用于處理粘土和帶有粘土的骨料的方法及所用的組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供涉及使用具有高分子量且酸基團(tuán)與聚氧化烯基團(tuán)之比率低的羧酸接枝聚合物的組合物和方法。這種粘土緩解特別適用于處理粘土和帶有粘土的骨料，特別是用于建筑用途的那些骨料。本發(fā)明最大程度地減少了洗滌骨料的需求，因此保持了建筑材料中的細(xì)骨料(“細(xì)粒料”)含量，并從而有益于含有帶有粘土的骨料的建筑材料的性能和/或特性。
【專利說明】用于處理粘土和帶有粘土的骨料的方法及所用的組合物 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及處理用于建筑的帶有粘土的骨料，并且更具體地涉及具有高分子量且 羧酸基團(tuán)與聚氧化烯基團(tuán)之比率低的羧酸接枝聚合物的用途。
[0002] 發(fā)明背景 混凝土、砂漿、浙青、路基、鉆井液和泥漿及其它建筑材料常常含有粘土，它們攜帶在沙 子、巖石、砂礫或用于制造這些建筑材料的其它骨料中，或者常常摻混到這些建筑材料里。 粘土?xí)焕赜绊懡ㄖ牧系男再|(zhì)和/或性能，因?yàn)樗鼈兾账陀糜谔幚磉@些材料的化 學(xué)試劑。
[0003] 緩解粘土的不良影響的方法是從骨料中洗去粘土。然而，過度洗滌會(huì)除去一部分 細(xì)料（即，小的骨料），它們?nèi)绻槐怀サ脑拰?huì)對性能產(chǎn)生有益效果或增強(qiáng)建筑材料的 所需性質(zhì)。
[0004] 本發(fā)明的目的是緩解骨料中攜帶的粘土的不良影響，同時(shí)改善建筑材料的一種或 多種性質(zhì)。本發(fā)明可導(dǎo)致砂漿及混凝土的性質(zhì)（例如，可施工性、強(qiáng)度）、浙青的性質(zhì)（例 如，粘結(jié)劑需求性）和路基材料的性質(zhì)（例如，改善的流動(dòng)性）的改善。減少或消除洗滌步 驟可導(dǎo)致在建筑材料中產(chǎn)生更有利的細(xì)料含量。
[0005] 對于氣井和油井應(yīng)用（涉及斷裂巖層）中的粘土穩(wěn)定化還可實(shí)現(xiàn)附加的有益效果 以減少水的損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明涉及粘土緩解組合物和改造粘土的方法，所述粘土攜帶（或"夾帶"或含 載）或者以其它方式混合在無機(jī)顆粒內(nèi)，所述無機(jī)顆粒如沙骨料、碎石（砂礫、巖石等）、粒 化渣及建筑應(yīng)用和建筑材料中使用的其它無機(jī)顆粒。
[0007] 可以將本發(fā)明的粘土緩解劑摻入帶有粘土的建筑骨料及材料，如砂漿、混凝土、浙 青、路基及井筒鉆井液（well bore drilling fluids)和泥漿?？蓪⒄惩辆徑鈩┮敫晒?料或濕骨料。
[0008] 在能水合的水泥質(zhì)組合物的情況下，本發(fā)明的粘土緩解方法及組合物能提供改善 的可加工性而不增加水泥質(zhì)粘結(jié)劑體系的水需求。在處理或洗滌骨料材料的情況下，本發(fā) 明的組合物可減少洗滌和/或去除含在骨料中的粘土所需的努力。
[0009] 如上文所概述，本發(fā)明用于處理粘土或帶有粘土的骨料的示例性羧酸接枝聚合物 組合物包含： (A)由以下結(jié)構(gòu)表示的第一組分：

【權(quán)利要求】
1. 用于處理粘土或帶有粘土的骨料的羧酸接枝聚合物組合物，包含： (A) 由以下結(jié)構(gòu)表示的第一組分：
其中R1、R2和R3各自獨(dú)立地表示氫、C1-C 3烷基、-COOH、-CH2COOH或它們的混合物；X表 示氫或堿金屬；和 (B) 由以下結(jié)構(gòu)表示的第二組分：
其中R4、R5、R6、R7和R8各自獨(dú)立地表示氫、C 1-C3烷基、-COOH或它們的混合物；Y表 示-0 -、- COO -、- OOC -、- COHN -或-NHCO - ;Z 表示（CH2)n，其中 "η" 表示 0 至 6 的 整數(shù)；且"m"表示25至200的整數(shù)； (C) 任選地，包含以下單體聚合的重復(fù)單元的第三組分：（甲基）丙烯酰胺、N-烷基（甲 基）丙烯酰胺、N，N-二烷基（甲基）丙烯酰胺、3-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其鹽和 苯乙烯磺酸或其鹽，或它們的混合物；且 其中所述第一組分A與所述第二組分B的摩爾比范圍在50:100至100:40,并且所述羧 酸接枝聚合物的重均分子量范圍在22, 000至250, 000 ;且 其中，當(dāng)所述第一組分A與所述第二組分B的摩爾比大于100:55時(shí)，則所述羧酸接枝 聚合物的重均分子量范圍在70, 000至250, 000。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的羧酸接枝聚合物組合物，還包含至少一個(gè)以下單體聚合的重 復(fù)單元：（甲基）丙烯酰胺、N-烷基（甲基）丙烯酰胺、N，N-二烷基（甲基）丙烯酰胺、3-丙 烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其鹽和苯乙烯磺酸或其鹽，或它們的混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中所述組分A與所述組分B 的所述摩爾比介于〇. 6與1. 8之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中所述組分A與所述組分B的所 述摩爾比介于0.7與1.5之間。
5. 根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中所述羧酸接枝聚合物組 合物的重均分子量范圍在70, 000至150, 000。
6. 根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中所述組分B的數(shù)均分子 量范圍在1，〇〇〇至1〇,〇〇〇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中所述組分B的數(shù)均分子量范圍 在 1，500 至 7, 500。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中所述組分B的數(shù)均分子量范圍 在 2, 000 至 5, 000。
9. 根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的羧酸接枝聚合物組合物，其中，當(dāng)混合到塑性可水合 的水泥質(zhì)組合物中時(shí)，具有0-4的坍陷（根據(jù)ASTM C143使用標(biāo)準(zhǔn)坍陷筒）。
10. 包含多種帶有粘土的骨料和根據(jù)任意前述權(quán)利要求所述的羧酸接枝聚合物組合物 的骨料組合物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的骨料組合物，其中所述多種帶有粘土的骨料包括天然或人 造沙子、碎石、碎砂礫、碎巖石、碎頁巖，或它們的混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的骨料組合物，還包含水泥質(zhì)粘結(jié)劑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10、11或12所述的骨料組合物，其中基于包含在所述多種骨料中的 粘土的干重，所述羧酸接枝聚合物以〇. 1重量％至100重量％的量包含在所述多種含有粘 土的骨料中。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的骨料組合物，其中基于包含在所述多種骨料中的粘土的干 重，所述羧酸接枝聚合物以1重量％至50重量％的量包含在所述多種含有粘土的骨料中。
15. 用于改進(jìn)水泥質(zhì)組合物的摻和組合物，包含： (i) 至少一種選自以下的化學(xué)摻和物：減水劑、緩凝劑、促凝劑、加氣劑、消氣劑，以及 它們的混合物；和 (ii) 用于處理粘土或帶有粘土的骨料的羧酸接枝聚合物組合物，其包含： (A) 由以下結(jié)構(gòu)表示的第一組分：
其中R1、R2和R3各自獨(dú)立地表示氫、C1-C 3烷基、-COOH、-CH2COOH或它們的混合物；X表 示氫或堿金屬；和 (B) 由以下結(jié)構(gòu)表示的第二組分：
其中R4、R5、R6、R7和R8各自獨(dú)立地表示氫、C 1-C3烷基、-COOH或它們的混合物；Y表 示-0 -、- COO -、- OOC -、- COHN -或-NHCO - ;Z 表示（CH2)n，其中 "η" 表示 0 至 6 的 整數(shù)；且"m"表示25至200的整數(shù)； (C) 任選地，包含以下單體聚合的重復(fù)單元的第三組分：（甲基）丙烯酰胺、N-烷基（甲 基）丙烯酰胺、N，N-二烷基（甲基）丙烯酰胺、3-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸或其鹽和 苯乙烯磺酸或其鹽，或它們的混合物； 其中所述第一組分A與所述第二組分B的摩爾比范圍在50:100至100:40,并且所述羧 酸接枝聚合物的重均分子量范圍在22, 000至250, 000 ;且 其中，當(dāng)所述第一組分A與所述第二組分B的摩爾比大于100:55時(shí)，則所述羧酸接枝 聚合物的重均分子量范圍在70, 000至250, 000。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的摻和組合物，還包含至少一個(gè)以下單體聚合的重復(fù)單元： (甲基）丙烯酰胺、N-烷基（甲基）丙烯酰胺、N，N-二烷基（甲基）丙烯酰胺、3-丙烯酰氨 基-2-甲基丙烷磺酸或其鹽和苯乙烯磺酸或其鹽，或它們的混合物。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的摻和組合物，其中所述至少一種化學(xué)摻和物是選自以 下的減水劑：木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽甲醛縮合物、三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物、含有環(huán)氧 烷基團(tuán)的聚羧酸鹽梳型聚合物、葡糖酸鹽，以及它們的混合物。
18. 改進(jìn)帶有粘土的骨料的方法，包括：將根據(jù)權(quán)利要求1至14所述的羧酸接枝聚合 物組合物引入多種帶有粘土的骨料。
19. 改進(jìn)含有帶有粘土的骨料的水泥質(zhì)材料的方法，包括：將根據(jù)權(quán)利要求15、16或17 所述的摻和組合物引入水泥質(zhì)粘結(jié)劑和多種帶有粘土的骨料。
20. 改進(jìn)含有帶有粘土的骨料的水泥質(zhì)材料的方法，包括：將根據(jù)權(quán)利要求1至14所 述的羧酸接枝聚合物組合物引入水泥質(zhì)粘結(jié)劑和多種帶有粘土的骨料。
21. 建筑材料，包含：多種骨料、粘土和根據(jù)權(quán)利要求1至14所述的羧酸接枝聚合物組 合物。
【文檔編號(hào)】C08F265/06GK104271625SQ201380023219
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月4日
【發(fā)明者】L.郭, N.特雷格, H.李, O-I.權(quán) 申請人:格雷斯公司, 萊貝斯特蓋特有限公司