CEM III。水基水泥組合物還可以包含添加劑如可再分散性聚合物粉末、纖維素纖維、淀粉醚、聚丙烯酰胺、緩凝劑如檸檬酸三鈉脫水物、分散劑、促凝劑如甲酸鈣、纖維、砂和熟石灰。本發(fā)明的另一個實施方案是一種水基石膏組合物。水基石膏組合物包含石膏灰漿如天然石膏、合成石膏、脫水物、多相石膏或半水石膏。在該實施方案的一個形式中，本發(fā)明是通常用作填縫料的灰漿組合物。在該實施方案的另一個形式中，本發(fā)明是水基石膏噴射灰泥。水基石膏組合物還可以包含包括以下各項的添加劑的一種或多于一種的任意組合淀粉醚、聚丙烯酰胺、可再分散性聚合物粉末、促凝劑如二水合物、緩凝試劑如酒石酸、輕集料如珍珠巖，以及加氣劑如月桂基硫酸鈉。另一方面，本發(fā)明是一種用于水基無機粘合劑組合物的添加劑包，所述添加劑包包含MCC和CE。MCC相對于CE的濃度適宜地如上所述。添加劑包與水基無機粘合劑共混產(chǎn)生本發(fā)明的水基無機粘合劑組合物。通常，添加劑包與水基無機粘合劑的共混在干粉狀態(tài)下發(fā)生。水基無機粘合劑，以及所得到的無機粘合劑組合物，可以還包含另外的添加劑， 所述添加劑包括上面已經(jīng)提到的那些中的任意一種。典型的添加劑包括粉末、纖維、可再分散性聚合物粉末、纖維素、聚丙烯酰胺、淀粉醚、緩凝試劑如檸檬酸三鈉脫水物或酒石酸、促凝劑如甲酸鈣或二水合物、輕集料如珍珠巖以及加氣劑如月桂基硫酸鈉。在再另一個方面，本發(fā)明是一種用于提高水基無機粘合劑組合物的性能的方法，所述方法包括在水基粘合劑組合物中共混CE和MCC的組合的步驟。CE和MCC如上如(asis)水基無機粘合劑組合物中所述。通常，添加劑包與水基無機粘合劑的共混在干粉狀態(tài)下出現(xiàn)，這允許益處如水合過程中的團塊化減少的實現(xiàn)。以下實施例用于示例本發(fā)明的實施方案。比較例A和實施例1-3 :標準水泥基瓷磚粘合劑對于比較例A，制備由CEM I 42. 5R水泥(40重量％，基于全部干水泥組合物；可得自Holcim)、Quarzsand F32 (粗)砂(58. 5重量基于全部干水泥組合物；可得自Quarzwerke GmbH)和DLP 212可再分散性聚合物粉末(I. 5重量％，基于全部干水泥組合物；可得自Dow Wolff Cellulosics)組成的干水泥組合物。將干水泥組合物與基于總共混物重量為O. 3重量％的高粘度羥乙基甲基纖維素(特征是DS I. 39和MS O. 19 ;在2重量％水溶液中在20°C的粘度46800毫帕*秒(mPa*s) ；Roovisko,D-2. 55s_l ;通過63微米篩45-46%保留)干混合。用水將所得到的水基無機粘合劑組合物在混合的同時水合，以形成水與固體重量比為O. 19的水合粘合劑組合物。對于實施例1，除了使用包含九重量份的高粘度羥乙基甲基纖維素和一重量份的MCC(例如，MICR0CEL 微晶纖維素，其中通過250微米篩O. 4%保留并且通過74微米篩55. 7%保留；MICR0CEL是BlanverFarmoquimica LTDA的商標)的添加劑包代替輕乙基甲基纖維素之外，以與比較例A類似的方式制備水合粘合劑組合物。對于實施例2，除了使用包含八重量份的所述羥乙基甲基纖維素和兩重量份的所述微晶纖維素的添加劑包之外，以與實施例I類似的方式制備水合粘合劑。對于實施例3，除了使用包含七重量份的所述羥乙基甲基纖維素和三重量份的所述微晶纖維素的添加劑包之外，以與實施例I類似的方式制備水合粘合劑。根據(jù)標準測試方法EN 1308 (耐滑性)，EN 1348 (凍熔穩(wěn)定性)和EN1346 (晾置時間)表征比較例A和實施例1-3的性能。結果見表1，其中“N/mm2”意指“牛頓每平方毫米”并且“mm”意指“毫米”。表I
實施例1-3證明了作為在組合物中包含MCC的結果，在凍熔穩(wěn)定性上超過比較例A的5倍的提高。同時，實施例1-3證明了在20分鐘耐滑性和20分鐘晾置時間上與比較例A的可比性質。因此，比較例A和實施例1-3說明了，在用CE和MCC的組合配制粘合劑時，在保持對于標準品質水泥瓷磚粘合劑的其他關鍵性質的同時，凍熔穩(wěn)定性上的提高。比較例B和實施例4和5 :高級水泥基瓷磚粘合劑對于比較例B和實施例4和5，將干水泥組合物與如表2中所述的添加劑包共混。干水泥組合物由CEM I 52. 5R水泥(35. O重量％，基于全部干水泥組合物；可得自Milke)、Quarzsand F32(粗)砂(31. 6重量基于全部干水泥組合物；可得自QuarzwerkeGmbH)、Quarzsand F36 (細)砂(31. O重量基于全部干水泥組合物；可得自QuarzwerkeGmbH)、DLP 212可再分散性聚合物粉末(2. O重量％，基于全部干水泥組合物；可得自DowWolffCellulosics)以及Arbocel Bffff 40纖維素纖維添加劑(O. 4重量％，基于全部干水泥組合物；Arbocel 是 J. Rettenmaier & Soehne GmbH & Co 的商標)組成。將干水泥組合物與O. 45重量％的表2中的相應添加劑包干混合，數(shù)值基于總添加劑包以重量％計表2
實施例
添加劑纟H分---
Comp Ex B45
纖維素醚17462.959.2
淀粉醚2202020
聚丙烯酰胺3__6__6__6_
微晶纖維素4__O__ILl__14.81甲基羥丙基纖維素，具有DS I. 55和MS O. 18 ；13400mPa*s的粘度(20°C 2重量％水溶液；Rotovisko, D-2. 55s-l);通過 63 微米篩 30-50%保留。2冷水可溶性淀粉醚，基于玉米淀粉并且具有1200-1600mPa*s的粘度(5%水溶液，Brookfield 淀子 3. 50rpm)3中等陰離子的(medium anionic),具有大約4000mPa*s粘度(0.5%蒸懼水溶液)并且通過3微米篩65-85%保留。 4Microceltm微晶纖維素，其中通過250微米篩0.4 %保留并且通過74微米篩55. 7%保留；MICR0CEL 是 Blanver Farmoquimica LTDA 的商標。用水將所得到的水基無機粘合劑組合物在混合的同時水合，以形成水與固體重量比為O. 28的的水合粘合劑組合物。根據(jù)標準測試方法EN 1308 (耐滑性)、EN 1348 (凍熔穩(wěn)定性)和EN1346 (晾置時間)表征比較例B和實施例4和5的性能。結果見表3，其中“N/mm2”意指“牛頓每平方毫米”并且“mm”意指“毫米”。表權利要求
1.一種水基無機粘合劑組合物，所述組合物包含無機粘合劑、纖維素醚和微晶纖維素。
2.權利要求I所述的組合物，其中所述無機粘合劑選自由石膏基灰漿和水泥組成的組。
3.權利要求I所述的組合物，其中所述無機粘合劑是石膏基灰漿。
4.權利要求I所述的組合物，其中所述無機粘合劑是水泥。
5.權利要求I所述的組合物，其中基于纖維素醚和微晶纖維素的總重量，所述微晶纖維素以10-30重量％的濃度存在。
6.權利要求I所述的組合物，其中基于所述水基無機粘合劑組合物的總干重量，纖維素醚和微晶纖維素的總濃度在O. 01至I. O重量％的范圍內(nèi)。
7.權利要求I所述的組合物，所述組合物還包含水。
8.權利要求I所述的組合物，其中所述微晶纖維素沒有結塊添加劑材料。
9.一種用于水基無機粘合劑組合物的添加劑包，所述添加劑包包含纖維素醚和微晶纖維素。
10.權利要求9所述的添加劑包，其特征還在于，基于纖維素醚和微晶纖維素的總重量，微晶纖維素的濃度以10-30重量％的濃度存在。
11.權利要求9所述的建筑材料組合物，其中所述微晶纖維素沒有結塊添加劑材料。
12.一種用于提高水基無機粘合劑組合物的性能的方法，所述方法包括在所述水基粘合劑組合物中共混纖維素醚和微晶纖維素的組合。
13.權利要求12所述的方法，其特征還在于，基于纖維素醚和微晶纖維素的總重量，微晶纖維素的濃度以10-30重量％的濃度存在。
14.權利要求12所述的方法，其特征還在于，基于所述水基無機粘合劑組合物的總干重量，纖維素醚和微晶纖維素的總濃度在O. 01至O. I重量％的范圍內(nèi)。
15.權利要求12所述的建筑材料組合物，其中所述微晶纖維素沒有結塊添加劑材料。
全文摘要
一種新的水基無機粘合劑組合物，所述水基無機粘合劑組合物包含無機粘合劑、纖維素醚和微晶纖維素。用于水基無機粘合劑組合物的新添加劑包含纖維素醚和微晶纖維素。一種用于提高水基無機粘合劑組合物的性能的方法包括在水基粘合劑組合物中共混纖維素醚和微晶纖維素的組合。
文檔編號C04B28/02GK102971273SQ201180031858
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權日2010年6月29日
發(fā)明者索尼亞·沙勒曼, 喬格·紐鮑爾, 馬蒂亞斯·克納爾 申請人:陶氏環(huán)球技術有限責任公司