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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Betonzumischung.
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Die
Verwendung von hochfesten Beton wurde in den letzten Jahren vorangetrieben,
um einem Hochhaus oder einer großen Anlage zu entsprechen.
Zu diesem Zweck muß eine
Betonzumischung Fließbarkeit
in der Anwendung als Betonbrei haben und die Fähigkeit besitzen, Wasser aus
dem Betonbrei stark zu reduzieren, und als weitere Fähigkeit,
die Viskosität
eines Betonbreis zu reduzieren, der unter Pumpdruck gesetzt wird.
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Bisher
gab es ein stark wasserreduzierendes Mittel für hochfesten Beton, wie zum
Beispiel ein Kondensat aus Naphthalinsulfonsäure mit Formalin (d.h. eine
Verbindung auf Naphthalin-Basis) und ein Kondensat aus Melaminsulfonsäure mit
Formalin (d.h. eine Verbindung auf Melaminbasis). Darüber hinaus
ist vor kurzem ein wasserlösliches
Vinyl-Copolymer (zum Beispiel eine Verbindung auf Polycarbonsäure-Basis)
bekannt geworden, das hervorragende Dispergierbarkeit (Setzmaß) aufweist,
wie zum Beispiel ein Copolymer aus Monomeren auf Polyalkylenglykolmonoester-Basis
mit Monomeren auf (Meth)acryl- und/oder Dicarbonsäure-Basis.
Aber obwohl die Dispergierbarkeit durch die Gegenwart des wasserreduzierenden
Mittels verbessert wird, ist die Fließbarkeit des Betonbreis schlecht,
nachdem er unter Pumpdruck gesetzt wurde, so daß die Anwendbarkeit des Betonbreis
nicht zufriedenstellend ist.
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JP-B-59-18338
oder JP-A-8-12396 offenbaren ein früheres Verfahren für die Herstellung
eines Copolymers auf Polycarbonsäure-Basis.
Das heißt,
daß Monomere
in den früheren
Verfahren gleichmäßig zugegeben
werden. Aber eine Mischung aus den erhältlichen Copolymeren ist unzufriedenstellend
von der Dispergierbarkeit und der Fließbarkeit. Obwohl JP-A-8-59323,
JP-A-7-118047, JP-A-5-24894
oder JP-A-61-31333 ein anderes Copolymer auf Polycarbonsäure-Basis
zur Verfügung
stellen, werden die Verhältnisse
der Monomere beim Zumischen der Monomere in ihrem Herstellungsverfahren
nicht geändert.
Dementsprechend ist das Copolymer unzufriedenstellend von der Dispergierbarkeit
und der Fließbarkeit.
Darüber
hinaus stellt zum Beispiel JP-A-9-40446 oder JP-A-2000-143314, entsprechend
zu EP-A-983976 eine Betonzumischung bereit, die zwei Copolymere
umfaßt,
die sich voneinander im Verhältnis
der Monomere unterscheiden, aber eine Mischung dieser Copolymere
ist ebenfalls unzufriedenstellend in der Dispergierbarkeit und Fließbarkeit.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betonzumischung
bereitzustellen, die besonders nützlich
ist auf dem Gebiet von hochfestem Beton, die eine hohe Dispergierbarkeit
und Fließbarkeit
besitzt und die hervorragend ist in der Anwendbarkeit von Beton.
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Die
vorliegenden Erfinder haben festgestellt, daß eine Mischung von Copolymeren,
die dadurch erhalten wird, daß spezifische
Monomere bevorzugt in einem spezifischen molaren Verhältnis reagiert
werden, geeignet ist, das oben beschriebene Problem zu lösen. Als
Ergebnis ihrer weiteren Untersuchung auf der Grundlage dieser Feststellung
haben sie festgestellt, daß von
solchen Mischungen von Copolymeren eine Mischung von Copolymeren
besonders effektiv ist, die dadurch erhalten wird, daß das molare
Verhältnis
von (rohen) Monomeren während
des Copolymerisationsverlaufs geändert
wird, oder daß eine
andere Mischung aus zumindest drei Copolymeren besonders effektiv
ist, die dadurch erhalten wird, daß Mischungen in molaren Verhältnissen
entsprechend copolymerisiert werden, die unterschiedlich voneinander
sind. So wurde die vorliegende Erfindung vollendet.
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Das
heißt,
die vorliegende Erfindung betrifft eine Betonzumischung, umfassend
eine Copolymermischung, die erhältlich
ist durch Copolymerisieren von mindestens einem Monomer (A) dargestellt
durch die folgende Formel (a), und mindestens einem Monomer (B),
dargestellt durch die folgende Formel (b), wobei das molare Verhältnis von
dem Monomer (A) zu dem Monomer (B), nämlich (A)/(B), zumindest einmal
während des
Polymerisationsverlaufs geändert
wird [welche im folgenden als Betonzumischung (I) bezeichnet wird]:
wobei
R
1 und
R
2 jeweils ein Wasserstoffatom oder eine
Methyl-Gruppe darstellen,
m eine Zahl ist, die ausgewählt ist
aus 0 bis 2,
R
3 ein Wasserstoffatom
oder -COO(AO)nX darstellt,
p 0 oder 1 ist,
AO eine Oxyalkylen-Gruppe
mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Oxystyrol-Gruppe und bevorzugt
eine Oxyalkyl-Gruppe mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen darstellt,
n
eine Zahl ist, die ausgewählt
ist aus 2 bis 300, und
X ein Wasserstoffatom oder eine Alkyl-Gruppe
mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und bevorzugt ein Wasserstoffatom
oder eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen darstellt;
und
wobei
R
4,
R
5 und R
6 jeweils
ein Wasserstoffatom, eine Methyl-Gruppe oder (CH
2)
m1COOM
2 darstellen,
wobei (CH
2)
m1COOM
2 mit COOM
1 oder
einem weiteren (CH
2)
m1COOM
2 zusammenwirken kann, um ein Anhydrid zu bilden,
wobei in diesem Fall M
1 und M
2 in
diesen Gruppen nicht vorliegen,
M
1 und
M
2 jeweils ein Wasserstoffatom, ein Alkalimetall,
ein Erdalkalimetall, eine Ammonium-Gruppe, eine Alkylammonium-Gruppe oder eine
substituierte Alkylammonium-Gruppe darstellen, und
m1 eine
Zahl, ausgewählt
aus 0 bis 2, ist,
wobei das molare Verhältnis (A)/(B) in der Copolymermischung
0,02 bis 4 zumindest vor oder nach der Veränderung hiervon beträgt,
wobei
der maximale Wert des molaren Verhältnisses (A)/(B) in der Copolymermischung
und das Minimum hiervon sich voneinander um mindestens 0,05 unterscheiden,
und
wobei das durchschnittliche Verhältnis (A)/(B), bezogen auf
das Gewicht in der Copolymermischung, im Bereich von 30/70 bis 99/1
in den Gesamtmonomeren liegt.
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Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung eine Betonzumischung, die eine
Copolymermischung von mindestens drei Copolymeren umfaßt, erhältlich durch
Copolymerisieren von mindestens einem Monomer (A), dargestellt durch
die Formel (a), und mindestens einem Monomer (B), dargestellt durch
die Formel (b), Verändern
des molaren Verhältnisses
von (A) bzw. (B) zu einem anderen molaren Verhältnis von (A) zu (B), nämlich (A)/(B)
im Bereich von 0,02 bis 4, wobei die Veränderung des molaren Verhältnisses
mindestens 0,05 beträgt,
vorausgesetzt, daß die
Formeln (a) und (b) wie oben definiert sind [, welche im folgenden als
Betonzumischung (II) bezeichnet wird].
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Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung eine Betonzusammensetzung, die
zumindest eines der oben in der vorliegenden Erfindung beschriebenen
Betonzumischungen (I) und (II) umfaßt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem
eine Betonzusammensetzung bereit, welche Aggregate, Zement, die
oben beschriebene Betonzumischung und Wasser umfaßt; Verwendung
der oben definierten Copolymermischung als Betonzumischung; ein
Verfahren zum Dispergieren von Aggregaten, Zement und Wasser mit
der oben definierten Copolymermischung; ein Verfahren für die Herstellung
einer Copolymermischung, umfassend das Copolymerisieren mindestens
eines Monomers (A), dargestellt die Formel (a) und mindestens eines
Monomers (B), dargestellt durch Formel (b), Verändern des molaren Verhältnisses
von (A) zu (B), nämlich
(A)/(B), mindestens einmal während
der Copolymerisation, wobei das molare Verhältnis (A)/(B) im Bereich von
0,02 bis 4 mindestens einmal vor oder nach der Veränderung
hiervon beträgt
und die Veränderung
des molaren Verhältnisses
mindestens 0,05 beträgt,
vorausgesetzt, daß die
Formeln (a) und (b) wie oben definiert sind; die oben erwähnten Verfahren,
worin das molare Verhältnis
von (A)/(B), nämlich
(A)/(B), mindestens zweimal verändert
wird; Verwendung der durch das oben aufgezeigte Verfahren erhaltenen
Copolymermischung als Betonzumischung; und ein Verfahren zum Dispergieren
von Aggregaten, Zement und Wasser mit der durch das oben aufgezeigte
Verfahren erhaltenen Copolymermischung.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung.
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1 zeigt
einen Überblick über die
Methode für
die Messung der Fließstrecke
in den Beispielen, wobei Bezugszeichen 1 eine Box ist, 2 ein
Trichter und 3 eine Betonzusammensetzung ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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[Monomer A]
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Als
Monomer (A), dargestellt durch die Formel (a), wird bevorzugt ein
(halb)verestertes Produkt eines Polyalkylenglykols verwendet, das
teilweise durch eine Alkyl-Gruppe,
wie zum Beispiel Methoxypolyethylenglykol, Methoxypropylenglykol,
Methoxypolybutylenglykol, Methoxypolystyrolglykol und Ethoxypolyethylenpolypropylenglykol
mit (Meth)acrylsäure
oder Maleinsäure,
terminiert wird, ein verethertes Produkt davon mit (Meth)allylalkohol;
oder ein Addukt mit Ethylenoxid oder Propylenoxid an (Meth)acrylsäure, Maleinsäure oder (Meth)allylalkohol,
worin R3 bevorzugt ein Wasserstoffatom,
p bevorzugt 1 und m bevorzugt Null ist. Ein verestertes Produkt
von Alkoxy-, bevorzugt Methoxy-, Polyethylenglykol mit (Meth)acrylsäure ist
besonders bevorzugt. Die Durchschnittszahl von addierten Molen von
Polyalkylenglykol ist bevorzugt im Bereich von 2 bis 300 wegen exzellenter
Fluidität
und Fluiditätsretention,
mehr bevorzugt von 2 bis 150 und besonders bevorzugt von 5 bis 130.
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Im
Hinblick auf den Erhalt einer höheren
Dispergierbarkeit und Fließbarkeit
ist es bevorzugt, daß das Monomer
(A) ein Monomer (A-1) umfaßt,
dargestellt durch die folgende Formel (a-1), in Kombination mit
einem Monomer (A-2), dargestellt durch die folgende Formel (a-2).
Somit werden sie als Monomer (A) verwendet:
wobei
R
7 ein
Wasserstoffatom oder eine Methyl-Gruppe darstellt,
AO eine
Oxyalkylen-Gruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Oxystyrol-Gruppe,
bevorzugt eine Oxyalkylen-Gruppe mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen,
darstellt,
n1 eine Zahl, ausgewählt aus 12 bis 300, ist, und
X
1 ein Wasserstoffatom oder eine Alkyl-Gruppe
mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, bevorzugt ein Wasserstoffatom oder
eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen darstellt; und
wobei
R
8 ein
Wasserstoffatom oder eine Methyl-Gruppe darstellt,
AO eine
Oxyalkylen-Gruppe mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine Oxystyrol-Gruppe,
bevorzugt eine Oxyalkylen-Gruppe mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen
darstellt,
n2 eine Zahl, ausgewählt aus 2 bis 290, ist, unter
der Maßgabe,
daß die
Beziehung zwischen der Formel (a-1) und n1 darin wie folgt ist:
n1 > n2, während (n1 – n2) ≧ 10, bevorzugt ≧ 30 und mehr
bevorzugt ≧ 50,
und
X
2 ein Wasserstoffatom oder eine
Alkyl-Gruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, bevorzugt ein Wasserstoffatom oder
eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen darstellt.
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[Monomer B]
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Das
Monomer (B), dargestellt durch die Formel (b), ist bevorzugt ein
Monomer auf Monocarbonsäure-Basis,
wie zum Beispiel (Meth)acrylsäure
und Crotonsäure,
ein Monomer auf Dicarbonsäure-Basis,
wie zum Beispiel Maleinsäure,
Itaconsäure
und Fumarsäure,
oder ein Anhydrid oder Salz davon, zum Beispiel ein Alkalimetallsalz,
ein Erdalkalimetallsalz, ein Ammoniumsalz, ein Mono-, Di- oder Trialkyl
(mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen)-ammoniumsalz, das mit einer Hydroxyl-Gruppe
substituiert sein kann; mehr bevorzugt (Meth)acrylsäure, Maleinsäure oder
Maleinanhydrid; und besonders bevorzugt (Meth)acrylsäure oder
ein Alkalisalz davon.
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[Betonzumischung (I)]
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Die
Betonzumischung (I) der vorliegenden Erfindung enthält eine
Copolymermischung, die erhältlich ist
durch Copolymerisieren der oben erwähnten Monomere (A) und (B) bevorzugt
bei einem molaren Verhältnis von
(A)/(B) von 0,02 bis 4, wobei das molare Verhältnis von (A)/(B) zumindest
einmal während
der Copolymerisation verändert
wird. Die Veränderung
des besagten molaren Verhältnisses
kann jedes sein von einer Erhöhung,
einer Erniedrigung und einer Kombination davon. Wenn das besagte
molare Verhältnis
schrittweise oder intermittierend verändert wird, ist die Anzahl
der Änderungen
bevorzugt von 1 bis 10 und besonders von 1 bis 5. Wenn das besagte
molare Verhältnis
kontinuierlich verändert
wird, kann die Änderung
jedes von einer linearen Änderung,
einer exponentiellen Änderung
und einer Reständerung
sein, mit der Maßgabe,
daß die
Rate der Änderungen
pro Minute bevorzugt von 0,0001 bis 0,2, mehr bevorzugt von 0,0005
bis 0,1 und besonders bevorzugt von 0,001 bis 0,05 ist. Es ist bevorzugt,
daß das
molare Verhältnis
von (A)/(B) 0,02 bis 4 zumindest vor oder nach der Veränderung
ist, und es ist besonders bevorzugt, daß das molare Verhältnis von
(A)/(B) 0,02 bis 4 sowohl vor und nach der Änderung ist. Die Art der Veränderung
des molaren Verhältnisses
kann wie oben beschrieben variieren, aber in jedem dieser Fälle unterscheiden
sich der Maximalwert des molaren Verhältnisses von (A)/(B) und das
Minimum hiervon voneinander um zumindest 0,05, bevorzugt 0,05 bis
2,5.
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Die
Copolymermischung wird erhalten durch eine Herstellungsmethode,
die einen Polymerisierungsschritt einschließt, wobei das molare Verhältnis (A)/(B)
zumindest einmal verändert
wird. Im besonderen kann ein Verfahren beispielhaft erläutert werden,
bei dem anfänglich
eine wäßrige Lösung des
Monomers (A) zugegeben wird, sobald das Monomer (B) tropfenweise
zugegeben wird, und diese Monomere werden über eine bestimmte Zeit tropfenweise
zugegeben, da ihre entsprechenden Fließgeschwindigkeiten (Teile pro
Gewicht/Minute) für
die tropfenweise Zugabe geändert
werden, so daß ihre
entsprechenden molaren Verhältnisse in
dem bestimmten Bereich liegen. Bei diesem Verfahren ist die Veränderung
des molaren Verhältnisses
von (A)/(B) (d.h. die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem
Minimalwert hiervon) bevorzugt 0,05 bis 2,5 und mehr bevorzugt 0,1
bis 2. Wie in diesen Verfahren gezeigt, wird angenommen, daß die Copolymermischung,
die durch Veränderung
des molaren Verhältnisses
selbst nur einmal während
der Copolymerisation erhalten wird, eine Mischung einer großen Zahl
von Copolymeren mit breiterer Verteilung des molaren Verhältnisses
von (A)/(B) ist als von Copolymeren, die durch Copolymerisation
bei einem konstanten molaren Verhältnis von (A)/(B) erhalten
werden.
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Wenn
die oben erwähnten
Monomere (A-1) und (A-2) als Monomer (A) verwendet werden, ist das durchschnittliche
Gewichtsverhältnis
von (A-1)/(A-2) bevorzugt 0,1 bis 8, mehr bevorzugt 0,2 bis 2,5
und besonders bevorzugt 0,4 bis 2. Dieses durchschnittliche Gewichtsverhältnis ist
ein durchschnittlicher Wert von Gewichtsverhältnissen der gesamten Monomere,
die in der Copolymerisation verwendet werden. Das molare Verhältnis für die Copolymerisation
der Monomere (A-1) und (A-2) zu Monomer (B), d.h. [(A-1) + (A-2)]/(B)
wird so gewählt,
daß das
besagte molare Verhältnis
bevorzugt 0,02 bis 4, mehr bevorzugt 0,05 bis 2,5 und besonders
bevorzugt 0,1 bis 2 zumindest vor oder nach einer Änderung
ist, und daß das
besagte molare Verhältnis besonders
bevorzugt in diesen Bereichen ist sowohl vor und nach der Änderung.
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Wie
oben erwähnt
ist es bevorzugt, daß die
Fließgeschwindigkeit
für die
tropfenweise Zugabe von 30 Gew.-% oder mehr und im besonderen 50
bis 100 Gew.-% der gesamten Monomere geändert wird, um die Copolymermischung
herzustellen.
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In
dem oben beschriebenen Verfahren kann die Änderung des molaren Verhältnisses
oder des Gewichtsverhältnisses
durch Änderung
der Fließgeschwindigkeit
für die
tropfenweise Zugabe von allen oder einem Teil der zuzugebenden Monomere
reguliert werden. Darüber
hinaus kann die Änderung
der Fließgeschwindigkeit
für die
tropfenweise Zugabe kontinuierlich oder schrittweise ausgeführt werden,
oder sie kann kontinuierlich in Kombination mit einer schrittweisen Änderung
ausgeführt
werden. Die Änderung
kann nicht nur eine eindimensionale Änderung von entweder Zunahme
oder Abnahme sein, sondern ebenso alternierende Änderungen von Zunahme und Abnahme.
Jedes der zuzugebenden Monomere kann einzeln zugegeben werden. Oder
zwei oder mehr gemischte Lösungen,
die die Monomere in einem unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnis enthalten,
können
vorher hergestellt werden und dann eine nach der anderen zugegeben werden.
Wenn die Monomere tropfenweise einzeln zugegeben werden, ist es
bevorzugt, daß ein
Monomer tropfenweise in der größten Menge
mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit
zugegeben wird, während
andere Monomere tropfenweise mit geänderten Fließgeschwindigkeiten
zugegeben werden, um die gewünschte Monomerzusammensetzung
zu erhalten. Alternativ ist es denkbar, daß ein Teil der zuzugebenden
Monomere in einen Behälter
(oder Kammer) geladen wird, welcher die Monomere aufnimmt, und dann,
während
die verbleibenden Monomere mit einer kontinuierlich oder schrittweise
veränderten
Geschwindigkeit zu dem Behälter gegeben
werden, wird die resultierende gemischte Lösung, die die Monomere enthält, aus
dem Behälter,
der die Monomere aufnimmt, zu einem Reaktionsbehälter zugegeben. Darüber hinaus
ist es möglich,
daß ein
Teil der zuzugebenden Monomere in einen Reaktor geladen wird, und
dann die übrigen
Monomere mit kontinuierlich oder schrittweise veränderten
Fließgeschwindigkeiten
tropfenweise zu dem Reaktor zugegeben werden, um polymerisiert zu
werden.
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In
dem oben beschriebenen Verfahren wird der Grad der Veränderung
des molaren Verhältnisses
oder Gewichtsverhältnisses
durch Messung der Fließgeschwindigkeit
der zugegebenen Monomere mit Hilfe eines Durchflußmessers,
Füllstandschauglases
oder ähnlichem
kontrolliert. In diesem Fall wird der Grad der Veränderung
im besonderen abhängig
von der Grundlage der Art oder zugegebenen Menge (Rate) der zugegebenen
Monomere bestimmt. Im allgemeinen zeigt sich die folgende Tendenz:
wenn der Gehalt des Monomers (A) erhöht wird, wird die Fließbarkeit
verbessert; wenn der Gehalt des Monomers (B) erhöht wird, wird die Dispergierbarkeit
verbessert; und wenn n in der Formel (a) für das Monomer (A) klein ist,
wird die Dispergierbarkeits-Retention verringert, da die Abbindegeschwindigkeit
gering ist; wenn n groß ist,
wird die Dispergierbarkeits-Retention erhöht, da die Abbindegeschwindigkeit
schnell ist. Deshalb ist es mehr als genug, das molare Verhältnis oder
Gewichtsverhältnis
bei der Polymerisation in Abhängigkeit
von der gewünschten
Leistung zu bestimmen.
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Die
Polymerisationsreaktion kann in Gegenwart eines Lösungsmittels
durchgeführt
werden. Das Lösungsmittel
kann Wasser sein; ein niedriger Alkohol wie zum Beispiel Methanol,
Ethanol, Isopropanol und Butanol; ein aromatischer Kohlenwasserstoff,
wie zum Beispiel Benzol, Toluol und Xylol; ein alicyclischer Kohlenwasserstoff,
wie zum Beispiel Cyclohexan; ein aliphatischer Kohlenwasserstoff,
wie zum Beispiel n-Hexan; ein Ester, wie zum Beispiel Ethylacetat;
oder ein Keton, wie zum Beispiel Aceton und Methylethylketon. Von
diesen ist Wasser oder ein niedriger Alkohol bevorzugt im Hinblick
auf die einfache Handhabung und Löslichkeit des Monomers oder
Polymers.
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Zu
der Copolymerisationsreaktion kann ein Polymerisationsinitiator
zugegeben werden. Der Polymerisationsinitiator kann ein organisches
Peroxid, ein anorganisches Peroxid, eine Verbindung auf Nitril-Basis, eine
Verbindung auf Azo-Basis, eine Verbindung auf Diazo-Basis oder eine
Verbindung auf Sulfinsäure-Basis sein.
Die zugegebene Menge des Polymerisationsinitiators ist bevorzugt
0,05 bis 50% in mol (oder mol%) verglichen mit der Gesamtheit der
Monomere der Formeln (I) und (II) und anderer Monomere. Die tropfenweise Zugabe
des Polymerisationsinitiators wird bevorzugt zusammen mit dem Zutropfen
der Monomere gestartet. Die Fließgeschwindigkeit für die tropfenweise
Zugabe kann variabel oder konstant sein. Deshalb ist es mehr als
genug, die Fließgeschwindigkeit
so einzurichten, daß das
gewünschte
Molekulargewicht und Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird.
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Zu
der Copolymerisationsreaktion kann ein Kettentransfermittel zugegeben
werden. Das Kettentransfermittel kann ein Niederalkylmercaptan,
eine niedere Mercapto-Fettsäure,
Thioglycerol, Thioapfelsäure
oder 2-Mercaptoethanol sein. Im besonderen, wenn Wasser als Lösungsmittel
verwendet wird, wird das (die) Kettentransfermittel zugegeben, um
in der Lage zu sein, das Molekulargewicht stabiler zu regulieren.
Das Kettentransfermittel kann mit den Monomeren gemischt werden
oder einzeln tropfenweise zugegeben werden zusammen mit den Monomeren
auf einmal. Die Fließgeschwindigkeit
für die
tropfenweise Zugabe kann variabel oder konstant sein. Deshalb ist
es mehr als genug, die Fließgeschwindigkeit
zu regulieren, um das gewünschte Molekulargewicht
zu erhalten. Die Temperatur für
die Copolymerisationsreaktion ist bevorzugt von 0 bis 120°C.
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Das
so erhaltene Polymer auf Polycarbonsäure-Basis kann gegebenenfalls
für die
Desodorierung behandelt werden. Im besonderen verbleibt leicht ein
unangenehmer Geruch im Polymer, wenn ein Thiol wie zum Beispiel
Mercaptoethanol als Kettentransferagens verwendet wird, so daß wünschenswerterweise
eine Desodorierungsbehandlung durchgeführt wird.
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Das
in dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren erhaltene Polymer
auf Polycarbonsäure-Basis mit
einer Säureform
kann so wie es ist als Dispergiermittel für Zement eingesetzt werden.
Aber im Hinblick auf die Vermeidung von durch Säure verursachte Esterhydrolyse
wird es bevorzugt durch Neutralisation mit einem Alkali in eine
Salzform umgewandelt. Dieses Alkali kann ein Hydroxid eines Alkalimetalls
oder Erdalkalimetalls, Ammoniak, ein Mono-, Di- oder Trialkyl (mit
2 bis 8 Kohlenstoffatomen)-amin, oder ein Mono-, Di- oder Trialkanol
(mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen)-amin sein. Wenn ein Polymer auf
(Meth)acrylsäure-Basis
als Dispergiermittel für
Zement verwendet wird, ist das Polymer bevorzugt teilweise oder
ganz neutralisiert.
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Das
gewichtsgemittelte Molekulargewicht [in bezug auf Polyethylenglykol,
bestimmt durch Gel-Permeationschromatographie,
Säule:
G 400 PWXL +G 2500 PWXL (bereitgestellt von Tosoh Corp.), Eluent:
0,2 M Phosphatpuffer/Acetonitril = 7/3 (pro Volumen)] des durch
das oben beschriebene Verfahren erhaltene Polymers auf Polycarbonsäure-Basis
ist bevorzugt von 10 000 bis 200 000 und mehr bevorzugt von 20 000
bis 100 000, um eine ausreichende Dispergierbarkeit als Dispergiermittel
für Zement
zu erhalten.
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Um
die Betonzumischung (I) der vorliegenden Erfindung durch das oben
beschriebene Verfahren zu erhalten, werden für das durchschnittliche Verhältnis des
Monomers (A) zum Monomer (B), nämlich
(A)/(B), pro Gewicht Bereiche zwischen 30/70 und 99/1, bevorzugt
zwischen 60/40 und 98/2, und besonders bevorzugt zwischen 80/20
und 97/3 in den gesamten Monomeren verwendet. Wenn die Monomere
(A-1) und (A-2) als Monomer (A) verwendet werden, ist das durchschnittliche
Gewichtsverhältnis
des Monomers (A-1) zum Monomer (A-2), nämlich (A-1)/(A-2), in den gesamten
Monomeren bevorzugt von 10/90 bis 90/10 und mehr bevorzugt von 20/80
bis 80/20.
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Darüber hinaus
kann ein copolymerisierbares Monomer, wie zum Beispiel Acrylnitril,
(Meth)acrylamid, Styrol, (Meth)acrylsäurealkylester (mit 1 bis 12
Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls mit Hydroxyl-Gruppe) und Styrolsulfonsäure, in
Kombination verwendet werden. Das Monomer kann in einem Verhältnis von
50% oder weniger und im besonderen von 30% oder weniger in den gesamten
Monomeren verwendet werden. Aber 0% pro Gewicht ist bevorzugt.
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Die
Betonzumischung (I) der vorliegenden Erfindung kann durch das Verfahren
für die
Herstellung einer Betonzumischung erhalten werden, welches das Copolymerisieren
mindestens eines Monomers (A), dargestellt durch die oben beschriebene
Formel (a), und mindestens eines Monomers (B), dargestellt durch
die oben beschriebene Formel (b), bei dem molaren Verhältnis des
Monomers (A) zum Monomer (B) wie oben gezeigt, nämlich (A)/(B), Verändern mindestens
einmal während
der Copolymerisation umfaßt.
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[Betonzumischung (II)]
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Die
Betonzumischung (II) der vorliegenden Erfindung umfaßt eine
Copolymermischung von mindestens drei Copolymeren, bevorzugt 3 bis
10 Copolymeren und mehr bevorzugt 4 bis 8 Copolymeren, erhältlich durch
Copolymerisieren von mindestens einem Monomer (A), dargestellt durch
die Formel (a), und mindestens einem Monomer (B), dargestellt durch
die Formel (b), Verändern
des molaren Verhältnisses
von (A) bzw. (B) zu einem anderen molaren Verhältnis von (A)/(B) im Bereich
von 0,02 bis 4, unter der Maßgabe,
daß die
Formeln (a) und (b) wie oben definiert sind. Die besagte Copolymermischung
wird durch Mischen von mindestens drei Copolymeren erhalten, die
getrennt voneinander copolymerisiert wurden. Die Veränderung des
wie oben beschriebenen molaren Verhältnisses ist bevorzugt mindestens
0,05, mehr bevorzugt mindestens 0,1 und besonders bevorzugt mindestens
0,2. Das Verfahren für
den Erhalt jedes dieser Copolymere stimmt mit dem oben beschriebenen
Reaktionsverfahren für
die Betonzumischung (I) überein,
aber das molare Verhältnis (A)/(B)
wird nicht während
der Copolymerisation verändert.
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[Betonzusammensetzung]
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Die
Betonzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt mindestens
eine der oben beschriebenen Betonzumischungen (I) und (II) der vorliegenden
Erfindung, sowie Zement, feine Aggregate und grobe Aggregate. Darüber hinaus
können
verschiedene Zusatzmittel (oder Materialien) wie zum Beispiel ein
stark wasserreduzierendes Mittel, ein AE-Agens (AE-agent), ein Verzögerer, ein
Entschäumer,
ein Schaumbildner, ein Dichtungsmittel und ein Konservierungsmittel
enthalten sein. Auf dem Gebiet allgemein bekannte davon werden verwendet.
Darüber
hinaus kann ein feines Pulver aus Hochofenschlacke, Flugasche, Silicastaub, Steinpulver
oder ähnliches
zugemischt werden. Die Betonzusammensetzung der vorliegenden Erfindung
umfaßt
die Betonzumischung (I) oder (II), bevorzugt in einer Menge von
0,01 bis 5,0 Gew.-% (in bezug auf feste Bestandteile), im besonderen
0,05 bis 2,0 Gew.-% in bezug auf Zement. Die Betonzusammensetzung
kann Verwendung finden als geschäumter
(Leicht)beton, Schwerbeton, wasserundurchlässiger Beton, Mörtel oder ähnliches,
aber ist nicht auf diese beschränkt.
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Die
Betonzumischung (I) oder (II) der vorliegenden Erfindung kann verwendet
werden, um eine Betonzusammensetzung zu erhalten, die eine Fließstrecke
von 50 cm oder mehr und bevorzugt 70 cm oder mehr bei einem Setzmaß (slump)
von 19 cm aufweist. Das Verfahren für die Messung der Fließstrecke
ist wie folgt.
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<Verfahren für die Messung der Fließstrecke>
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➀ Setzmaß (slump)
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Im Übereinstimmung
JIS A 1101.
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➁ Betonzusammensetzung
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(Materialien)
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- Zement C): Portlandzement (mit einem spezifischen Gewicht
von 3,16) bereitgestellt durch Taiheiyo Cement Corp.
- Feines Aggregat (S): grober Sand (mit einem spezifischen Gewicht
von 2,61) von Kimitsu in Chiba Prefecture.
- Grobes Aggregat (G): Kalkbruchstein (mit einem spezifischen
Gewicht von 2,72) von Mt. Torigata in Kochi Perfecture.
- (W): Leitungswasser
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Das
Mischungsverhältnis
ist wie folgt: W/C = 40%, s/a [als das Verhältnis von Sand/(Sand + Kies)
pro Volumen] = 45,8%, C = 425 kg/m3, W =
170 kg/m3, S = 778 kg/m3,
G = 960 kg/m3.
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(Herstellungs-Verfahren)
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Die
oben beschriebenen Materialien und die Zumischung wurden in einem
Mischer vom gezwungenen (forced) Doppelschneckenmischtyp für 90 Sekunden
geknetet. Die zugegebene Menge der Zumischung wurde reguliert, um
das oben beschriebene Setzmaß im
Bereich von 18 bis 20 cm einzustellen.
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➂ Fließstrecke
(Messung der Fließbarkeit)
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Wie
in 1(a) gezeigt, wurden 500 ml einer
Betonzusammensetzung 3 in einen Trichter 2 aus
rostfreiem Stahl gefüllt,
dessen unteres Ende mit einer Platte bei 20 cm Höhe verschlossen war. Dann wurden
500 ml der Betonzusammensetzung 3 alle 10 Sekunden in eine
Box 1 mit 100 cm Länge,
20 cm Höhe
und 20 cm Breite aus Vinylchlorid getropft. Sobald die Betonzusammensetzung 3 das
obere Ende der Box 1 erreicht, wurde die Strecke gemessen,
die in Längsrichtung
geflossen war [wie 1(b)] und als Fließstrecke
angesehen. Wie in 1(c) gezeigt, ist
der Trichter 2 kegelförmig
mit einer oberen Öffnung
von 14 cm Durchmesser und einer unteren Öffnung von 7 cm Durchmesser
und mit einem Abstand von der oberen zur unteren Öffnung von 20
cm. Wenn der besagte Trichter 2 von der Ebene aus betrachtet
wird, ist der Trichter 2 so angeordnet, daß der Trichter 2 sich
in der Mitte von der kurzen Seite der Box 1 (10 cm von
dessen Ende) befindet und daß die Ecke
der oberen Öffnung
3 cm von der besagten kurzen Seite entfernt ist. Die untere Öffnung des
Trichters 2 ist auf der Höhe angeordnet, die dem Oberteil
der Box entspricht. Die Fließstrecke
wurde zweimal gemessen unter den Bedingungen von 18 bis 19 cm und
19 bis 20 cm Setzmaß,
und es wurde die bei 19 cm Setzmaß geflossene Strecke berechnet.
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Beispiele
-
Beispiele 1 bis 7 und
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
-
In
den vorliegenden Beispielen wurden die Monomere (A) und (B) einzeln
zugegeben, während
die Fließgeschwindigkeit
von nur einem der beiden zuzugebenden schrittweise geändert wurde.
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[i] Monomere
-
Die
in Tabelle 1 gezeigten Monomere (A), (B) und (C) wurden wie in Tabelle
2 gezeigt verwendet, um eine Betonzumischung auf die folgende Art
und Weise herzustellen.
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[ii] Herstellung der Betonzumischung
-
321
Gew.-Teile Wasser wurden in einen Reaktionsbehälter aus Glas gegeben und auf
78°C in
einer Stickstoffatmosphäre
erwärmt.
Dann wurde eine gemischte Lösung,
die 581 Gew.-Teile einer 60%igen wäßrigen Lösung des Monomers (A-IV) und
2,5 Gew.-Teile einer 75%igen wäßrigen Phosphorsäure-Lösung umfaßt, bei
einer konstanten Fließgeschwindigkeit über 90 Minuten
tropfenweise zugegeben. Sobald mit der tropfenweisen Zugabe der
besagten gemischten Lösung
begonnen wurde, wurde begonnen, 14 Gew.-Teile des Monomers (B-I),
20 Gew.-Teile einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung und
2,4 Gew.-Teile 2-Mercaptoethanol tropfenweise zuzugeben. Sie wurden
weiterhin tropfenweise für
90 Minuten zugegeben, wobei das molare Verhältnis von (A)/(B) in jedem
Intervall für
die tropfenweise Zugabe wie in Tabelle 2 gezeigt geändert wurde.
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Dann
wurde die resultierende Mischung bei derselben Temperatur 60 Minuten
lang gealtert. 7 Gew.-Teile einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung wurden
für 5 Minuten
tropfenweise zugegeben und dann für 120 Minuten gealtert. Dann
wurden 8 Gew.-Teile einer 48%igen wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung zugegeben,
um eine Betonzumischung zu erhalten (wie Beispiel 1). Die Betonzumischung
wie in Beispielen 2 bis 7 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 in Tabelle
2 wurden auf dieselbe Weise hergestellt, abgesehen davon, daß die Konzentration
von jedem der zugegebenen Komponenten in einer wäßrigen Lösung wie notwendig geändert wurde.
Das Monomer C-1 in Beispiel 6 wurde bei einer konstanten Geschwindigkeit
von 1,30 Gew.-Teilen pro Minute für 90 Minuten zugegeben.
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Beispiel 8
-
In
dem vorliegenden Beispiel wurden zwei Mischungen, die die Monomere
(A) und (B) umfassen, hergestellt und nacheinander zugegeben.
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412
Gew.-Teile Wasser wurden in einen Reaktionsbehälter aus Glas gegeben und auf
78°C in
einer Stickstoffatmosphäre
erwärmt.
Danach wurde eine gemischte Lösung,
die 178 Gew.-Teile
einer 60%igen wäßrigen Lösung des
Monomers (A-IV), gezeigt in Tabelle 1, 89 Gew.-Teile einer 84%igen
wäßrigen Lösung des Monomers
(A-I), gezeigt in Tabelle 1, 12,9 Gew.-Teile des Monomers (B-I), gezeigt in
Tabelle 1, 0,6 Gew.-Teile einer
75%igen wäßrigen Phosphorsäure-Lösung und
0,8 Gew.-Teile 2-Mercaptoethanol umfaßt, tropfenweise für 45 Minuten
zugegeben zusammen mit 5 Gew.-Teilen einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung. Dann
wurde eine gemischte Lösung,
die 178 Gew.-Teile einer 60%igen wäßrigen Lösung des Monomers A(IV), gezeigt
in Tabelle 1, 83 Gew.-Teile einer 84%igen wäßrigen Lösung des Monomers (A-I), gezeigt
in Tabelle I, 18,1 Gew.-Teile des Monomers (B-I), gezeigt in Tabelle
1, 0,6 Gew.-Teile einer 75%igen wäßrigen Phosphorsäure-Lösung und
0,9 Gew.-Teile 2-Mercaptoethanol umfaßt, tropfenweise für 45 Minuten
zugegeben zusammen mit 6 Gew.-Teilen einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung. Die Änderungen des molaren Verhältnisses
von (A)/(B) und des Gewichtsverhältnisses
von (A-1)/(A-2) in jedem Intervall für die tropfenweise Zugabe sind
in Tabelle 2 gezeigt. Nach der tropfenweisen Zugabe wurde die resultierende
Mischung bei 78°C für 60 Minuten
gealtert und dann wurden 5 Gew.-Teile einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung tropfenweise
für 5 Minuten
zugegeben. Dann wurde die Mischung weiter bei 79°C für 120 Minuten gealtert und 13
Gew.-Teile einer 48%igen wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung zugegeben,
wodurch eine Betonzumischung erhalten wurde. Tabelle
1
EOp ist die Durchschnittszahl der addierten Mole
von Ethylenoxid
POp ist die Durchschnittszahl der addierten
Mole von Propylenoxid.
- *
Das Gewichtsverhältnis
von (A/(B) ist das durchschnittliche Gewichtsverhältnis der
letztendlich zu reagierenden gesamten Monomere (und das gilt ebenfalls
im weiteren für
das folgende).
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Beispiele 9 bis 10
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In
den folgenden Beispielen war die Geschwindigkeit für die tropfenweise
Zugabe des Monomers (A-1) konstant, während die Geschwindigkeit für die tropfenweise
Zugabe der anderen Monomere kontinuierlich geändert wurde.
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[i] Monomere
-
Die
in Tabelle 3 gezeigten Monomere wurden wie in Tabelle 3 gezeigt
verwendet, um auf die folgende Art und Weise Betonzumischungen herzustellen.
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[Herstellung der Betonzumischungen]
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329
Gew.-Teile Wasser wurden in einen Reaktionsbehälter aus Glas gegeben und in
einer Stickstoffatmosphäre
auf 78°C
erwärmt.
Als nächstes
wurde eine gemischte Lösung,
die 601 Gew.-Teile einer 60%igen wäßrigen Lösung des Monomers (A-I) und 2,6 Gew.-Teile
einer 75%igen wäßrigen Phosphorsäure-Lösung umfaßt, bei einer konstanten Fließgeschwindigkeit
für 90
Minuten tropfenweise zugegeben. Sobald mit der tropfenweisen Zugabe
der besagten gemischten Lösung
begonnen wurde, wurde angefangen, 7,6 Gew.-Teile des Monomers (B-I),
14 Gew.-Teile einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung und
2 Gew.-Teile 2-Mercaptoethanol tropfenweise zuzugeben. Zu dieser
Zeit wurde die wäßrige Lösung des
Monomers (A-I) bei einer konstanten Geschwindigkeit von 3,8 Gew.-Teilen/Minute
tropfenweise zugegeben, währenddessen
das Monomer (B-I) über
90 Minuten tropfenweise zugegeben wurde, wobei die Geschwindigkeit
für die
tropfenweise Zugabe von 0,39 Gew.- Teile/Minute bis 1,13 Gew.-Teile/Minute
im Verhältnis
von 0,0082 Gew.-Teilen/Minute geändert
wurde.
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Weiterhin
wurde die resultierende Mischung bei derselben Temperatur für 60 Minuten
gealtert und 7 Gew.-Teile einer 15%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung 5 Minuten
tropfenweise zugegeben und dann für 120 Minuten gealtert. Dann
wurden 6 Gew.-Teile einer 48%igen wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung zugegeben,
um die Betonzumischung in Beispiel 9 zu erhalten. Die Betonzumischung
in Beispiel 10 in Tabelle 3 wurde auf dieselbe Weise hergestellt,
abgesehen davon, daß die
Konzentration von jeder der zugegebenen Komponenten in einer wäßrigen Lösung wie
notwendig geändert
wurde.
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Vergleichsbeispiel 4
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Ein
Copolymer wurde gemäß Referenzbeispiel
5 in JP-B-2-7901 synthetisiert. 395,5 Gew.-Teile Wasser wurden in
einen Reaktionsbehälter
aus Glas gegeben und in einer Stickstoffatmosphäre auf 95°C erwärmt. Danach wurden eine wäßrige Monomerlösung, die
140 Gew.-Teile Methoxypolyethylenglykolmonomethacrylat (mit der
durchschnittlichen Zahl von zugegebenen Molen von EO von 50), 60
Gew.-Teile Natriummethacrylat und 200 Gew.-Teile Wasser umfaßt, sowie
3,0 Gew.-Teile einer 5%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung jeweils
für 2 Stunden
zugegeben. Nach der Zugabe wurden weiterhin 1,5 Gew.-Teile einer
5%igen wäßrigen Ammoniumpersulfat-Lösung für eine Stunde
zugegeben. Danach wurde die resultierende Lösung über eine Stunde bei 95°C gehalten,
um die Polymerisationsreaktion zu vollenden. Somit wurde eine wäßrige Lösung eines
Copolymers mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 230
000 erhalten. Die Viskosität
des erhaltenen Copolymers in einer Konzentration von 5% war 110
mP·s
bei 25°C.
Die besagte wäßrige Lösung wurde
als Betonzumischung verwendet.
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Vergleichsbeispiel 5
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Als
Betonzumischung wurde ein Copolymer auf Polycarbonsäure-Basis (FC 600 S,
bereitgestellt von Nippon Shokubai Co., Ltd.) verwendet.
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<Leistungsbewertung>
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Mit
Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens wurde die Fließstrecke
für die
in Beispielen 1 bis 10 und Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhaltenen
Betonzumischungen gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle
4
- * Die zugegebene Menge ist das Verhältnis des
Copolymers in der Zementzumischung zu dem festen Bestandteil des
Zements (und das gilt weiterhin im folgenden).
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Beispiel 11
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Die
in Tabelle 1 gezeigten Monomere wurden wie in Tabelle 5 gezeigt
verwendet, um auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 Betonzumischungen
herzustellen. Dann wurden die Betonzumischungen nach dem oben beschriebenen
Verfahren auf die Fließstrecke
hin untersucht. Die Ergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt. In Tabelle
5 sind die Betonzumischungen Nrn. 11-1 bis 11-5 herkömmliche
Betonzumischungen, die durch Polymerisation bei einem konstanten
molaren Verhältnis
von (A)/(B) hergestellt wurden. Die Betonzumischung Nr. 11-6 ist
eine Mischung aus gleichen Mengen von Nrn. 11-1 bis 11-5. Die Betonzumischung
Nr. 11-7 wurde hergestellt durch Polymerisation der Monomere in
denselben durchschnittlichen Gewichtsverhältnissen wie in Nr. 11-6. Die
Betonzumischung Nr. 11-8 wurde hergestellt durch Polymerisation
der Monomere in denselben Gewichtsverhältnissen wie in Nr. 11-7, wobei
allerdings die Gewichtsverhältnisse
bei vorgegebenen Intervallen während
der tropfenweisen Zugabe geändert
wurden. Als Ergebnis wird festgestellt, daß eine Mischung von mindestens
drei Copolymeren, die sich voneinander im molaren Verhältnis unterscheiden,
hervorragender in der Leistung ist als ein Copolymer mit einem einzigen
molaren Verhältnis
von (A)/(B) und daß eine
Copolymer-Mischung, die durch Copolymerisation der Monomere erhalten
wird, wobei das molare Verhältnis
mindestens einmal während
der Copolymerisation verändert
wird, von der Leistung her am herausragendsten als das Copolymer
ist.
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