La présente invention concerne une nouvelle composition améliorée pour mortiers, qui est lrarticuliment appropriée pour le jointoiement et le rQnplisqago de joints entre carreaux de céramique. L'invention concerne la cooe-ition, le procédé de fabrication de la conaposîtion et rutiliaation de la composition pour poser et jointoyer des carreaux. La composition aqueuee comprend un polymère filmogène, dispersible dans l'eau et réticulable à température normale, et une charge non soluble dans l'eau.
Les mortiers habituellement utilisés pour la pose de carreaux sont constitués de ciment Portland, de chaux et de sable. On ajoute de l'eau à ce mélange pour obtenir une pâte bien ouvrable et pour provoquer un durcissement ou une réticulation grâce à quoi le ciment forme un gel. Ces mortiers ne sont pas entièrement autodurcissables par le fait qu'ils ont tendance à perdre beaucoup d'eau par évaporation dans l'atmosphère ambiante et aussi par absorption dans les carreaux ou la maconnerie que l'on recouvre. Lorsque la perte d'eau est trop grande, le durciseoment est incomplet et le mortier s'affaiblit et devient crayeux. En outre, ces mortiers usuels doivent être appliqués en couches lourdes, épaisses et généralement en plusieurs fois, avant de poser le carreau.
Ceci entraxe l'emploi de grands quantités de ces matières et une main-d'oeuvre considérable pour le mélange, le placement et la manipulation à la truelle de telles sous-couches.
De plus, pour obtenir un durcissement et une adhérence appropriées il faut maintenir des conditions de grande humidité, ce qui implique l'opération embarrassante de tremper tous les carreaux en céramique non vitreux avant leur pose et l'adoption de précautions considérables pour assurer le réglage de ces conditions d'humidité pendant la période de durcissement. Un autre désavantage de ces mortiers est l'impossibilité de les utiliser sur des supports tels que des panneaux de gypse ou du plâtre.
Une innovation plus récente dans l'industrie du carrelage concerne l'emploi de mortiers et coulis durcissables à sec.
Toutefois, ces compositions se souillent considérablement, se fissurent aisément et ne présentent qu'une faible résistance à sec. De plus, ces matières ne possèdent qu'une médiocre résistance aux produits chimiques et aux acides.
La composition conforme à la présente invention n'a pas les propriétés indésirables des compositions pour mortiers mentionnées ci-dessus.
En particulier, elle a des consistances non newtoniennes qui confèrent une bonne ouvrabilité à la truelle; elle constitue une composition appropriée pour remplir les joints entre des carreaux de céramique imperméables et absorbants; elle convient comme mortier applicable en couche mince; elle présente un retrait minimal et devient très résistante à l'eau et aux souillures après un certain temps.
Par conséquent, la présente invention concerne une composition aqueuse pour mortiers ayant une viscosité (I) comprise entre 10 000 et 1 200 000 cps comprenant un polymère filmogène, dispersible dans l'eau, réticulable à température normale, et une charge insoluble dans l'eau. La composition aqueuse ci-dessus se présente de préférence à l'état d'une émulsion; toutefois, les suspensions, dispersions et solutions partielles restent également dans le cadre de la présente invention.
En particulier, un aspect préféré de l'invention concerne l'addition d'un agent de réticulation (durcisseur) ou d'un Ca- talyseur, ou les deux ensemble, pour faciliter le durcissement. Lorsqu'on utilise un catalyseur acide, on ajoute en outre de préférence un activateur.
On préfère utiliser chacun des composés dans les quantités suivantes, étant entendu toutefois que les composés A, B et F sont les constituants indispensables, tandis que l'inclusion de
C, D et E est facultative.
(1) Viscosité Brookfield mesurée avec l'Helipath à
2,5 tours/mn.
A. Polymère réticulable, dispersible dans l'eau 2 -16 O/o en poids
B. Charge non soluble dans l'eau 50 -9o O/o en poids
C. Catalyseur acide 0,03- 20/o en poids
D. Activateur quantités catalytiques
E. Agent de réticulation quantité suffisante pour permettre une réticu
lation substantielle (au moins une quantité stoechiométrique)
F. Eau 8-15 O/o en poids.
Des charges insolubles dans l'eau préférées comprennent: le verre, le quartz, la silice, le calcaire, le trihydrate d'alumine et leurs mélanges.
La nouvelle composition pour mortier conforme à la pré sente invention est efficace pour le jointoiement ou le rem plissage de joints entre des carreaux de céramique et poul faire adhérer ces carreaux à divers supports.
Les coulis et mortiers résultant de l'utilisation de ces compositions sont particulièrement appropriés du fait de leur résistance à l'eau, aux agents chimiques (acides et solvants) et aux rayons ultraviolets, et, en outre, de leur résistance aux souillures et de leur excellente rnouillablité. De plus elles sont faciles à appliquer.
Les nouvelles compositions aqueuses pour mortiers selon la présente invention comprennent principalement:
a) un polymère filmogène, dispersible dans l'eau et réti
culable à température normale;
b) une charge insoluble dans l'eau;
c) de l'eau; dans les quantités préférentielles suivantes:
a) 2-16 Olo en poids;
b) 50-900/0 en poids;
c) 8-15 O/o en poids.
Le premier composé essentiel de la nouvelle composition décrite ci-dessus est le polymère dispersible dans l'eau. C'est la pierre angulaire de la composition de l'invention; pour cette raison, sa fonction principale sera décrite en premier lieu.
Il doit être réticulable ou durcissable à température normale lorsqu'il est combiné avec d'autres ingrédients qui constituent la composition aqueuse entière. Une caractéristique nouvelle est, par conséquent, son aptitude à subir au moins une réticulation préliminaire sous les conditions ordinaires d'application des matières de jointoiement, notamment en présence d'eau et à température normale. Cette réticulation initiale du polymère s'effectue sans application des techniques usuelles de séchage et de chauffage normalement utilisées lorsqu'on emploie des émulsions de polymères pour fabriquer des textiles non tissés. La réaction de réticulation est ensuite achevée ou favorisée par l'addition d'un catalyseur ou d'un agent de réticulation ou des deux sirnultanément.
Toutefois, après une période de temps raisonnable, le mortier durcira pour donner lieu à une matière de jointoiement même en l'absence d'un agent de réticulation ou de catalyseur.
Quoique le mécanisme de la réticulation initiale ne soit pas entièrement compris actuellement, cette dernière est fort inattendue et inhabituelle, eu égard spécialement aux conditions de la réaction; la réticulation du polymère commence à température normale lorsqu'on ajoute les autres ingrédients dans le milieu aqueux. La réticulation continue après que la composition de jointoiement est séchée. Cette phase initiale dans la formation complète d'un produit fini utile est non seulement inattendue. mais donne lieu à la formation d'un produit présentant des propriétés inhabituelles.
Un aspect préféré de l'invention qui se rapporte au processus de réticulation décrit ci-dessus concerne l'utilisation d'un adjuvant de réticulation. Cet adjuvant peut être soit un agent de réticulation, soit un catalyseur, soit les deux ensemble, qui accélère ou favorise le processus de réticulation jusqu'au stade final.
L'utilisation d'un catalyseur ou d'un agent de réticulation dépend du type de polymère utilisé. Par exemple, pour réticuler certains polymères, on préfère utiliser un agent de réticulation ou de durcissement. Un exemple typique est représenté par les résines époxydes qui sont habituellement réticulées par addition d'une amine. Un autre exemple de polymères qui peuvent être réticulés par addition d'un agent de réticulation est constitué par certaines résines de polyesters, notamment les résines de polyesters insaturés, dans lesquelles la réticulation a lieu aux segments insaturés des chaînes polymères. Dans ce dernier type, l'agent de réticulation est un monomère tel que le styrène, le méthacrylate de méthyle, le vinyltoluène ou le phtalate de diallyle.
Outre les polyesters insaturés, d'autres matières polymères peuvent être réticulées de la même manière, c'est-à-dire par copolymérisation de la liaison alkène dans le polymère avec un monomère du type ci-dessus. Ces matières polymères comprennent les 1 .4-poly- diènes-1,3, les polyoléfines et les polysiloxanes.
De manière analogue, on peut utiliser des monomères diéniques comme agents de durcissement ou de réticulation afin d'aboutir à une structure réticulée dans le produit final.
Des exemples de ce type sont les systèmes: - méthacrylate de méthyle-diméthacrylate d'éthylèneglycol, - acétate de vinyle-adipate de divinyle, - styrène-divinylbenzène, - méthacrylate de méthyle-méthacrylate d'allyle.
Un autre agent de réticulation approprié est le soufre. La réticulation des polymères diéniques, tels que le polyisoprène, le polybutadiène et le chloroprène, et des copolymères tels que butadiène-acrylonitrile, butadiène-styrène et isoprène-isobutène, peut être effectuée au moyen de soufre comme agent de réticulation.
Par ailleurs, les résines de polyuréthanes peuvent être réticulées par des diols et des diamines. Ces derniers sont également compris dans le terme agent de réticulation
Le processus de réticulation mentionné ci-avant est donc le résultat d'une interréaction entre des groupes réactifs sur les chaînes polymères par suite de l'addition d'un agent de réticulation ou de durcissement. Ceci peut être représenté de la façon suivante:
EMI2.1
<tb> x---u---y <SEP>
<tb> x---u---y <SEP>
<tb> x---u---y <SEP>
<tb>
chaîne chaîne de polymère de polymère où X et Y sont des groupes réactifs latéraux sur les chaines polymères et U est l'agent de réticulation; X, Y et U peuvent être des groupes chimiques identiques ou différents. La molécule résultante peut être tridimensionnelle.
Si les polymères sont différents, X et Y seront évidemrnent différents.
Dans le cas spécifique des résines époxydes, les substituants de la chaîne polymère sont des groupes époxy
EMI2.2
et U est une amine. En dehors des amines et des monomères mentionnés ci-dessus, des agents de réticulation appropriés comprennent des diols, les diépoxydes, les acides dicarboxyliques, les N-méthylolamides, les acides a-oléfiniques, les oxydes de métaux polyvalents, les hydroxydes, les méthylols, etc.
La seule caractéristique requise d'un agent de réticulation est qu'il soit capable de provoquer une interréaction entre les chaînes polymères et, plus particulièrement, au sein des groupes fonctionnels sur les chaînes, pour permettre la formation d'une liaison chimique ou physique.
I1 est entendu que l'agent de réticulation particulier sélectionné dépend en grande partie du polymère utilisé. Plus particulièrement, il dépend du type de groupes latéraux qui sont présents sur la chaîne principale du polymère. Par exemple.
pour les résines époxydes, les amines sont les agents préférés pour atteindre un degré de réticulation important.
Dans le cas où un catalyseur est utilisé pour favoriser le processus de réticulation, le polymère est du type contenant des substituants capables de réagir avec des substituants latéraux, qui peuvent être identiques ou différents sur d'autres molécules polymères en présence. Si les chaînes polymères sont similaires, les substituants peuvent être les mêmes ou différents. Lorsque la réticulation est accélérée par un catalyseur en l'absence d'un agent de réticulation, l'interaction a lieu entre les substituants.
Le catalyseur est de préférence un catalyseur acide et est choisi en particulier parmi les sels inorganiques et organiques, les acides organiques et sels d'addition d'amines et d'acides.
Des exemples spécifiques comprennent le chlorure d'ammonium, le chlorure de magnésium, le sulfate d'ammonium, le bromure d'ammonium, le thiocyanate d'ammonium, l'acide dichloroacétique, l'acide p.toluènesulfonique, l'acide citrique, l'acide oxalique, l'acide sulfamique et l'hydrochlorure de 2 méthyl-2-amino-propanol- 1. Lorsque le catalyseur est du type acide décrit ci-dessus, il est parfois désirable d'ajouter un activateur pour accélérer le durcissement.
Un activateur typique est le formaldéhyde; toutefois, ceux qui sont connus dans le domaine de la polymérisation entrent dans le cadre de la présente invention. La quantité d'activateur est généralement catalytique.
Toutefois, selon le polymère particulier utilisé, le catalyseur peut être différent du catalyseur acide défini ci-dessus.
Il peut, par exemple, être un composé peroxyde; les résines de polyuréthanes peuvent être réticulées au moyen de peroxydes; le polyéthylène, les copolymères éthylène-propylène et les polysiloxanes sont réticulés au moyen d'un peroxyde tel que le peroxyde de dicumyle ou le peroxyde de dit.butyle.
Un autre catalyseur est l'oxygène atmosphérique qui réticule efficacement les polyesters insaturés (alkydes) habituellement en présence d'ions métalliques (cobalt, manganèse, fer, plomb et zinc) à l'état de sels d'acides carboxyliques.
Un autre catalyseur approprié pour certains polymères est le rayonnement au moyen de l'énergie de rayons actiniques de la lumière. des rayons infrarouges ou autres. Le rayonnement à haute énergie réticule efficacement le polyéthylène et les copolymères d'éthylène.
Il ressort de la discussion ci-dessus que la chaîne principale du polymère n'est pas critique - elle peut etre homopolymère, copolymère ou co-ister en un mélange de ces deux formes. Le polymère peut etre un polymère d'addition tel que les polyoléfines, les composés polyvinyliques, les poilyépoxy- des et les polyacétals, ou un polre de condensation tel que les polyesters et les polyamides.
En outre, selon la présente invention, la structure particuire du polymère n'est pas critique; elle comprend, pour cette raison, des polymères trans, cis isotactiques, syndiotactiques, tritactiques, atactiques et autres.
Le copolymère peut être désordonhé, alterné ou à blocs.
Les copolymèles greffés conviennent aussi En outre, les terpolymères entrent dans le cire de la présente invention.
Par conséquent, la propriété critique du polymère est constituée par les substituants qu'il contient. Plus particulièrement, les polymères doivent porter des substituants qui permettent au polymère de subir une rétictalation initiale qui se poursuit jusqu'à achèvement. Donc, le polymère doit être filmogène, dispersible dans l'eau et rétîculable à température normale en présence d'eau.
Les substituants forés sur la chaîne principale du polymère et conférant à ce dernier Les propriétés nécessaires définies ci-dessus sont nombreux et choisis à titre d'exemple dans la liste suivante:
EMI3.1
époxy -OH hydroxy -Cl halogéno - CH20H méthylol -CONH2(NHR. NR2) amo -COOH carboxy -COOR ester - CH = CH2 a-oléfine - NCO isocyanate
EMI3.2
carbamate d'allyle
EMI3.3
méthylolacrvlamide -NH2,-NHR,-NR2 amino
EMI3.4
- CH = CH -
N-méthylolamide double liaison interne où R représente un alkyle normal.
Les exemples cidessus ne roprXontent que quelques-uns des nombreux substituants possibles capables de conférer les propriétés désirées aux polymères utilisés dans la composition de la présente invention.
Les polymères contenant les substituants du type ci-dessus comprennent:
les résines urée4ormaldéhyde,
les résines mélamine4ormaldéhyde,
les polysiloxanes,
les résines phénoliques,
les polyamides,
les polyesters,
les polyuréthanes, les polyacrylaess,
les résines époxydes, les polvacétals,
le polyacrylonitrile,
les poly(méthacrylates d'alkyle),
les poly(acrylates d'alkyle),
les esters de poly(alcool vinylique),
le poly(chlorure de vinylidène),
les polyoléfines.
Le poids moléculaire des polymères utilisés dans la nouvelle composition conforme à l'invention peuvent varier de 900 à I million suivant le type de polymère. Les polymères préférés sont ceux disponibles commercialement ou faciles à synthétiser au moyen des techniques connues. Le poids moléculaire n'est pas le paramètre décisif pour ce qui concerne le niveau inventif. Comme décrit ci-dessus, c'est plutôt l'aptitude du polymère portant certains substituants réactifs à subir une réticulation à température normale en milieu aqueux, afin de donner lieu à une composition de jointoiement très efficace.
Lorsque tous les composants sont combinés, la composition aqueuse est habituellement à l'état d'émulsion. En fait, la polymère utilisé dans la présente invention existe à l'état d'émulsion, qui est habituellement disponible dans le commerce. Quoique l'on préfère une émulsion, il est également possible d'avoir une dispersion, une suspension ou une solution aqueuse partielle.
Une solution aqueuse partielle existe lorsqu'une portion de la molécule polymère est hydrosoluble ou lorsque l'agent de réticulation est hydrosoluble.
Il est important de savoir que lorsque la réticulation commence et pendant sa progression, I'on se trouve en présence d'eau. Ceci est une propriété inhabituelle pour la polymérisation en présence d'un catalyseur acide.
Il faut savoir aussi que la composition aqueuse selon l'invention peut donner lieu à des compositions de jointoiement efficaces malgré l'absence d'un agent de réticulation ou d'un catalyseur, ou de chacun d'eux. Néanmoins, il est avantageux d'ajouter un agent de réticulation ou un catalyseur pour accélérer la vitesse de durcissement.
Le second ingrédient principal dans la nouvelle composition selon l'invention consiste en une charge insoluble dans l'eau. Des exemples de charges qui peuvent être utilisées sont le verre, tel que le verre pilé, le quartz, la silice, les barytes, le calcaire, I'alumine, diverses argiles, les terres de diatomées et autres matières inertes analogues, la wollastonite, le mica, la poudre de silex, la cryolithe, le trihydrate d'alumine. le talc, le sable, la pyrophyllite, le blanc fixe. le polyéthylène granulé, I'oxyde de zinc et les mélanges de ces matières. Une combinaison préférée est constituée d'un mélange de verre, de quartz, de silice et de trihydrate d'alumine.
La quantité de charge ajoutée peut varier de 50 à 90 /o en poids de la composition totale. La charge est insoluble dans l'eau; pour cette raison, elle est mise de préférence en émulsion, en dispersion ou en suspension lorsqu'on la combine avec les autres ingrédients de la composition.
La composition selon la présente invention peut également contenir une matière hydrosoluble douée d'un pouvoir de rétention d'eau, telle que la méthylcellulose, I'hydroxyéthylcellulose, I'éthylcellulose et la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose. La quantité ajoutée n'est pas critique. Comme il est connu que ces matières interviennent habituellement dans la préparation de compositions de jointoiement, les quantités de ces additifs sont connues de l'homme de l'art.
Ces matières permettent de rég!er les propriétés thixotropiques et'de viscosité.
En outre, on peut également ajouter à la composition d'autres ingrédients qui sont généralement utilisés dans la préparation de mortiers et de compositions de jointoiement. On peut, par exemple, ajouter des colorants, des stabilisants,-des agents antimousse, des dispersants, des agents mouillants, des émulsionnants, des fongicides et des composés similaires. Des exemples de colorants pouvant être ajoutés sont le bioxyde de titane, le rouge de cadmium, le noir de carbone, la poudre d'aluminium et des composés similaires.
La présente invention se rapporte également à l'utilisation de la composition décrite ci-dessus pour la pose et le jointoiement de carreaux. Elles sont particulièrement appropriées comme matières de jointoiement et mortiers ouvrables à la truelle pour poser des carreaux de céramique et pour remplir les joints entre les carreaux. Elles adhèrent extrêmement bien aux bords et au dos des carreaux de céramique. Pour le jointoiement, on prépare de préférence un assemblage contenant plusieurs carreaux de céramique placés bord à bord et comportant des espaces entre les carreaux, puis on remplit les espaces avec la composition selon l'invention. Lorsqu'elle est utilisée pour poser et jointoyer des carreaux de céramique, la composition forme un lien dur, adhérent et chimiquement résistant entre le support et le dos des carreaux de céramique, ainsi qu'entre les côtés de ces carreaux.
Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustration:
Exemple 1:
On prépare un mélange contenant les composés suivants:
Composé Pourcentage Quantité
1. Polymère acrylique A* . 16,8675 1349,40g
2. Polymère acrylique B ** . . . . . . 4,2170 337,36 g
3. Silice (96% passant à travers le tamis U.S. 325) .. 20,7608 1 660,86 g
4. Silice (dimension moyenne des particules 5 ) . . 9,4906 759,25 g
5. Verre (dimension moyenne des particules 74-149 p) 9,4906 759,25 g 6. Verre (dimension moyenne des particules 44-5 ) {) 9,4906 759,25 g
7. Bioxyde de titane .. 2,2252 178,02 g
8. Tripolyphosphate de potassium . 0,1077 8,62 g
9. Méthylcellulose (viscosité 15 000 cps) 0,0215 1,72 g 10. Agent antimousse . . 0,1077 8,62 g 11.
Trihydrate d'alumine en poudre .. 26,9621 2156,97 g 12. Fongicide 0,2372 18,98 g 13. Agent antimousse . 0,0215 1,72g
100,0000 O/o 8 000,02 g
* Emulsion d'un polymère acrylique thermodurcissable portant des groupes fonctionnels méthylolacrylamide réticulables
par des acides, 45 O/o de matières solides, viscosité 30 à 200 cps, pH de 8,5 à 9,5, tension superficielle de 46 dynes par
cm, et capable de former des films flexibles, ayant un module de E = 0,455 X 103 kg/cm2 après séchage et cuisson à
1770 C pendant 30 minutes. Un exemple de tel type général de polymère approprié est le Rhoplex E 172, fourni par
Rohm and Haas Co., Independence Mall West, Philadelphia, Pensylvania 19105.
** Emulsion d'un polymère acrylique thermodurcissable portant des groupes acides fonctionnels réticulables, 60 O/o de matiè
res solides, viscosité 40 à 120 cps. Une marque commerciale de ce polymère approprié est le E-660, fourni par Rohm
and Haas Co.
La composition ci-dessus est préparée en mélangeant les composés dans un malaxeur à grande vitesse. Le produit résultant a une viscosité de 120 000 cps et une densité de 1,84.
Il contient au total environ 10 O/o en poids d'eau.
La stabilité en pot de ces formules est extrêmement bonne. Même après neuf mois, aucun changement n'est détecté dans les échantillons stockés. Ce produit est apte à être utilisé comme mortier et matière de jointoiement pour carreaux. Par exemple, une partie de cette formule a été utilisée pour jointoyer un panneau de carreaux muraux. Le lendemain, la matière était dure et avait l'aspect d'une matière de jointoiement typique pour les carreaux.
On a ajouté à 200 g de la formule décrite ci-dessus 1 g de chlorure d'ammonium comme catalyseur. Le produit résultant a été utilisé pour jointoyer un panneau de carreaux muraux vitrifiés. Le lendemain, la matière de jointoiement était plus dure que celle ne contenant pas de catalyseur et plus difficile à enlever au moyen des ongles de la main.
Après 21 jours, la matière de jointoiement renfermant le catalyseur était extrêmement dure et résistait mieux aux souillures et à l'eau que la matière exempte de catalyseur.
Au lieu du verre pilé (ingrédients 5 et 6 ci-dessus), on peut utiliser de la silice douce.
Exemple 2:
On ajoute à 400 g de la formule décrite à l'exemple 1, les quantités suivantes de catalyseur à base de chlorure d'ammo film. Les échantillons sont alors examinés au moyen d'une aiguille de Gilmore selon la norme ASTM C 266, pour évaluer leur temps de durcissement dans une enceinte où règne une humidité à 100 O/o . On obtient les résultats suivants:
:
Matière de jointoiement réticulable/
chlorure d'ammonium Temps de durcissement initial
1. 400g/lg 12 h 36 mn
2. 400g/2g 8 h 34 mn
3. 400g/3g 3h54mn
4. 400 g/4 g Durcissement
au cours du mélange
Les essais ci-dessus montrent que des temps de durcissement pratiques peuvent être obtenus en milieu humide en utilisant les compositions décrites dessus
De bonnes caractéristiques de temps de prise sont très avantageuses pour la pose de carreaux. Dans le cas du jointoiement, la rnatière renfermant le catalyseur se solidifie dans le joint, ce qui Permet de nettoyer la surface.
Dans le cas de la pose de carreaux, le mortier renferrnant le catalyseur se solidifie, en assurant l'adhérence des carreaux de manière à permettre de les jointoyer sans les déplacer.
Exemple 3:
On répète le mode opératoire de l'exemple 2, mais en ajoutant des quantités catalytiques de formaldéhyde à chacune des compositions renfermant le catalyseur. Dans chacun des cas, le temps de durcissement est considérablement abaissé. On ajoute 10 g d'une solution de formaline à 37 oxo à 400 g de la composition de l'exemple 1. Puis on ajoute 3 g de chlorure d'ammonium pour catalyser la composition. On obtient le temps de durcissement rapide de 25 minutes.
Exemple 4:
On mélange un échantillon de 400 g de la composition de jointoiement préparée selon le procédé de l'exemple 1 avec 2 g d'une solution aqueuse à 12,30/. d'acide sulfamique. Le temps de durcissement sous 100 O/o d'humidité est même plus court qu'en présence de chlorure d'ammonium. L'acide sulfamique est donc un catalyseur approprié.
Exemple 5:
La composition préparée selon l'exemple 4 est utilisée comme composition de jointoiement de la manière suivante: 1. La matière est appliquée au mur avec la truelle et dans les
joints entre les carreaux.
2. L'excès de matière est éliminé de la surface des carreaux
par lavage.
3. Les joints sont égalisés pour obtenir le contour général
final désiré.
4. Le mur est lavé à nouveau et les joints sont formés de la
façon désirée au moyen d'une éponge.
5. Le carreau est frotté au moyen d'un chiffon sec après que
le résidu sur la face du carreau soit sec.
Exemple 6:
Au moyen des compositions de mortiers A, B et C, on pose sur la surface d'un panneau en polystyrène expansé à cellules ouvertes (1,22 m X 1,52 m; épaisseur 5 cm) des mo saliques en céramique imperméable et des carreaux muraux vitrifiés. secs et absorbants. A intervalles successifs, on essaie d'arracher les careraux individuels.
A. Mortier de l'exemple 1 sans catalyseur.
B. Mortier de l'exemple 1 avec 0,50 /o de chlorure d'am
monium.
C. Mortier de l'exemple 1 avec 0,75 O/o de chlorure d'am
monium.
EMI5.1
<tb>
<SEP> Observations
<tb> Temps <SEP> après <SEP> pose <SEP> Compositions <SEP> utilisées <SEP> Mosaïques <SEP> en <SEP> céramique <SEP> Carreaux <SEP> muraux
<tb> <SEP> 2h <SEP> A <SEP> arrachées <SEP> facilement <SEP> arrachés <SEP> facilement
<tb> <SEP> 2h <SEP> B <SEP> <SEP> <SEP> carreaux <SEP> cassés
<tb> <SEP> 2h <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 7h <SEP> A <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 7h <SEP> B <SEP> <SEP> <SEP> forte <SEP> adhérence
<tb> <SEP> 7h <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 24h <SEP> A <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 24 <SEP> h <SEP> B <SEP> difficiles <SEP> à <SEP> arracher <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 24h <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb>
II ressort du tableau ci-dessus que les carreaux muraux vitrifiés adhèrent suffisamment au panneau pour être jointoyés
avant deux heures si le mortier contient du catalyseur, mais qu'ils ne sont pas assez solidement fixés avant quatre heures si le mortier ne contient pas de catalyseur. Les mosaques en céramique n'adhèrent pas suffisamment au moyen du mortier renfermant le catalyseur pour permettre un jointoiement aisé avant 24 heures.
Des carreaux sont rapidement posés et jointoyés au moyen de la composition renfermant un catalyseur de l'exemple 1, sur des panneaux de polystyrène expansé, pour former des unités de revêtement préfabriqués en carreaux de céramique.
Ces unités fortement résistantes à l'eau ont été utilisées audessus d'un tub, comme à l'ordinaire.
Exemple 7:
On applique sur une feuille d'aluminium (épaisseur: 1.27 mm) un échantillon du mortier conforme à la formule de l'exemple 1. On passe sur la feuille des carreaux de céramique, de verre, de pierre naturelle et des carreaux muraux.
L'essai est recommencé au moyen d'une matière ne renfermant pas de catalyseur. Dans tous les cas, le temps après lequel les carreaux ne peuvent pas être arrachés est abaissé par l'emploi du catalyseur. Les carreaux sont ensuite jointoyés au moyen des mêmes compositions.
Exemple 8:
On applique sur un bloc de cendrée un échantillon du mortier conforme à la formule de l'exemple 1. On presse des pierres dans la couche de mortier plastique pour donner à la surface un effet décoratif. On prépare un second échantillon identique, excepté que l'on ajoute à la formule 0,75 O/o en poids de chlorure d'ammonium comme catalyseur. On constate que des pierres fraîchement posées adhèrent mieux au mortier contenant le catalyseur. Ce dernier présente une meilleure adhérence, comme le montre un essai d'arrachement d'une pierre d'un diamètre de 2,54 cm. La solidification ultra-rapide causée par l'addition du catalyseur améliore la pose. Après 15 jours, des essais d'imprégnation dans l'eau et des essais de griffage indiquent l'obtention d'un produit ayant une meilleure résistance à l'eau.
Après 30 jours, le produit est exceptionnellement dur après immersion dans l'eau pendant 3 jours.
Exemple 9:
On utilise un échantillon de mortier conforme à la formule de l'exemple 1 pour poser des carreaux muraux, des pierres naturelles et des carreaux de mosaïque en céramique à un panneau mural, un panneau en polystyrène à cellules ouvertes, un bloc isolant, un panneau isolant, du contreplaqué, une paroi en ciment, du carton, du bois compressé, des blocs de cendrée, des blocs de ciment, des briques et une feuille d'aluminium. Les exemples ci-dessus sont répétés au moyen des mortiers contenant le catalyseur comme à l'exemple 1. On note les avantages d'une solidification rapide ou d'un temps de durcissement court sur des surfaces non poreuses au moyen du mortier renfermant le catalyseur. Après mouillage, les carreaux sont plus facilement arrachés des différents supports lorsque le mortier ne contient pas de catalyseur.
Exemple 10:
On prépare une composition ayant la formule suivante:
Composé Pourcentage Quantité
1. Polymère acrylique A de l'exemple 1 .. 7,8921 157,8 g
2. Polymère acrylique B de l'exemple 1 . 1,7238 34,4g
3. Eau . . . . 10,7690 215,2 g
4. Silice (96 O/o passant au travers du tamis U.S. 325) .. 21,5838 431,6 g
5. Silice (dimension moyenne des particules: 5 ) .. . 9,8658 197,2 g
6. Verre (dimension moyenne des particules: 74-149 )... 9,8658 197,2 g
7. Verre (dimension moyenne des particules: 44-5 ) .. 9,8658 197,2 g
8. Bioxyde de titane .. 1,1364 20,6 g
9. Tripolyphosphate de potassium . 0,0550 1,0 g 10. Méthylcellulose (viscosité 15 000 cps) . 0,0109 0,2 g 11. Agent antimousse .. . 0,0655 1,2 g 12.
Trihydrate d'alumine en poudre .. 27,0323 540,6 g 13. Fongicide . . . 0,1211 2,4 g 14. Hydroxyde d'ammonium (stabilisant) . 0,0127 0,2 g
100,0000 O/o 1 996,8 g
La composition résultante, contenant moins de liant que dans l'exemple 1, a une viscosité de 16 000 cps et une teneur d'environ 14 O/o . La composition est satisfaisante comme matière de jointoiement et mortier pour carreaux muraux.
Exemple ll:
On utilise dans le Grout Application Index Test un échantillon du mortier préparé comme dans l'exemple 1 et contenant un catalyseur à base de chlorure d'ammonium.
Cet essai mesure le temps requis pour jointoyer 2 m5 de carreaux muraux vitrifiés de 10,80 cm. La matière de jointoiement de l'exemple 1 est appliquée en 13,5 mn. L'économie de temps est importante lorsque l'on désire une pose de carreaux à hautes performances pour un faible coût en main d'oeuvre.
Exemple 12:
Le procédé de l'exemple 1 est répété pour préparer des compositions similaires, excepté que l'on utilise les charges non hydrosolubles suivantes en lieu du système silice-verretrihydrate d'aluminium:
silice 75 O/o en poids aluminium ... 800/o en O/o en poids
verre-sable (50/50) .. 85 O/o en poids
quartz . . . . ....... . 90 /0 O/o en poids
trihydrate d'aluminium-talc (50/50) 80 O/o en poids
polyéthylène granulé . 50 oxo en poids.
Exemple 13:
On a utilisé un échantillon du mortier conforme à la formule de l'exemple 1 avec catalyseur pour poser et jointoyer des carreaux de mosaïque en céramique de 2,5 cm sur une plaque de béton sèche, en vue d'effectuer une évaluation selon la méthode ASTM C 627-70. La pose et le jointoiement furent terminés après 3 heures. Les performances de la plaque comme revêtement de sol étaient satisfaisantes après 20 heures sous des conditions peu intensives, ce qui indique un développement rapide de la résistance. Les carreaux sont donc posés et prêts à être utilisés dans les 24 heures.
Exemple 14:
L'essai suivant a été effectué pour comparer les cornpo- sitions de jointoiement avec et sans catalyseur. Les compositions utilisées pour jointoyer des carreaux muraux vitrifiés furent soumises à des essais d'abrasion en milieu humide en utilisant le Standard Gardner Scrub Tester. 1000 cycles de brossage dans l'appareil ont donné les résultats suivants:
:
Matière de jointoiement de l'exemple 1 avec 0,5% de NH4Cl (après 24 heures) .. abrasion d'une épaisseur de 0,15 mm
Matière de jointoiement de exemple I avec catalyseur (après 3 jours) .. abrasion nulle
Matière de jointoiement de l'exemple 1 sans catalyseur (après 30 jours) . abrasion d'une épaisseur de 0,74 mm
Les matières de jointoiement décrites dans la présente invention présentaient également une résistance aux souillures améliorée.
Exemple 15:
L'essai suivant démontre l'excellente résistance au cisaillement au mouille des compositions selon l'invention. Des assemblages de carreaux liés au moyen des mortiers conformes à la composition de l'exemple 1 avec et sans catalyseurs furent évalués suivant la norme de l' Americao National
Standards Institute Test for Organic Adhésives, ANSI 136.1, 1967. Les résultats suivants sont indiqués en kg/cm2:
EMI7.1
<tb> <SEP> Résistance <SEP> au <SEP> cisaillement
<tb> <SEP> à <SEP> sec <SEP> au <SEP> mouillé
<tb> Sans <SEP> catalyseur <SEP> . <SEP> 35,5 <SEP> 3,85
<tb> Avec <SEP> catalyseur <SEP> . <SEP> ..........
<SEP> <SEP> 35,70 <SEP> 16,10
<tb> Matière <SEP> de <SEP> jointoiement <SEP> du
<tb> <SEP> commerce <SEP> non <SEP> réticulable <SEP> 32,20 <SEP> 2,10
<tb>
Aucune des matières de jointoiement commerciales actuellement disponibles n'a produit une liaison au mouillé supérieure à 2,8 kg/cmS dans l'essai ci dessus.
Exemple 16:
On a effectué un essai au moyen de la matière de jointoiement conforme à la formule de l'exemple 1 utilisée pour un dessus de comptoir.
On a mis au point une méthode d'évaluation dans laquelle diverses concentrations d'acides alimentaires s'écoulent sur (a) une matière de jointoiement réticulée en présence d'un catalyseur. formule de l'exemple 1, (b) une matière de jointoiement non réticulable du commerce, et (c) un ciment
Portland habituel durci au mouillé.
On utilise une pompe pour faire s'écouler la solution acide sur la matière de jointoiement réticulable. La solution s'écoule ensuite sur la matière de jointoiement non réticulable et finalement sur le ciment habituel durci au mouillé.
L'érosion est mesurée après écoulement sur cinq sections de matière de jointoiement identiques mesurées précédemment sur chaque section de panneau pour chaque solution chimique essayée. La profondeur effective de l'érosion en microns après 30 heures est indiquée dans le tableau suivant:
C B A (1) Acide acétique à 10%. 980,4 1839 61 (2) Acide citrique à 40%. 645,1 304,9 40,6
Cet exemple démontre la résistance aux acides supérieure des matières de jointoiement à base d'une résine réticulable.
Exemple 17:
On a mis au point une méthode pour déterminer la résistance aux solvants. Cette méthode montre la meilleure résistance aux solvants des compositions de jointoiement de la présente invention.
On prélève hors des joints de carreaux des échantillons de matière de jointoiement durcie. Dans l'essai, on mesure à 0,1 mg près environ 2 g d'échantillon que l'on introduit dans un récipient d'environ 1 litre contenant 100 ml d'acétone.
Chacun des récipients est agité pendant 2 heures au moyen d'un agitateur magnétique. Le contenu des récipients est ensuite filtré à travers de la laine de verre et le filtrat est recueilli dans une capsule tarée de 10,16 cm. Le récipient et le filtre en laine de verre sont rincés à l'acétone que l'on recueille dans la capsule.
Après évaporation à poids constant du filtrat se trouvant dans la capsule, le pourcentage d'insolubles dans l'acétone est exprimé comme suit:
[(Poids de l'échantillon de matière de jointoiement) - (Poids du résidu) J X 100 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ = 100 Pourcentage d'insolubles dans l'acétone
(Poids de l'échantillon de matière de jointoiement)
Un échantillon de matière de jointoiement à base d'une composition sans catalyseur comme à l'exemple 1 présente un pourcentage d'insolubles dans l'acétone de %,59 /o. Un échantillon de la même matière, mais renfermant 0,50/, d'NH4Cl présente 98,02% d'insolubles dans l'acétone.
Des échantillons de matière de jointoiement à base d'un système contenant une résine non réticulable vendu dans le commerce donne 880/o d'insolubles dans l'acétone.
Exemple 18:
L'essai de l'exemple 17 montre que la résistance aux solvants à température normale de la composition de jointoiement avec catalyseur selon l'invention est équivalente à la résistance aux solvants de la matière sans catalyseur réticulée par la chaleur. Chacun des quatre échantillons suivants a été soumis à un vieillissement pendant 21 jours à température normale:
Sans catalyseur . 97,2% d'insolubles
0.5% d'NH4Cl . .. 98,8% d'insolubles
Sans catalyseur, ¸ h à 150 C 98,7% d'insolubles 0,5% d'NH4Cl, ¸ h à 150 C 100% d'insolubles.
Exemple 19:
La composition suivante montre l'aptitude des émulsions à base de copolymères d'acétate de vinyle à être utilisées dans la composition de jointoiement selon l'invention.
Composé Pourcentage Quantité
1. Emulsion à base d'un copolymère acétate de
vinyle-monomère acrylique ..... ..... 19,0873 381,746 g
2. Eau . . . . . . 5,4225 108,4500 g
3. Silice (96 Olo passant à travers les mailles du ta
mis U.S. 325) .. 22,5189 450,378 g
4. Silice (dimension des particules 5 ) .. 7,7407 154,814 g 5. Verre (74-149 ) . 7,7407 154,814 g
6. Verre (44-45 ). . 7,7407 154,814 g 7. Bioxyde de titane . . 1,7813 35,626 g
8. Tripolyphosphate de potassium .. 0,0812 1,624 g
9. Méthylcellulose (viscosité 15 000cps) 0.0169 0,0338 g
10. Agent antimousse .. 0,0973 1,9012 g
11. Trihydrate d'alumine en poudre (dimension
moyenne des particules 80F) 27,5771 551,542 g
12.
Fongicide . 0,1951 3,3449 g
99,9997 0/o 1 999,994 g
La composition de jointoiement ci-dessus convient pour remplir les joints entre des carreaux muraux vitrifiés. La viscosité est de 104000 cps et la densité de 1,47.
L'émulsion aqueuse du copolymère acétate de vinyle-monomère acrylique présente une réactivité des groupes méthylol et peut, de ce fait. être réticulée à température ambiante par l'addition de catalyseurs acides, tels que l'acide oxalique, le thiocyanate d'ammonium et le chlorure d'ammonium. Un exemple d'une telle émulsion est représenté par le produit répondant à la marque commerciale 55 DEV, préparé par Franklin Chemical Company, 2020 Brush Street, Colombus, Ohio 43 207,
Exemple 20:
On a préparé un mortier à base des composés suivants:
Composé Pourcentage Quantité
1. Polymère acrylique A de l'exemple I . 15,30 765 g
2. Eau . . 2,60 130 g
3. Bleu outremer .. 15,02 1 g
4. Agent antimousse . 0,20 10 g
5. Hydroxyéthylcellulose .. .. 0,025 1,25 g
6.
Calcaire (dimension des particules 5 ... 7,40 370 g
7. Silice broyée (tamis US. 325) .. 8,30 415 g
8. Tripolyphosphate de potassium . 0,10 5 g
9. Trihydrate d'alumine (tamis U.S. 100) .. 10,20 510 g
10. Sable (tamis U.S. 30) .. 55,31 2765,5 g
11. Fongicide . 0,15 7,5 g
99,605 O/o 4 980,25 g
Le mortier à base des composés ci-dessus a une viscosité de 740 000 cps et une densité de 1,90. Lorsque l'on ajoute à ce mortier 0,5% de chlorure d'ammonium, on obtient une matière appropriée pour remplir les joints entre des carreaux vitrifiés. Aprés une semaine à température normale, la matière de jointoiement est exceptionnellement dure et résistante aux souillures et à l'eau.
Au lieu du chlorure d'ammonium, on peut ajouter les catalyseurs acides suivants dans les quantités indiquées pour obtenir des résultats comparables: bromure d'ammonium .. 0,03% thiocyanate d'ammonium.. 0,05% sulfate d'ammonium . .. 1% thiocyanate d'ammonium ... 1% acide dichloracétique . . 0,03% acide p.toluènesulfonique 0,04% acide citrique . . 2% acide oxalique . 0,5% acide sulfamique .....
..... 0,03% hydrochiorure de 2-méthyl-2-aminopropanol 0,5% hydrochlorure de 1 -amino-4-butanol . 1%
Exemple 21:
Le procédé de l'exemple 1 est répété pour préparer une composition similaire, excepté que l'on utilise les pourcentages en poids suivants de matière polymère pour obtenir des compositions convenables:
2% (+ 15% d'eau)
5% (+ 14% d'eau)
7 O/e (+ 13 0/o de'au)
80/. (+ 120/o d'eau)
ele (+ 10'/ d'eau)
14 go (+ 13 0/o d'eau)
Exemple 22:
:
Les mortiers à base des formules des exemples 1 et 19 ont été colorés au moyen de colorants pour peintures au latex habituels. Dans tous les cas, les pigments étaient compatibles et les mortiers devinrent durs et ittistants à l'eau avec le catalyseur. Après 15 jours, les mortiers colorés furent testés en ce qui concerne le ramollissement par l'eau chaude. Les mortiers avec catalyseur se ramollirent dans l'eau à des températures plus élevées que les mortiers sans catalyseur. Le degré de ramollissement fut également moins élevé. Une autre méthode satisfaisante pour colorer les mortiers consistait à combiner le pigment avec le catalyseur et à l'ajouter ensuite à l'émulsion.
Exemple 23:
On a ajouté à un mortier à base de ciment Portland un mortier de faible viscosité à base de la formule de l'exemple 1 contenant un catalyseur. Le mortier fut appliqué sur une feuille d'aluminium. On posa plusieurs carreaux sur la feuille d'aluminium. A titre de comparaison, d'autres carreaux furent posés sur la feuille au moyen d'un mortier à base de ciment Portland. Après 24 heures de vieillissement à température normale, on a noté la forte adhérence du mortier contenant le catalyseur.
Exemple 24:
Une autre émulsion polymère réticulable à température normale convenant pour produire les mortiers pour la pose de céramiques est constituée par un latex à base d'un copolymère d'acétate de vinyle ayant les caractéristiques suivantes: 45 O/o de matières solides, dimension des particules 0,14 p, pH 4,7, viscosité 100 cps, température minimum de formation de film cassant: 13 C. Il s'agit d'une émulsion thermodurcissable qui est utilisée habituellement pour lier des fibres dans des textiles non tissés par séchage et application de haute température. Un exemple de cette émulsion permettant d'obtenir un bon mortier est le X-LINK 2802, marque de la
National Starch and Chemical Corporation, 750 Third Ave nue, Ne v York 10 017.
En remplaçant par cette émulsion chacune des émulsions
I et 2 de la composition de l'exemple 1, on forme un mortier convenable pour jointoyer et poser des carreaux de céramique sur des panneaux de gypse et sur du béton.
Exemple 25:
Un mortier convenable est obtenu en utilisant, au lieu de l'émulsion du copolymère d'acétate de vinyle de l'exemple 24, un latex à base d'un terpolymère autoréactif vinylacrylique, ayant les caractéristiques suivantes: teneur en matières solides 45%, pH 4,6, viscosité 200 cps, dimension moyenne des particules anioniques 0,14 .
Exemple 26:
On a préparé la composition aqueuse suivante:
Composé Pourcentage Quantité
1. Polymère A de l'exemple 1 .. 3,7063 168,6720
2. Polymère B de l'exemple I .. 0,9178 41,768
3. Eau . . . 13,9081 632,940
4. Agent antimousse 0,9234 5,168
5. Silice . . 30,3334 1380,432
6. Méthylcellulose 15000 cils ... 0,0377 1,720
7. Tripolyphosphate de potassium .. 0,0946 4,308
8. Bioxyde de titane .. . . 1,9558 89,008 9. Silice (dimension moyenne des particules 3 ) .. 8,3418 379,624
10. Verre (dimension moyenne des particules 74-149 ).... 8,3418 379,624
Il. Verre (dimension moyenne des particules 44-5 ).. 8,3418 379,624
12. Trihydrate d'alumine ... . . 23,6984 1078,484
13.
Fongicide .. 0,2084 9,488
99,9993 0/o 4550,850
Ce mortier renferme la très faible concentralion de 4,6% (à l'état humide) ou 2,5 O/o (à l'état sec) d'émulsion polymère réticulable. I1 est utilisé pour remplir les joints entre des carreaux de céramique. Sa consistance lui confère une bonne ouvrabilité. I1 se nettoie d'habitude facilement et durcit de façon satisfaisante.
Un mortier similaire à faible teneur en polymère a été préparé en remplaçant les polymères A et B ci-dessus par 200 g d'un latex copolymère à base d'un dérivé hydroxyméthylé de diacétone-acrylamide, ayant les caractéristiques suivantes: teneur en matières solides 45 O/o, pH 4,3. Un exemple d'une telle émulsion copolymère disponible dans le com merce est le Lubrizol 2240, fourni par The Lubrizol Corporation, P.O. Box 3057, Cleveland, Ohio 44117.
Exemple 27:
On a préparé la composition de jointoiement suivante:
Composition A Pourcentage
Emulsion polymère acrylique thermo
plastique * . . . 21,5
Eau . . ...... 1,13
Agent tensio-actif . 0,23
Pigment bleu . 0,02
Agent antimousse . 0,11
Hydroxyéthylcellulose 0,03
Silice broyée (tamis U.S. 325) . . 17,43
Trihydrate d'alumine (tamis U.S. 100) 11,94
Chlorure d'ammonium . .
. 0,56
Sable traversant le tamis U.S. 30.. 46,90
Agent de démoussage . 0,12
100,00 O/o
* Ce latex est un exemple type d'émulsion polymère acrylique thermoplastique à groupes carboxyles fonctionnels latéraux ayant les propriétés suivantes: teneur en matières solides 55 /o, pH 4,5, viscosité inférieure à 300 cps, les particules anioniques ont une température de formation de film inférieure à 20 C, température de transition vitreuse - 90 C, film flexible. Un exemple d'émulsion disponible dans le commerce donnant les résultats ci-dessus est le Rhoplex LC-40 fourni par Rohm and Haas Company, Independence Mall, Test, Philadelphia, Pennsylvania 19105.
On a préparé une seconde composition:
Composition B Pourcentage
Diméthylolurée . 6
Eau . . 18
Blanc fixe
(poudre de sulfate de baryum) .. 25,45
Sable traversant le tamis U.S. 30 ... 50,48
Oxyde de magnésium en poudre .. 0,07
100,00 O/o
On a mélangé 400 g de la composition A avec 100 g de la composition B. La matière de jointoiement résultante présentait une viscosité (donnant l'ouvrabilité à la truelle) d'environ 230 000 cps et durcissait en une nuit entre des carreaux de céramique en milieu humide à 100 O/o
Exemple 28:
Les émulsions à base de copolymère chlorure de vinyle-monomère acrylique thermodurcissable permettent de produire un mortier présentant les bonnes propriétés selon l'invention. La composition pour mortier suivante convient pour le remplissage de joints (jointoiement) et la pose de carreaux de céramique.
Composé Pourcentage Quantité (g)
1. Copolymère du chlorure de vinyle* . . 22,96 1836,8
2. Silice (96% passant au tamis U.S. 325).. . . 20,27 1621,6 3. Silice (dimension moyenne des particules 5 ) . 9,26 740,8
4. Verre (dimension moyenne des particules 74-149 ).... 9,26 740,8
5. Verre (dimension moyenne des particules 44-5 ) .. 9,26 740,8
6. Bioxyde de titane .. . . 2,19 175,2
7. Tripolyphosphate de potassium .. . 0,10 8,0
8. Méthylcellulose (viscosité 15 000 cps) .. 0,0209 1,6720
9. Agent antimousse .. . 0,12 9,6
10. Trihydrate d'alumine en poudre .. 26,32 2105,6
11.
Fongicide 0,24 19,2
100,0009 O/o 8000,0720
*Emulsion d'un copolymère chlorure de vinyle-monomère acrylique thermodurcissable ayant les caractéristiques suivantes: teneur en matières solides 51 O/o, pH 2,2, viscosité 200 cps, charge des particules anioniques, tension superficielle 37 dynes par cm, température de transition vitreuse supérieure à 260 C. Dans le cas présent, on a utilisé des catalyseurs acides pour effectuer la réticulation en présence d'eau. Une marque commerciale appropriée pour des mortiers de céramique est le Geon 460 XI, un copolymère du chlorure de vinyle produit par B.F. Goodrich Company, 3135 Euclid Avenue, Cleveland, Ohio 44115.
Exemple 29:
On prépare de la manière suivante une émulsion polymère utilisable dans les mortiers pour la pose de carreaux.
Un mélange de 85 parties d'acétate de vinyle monomère, 12 parties de fumarate de dioctyle monomère et 3 parties de méthylolacrylamide est ajouté en 3 heures de temps à 50 parties d'eau à 160 C contenant 0,1 0/ du sel sodique d'un allcyl- arylpolyéthersulfonate et du persulfate de potassium comme initiateur. Le mélange est soumis à une agitation constante.
D'abord, le mélange est chauffé à 210 C et maintenu à cette température pendant environ une heure. Puis, on ajoute en une période de 1 1/2 heure 50 parties d'eau supplémentaires contenant 1,5 O/o de persulfate de potassium, en maintenant le mélange à 210 C. Puis le mélange est maintenu sous agitation continue à 210 C pendant une heure supplémentaire. Finale ment, on augmente la tenpérntklre à à 270 C pendant une heure supplémentaire.
On refroidit et on filtre 200 g de l'émulsion de copolymère d'acétate de vinyle réticulable formée, que l'on substitue aux wdizts polymères A et B de exemple
I afin de former un mortier convenant pour jointoyer et poser des carreaux c'éoimiiq'-s sur divers supports.
The present invention relates to a novel and improved composition for mortars, which is the article suitable for grouting and reinforcing joints between ceramic tiles. The invention relates to the cooe-ition, the process for manufacturing the conaposîtion and rutiliaation of the composition for laying and grouting tiles. The aqueous composition comprises a film-forming polymer, dispersible in water and crosslinkable at normal temperature, and a filler not soluble in water.
The mortars usually used for laying tiles consist of Portland cement, lime and sand. Water is added to this mixture to obtain a well-workable paste and to cause hardening or crosslinking whereby the cement forms a gel. These mortars are not entirely self-hardening in that they tend to lose a lot of water by evaporation in the ambient atmosphere and also by absorption in the tiles or masonry that is covered. When the water loss is too great, the hardening is incomplete and the mortar weakens and becomes chalky. In addition, these usual mortars must be applied in heavy, thick layers and generally in several batches, before laying the tile.
This interaxes the use of large amounts of these materials and considerable labor in mixing, placing and troweling such underlayments.
In addition, to achieve proper hardening and adhesion it is necessary to maintain conditions of high humidity, which involves the embarrassing operation of soaking all non-vitreous ceramic tiles before laying and taking considerable precautions to ensure the setting. of these humidity conditions during the curing period. Another disadvantage of these mortars is the inability to use them on substrates such as drywall or plaster.
A more recent innovation in the tiling industry concerns the use of dry-hardening mortars and grouts.
However, these compositions stain considerably, crack easily, and exhibit little dry strength. In addition, these materials have poor resistance to chemicals and acids.
The composition according to the present invention does not have the undesirable properties of the compositions for mortars mentioned above.
In particular, it has non-Newtonian consistencies which confer good workability to the trowel; it constitutes a suitable composition for filling the joints between impermeable and absorbent ceramic tiles; it is suitable as a mortar applicable in a thin layer; it exhibits minimal shrinkage and becomes very resistant to water and soiling over time.
Therefore, the present invention relates to an aqueous composition for mortars having a viscosity (I) of between 10,000 and 1,200,000 cps comprising a film-forming polymer, dispersible in water, crosslinkable at normal temperature, and a filler insoluble in water. water. The above aqueous composition is preferably in the form of an emulsion; however, suspensions, dispersions and partial solutions also remain within the scope of the present invention.
In particular, a preferred aspect of the invention relates to the addition of a crosslinking agent (hardener) or a Catalyst, or both together, to facilitate curing. When an acid catalyst is used, an activator is preferably further added.
It is preferred to use each of the compounds in the following amounts, it being understood however that the compounds A, B and F are the essential constituents, while the inclusion of
C, D and E is optional.
(1) Brookfield viscosity measured with the Helipath at
2.5 rpm.
A. Crosslinkable polymer, dispersible in water 2 -16 O / o by weight
B. Load not soluble in water 50 -9o O / o by weight
C. Acid catalyst 0.03-20 / o by weight
D. Activator catalytic quantities
E. Crosslinking agent sufficient amount to allow crosslinking
substantial lation (at least a stoichiometric amount)
F. Water 8-15% by weight.
Preferred water insoluble fillers include: glass, quartz, silica, limestone, alumina trihydrate, and mixtures thereof.
The novel composition for mortar according to the present invention is effective for grouting or filling joints between ceramic tiles and to adhere these tiles to various substrates.
The grouts and mortars resulting from the use of these compositions are particularly suitable because of their resistance to water, to chemical agents (acids and solvents) and to ultraviolet rays, and, in addition, of their resistance to soiling and their excellent wetness. In addition, they are easy to apply.
The new aqueous compositions for mortars according to the present invention mainly comprise:
a) a film-forming polymer, dispersible in water and reti
culable at normal temperature;
b) a filler insoluble in water;
c) water; in the following preferred quantities:
a) 2-16% by weight;
b) 50-900 / 0 by weight;
c) 8-15% by weight.
The first essential compound of the new composition described above is the water dispersible polymer. It is the cornerstone of the composition of the invention; for this reason, its main function will be described first.
It should be crosslinkable or curable at normal temperature when combined with other ingredients which make up the entire aqueous composition. A novel characteristic is, therefore, its ability to undergo at least one preliminary crosslinking under the ordinary conditions of application of jointing materials, in particular in the presence of water and at normal temperature. This initial crosslinking of the polymer takes place without application of the usual drying and heating techniques normally employed when using polymer emulsions to make nonwoven textiles. The crosslinking reaction is then completed or promoted by the addition of a catalyst or a crosslinking agent or both simultaneously.
However, after a reasonable period of time, the mortar will harden to form a jointing material even in the absence of a crosslinking agent or catalyst.
Although the mechanism of the initial crosslinking is not fully understood at present, the latter is very unexpected and unusual, especially considering the conditions of the reaction; the crosslinking of the polymer begins at normal temperature when the other ingredients are added to the aqueous medium. Crosslinking continues after the jointing composition is dried. This initial phase in the complete formation of a useful finished product is not only unexpected. but gives rise to the formation of a product exhibiting unusual properties.
A preferred aspect of the invention which relates to the crosslinking process described above relates to the use of a crosslinking aid. This adjuvant can be either a crosslinking agent, or a catalyst, or both together, which accelerates or promotes the crosslinking process to the final stage.
The use of a catalyst or crosslinking agent depends on the type of polymer used. For example, to crosslink certain polymers, it is preferred to use a crosslinking or curing agent. A typical example is represented by epoxy resins which are usually crosslinked by the addition of an amine. Another example of polymers which can be crosslinked by the addition of a crosslinking agent consists of certain polyester resins, in particular unsaturated polyester resins, in which the crosslinking takes place at the unsaturated segments of the polymer chains. In the latter type, the crosslinking agent is a monomer such as styrene, methyl methacrylate, vinyltoluene or diallyl phthalate.
Besides the unsaturated polyesters, other polymeric materials can be crosslinked in the same way, i.e. by copolymerization of the alkene bond in the polymer with a monomer of the above type. These polymeric materials include 1,4-poly-dienes-1,3, polyolefins and polysiloxanes.
Analogously, diene monomers can be used as curing or crosslinking agents in order to achieve a crosslinked structure in the final product.
Examples of this type are the systems: - methyl methacrylate-ethylene glycol dimethacrylate, - vinyl acetate-divinyl adipate, - styrene-divinylbenzene, - methyl methacrylate-allyl methacrylate.
Another suitable crosslinking agent is sulfur. Crosslinking of diene polymers, such as polyisoprene, polybutadiene and chloroprene, and copolymers such as butadiene-acrylonitrile, butadiene-styrene, and isoprene-isobutene, can be carried out using sulfur as a crosslinking agent.
Furthermore, the polyurethane resins can be crosslinked with diols and diamines. These are also included in the term crosslinking agent
The aforementioned crosslinking process is therefore the result of an inter-reaction between reactive groups on the polymer chains as a result of the addition of a crosslinking or curing agent. This can be represented as follows:
EMI2.1
<tb> x --- u --- y <SEP>
<tb> x --- u --- y <SEP>
<tb> x --- u --- y <SEP>
<tb>
polymer chain polymer chain where X and Y are reactive side groups on the polymer chains and U is the crosslinking agent; X, Y and U can be the same or different chemical groups. The resulting molecule can be three dimensional.
If the polymers are different, X and Y will obviously be different.
In the specific case of epoxy resins, the substituents of the polymer chain are epoxy groups
EMI2.2
and U is an amine. Apart from the amines and monomers mentioned above, suitable crosslinking agents include diols, diepoxides, dicarboxylic acids, N-methylolamides, α-olefinic acids, polyvalent metal oxides, hydroxides, methylols , etc.
The only characteristic required of a crosslinking agent is that it be able to cause an inter-reaction between the polymer chains and, more particularly, within the functional groups on the chains, to allow the formation of a chemical or physical bond.
It is understood that the particular crosslinking agent selected will largely depend on the polymer used. More particularly, it depends on the type of side groups which are present on the main chain of the polymer. For example.
for epoxy resins, amines are the preferred agents for achieving a high degree of crosslinking.
In the case where a catalyst is used to promote the crosslinking process, the polymer is of the type containing substituents capable of reacting with side substituents, which may be the same or different on other polymer molecules present. If the polymer chains are similar, the substituents may be the same or different. When the crosslinking is accelerated by a catalyst in the absence of a crosslinking agent, the interaction takes place between the substituents.
The catalyst is preferably an acid catalyst and is chosen in particular from inorganic and organic salts, organic acids and addition salts of amines and acids.
Specific examples include ammonium chloride, magnesium chloride, ammonium sulfate, ammonium bromide, ammonium thiocyanate, dichloroacetic acid, p.toluenesulfonic acid, citric acid, oxalic acid, sulfamic acid and 2-methyl-2-amino-propanol-1 hydrochloride. When the catalyst is of the acid type described above, it is sometimes desirable to add an activator to accelerate the cure. .
A typical activator is formaldehyde; however, those which are known in the field of polymerization fall within the scope of the present invention. The amount of activator is generally catalytic.
However, depending on the particular polymer used, the catalyst may be different from the acid catalyst defined above.
It can, for example, be a peroxide compound; the polyurethane resins can be crosslinked by means of peroxides; polyethylene, ethylene-propylene copolymers and polysiloxanes are crosslinked by means of a peroxide such as dicumyl peroxide or dit.butyl peroxide.
Another catalyst is atmospheric oxygen which efficiently crosslinks unsaturated polyesters (alkyds) usually in the presence of metal ions (cobalt, manganese, iron, lead and zinc) in the form of salts of carboxylic acids.
Another suitable catalyst for certain polymers is radiation by means of the actinic ray energy of light. infrared rays or the like. High energy radiation effectively crosslinks polyethylene and ethylene copolymers.
It appears from the above discussion that the main chain of the polymer is not critical - it can be homopolymer, copolymer or co-exist as a mixture of these two forms. The polymer can be an addition polymer such as polyolefins, polyvinyl compounds, poilyepoxides and polyacetals, or a condensation polymer such as polyesters and polyamides.
Further, according to the present invention, the particle structure of the polymer is not critical; it comprises, for this reason, trans, cis isotactic, syndiotactic, tritactic, atactic and other polymers.
The copolymer can be disordered, alternating or block.
Also suitable are graft copolymers. In addition, terpolymers are part of the wax of the present invention.
Therefore, the critical property of the polymer is the substituents it contains. More particularly, the polymers must carry substituents which allow the polymer to undergo initial cross-linking which continues until completion. Therefore, the polymer must be film-forming, dispersible in water and cross-curable at normal temperature in the presence of water.
The substituents drilled on the main chain of the polymer and conferring on the latter the necessary properties defined above are numerous and chosen by way of example from the following list:
EMI3.1
epoxy -OH hydroxy -Cl halo - CH20H methylol -CONH2 (NHR. NR2) amo -COOH carboxy -COOR ester - CH = CH2 a-olefin - NCO isocyanate
EMI3.2
allyl carbamate
EMI3.3
methylolacrvlamide -NH2, -NHR, -NR2 amino
EMI3.4
- CH = CH -
N-methylolamide internal double bond where R represents normal alkyl.
The above examples contain only a few of the many possible substituents capable of imparting the desired properties to the polymers used in the composition of the present invention.
Polymers containing the substituents of the above type include:
urea4ormaldehyde resins,
melamine4 normalaldehyde resins,
polysiloxanes,
phenolic resins,
polyamides,
polyesters,
polyurethanes, polyacrylaess,
epoxy resins, polyacetals,
polyacrylonitrile,
poly (alkyl methacrylates),
poly (alkyl acrylates),
poly (vinyl alcohol) esters,
poly (vinylidene chloride),
polyolefins.
The molecular weight of the polymers used in the new composition in accordance with the invention can vary from 900 to I million depending on the type of polymer. Preferred polymers are those commercially available or easy to synthesize using known techniques. Molecular weight is not the decisive parameter as regards the inventive level. As described above, it is rather the ability of the polymer bearing certain reactive substituents to undergo crosslinking at normal temperature in an aqueous medium, in order to give a very effective jointing composition.
When all of the components are combined, the aqueous composition is usually in the form of an emulsion. In fact, the polymer used in the present invention exists in an emulsion form, which is usually commercially available. Although an emulsion is preferred, it is also possible to have a dispersion, a suspension or a partial aqueous solution.
A partial aqueous solution exists when a portion of the polymer molecule is water soluble or when the crosslinking agent is water soluble.
It is important to know that when the crosslinking begins and during its progression, one is in the presence of water. This is an unusual property for polymerization in the presence of an acid catalyst.
It should also be known that the aqueous composition according to the invention can give rise to effective jointing compositions despite the absence of a crosslinking agent or of a catalyst, or of each of them. Nevertheless, it is advantageous to add a crosslinking agent or a catalyst to accelerate the rate of curing.
The second main ingredient in the new composition according to the invention consists of a filler insoluble in water. Examples of fillers which can be used are glass, such as crushed glass, quartz, silica, barites, limestone, alumina, various clays, diatomaceous earth and other similar inert materials, wollastonite, mica, flint powder, cryolite, alumina trihydrate. talc, sand, pyrophyllite, fixed white. granulated polyethylene, zinc oxide and mixtures of these materials. A preferred combination is a mixture of glass, quartz, silica and alumina trihydrate.
The amount of filler added can vary from 50 to 90% by weight of the total composition. The filler is insoluble in water; for this reason, it is preferably emulsified, dispersed or suspended when combined with the other ingredients of the composition.
The composition according to the present invention may also contain a water-soluble material endowed with a water retention capacity, such as methylcellulose, hydroxyethylcellulose, ethylcellulose and carboxymethylhydroxyethylcellulose. The amount added is not critical. As it is known that these materials are usually used in the preparation of jointing compositions, the amounts of these additives are known to those skilled in the art.
These materials control the thixotropic and viscosity properties.
In addition, other ingredients which are generally used in the preparation of mortars and grouting compositions can also be added to the composition. For example, colorants, stabilizers, defoamers, dispersants, wetting agents, emulsifiers, fungicides and the like can be added. Examples of colorants which can be added are titanium dioxide, cadmium red, carbon black, aluminum powder and the like.
The present invention also relates to the use of the composition described above for laying and grouting tiles. They are particularly suitable as grouting materials and trowelable mortars for laying ceramic tiles and for filling joints between tiles. They adhere extremely well to the edges and backs of ceramic tiles. For grouting, an assembly containing several ceramic tiles placed edge to edge and comprising spaces between the tiles is preferably prepared, then the spaces are filled with the composition according to the invention. When used to lay and grout ceramic tiles, the composition forms a tough, adherent and chemically resistant bond between the backing and back of ceramic tiles, as well as between the sides of these tiles.
The following examples are given by way of illustration:
Example 1:
A mixture is prepared containing the following compounds:
Compound Percentage Quantity
1. Acrylic polymer A *. 16.8675 1349.40g
2. Acrylic polymer B **. . . . . . 4.2170 337.36 g
3. Silica (96% passing through U.S. 325 screen). 20.7608 1,660.86 g
4. Silica (average particle size 5). . 9.4906 759.25 g
5. Glass (average particle size 74-149 p) 9.4906 759.25 g 6. Glass (average particle size 44-5) {) 9.4906 759.25 g
7. Titanium dioxide .. 2.2252 178.02 g
8. Potassium tripolyphosphate. 0.1077 8.62 g
9. Methylcellulose (viscosity 15,000 cps) 0.0215 1.72 g 10. Antifoam agent. . 0.1077 8.62 g 11.
Alumina trihydrate powder. 26.9621 2156.97 g 12. Fungicide 0.2372 18.98 g 13. Antifoaming agent. 0.0215 1.72g
100.0000 O / o 8000.02 g
* Emulsion of a thermosetting acrylic polymer bearing crosslinkable methylolacrylamide functional groups
by acids, 45 O / o of solids, viscosity 30 to 200 cps, pH 8.5 to 9.5, surface tension 46 dynes per
cm, and capable of forming flexible films, having a modulus of E = 0.455 X 103 kg / cm2 after drying and baking at
1770 C for 30 minutes. An example of such a general type of suitable polymer is Rhoplex E 172, supplied by
Rohm and Haas Co., Independence Mall West, Philadelphia, Pensylvania 19105.
** Emulsion of a thermosetting acrylic polymer bearing crosslinkable functional acid groups, 60 O / o of material
solid res, viscosity 40 to 120 cps. A trademark of this suitable polymer is E-660, supplied by Rohm
and Haas Co.
The above composition is prepared by mixing the compounds in a high speed mixer. The resulting product has a viscosity of 120,000 cps and a specific gravity of 1.84.
It contains a total of about 10 O / o by weight of water.
The pot stability of these formulas is extremely good. Even after nine months, no change is detected in the stored samples. This product is suitable for use as a mortar and grouting material for tiles. For example, part of this formula was used to grout a panel of wall tiles. The next day the material was hard and looked like a typical tile grout.
To 200 g of the formula described above 1 g of ammonium chloride was added as a catalyst. The resulting product was used to grout a vitrified wall tile panel. The next day, the grout material was harder than that containing no catalyst and more difficult to remove with fingernails.
After 21 days, the grout material containing the catalyst was extremely hard and was more resistant to soiling and water than the material without the catalyst.
Instead of crushed glass (ingredients 5 and 6 above), soft silica can be used.
Example 2:
The following amounts of catalyst based on ammonium chloride film are added to 400 g of the formula described in Example 1. The samples are then examined by means of a Gilmore needle according to standard ASTM C 266, to evaluate their curing time in an enclosure where there is humidity at 100 O / o. The following results are obtained:
:
Crosslinkable jointing material /
Ammonium chloride Initial cure time
1. 400g / lg 12 h 36 min
2.400g / 2g 8 h 34 min
3.400g / 3g 3h54mn
4.400 g / 4 g Hardening
during mixing
The above tests show that practical cure times can be achieved in a humid environment using the compositions described above.
Good setting time characteristics are very beneficial for tile laying. In the case of grouting, the material containing the catalyst solidifies in the joint, which allows the surface to be cleaned.
In the case of laying tiles, the mortar containing the catalyst solidifies, ensuring the adhesion of the tiles so as to allow them to be grouted without moving them.
Example 3:
The procedure of Example 2 is repeated, but adding catalytic amounts of formaldehyde to each of the compositions containing the catalyst. In each case, the curing time is considerably reduced. 10 g of a 37 oxo formalin solution is added to 400 g of the composition of Example 1. Then 3 g of ammonium chloride is added to catalyze the composition. This gives the rapid curing time of 25 minutes.
Example 4:
A 400 g sample of the jointing composition prepared according to the process of Example 1 is mixed with 2 g of a 12.30 / aqueous solution. sulfamic acid. The curing time under 100 O / o humidity is even shorter than in the presence of ammonium chloride. Sulfamic acid is therefore a suitable catalyst.
Example 5:
The composition prepared according to Example 4 is used as a jointing composition in the following manner: 1. The material is applied to the wall with the trowel and in the
joints between tiles.
2. The excess material is removed from the surface of the tiles
by washing.
3. The joints are equalized to obtain the general contour.
desired final.
4. The wall is washed again and the joints are formed from the
desired way using a sponge.
5. The tile is rubbed with a dry cloth after
the residue on the face of the tile is dry.
Example 6:
Using the mortar compositions A, B and C, waterproof ceramic tiles and waterproof ceramic tiles are placed on the surface of an open-cell expanded polystyrene panel (1.22 m X 1.52 m; thickness 5 cm). vitrified wall tiles. dry and absorbent. At successive intervals, we try to tear off the individual careraux.
A. Mortar of Example 1 without catalyst.
B. Mortar of Example 1 with 0.50 / o of am chloride
monium.
C. Mortar of example 1 with 0.75 O / o of am chloride
monium.
EMI5.1
<tb>
<SEP> Observations
<tb> Time <SEP> after <SEP> laying <SEP> Compositions <SEP> used <SEP> Mosaics <SEP> in <SEP> ceramic <SEP> Wall tiles <SEP>
<tb> <SEP> 2h <SEP> A <SEP> torn off <SEP> easily <SEP> torn off <SEP> easily
<tb> <SEP> 2h <SEP> B <SEP> <SEP> <SEP> tiles <SEP> broken
<tb> <SEP> 2h <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 7h <SEP> A <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 7h <SEP> B <SEP> <SEP> <SEP> strong <SEP> adhesion
<tb> <SEP> 7h <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 24h <SEP> A <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 24 <SEP> h <SEP> B <SEP> difficult <SEP> to <SEP> tear off <SEP> <SEP>
<tb> <SEP> 24h <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>
<tb>
It can be seen from the table above that the vitrified wall tiles adhere sufficiently to the panel to be grouted.
before two hours if the mortar contains catalyst, but they are not firmly enough fixed before four hours if the mortar does not contain catalyst. Ceramic mosaics do not adhere sufficiently to the mortar containing the catalyst to allow easy grouting within 24 hours.
Tiles are quickly laid and grouted using the catalyst-containing composition of Example 1 on expanded polystyrene panels to form prefabricated ceramic tile cladding units.
These highly water resistant units were used over a tub, as usual.
Example 7:
A sample of the mortar in accordance with the formula of Example 1 is applied to an aluminum sheet (thickness: 1.27 mm). Ceramic, glass, natural stone and wall tiles are passed over the sheet.
The test is repeated using a material not containing a catalyst. In all cases, the time after which the tiles cannot be pulled out is reduced by the use of the catalyst. The tiles are then grouted using the same compositions.
Example 8:
A sample of the mortar according to the formula of Example 1 is applied to a block of ash. Stones are pressed into the layer of plastic mortar to give the surface a decorative effect. A second identical sample is prepared, except that 0.75 O / o by weight of ammonium chloride is added as a catalyst. It is observed that freshly laid stones adhere better to the mortar containing the catalyst. The latter exhibits better adhesion, as shown by a pull-out test of a stone with a diameter of 2.54 cm. The ultra-fast solidification caused by the addition of the catalyst improves the laying. After 15 days, impregnation tests in water and scratching tests indicate obtaining a product having better resistance to water.
After 30 days, the product is exceptionally hard after immersion in water for 3 days.
Example 9:
A mortar sample according to the formula of Example 1 is used to lay wall tile, natural stone and ceramic mosaic tile to a wall panel, open cell polystyrene panel, insulation block, panel. insulation, plywood, a cement wall, cardboard, compressed wood, ash blocks, cement blocks, bricks and aluminum foil. The above examples are repeated using the mortars containing the catalyst as in Example 1. The advantages of rapid solidification or short curing time on non-porous surfaces using the mortar containing the catalyst are noted. . After wetting, the tiles are more easily torn from the various supports when the mortar does not contain catalyst.
Example 10:
A composition is prepared having the following formula:
Compound Percentage Quantity
1. Acrylic polymer A of Example 1 .. 7.8921 157.8 g
2. Acrylic polymer B of Example 1. 1.7238 34.4g
3. Water. . . . 10.7690 215.2 g
4. Silica (96 O / o passing through U.S. 325 sieve) ... 21.5838 431.6 g
5. Silica (average particle size: 5) ... 9.8658 197.2 g
6. Glass (average particle size: 74-149) ... 9.8658 197.2 g
7. Glass (average particle size: 44-5) .. 9.8658 197.2 g
8. Titanium dioxide .. 1.1364 20.6 g
9. Potassium tripolyphosphate. 0.0550 1.0 g 10. Methylcellulose (viscosity 15,000 cps). 0.0109 0.2 g 11. Antifoaming agent ... 0.0655 1.2 g 12.
Alumina trihydrate powder. 27.0323 540.6 g 13. Fungicide. . . 0.1211 2.4 g 14. Ammonium hydroxide (stabilizer). 0.0127 0.2 g
100.0000 O / o 1,996.8 g
The resulting composition, containing less binder than in Example 1, has a viscosity of 16,000 cps and a content of about 14 O / o. The composition is satisfactory as a grouting material and mortar for wall tiles.
Example ll:
A sample of the mortar prepared as in Example 1 and containing an ammonium chloride-based catalyst is used in the Grout Application Index Test.
This test measures the time required to grout 2 m5 of 10.80 cm vitrified wall tiles. The grouting material of Example 1 is applied in 13.5 min. Saving time is important when you want high performance tile laying at low labor costs.
Example 12:
The process of Example 1 is repeated to prepare similar compositions, except that the following non-water-soluble fillers are used in place of the silica-aluminum-glass trihydrate system:
silica 75 O / o by weight aluminum ... 800 / o in O / o by weight
glass-sand (50/50) .. 85 O / o by weight
quartz. . . . ........ 90/0 O / o by weight
aluminum-talc trihydrate (50/50) 80 O / o by weight
granulated polyethylene. 50 oxo by weight.
Example 13:
A sample of the mortar according to the formula of Example 1 with catalyst was used to lay and grout 2.5 cm ceramic mosaic tiles on a dry concrete slab, for evaluation according to the method. ASTM C 627-70. Laying and grouting were completed after 3 hours. The performance of the board as a floor covering was satisfactory after 20 hours under light conditions, indicating rapid development of resistance. The tiles are therefore laid and ready for use within 24 hours.
Example 14:
The following test was carried out to compare the grouting designs with and without catalyst. Compositions used to grout vitrified wall tiles were subjected to wet abrasion testing using the Standard Gardner Scrub Tester. 1000 brushing cycles in the device gave the following results:
:
Jointing material from Example 1 with 0.5% NH4Cl (after 24 hours) .. abrasion with a thickness of 0.15 mm
Grouting material of example I with catalyst (after 3 days) .. zero abrasion
Grouting material from Example 1 without catalyst (after 30 days). abrasion with a thickness of 0.74 mm
The jointing materials described in the present invention also exhibited improved soil resistance.
Example 15:
The following test demonstrates the excellent wet shear strength of the compositions according to the invention. Tile assemblies bonded by means of mortars according to the composition of Example 1 with and without catalysts were evaluated according to the Americao National standard.
Standards Institute Test for Organic Adhesives, ANSI 136.1, 1967. The following results are reported in kg / cm2:
EMI7.1
<tb> <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> shear
<tb> <SEP> to <SEP> sec <SEP> to <SEP> wet
<tb> Without <SEP> catalyst <SEP>. <SEP> 35.5 <SEP> 3.85
<tb> With <SEP> catalyst <SEP>. <SEP> ..........
<SEP> <SEP> 35.70 <SEP> 16.10
<tb> Material <SEP> of <SEP> jointing <SEP> of
<tb> <SEP> commerce <SEP> non <SEP> crosslinkable <SEP> 32.20 <SEP> 2.10
<tb>
None of the currently available commercial jointing materials produced a wet bond greater than 2.8 kg / cmS in the above test.
Example 16:
A test was carried out using the grout material according to the formula of Example 1 used for a countertop.
A method of evaluation has been developed in which various concentrations of food acids flow over (a) a crosslinked jointing material in the presence of a catalyst. formula of Example 1, (b) a commercial non-crosslinkable jointing material, and (c) a cement
Usual wet hardened Portland.
A pump is used to flow the acidic solution over the crosslinkable jointing material. The solution then flows over the non-crosslinkable jointing material and finally onto the usual wet-hardened cement.
Erosion is measured after flow over five sections of identical jointing material previously measured on each panel section for each chemical solution tested. The effective depth of erosion in microns after 30 hours is shown in the following table:
C B A (1) 10% acetic acid. 980.4 1839 61 (2) Citric acid 40%. 645.1 304.9 40.6
This example demonstrates the superior acid resistance of crosslinkable resin based grouting materials.
Example 17:
A method has been developed to determine resistance to solvents. This method shows the best solvent resistance of the jointing compositions of the present invention.
Samples of cured grouting material were taken from the tile joints. In the test, approximately 2 g of sample is measured to the nearest 0.1 mg, which is introduced into a container of approximately 1 liter containing 100 ml of acetone.
Each of the containers is stirred for 2 hours using a magnetic stirrer. The contents of the containers are then filtered through glass wool and the filtrate is collected in a calibrated 10.16 cm capsule. The container and the glass wool filter are rinsed with acetone which is collected in the capsule.
After evaporation to constant weight of the filtrate in the dish, the percentage of insolubles in acetone is expressed as follows:
[(Weight of joint material sample) - (Weight of residue) JX 100 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ = 100 Percentage of insolubles in acetone
(Weight of joint material sample)
A sample of jointing material based on a composition without catalyst as in Example 1 exhibits a percentage of insolubles in acetone of%, 59%. A sample of the same material, but containing 0.50% NH4Cl shows 98.02% insolubles in acetone.
Samples of jointing material based on a system containing a non-crosslinkable resin sold commercially gave 880% of insolubles in acetone.
Example 18:
The test of Example 17 shows that the resistance to solvents at normal temperature of the jointing composition with catalyst according to the invention is equivalent to the resistance to solvents of the material without catalyst crosslinked by heat. Each of the following four samples was aged for 21 days at normal temperature:
Without catalyst. 97.2% insoluble
0.5% NH4Cl. .. 98.8% insolubles
Without catalyst, ¸ h at 150 C 98.7% insolubles 0.5% NH4Cl, ¸ h at 150 C 100% insoluble.
Example 19:
The following composition shows the ability of emulsions based on vinyl acetate copolymers to be used in the jointing composition according to the invention.
Compound Percentage Quantity
1. Emulsion based on an acetate copolymer
vinyl-acrylic monomer ..... ..... 19.0873 381.746 g
2. Water. . . . . . 5.4225 108.4500 g
3. Silica (96 Olo passing through the meshes of the ta
mis U.S. 325) 22.5189 450.378 g
4. Silica (particle size 5) .. 7.7407 154.814 g 5. Glass (74-149). 7.7407 154.814 g
6. Glass (44-45). . 7.7407 154.814 g 7. Titanium dioxide. . 1.7813 35.626 g
8. Potassium tripolyphosphate .. 0.0812 1.624 g
9. Methylcellulose (viscosity 15,000cps) 0.0169 0.0338 g
10. Defoamer .. 0.0973 1.9012 g
11. Alumina trihydrate powder (dimension
particle average 80F) 27.5771 551.542 g
12.
Fungicide. 0.1951 3.3449 g
99.9997 0 / o 1 999.994 g
The above jointing composition is suitable for filling joints between glazed wall tiles. The viscosity is 104,000 cps and the specific gravity is 1.47.
The aqueous emulsion of the vinyl acetate-acrylic monomer copolymer exhibits reactivity of methylol groups and therefore can. be crosslinked at room temperature by the addition of acid catalysts, such as oxalic acid, ammonium thiocyanate and ammonium chloride. An example of such an emulsion is represented by the product under the trademark 55 DEV, prepared by Franklin Chemical Company, 2020 Brush Street, Colombus, Ohio 43 207,
Example 20:
A mortar was prepared based on the following compounds:
Compound Percentage Quantity
1. Acrylic polymer A of Example I. 15.30 765 g
2. Water. . 2.60 130 g
3. Ultramarine blue .. 15.02 1 g
4. Antifoam agent. 0.20 10 g
5. Hydroxyethylcellulose .. .. 0.025 1.25 g
6.
Limestone (particle size 5 ... 7.40 370 g
7. Crushed silica (sieve US. 325) .. 8.30 415 g
8. Potassium tripolyphosphate. 0.10 5 g
9. Alumina trihydrate (100 U.S. sieve) .. 10.20 510 g
10. Sand (U.S. 30 sieve) .. 55.31 2765.5 g
11. Fungicide. 0.15 7.5 g
99.605 O / o 4,980.25 g
The mortar based on the above compounds has a viscosity of 740,000 cps and a density of 1.90. When 0.5% ammonium chloride is added to this mortar, a suitable material is obtained for filling the joints between vitrified tiles. After a week at normal temperature, the joint material is exceptionally hard and resistant to soiling and water.
Instead of ammonium chloride, the following acid catalysts can be added in the amounts indicated to obtain comparable results: ammonium bromide .. 0.03% ammonium thiocyanate .. 0.05% ammonium sulfate. .. 1% ammonium thiocyanate ... 1% dichloroacetic acid. . 0.03% p.toluenesulfonic acid 0.04% citric acid. . 2% oxalic acid. 0.5% sulfamic acid .....
..... 0.03% 2-methyl-2-aminopropanol hydrochloride 0.5% 1 -amino-4-butanol hydrochloride. 1%
Example 21:
The process of Example 1 is repeated to prepare a similar composition, except that the following percentages by weight of polymeric material are used to obtain suitable compositions:
2% (+ 15% water)
5% (+ 14% water)
7 O / e (+ 13 0 / o de'au)
80 /. (+ 120 / o water)
ele (+ 10 '/ water)
14 go (+ 13 0 / o water)
Example 22:
:
The mortars based on the formulas of Examples 1 and 19 were colored using customary latex paint dyes. In all cases, the pigments were compatible and the mortars became hard and water resistant with the catalyst. After 15 days, the colored mortars were tested for hot water softening. Mortars with a catalyst soften in water at higher temperatures than mortars without a catalyst. The degree of softening was also lower. Another satisfactory method of coloring mortars was to combine the pigment with the catalyst and then add it to the emulsion.
Example 23:
A low viscosity mortar based on the formula of Example 1 containing a catalyst was added to a Portland cement mortar. The mortar was applied to an aluminum foil. Several tiles were laid on the aluminum foil. For comparison, other tiles were laid on the sheet using a Portland cement based mortar. After 24 hours of aging at normal temperature, the strong adhesion of the mortar containing the catalyst was noted.
Example 24:
Another polymeric emulsion which can be crosslinked at normal temperature suitable for producing mortars for laying ceramics consists of a latex based on a vinyl acetate copolymer having the following characteristics: 45 O / o of solids, particle size 0.14 p, pH 4.7, viscosity 100 cps, minimum brittle film formation temperature: 13 C. This is a thermosetting emulsion which is commonly used to bind fibers in nonwoven textiles by drying and high temperature application. An example of this emulsion allowing to obtain a good mortar is X-LINK 2802, brand of the
National Starch and Chemical Corporation, 750 Third Ave Bare, Ne v York 10,017.
By replacing each of the emulsions with this emulsion
I and 2 of the composition of Example 1, a suitable mortar is formed for grouting and laying ceramic tiles on gypsum boards and on concrete.
Example 25:
A suitable mortar is obtained by using, instead of the vinyl acetate copolymer emulsion of Example 24, a latex based on a self-reactive vinylacrylic terpolymer, having the following characteristics: solids content 45%, pH 4.6, viscosity 200 cps, average anionic particle size 0.14.
Example 26:
The following aqueous composition was prepared:
Compound Percentage Quantity
1. Polymer A of Example 1 .. 3.7063 168.6720
2. Polymer B of Example I. 0.9178 41.768
3. Water. . . 13.9081 632.940
4. Antifoam agent 0.9234 5.168
5. Silica. . 30.3334 1380.432
6. Methylcellulose 15000 eyelashes ... 0.0377 1.720
7. Potassium tripolyphosphate .. 0.0946 4.308
8. Titanium dioxide ... . 1,9558 89,008 9. Silica (average particle size 3) .. 8,3418 379,624
10. Glass (average particle size 74-149) .... 8.3418 379.624
He. Glass (average particle size 44-5) .. 8,3418 379,624
12. Alumina trihydrate .... . 23.6984 1078.484
13.
Fungicide .. 0.2084 9.488
99.9993 0 / o 4550.850
This mortar contains the very low concentration of 4.6% (in the wet state) or 2.5 O / o (in the dry state) of crosslinkable polymer emulsion. It is used to fill joints between ceramic tiles. Its consistency gives it good workability. It is usually easily cleaned and hardens satisfactorily.
A similar low-polymer mortar was prepared by replacing polymers A and B above with 200 g of a copolymer latex based on a hydroxymethylated diacetone-acrylamide derivative, having the following characteristics: solids content 45 O / o, pH 4.3. An example of such a commercially available copolymer emulsion is Lubrizol 2240, supplied by The Lubrizol Corporation, P.O. Box 3057, Cleveland, Ohio 44117.
Example 27:
The following jointing composition was prepared:
Composition A Percentage
Thermo acrylic polymer emulsion
plastic *. . . 21.5
Water. . ...... 1.13
Surfactant. 0.23
Blue pigment. 0.02
Antifoam agent. 0.11
Hydroxyethylcellulose 0.03
Crushed silica (U.S. 325 sieve). . 17.43
Alumina trihydrate (U.S. 100 sieve) 11.94
Ammonium chloride. .
. 0.56
Sand passing through the screen U.S. 30 .. 46.90
Defoamer. 0.12
100.00 O / o
* This latex is a typical example of thermoplastic acrylic polymer emulsion with side functional carboxyl groups having the following properties: solids content 55 / o, pH 4.5, viscosity less than 300 cps, anionic particles have a formation temperature film less than 20 C, glass transition temperature - 90 C, flexible film. An example of a commercially available emulsion giving the above results is Rhoplex LC-40 supplied by Rohm and Haas Company, Independence Mall, Test, Philadelphia, Pennsylvania 19105.
We prepared a second composition:
Composition B Percentage
Dimethylolurea. 6
Water. . 18
Solid white
(barium sulfate powder) .. 25.45
Sand passing through U.S. 30 ... 50.48 sieve
Powdered magnesium oxide .. 0.07
100.00 O / o
400 g of Composition A were mixed with 100 g of Composition B. The resulting grout material exhibited a viscosity (giving trowelability) of about 230,000 cps and hardened overnight between ceramic tiles. in a humid environment at 100 O / o
Example 28:
Emulsions based on thermosetting vinyl chloride-acrylic monomer copolymer make it possible to produce a mortar having the good properties according to the invention. The following mortar composition is suitable for filling joints (grouting) and laying ceramic tiles.
Compound Percentage Quantity (g)
1. Copolymer of vinyl chloride *. . 22.96 1836.8
2. Silica (96% passing through U.S. 325 sieve). . 20.27 1621.6 3. Silica (average particle size 5). 9.26 740.8
4. Glass (average particle size 74-149) .... 9.26 740.8
5. Glass (average particle size 44-5) .. 9.26 740.8
6. Titanium dioxide ... . 2.19 175.2
7. Potassium tripolyphosphate ... 0.10 8.0
8. Methylcellulose (viscosity 15,000 cps) .. 0.0209 1.6720
9. Defoamer ... 0.12 9.6
10. Powdered alumina trihydrate .. 26.32 2105.6
11.
Fungicide 0.24 19.2
100,0009 O / o 8000,0720
* Emulsion of a thermosetting vinyl chloride-acrylic monomer copolymer having the following characteristics: solids content 51 O / o, pH 2.2, viscosity 200 cps, load of anionic particles, surface tension 37 dynes per cm, temperature of glass transition greater than 260 C. In the present case, acid catalysts were used to carry out the crosslinking in the presence of water. A suitable trademark for ceramic mortars is Geon 460 XI, a vinyl chloride copolymer produced by B.F. Goodrich Company, 3135 Euclid Avenue, Cleveland, Ohio 44115.
Example 29:
A polymer emulsion which can be used in mortars for laying tiles is prepared as follows.
A mixture of 85 parts of monomeric vinyl acetate, 12 parts of monomeric dioctyl fumarate and 3 parts of methylolacrylamide is added over 3 hours to 50 parts of water at 160 ° C. containing 0.1 0 / of the sodium salt d an allcyl arylpolyethersulfonate and potassium persulfate as an initiator. The mixture is subjected to constant agitation.
First, the mixture is heated to 210 C and held at that temperature for about an hour. Then, over a period of 1 1/2 hours, 50 additional parts of water containing 1.5 O / o of potassium persulfate are added, while maintaining the mixture at 210 ° C. The mixture is then kept under continuous stirring at 210 ° C. for an additional hour. Finally, the temperature is increased to 270 C for an additional hour.
Cool and filter 200 g of the crosslinkable vinyl acetate copolymer emulsion formed, which is substituted for the polymers A and B of example.
I to form a mortar suitable for grouting and laying ceoimiiq'-s tiles on various substrates.