COPOLIMEROS SOLUBLES EN AGUA QUE CONTIENEN GRUPOS SULFO, METODO PARA SU PRODUCCION Y SU EMPLEO.

Copolímeros solubles en agua que contienen grupos sulfo compuestos de

a) 3 a 96% molar de la fórmula (I)

Copolímeros solubles en agua que contienen grupos sulfo, método para su producción y su empleo.

La presente invención se refiere a copolímeros solubles en agua que contienen grupos sulfo, método para su producción y su empleo como agentes de retención de agua, estabilizantes y modificadores de características reológicas, en sistemas acuosos de materiales de construcción a base de aglomerantes hidráulicos como cemento, cal, yeso, anhidrita etc. así como en sistemas a base de agua de pintura y revestimientos.

Es conocido que la adición de aditivos aglomerantes hidráulicos o bien aglomerantes hidráulicos latentes como por ejemplo cemento o yeso cambian de manera ventajosa las propiedades del material de construcción. De este modo, por ejemplo mediante la adición de un aditivo del grupo de los fluidificantes se mejora la capacidad de ser trabajado, con lo cual la fluidez mejora claramente. Sin embargo en mezclas de alta fluidez, aumenta claramente la tendencia de los componentes pesados (arena y dado el caso grava) a segregarse y a la separación de suero sobre la superficie. Esto tiene efectos negativos sobre la capacidad para ser trabajado y las propiedades de cuerpo sólido de la mezcla endurecida de material de construcción. De allí que se usan estabilizantes (también descritos como agentes anti segregación, agentes contra el sangrado o modificadores de viscosidad), para impedir estos efectos indeseados. Comúnmente en mezclas acuosas de materiales de construcción se emplean sustancias originadas en polisacáridos no iónicos solubles en agua, en particular derivados de celulosa y de almidón. Pero, correspondiente con el estado de la técnica, para impedir la segregación no deseada y la separación de suero también están para el uso polisacáridos generados microbiológicamente como por ejemplo goma Welan.

Los aditivos no iónicos solubles en agua a base de derivados de polisacáridos así como de polisacáridos generados microbiológicamente muestran sin embargo algunas desventajas determinantes para el uso en sistemas acuosos fluidos de construcción:

Los derivados no iónicos solubles en agua de polisacáridos, en particular derivados de celulosa y almidón, son empleados en mezclas acuosas de materiales de construcción pero también como agentes de retención de agua, para retardar o impedir la evaporación no deseada del agua, la cual es necesaria para la hidratación y capacidad para ser trabajado, o bien para retardar o impedir su salida al subsuelo.

Con tales aditivos puede controlarse la función central de la retención de agua en sistemas de pintura, limpieza, morteros adhesivos, emplastes y rellenos de junturas, pero también hormigones de inyección para la construcción de túneles así como túneles submarinos. Por ello tales aditivos tienen también decisiva influencia en la consistencia (plasticidad), tiempo disponible, poder deslizante, segregación, adhesividad, adherencia (al subsuelo y a las herramientas), estabilidad y resistencia al resbalamiento así como estabilidad de la fuerza de adhesión y a la presión o bien a la retracción.

También en sistemas de pinturas y revestimientos a base de agua, se emplean de modo correspondiente al estado de la técnica, entre otros, derivados de polisacáridos, para evitar la deposición de los pigmentos por ejemplo. En ello se presentan asimismo problemas con la estabilidad al almacenamiento de las mezclas, debido al ataque microbiano.

De manera predominante, hasta ahora los polímeros sintéticos con propiedades estabilizantes fueron descritos en la literatura como aditivos en lavado de huecos y en el cementado de huecos de taladro. Allí sirven para reducir la pérdida de agua de lodos de cemento hacia la formación de roca circundante. Así por ejemplo en las DE 29 31897 A1, DE 40 34 642 A1, DE 199 26 355 A1 y DE 197 52 093 C2 se proponen co- o bien terpolímeros a base de ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico como sustancia auxiliar en el cementado de huecos de taladro. Estos polímeros son optimizados en los requerimientos especiales del empleo en el taladrado de huecos. En empleo en mezclas de materiales de construcción como mortero y concreto o bien sistemas acuosos de pintura y revestimiento ellos muestran desventajas para el usuario, puesto que las propiedades de fluidez son limitadas tan fuertemente que no se impide la separación de suero o el poder de retención de agua no es suficiente.

En el escrito de patente JP 10053627 se describen terpolímeros de N-vinilacetamida, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico y acrilonitrilo como estabilizantes para concreto de alta fluidez. Estos terpolímeros muestran concretamente un buen efecto estabilizante, pero no pueden impedir la separación de suero. Además la relación precio/rendimiento comparada con los éteres de celulosa es claramente más mala, puesto que con la N-vinilacetamida se emplea un monómero de precio mucho más alto, de modo que para el usuario surge una desventaja económica considerable.

En la DE 198 06 482 A1 y WO 02/10229 A1 se describen polímeros cuaternarios de molécula muy grande que contiene grupos sulfo, los cuales muestran muy buenas propiedades de retención de agua. Además ellos poseen también un muy buen efecto estabilizante y suben fuertemente la viscosidad plástica de la mezcla.

Debido a este fuerte espesamiento estos polímeros no son adecuados para mezclas fluidas de materiales de construcción o bien en sistemas a base de agua de pintura o de revestimiento, pues la capacidad que tienen para ser trabajados por parte del usuario es limitada en una medida inaceptable. Además, los polímeros descritos contienen una cierta fracción de monómeros catiónicos, los cuales son sospechosos respecto a la toxicidad a los pescados.

En sistemas de materiales de construcción no fluidos, los copolímeros descritos en DE-OS 198 06 482 y WO 02/10229 A1 muestran como desventaja que ellos no exhiben la adhesividad requerida, sobre todo en adhesivos para baldosas y también en revoques. Entonces los adhesivos para baldosas se adhieren muy poco a la paleta y se levantan nuevamente de modo perjudicial con la paleta dentada.

En ambos usos, sobre todo en aplicaciones de revoques, la insuficiente estabilidad de las oclusiones de aire representa además un problema. El aire introducido frecuentemente por los formadores de oclusiones de aire se revienta claramente después de aproximadamente 10 a 20 minutos, lo cual probablemente se atribuye a las unidades catiónicas constitutivas contenidas en los polímeros.

Además en adhesivos para baldosas pero también en revoques es indispensable el espesamiento en presencia de altas concentraciones de sal. En oposición a los polímeros según DE 198 06 482 A1, los copolímeros de molécula grande espesantes por asociación que contienen grupos sulfo según la WO 02/10 229 A1 en presencia de altas concentraciones de sal no muestran una disminución drástica de la viscosidad.

La presente invención basó su objetivo en poner a disposición copolímeros y sus usos como agentes de retención de agua, estabilizantes y modificadores de reología para sistemas acuosos de elementos de construcción así como sistemas a base de agua de pintura y revestimientos, que no exhiban las mencionadas desventajas del estado de la técnica, sino que mejoren la mala estabilidad de las oclusiones de aire y deficiente adhesividad de los polímeros sintéticos en sistemas no fluidos de materiales de construcción, exhiban...

1. Copolímeros solubles en agua que contienen grupos sulfo compuestos de

a) 3 a 96% molar de la fórmula (I)

con

R², R³, R⁴ = hidrógeno, radical de hidrocarburo alifático con 1 a 6 átomos de carbono, un radical fenilo dado el caso sustituido con grupos metilo y

y

b) 3 a 96% molar de la fórmula (II)

donde

R⁵ y R⁶ representa independientemente uno de otro hidrógeno, un radical de hidrocarburo alifático con 1 a 20 átomos de carbono, un radical de hidrocarburo cicloalifático con 5 a 8 átomos de carbono o un radical arilo con 6 a 14 átomos de carbono,

así como además

c) 0,01 a 10% molar de los grupos estructurales de la fórmula (III)

donde representan:

R⁷ =

R¹ posee el significado arriba mencionado,

y/o

d) 0,1 a 30% molar de los grupos estructurales de la fórmula (IV)

donde representan

R¹, n, p y q poseen el significado arriba mencionado.

2. Copolímeros según la reivindicación 1, caracterizados porque el catión metálico mono o divalente consiste en iones sodio, potasio, calcio o magnesio.

3. Copolímeros según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizados porque los iones amonio sustituidos con radicales orgánicos preferiblemente se derivan de alquilaminas C₁ a C₂₀, alcanolaminas C₁ a C₂₀, cicloalquilaminas C₅ a C₈ y arilaminas C₆ a C₁₄, primarias secundarias y terciarias.

4. Copolímeros según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque consisten en 30 a 80% molar del grupo estructural a), 5 a 50% molar del grupo estructural b), 0,1 a 5% molar del grupo estructural c) y/o 0,2 a 15% molar del grupo estructural d).

5. Copolímeros según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizados porque exhiben un peso molecular promedio de 50.000 a 20.000.000 g/mol.

6. Copolímeros según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizados porque los compuestos consistentes en los grupos estructurales a), b), c) y d) o a), b) y d) contienen hasta 50% molar, en particular hasta 20% molar, referido a la suma de % molar de los grupos estructurales a), b), c) y d), de otro grupo estructural e) a base de la fórmula (V)

donde representan

R¹, R², R⁵ y R⁶ poseen el significado arriba mencionado.

7. Copolímeros según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque hasta 50% del grupo estructural a) es reemplazado por el elemento constituyente f) derivado de monómeros de betaína que contienen grupos ácido sulfónico, según la fórmula (VI).

donde representan

U =

R¹⁰ =

así como

R¹, R² y m poseen el significado arriba mencionado.

8. Copolímeros según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizados porque contienen hasta 0,1% molar, referido a la suma de los grupos estructurales a), b), c), d), e) y f), de un componente entrelazante elegido de entre el grupo de trialilaminas, cloruro de trialilmetilamonio, cloruro de tetraalilamonio, N,N'-metilenbisacrilamida, bismetacrilato de trietilenglicol, bisacrilato de trietilenglicol, bismetacrilato de polietilenglicol(400) y bisacrilato de polietilenglicol (400).

9. Método para la producción de los copolímeros según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los monómeros que forman las estructuras a) a d) así como dado el caso e) y f) reaccionan por radicales libres, polimerización en seco, polimerización en solución, polimerización en gel, polimerización en emulsión, polimerización en dispersión o polimerización en suspensión, iónicas o por complejos de coordinación.

10. Método según la reivindicación 9, caracterizado porque los copolímeros son producidos mediante polimerización en gel en fase acuosa en presencia de iniciadores y dado el caso agentes auxiliares comunes, como por ejemplo reguladores de peso molecular.

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque la polimerización en gel ocurre a -5 a 50ºC y a una concentración de la solución acuosa de 35 a 70% en peso.

12. Empleo en los copolímeros según las reivindicaciones 1 a 8 como aditivos en sistemas acuosos de materiales de construcción a base de aglomerantes hidráulicos como cemento, cal, yeso y anhidrita así como en sistemas a base de agua de pinturas y revestimientos.

13. Empleo según la reivindicación 12, caracterizado porque los copolímeros son empleados como agentes de retención de agua, estabilizantes y modificadores de reología.

14. Empleo según la reivindicación 12, caracterizado porque los copolímeros son empleados en una cantidad de 0,001 a 5% en peso, referido al peso seco del sistema de material de construcción, del sistema de pintura o del sistema de revestimiento.