[发明专利]包含纤维素醚的建筑组合物

说明书

本发明涉及包含一种或多种凝胶形成纤维素醚的建筑组合物，施加这种建筑组合物的方法和前述纤维素醚在建筑应用中的用途。

纤维素醚如甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)或羟乙基甲基纤维素(HEMC)作为提高建筑组合物例如砂浆、薄浆、灰浆、灰泥、粘合剂和墙壁/天花板调质剂(texturizer)的性能的添加剂，得到了广泛的应用。

纤维素醚作为建筑组合物添加剂的性能受纤维素醚热特性的影响。已知甲基纤维素和羟烷基甲基纤维素发生热可逆性的胶凝。具体地，当这种纤维素醚的水溶液被加热到超过它的胶凝温度时，形成水凝胶。该过程是可逆的，即当冷却到低于胶凝温度时，凝胶随时间再次转变成水溶液。形成中等强度的凝胶被认为促进了纤维素醚添加剂在水硬性建筑组合物中的水分保持能力，有可能提高所述组合物可达到的机械强度。为了在建筑组合物中有效形成凝胶，胶凝温度应该低于水硬性组合物凝固时达到的温度(通常峰温度在60-70℃范围内)，但同时又远超过自然暴露温度，其在强烈日光照射情况下例如可以高达50℃，以防止过早胶凝。

甲氧基取代度相当于30重量％的常规甲基纤维素可以满足期望的凝胶形成要求，例如表现出在1.5重量％水溶液中胶凝温度为52-57℃，和在1.5重量％水溶液中作为动态弹性模量G′测量的凝胶强度为在15mPa·s的粘度下约200Pa至40,000mPa·s的粘度下约1,800Pa(粘度在2重量％水溶液中测量)。然而，常规的甲基纤维素在环境温度下不能充分溶解，即，为了这种目的，水介质需要冷却到通常低于10℃的温度，这对于在建筑组合物中的应用是高度不利的。

WO00/59947公开了甲基纤维素，其提供了在粘度为29mPa·s下569Pa至粘度为17,000mPa·s下5,445Pa的范围内(粘度在2重量％水溶液中测量)的显著提高的凝胶强度，并具有在31-54℃范围内的更低的胶凝温度。这些不寻常的性质归因于甲基化位点沿着纤维素链的分布没有常规甲基纤维素均匀，被称为“块状(blocky)”取代，由特征性多级醚化过程造成。WO00/59947中描述的甲基纤维素的非常高的凝胶强度对于食品和制药工业中的应用是有益的，但对用于水硬性建筑组合物则不是，因为这种硬质凝胶牢固地捕集水，妨碍了组合物中胶结相的水化。

引入羟烷氧基取代基产生更亲水的纤维素醚，它在较高的温度、例如环境温度下比没有羟烷氧基取代基的甲基纤维素更容易溶解。然而，羟烷基甲基纤维素与甲基纤维素相比，通常达到显著更低的凝胶强度。凝胶强度随着羟烷氧基的摩尔取代度增加而降低。例如，N.Sarkar在Journal of Applied Polymer Science，24(1979)，第1073-1087页中讨论了甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素(HPMC)的热胶凝性质。这篇文章的图9说明了MS(羟丙氧基)为0.10的HPMC的凝胶强度只有甲基纤维素凝胶强度的约三分之一。

为了解决羟烷基甲基纤维素凝胶强度低的问题，Shin-Etsu Chemical Co.Ltd的EP1983004A1提出了甲氧基取代度为1.6-1.9并且羟烷氧基摩尔取代度在0.05-0.10范围内的羟烷基甲基纤维素，其中羟基被进一步甲基化的羟烷氧基比羟基没有进一步取代的羟烷氧基的摩尔分数为0.4或更大。这种羟烷基甲基纤维素在20-30℃时是水溶性的并且具有与常规甲基纤维素可比的热可逆性凝胶强度。

然而，以不同于将羟烷基的摩尔取代度限制到低至0.05-0.10的值的另一种方式增加羟烷基甲基纤维素的凝胶强度将是所希望的，因为较高的MS在室温和更高温度下提供了更好的溶解特性。EP1983004A1中描述的羟烷基甲基纤维素在30-50℃的温度范围内的溶解度不够，而这样的温度在温暖的气候带中可以容易地达到，从而损害了所述纤维素醚作为添加剂在建筑组合物中应用时的性能。此外，从将纤维素醚的润湿性质和表面活性调节到各个应用需要的水平的观点而言，将羟烷氧基的摩尔取代度控制在较宽的范围内也是有吸引力的。

鉴于前述事项，本发明解决如下问题：提供用作建筑组合物中的添加剂而优化的纤维素醚，所述纤维素醚在10-50℃范围内的温度下具有充分的溶解特性并且凝胶强度比已知的可比羟烷基甲基纤维素更高。本发明涉及这种纤维素醚在建筑应用中的用途和施加包含这种纤维素醚的建筑组合物的方法，目的尤其在于在相同或较低水平的纤维素醚下，改善水硬性建筑组合物在至少一个性能参数方面的应用性质，尤其是可达到的粘附强度和/或凝固特性。