JP2008274258A - ポリカルボン酸系共重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】不飽和ポリアルキレングリコールエーテルと不飽和カルボン酸とを必須とする単量体成分を共重合してポリカルボン酸系共重合体を製造する方法であって、不飽和結合を有するハロゲン化物と(ポリ)アルキレングリコールとを反応させて不飽和(ポリ)アルキレングリコールエーテルを生成する工程1と、不飽和(ポリ)アルキレングリコールエーテルにアルキレンオキシドを付加してポリアルキレンオキシド鎖を有する不飽和ポリアルキレングリコールエーテルを生成する工程2と、ポリアルキレンオキシド鎖を有する不飽和ポリアルキレングリコールエーテルと不飽和カルボン酸とを共重合する工程3とを含むポリカルボン系酸共重合体の製造方法、及び、上記製造方法で得られるポリカルボン系酸共重合体。
【選択図】なし
Description
しかしながら、セメント組成物等に用いる場合、種々の性能に優れるとともに、低コストで汎用性のあるものとすることが求められていた。また、分散性能や減水性を向上し、製造現場においてコンクリート等の流動性の保持性を向上させ、コンクリート等の状態がより作業しやすい状態となるようにすることにより、土木・建築構造物等の構築現場における作業効率等をさらに改善したり、コンクリート等の特性を向上したりするための工夫の余地があった。
本発明はまた、上記製造方法で得られるポリカルボン酸系共重合体でもある。
以下に本発明を詳述する。
上記工程1における反応温度は、反応に用いる不飽和基含有ハロゲン化物及びアルキレングリコールによって若干異なり、特にこれを限定するものではないが、40℃〜150℃が好ましく、より好ましくは50℃〜100℃であり、さらに好ましくは55℃〜75℃である。
上記工程1の反応時の圧力は、減圧下、常圧、加圧下のいずれでも構わないが、常圧での反応で充分である。反応に用いるアルカリ化合物の量は、不飽和基含有ハロゲン化物に対して0.5当量〜2.0当量が好ましく、より好ましくは0.9当量〜1.5当量であり、さらに好ましくは1.0当量〜1.2当量である。また、反応に用いるアルキレングリコールの量は、不飽和基含有ハロゲン化物に対して1.5当量〜10当量が好ましく、より好ましくは3当量〜7当量であり、さらに好ましくは4当量〜6当量である。アルキレングリコールの量が少な過ぎるとジエーテル体の生成量が増加してしまい、多過ぎると生産性を低下させることとなる。
上記工程1において、反応器への原料の供給方法としては、初期に一括して仕込んでもよく、逐次投入してもよい。
上記工程1においては、アルキレングリコールとアルカリ化合物をまず反応させて中間体を生成させ、その後不飽和基含有ハロゲン化物をフィードし、反応させる方法はその一例である。工程1について、ハロゲン捕捉剤としてアルカリ化合物を用いることが必要であり、例示として当該反応ではハロゲン捕捉剤として塩基を必要とし、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウムのようなアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウムのようなアルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属の炭酸塩が挙げられる。
上記不飽和結合を有するハロゲン化物の具体例としては、メタリルクロライド、3−メチル−3−ブテニルクロライド、アリルクロライド、3−ブテニルクロライド,4−ペンテニルクロライド等の一種又は2種以上が好適である。より好ましくは、メタリルクロライド、3−メチル−3−ブテニルクロライド、アリルクロライドであり、更に好ましくは、メタリルクロライドである。
上記オキシアルキレンが1〜4回繰り返されたものとは、オキシアルキレン構造を1〜4個含有されていればよく、2個以上含有する場合は、同じオキシアルキレン構造でもよく、異なったオキシアルキレン構造でもよい。
上記(ポリ)アルキレングリコールの具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソブチレングリコール、ブチレングリコール、スチレングリコール等のグリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリイソブチレングリコール、ブチレングリコール、ポリスチレングリコール等のポリアルキレングリコール類、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)ブチレングリコール、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)スチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール(ポリ)ブチレングリコール等の異なるアルキレングリコール共重合体類等の一種又は2種以上が好適である。好ましくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソブチレングリコール、ブチレングリコール、スチレングリコール等のグリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリイソブチレングリコール、ブチレングリコール、ポリスチレングリコール等のアルキレングリコール付加モル数4以下のポリアルキレングリコール類、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)ブチレングリコール、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)スチレングリコール、(ポリ)プロピレングリコール(ポリ)ブチレングリコール等のアルキレングリコール付加モル数4以下の異なるアルキレングリコール共重合体類である。より好ましくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソブチレングリコール、ブチレングリコール、スチレングリコール等のグリコール類、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジイソブチレングリコール、ジブチレングリコール、ジスチレングリコール等のジアルキレングリコール類、エチレングリコールプロピレングリコール、エチレングリコールブチレングリコール、エチレングリコールスチレングリコール、プロピレングリコールブチレングリコール等の異なるアルキレングリコールのジアルキレングリコール共重合体類であり、さらに好ましくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールである。
(1)150℃以上の反応時間を50%以下にすることが好ましい。
(2)反応温度の平均値を150℃以下にすることが好ましい。
(3)反応時間の長い工程を150℃以下にすることが好ましい。
(4)オキシアルキレン基の長い不飽和(ポリ)アルキレングリコール系エーテル単量体の方が転位し易い傾向にあるので、工程2−1よりも工程2−2の方が反応温度を低くすることが好ましい。
上記工程2−1と工程2−2の各工程の途中で反応温度を変更する場合、(1)150℃以上の反応時間を50%以下にすることが好ましい、(2)反応温度の平均値を150℃以下にすることが好ましい。上記工程2−1と工程2−2の少なくとも一方の段階を2段階以上で行う場合も同様であり、(1)150℃以上の反応温度を全反応時間の50%以下にする、及び/又は、(2)反応温度の平均値を150℃以下にすることが好ましい。中でも、工程2−1と工程2−2を構成する2段階以上の反応温度は150℃以下であることが最も好ましい。各段階で反応温度が異なる場合、150℃以下の反応温度が主反応温度であることが好ましい。例えば、(1)各段階の反応温度の平均値が150℃以下、(2)アルキレンオキサイド付加反応全工程の反応温度の平均値が150℃以下、(3)各段階の反応時間の合計に対して、150℃以上の反応時間が50%以下であることが好ましい。
上記工程2において、付加反応は、回分式でも連続式でも行うことができ、反応条件等により適宜選択することができる。
上記2種以上のアルキレンオキサイドを付加させる場合の組み合わせとしては、(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド)、(エチレンオキサイド、ブチレンオキサイド)、(エチレンオキサイド、スチレンオキサイド)が好ましい。中でも、(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド)がより好ましい。
上記2種以上のアルキレンオキサイドを付加させる場合は、それぞれの付加方法としては、ブロック状付加、ランダム状付加、交互状付加等のいずれの付加形態でもよい。
上記ポリアルキレンオキシド鎖を有する不飽和ポリアルキレングリコールエーテル(単量体(a)とも言う。)としては、工程2で生成するものであることが好ましく、1種又は2種以上を用いてもよい。2種以上用いる場合としては、オキシアルキレン基の平均付加モル数nが1〜300の範囲において異なる2種以上の組み合わせであってもよい。このとき、オキシアルキレン基の平均付加モル数nの差は10以上であるのが好ましく、20以上であるのがより好ましい。例えば、平均付加モル数nが50〜300であるものと、平均付加モル数nが1〜50であるものとの組み合わせ等が好適である。この場合、nの差としては、10以上が好ましく、より好ましくは20以上である。また、こられの割合としては、平均付加モル数nが1〜50であるものよりも平均付加モル数nが50〜300であるものの割合(重量比)の方が多いことが好ましい。異なる3種以上の単量体(a)を用いる場合も、平均付加モル数nの差は、10以上であるのが好ましく、20以上であるのがより好ましい。
上記単量体(a)の配合割合としては、1質量%以上であることが好ましい。配合割合が1質量%未満であると、得られるポリカルボン酸系共重合体をセメント混和剤として用いた場合に、セメントに対する分散性能が低下する傾向がある。より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上、特に好ましくは30質量%以上、最も好ましくは45質量%以上である。
共重合の際の重合時間は、特に限定されないが、例えば、0.5〜10時間の範囲が適当であり、好ましくは0.5〜8時間、更に好ましくは1〜6時間の範囲がよい。重合時間が、この範囲より、長すぎたり短すぎたりすると、重合率の低下や生産性の低下をもたらし好ましくない。
共重合の際の全単量体成分の使用量は、他の原料及び重合溶媒を含む全原料に対して10〜99質量%の範囲が適当であるが、20〜98質量%の範囲が好ましく、25〜95質量%の範囲がより好ましく、30〜90質量%の範囲がさらに好ましく、30〜80質量%の範囲がとりわけ好ましく、40〜70質量%の範囲が最も好ましい。特に、全単量体成分の使用量がこの範囲より低すぎると、重合率の低下や生産性の低下をもたらし好ましくない。
なお、溶媒の溶存酸素濃度の調整は、重合反応槽で行ってもよく、あらかじめ溶存酸素量を調整した溶媒を用いてもよい。溶媒中の酸素を追い出す方法としては、例えば、下記の(1)〜(5)の方法が挙げられる。
(2)溶媒を入れた容器内の気相部分を窒素等の不活性ガスで置換したまま、液相部分を長時間激しく攪拌する。
(3)容器内に入れた溶媒に、窒素等の不活性ガスを長時間バブリングする。
(4)溶媒を一旦沸騰させた後、窒素等の不活性ガス雰囲気下で冷却する。
(5)配管の途中に静止型混合機(スタティックミキサー)を設置し、溶媒を重合反応槽に移送する配管内で窒素等の不活性ガスを混合する。
上記工程1においては、メタリルクロライドとエチレングリコールを反応させてエチレングリコールモノメタリルエーテル(メタリルアルコール1EO)を得ることが好ましい。
上記工程1は、下記一般式(1‘):
HO−(A2O)n2−H (1‘)
(式中、n2は1〜4の数を表す。A2は、同一若しくは異なって、置換基を有していてもよい炭素数2〜18のアルキレン基であり、置換基とはアルキル基又はヒドロキシル基を表す。)で表される(ポリ)アルキレングリコール(以下、「多価アルコール(1)」ともいう。)と、下記一般式(a):
X−Z (a)
(式中、Xは炭素数2〜6のアルケニル基であり、Zはハロゲン原子を表す。)で表される不飽和ハロゲン化合物(2)(以下、単に「不飽和ハロゲン化合物(2)」ともいう。)と、塩基性を示すアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む無機化合物(IN)(以下、単に「無機化合物(IN)」ともいう。)とを用いて、ヒドロキシル基を有する不飽和アルコールを少なくとも1種含む不飽和アルコール組成物を製造する方法であって、不飽和ハロゲン化合物(2)1モルに対して多価アルコール(1)を1.5モル以上使用するものであることが好ましい。このように、(ポリ)アルキレングリコールを過剰量用いて反応させることで、高収率で不飽和アルコールを得ることができる。更に、不飽和アルコールの精製工程で回収される多価アルコール(1)の全量、又は、一部を原料として再利用することで、原料の損失を抑え、低コストで製造することができる。この場合、不飽和アルコールは、不飽和エーテル化合物であることが好ましく、不飽和アルコール組成物は、不飽和エーテル組成物であることが好ましい。上記工程1において、多価アルコール(1)のより好ましい量としては、不飽和ハロゲン化合物(2)1モルに対して、多価アルコール(1)が、1.5〜10モルであり、更に好ましくは3〜8モル、特に好ましくは4〜6モルである。上記多価アルコール(1)の量を少なくすると、上記多価アルコール(1)1分子に不飽和ハロゲン化合物が2分子付加したジ不飽和アルコール(D)の比率が高い不飽和アルコール組成物が得られ、上記多価アルコール(1)の量を多くすると、上記多価アルコール(1)1分子に不飽和ハロゲン化合物(2)1分子が付加したモノ不飽和アルコール(M)の比率が高い不飽和アルコールが得られる。但し、少なすぎるとジ不飽和アルコール化合物(D)が過多となるため好ましくなく、多すぎると目的とする不飽和エーテル組成物を製造する設備が大きくなり、製造コストが高くなり好ましくない。
a)上記無機化合物(IN)と上記多価アルコール(1)及び/又は下記回収工程からの回収組成物とを用いる第1反応工程
b)上記第1反応工程と同時に及び/又は上記第1反応工程終了後に施す、水分減量工程
c)上記水分減量工程で得られた低含水組成物と上記不飽和ハロゲン化合物(2)とを反応させる第2反応工程
d)上記第2反応工程で得られた反応組成物を、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を含む固体析出物と不飽和エーテル化合物を含む溶液とに分離する固液分離工程
e)上記固液分離工程で得られた上記不飽和エーテル化合物を含む溶液から、不飽和エーテル組成物と多価アルコールを含む回収組成物とに分離する分離工程
f)上記分離工程で得られた回収組成物の一部または全量を上記第1反応工程に用いる回収工程
g)上記無機化合物(IN)と上記多価アルコール(1)および/または下記回収工程からの回収組成物と上記不飽和ハロゲン化合物(2)とを用いて、不飽和エーテル組成物を含む反応組成物を得る反応工程
h)上記反応工程で得られた反応組成物から、含有する水分を減量させて低含水組成物を得る水分減量工程
i)上記低含水組成物を、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を含む固体析出物と不飽和エーテル化合物を含む溶液とに分離する固液分離工程
j)上記固液分離工程で得られた上記不飽和エーテル化合物を含む溶液から、不飽和エーテル組成物と多価アルコールを含む回収組成物とに分離する分離工程
k)上記分離工程で得られた回収組成物の一部または全量を上記反応工程に用いる回収工程
方法Aは、上記無機金属化合物(IN)と上記多価アルコール(1)とを反応させる第1反応工程および第1反応工程で得られた反応生成物と上記不飽和ハロゲン化合物(2)とを反応させる第2反応工程を有することを特徴とする。
(第1反応工程)
第1反応工程では、上記無機化合物(IN)と上記多価アルコール(1)とを上記の割合で混合させることが必要である。第1反応工程における反応温度は、上記多価アルコール(1)及び上記無機化合物(IN)の種類や量により異なるが、通常、室温〜180℃であり、好ましくは50〜150℃、より好ましくは70〜140℃である。第1反応工程における圧力は、減圧、常圧、加圧、のいずれでも構わず、また反応時間は特に限定するものではなく、上記反応条件下で上記無機化合物の転化率が充分に高くなる時間を設定すればよい。
(水分減量工程)
該工程を施すことにより得られた低含水反応組成物を用いることにより、上記分離工程での操作が容易になり、高純度の不飽和グリコールエーテル組成物が高収率で得られるので、上記第1反応工程中、上記第1反応工程と上記第2反応工程との間、あるいは上記第2反応工程と上記分離工程との間の、1回以上実施するのが好ましい。上記第1反応工程と同時実施または上記第1反応工程と上記第2反応工程との工程間実施のいずれか若しくは両方で行うのがより好ましく、上記第1反応工程と同時に実施することが最も好ましい。
(第2反応工程)
第2反応工程は、上記第1反応工程で得られた反応生成物と上記不飽和ハロゲン化合物(2)とを混合させることが必要である。上記第1反応工程で得られた反応生成物に、上記不飽和ハロゲン化合物(2)を添加する形態は、全量を一度に添加しても、複数回に分けて間歇的に添加しても、長時間かけて連続的に添加してもよい。第2反応工程における反応温度は、上記多価アルコール(1)及び上記不飽和ハロゲン化合物(2)の種類や、上記無機金属化合物(IN)の種類や量により異なるが、通常、40〜150℃であり、好ましくは50〜100℃であり、より好ましくは55〜75℃である。第2反応工程における圧力は、減圧、常圧、加圧、のいずれでも構わないが、通常は常圧下で行うのが、簡便で低コストである。また、反応時間は特に限定するものではなく、上記反応条件下で原料不飽和ハロゲン化合物の転化率が充分に高くなる時間を設定すればよい。
(固液分離工程)
上記第2反応工程から上記回収工程の間までに、固液分離により析出したアルカリ金属及び/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を取り除く工程を1回以上行うことが好ましく、例えば、第2反応工程後と分離工程後のように複数回に分けて実施しても構わない。また、反応組成物から水を除去すると該ハロゲン化物の析出量が増加するので、水分減量工程を実施した後に塩を分離する工程を実施するのが、より好ましい。本発明では、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物が溶存していても構わないので、固液分離工程を上記第2反応工程と上記分離工程の間に1回実施するのが、簡便であり好ましい実施形態の一つである。
(分離工程)
上記の条件により、不飽和エーテル化合物と多価アルコール(1)を含む回収組成物とに分離され、該回収組成物は次の回収工程に用いられる。
(回収工程)
上記回収組成物は、更なる精製等を施さずに、全量および/または一部を第1反応工程や固液分離工程の洗浄液として用いることができるので、反応工程で過剰に用いた多価アルコール(1)は無駄なく利用される。
以上の条件で実施することにより、方法Aによる不飽和エーテル組成物を含む反応組成物が得られる。
方法Bは、上記多価アルコール(1)と上記不飽和ハロゲン化合物(2)と上記無機化合物(IN)とを反応させて得られた反応組成物に水分減量工程を施すことを特徴とする。以下、方法Bについて工程毎に説明する。
(反応工程)
反応工程は、上記多価アルコール(1)と上記不飽和ハロゲン化合物(2)と上記無機金属化合物(IN)とを上記の割合で混合させて、1回の反応により不飽和エーテル組成物を含む反応生成物を得る工程である。上記多価アルコール(1)と上記不飽和ハロゲン化合物(2)と上記無機化合物(IN)とを混合させる形態は、上記多価アルコール(1)存在下で上記不飽和ハロゲン化合物(2)と上記無機化合物(IN)とを混合するのが好ましく、上記多価アルコール(1)と上記無機化合物の混合物に上記不飽和ハロゲン化合物(2)を添加するのがより好ましい。上記多価アルコール(1)と上記無機化合物(IN)との混合物に、上記不飽和ハロゲン化合物(2)を添加する形態は、全量を一度に添加しても、複数回に分けて間歇的に添加しても、長時間かけて連続的に添加してもよい。反応温度は上記多価アルコール(1)及び上記不飽和ハロゲン化合物(2)の種類や、上記無機金属化合物(IN)の種類や量により異なるが、通常、40〜150℃であり、好ましくは50〜100℃であり、より好ましくは55〜75℃である。反応工程における圧力は、減圧、常圧、加圧、のいずれでも構わないが、常圧下で行うのが、簡便で低コストであるため好ましい。反応時間は特に限定するものではなく、上記反応条件下で原料不飽和ハロゲン化合物の転化率が充分に高くなる時間を設定すればよい。以上の条件で反応を行うことにより、不飽和エーテル組成物を含む反応組成物が得られる。
(水分減量工程)
上記反応組成物の水分減量工程による水分の低減程度としては、処理液中の水分濃度が5質量%以下にすることが好ましく、より好ましくは3質量%以下であり、1質量%、さらに好ましくは0.5質量%以下であり、特に好ましくは0.1質量%以下であり、最も好ましくは0.05質量%以下である。但し、水分含有量が0.0005質量%以下とする為には生産性が著しく低下したり、不飽和エーテルの損失量が増大するため、それ以上の濃度に止めることが望ましい。
(固液分離工程)
方法Bにおける回収工程は、方法Aと同様の操作により実施できる。上記反応工程から上記回収工程の間までに、固液分離により析出したアルカリ金属及び/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を取り除く工程を1回以上行うことが好ましく、例えば、反応工程後と分離工程後のように複数回に分けて実施しても構わない。尚、反応組成物から水を除去すると該アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物の析出量が増加するので、水分減量工程を実施した後に固液分離工程を実施することでその後の作業性を大きく改善することが出来る。本発明では、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物が溶存していても構わないので、固液分離工程を上記水分減量工程と上記分離工程の間に1回実施するのが、簡便であり好ましい実施形態の一つである。
(分離工程)
方法Bにおける分離工程は、上記水分減量工程により得られた低含水反応組成物を用いること以外は方法Aと同様の操作により実施できる。
(回収工程)
方法Bにおける回収工程は、方法Aと同様の操作により実施できる。
以上の条件で実施することにより、方法Bによる不飽和エーテル組成物を含む反応組成物が得られる。上記方法Aによるメリットとしては、第2反応工程後に水分減量工程を実施しなくてもよいため、不飽和エーテルの損失がなく、高収率で製造できる点であり、一方、上記方法Bにおけるメリットとしては多価アルコールのロスは方法Aと比べて少ない点である。従って、状況に応じてどちらか有利な方法を選択すればよい。なお、上述した不飽和エーテル組成物を用いている工程であっても、不飽和エーテル組成物の代わりに不飽和アルコール組成物を用いてもよい。つまり、上記不飽和エーテル組成物は、不飽和アルコール組成物であっても本発明の効果を充分に発揮することができる。
本発明における不飽和結合を有するハロゲン化合物としては、メタリルクロライド及び3−メチル−3−ブテニルクロライド、アリルクロライドが特に好適であるが、長鎖のアルキレンオキサイドを有するモノマーを生成して、長鎖のアルキレンオキサイドを有するポリカルボン酸系共重合体を得る場合は、メタリルクロライドを用いることがより好ましい。以下に3−メチル−3−ブテニルアルコールをエチレンオキサイド付加する場合の反応式を示し、メタリルクロライドを用いることがより好ましい理由について説明する。
上記ポリカルボン酸系共重合体の重量平均分子量は、3000〜300000の範囲が適当であるが、5000〜200000の範囲が好ましく、10000〜150000の範囲がより好ましく、10000〜100000の範囲がさらに好ましく、20000〜80000の範囲が最も好ましい。このような重量平均分子量の範囲を選ぶことで、より高い分散性能を発揮するセメント混和剤が得られる。
なお、重合体の重量平均分子量は、ゲルパーミーエーションクロマトグラフィー(以下「GPC」という)によるポリエチレングリコール換算の重量平均分子量であり、後述するGPC測定条件により測定することが好ましい。
なお、上記ポリカルボン酸系共重合体におけるカルボキシル基を全て未中和型に換算したときのカルボキシル基ミリ当量数は、以下のようにして計算することができる。例えば、不飽和カルボン酸としてアクリル酸を用い、ポリアルキレンオキシド鎖を有する不飽和ポリオキシアルキレングリコールエーテル(単量体(a))/不飽和カルボン酸(単量体(b))=90/10(質量%)の組成比で共重合した場合、アクリル酸の分子量は72であるので、共重合体1g当たりのカルボキシル基ミリ当量数は、(0.1/72)×1000=1.39(meq/g)となる(計算例1)。また、例えば、単量体(b)としてアクリル酸ナトリウムを用い、単量体(a)/単量体(b)=90/10(質量%)の組成比で共重合した場合、アクリル酸ナトリウムの分子量は94であり、アクリル酸の分子量は72であるので、共重合体1g当たりのカルボキシル基ミリ当量数は、(0.1/94)/(0.9+0.1×72/94)×1000=1.09(meq/g)となる(計算例2)。なお、重合時にはアクリル酸を用い、重合後に アクリル酸に由来するカルボキシル基を水酸化ナトリウムで中和した場合にも、計算例2と同様に計算できる。また、例えば、単量体(b)としてメタクリル酸ナトリウム及びアクリル酸ナトリウムを用い、単量体(a)/メタクリル酸ナトリウム/アクリル酸ナトリウム=90/5/5(質量%)の組成比で共重合した場合、メタクリル酸の分子量は86、メタクリル酸ナトリウムの分子量は108、アクリル酸の分子量は72、アクリル酸ナトリウムの分子量は94であるので、共重合体1g当たりのカルボキシル基ミリ当量数は、(0.05/108+0.05/94)/(0.9+0.05×86/108+0.05×72/94)×1000=1.02(meq/g)となる(計算例3)。
上記セメント混和剤は、上述したポリカルボン酸系共重合体を含むことにより、分散性能、スランプ保持性能、モルタル又はコンクリートの耐久性向上等の優れた効果を奏することができる。また、上記セメント混和剤、セメント及び水を必須成分として含んでなるセメント組成物は、粘性(作業性、例えば、モルタルを練る際の練りやすさやコンクリートの現場でのスコップワーク)と、流動性(流し込んだときの流れやすさ)との両方を発揮することができる。なお、セメント組成物の物性を示す「フロー値」(流動性)と「コンクリートの状態」(粘性)との間の技術的な相関関係は、現時点では少なくとも明らかではないが、例えば、これらの現象を例えて言うと、水あめとヨーグルトとを比較すると、水あめは粘りけがあるためスプーンでかき混ぜようとした場合、相当の力が必要となるが(粘性が高く作業性が悪い)、平らな面に置いた場合は流動して薄く広がる。一方、ヨーグルトをスプーンでかき混ぜようとした場合、容易にかき混ぜることはできるが(粘性が低く作業性がよい)、平らな面に置いても流動して広がっていくことはない。
上記セメント混和剤は、2種以上の共重合体が組み合わせされたものであってもよい。例えば、単量体(a)由来の構成単位(I)と単量体(b)由来の構成単位(II)との比率が異なる2種以上の共重合体の組み合わせや、上記単量体(a)により導入された構成単位(I)のオキシアルキレン基の平均付加モル数が異なる2種以上の共重合体の組み合わせ等が可能である。
さらに、上記セメント組成物は、以下の(1)〜(20)に例示するような他の公知のセメント添加剤(材)を含有することができる。
(3)遅延剤:グルコン酸、グルコヘプトン酸、アラボン酸、リンゴ酸又はクエン酸、及び、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又は有機塩等のオキシカルボン酸;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、異性化糖などの単糖類や、二糖、三糖等のオリゴ糖、又はデキストリン等のオリゴ糖、又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;リン酸並びにその塩又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)及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及びその誘導体等。
(5)鉱油系消泡剤:燈油、流動パラフィン等。
(6)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。
(8)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。
(11)アミド系消泡剤:アクリレートポリアミン等。
(12)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。
(13)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。
(14)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。
(18)防錆剤:亜硝酸塩、リン酸塩、酸化亜鉛等。
(19)ひび割れ低減剤:ポリオキシアルキルエーテル等。
(20)膨張材;エトリンガイト系、石炭系等。
[反応工程]
3Lのフラスコに、エチレングリコール1500.0g(24,17mol)と48wt%水酸化ナトリウム水溶液420.92g(NaOH5.05mol)、メタリルクロライド452.79g(5.00mol)を仕込み、撹拌下に60℃で3時間、次いで70℃で3時間反応を行った。フラスコ内には塩の析出が観られた。
上記反応後のフラスコに油水分離管を取り付け、撹拌下、留出液の油水分離をしながら減圧蒸留を行い、水292.34gを分離した。操作圧力は初期200mmHgで、後に100mmHgに下げて行い、留出液が均一層になった時点を以って終了とした。
この後、析出した塩を濾紙(4μm)を用いて濾別し、濾液1709.59gを得た。さらに、エチレングリコール100.22gで塩の洗浄・濾過を行い、洗浄液117.64gを得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、エチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は80.2mol%、エチレングリコールジメタリルエーテルは収率11.8mol%であった(メタリルクロライド基準で算出)。
また、残存水分量をカールフィッシャー法によって分析したところ、0.84質量%であった。
前工程で回収した反応液と洗浄液併せて1798.28gを蒸留塔ボトムに仕込み、エチレングリコールモノメタリルエーテルの精製を行った。蒸留装置としては、オルダーショウ(30mmφ、スルーザーパッキン充填、理論段数30段相当)を用い、トップ圧力45mmHg、還流比10、ボトム温度100℃〜127℃の間で蒸留を行った結果、エチレングリコールモノメタリルエーテル(A−1)318.17gを得た。分析の結果、水分含有量は0.06質量%、エチレングリコールジメタリルエーテル含有量は0.47質量%であった。
ガスクロマトグラフィー
装置:Shimadzu製GC−15A、J&W社キャピラリーカラムDB−1(0.53mmφ×30m)
条件:40℃で5min保持、10℃/min昇温、200℃で5min保持
水分含有量測定
装置:京都電子工業株式会社(KEM)製MK−510
標準試料:三菱化学社製カールフィッシャーSS
使用カラム:東ソー株式会社製
TSK guard column SWXL
TSKgel G4000SWXL
TSKgel G3000SWXL
TSKgel G2000SWXLをこの順で連結させたもの。
溶離液:アセトニトリル6001g、水10999gの溶液に酢酸ナトリウム三水和物115.6gを溶かし、さらに酢酸でpH6.0に調整したものを使用した。
サンプル:重合体水溶液を上記溶離液にて重合体濃度が0.5質量%となるように溶解させたもの。
サンプル打ち込み量:100μL
流速:1.0mL/分
カラム温度:40℃
検出器:Waters 2414 RI検出器
System:Waters alliance 2695
解析ソフト:Waters Empoer2(標準パッケージ/GPCオプション)
検量線作成用標準物質:ポリエチレングリコール[ピークトップ分子量(Mp)272500、219300、107000、50000、24000、11840、6450、4250、1470〕
検量線:上記のポリエチレングリコールのMp値と溶出時間を基にして3次式で作成した。
温度計、撹拌機、原料導入管及び窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例1で得られた反応生成物(A−1)エチレングリコールモノメタリルエーテル95.1g、付加反応触媒として水酸化ナトリウム0.21gを仕込み、撹拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で150℃まで加熱した。そして安全圧下で150℃を保持したままエチレンオキシド325gを反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物(以下、M−1と称す。)は、メタリルアルコールに平均10モルのエキレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(以下、MLA−10と称す。)とともに、ジエーテル(X−1)及び副生成物(Y−1)及び副生成物(Z−1)を含む。副生成物(Y−1)は水溶性ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール)であり、副生成物(Z−1)は示差屈折(RI)検出器を用いた液体クロマトグラフィー(以下、「LC(RI)」又は単に「LC」という。)において27分付近に観測されるピークである。反応生成物M−1の分析結果を表1に示した。反応生成物(M−1)のLCチャートを図1に示した。なお、図1中、22分付近のピークは、MLA−10を、27分付近のピークは、Z−1を示す。
使用カラム:GLサイエンス社製
Inertsil guard column 1本
Inertsil ODS−25μm 4.6mm×250mm 3本
溶離液:酢酸52.5gと酢酸ナトリウム三水和物3.75gに水を加えて9000gにし、さらにアセトニトリル6000gを加えたものを使用した。
サンプル:上記溶離液にて反応生成物濃度が1.0質量%となるように調整したもの。
サンプル打ち込み量:100μL
流速:0.6mL/分
カラム温度:40℃
検出器:Waters 2414 RI検出器
<ジエーテル体の製造>
上記エチレングリコールモノメタリルエーテル(A−1)の製造において、蒸留における留出率22%〜26%の留分82.9gに水300gを加えて撹拌、油水分離により水層を除去する操作を3回繰り返し、エチレングリコールジメタリルエーテル27.4gを得た。
(Z−1)%=〔(Z−1面積)/MLA−10面積〕×100
(Z−2)%=〔(Z−2面積)/MLA−50面積〕×100
(Z−3)%=〔(Z−3面積)/MLA−120面積〕×100
<ポリアルキレングリコール(Y)の測定条件>
使用カラム:Shodex GF−1G 7B 昭和電工社製
GF−310 HQ
溶離液:水/アセトニトリル=98/2(質量%)
サンプル:上記溶離液にて反応生成物濃度が0.1質量%となるように調整したもの。
サンプル打ち込み量:250μL
流速:1mL/分
カラム温度:40℃
検出器:Waters 2414 RI検出器
System:Waters alliance 2695
解析ソフト:Waters Empoer2(標準パッケージ/GPCオプション)
検量線作成用標準物質:ポリエチレングリコール[ピークトップ分子量(Mp)11840、6450、1470]のそれぞれについて、上記測定条件で検量線を作成し、ポリエチレングリコールモノメタクリルエーテルに対する質量%を算出した。
Mp 11840のPEGの検量線で製造例5のM−3中のMLA120に対する(Y−3)を定量した。
Mp 6450のPEGの検量線で製造例4のM−2中のMLA50に対する(Y−2)を定量した。
Mp 1470のPEGの検量線で製造例3のM−1中のMLA10に対する(Y−1)を定量した。
温度計、撹拌機、原料導入管及び窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例2で得られた反応生成物(M−1)450.7g、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液0.36gを仕込み、撹拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、撹拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、窒素雰囲気下で130℃まで昇温した。そして安全圧下で130℃を保持したままエチレンオキシド1550gを反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物(以下、M−2と称す。)は、メタリルアルコールに平均50モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(以下、MLA−50と称す。)とともに、ジエーテル(X−2)及び副生成物(Y−2)及び副生成物(Z−2)を含む。副生成物(Y−2)は水溶性ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール)を含むものであり、副生成物(Z−2)はLC(RI)において30分付近に観測されるピークである。反応生成物M−2の分析結果を表1に示した。反応生成物(M−2)のLCチャートを図2に示した。なお、図2中、24分付近のピークは、MLA−50を、30分付近のピークは、Z−2を示す。
温度計、撹拌機、原料導入管及び窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例3で得られた反応生成物(M−2)849g、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液0.48gを仕込み、撹拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、撹拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、窒素雰囲気下で130℃まで昇温した。そして安全圧下で130℃を保持したままエチレンオキシド1151gを反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物(以下、M−3と称す。)は、メタリルアルコールに平均120モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(以下、MLA−120と称す。)とともに、ジエーテル(X−3)及び副生成物(Y−3)及び副生成物(Z−3)を含む。副生成物(Y−3)は水溶性ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール)を含むものであり、副生成物(Z−3)はLC(RI)おいて35分付近に観測されるピークである。反応生成物M−3の分析結果を表1に示した。反応生成物(M−3)のLCチャートを図3に示した。なお、図3中、27分付近のピークは、MLA−120を、35分付近のピークは、Z−3を示す。
温度計、撹拌機、原料導入管及び窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例3で得られた反応生成物(M−2)3023g、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液2.07gを仕込み、撹拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、撹拌及び窒素フローしながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、窒素雰囲気下で130℃まで昇温した。そして安全圧下で130℃を保持したままエチレンオキシド4977gを反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物(以下、M−4と称す。)は、メタリルアルコールに平均135モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコール系エーテル単量体(以下、MLA−135と称す。)とともに、ジエーテル(X−4)及び副生成物(Y−4)及び副生成物(Z−4)を含む。副生成物(Y−4)は水溶性ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール)を含むものであり、副生成物(Z−4)はLC(RI)おいて38分付近に観測されるピークである。反応生成物M−4の分析結果を表1に示した。反応生成物(M−4)のLCチャートを図4に示した。なお、図4中、30分付近のピークは、MLA−135を、38分付近のピークは、Z−4を示す。MLA−135を示すピークの詳細としては、保持時間(分)が29.823分であり、ピーク面積が125952353μV秒(ピーク面積の割合(%面積)としては94.02%)であり、ピークの高さは、869382μVであった。また、Z−4を示すピークの詳細としては、保持時間は、39.986分であり、ピーク面積が8017627μV秒(ピーク面積の割合(%面積)としては5.98%)であり、ピークの高さは、41343μVであった。
下記表1おいて、ジエーテル(X)、副生成物(Y)及び(Z)の含有割合は、不飽和アルコール100部に対する各不純物の割合(部)である。
温度計、撹拌機、原料導入管及び窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例3で得られた反応生成物(M−2)2724g、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液2.20gを仕込み、撹拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、撹拌及び窒素フローしながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、窒素雰囲気下で130℃まで昇温した。そして安全圧下で130℃を保持したままエチレンオキシド5276gを反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物(以下、M−5と称す。)は、メタリルアルコールに平均150モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコール系エーテル単量体(以下、MLA−150と称す。)とともに、ジエーテル(X−5)及び副生成物(Y−5)及び副生成物(Z−5)を含む。副生成物(Y−5)は水溶性ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール)を含むものであり、副生成物(Z−5)はLC(RI)おいて40分付近に観測されるピークである。反応生成物M−5の分析結果を表1に示した。
下記表1において、ジエーテル(X)、副生成物(Y)及び(Z)の含有割合は、不飽和アルコール100部に対する各不純物の割合(部)である。
温度計、撹拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えたガラス製反応装置内に、イオン交換水102g、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体として製造例4で得られた反応生成物(M−3)198g、アクリル酸0.14gを仕込み、撹拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃まで加熟した。反応容器内を58℃に保った状態で、2%過酸化水素水溶液12.85gを添加した。反応容器内を58℃に維持した状態で、アクリル酸8.09gとイオン交換水16,32gからなるアクリル酸水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に、イオン交換水36.47gにL−アスコルビン酸0.666g及び3−メルカプトプロピオン酸0.369gを溶解させた水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、2時間引き続いて58℃に温度を維持した後、重合反応を終了した。その後、酸性の反応溶液を重合反応温度以下の温度で水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH6に中和し、重量平均分子量43400の重合体水溶液から成る本発明のセメント分散剤1を得た。
温度計、撹拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えたガラス製反応装置内に、イオン交換水102g、メタリルアルコールに平均120モルのエチレンオキシドを付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル198g、アクリル酸0.14gを仕込み、撹拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃まで加熱した。反応容器内を58℃に保った状態で、2%過酸化水素水溶液12.85gを添加した。反応容器内を58℃に維持した状態で、アクリル酸8.09gとイオン交換水16.32gからなるアクリル酸水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に、イオン交換水36.47gにL−アスコルビン酸0.666g及び3−メルカプトプロピオン酸0.369gを溶解させた水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、2時間引き続いて58℃に温度を維持した後、重合反応を終了した。その後、酸性の反応溶液を重合反応温度以下の温度で水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH6に中和し、重量平均分子量40300の重合体水溶液から成る比較セメント分散剤1を得た。
(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加えて均一に広げた。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。
所定量の重合体水溶液を量り採り、消泡剤MA404(ポゾリス物産製)を有姿で重合体分に対して10質量%加え、さらにイオン交換水を加えて210gとし、十分に均一溶解させた。
モルタル配合はC/S/W=600/1350/210(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:セメント混和剤
実験環境は、温度20℃±1℃、相対湿度60%±10%とした。
(フロー値の測定)
上記セメント600g、セメント混和剤210gをホバート型モルタルミキサー(型番N−50:ホバート社製)により低速で30秒から練りした後、30秒かけて上記ISO砂1350gをセメントペーストに投入した。次いで、高速で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75秒間放置した後、高速で60秒間混練してモルタルを調整した。
調整したモルタルを水平な回転式テーブルにおいたフローコーン(JIS R5201に記載)に半量詰め、つき棒を使って15回突いた。さらにモルタルをフローコーンのすりきりいっぱいまで詰め、突き棒を使って15回突いた。その後、モルタルを詰めたフローコーンを静かに垂直に持ち上げ、テーブルに広がったモルタルの長径(mm)と短径(mm)を測定し、その平均値をモルタル0打フロー値とした。さらに、回転式テーブルを1秒間に1回のスピードで15回回転させた後、テーブルに広がったモルタルの長径(mm)と短径(mm)を測定し、その平均値をモルタル15打フロー値とした。
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。
本発明の重合体と比較重合体を用いて行ったモルタル試験の結果を表2に示した。
<コンクリート試験>
以上のようにして得られたセメント分散剤1及び比較セメント分散剤1を用いてコンクリート組成物を調整し、下記の方法でスランプフロー値、空気量、圧縮強度を測定した。なお、コンクリート組成物の温度が20℃の試験温度になるように、試験に使用する材料、強制練りミキサー、測定器具類をこの試験温度雰囲気下で調温し、混練及び各測定もこの試験温度雰囲気下で行った。結果を下記表3に示す。
単位セメント量:573.3Kg/m3
単位水量:172.0Kg/m3(ポリマー、消泡剤などの混和剤を含む)
単位細骨剤量:737.2Kg/m3
単位粗骨剤量:866.0Kg/m3
水/セメント比(W/C):30.0%
骨材量比(s/a):47.0%
セメント:太平洋セメント社製 普通ポルトランドセメント
細骨剤:君津産山砂と掛川水系産睦砂を3/7で混合したもの
粗骨剤:青梅産砕石
上記コンクリート原料、配合により、練り混ぜ量が30Lとなるようにそれぞれの材料を計量し、パン型ミキサーを使用して下記に記載の方法によって材料の温練を実施した。
まず細骨材を10秒間混練した後、セメントを加えて10秒間混練した。その後セメント混和剤を含む所定量の水道水を加えて30−90秒間混練した。その後更に粗骨材を加えて90秒間混練して、コンクリート組成物を得た。また評価試験においては、セメント混和剤を含む水道水を加えた後の混練開始時間をゼロ分とした。
セメント分散剤と消泡剤を用いて調整した。セメント分散剤は、セメント分散剤1、2及び比較セメント分散剤1のいずれかを用いた。セメント分散剤の必要量は、下記の方法で測定したセメント分散剤中の不揮発分の量を用いて算出した。消泡剤には市販のオキシアルキレン系消泡剤を用い、空気量が1.5±0.5vol%となるように調整した。
アルミカップに重合体水溶液を約0.5g測り採り、イオン交換水約1gを加えて均一に広げた。これを窒素雰囲気下、130℃で1時間乾燥し、乾燥前後の重量差から不揮発分を計算した。
<評価試験項目と測定方法>
スランプフロー値:JIS−A−1101
圧縮強度:JIS−A−1108(供試体作製:JIS−A−1132)
空気量:JIS−A−1128
温度計、撹拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えたガラス製反応装置内に、イオン交換水137g、不飽和ポリアルキレングリコール系エーテル単量体として製造例5で得られた反応生成物(M−4)265g、アクリル酸0.48gを仕込み、撹拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃まで加熟した。反応容器内を58℃に保った状態で、2%過酸化水素水溶液15.32gを添加した。反応容器内を58℃に維持した状態で、アクリル酸9.3gとイオン交換水22.82gからなるアクリル酸水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に、イオン交換水48.62gにL−アスコルビン酸0.793g及び3−メルカプトプロピオン酸0.583gを溶解させた水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、2時間引き続いて58℃に温度を維持した後、重合反応を終了した。その後、酸性の反応溶液を重合反応温度以下の温度で水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH6に中和し、重量平均分子量53900の重合体水溶液から成る本発明のセメント分散剤3を得た。
なお、(ポリ)アルキレングリコール鎖を有する重合体の成分方法においては、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系ジエーテル単量体(エチレングリコールジメタリルエーテル)は、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系エーテル単量体として、表1より、(メタリルアルコールに平均135モルのエチレンオキシドを付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル100部)+(エチレングリコールジメタリルエーテル0.009部)=100.009部中、0.009%含まれることになる。
温度計、撹拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えたガラス製反応装置内に、イオン交換水137g、メタリルアルコールに平均135モルのエチレンオキシドを付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル265g、アクリル酸0.48gを仕込み、撹拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃まで加熟した。反応容器内を58℃に保った状態で、2%過酸化水素水溶液15.32gを添加した。反応容器内を58℃に維持した状態で、アクリル酸9.3gとイオン交換水22.82gからなるアクリル酸水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に、イオン交換水48.62gにL−アスコルビン酸0.793g及び3−メルカプトプロピオン酸0.583gを溶解させた水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、2時間引き続いて58℃に温度を維持した後、重合反応を終了した。その後、酸性の反応溶液を重合反応温度以下の温度で水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH6に中和し、重量平均分子量50600の重合体水溶液から成る比較セメント分散剤2を得た。
温度計、撹拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えたガラス製反応装置内に、イオン交換水137g、不飽和ポリアルキレングリコール系エーテル単量体として製造例7で得られた反応生成物(M−5)266g、アクリル酸0.48gを仕込み、撹拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃まで加熟した。反応容器内を58℃に保った状態で、2%過酸化水素水溶液13.85gを添加した。反応容器内を58℃に維持した状態で、アクリル酸8.4gとイオン交換水23.80gからなるアクリル酸水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に、イオン交換水48.69gにL−アスコルビン酸0.717g及び3−メルカプトプロピオン酸0.588gを溶解させた水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、2時間引き続いて58℃に温度を維持した後、重合反応を終了した。その後、酸性の反応溶液を重合反応温度以下の温度で水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH6に中和し、重量平均分子量51000の重合体水溶液から成る本発明のセメント分散剤3を得た。
なお、(ポリ)アルキレングリコール鎖を有する重合体の成分方法においては、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系ジエーテル単量体(エチレングリコールジメタリルエーテル)は、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系エーテル単量体として、表1より、(メタリルアルコールに平均150モルのエチレンオキシドを付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル100部)+(エチレングリコールジメタリルエーテル0.008部)=100.008部中、0.008%含まれることになる。
温度計、撹拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えたガラス製反応装置内に、イオン交換水137g、メタリルアルコールに平均150モルのエチレンオキシドを付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル266g、アクリル酸0.48gを仕込み、撹拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃まで加熟した。反応容器内を58℃に保った状態で、2%過酸化水素水溶液13.85gを添加した。反応容器内を58℃に維持した状態で、アクリル酸8.4gとイオン交換水23.80gからなるアクリル酸水溶液を3時間かけて滴下し、それと同時に、イオン交換水48.69gにL−アスコルビン酸0.717g及び3−メルカプトプロピオン酸0.588gを溶解させた水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、2時間引き続いて58℃に温度を維持した後、重合反応を終了した。その後、酸性の反応溶液を重合反応温度以下の温度で水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH6に中和し、重量平均分子量48100の重合体水溶液から成る比較セメント分散剤3を得た。
<コンクリート試験(MLA−135ポリマーとMLA150ポリマー)>
以上のようにして得られたセメント分散剤2、3及び比較セメント分散剤2、3を用いてコンクリート組成物を調整し、下記の方法でスランプフロー値、空気量、圧縮強度を測定した。なお、コンクリート組成物の温度が20℃の試験温度になるように、試験に使用する材料、強制練りミキサー、測定器具類をこの試験温度雰囲気下で調温し、混練及び各測定もこの試験温度雰囲気下で行った。結果を下記表4及び表5に示す。
単位セメント量:491.0Kg/m3
単位水量:172.0Kg/m3(ポリマー、消泡剤などの混和剤を含む)
単位細骨剤量:768.0Kg/m3
単位粗骨剤量:895.0Kg/m3
水/セメント比(W/C):35.0%
骨材量比(s/a):47.0%
セメント:太平洋セメント社製 普通ポルトランドセメント
細骨剤:君津産山砂と掛川水系産睦砂を3/7で混合したもの
粗骨剤:青梅産砕石
上記コンクリート原料、配合により、練り混ぜ量が30Lとなるようにそれぞれの材料を計量し、パン型ミキサーを使用して下記に記載の方法によって材料の温練を実施した。
まず細骨材、セメント、粗骨剤を一括で10秒間混練した。その後セメント混和剤を含む所定量の水道水を加えて60秒間混練して、コンクリート組成物を得た。また評価試験においては、セメント混和剤を含む水道水を加えた後の混練開始時間をゼロ分とした。
セメント分散剤と消泡剤を用いて調整した。セメント分散剤は、セメント分散剤2、3、及び比較セメント分散剤2、3のいずれかを用いた。セメント分散剤の必要量は、下記の方法で測定したセメント分散剤中の不揮発分の量を用いて算出した。消泡剤には市販のオキシアルキレン系消泡剤を用い、空気量が1.0±0.5vol%となるように調整した。
アルミカップに重合体水溶液を約0.5g測り採り、イオン交換水約1gを加えて均一に広げた。これを窒素雰囲気下、130℃で1時間乾燥し、乾燥前後の重量差から不揮発分を計算した。
<評価試験項目と測定方法>
スランプフロー値:JIS−A−1101
圧縮強度:JIS−A−1108(供試体作製:JIS−A−1132)
空気量:JIS−A−1128
表5から、メタリルクロライドとエチレングリコールとの反応から得られたエチレングリコールモノメタリルエーテルを出発原料として得られた本発明のセメント分散剤3は、不飽和アルキレングリコール系ジエーテル単量体を含有しない不飽和アルキレングリコール系エーテル単量体を重合して得られた比較セメント分散剤3に比べて同一添加量(0.15質量%)でフロー値及び圧縮強度が高く(実施例4及び比較例5)分散性能及び強度発現性能に優れることがわかる。
製造例13〜16、及び、参考製造例1で製造した化合物の分析については以下の装置を用いて行った。
ガスクロマトグラフィー
装置:Shimadzu製GC−15A、J&W社キャピラリーカラムDB−1(0.53mmφ×30m)
条件:40℃で5min保持、10℃/min昇温、200℃で5min保持
水分含有量測定
装置:京都電子工業株式会社(KEM)製MK−510
標準試料:三菱化学社製カールフィッシャーSS
新品エチレングリコールを用いたエチレングリコールメタリルエーテルの製造
(反応工程)
3Lのフラスコに、エチレングリコール1500.0g(24.17mol)と48質量%水酸化ナトリウム水溶液420.92g(NaOH5.05mol)、メタリルクロライド452.79g(5.00mol)を仕込み、撹拌下に60℃で3時間、次いで70℃で3時間反応を行った。フラスコ内には固形物の析出が観られた。反応終了時点でのエチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は、原料メタリルクロライド基準で85.6mol%であった。また、反応で使用したエチレングリコールを基準としたエチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は17.7mol%であった。
(水分減量工程・固液分離工程)
上記反応後のフラスコに油水分離管を取り付け、撹拌下、留出液の油水分離をしながら減圧蒸留を行い、水292.34gを分離した。操作圧力は初期200mmHgで、後に100mmHgに下げて行い、留出液が均一層になった時点を以って脱水操作を終了した。
上記脱水操作後の釜残スラリーから、析出した固形物を濾紙(No.5B、4μm)を用いて濾別し、濾液1709.59gを得た。さらに、エチレングリコール100.22g(1.61mol)で濾紙上の固形物の洗浄を行い、得られた洗浄液117.64gと先の濾液と合わせて濾過液を得た。このとき、分離した塩は278.34gであった。上記濾過液のガスクロマトグラフィーによる分析の結果、エチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は80.2mol%、エチレングリコールジメタリルエーテルは収率11.8mol%であった(原料メタリルクロライド基準で算出)。また、残存水分量をカールフィッシャー法によって分析してところ、0.84質量%であった。
(分離工程)
上記工程で得られた濾過液1798.28gを蒸留塔ボトムに仕込み、エチレングリコールモノメタリルエーテルの精製を行った。蒸留設備としては、塔径30mmφ、規則性充填材使用、理論段数30段相当の装置を用い、トップ圧力45mmHg、ボトム温度100℃〜127℃の条件で蒸留を行った。蒸留の初期に、残存水分が濃縮されて塔頂部凝縮液が二層に分かれたため、油水分離によって水層17.25gを分取した。その後凝縮液が均一となったため還流比10で蒸留をおこない、エチレングリコールモノメタリルエーテルを主成分とする留出液318.17gを得た。該留出液の分析の結果、水分含有量は0.06質量%、エチレングリコールジメタリルエーテル含有量は0.47質量%であった。また、蒸留残渣として塩を含有したエチレングリコール(純分として1289.9g)を回収した。
製造例13で回収されたエチレングリコールを用いたエチレングリコールメタリルエーテルの製造
(反応工程)
製造例13の蒸留工程で回収したエチレングリコールを純分として1102.5g(17.76mol)に、新たなエチレングリコールを399.44g(6.44mol)加えたものを、反応工程1におけるエチレングリコール1500.0gのかわりに用い、48質量%水酸化ナトリウム水溶液420.91g(NaOH5.05mol)を仕込んで撹拌しながら60℃まで加熱した。60℃撹拌下で、メタリルクロライド452.90g(5.00mol)を2時間かけて滴下し、その後70℃で4時間反応を行った。反応終了時点でのエチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は82.0mol%であった。また、製造例13からのエチレングリコールの合計投入量に対する、エチレングリコールモノメタリルエーテルの合計収率は25.9mol%であった。
(水分減量工程・固液分離工程)
脱水工程での操作圧力を初期から100mmHgとした以外は製造例17と同様にして脱水、濾過を行い、濾液1732.34gと洗浄液163.14gを得た。このとき分離回収した塩は395.11gであった。分析の結果、エチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は76.8mol%、エチレングリコールジメタリルエーテルは収率13.4mol%であった(原料メタリルクロライド基準で算出)。また、残存水分量は1.16質量%であった。
(分離工程)
製造例13と同じ蒸留設備を用い、前工程で回収した反応液と洗浄液併せて1839.60gを蒸留塔ボトムに仕込み、エチレングリコールモノメタリルエーテルの精製を行った。蒸留の初期に、二層分離した還流液の油水分離によって水層24.30gを分取した。その後留出率3.2%までを初留分として還流比を20で抜出した後、還流比を10に変更して本留分の抜出しを行った。留出率15.7質量%となった時点から、(i)15分間全還流、(ii)還流槽の液3.3gを短時間で抜出し、からなる作業を38回繰り返した。その後留出率23.6%から32.8%までを高沸留分として還流比20で留出させ、塩を含有したエチレングリコール(純分として1083.69g)を蒸留残渣として回収した。上記蒸留操作により、エチレングリコールモノメタリルエーテルを主成分とする留分375.40gを得た。分析の結果、水分含有量は0.06質量%、エチレングリコールジメタリルエーテル含有量は0.29質量%であった。
2Lのフラスコにエチレングリコール310.35g(5.00mol)と48質量%水酸化ナトリウム水溶液420.83g(NaOH5.05mol)、メタリルクロライド459.64g(5.00mol)を仕込み、製造例13と同様にして反応を行った。分析の結果、反応終了時点でのエチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は24.6mol%、エチレングリコールジメタリルエーテルは収率26.8mol%であった(原料メタリルクロライド基準で算出)。
(第1反応工程・水分減量工程)
2Lのフラスコにエチレングリコール1501.96g(24.20mol)とフレーク水酸化ナトリウム205.08g(5.05mol)を仕込み、撹拌下、圧力20mmHgで温度を室温から125℃に変化させながら反応を行った。また、同時に単蒸留によって水を留出させ、留分131.31gを回収した。
(第2反応工程)
上記工程で得た水分減量組成液に、撹拌下、常圧、65〜70℃でメタリルクロライド452.80g(5.00mol)を3時間かけて滴下し、その後70℃で6時間反応させ、析出塩を含む反応混合物2014.11gを得た。
(固液分離工程)
前工程で得られたスラリーを濾紙(No.5B、4μm)を用いて濾別し、濾液1729.39gを得た。さらに、エチレングリコール100.62g(1.62mol)で濾紙上の固形物の洗浄を行い、得られた洗浄液121.29gと先の濾液と合わせて濾過液を得た。このとき分離回収した塩は259.53gであった。上記濾過液のガスクロマトグラフィーによる分析の結果、エチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は83.3mol%、エチレングリコールジメタリルエーテルは収率12.2mol%であった(原料メタリルクロライド基準で算出)。また、残存水分量をカールフィッシャー法によって分析してところ、0.10質量%であった。
(分離工程)
製造例13と同じ蒸留設備を用い、前工程で回収した反応液と洗浄液併せて1728.00gを蒸留塔ボトムに仕込み、エチレングリコールモノメタリルエーテルの精製を行った。蒸留の初期に、還流槽から水分濃縮液5.68gを分取した。その後留出率1.3%までを初留分として還流比を20で抜出した後、還流比を10に変更して本留分の抜出しを行った。その後留出率23.2%から29.1%までを高沸留分として還流比20で留出させ、塩を含有したエチレングリコール(純分として1153.31g)を蒸留残渣として回収した。上記蒸留操作により、エチレングリコールモノメタリルエーテルを主成分とする留分378.63gを得た。分析の結果、水分含有量は0.09質量%、エチレングリコールジメタリルエーテル含有量は0.36質量%であった。
第1反応工程で用いるエチレングリコールを1489.71g(24.00mol)、フレーク水酸化ナトリウムを123.20g(3.03mol)とし、第2反応工程で用いるメタリルクロライドを271.77g(3.00mol)とした以外は、製造例15と同様にして実験を行った。固液分離工程で得られた濾液と洗液、塩は其々1648.76g、123.84g、101.10gであった。濾過液を分析したところ、エチレングリコールモノメタリルエーテルの収率は89.0mol%、エチレングリコールジメタリルエーテルは収率7.2mol%であった(原料メタリルクロライド基準で算出)。また、残存水分量は0.10質量%であった。
Claims (7)
- 不飽和ポリアルキレングリコールエーテルと不飽和カルボン酸とを必須とする単量体成分を共重合してポリカルボン酸系共重合体を製造する方法であって、
該製造方法は、不飽和結合を有するハロゲン化物と(ポリ)アルキレングリコールとを反応させて不飽和(ポリ)アルキレングリコールエーテルを生成する工程1と、
不飽和(ポリ)アルキレングリコールエーテルにアルキレンオキシドを付加してポリアルキレンオキシド鎖を有する不飽和ポリアルキレングリコールエーテルを生成する工程2と、
ポリアルキレンオキシド鎖を有する不飽和ポリアルキレングリコールエーテルと不飽和カルボン酸とを共重合する工程3とを含むことを特徴とするポリカルボン酸系共重合体の製造方法。 - 前記製造方法は、工程1で得られた生成物を精製する精製工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のポリカルボン酸系共重合体の製造方法。
- 前記精製工程は、精製物の水分含有量が2質量%以下であることを特徴とする請求項2に記載のポリカルボン酸系共重合体の製造方法。
- 前記精製工程は、工程1で得られた生成物を蒸留することを特徴とする請求項2又は3に記載のポリカルボン酸系共重合体の製造方法。
- 前記工程2は、付加温度が80〜170℃の範囲であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポリカルボン酸系共重合体の製造方法。
- 前記不飽和結合を有するハロゲン化物は、炭素数2〜6のアルケニル基を有するハロゲン化物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のポリカルボン酸系共重合体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法で得られることを特徴とするポリカルボン酸系共重合体。
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