ADITIVO DE CEMENTO QUE TIENE PROPIEDADES SUPERIORES DE REDUCCION DE LA APORTACION DE AGUA Y PROCEDIMIENTO PARA SU PREPARACION.

Un aditivo de cemento que comprende un copolímero o una sal de copolímero obtenida por neutralización del copolímero con una sustancia alcalina,

en la que el copolímero comprende:

(a) de 50 a 90% en peso de un monómero éster de alcoxipolialquilenglicol de ácido mono(met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 1;

(b) de 5 a 45% en peso de un monómero ácido (met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 2, y

(c) de 0,5 a 40% en peso de un tensioactivo reactivo seleccionado entre los monómeros representados por la siguiente fórmula química 3:

Fórmula química 1

Aditivo de cemento que tiene propiedades superiores de reducción de la aportación de agua y procedimiento para su preparación.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un aditivo de cemento y, más en particular, a un aditivo de cemento para formar un hormigón con buena resistencia mecánica, y que mejora la dispersibilidad de las partículas de cemento, aumenta la fluidez de la composición incluso con una formulación que reduce en un grado alto el aporte de agua, evita una disminución de la fluidez con el tiempo y ofrece una buena capacidad de ser trabajada suministrando continuamente una cantidad adecuada de una corriente de aire.

Las composiciones de cemento, tales como hormigón y mortero, son sustancias hidráulicas que se endurecen por reacción del cemento y agua. Las propiedades físicas de las composiciones de cemento, tales como la resistencia a compresión después del endurecimiento, varían dependiendo de la cantidad de agua usada. En general, si bien un aumento de la cantidad de agua usada mejora la capacidad de ser trabajada la composición, disminuye la resistencia a compresión y causa agrietamiento. Por tanto, la cantidad de agua usada en las composiciones de cemento es limitada. La Norma Industrial Coreana (KS) F 2560 recomienda el uso de un aditivo químico para el hormigón con el fin de reducir la cantidad de agua usada.

Los aditivos químicos se clasifican en aditivos OA (oclusión de aire), aditivos que reducen el aporte de agua y aditivos que reducen en grado alto el aporte de agua. El aditivo OA es un aditivo químico comprendido en una composición de cemento para aumentar la cantidad de pequeñas burbujas de aire, y está mezclada con un aditivo que reduce el aporte de agua o un aditivo que reduce en un grado alto el aporte de agua para formar un aditivo OA reductor del aporte de agua (mezcla en que circula aire y reduce el aporte de agua) y un aditivo OA que reduce en un grado alto el aporte de agua. Cuando se usa un aditivo OA reductor del aporte de agua, la cantidad de agua usada se puede disminuir en aproximadamente 10% y, cuando se usa un aditivo OA que reduce en grado alto el aporte de agua, la cantidad de agua usada se puede reducir en más de 18%.

El aditivo reductor del aporte de agua se hace de un compuesto de lignina y el aditivo reductor en alto grado del aporte de agua se hace de un condensado de naftaleno-formalina y un condensado de melamina.

A causa de que se produce una pérdida del asentamiento del hormigón en una composición de cemento en menos de 30 minutos, todo el trabajo de mezclar el hormigón para colarlo se debe hacer en un tiempo corto.

Con el reciente aumento del contenido de agua por unidad debido a un cambio de agregados, el uso de equipos modernos mecanizados y el aumento del tráfico, se requiere una nueva mezcla que tenga unas características superiores de retención del asentamiento a la vez que unas propiedades reductoras del aporte de agua mejores que los aditivos convencionales OA reductoras del aporte de agua. Consecuentemente, los fabricantes de mezclas están desarrollando activamente mezclas OA reductoras del aporte de agua que tengan buenas propiedades reductoras del aporte de agua y una pérdida baja del asentamiento y que se puedan añadir a la composición de hormigón en la planta de hormigón.

Actualmente, hay en el mercado aditivos OA reductoras en alto grado del aporte de agua, tales como de sal de un condensado de ácido naftalenosulfónico formaldehído (basada en naftaleno), sal de condensado de ácido melaminasulfónico formaldehído (basada en melamina) y policarboxilato (basado en ácido policarboxílico). Sin embargo, estos aditivos reductores en alto grado del aporte de agua tienen algunos problemas, Por ejemplo, el mayor problema que tienen los aditivos reductores en alto grado del aporte de agua basadas en naftaleno y las basadas en melamina es la disminución de la fluidez (pérdida del asentamiento), si bien tienen características superiores de endurecimiento, Por otra parte, el mayor problema que tienen los aditivos reductores en alto grado del aporte de agua basados en ácido policarboxílico es el retraso en el endurecimiento. Sin embargo, con el reciente desarrollo de un aditivo de hormigón basada en ácido policarboxílico que tiene una fluidez superior, es posible obtener buena fluidez añadiendo sólo una pequeña cantidad y se resuelve el problema del retraso en el endurecimiento.

En cuanto a un aditivo OA basado en ácido carboxílico reductora en grado alto del aporte de agua, la publicación de patente japonesa nº. Sho 59-18338 da a conocer un copolímero preparado a partir de un monómero éster de mono-(met)acrílico de polialquilenglicol, un monómero ácido (met)acrílico y un monómero que se puede copolimerizar con ellos. Adicionalmente, la publicación de patente japonesa nº. Hei 5-238795 describe un copolímero preparado a partir de un monómero diéster de polialquelenglicol que tiene un doble enlace insaturado, un monómero que tiene un grupo disociado y otro monómero específico. Si bien estos aditivos OA reductores en alto grado del aporte de agua, basadas en ácido policarboxílico tienen unas buenas propiedades reductoras del agua y características de retención del asentamiento, hay mucho espacio para mejorarlas.

La publicación de patente japonesa nº. Sho 57-118058, la publicación de patente japonesa nº. Hei 8-283350, la publicación de patente japonesa nº. Hei 9-142905, etc., describen agentes dispersivos de cemento que comprenden un copolímero preparado a partir de un monómero polietienglicol monoalil éter y un monómero ácido maleico. Sin embargo, estos agentes dispersivos no tienen una dispersibilidad satisfactoria, en especial en formulaciones altamente reductoras del aporte de agua. porque el monómero polietilenglicol monoalil éter y el monómero ácido oleico no son fácilmente polimerizables.

La publicación de patente japonesa nº. Hei 10-194808 describe un agente dispersivo de cemento que comprende un copolímero preparado a partir de un monómero polipropilenglicol polietilenglicol mono(met)alil éter y un monómero ácido carboxílico insaturado. A causa de que el agente dispersivo de cemento tiene un contenido alto de polipropilenglicol hidrófobo, no tiene una dispersibilidad suficiente. Por tanto, se debe añadir en gran cantidad para obtener una dispersibilidad suficiente y es imposible obtener una dispersibilidad suficiente en una formulación de alto grado de reducción del aporte de agua.

El documento EP-A-0983976 da cuenta de una composición de tensioactivo que es adecuada para un aditivo de hormigón que da una fluidez estable al hormigón independientemente de que se varíe el tiempo de amasadura. La composición comprende (a) un copolímero de una mezcla de monómeros que incluye un éster bloqueado o eterificado y, preferiblemente, como mínimo un ácido monocarboxílico insaturado y/o un comonómero de ácido sulfónico insaturado.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un aditivo de cemento capaz de mejorar la estabilidad de la dispersión de partículas de cemento y un procedimiento para su preparación.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un aditivo de cemento que ofrezca una buena capacidad para ser trabajada a una composición de cemento aumentando la fluidez de la composición de cemento incluso en una formulación reductora en alto grado del aporte de agua, evitando la disminución de la fluidez en función del tiempo y suministrando una cantidad adecuada de una corriente de aire continuamente, y un procedimiento para prepararla.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

Para alcanzar estos objetivos, la presente invención proporciona un aditivo de cemento que comprende un copolímero o una sal de copolímero obtenida por neutralización del copolímero con una sustancia alcalina, en la que el copolímero comprende:

(a) de 50 a 90% en peso de un monómero éster de alcoxipolialquilenglicol de ácido mono(met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 1;

(b) de 5 a 45% en peso de un monómero ácido (met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 2, y

(c) de 0,5 a 40% en peso de un tensioactivo reactivo seleccionado entre los monómeros representados por la siguiente fórmula química 3:

Fórmula química 1

 

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Reivindicaciones:

1. Un aditivo de cemento que comprende un copolímero o una sal de copolímero obtenida por neutralización del copolímero con una sustancia alcalina, en la que el copolímero comprende:

(a) de 50 a 90% en peso de un monómero éster de alcoxipolialquilenglicol de ácido mono(met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 1;

(b) de 5 a 45% en peso de un monómero ácido (met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 2, y

(c) de 0,5 a 40% en peso de un tensioactivo reactivo seleccionado entre los monómeros representados por la siguiente fórmula química 3:

Fórmula química 1

en la que:

R¹ es un átomo de hidrógeno o metilo,

R²O es un oxialquileno C_2-4 que puede ser idéntico o diferente y que puede añadirse en forma de bloque o al azar en el caso de que sean diferentes,

R³ es un alquilo C_1-4 y

m es la media del número de moles de adición de los grupos oxialquileno, que es un número entero de 1 a 50;

Fórmula química 2

en la que:

R⁴ es un átomo de hidrógeno o metilo y

M¹ es un átomo de hidrógeno, un átomo de un metal monovalente, un átomo de un metal divalente, amonio, o una amina orgánica; y

Fórmula química 3

en la que

R⁵ es un átomo de hidrógeno o metilo,

R⁶ es un alquileno C_1-3, fenileno o alquilfenileno,

R⁷O es un oxialquileno C_1-4 que puede ser idéntico o diferente y que puede añadirse en forma de bloque o al azar en el caso de que sean diferentes,

r es la media del número de moles de adición de los grupos oxialquileno, que es un número entero de 1 a 50,

n es 0 o 1, y

M² es un átomo de hidrógeno, un átomo de un metal monovalente, amonio o una amina orgánica.

2. El aditivo de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que (a) el monómero éster de alcoxipolialquilenglicol del ácido mono(met)acrílico representado por la fórmula química 1 es una o varias sustancias seleccionadas entre un grupo constituido por mono(met)acrilato de metoxipolietilenglicol, mono(met)acrilato de metoxipolipropilenglicol, mono(met)acrilato de metoxipolibutilenglicol, mono(met)acrilato de metoxipolietilenglicol-polipropilenglicol, mono(met)acrilato de metoxipolietilenglicolpolibutilenglicol, mono(met)acrilato de metoxipropilen-glicolpolibutilenglicol, mono(met)acrilato de metoxipolietilenglicolpolipropilenglicolpolibutilenglicol, mono(met)acrilato de etoxipolietilenglicol, mono(met)acrilato de etoxipolipropilenglicol, mono-(met)acrilato de etoxipolibutilenglicol, mono(met)acrilato de etoxipolietilen-glicolpolipropilenglicol, mono(met)acrilato de etoxipolietilenglicolpolibutilenglicol, mono(met)acrilato de etoxipolipropilenglicol-polibutilenglicol y mono(met)acrilato de etoxipolietilenglicolpolipropilenglicol-polibutilenglicol.

3. El aditivo de cemento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que (b) el monómero ácido (met)acrílico representado por la fórmula química 2 es una o varias sustancias seleccionadas entre el grupo constituido por ácido acrílico, ácido metacrílico y una sal de un metal monovalente, una sal de un metal divalente, una sal de amonio y una sal de amina orgánica de los ácidos.

4. El aditivo de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en la que (c) el tensioactivo reactivo seleccionado entre los monómeros representados por la fórmula química 3 es una o varias sustancias seleccionadas entre un grupo constituido por:

sulfoxipolialquilenglicol alil éteres, tales como sulfoxipolietilenglicol alil éter, sulfoxipolipropilenglicol alil éter, sulfoxipolibutilenglicol alil éter, sulfoxipolietilenglicol 2-butenil éter, sulfoxipolipropilenglicol 2-butenil éter, sulfoxipolibutilenglicol 2-butenil éter, sulfoxipolietilenglicol 3-butenil éter, sulfoxipolipropilenglicol 3-butenil éter, sulfoxipolibutilenglicol 3-butenil éter, sulfoxipolietilenglicol 3-pentenil éter sulfoxipolipropilenglicol 3-pentenil éter y sulfoxipolibutilenglicol 3-pentenil éter;

sulfoxipolialquilenglicol alquilvinilfenil éteres tales como sulfoxipolietilenglicol (3-vinil-5-metil)fenil éter, sulfoxipolipropilenglicol (3-vinil-5-metil)fenil éter, sulfoxipolibutilenglicol (3-vinil-5-metil)fenil éter, sulfoxipolietilenglicol (3-vinil-5-etil)fenil éter, sulfoxipolipropilenglicol (3-vinil-5-etil)fenil éter, sulfoxipolibutilenglicol (3-vinil-5-etil)fenil éter, sulfoxipolipropilenglicol (3-propenil-5-propil)fenil éter, sulfoxipolibutilenglicol (3-propenil-5-propil)fenil éter, sulfoxipolietilenglicol (3-propenil-5-butil)fenil éter, sulfoxipolipropilenglicol (3-propenil-5-butil)fenil éter y sulfoxipolibutilenglicol (3-propenil-5-butil)fenil éter;

2-sulfoxipolialquilenglicol-3-(4-alquilfenoxi)propilenalil éteres tales como 2-sulfoxipolietilenglicol-3(4-metilfenoxi)-propilenalil éter, 2-sulfoxipolipropilenglicol-3-(4-metilfenoxi)propilenalil éter, 2-sulfoxipolibutilenglicol-3-(4-metilfenoxi)propilenalil éter, 2-sulfoxipolietilenglicol-3(4-etilfenoxi)-propilenalil éter, 2-sulfoxipolipropilenglicol-3-(4-etilfenoxi)propilenalil éter y 2-sulfoxipolibutilenglicol-3-(4-etilfenoxi)-propilenalil éter; y

sales obtenidas por neutralización de ellos con un metal monovalente, un metal divalente, una sal amónica o una amina orgánica.

5. El aditivo de cemento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el peso molecular ponderal medio del copolímero o la sal de copolímero está en el intervalo de 10.000 a 30.000.

6. Una composición de cemento que comprende de 0,01 a 10 partes en peso del aditivo de cemento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 por 100 partes en peso de cemento.

7. Un procedimiento para preparar un aditivo de cemento que comprende:

(a) una etapa de copolimerización de.

(i)        de 50 a 90% en peso de un monómero éster de alcoxipolialquilenglicol de ácido mono(met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 1,

(ii)        de 5 a 45% en peso de un monómero ácido (met)acrílico representado por la siguiente fórmula química 2, y

(iii)        de 0,5 a 40% en peso de un tensioactivo reactivo seleccionado entre los monómeros representados por la siguiente fórmula química 3

en presencia de un iniciador de polimerización

Fórmula química 1

en la que:

R¹ es un átomo de hidrógeno o metilo,

R²O es un oxialquileno C_2-4 que puede ser idéntico o diferente y que puede añadirse en forma de bloque o al azar en el caso de que sean diferentes,

R³ es un alquilo C_1-4 y

m es la media del número de moles de adición de los grupos oxialquileno, que es un número entero de 1 a 50;

Fórmula química 2

en la que:

R⁴ e un átomo de hidrógeno o metilo,

M¹ es un átomo de hidrógeno, un átomo de un metal monovalente, un átomo de un metal divalente, amonio, o una amina orgánica; y

Fórmula química 3

en la que

R⁵ es un átomo de hidrógeno o metilo,

R⁶ es un alquileno C_1-3, fenileno o alquilfenileno,

R⁷O es un oxialquileno C_1-4 que puede ser idéntico o diferente y que puede añadirse en forma de bloque o al azar en el caso de que sean diferentes,

r es la media del número de moles de adición de los grupos oxialquileno, que es un número entero de 1 a 50,

n es 0 o 1, y

M² es un átomo de hidrógeno, un átomo de un metal monovalente, amonio o una amina orgánica.

8. El procedimiento para preparar un aditivo de cemento de acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende:

(b) una etapa de neutralización del copolímero preparado en la etapa (a) con una sustancia alcalina.

9. El procedimiento para preparar un aditivo de cemento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la sustancia alcalina de la etapa (b) es un hidróxido, cloruro o carbonato de un metal monovalente o un metal divalente, amoniaco o una amina orgánica.

10. El procedimiento para preparar un aditivo de cemento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la copolimerización (a) se realiza por polimerización en solución o polimerización en masa.

11. El procedimiento para preparar un aditivo de cemento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que la temperatura de copolimerización de la etapa (a) está en el intervalo de 0 a 120ºC.

12. El procedimiento para preparar un aditivo de cemento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que la copolimerización (a) se realiza añadiendo además un agente de transferencia de cadena basado en tiol.

 

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