[发明专利]用于粘土减轻的官能化多胺

说明书

发明领域

本发明涉及用于制造建筑材料的砂骨料（sand aggregates）的处理，和更特别涉及使用官能化的多胺减轻(mitigation)建筑骨料中的粘土，这将进一步详细描述。

发明背景

由于其存在于砂子、碎石或砾石以及一般用于建筑应用中的其它骨料中，所以建筑材料如混凝土、砂浆、沥青、路基和油气钻井泥浆（gas and oil well drilling mud）(用于粘接（cement）钻杆与井孔之间的环形间隙)中常常存在粘土材料。具有层状结构，所以粘土可以吸收水和化学试剂，导致建筑材料性能下降。减轻粘土的有害作用的通常方法是将其由骨料中洗出。然而，在洗涤过程中也会除去有益的细粒（fines）。

已知使用季胺（quaternary amine）化合物用于改性粘土的性能或特征。例如，在US专利6,352,952和6,670,415(为W. R. Grace & Co.-Conn.所有)中，Jardine等公开了可以使用季胺使粘土对于使用含有该类粘土的砂骨料制造的混凝土中使用的超增塑剂的剂量效率的不利影响最小化。

作为另一个实例，在转让给Lafarge S.A.的US专利申请序列号11/575,612 (公开号2007/0287794 A1)和US专利申请序列号11/575,607 (公开号2008/0060556 A1)中，Jacquet等公开了用于“惰性化”骨料中的粘土的组合物，所述骨料包括季胺官能团如二烯丙基二烷基铵、二烷基氨基烷基的季化(甲基)丙烯酸酯和被季化的二烷基氨基烷基N-取代的(甲基)丙烯酰胺。在这些基团中包括通过二甲胺和表氯醇缩聚获得的阳离子聚合物。类似的组合物由Brocas在同样转让给Lafarge S.A的国际知识产权组织申请(公开号2010/112784 A1)中公开。

本发明涉及使用官能化的多胺用于减轻粘土的有害影响同时留下有利细粒的方法和组合物。因此，本发明的一个目的是减轻粘土的有害影响同时改善建筑材料的性能。本发明的优点包括改善砂浆和混凝土性能(例如和易性、强度)、沥青性能(例如粘结剂要求)和路基性能(例如改善的流动性)。因此，可以减少或消除洗涤，并且这样允许更大含量的有利细粒(即：小的骨料)保留在建筑材料中。

还可实现另外的益处用于油气井应用中的粘土稳定化(包括断裂的岩层)以降低水损失。

发明概述

本发明涉及据认为可用于改性粘土的粘土减轻方法和组合物，所述粘土被输送到或混合在无机颗粒如砂骨料、碎石(砾石、石块等)、粒状渣料和可用于建筑材料的其它无机颗粒材料中。

本发明的粘土减轻剂可以引入到承载粘土的建筑骨料和材料，如砂浆、混凝土、沥青、路基、或井孔钻井流体和泥浆中。所述粘土减轻剂可以引入到干的或湿的骨料中。

在可水合的粘结组合物（cementitious composition）的情况下，本发明的所述粘土减轻方法和组合物可以在不增加水需求的情况下提供改善的和易性；并且，在处理或洗涤骨料材料的情况下，本发明的组合物可以减少用于洗涤和/或沉积骨料中含有的粘土所需要的工作。

本发明用于减轻粘土的示例性的方法包括：基于所述骨料中含有的粘土的干重计，以0.1重量%-100重量%的量向骨料(例如砂浆或混凝土骨料、沥青骨料、路基骨料)中含有的粘土中引入水溶性官能化的多胺，其包含通过至少一种由下面结构式(A)-(C)表示的胺化合物与下面结构式(D)表示的环氧化合物反应形成的水溶性多胺：

其中R¹-R¹²各自独立地表示氢或C₁-C₃烷基；“m”和“n”各自独立地表示1-6的整数；“X”表示氯、溴、碘原子或其混合；并且键合到所述胺化合物的氮上的氢与所述环氧化合物的环氧基团的摩尔比为50:50-75:25；

其中所述水溶性多胺使用至少一种选自如下化合物的官能化试剂官能化：下面结构式(E)和(F)表示的卤化物；下面结构式(G)表示的硫酸酯化合物；下面结构式(H)表示的环氧化合物；和下面结构式(I)表示的二卤化物