ITVA20010015A1 - Additivi a base di derivati idrossialchilici di guaro per malte cementizie e malte che li contengono. - Google Patents
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Description
Descrizione dell' invenzione industriale dal titolo: "Additivi a base di derivati idrossialchilici di guaro per malte cementizie e malte che li contengono ."
DESCRIZIONE.
La presente invenzione riguarda additivi utili nella preparazione di malte cementizie.
In particolare gli additivi secondo l'invenzione contengono come componente essenziale un derivato idrossialchilico di guaro con una sostituzione molare maggiore di 0,7.
E' noto l'uso di malte cementizie utilizzate come adesivi o collanti nell'industria edile, particolarmente per il fissaggio di piastrelle o manufatti ceramici in generale, a superfici piane, verticali e orizzontali di differente natura quali per esempio calcestruzzo, legno e murature.
Le composizioni impiegate all'uopo sono generalmente formate da cemento mescolato con proporzioni variabili di sabbia; al momento dell'uso alla miscela viene aggiunta una corretta quantità d'acqua che rende il tutto lavorabile e permette la deposizione della malta cementizia cosi ottenuta in strati relativamente sottili sulla parte posteriore della piastrella, o del manufatto da incollare, e si procede quindi all' applicazione .
Già in questa fase della lavorazione inizia il processo di presa della malta, che la porta a solidificare e ad esplicare quindi quelle proprietà fisiche e meccaniche che consentiranno la stabile e duratura adesione del manufatto alla superficie sulla quale viene applicato. Il processo di presa è un processo chimico piuttosto complicato che porta alla formazione di complesse strutture polimeriche inorganiche le cui forti interazioni reciproche portano alla formazione di masse tenaci e resistenti ed il cui effetto macroscopico è quello osservabile e già descritto prima.
La solidificazione della massa porta alla formazione di uno strato compatto aderente con forza sia al manufatto applicato che alla superficie sottostante.
Nel processo di presa sono importanti molti parametri, che ne determinano non solo la velocità, ma anche l'efficacia (solidità) finale.
Su tutti è fondamentale il contenuto d'acqua e la capacità della massa di ritenere al proprio interno la corretta quantità d'acqua per tutto il tempo necessario a sviluppare le caratteristiche fisiche richieste dall'applicazione .
Le superfici su cui si applicano i manufatti di finitura sono spesso infatti porose ed assorbenti e quindi sono avide d'acqua e possono così sottrarla alla massa proprio nella zona di contatto fra superficie e collante, creando così zone in cui il processo di presa non avviene correttamente con conseguenti debolezze strutturali che portano presto o tardi al distacco delle piastrelle, o del manufatto, dalla superficie. L'indurimento troppo veloce del collante, che impedisce la correzione di piccoli errori di posa o l'aggiustamento fine delle piastrelle una accanto all'altra è uno dei problemi principali che si presentano all'applicatone.
Questo problema viene chiamato "assenza di tempo aperto" e/o "assenza di tempo di correzione".
Se viceversa il contenuto d'acqua, anche localmente e a causa di disomogeneità dell'impasto o delle superfici, diviene eccessivo, ed il processo di presa troppo lento, a causa di un impasto troppo fluido, la piastrella scivola trascinata del proprio peso verso il basso, l'applicazione diventa imprecisa e faticosa, ed i tempi di lavoro si allungano.
Un'altra importante funzione che l'acqua svolge nell'impasto è quella di lubrificante fra le particelle solide durante la stesura della malta sulla superficie del manufatto da incollare.
Un giusto contenuto d'acqua conferisce alla composizione la "pastosità" o "cremosità" adatte per una stesura uniforme, omogenea e senza eccessiva fatica da parte dell'operatore.
Molto importanti a questo riguardo sono le caratteristiche reologiche risultanti nell'impasto finale che ovviamente dipendono dalla natura e dalla quantità relativa dei vari componenti presenti.
La reologia della semplice mistura sabbia/cemento/acqua risulta inadatta all'impiego in quanto non provvista delle caratteristiche citate sopra ed in generale mancante di "lavorabilità".
Per ovviare a questi problemi nella formulazione di composti da usare come collanti nell'edilizia si impiegano additivi con la specifica funzione di "ritentori d'acqua" e modificatori reologici.
Essi sono solitamente polimeri, sintetici o semisintetici (prodotti cioè per modificazione chimica dì polimeri di origine naturale) che hanno la particolare proprietà una volta sciolti in acqua, di legare e coordinare un gran numero di molecole d'acqua. Questi prodotti, ed in particolare tra questi gli eteri di cellulosa, sono prodotti ad elevata purezza, richiedono per la loro preparazione sofisticati e complessi passaggi di purificazione. Il loro prezzo sul mercato è piuttosto elevato.
In letteratura sono descritti numerose miscele per l'uso in malte cementizie, come ad esempio nei brevetti US 4.501.617, US 5.366.550, US 4.065.319, US 5.575.840, US 4.939.192, US 5.753.036, US 4.525.500, US 4.402.752, US 4.846.889, US 5.432.215 e US 4.487.864 nei quali, tra l'altro, si descrivono miscele in cui i componenti manifestano effetti sinergici e quindi prestazioni superiori a quelle offerte dalla somma dei singoli componenti .
In particolare in US 4.487.864 e in US 5.432.215 si cita l'uso di derivati del guaro tra i prodotti di origine naturale capaci di incrementare la viscosità delle malte cementizie, ma questi devono essere utilizzati in combinazione con altri modificatori di reologia per ottenere i valori di viscosità e ritenzione d'acqua desiderati.
Gli eteri idrossialchilici di guaro sono derivati semisintetici che, dato il loro basso costo di produzione, sono particolarmente interessanti per sostituire gli attuali prodotti in uso più costosi. Il guaro, o gomma di guaro, è un polisaccaride della famiglia dei galattomannani che si ricava con un processo termo-meccanico da una pianta della famiglia delle leguminose, la "Cyamopsis Tetragonalobus", che cresce nelle regioni semiaride dei paesi tropicali, in particolare India e Pakistan.
I suoi derivati idrossietilici (HEG) o idrossipropilici (HPG) trovano impiego nell'industria tessile come addensanti per paste da stampa, nell'industria delle pitture e vernici come regolatori di reologia, nell'industria delle perforazioni petrolifere, nella produzione della carta, nella fabbricazione di esplosivi ed in altre ancora (Industriai Gums 3<rd >ed., 1993, Academic Press Ine., pp 199-205)
La molecola polisaccaridica del guaro è composta da una catena lineare di poli-mannosio che porta, in un rapporto molare di circa 2 : 1 ramificazioni formate da unità di galattosio.
I prodotti in commercio hanno comunemente una sostituzione molare minore o uguale a 0.4 e hanno un peso molecolare normalmente compreso fra 200.000 e 500.000 dalton.
Nel presente testo la sostituzione molare, cioè il numero di moli di alchilante sommate mediamente per mole di unità monosaccaridica, è indicata anche con la sigla MS.
I sostituenti più comunemente usati sono il gruppo 2-idrossietile o 2-idrossipropile che si ottengono per reazione rispettivamente con ossido di etilene o ossido di propilene.
Tali derivati di guaro tradizionali non hanno le caratteristiche idonee per formulare una composizione adatta all'impiego descritto in malte cementizie.
Dimostrazioni della loro inadeguatezza sono state ottenute anche con prove di laboratorio ben note agli esperti del ramo, confrontando tali prodotti con eteri di cellulosa comunemente impiegati.
La caratteristica fondamentale di una malta cementizia e punto cruciale per il suo utilizzo è costituita dalle sue proprietà di adesione.
In particolare, l'adesione iniziale di composizioni cementizie contenenti idrossialchilguari con sostituzione molare minore o uguale a 0,4, misurata secondo la norma EN 1348, risulta essere purtroppo inferiore del 30-50% a quella di composizioni contenenti gli eteri di cellulosa comunemente utilizzati in tali formulazioni.
Molte ricerche sono state effettuate nel tentativo di modificare positivamente le caratteristiche dei derivati del guaro per renderne possibile l'utilizzo nelle malte cementizie.
Sorprendentemente, si è trovato che i derivati idrossialchilici del guaro aventi la caratteristica di portare sostituzioni molari superiori a 0,7 sono particolarmente utili come additivi per malte cementizie, impartendo valori di adesione iniziale pari a quelle di composizioni contenenti gli eteri di cellulosa .
Un ulteriore rilevante vantaggio dato dall'utilizzo dei derivati del guaro della presente invenzione è costituito dal fatto che sorprendentemente essi, a differenza degli eteri di cellulosa normalmente utilizzati, possono essere impiegati grezzi in quanto forniscono buone prestazioni pur non necessitando di sofisticati processi di purificazione e quindi possono essere ottenuti ad un costo industriale ridotto.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA:
Secondo un aspetto fondamentale della presente invenzione gli additivi per malte cementizie contengono come componente essenziale uno o più derivati idrossialchilici di guaro avente una sostituzione molare compresa tra 0,7 e 3.
I derivati idrossialchilici di guaro preferiti per la realizzazione della presente invenzione sono
l'idrossipropilguaro, l'idrossietilguaro e
l'idrossietilidrossìpropilguaro .
Gli additivi dell'invenzione possono contenere dallo 0 all'80% percento in peso di un etere di cellulosa.
A differenza dei derivati idrossialchilici di guaro aventi una sostituzione molare minore o uguale a 0,4, che, anche se usati in miscela con eteri di cellulosa non forniscono le prestazioni desiderate, un ulteriore sorprendente vantaggio dei derivati idrossialchilici di guaro della presente invenzione è che essi sono utilizzabili in miscela con gli eteri di cellulosa in qualsiasi rapporto, senza alterarne le proprietà.
Tra gli eteri di cellulosa utilizzabili secondo la presente invenzione si possono citare metilcellulosa, idrossietilcellulosa, idrossipropilcellulosa, idrossipropilmetilcellulosa, etilidrossietilcellulosa, idrossibutilmetilcellulosa, idrossietil-idrossipropilcellulosa .
Sono un ulteriore oggetto dell'invenzione le composizioni secche per malte cementizie contenenti dal 30 all'80% in peso di sabbia, dal 30 all'80% in peso di cemento, dallo 0 al 7% in peso di un legante organico polimerico e dallo 0,1 all'1,5% in peso, preferibilmente dallo 0,1 allo 0,8% in peso di un additivo essenzialmente costituito da uno o più derivati idrossialchilici di guaro aventi una sostituzione molare compresa tra 0,7 e 3.
Nelle applicazioni pratiche si sono rivelate particolarmente vantaggiose le composizioni secche in cui detto additivo contiene almeno un etere di cellulosa e almeno un derivato idrossialchilico di guaro in un rapporto ponderale compreso tra 2:1 e 4:1. Preferibilmente le composizioni secche per malte cementizie secondo l'invenzione contengono dall' 1 al 7% in peso di un legante organico polimerico.
Tra i leganti organici polimerici utili per gli scopi della presente invenzione possiamo citare i polimeri e i copolimeri vinilici in polvere ridisperdibili, quali ad esempio i copolimeri del vinilacetato con l'etilene. Eventuali accelleranti, quale ad esempio il formiato di calcio, possono essere utilizzati nella preparazione delle malte cementizie dell'invenzione.
Come già detto l'uso di idrossialchilici guaro aventi MS minore o uguale a 0,4 in vari tipi di composizioni per materiale da costruzione è noto da tempo, ma non permetteva di raggiungere nella malta cementizia quell'insieme di caratteristiche richieste dal particolare uso sopraindicato.
L'additivo ideale per l'uso negli adesivi a base cemento per piastrelle deve conferire alle malte cementizie le seguenti caratteristiche:
una adesione iniziale superiore a 0,5 N/mm<2>;
una copertura percentuale maggiore del 30% dopo 10';
• tempi di correzioni superiori o uguali ai 10 minuti.
Sorprendentemente i derivati di idrossilachil guaro ad elevata sostituzione molare della presente invenzione, pur essendo prodotti che non richiedono purificazione e ottenibili con un costo industriale sensibilmente inferiore a quello degli eteri di cellulosa normalmente utilizzati, permettono di ottenere malte cementizie che possiedono tutte queste caratteristiche.
Le malte cementizie della presente invenzione sono preparate a partire dalla composizione secca di sabbia, cemento, derivato di idrossialchilguaro ed eventualmente legate organico polimerico, addizionando gradualmente detta composizione ad acqua miscelando il tutto.
La corretta quantità d'acqua è quella che consente di ottenere la malta cementizia sottoforma di slurry facilmente lavorabile e stendibile uniformemente sulla superficie sulla quale deve essere applicata la piastrella, ed è normalmente compresa tra il 10 e 45, preferibilmente tra 20 e 35, parti di acqua per 100 parti in peso di composizione secca.
Negli esempi seguenti l'adesione iniziale è stata misurata secondo la norma EN 1348, utilizzando sia piastrelle ceramiche di cotto che di gres.
La copertura percentuale è determinata mediante il seguente metodo. Si prepara manualmente la malta cementizia. La si lascia riposare per circa 5 minuti. Prima della stesura si rimescola per 15-20 secondi. Si procede alla stesura della malta cementizia sul supporto, costituito da mattoni in calcestruzzo, mediante una racla. Dopo 5 e 10 minuti dalla stesura, si posa una piastrellina ceramica di pasta porosa, che ha assorbimento d'acqua minimo del 12%, dimensioni di 50x50x8 mm e liscia su entrambe i lati, e vi si carica sopra un peso di 2 Kg, per 30 secondi. Si scalza quindi la piastrellina e si misura con il calibro la superficie della piastrellina che rimane coperta dalla malta cementizia. Il risultato della prova viene espresso in percentuale di copertura e riferita al tempo trascorso dalla stesura. Una elevata percentuale di copertura è indicativa di una buona affinità della malta con la piastrella.
Il tempo di correzione viene determinato come descritto qui di seguito. Si prepara manualmente la malta cementizia. La si lascia riposare per 5 minuti. Prima della stesura si rimescola per 15-20 secondi.
Si procede alla stesura della malta cementizia sul supporto, costituito da mattoni in calcestruzzo, mediante una racla. Si lascia a riposo per 2 minuti la malta stesa. Si posano tre piastrelline ceramiche di pasta porosa, che hanno un assorbimento d'acqua minimo del 12%, dimensioni di 50x50x8 mm e lisce su entrambe i lati, avendo cura di distanziarle tra loro di almeno 5 cm. Si applica su ciascuna piastrella un peso di 2 Kg, per 30 secondi. Dopo 5, 10 e 15 minuti dalla stesa della malta, si ruota manualmente una delle piastrelline di 90° verificando se ciò provoca o meno il distacco della piastrella dal supporto.
Il tempo di correzione viene espresso in minuti ed è il tempo massimo al quale è possibile eseguire la rotazione della piastrella senza che avvenga il distacco .
ESEMPIO 1.
Si prepara una composizione secca per malta cementizia (Composizione A) costituita da:
Sabbia silicea (0 - 0,5 mm) 57,3 (parti in peso) Cemento Portland I 42,5 R 38,2 (parti in peso) Formiato di Calcio 0,5 (parti in peso) Vìnnapas® RE 5010 4,0 (parti in peso) (Vinnapas® RE 5010 è un copolimero vinilacetato/etilene commercializzato da Wacker).
Utilizzando la Composizione A e procedendo come di seguito descritto si preparano dieci malte la cui composizione è indicata in Tabella 1.
Si incorpora a secco alla Composizione A lo 0,4% in peso di un additivo modificatore di reologia, omogeneizzando .
Si versano lentamente 100 parti in peso della composizione secca così preparata in 20 parti in peso di acqua e si miscela manualmente fino ad ottenere uno slurry di consistenza omogenea.
Per favorire la lavorabilità della malta cementizia si aggiunge altra acqua, curando che lo scivolamento su lastra determinato mediante la norma EN 1308 non superi i 5 mmm.
Tabella 1 .
(1) Si utilizza il prodotto Culminal® 40000 della Aqualon.
(2) Si utilizza il prodotto Culminal® Pff 15000 della Aqualon Le malte cementizie della Tabella 1 sono state valutate applicativamente determinandone adesione iniziale su cotto, e adesione iniziale su gres secondo la norma sopra indicata.
I risultati sono riassunti nella Tabella 2.
Tabella 2 .
ESEMPIO 2.
Si prepara una composizione cementizia secca per malta (Composizione B) costituita da:
Sabbia silicea (0 - 0,5 mm) 58,5 (parti in peso) Cemento Portland I 42,5 R 39,0 (parti in peso) Formiato di Calcio 0,5 (parti in peso) Vinnapas® RE 5010 2,0 (parti in peso) (Vinnapas® RE 5010 è un copolimero vinilacetato/etilene commercializzato da Wacker).
Utilizzando la Composizione B e procedendo come di seguito descritto si preparano dieci malte la cui composizione è indicata nella Tabella 3.
Si incorpora a secco alla Composizione B lo 0,4% in peso di un additivo modificatore di reologia, omogeneizzando. Si versano lentamente 100 parti della composizione secca così preparata in 20 parti di acqua e si miscela manualmente fino ad ottenere uno slurry di consistenza omogenea. Per favorire la lavorabilità della malta cementizia si aggiunge altra acqua, curando che lo scivolamento su lastra determinato mediante la norma EN 1308 non superi i 5 mm.
Tabella 3.
(1) Si utilizza il prodotto Culminal® 40000 della Aqualon
(2) Si utilizza il prodotto Culminal® Pff 15000 della Aqualon
Le malte cementizie della Tabella 3 sono state valutate applicativamente determinandone adesione iniziale su cotto e adesione iniziale su gres secondo la norma sopra indicata.
La copertura percentuale e il tempo di correzione sono stati determinati seguendo i metodi sopra indicati.
I risultati sono riassunti nella Tabella 4.
Tabella 4.
ESEMPIO 3.
Si prepara una composizione secca per malta cementizia (Composizione C) costituita da:
Sabbia silicea (0 - 0,5 mm) 59,7 (parti in peso) Cemento Portland I 42,5 R 39,8 (parti in peso) Formiato di Calcio 0,5 (parti in peso) Utilizzando la Composizione C e procedendo come di seguito descritto si preparano le dieci malte la cui composizione è indicata nella Tabella 5.
Si incorpora a secco alla Composizione C lo 0,4% in peso di un additivo modificatore di reologia, omogeneizzando. Si versano lentamente 100 parti della composizione secca così ottenuta in 20 parti di acqua e si miscela manualmente fino ad ottenere uno slurry di consistenza omogenea. Per favorire la lavorabilità della malta cementizia si aggiunge altra acqua, curando che lo scivolamento su lastra determinato mediante la norma EN 1308 non superi i 5 mm.
Tabella 5.
(1) Si utilizza il prodotto Culminal® 40000 della Aqualon
(2) Si utilizza il prodotto Culminal® Pff 15000 della Aqualon Le malte cementizie della Tabella 5 sono state valutate applicativamente determinandone adesione iniziale su cotto e adesione iniziale su gres secondo la norma sopra indicata.
La copertura percentuale e il tempo di correzione sono stati determinati seguendo i metodi sopra indicati. I risultati sono riassunti nella Tabella 6.
Tabella 6.
ESEMPIO 4.
Si prepara una composizione secca per malta cementizia (Composizione D) costituita da:
Sabbia silicea (0 - 0,5 mm) 70 (parti in peso) Cemento Portland I 42,5 R 30 (parti in peso)
Utilizzando la Composizione D e procedendo come di seguito descritto si preparano le cinque malte la cui composizione è indicata nella Tabella 7.
Si incorpora a secco alla Composizione C lo 0,3% in peso di un additivo modificatore di reologia, di composizione indicata in Tabella 7, omogeneizzando. Si versano lentamente 100 parti della composizione secca così ottenuta in 20 parti di acqua e si miscela manualmente fino ad ottenere uno slurry di consistenza omogenea. Per favorire la lavorabilità della malta cementizia si aggiunge altra acqua, curando che lo scivolamento su lastra determinato mediante la norma EN 1308 non superi i 5 mm.
Tabella 7.
Le malte cementizie della Tabella 7 sono state valutate applicativamente determinandone adesione iniziale su cotto e adesione iniziale su gres secondo la norma sopra indicata.
La copertura percentuale e il tempo di correzione sono stati determinati seguendo i metodi sopra indicati. I risultati sono riassunti nella Tabella 8.
Tabella 8 .
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI : 1. Additivi per malte cementizie essenzialmente consistenti di uno o più derivati idrossialchilici di guaro aventi una sostituzione molare compresa tra 0,7 e 3.
- 2. Additivi per malte cementizie secondo la rivendicazione 1. caratterizzati dal fatto che detti derivati idrossialchilici di guaro sono scelti nel gruppo consistente di idrossipropilguaro, idrossietilguaro e idrossietil-idrossipropilguaro.
- 3. Additivi per malte cementizie secondo la rivendicazione 2. caratterizzati dal fatto di contenere dallo 0 all'80% in peso di un etere di cellulosa.
- 4. Additivi per malte cementizie secondo la rivendicazione 3. caratterizzati dal fatto che detti eteri di cellulosa sono scelti nel gruppo consistente di metilcellulosa, idrossietilcellulosa, idrossipropilcellulosa, idrossipropilmetilcellulosa, etilidrossietilcellulosa, idrossibutilmetilcellulosa, idrossietilidrossipropilcellulosa.
- 5. Composizioni secche per malte cementizie contenenti dal 30 all'80% in peso di sabbia, dal 30 all'80% in peso di cemento, dallo 0 al 7% in peso di un legante organico polimerico e dallo 0,1 all'1,5% in peso di un additivo secondo la rivendicazione 1.
- 6.Composizioni secche per malte cementizie secondo la rivendicazione 5. caratterizzate dal fatto che i derivati idrossialchilici di guaro sono scelti nel gruppo consistente di idrossipropilguaro, idrossietilguaro e idrossietilidrossipropilguaro.
- 7. Composizioni secche per malte cementizie secondo la rivendicazione 5. contenenti dallo 0,1 allo 0,8% in peso di detto additivo.
- 8. Composizioni secche per malte cementizie secondo la rivendicazione 5. contenenti dall'1 al 7% in peso di un legante organico polimerico.
- 9. Composizioni secche per malte cementizie contenenti dal 30 all'80% in peso di sabbia, dal 30 all'80% in peso di cemento, dallo 0 al 7% in peso di un legante organico polimerico e dallo 0,1 all'1,5% in peso di un additivo contenente almeno un etere di cellulosa e almeno un derivato idrossialchilico di guaro con sostituzione molare compresa tra 0,7 e 3 in un rapporto ponderale compreso tra 2:1 e 4:1.
- 10. Malta cementizia ottenuta miscelando la composizione secca secondo la rivendicazione 5. con una quantità d'acqua compresa tra 10 e 45 parti in peso per 100 parti in peso di detta composizione.
- 11. Malta cementizia secondo la rivendicazione 10. caratterizzata dal fatto che la quantità di acqua è compresa tra 20 e 35 parti in peso per 100 parti in peso di detta composizione .
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