JP2007154171A - 重合体およびそれを用いたセメント混和剤 - Google Patents

重合体およびそれを用いたセメント混和剤 Download PDF

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優子 松田
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Abstract

【課題】ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を含む分子量分布が狭い重合体の提供およびそれを用いた分散性能に優れる無機粉体用分散剤を提供する。
【解決手段】ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を含む重合体であって、有機テルル化合物とラジカル重合開始剤を用いて、ポリアルキレングリコール鎖を有する不飽和単量体を含む不飽和単量体を重合することによって得られた重合体。
【選択図】なし

Description

本発明は、リビングラジカル重合体およびそれを用いたセメント混和剤に関する。
従来のラジカル重合では、アゾ系開始剤、過硫酸塩、有機過酸化物、過酸化水素等を開始剤として広く用いられてきた。これらの開始剤を用いることにより、多種多様な不飽和単量体を重合することができる。
上記の方法は、多種多様な不飽和単量体に対して重合反応を行うことができ、本発明のポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体も容易に合成できる反面、生成した重合体の分子量分布が広くなるという欠点を有していた。ラジカル重合開始剤とテルル化合物を用いて酸解離性基含有樹脂を合成する方法が開示されている(特許文献1)。また、重合体の分子量分布を制御する方法として、アゾ系重合開始剤とテルル化合物を用いて、二段階でビニルモノマーを重合して重合体を得る方法が開示されている(特許文献2)。しかしながら、上記の方法には無機粉体の分散剤に有用であるポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体について開示されていなかった。
特開2005−126459号公報 特開2004−323693号公報
上述した状況の下、本発明が解決すべき課題は、ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体でありながら、従来のポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体とはことなる分子量分布の非常に狭い重合体、ならびにそれらを用いた無機粉体用分散剤を提供することにある。
本発明者らは、従来のラジカル重合開始剤で重合された分子量分布が広いポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体であっても、無機粉体に対して比較的良好な分散性を示すものの、重合体の高分子量部分は無機粉体を凝集させる効果を有し、低分子量部分は無機粉体を分散させる効果が低いため分散性能に寄与しないと考えた。そこで、分散性能に寄与しない重合体の高分子量部分と低分子量部分を低減した分子量分布が狭い重合体であれば、さらに分散性能が向上すると考えて分子量分布が狭い重合体を合成し、その分散性能を検討した。
<i>本発明の重合体は、ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を含む重合体(P)であって、
下記(一般式1)
Figure 2007154171
[式中、Rは炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基、置換フェニル基または芳香族へテロ環基を表し、RおよびRは同一または異なって、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rはアリール基、置換アリール基、芳香族へテロ環基、アシル基、オキシカルボニル基またはシアノ基を表す。]
で表される化合物、および/または、下記(一般式2)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、置換アリール基または芳香族へテロ環基を表す。]
で表されるジテルリド化合物とラジカル重合開始剤を用いて、ポリアルキレングリコール鎖を有する不飽和単量体(I−M)を含む不飽和単量体(M)を重合して得られた重合体である。
<ii>また、本発明の重合体は、好ましくは、前記ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を含む重合体(P)がポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位とカルボキシル基由来の部位を有する構成単位を必須として含むことを特徴としている。
<iii>また、本発明の重合体は、好ましくは、前記ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位が下記(一般式3)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。]
で表される構成単位(I)である<i>または<ii>に記載の重合体であることを特徴としている。
<iv>また、本発明の重合体は、好ましくは、前記カルボキシル基由来の部位を有する構成単位が下記(一般式4)
Figure 2007154171
[式中、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表す。]
で表される構成単位(II)である<ii>に記載の重合体であることを特徴としている。
<v>また、本発明の重合体は、好ましくは、前記不飽和単量体(M)がカルボキシル基由来の部位を有する不飽和単量体(II−M)を含むことを特徴とする<i>に記載の重合体であることを特徴としている。
<vi>また、本発明の重合体は、好ましくは、前記ポリアルキレングリコール鎖を有する不飽和単量体(I−M)が下記(一般式5)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。]
で表される不飽和単量体である<i>に記載の重合体であることを特徴としている。
<vii>また、本発明の重合体は、好ましくは、前記カルボキシル基由来の部位を有する不飽和単量体(II−M)が下記(一般式6)
Figure 2007154171
[式中、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表す。]
で示される不飽和単量体である<v>に記載の重合体であることを特徴としている。
<viii>また、本発明のセメント混和剤は、<i>から<vii>のいずれか1つに記載の重合体を必須成分として含むセメント混和剤であることを特徴としている。
本発明のポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体は、無機粉体を凝集させる高分子量体と無機粉体の分散性にあまり寄与しない低分子量体を低減した分子量分布が非常にシャープな重合体を製造できることから、無機粉体の分散剤に用いると優れた分散性能を発現することができる。
本発明のポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体は、下記(一般式1)
Figure 2007154171
[式中、Rは炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基、置換フェニル基または芳香族へテロ環基を表し、RおよびRは同一または異なって、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rはアリール基、置換アリール基、芳香族へテロ環基、アシル基、オキシカルボニル基またはシアノ基を表す。]
で表される化合物、および/または、下記(一般式2)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、置換アリール基または芳香族へテロ環基を表す。]
で表されるジテルリド化合物と重合開始剤を用いて、ポリアルキレングリコール鎖を有する不飽和単量体(I−M)を含む不飽和単量体(M)を重合することにより製造される。
<ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体>
本発明のポリオキシアルキレン鎖由来の構成単位を含む重合体(P)は、重合体中にポリオキシアルキレン鎖由来の構成単位を含んでいれば、特に制限されないが、ポリオキシアルキレン鎖は重合体主鎖にグラフトされている構造が好ましい。ポリオキシアルキレン鎖の由来の構成単位は、重合体中2〜98質量%含んでいることが好ましく、さらに50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは65質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上含むことが好ましい。ただし、質量%の計算において、重合体の構成単位が酸や塩基等の塩を形成しうる官能基を有する場合は、塩を形成していない状態で質量を計算する(例えば、カルボン酸塩ならカルボン酸に換算、アミン塩ならアミンに換算する)ものとし、以下でも同様とする。
また、オキシアルキレン鎖は、構成するオキシアルキレン基の種類および平均付加モル数が特に制限されないが、炭素数2〜18のオキシアルキレン基が好ましい、さらに好ましくは炭素数2〜8のオキシアルキレン基が好ましい。また、水を媒体とした無機粉体の分散性能の観点からは、オキシアルキレン基の親水性を高める必要があり、炭素数2のオキシエチレン基が主体を占めることが好ましい。このとき、炭素数3以上のオキシアルキレン基とオキシエチレン基の合計に対するオキシエチレン基の比率としては、50モル%以上、好ましくは60モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上、さらに好ましくは100モル%である。
また、オキシアルキレン鎖の平均付加モル数は特に制限されないが、オキシアルキレン鎖は平均付加モル数が1〜300モルであることが好ましく、無機粉体の分散性能向上の観点からは、2モル以上が好ましく、さらに好ましくは4モル以上、さらに好ましくは6モル以上、さらに好ましくは10モル以上、さらに好ましくは15モル以上、さらに好ましくは20モル以上である。オキシアルキレン鎖の製造の観点からは、オキシアルキレン鎖の上限は300モルが好ましく、さらに好ましくは250モル、さらに好ましくは200モル、さらに好ましくは150モルである。
上記重合体(P)はポリオキシアルキレン鎖由来の構成単位とさらにカルボキシル基由来の構成単位を有するものが好ましく、カルボキシル基を有する構成単位は重合体中2〜90質量%含んでいることが好ましく、無機粉体への吸着性能の観点から、好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは7.5質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは12.5質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上である。しかしながら、カルボキシル基を有する構成単位が多くなりすぎると、無機粉体を分散させる機能を有する構成単位の導入量が少なくなることから、その上限は、好ましくは90質量%、さらに好ましくは80質量%、さらに好ましくは60質量%、さらに好ましくは50質量%、さらに好ましくは40質量%、さらに好ましくは35質量%、さらに好ましくは30質量%である。
上記のポリオキシアルキレン鎖由来の構成単位は、好ましくは、下記(一般式3)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。]
で表される構成単位(I)である。本発明のポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体(P)は、この構成単位(I)を2〜98質量%含んでなることが好ましい。オキシアルキレン鎖は立体反発効果によりセメント粒子のような無機粉体を分散させる機能を有し、2〜98質量%含むことでセメント粒子を十分に分散させることができるため好ましい。上記(一般式3)では、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。
上記構成単位(I)は、上記の無機粉体分散効果を得るためには、ポリマー中に2質量%以上(好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは65質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上)含むことが好ましい。しかし、上記構成単位(I)の含有量が多くなると、セメントのような無機粉体粒子に吸着する機能を有する構成単位(I)の含有量が少なくなるため多量の混和剤を添加しなければ、十分な流動性を有する組成物が得られない。そのため、含有率の上限は98質量%(好ましくは95質量%、さらに好ましくは90質量%、さらに好ましくは85質量%、さらに好ましくは80質量%)であることが好ましい。
特に、上記AOで表されるオキシアルキレン基は、炭素数2〜18のオキシアルキレン基が好ましく、水を媒体とした無機粉体の分散性能の向上の観点からは、オキシアルキレン基の親水性を高める必要があり、炭素数2のオキシアルキレン基であるオキシエチレン基が主体を占めることが好ましい。このとき、構成単位(II)中での炭素数3以上のオキシアルキレン基とオキシエチレン基の合計に対するオキシエチレン基の比率としては、モル比で、好ましくは50モル%以上、さらに好ましくは60モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは100モル%である。
また、構成単位(I)中のオキシアルキレン鎖に炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入し、ある程度の疎水性を付与することでセメント粒子に若干の構造(ネットワーク)をもたらすことにより、本発明の重合体を用いて製造されたコンクリートの状態を改善する(コンクリートの粘性やこわばりを低減できるなど)こともできる。しかし、炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入しすぎると、得られたポリマーの疎水性が高くなりすぎることから、セメントを分散させる性能が低下することがある。構成単位(I)中の炭素数3以上のオキシアルキレン基の比率は、疎水性を付与する観点から、好ましくは1モル%以上、より好ましくは3モル%以上、さらに好ましくは5モル%以上であり、また、セメント分散性能の観点から、好ましくは50モル%以下、より好ましくは40モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下である。
炭素数3以上のオキシアルキレン基としては導入のしやすさ、セメントとの親和性の観点から、炭素数3〜8のオキシアルキレン基、さらには炭素数3〜4のオキシプロピレン基やオキシブチレン基が好ましい。
オキシアルキレン鎖の平均付加モル数は1〜300モルが好ましく、無機粉体の分散性能向上の観点からは、2モル以上が好ましく、さらに好ましくは4モル以上、さらに好ましくは6モル以上、さらに好ましくは10モル以上、さらに好ましくは15モル以上、さらに好ましくは20モル以上である。オキシアルキレン鎖の製造の観点からは、オキシアルキレン鎖の上限は、300モルが好ましく、さらに好ましくは250モル、さらに好ましくは200モル、さらに好ましくは150モルである。
オキシアルキレン鎖の末端基Rは、水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基[炭素数1〜20のアルキル基(脂肪族アルキル基または脂環式アルキル基)、炭素数1〜20のアルケニル基、炭素数1〜20のアルキニル基、炭素数6〜20のフェニル基、アルキルフェニル基、ナフチル基等のベンゼン環を有する芳香族基等が挙げられる]であるが、水を媒体とした無機粉体(セメント組成物等)を分散させる観点から、疎水性が低いことが好ましく、水素原子または炭素数1〜10の炭化水素基(アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、フェニル基等が挙げられる)、さらには水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基(アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、フェニル基等が挙げられる)、さらには水素原子または炭素数1〜3の炭化水素基(アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる)が好ましい。
上記のカルボキシル基由来の部位を有する構成単位は、好ましくは、下記(一般式4)
Figure 2007154171
[式中、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表す。]
で表される構成単位(II)である。本発明のポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を有する重合体(P)は、この構成単位(II)を2〜90質量%含んでなることが好ましい。
上記(一般式4)では、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表している。
上記構成単位(II)は、セメントのような無機粉体に吸着作用を及ぼす部分であり、無機粉体に対する吸着性を十分に付与する観点から、重合体中に2質量%以上(好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは7.5%以上、さらに好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは12.5質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上)含まれていることが好ましい。しかし、含有率が多すぎれば、無機粉体を分散させる機能を有する構成単位(I)の重合体中の含有量が少なくなるため、混和剤を多量に添加しなければ、十分な流動性を有する組成物を得ることができない。そのため、含有率の上限は、90質量%(好ましくは80質量%、さらに好ましくは60質量%、さらに好ましくは50質量%、さらに好ましくは40質量%、さらに好ましくは35質量%、さらに好ましくは30質量%)であることが好ましい。
上記重合体(P)は、上記必須の構成単位(繰り返し単位)を有することを特徴とし、後述の単量体(III−M)に由来する構成単位(III)をさらに有するものであっても良い。これらの構成単位は、それぞれ1種であっても良く、2種以上であっても良い。
上記重合体(P)を構成する各構成単位の比率としては、質量比で、構成単位(I)/構成単位(II)/構成単位(III)=2〜98質量%/2〜90質量%/0〜50質量%(好ましくは50〜95質量%/5〜80質量%/0〜40質量%、より好ましくは60〜90質量%/7.5〜60質量%/0〜30質量%)で用いることが好ましい。
<ポリオキシアルキレン基由来の構成単位を含む重合体(P)を得るための単量体>
前記構成単位(I)を与える単量体としては、好ましくは、下記(一般式5)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。]
で示される不飽和単量体(以下「I−M」とも称する)が挙げられる。
不飽和単量体(I−M)としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、ノニルアルコール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等の炭素数1〜20の飽和脂肪族アルコール類、アリルアルコール、メタリルアルコール、クロチルアルコール、オレイルアルコール等の炭素数3〜20の不飽和脂肪族アルコール類、シクロヘキサノール等の炭素数3〜20の脂環式アルコール類、フェノール、フェニルメタノール(ベンジルアルコール)、メチルフェノール(クレゾール)、p−エチルフェノール、ジメチルフェノール(キシレノール)、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、フェニルフェノール、ナフトール等の炭素数6〜20の芳香族アルコール類のいずれかに炭素数2〜18のアルキレンオキシドを付加することによって得られるアルコキシポリアルキレングリコール類、炭素数2〜18のアルキレンオキシドを重合したポリアルキレングリコール類と(メタ)アクリル酸、クロトン酸とのエステル化物を挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸のアルコキシポリアルキレングリコール類のエステルが好ましい。さらにビニルアルコール、(メタ)アリルアルコール、3−メチル−3−ブテン−1−オール、3−メチル−2−ブテン−1−オール、2−メチル−3−ブテン−2−オール、2−メチル−2−ブテン−1−オール、2−メチル−3−ブテン−1−オール等の不飽和アルコールにアルキレンオキシドを1〜300モル付加した化合物を挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。これらの単量体の中でも、特に(メタ)アリルアルコール、3−メチル−3−ブテン−1−オールを用いた化合物が好ましい。なお、上記の不飽和エステル類および不飽和エーテル類は、アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等の炭素数2〜18のアルキレンオキシドの中から選ばれる任意の1種または2種以上のアルキレンオキシドを付加させても良い。2種以上を付加させる場合、ランダム付加、ブロック付加、交互付加等のいずれであっても良い。
前記構成単位(II)を与える単量体としては、好ましくは、下記(一般式6)
Figure 2007154171
[式中、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表す。]
で示される不飽和単量体(以下「II−M」とも称する)が挙げられる。
II−Mで示される不飽和単量体の例としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸系単量体、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等のジカルボン酸系単量体、またこれらの無水物もしくはその塩(例えば、一価金属、二価金属、三価金属、アンモニウムまたは有機アミノ酸の塩)、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸系単量体の炭素数1〜20の炭化水素基のエステル類、炭素数3〜18の炭化水素基を有するシリルエステル類、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等のジカルボン酸系単量体の炭素数1〜20の炭化水素基のモノまたはジエステル類、炭素数3〜18の炭化水素基を有するモノまたはジシリルエステル類である。中でもアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸(中でもアクリル酸、メタクリル酸が好ましい)およびこれらの塩、アクリル酸またはメタクリル酸の炭素数1〜6のアルキルエステル類(メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル等)炭素数3〜16の炭化水素基を有するシリルエステル類(トリメチルシリルエステル、tert−ブチル−ジメチルシリルエステル、tert−ブチル−ジフェニルシリルエステル等)、マレイン酸の炭素数1〜6のモノまたはジアルキルエステル類(メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル等)炭素数3〜16の炭化水素基を有するモノまたはジシリルエステル類(トリメチルシリルエステル、tert−ブチル−ジメチルシリルエステル、tert−ブチル−ジフェニルシリルエステル等)が重合性の観点から好ましい。アルキルエステル、シリルエステルを用いた場合は、必要に応じて、エステルを加水分解してカルボキシル基に変換しても良い。また、これらの単量体は、単独で用いても2種以上を併用しても良い。
上記I−MやII−Mとは異なる成分であり、かつI−MやII−Mと共重合可能な不飽和単量体(III−M)をさらに用いることも好ましい。不飽和単量体(III−M)としては、上記I−M以外のポリアルキレングリコール鎖含有不飽和単量体、上記II−M以外のカルボキシル基含有不飽和単量体、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸類と炭素数2〜18のグリコールもしくはこれらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコールおよび炭素数1〜20のアルキルアルコールに炭素数2〜18のアルキレンオキシドもしくはアルキレンオキシドの付加モル数2〜300のアルコキシポリアルキレンオキシドとのモノエステル類、ジエステル類、またこれら酸と炭素数1〜20のアルキルアミンおよび炭素数2〜18のグリコールの片末端アミノ化物、もしくはこれらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコールの片末端アミノ化物とのモノアミド、ジアミド類;(メタ)アクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸類と炭素数2〜18のグリコールもしくはこれらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコールおよび炭素数1〜20のアルキルアルコールに炭素数2〜18のアルキレンオキシドもしくはアルキレンオキシドの付加モル数2〜300のアルコキシポリアルキレングリコールとのエステル類、またこれらの酸と炭素数1〜20のアルキルアミンおよび炭素数2〜18のグリコールの片末端アミノ化物、もしくはこれらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコールの片末端アミノ化物とのアミド類;スルホエチル(メタ)アクリレート、2−メチルプロパンスルホン酸(メタ)アクリルアミド、スチレンスルホン酸等の不飽和スルホン酸類、ならびにこれらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩および有機アミン塩;(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアルキルアミド等の不飽和アミド類;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の不飽和アミノ化合物類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等の炭素数3〜20のアルキルビニルエーテル等のビニルエーテル類;スチレン等の芳香族ビニル類等を挙げることができ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
不飽和単量体(I−M)、不飽和単量体(II−M)および不飽和単量体(III−M)を共重合してポリマーを得るには、これら不飽和単量体の使用割合は、合計量を100質量%として、不飽和単量体(I−M)/不飽和単量体(II−M)/不飽和単量体(III−M)=2〜98質量%/2〜90質量%/0〜50質量%(好ましくは50〜95質量%/5〜80質量%/0〜40質量%、より好ましくは60〜90質量%/7.5〜60質量%/0〜30質量%)で用いることが好ましい。
<本発明で使用されるテルル化合物>
本発明で使用する下記(一般式1)
Figure 2007154171
[式中、Rは炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基、置換フェニル基または芳香族へテロ環基を表し、RおよびRは同一または異なって、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rはアリール基、置換アリール基、芳香族へテロ環基、アシル基、オキシカルボニル基またはシアノ基を表す。]
で表される化合物は、次のように示すことができる。Rは炭素数1〜8のアルキル基を表し、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基等の炭素数1〜8の直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基を挙げることができる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、より好ましくはメチル基、エチル基またはn−ブチル基である。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等、置換アリール基としては置換基を有しているフェニル基、置換基を有しているナフチル基等、芳香族へテロ環基としてはピリジル基、ピロール基、フリル基、チエニル基等を挙げることができる。上記置換基を有しているアリール基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、−CORで示されるカルボニル含有基(ここで、Rは炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、炭素数1〜8のアルコキシ基、アリールオキシ基)、スルホニル基、トリフルオロメチル基等を挙げることができる。好ましいアリール基としては、フェニル基、トリフルオロメチル置換フェニル基である。また、これら置換基は、1個または2個置換しているのが良く、パラ位もしくはオルト位が好ましい。
およびRは同一または異なって、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を表し、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基等の炭素数1〜8の直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基を挙げることができる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、より好ましくはメチル基、エチル基またはn−ブチル基である。
のアリール基、置換アリール基、芳香族へテロ環基としては、上記Rで示した基と同様のものを挙げることができる。アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基等を挙げることができる。オキシカルボニル基としては、−COOR(ここで、Rは水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基)で示される基が好ましく、例えば、カルボキシル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、ter−ブトキシカルボニル基、n−ペントキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等を挙げることができる。好ましいオキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基である。好ましいRで示される各基としては、アリール基、置換アリール基、オキシカルボニル基、またはシアノ基である。好ましいアリール基としては、フェニル基を、好ましい置換アリール基としては、ハロゲン原子置換フェニル基、トリフルオロメチル置換フェニル基をそれぞれ挙げることができる。また、これらの置換基は、ハロゲン原子の場合は、1〜5個置換しているのが良い。アルコキシ基やトリフルオロメチル基の場合は、1個または2個置換しているのが良く、1個置換の場合はパラ位もしくはオルト位が好ましく、2個置換の場合はメタ位が好ましい。好ましいオキシカルボニル基としてはメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基が良い。
上記(一般式1)で示される好ましい有機テルル化合物の形態としては、Rが炭素数1〜4のアルキル基を示し、RおよびRが水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rがアリール基、置換アリール基、オキシカルボニル基で示される化合物が好ましい。特に好ましくは、Rが炭素数1〜4のアルキル基を示し、RおよびRが水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rがフェニル基、置換フェニル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基である。
上記(一般式1)で示される有機テルル化合物は、具体的には次の通りである。有機テルル化合物としては、(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−クロロ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−ヒドロキシ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−メトキシ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−アミノ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−ニトロ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−シアノ−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−メチルカルボニル−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−フェニルカルボニル−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−メトキシカルボニル−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−フェノキシカルボニル−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−スルホニル−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−トリフルオロメチル−4−(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、1−クロロ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−ヒドロキシ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−メトキシ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−アミノ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−ニトロ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−シアノ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−メチルカルボニル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−フェニルカルボニル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−メトキシカルボニル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−フェノキシカルボニル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−スルホニル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−トリフルオロメチル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−(1−メチルテラニル−エチル)−3,5−ビス−トリフルオロメチルベンゼン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロ−6−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−クロロ−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−ヒドロキシ−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−メトキシ−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−アミノ−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−ニトロ−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−シアノ−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−メチルカルボニル−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−フェニルカルボニル−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−メトキシカルボニル−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−フェノキシカルボニル−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−スルホニル−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−トリフルオロメチル−4−(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、2−(メチルテラニル−メチル)ピリジン、2−(1−メチルテラニル−エチル)ピリジン、2−(2−メチルテラニル−プロピル)ピリジン、2−メチル−2−メチルテラニル−プロパナール、3−メチル−3−メチルテラニル−2−ブタノン、2−メチルテラニル−エタン酸メチル、2−メチルテラニル−プロピオン酸メチル、2−メチルテラニル−2−メチルプロピオン酸メチル、2−メチルテラニル−エタン酸エチル、2−メチルテラニル−プロピオン酸エチル、2−メチルテラニル−2−メチルプロピオン酸エチル、2−(n−ブチルテラニル)−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メチルテラニルアセトニトリル、2−メチルテラニルプロピオニトリル、2−メチル−2−メチルテラニルプロピオニトリル、(フェニルテラニル−メチル)ベンゼン、(1−フェニルテラニル−エチル)ベンゼン、(2−フェニルテラニル−プロピル)ベンゼン等を挙げることができる。また、上記において、メチルテラニル、1−メチルテラニル、2−メチルテラニルの部分がそれぞれエチルテラニル、1−エチルテラニル、2−エチルテラニル、ブチルテラニル、1−ブチルテラニル、2−ブチルテラニルと変更した化合物も全て含まれる。好ましくは、(メチルテラニル−メチル)ベンゼン、(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、(2−メチルテラニル−プロピル)ベンゼン、1−クロロ−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、1−トリフルオロメチル−4−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、2−メチルテラニル−2−メチルプロピオン酸メチル、2−メチルテラニル−2−メチルプロピオン酸エチル、2−(n−ブチルテラニル)−2−メチルプロピオン酸エチル、1−(1−メチルテラニル−エチル)−3,5−ビス−トリフルオロメチルベンゼン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロ−6−(1−メチルテラニル−エチル)ベンゼン、2−メチルテラニルプロピオニトリル、2−メチル−2−メチルテラニルプロピオニトリル、(エチルテラニル−メチル)ベンゼン、(1−エチルテラニル−エチル)ベンゼン、(2−エチルテラニル−プロピル)ベンゼン、2−エチルテラニル−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エチルテラニル−2−メチルプロピオン酸エチル、2−エチルテラニルプロピオニトリル、2−メチル−2−エチルテラニルプロピオニトリル、(n−ブチルテラニル−メチル)ベンゼン、(1−n−ブチルテラニル−エチル)ベンゼン、(2−n−ブチルテラニル−プロピル)ベンゼン、2−n−ブチルテラニル−2−メチルプロピオン酸メチル、2−n−ブチルテラニル−2−メチルプロピオン酸エチル、2−n−ブチルテラニルプロピオニトリル、2−メチル−2−n−ブチルテラニルプロピオニトリルが挙げられる。
また、本発明で使用する下記(一般式2)
Figure 2007154171
[式中、RおよびRは同一または異なって、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、置換アリール基または芳香族へテロ環基を表す。]
で表されるジテルリド化合物は次のように示すことができる。RおよびRで示される基は、C〜Cのアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基等の炭素数1〜8の直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基を挙げることができる。好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基、より好ましくはメチル基、エチル基またはブチル基が良い。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等、置換アリール基としては、置換基を有するフェニル基、置換基を有するナフチル基等、芳香族へテロ環基としては、ピリジル基、フリル基、チエニル基等を挙げることができる。上記置換基を有するアリール基の置換基としては、例えば、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、−CORで示されるカルボニル含有基(R=C〜Cのアルキル基、アリール基、C〜Cのアルコキシ基、アリールオキシ基)、スルホニル基、トリフルオロメチル基等を挙げることができる。好ましいアリール基としては、フェニル基、トリフルオロメチル置換フェニル基が良い。また、これら置換基は、1個または2個置換しているのが良く、パラ位もしくはオルト位が好ましい。
上記(一般式2)で示される化合物は、具体的には、ジメチルジテルリド、ジエチルジテルリド、ジ−n−プロピルジテルリド、ジイソプロピルジテルリド、ジシクロプロピルジテルリド、ジ−n−ブチルジテルリド、ジ−sec−ブチルジテルリド、ジ−tert−ブチルジテルリド、ジシクロブチルジテルリド、ジフェニルジテルリド、ビス−(p−メトキシフェニル)ジテルリド、ビス−(p−アミノフェニル)ジテルリド、ビス−(p−ニトロフェニル)ジテルリド、ビス−(p−シアノフェニル)ジテルリド、ビス−(p−スルホニルフェニル)ジテルリド、ジナフチルジテルリド、ジピリジルジテルリド等が挙げられる。
<本発明で使用される開始剤>
本発明で使用されるラジカル重合開始剤としては、通常のラジカル重合で使用するラジカル重合開始剤であれば、特に制限はないが、例えば、下記(一般式7)
Figure 2007154171
[式中、R13およびR14は同一または異なって、C〜C10アルキル基、カルボキシ置換C〜Cアルキル基、置換基を有していても良いフェニル基を示し、同じ炭素原子に結合しているR13とR14とで脂肪族環を形成していても良く、R15はシアノ基、アセトキシ基、カルバモイル基、(C〜Cアルコキシ)カルボニル基を示す。]
で示される化合物を例示することができる。(一般式7)のアゾ化合物において、R13およびR14のC〜C10アルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル基等を例示できる。また、カルボキシ置換C〜Cアルキル基のC〜Cアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル基等を例示できる。同じ炭素原子に結合しているRとRとで形成される脂肪族環としては、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル基等を例示できる。なお、フェニル基には、例えば、水酸基、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、ニトロ基、アミノ基、アセチル基、アセチルアミノ基等の置換基が置換されていても良い。R15の(C〜Cアルコキシ)カルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル基等を例示できる。
(一般式7)のアゾ化合物は、具体的には、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(AMBN)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(ADVN)、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)(ACHN)、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート(MAIB)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリアン酸)(ACVA)、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチルアミド)、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボン酸メチル)等が挙げられる。
<本発明の重合体の製造方法>
本発明の重合体の製造方法を以下に示す。
不活性ガスで置換した容器で、重合開始剤と(一般式1)および/または(一般式2)で示される化合物を混合する。次に、上記混合物を撹拌する。反応温度、反応時間は、適宜調節すれば良いが、通常、40〜150℃で、0.5〜100時間撹拌する。好ましくは、60〜120℃で、1〜30時間撹拌するのが良い。この時、圧力は、通常、常圧で行われるが、加圧あるいは減圧しても構わない。この時、不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等を挙げることができる。好ましくは、アルゴン、窒素が良い。特に好ましくは、窒素が良い。
重合開始剤と(一般式1)および/または(一般式2)で示される化合物の使用量としては、通常、重合開始剤1molに対して、式(1)で示される化合物0.01〜100mol、好ましくは0.1〜10mol、特に好ましくは0.1〜5molとするのが良い。
反応は、通常、無溶媒で行うが、ラジカル重合で一般に使用される有機溶媒あるいは水系溶媒を使用しても構わない。使用できる有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、トリフルオロメチルベンゼン等が挙げられる。また、水系溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、1−メトキシ−2−プロパノール等が挙げられる。溶媒の使用量としては適宜調節すれば良いが、例えば、ビニルモノマー1gに対して、溶媒を0.01〜50mL、好ましくは、0.05〜5mLが良い。
次に、上記混合物に単量体を加えて撹拌する。重合温度、重合時間は、得られるリビングラジカルポリマーの分子量あるいは分子量分布により適宜調節すれば良いが、通常、40〜150℃で、0.5〜100時間撹拌する。好ましくは、60〜120℃で、1〜30時間撹拌するのが良い。この時、圧力は、通常、常圧で行われるが、加圧あるいは減圧しても構わない。
単量体とアゾ系重合開始剤の使用量としては、得られるリビングラジカルポリマーの分子量あるいは分子量分布により適宜調節すれば良いが、通常、アゾ系重合開始剤1molに対して、単量体を5〜10,000mol、好ましくは50〜5,000molとするのが良い。
反応終了後、公知の方法により、使用溶媒や残存モノマーを減圧下除去して、目的ポリマーを取り出したり、目的ポリマー不溶溶媒を使用して、再沈澱処理により、目的物を単離したりする。反応処理については、目的物に支障がなければ、どのような処理方法でも行うことができる。
本発明のリビングラジカル重合開始剤は、優れた分子量制御および分子量分布制御を非常に温和な条件下で行うことができる。
本発明で得られるリビングラジカルポリマーの分子量は、反応時間および有機テルル化合物の量により調整可能であるが、数平均分子量500〜1,000,000のリビングラジカルポリマーを得ることができる。特に、数平均分子量1,000〜300,000、さらに好ましくは3,000〜150,000のリビングラジカルポリマーを得るのに好適である。
本発明で得られる重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、1.01〜1.60の範囲内で制御される。さらに、分子量分布1.05〜1.50、さらには1.05〜1.40、さらには1.05〜1.30、さらには1.05〜1.20のより狭いリビングラジカルポリマーを得ることができる。
本発明で得られるリビングラジカルポリマーの末端基は、有機テルル化合物由来のアルキル基、アリール基、置換アリール基、芳香族へテロ環基、オキシカルボニル基またはシアノ基が、また、成長末端は、反応性の高いテルルであることが確認されている。従って、有機テルル化合物をリビングラジカル重合に用いることにより従来のリビングラジカル重合で得られるリビングラジカルポリマーよりも末端基を他の官能基へ変換することが容易である。これらにより、本発明で得られるリビングラジカルポリマーは、マクロリビングラジカル重合開始剤(マクロイニシエーター)として用いることができる。
すなわち、本発明のマクロリビングラジカル重合開始剤を用いて、例えば、メトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステル−メタクリル酸等のA−Bジブロック共重合体やメトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステル−メタクリル酸−メトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステル等のA−B−Aトリブロック共重合体、ブロック共重合体の製造方法としては、具体的には次の通りである。
A−Bジブロック共重合体の場合、例えば、メトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステル−メタクリル酸共重合体の場合は、上記のリビングラジカルポリマーの製造方法と同様に、まず、メトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステルと重合開始剤と(一般式1)および/または(一般式2)の化合物を混合し、ポリメトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステルを製造後、続いてメタクリル酸を混合して、メトキシポリエチレングリコールメタクリル酸エステル−メタクリル酸共重合体を得る方法が挙げられる。
A−B−Aトリブロック共重合体やA−B−Cトリブロック共重合体の場合も、上記の方法でA−Bジブロック共重合体を製造した後、単量体(A)あるいは単量体(C)を混合し、A−B−Aトリブロック共重合体やA−B−Cトリブロック共重合体を得る方法が挙げられる。
上記で、各ブロックを製造後、そのまま次のブロックの反応を開始しても良いし、一度反応を終了後、精製してから次のブロックの反応を開始しても良い。ブロック共重合体の単離は通常の方法により行うことができる。
本発明の重合体は、上述の方法によって得られるポリオキシアルキレン鎖由来の構成単位を必須成分とする重合体であるが、その用途としては、無機粉体・顔料の水系スラリー分散剤、セメント混和剤、スケール防止剤、高分子界面活性剤、乳化剤、洗剤用ビルダー、脱墨剤、キレート剤、染料分散剤、石炭用分散剤等の広い用途に用いることができる。特に、本発明の重合体をセメント混和剤用重合体として用いる場合、以下の形態が好ましい。
セメント混和剤用重合体として用いる場合、取り扱い上、水溶液の形態が好ましく、また、他の添加剤を本発明のセメント混和剤に含有していても良いし、あるいは、本混和剤をセメントと混合する際に、添加することもできる。他の添加剤としては、公知のセメント添加剤を用いることができ、例えば、
(ア)水溶性高分子物質:ポリアクリル酸(ナトリウム)、ポリメタクリル酸(ナトリウム)、ポリマレイン酸(ナトリウム)、アクリル酸・マレイン酸共重合物のナトリウム塩等の不飽和カルボン酸重合物;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリオキシエチレンあるいはポリオキシプロピレンのポリマーまたはそれらのコポリマー;メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の非イオン性セルロースエーテル類;酵母グルカンやキサンタンガム、β−1,3グルカン類(直鎖状、分岐鎖状の何れでも良く、一例を挙げれば、カードラン、パラミロン、バキマン、スクレログルカン、ラミナラン等)等の微生物醗酵によって製造される多糖類;ポリアクリルアミド;ポリビニルアルコール;デンプン;デンプンリン酸エステル;アルギン酸ナトリウム;ゼラチン;分子内にアミノ基を有するアクリル酸のコポリマーおよびその四級化合物等。
(イ)高分子エマルジョン:(メタ)アクリル酸アルキル等の各種ビニル単量体の共重合物等。
(ウ)遅延剤:グルコン酸、グルコヘプトン酸、アラボン酸、リンゴ酸またはクエン酸、および、これらの、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、トリエタノールアミン等の無機塩または有機塩等のオキシカルボン酸ならびにその塩;グルコース、フラクトース、ガラクトース、サッカロース、キシロース、アピオース、リボース、異性化糖等の単糖類や、二糖、三糖等のオリゴ糖、またはデキストリン等のオリゴ糖、またはデキストラン等の多糖類、これらを含む糖蜜類等の糖類;ソルビトール等の糖アルコール;珪弗化マグネシウム;リン酸ならびにその塩またはホウ酸エステル類;アミノカルボン酸とその塩;アルカリ可溶タンパク質;フミン酸;タンニン酸;フェノール;グリセリン等の多価アルコール;アミノトリ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)およびこれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等のホスホン酸およびその誘導体等。
(エ)早強剤・促進剤:塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム等の可溶性カルシウム塩;塩化鉄、塩化マグネシウム等の塩化物;硫酸塩;水酸化カリウム;水酸化ナトリウム;炭酸塩;チオ硫酸塩;ギ酸およびギ酸カルシウム等のギ酸塩;アルカノールアミン;アルミナ
セメント;カルシウムアルミネートシリケート等。
(オ)鉱油系消泡剤:燈油、流動パラフィン等。
(カ)油脂系消泡剤:動植物油、ごま油、ひまし油、これらのアルキレンオキシド付加物等。
(キ)脂肪酸系消泡剤:オレイン酸、ステアリン酸、これらのアルキレンオキシド付加物等。
(ク)脂肪酸エステル系消泡剤:グリセリンモノリシノレート、アルケニルコハク酸誘導体、ソルビトールモノラウレート、ソルビトールトリオレエート、天然ワックス等。
(ケ)オキシアルキレン系消泡剤:(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン付加物等のポリオキシアルキレン類;ジエチレングリコールヘプチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシプロピレンブチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン2−エチルヘキシルエーテル、炭素数12〜14の高級アルコールへのオキシエチレンオキシプロピレン付加物等の(ポリ)オキシアルキルエーテル類;ポリオキシプロピレンフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の(ポリ)オキシアルキレン(アルキル)アリールエーテル類;2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール、3−メチル−1−ブチン−3−オール等のアセチレンアルコールにアルキレンオキシドを付加重合させたアセチレンエーテル類;ジエチレングリコールオレイン酸エステル、ジエチレングリコールラウリル酸エステル、エチレングリコールジステアリン酸エステル等の(ポリ)オキシアルキレン脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリン酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタントリオレイン酸エステル等の(ポリ)オキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル類;ポリオキシプロピレンメチルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンドデシルフェノールエーテル硫酸ナトリウム等の(ポリ)オキシアルキレンアルキル(アリール)エーテル硫酸エステル塩類;(ポリ)オキシエチレンステアリルリン酸エステル等の(ポリ)オキシアルキレンアルキルリン酸エステル類;ポリオキシエチレンラウリルアミン等の(ポリ)オキシアルキレンアルキルアミン類;ポリオキシアルキレンアミド等。
(コ)アルコール系消泡剤:オクチルアルコール、ヘキサデシルアルコール、アセチレンアルコール、グリコール類等。
(サ)アミド系消泡剤:アクリレートポリアミン等。
(シ)リン酸エステル系消泡剤:リン酸トリブチル、ナトリウムオクチルホスフェート等。
(ス)金属石鹸系消泡剤:アルミニウムステアレート、カルシウムオレエート等。
(セ)シリコーン系消泡剤:ジメチルシリコーン油、シリコーンペースト、シリコーンエマルジョン、有機変性ポリシロキサン(ジメチルポリシロキサン等のポリオルガノシロキサン)、フルオロシリコーン油等。
(ソ)AE剤:樹脂石鹸、飽和あるいは不飽和脂肪酸、ヒドロキシステアリン酸ナトリウム、ラウリルサルフェート、ABS(アルキルベンゼンスルホン酸)、LAS(直鎖アルキルベンゼンスルホン酸)、アルカンスルホネート、ポリオキシエチレンアルキル(フェニル)エーテル、ポリオキシエチレンアルキル(フェニル)エーテル硫酸エステルまたはその塩、ポリオキシエチレンアルキル(フェニル)エーテルリン酸エステルまたはその塩、蛋白質材料、アルケニルスルホコハク酸、α−オレフィンスルホネート等。
(タ)その他界面活性剤:オクタデシルアルコールやステアリルアルコール等の分子内に6〜30個の炭素原子を有する脂肪族1価アルコール、アビエチルアルコール等の分子内に6〜30個の炭素原子を有する脂環式1価アルコール、ドデシルメルカプタン等の分子内に6〜30個の炭素原子を有する1価メルカプタン、ノニルフェノール等の分子内に6〜30個の炭素原子を有するアルキルフェノール、ドデシルアミン等の分子内に6〜30個の炭素原子を有するアミン、ラウリン酸やステアリン酸等の分子内に6〜30個の炭素原子を有するカルボン酸に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを10モル以上付加させたポリアルキレンオキシド誘導体類;アルキル基またはアルコキシル基を置換基として有しても良い、スルホン基を有する2個のフェニル基がエーテル結合した、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸塩類;各種アニオン性界面活性剤;アルキルアミンアセテート、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド等の各種カチオン性界面活性剤;各種ノニオン性界面活性剤;各種両性界面活性剤等。
(チ)防水剤:脂肪酸(塩)、脂肪酸エステル、油脂、シリコーン、パラフィン、アスファルト、ワックス等。
(ツ)防錆剤:亜硝酸塩、リン酸塩、酸化亜鉛等。
(テ)ひび割れ低減剤:ポリオキシアルキルエーテル類;2−メチル−2,4−ペンタンジオール等のアルカンジオール類等。
(ト)膨張材:エトリンガイト系、石炭系等。
その他の公知のセメント添加剤(材)としては、セメント湿潤剤、増粘剤、分離低減剤、凝集剤、乾燥収縮低減剤、強度増進剤、セルフレベリング剤、防錆剤、着色剤、防カビ剤、高炉スラグ、フライアッシュ、シンダーアッシュ、クリンカーアッシュ、ハスクアッシュ、シリカヒューム、シリカ粉末、石膏等を挙げることができる。これら公知のセメント添加剤(材)は、単独で用いても2種以上を併用しても良い。
さらには、本発明のセメント混和剤には、公知のセメント分散剤を併用することができ、例えば、以下のものが使用できる。
リグニンスルホン酸塩;ポリオール誘導体;ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物;メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物;ポリスチレンスルホン酸塩;特開平1−113419号公報に記載の如くアミノアリールスルホン酸−フェノール−ホルムアルデヒド縮合物等のアミノスルホン酸系;特開平7−267705号公報に記載の如く(a)成分として、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル系化合物と(メタ)アクリル酸系化合物との共重合体および/またはその塩と、(b)成分として、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル系化合物と無水マレイン酸との共重合体および/またはその加水分解物、ならびに/あるいは、その塩と、(c)成分として、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル系化合物と、ポリアルキレングリコール系化合物のマレイン酸エステルとの共重合体および/またはその塩とを含むセメント分散剤;特許第2508113号明細書に記載の如くA成分として、(メタ)アクリル酸のポリアルキレングリコールエステルと(メタ)アクリル酸(塩)との共重合体、B成分として、特定のポリエチレングリコールポリプロピレングリコール系化合物、C成分として、特定の界面活性剤からなるコンクリート混和剤;特開昭62−216950号公報に記載の如く(メタ)アクリル酸のポリエチレン(プロピレン)グリコールエステルもしくはポリエチレン(プロピレン)グリコールモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)、ならびに、(メタ)アクリル酸(塩)からなる共重合体。特開平1−226757号公報に記載の如く(メタ)アクリル酸のポリエチレン(プロピレン)グリコールエステル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)、および、(メタ)アクリル酸(塩)からなる共重合体;特公平5−36377号公報に記載の如く(メタ)アクリル酸のポリエチレン(プロピレン)グリコールエステル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)もしくはp−(メタ)アリルオキシベンゼンスルホン酸(塩)、ならびに、(メタ)アクリル酸(塩)からなる共重合体;特開平4−149056号公報に記載の如くポリエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテルとマレイン酸(塩)との共重合体;特開平5−170501号公報に記載の如く(メタ)アクリル酸のポリエチレングリコールエステル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)、(メタ)アクリル酸(塩)、アルカンジオールモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、および、分子中にアミド基を有するα,β−不飽和単量体からなる共重合体;特開平6−191918号公報に記載の如くポリエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸(塩)、ならびに、(メタ)アリルスルホン酸(塩)もしくはp−(メタ)アリルオキシベンゼンスルホン酸(塩)からなる共重合体;特開平5−43288号公報に記載の如くアルコキシポリアルキレングリコールモノアリルエーテルと無水マレイン酸との共重合体、もしくは、その加水分解物、または、その塩;特公昭58−38380号公報に記載の如くポリエチレングリコールモノアリルエーテル、マレイン酸、および、これらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体、もしくは、その塩、または、そのエステル。
特公昭59−18338号公報に記載の如くポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル系単量体、(メタ)アクリル酸系単量体、および、これらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体;特開昭62−119147号公報に記載の如くスルホン酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルおよび必要によりこれと共重合可能な単量体からなる共重合体、または、その塩;特開平6−271347号公報に記載の如くアルコキシポリアルキレングリコールモノアリルエーテルと無水マレイン酸との共重合体と、末端にアルケニル基を有するポリオキシアルキレン誘導体とのエステル化反応物;特開平6−298555号公報に記載の如くアルコキシポリアルキレングリコールモノアリルエーテルと無水マレイン酸との共重合体と、末端に水酸基を有するポリオキシアルキレン誘導体とのエステル化反応物;特開昭62−68806号公報に記載の如く3−メチル−3ブテン−1−オール等の特定の不飽和アルコールにエチレンオキシド等を付加したアルケニルエーテル系単量体、不飽和カルボン酸系単量体、および、これらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体、または、その塩等のポリカルボン酸(塩)。これらセメント分散剤は、単独で用いても2種以上を併用しても良い。
その他の公知のセメント添加剤(材)としては、セメント湿潤剤、増粘剤、分離低減剤、凝集剤、乾燥収縮低減剤、強度増進剤、セルフレベリング剤、防錆剤、着色剤、防カビ剤等を挙げることができる。これら公知のセメント添加剤(材)は、単独で用いても2種以上を併用しても良い。
上記セメント組成物において、セメントおよび水以外の成分についての特に好適な実施形態としては、次の(1)〜(7)が挙げられる。
(1)<1>本発明のセメント混和剤と<2>オキシアルキレン系消泡剤との2成分を必須とする組み合わせ。オキシアルキレン系消泡剤としては、ポリオキシアルキレン類、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル類、ポリオキシアルキレンアセチレンエーテル類、ポリオキシアルキレンアルキルアミン類等が使用可能であるが、ポリオキシアルキレンアルキルアミン類が特に好適である。なお、<2>のオキシアルキレン系消泡剤の配合質量比としては、<1>のセメント混和剤に対して0.01〜20質量%の範囲が好ましい。
(2)<1>本発明のセメント混和剤、<2>オキシアルキレン系消泡剤および<3>AE剤の3成分を必須とする組み合わせ。オキシアルキレン系消泡剤としては、ポリオキシアルキレン類、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル類、ポリオキシアルキレンアセチレンエーテル類、ポリオキシアルキレンアルキルアミン類等が使用可能であるが、ポリオキシアルキレンアルキルアミン類が特に好適である。一方、AE剤としては、樹脂酸石鹸、アルキル硫酸エステル類、アルキルリン酸エステル類が特に好適である。なお、<1>のセメント混和剤と<2>の消泡剤の配合質量比としては、<1>のセメント混和剤に対して0.01〜20質量%が好ましい。一方、<3>のAE剤の配合質量比としては、セメントに対して0.001〜2質量%が好ましい。
(3)<1>本発明のセメント混和剤、<2>炭素原子数2〜18のアルキレンオキシドを平均付加モル数で2〜300付加したポリオキシアルキレン鎖を有するポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル系単量体と、(メタ)アクリル酸系単量体およびこれらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体(特公昭59−18338号公報、特開平7−223852号公報、特開平9−241056号公報等に記載)、および、<3>オキシアルキレン系消泡剤の3成分を必須とする組み合わせ。なお、<1>のセメント混和剤と<2>の共重合体との配合質量比としては、5/95〜95/5の範囲が好ましく、10/90〜90/10の範囲がより好ましい。<3>のオキシアルキレン系消泡剤の配合質量比としては、<1>のセメント混和剤と<2>の共重合体との合計量に対して0.01〜20質量%の範囲が好ましい。
(4)<1>本発明のセメント混和剤と<2>遅延剤との2成分を必須とする組み合わせ。遅延剤としては、グルコン酸(塩)、クエン酸(塩)等のオキシカルボン酸類、グルコース等の糖類、ソルビトール等の糖アルコール類、アミノトリ(メチレンホスホン酸)等のホスホン酸類等が使用可能である。なお、<1>のセメント混和剤と<2>の遅延剤との配合比としては、共重合体(A)および/または共重合体(B)と<2>の遅延剤との質量比で、50/50〜99.9/0.1の範囲が好ましく、70/30〜99/1の範囲がより好ましい。
(5)<1>本発明のセメント混和剤と<2>促進剤との2成分を必須とする組み合わせ。促進剤としては、塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム等の可溶性カルシウム塩類、塩化鉄、塩化マグネシウム等の塩化物類、チオ硫酸塩、ギ酸およびギ酸カルシウム等のギ酸塩類等が使用可能である。なお、<1>のセメント混和剤と<2>の促進剤との配合質量比としては、10/90〜99.9/0.1が好ましく、20/80〜99/1がより好ましい。
(6)<1>本発明のセメント混和剤と<2>材料分離低減剤との2成分を必須とする組み合わせ。材料分離低減剤としては、非イオン性セルロースエーテル類等の各種増粘剤、部分構造として炭素原子数4〜30の炭化水素鎖からなる疎水性置換基と炭素原子数2〜18のアルキレンオキシドを平均付加モル数で2〜300付加したポリオキシアルキレン鎖とを有する化合物等が使用可能である。なお、<1>のセメント混和剤と<2>の材料分離低減剤との配合質量比としては、10/90〜99.99/0.01が好ましく、50/50〜99.9/0.1がより好ましい。この組み合わせのセメント組成物は、高流動コンクリート、自己充填性コンクリート、セルフレベリング材として好適である。
(7)<1>本発明のセメント混和剤と<2>分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系分散剤との2成分を必須とする組み合わせ。スルホン酸系分散剤としては、リグニンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリスチレンスルホン酸塩、アミノアリールスルホン酸−フェノール−ホルムアルデヒド縮合物等のアミノスルホン酸系の分散剤等が使用可能である。なお、<1>のセメント混和剤と<2>の分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系分散剤との配合比としては、<1>のセメント混和剤と<2>の分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系分散剤との質量比で、5/95〜95/5が好ましく、10/90〜90/10がより好ましい。
本発明のセメント混和剤は、公知のセメント混和剤と同様に、セメントペースト、モルタル、コンクリート等のセメント組成物に加えて用いることができる。また、超高強度コンクリートにも用いることができる。上記セメント組成物としては、セメント、水、細骨材、粗骨材等を含む通常用いられるものが好適である。また、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカヒューム、石灰石等の微粉体を添加したものであっても良い。なお、超高強度コンクリートとは、セメント組成物の分野で一般的にそのように称されているもの、すなわち従来のコンクリートに比べて水/セメント比を小さくしてもその硬化物が従来と同等またはより高い強度となるようなコンクリートを意味し、例えば、水/セメント比が25質量%以下、さらに20質量%以下、特に18質量%以下、特に14質量%以下、特に12質量%程度であっても通常の使用に支障をきたすことのない作業性を有するコンクリートとなり、その硬化物が60N/mm以上、さらに80N/mm以上、さらに100N/mm以上、特に120N/mm以上、特に160N/mm以上、特に200N/mm以上の圧縮強度を示すことになるものである。
上記セメントとしては、普通、早強、超早強、中庸熱、白色等のポルトランドセメント;アルミナセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、シリカセメント等の混合ポルトランドセメントが好適である。上記セメントのコンクリート1m当たりの配合量および単位水量としては、例えば、高耐久性・高強度のコンクリートを製造するためには、単位水量100〜185kg/m、水/セメント比=10〜70%とすることが好ましい。より好ましくは、単位水量120〜175kg/m、水/セメント比=20〜65%である。
本発明のセメント混和剤のセメント組成物中の添加量割合としては、本発明の必須成分であるポリカルボン酸系重合体(A)およびポリカルボン酸系重合体(B)の合計質量が、セメント質量の全量100質量%に対して、0.01質量%以上となるようにすることが好ましく、10質量%以下となるようにすることが好ましい。0.01質量%未満であると、性能的に不充分となるおそれがあり、10質量%を超えると、経済性が劣ることとなる。より好ましくは、0.05質量%以上であり、8質量%以下であり、さらに好ましくは、0.1質量%以上であり、5質量%以下である。なお、上記質量%は、固形分換算の値である。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
有機テルル化合物は、H−NMRおよびMSの測定結果から同定した。ジテルリド化合物は、H−NMRの測定結果から同定した。また、リビングラジカルポリマーの分子量および分子量分布は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて求めた。なお、ポリマーピークおよびモノマーピークの面積の和に対するポリマーピークの面積の比をポリマー純分と表す。重合体の酸価は、滴定により測定した。なお、重合体の酸価は、重合体1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数を表す。ここでは、中和曲線からカルボン酸量を測定しているので、特に総カルボン酸価(以下「TCAV」と略す)と表した。測定機器は以下のものを用いた。
H−NMR:varian社製 400MHz−NMR
MS(HRMS):JEOL JMS−600
共重合体の分子量および分子量分布の測定:
カラム:東ソー株式会社製
TSKguardocolumn SWXL
TSKgel G4000SWXL
TSKgel G3000SWXL
TSKgel G2000SWXL
を各1本づつ使用
・溶離液
アセトニトリル6001g、水10999gの溶液に酢酸ナトリウム3水和物115.6gを溶かし、さらに酢酸でpH6.0に調製したものを使用した。
・流速:1.0mL/分
・カラム温度:40℃
・検出器:Waters社製 410示差屈折検出器
・解析ソフト:Waters社製 Empower Software
・検量線作成用標準物質:ポリエチレングリコール Mp:272,500、219,300、107,000、50,000、24,000、11,840、6,450、4,250、1,470を使用
・検量線次数
上記ポリエチレングリコールのMp値を用いて3次式で作成
TCAV:平沼自動滴定装置COMTITE−550
<合成例1:有機テルル化合物の合成>
金属テルル6.38g(50mmol)をTHF50mLに懸濁させ、メチルリチウム(ジエチルエーテル溶液)52.9mL(55mmol)を室温でゆっくり加えた(10分間)。この反応溶液を金属テルルが完全に消失するまで撹拌した(20分間)。この反応溶液に、1−ブロモ−1−フェニルエタン11g(60mmol)を室温で加え、2時間撹拌した。溶媒を減圧下で留去後、減圧蒸留することによって薄黄色油状物を得た。MS(HRMS)、H−NMRにより目的の物質であることを確認した。
<合成例2:本発明の重合体1の製造>
窒素置換したグローブボックス内で、AIBN(0.04mol)、合成例1で製造した化合物(0.04mol)、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数23)(0.76mol)およびメタクリル酸(1.558mol)を80℃で20時間撹拌することによって本発明の重合体1を得た。GPC分析およびTCAVの結果を表1に示した。
<合成例3:比較重合体1の製造>
温度計、攪拌機、滴下装置、窒素導入管および還流冷却装置を備えたガラス製反応装置に水126.0gを仕込み、攪拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で80℃まで加熱した。メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数23)139.4g、メタクリル酸22.6g、3−メルカプトプロピオン酸1.2g、水40.5gを混合した単量体水溶液を4時間、5.9質量%過硫酸アンモニウム水溶液31.5gを5時間かけてそれぞれ反応装置内に滴下した。滴下終了後さらに1時間80℃を維持して重合反応を完結させ比較重合体1を得た。得られた重合体は、Mw=21100、Mw/Mn=1.79であった。また、酸価は98.82であった。GPC分析およびTCAVの結果を表1に示した。
Figure 2007154171
<モルタル試験>
上記合成例2で製造した重合体をセメント分散剤として用い、次のようにしてモルタルを製造し、得られたモルタルのフロー値と空気量を測定した。
・使用した材(剤)料
太平洋セメント社製 普通ポルトランドセメント:600g
豊浦標準砂:600g
水:210g
重合体(セメント分散剤):0.1重量%〜0.14重量%/セメント質量(表2に記載)。
(固形分測定)
性能試験に用いる重合体は、下記の手順で不揮発分を測定し、不揮発分をセメント分散剤として濃度を計算した。
アルミカップにセメント分散剤水溶液を約0.5g量り採り、イオン交換水を約1g加えて均一に拡げた。これを窒素雰囲気下、130℃で1時間乾燥し、乾燥前の質量差から不揮発分を測定した。
(モルタルの調製)
太平洋普通ポルトランドセメント600g、豊浦標準砂600gをモルタルミキサー(ホバート社製:N−50)により低速で15秒から練りした後、15秒かけて重合体を配合した水210gをから練りしたセメントと砂の混合物に投入した。ついで、高速回転で30秒混練後、回転を停止させ15秒かけて釜の壁についたモルタルを掻き落とした。さらに45秒間放置した後、高速回転で90秒間混練してモルタルを調製した。
(フロー値の測定)
調製したモルタルを、水平なテーブル上に置いた直径55mm、高さ50mmの中空円筒の容器に詰め、次いで、この中空円筒の容器を垂直に持ち上げた後、テーブルに広がったモルタルの直径を縦横2方向について測定し、この平均値をフロー値とした。
(空気量の測定)
調製したモルタルの容積を500mLとしたときの質量を測定し、用いた材料の比重から連行空気量を算出した。
<モルタル試験結果>
本発明の重合体と比較重合体のモルタル試験結果を表2に示した。
Figure 2007154171
リビングラジカル重合で得られた本発明の重合体1と従来のラジカル重合で得られた比較重合体1のモルタルフロー値を比較すると、本発明の重合体1が添加量0.1質量%でフロー値が195mmであるのに対して、比較重合体1では163mmである。さらに、本発明の重合体1と同等のフロー値を得るための必要添加量は0.12質量%であり、本発明の重合体1の20%増の添加量が必要である。以上のように、本発明のリビングラジカル重合で得られた重合体1の方がセメント分散性能に優れていることがわかる。また、本発明の重合体1と比較重合体1の分散度(Mw/Mn)を比較してみると、本発明の重合体1が1.37であるのに対して、比較重合体1が1.79であり、本発明の重合体1の方が分子量分布が狭いことがわかる。本発明の重合体1は分子量分布が狭く、セメントを凝集させる高分子量部分およびセメント分散性能に寄与しない低分子量部分が少なくなっており、セメント分散性能に寄与する分子量部分が比較重合体1よりも多くなっていることからセメント分散性能が向上したと考えられる。
<合成例4:ジテルリド化合物の合成>
金属テルル6.38g(50mmol)をTHF50mLに懸濁させ、メチルリチウム(1.14Mジエチルエーテル溶液)50mL(57mmol)を室温でゆっくり加えた(10分間)。この反応溶液を金属テルルが完全に消失するまで撹拌した(20分間)。大気雰囲気下、この反応溶液に飽和NHCl水溶液を20mL加え、室温で約10時間激しく攪拌した。反応終了後、ジエチルエーテルで目的生成物を抽出し、エバポレーターで溶媒を留出させた。得られた粗生成物を蒸留で生成することによって目的のジメチルジテリルドを得た。H−NMRにより目的の物質であることを確認した。
<合成例5:本発明の重合体2の製造>
窒素置換したグローブボックス内で、V−50(0.267mmol)、合成例1で製造した化合物(0.534mmol)、合成例2で製造した化合物(0.534mmmol)、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数25)(11.27mmol)およびメタクリル酸(30.85mmol)を60℃で3時間撹拌することによって本発明の重合体2を得た。GPC分析およびTCAVの結果を表3に示した。
<合成例6:本発明の重合体3の製造>
窒素置換したグローブボックス内で、V−50(0.1594mmol)、合成例1で製造した化合物(0.3097mmol)、合成例2で製造した化合物(0.3097mmmol)、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数25)(12.09mmol)およびメタクリル酸(30.97mmol)を60℃で3時間撹拌することによって本発明の重合体3を得た。GPC分析およびTCAVの結果を表3に示した。
<合成例7:比較重合体2の製造>
温度計、攪拌機、滴下装置、窒素導入管および還流冷却装置を備えたガラス製反応装置に水1700gを仕込み、200rpmで攪拌下に反応装置内を100mL/分で窒素置換しながら、80℃まで加温した。続いて反応装置内を80℃に保ったまま、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数25)1580g、メタクリル酸420g、3−メルカプトプロピオン酸14.5gにイオン交換水500gを加えた混合水溶液を4時間、10%過硫酸アンモニウム水溶液230gを5時間かけて、それぞれ反応装置内に均一速度で滴下した。すべての滴下終了後、さらに1時間80℃を維持して重合反応を完結させ、比較重合体2を得た。得られた重合体はMw=25200、Mw/Mn=1.89であった。
<合成例8:比較重合体3の製造>
温度計、攪拌機、滴下装置、窒素導入管および還流冷却装置を備えたガラス製反応装置に水1698gを仕込み、200rpmで攪拌下に反応装置内を100mL/分で窒素置換しながら、80℃まで加温した。続いて反応装置内を80℃に保ったまま、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシドの平均付加モル数25)1796g、メタクリル酸204g、3−メルカプトプロピオン酸16.7gにイオン交換水500gを加えた混合水溶液を4時間、10%過硫酸アンモニウム水溶液230gを5時間かけて、それぞれ反応装置内に均一速度で滴下した。すべての滴下終了後、さらに1時間80℃を維持して重合反応を完結させ、比較重合体3を得た。得られた重合体はMw=22500、Mw/Mn=1.76であった。
Figure 2007154171
<モルタル試験>
(固形分測定)
性能試験に用いる重合体は、下記の手順で不揮発分を測定し、不揮発分をセメント分散剤として濃度を計算した。
アルミカップにセメント分散剤水溶液を約0.5g量り採り、イオン交換水を約1g加えて均一に拡げた。これを窒素雰囲気下、130℃で1時間乾燥し、乾燥前の質量差から不揮発分を測定した。
(モルタル配合)
モルタル配合はC/S/W=550/1350/220(g)とした。ただし、
C:普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)
S:ISO標準砂(セメント協会製)
W:試料のイオン交換水溶液。
(モルタル実験環境)
実験環境は、温度20℃±1℃、相対湿度60%±10%とした。
(モルタルの調製、フロー値の測定)
所定量のポリマー水溶液を量り採り、消泡剤MA−404(ポゾリス物産製)を有姿でポリマー分に対して10質量%加え、さらにイオン交換水を加えて220gとし、十分に均一溶解させた。
モルタルの混練には、HOBART社製のN−50ミキサーにステンレス製ビーター(攪拌羽根)を取り付けたものを用い、混練とモルタルフロー値の測定手順はJIS R5201(1997)に準拠した。ただし、混練開始からフロー値測定までは6分30秒以内に収まるようにした。
(モルタル空気量の測定)
モルタルを500mLガラス製メスシリンダーに約200mL詰め、径8mmの丸棒で突いた後容器に振動を加え、粗い気泡を抜いた。さらにモルタルを約200mL加えて同様に気泡を抜いた後、体積と質量を測定し、質量と各材料の密度から空気量を計算した。
<モルタル試験結果>
本発明の重合体と比較重合体のモルタル試験結果を表4〜5に示した。
Figure 2007154171
リビングラジカル重合で得られた本発明の重合体2と従来のラジカル重合で得られた比較重合体2のモルタルフロー値を比較すると、本発明の重合体2が添加量0.1質量%でフロー値が255mmであるのに対して、比較重合体2では219mmである。さらに、比較重合体2と同等のフロー値を得るための必要添加量は0.07質量%であり、比較重合体2の30%減の添加量で良い。以上のように、本発明のリビングラジカル重合で得られた重合体の方がセメント分散性能に優れていることがわかる。また、本発明の重合体2と比較重合体2の分散度(Mw/Mn)を比較してみると、本発明の重合体2が1.55であるのに対して、比較重合体2が1.89であり、本発明の重合体2の方が分子量分布が狭いことがわかる。本発明の重合体2は分子量分布が狭く、セメントを凝集させる高分子量部分およびセメント分散性能に寄与しない低分子量部分が少なくなっており、セメント分散性能に寄与する分子量部分が比較重合体2よりも多くなっていることからセメント分散性能が向上したと考えられる。
Figure 2007154171
リビングラジカル重合で得られた本発明の重合体3と従来のラジカル重合で得られた比較重合体3のモルタルフロー値を比較すると、本発明の重合体3が添加量0.14質量%でフロー値が265mmであるのに対して、比較重合体3では223mmである。さらに、比較重合体3と同等のフロー値を得るための必要添加量は0.11質量%であり、比較重合体3の21%減の添加量で良い。以上のように、本発明のリビングラジカル重合で得られた重合体の方がセメント分散性能に優れていることがわかる。また、本発明の重合体3と比較重合体3の分散度(Mw/Mn)を比較してみると、本発明の重合体3が1.62であるのに対して、比較重合体3が1.76であり、本発明の重合体3の方が分子量分布が狭いことがわかる。本発明の重合体3は分子量分布が狭く、セメントを凝集させる高分子量部分およびセメント分散性能に寄与しない低分子量部分が少なくなっており、セメント分散性能に寄与する分子量部分が比較重合体3よりも多くなっていることからセメント分散性能が向上したと考えられる。

Claims (8)

  1. ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を含む重合体(P)であって、
    下記(一般式1)
    Figure 2007154171
    [式中、Rは炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基、置換フェニル基または芳香族へテロ環基を表し、RおよびRは同一または異なって、水素原子または炭素数1〜8のアルキル基を表し、Rはアリール基、置換アリール基、芳香族へテロ環基、アシル基、オキシカルボニル基またはシアノ基を表す。]
    で表される化合物、および/または、下記(一般式2)
    Figure 2007154171
    [式中、RおよびRは同一または異なって、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、置換アリール基または芳香族へテロ環基を表す。]
    で表されるジテルリド化合物とラジカル重合開始剤を用いて、ポリアルキレングリコール鎖を有する不飽和単量体(I−M)を含む不飽和単量体(M)を重合して得られた重合体。
  2. 前記ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位を含む重合体(P)がポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位とカルボキシル基由来の部位を有する構成単位を必須として含む請求項1に記載の重合体。
  3. 前記ポリアルキレングリコール鎖由来の構成単位が下記(一般式3)
    Figure 2007154171
    [式中、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。]
    で表される構成単位(I)である請求項1または2に記載の重合体。
  4. 前記カルボキシル基由来の部位を有する構成単位が下記(一般式4)
    Figure 2007154171
    [式中、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表す。]
    で表される構成単位(II)である請求項2に記載の重合体。
  5. 前記不飽和単量体(M)がカルボキシル基由来の部位を有する不飽和単量体(II−M)を含むことを特徴とする請求項1に記載の重合体。
  6. 前記ポリアルキレングリコール鎖を有する不飽和単量体(I−M)が下記(一般式5)
    Figure 2007154171
    [式中、RおよびRは同一または異なって、水素原子またはメチル基を表し、AOは同一または異なって、炭素数2以上のオキシアルキレン基の1種または2種以上の混合物(2種以上の場合は、ブロック状に付加していてもランダム状に付加していても良い)を表し、xは0〜2の整数を表し、yは0または1を表し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の数であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す。]
    で表される不飽和単量体である請求項1に記載の重合体。
  7. 前記カルボキシル基由来の部位を有する不飽和単量体(II−M)が下記(一般式6)
    Figure 2007154171
    [式中、R10、R11およびR12は同一または異なって、水素原子またはメチル基、−(CH)zCOOM(−(CH)zCOOMは、−COOMまたはその他の−(CH)zCOOMと無水物を形成していても良い)を表し、Zは0〜2の整数を表し、MおよびMは同一または異なって、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、アンモニウム基または有機アミン基、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数3〜18の炭化水素基を持つシリル基を表す。]
    で示される不飽和単量体である請求項5に記載の重合体。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の重合体を必須成分として含むセメント混和剤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017214495A (ja) * 2016-05-31 2017-12-07 株式会社日本触媒 硫黄含有重合体組成物およびその製造方法
JP2018529617A (ja) * 2015-09-24 2018-10-11 シーカ テクノロジー アクチェンゲゼルシャフト 流動化剤及びコポリマーを含有する添加剤

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