JP2015528793A - セメント組成物用の硬化促進剤組成物 - Google Patents

セメント組成物用の硬化促進剤組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液の存在下で実施される、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応による硬化促進剤組成物の製造方法であって、前記反応が、アパタイトの存在下で実施され、硬化促進剤中のリンに対するカルシウムのモル比が25/1〜400/1であることを特徴とする、前記方法に関する。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、硬化促進剤組成物の製造方法、本方法によって得られる硬化促進剤組成物、それらを建築材料混合物及び本方法によって得られる硬化促進剤組成物を含有する建築材料混合物に用いる使用に関する。
しばしば、それらの作業性、即ち、混練性、塗布性、噴霧性、圧送性又は流動性を向上させるために、混和剤を分散剤の形態で、粉状の無機物質又は有機物質の水性スラリー、例えば、粘土、ケイ酸塩粉末、チョーク、カーボンブラック、粉末岩及び水硬性結合剤に添加することが知られている。このような混和剤は、固体の凝集体を破壊し、形成された粒子を分散させ、この方法で流動性を向上させることが可能である。この効果は、特に、水硬性結合剤を含有する建築材料混合物、例えば、セメント、石灰、石膏、硫酸カルシウム半水和物(バサナイト)、無水硫酸カルシウム(硬石膏)、又は潜在水硬性結合剤、例えば、フライアッシュ、高炉スラグ又はポゾランの調製にも対象の方法で利用されている。
前記結合剤に基づくこれらの建築材料混合物をすぐに使用できる使用可能な形態に変換するために、原則として、その後の水和及び硬化プロセスに必要とされるよりも実質的に多くの混合水が要求されている。その後に蒸発する過剰な水によってコンクリート体に形成された細孔の割合は、著しく劣った機械的強度及び耐久性につながる。
所定の処理一貫性でこの過剰の水の割合を低減するために及び/又は所定の水/結合剤の割合で作業性を向上させるために、一般に減水剤組成物又は可塑剤と呼ばれる混和剤が使用されている。特に、酸モノマーとポリエーテルマクロモノマーとのフリーラジカル共重合によって調製されたコポリマーは、このような組成物として実際に使用されている。
更に、水硬性結合剤を含む建築材料混合物用の混和剤は、通常、水硬性結合剤の硬化時間を短縮する硬化促進剤も含有する。WO02/070425号によれば、特に分散された(細かく又は特に細かく分散された)形態で存在するケイ酸カルシウム水和物は、このような硬化促進剤として使用することができる。
WO2010/026155A1号では、ケイ酸カルシウム水和物の懸濁液が記載されており、これは水硬性結合剤用の可塑剤として好適な水溶性櫛型ポリマーを含有する水溶液の存在下で水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物とを反応させることによって製造される。前記特許出願の促進剤は、セメント組成物の硬化促進剤が、特に、コンクリートの28日の強度を低下させることなく、従来技術と比較して著しく改善されたので、コンクリート技術の分野での発展に寄与している。
WO2010/026155A1号における水硬性結合剤用の可塑剤として好適な水溶性櫛型ポリマーは、様々な種類の酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーを有する様々な化学物質を含む。WO2010/026155A1号に開示されたケイ酸カルシウム水和物の懸濁液は、硬化促進剤としてのそれらの活性に関して、特にそれらの投与効率に対して、未だ改善の可能性がある。これは特に、同じ促進効果を得るために又は同じ投与量での促進効果を向上させるために、硬化促進剤の投与量を削減可能であるべきであることを意味する。投与効率の増加の経済的利点は、製品のコストが減少し、促進剤の性能が向上され得るので明らかである。更に少ない在庫量が、硬化促進剤の生産、流通、貯蔵中に必要とされている。
従って、本発明の課題は、増加した投与量効率を有する改善された硬化促進剤として作用する組成物を提供することである。
本課題は、水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と、水溶性ケイ酸塩化合物との反応による、硬化促進剤組成物、好ましくはケイ酸カルシウム水和物を含有する硬化促進剤組成物の製造方法であって、前記水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応が、(A)櫛型ポリマー、(B)(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む重縮合物、(C)リグノスルホン酸塩及び/又は(D)β−ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物(BNS)の群から選択される、水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液の存在下で実施され、前記水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応がアパタイトの存在下で実施され且つ硬化促進剤中のリンに対するカルシウムのモル比が25/1〜400/1、好ましくは50/1〜400/1、更に好ましくは80/1〜400/1であることを特徴とする、前記製造方法によって達成される。硬化促進剤中のリンは、好ましくはアパタイトの形で含有される。
「(A)櫛型ポリマー、(B)(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む重縮合物、(C)リグノスルホン酸塩及び/又は(D)β−ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物(BNS)の群から選択される、水硬性結合剤に適した可塑剤」との用語は、「可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)」として本特許出願で略記されるべきである。
好ましくは、カルシウム化合物及びケイ酸塩化合物の溶解性は、20℃の温度及び標準圧力で水中で0.1g/lよりも高く、更に好ましくは1g/lよりも高い。原則的に、易水溶性の化合物(水中で完全に又はほぼ完全に溶解する)はいずれの場合も好ましいが、比較的難水溶性の化合物も、いずれの場合も水溶性カルシウム化合物及び水溶性ケイ酸塩化合物として適している。しかしながら、対応する反応物質(水溶性カルシウム化合物又は水溶性ケイ酸塩化合物のいずれか)との水性環境中での反応のために十分な反応性があることが保証されなければならない。水溶液中で水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との間に反応が起こると考えられる。反応生成物のケイ酸カルシウム水和物は、反応物及びケイ酸カルシウム水和物の沈殿物と比較して、水にあまり可溶性ではない。
本発明の文脈において、(A)櫛型ポリマーは、多かれ少なかれ規則的な間隔で直鎖状の主鎖上に比較的長い側鎖を有する(いずれの場合も少なくとも200g/モル、特に好ましくは少なくとも400g/モルの分子量を有する)ポリマーとして理解されるべきである。これらの側鎖の長さが頻繁にほぼ等しいが、(異なる長さの側鎖を有するポリエーテルマクロモノマーを重合単位の形態で組み込まれている場合など)にも互いに大きく異なっていてもよい。かかるポリマーは、例えば、酸モノマーとポリエーテルマクロモノマーとのラジカル重合によって得られる。ポリ(メタ)アクリル酸と、類似の(コ)ポリマー、例えば、好適なモノヒドロキシ官能性を有するアクリル酸/マレイン酸コポリマー、それぞれのモノアミノ官能性ポリアルキレングリコール、好ましくはアルキルポリエチレングリコールとのエステル化及び/又はアミド化は、かかる櫛型ポリマーへの代替経路である。ポリ(メタ)アクリル酸のエステル化及び/又はアミド化によって得られる櫛型ポリマーは、例えば、EP1138697B1号に記載されており、その開示は参照により援用されている。
好ましくは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって決定される水硬性結合剤用の可塑剤として適した水溶性櫛型ポリマー(A)の平均分子量Mは、5,000〜200,000g/モル、更に好ましくは10,000〜80,000g/モル、最も好ましくは20,000〜70,000g/モルである。ポリマーを、平均モル質量及び変換(カラムの組み合わせ:Shodex社(日本)製のOH−Pak SB−G、OH−Pak SB804HQ及びOH−Pak SB802.5HQ;溶離液:80体積%のHCONHの水溶液(0.05モル/l)及び20体積%のアセトニトリル;注入体積100μl;流量0.5ml/分)に関してサイズ排除クロマトグラフィーにより分析した。平均モル質量を決定するための較正を、直鎖状ポリ(エチレンオキシド)及びポリエチレングリコール標準を用いて行った。変換の尺度として、コポリマーのピークを相対的高さの1に標準化し、未変換マクロモノマー/PEG含有オリゴマーのピークの高さを、残留モノマーの含有量の尺度として使用する。
好ましくは、(A)水硬性結合剤用の可塑剤として好適な水溶性櫛型ポリマーは、工業標準規格EN934−2(2002年2月)の要求を満たす。
本発明による可塑剤は、(B)(I)ポリエーテル側鎖、好ましくはポリアルキレングリコール側鎖、更に好ましくはポリエチレングリコール側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はその塩を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む重縮合物であってもよい。
本実施態様による重縮合物は、セメント組成物中の流動化剤として有効であることが当該技術分野(US20080108732A1号)で公知である。US20080108732A1号は、従来から使用されている重縮合物と比較して改善された無機結合剤懸濁液の可塑化効果をもたらし且つこの効果を長期間にわたって維持する(「スランプ保持」)、少なくとも1つのオキシエチレン又はオキシプロピレン基を有する、芳香族環系に5〜10個の炭素原子を有する芳香族又はヘテロ芳香族化合物(A)と、ホルムアルデヒド、グリオキシル酸及びベンズアルデヒド又はその混合物からなる群から選択されるアルデヒド(C)に基づく重縮合物を記載している。特定の実施態様では、これらはリン酸化重縮合物であってもよい。
典型的には、重縮合物(B)は、(I)ポリエーテル側鎖、好ましくはポリアルキレングリコール側鎖、更に好ましくはポリエチレングリコール側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む。ポリエーテル側鎖、好ましくはポリエチレングリコール側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる構造単位は、アルコキシル化、好ましくはエトキシル化、ヒドロキシ官能化芳香族又はヘテロ芳香族の群から選択される(例えば、芳香族は、フェノキシエタノール、フェノキシプロパノール、2−アルコキシフェノキシエタノール、4−アルコキシフェノキシエタノール、2−アルキルフェノキシエタノール、4−アルキルフェノキシエタノール)及び/又はアルコキシル化、好ましくはエトキシル化、アミノ官能化芳香族又はヘテロ芳香族から選択され得る(例えば、芳香族はN,N−(ジヒドロキシエチル)アニリン、N−(ヒドロキシエチル)アニリン、N,N−(ジヒドロキシプロピル)アニリン、N−(ヒドロキシプロピル)アニリンから選択され得る)。更に好ましいのは、アルコキシル化フェノール誘導体(例えば、フェノキシエタノール又はフェノキシプロパノール)であり、最も好ましいのは、アルコキシル化フェノール誘導体、特に、300g/モル〜10,000g/モルの間の質量平均分子量を特徴とするエトキシル化フェノール誘導体(例えば、ポリエチレングリコールモノフェニルエーテル)である。
一般的に重縮合物は、好ましくは、(例えば、リン酸によるエステル化及び任意の塩基の添加によって)少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はリン酸エステル基の塩を有する、アルコキシル化ヒドロキシ官能性芳香族又はヘテロ芳香族(例えば、フェノキシエタノールホスフェート、ポリエチレングリコールモノフェニルエーテルホスフェート)及び/又はアルコキシル化アミノ官能化芳香族又はヘテロ芳香族(例えば、N,N−(ジヒドロキシエチル)アニリン二リン酸、N,N−(ジヒドロキシエチル)アニリンホスフェート、N−(ヒドロキシプロピル)アニリンホスフェート)の群から選択される、少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はリン酸エステル基の塩を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つのリン酸化構造単位(II)を含む。更に好ましいのは、少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はリン酸エステル基の塩を有するアルコキシル化フェノール(例えば、25未満のエチレングリコール単位を有するポリエチレングリコールモノフェニルエーテルホスフェート)であり、最も好ましいのは、200g/モル〜600g/モルの間の質量平均分子量を特徴とするそれぞれのアルコキシル化フェノール(例えば、フェノキシエタノールホスフェート、2〜10個のエチレングリコール単位を有するポリエチレングリコールモノフェニルエーテルホスフェート)であり、該アルコキシル化フェノールは(例えば、リン酸によるエステル化及び任意の塩基の添加により)少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はリン酸エステル基の塩を有する。
好ましいのは、重縮合物(B)において構造単位(I)及び(II)が、以下の一般式
Figure 2015528793
(式中、
Aは、同一又は異なり且つ5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物によって表され、好ましくは5〜10個の炭素原子は、芳香環又はヘテロ芳香環に含まれ、
Bは、同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
nは、BがNである場合、2であり、BがNH又はOである場合、1であり、
及びRは、互いに独立して、同一又は異なり且つ分枝鎖状又は直鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表され、
aは、同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
Xは、同一又は異なり且つ分枝鎖状又は直鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はH、好ましくはHによって表される)、
Figure 2015528793
(式中、
Dは、同一又は異なり且つ5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換ヘテロ芳香族化合物によって表され、好ましくは5〜10個の炭素原子は芳香環又はヘテロ芳香環に含まれ、
Eは、同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
mは、EがNである場合、2であり、EがNH又はOである場合、1であり、
及びRは、互いに独立して、同一又は異なり且つ分枝鎖状又は直鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表され、
bは、同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
Mは、互いに独立して、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン及び/又はHであり、aは1であるか又はアルカリ土類金属イオンの場合、1/2である)
によって表されることを特徴とする、方法である。
重縮合物の一般式(I)及び(II)中の基A及びDは、好ましくは、フェニル、2−ヒドロキシフェニル、3−ヒドロキシフェニル、4−ヒドロキシフェニル、2−メトキシフェニル、3−メトキシフェニル、4−メトキシフェニル、ナフチル、2−ヒドロキシナフチル、4−ヒドロキシナフチル、2−メトキシナフチル、4−メトキシナフチル、好ましくはフェニルによって表され、A及びDは互いに独立して選択され、また、いずれの場合も前記化合物の混合物からなることが可能である。基B及びEは、互いに独立して、好ましくはOによって表される。基R、R、R及びRは、互いに独立して選択されてよく、好ましくは、H、メチル、エチル又はフェニルによって表され、特に好ましくはH又はメチル、特に好ましくはHによって表される。
一般式(I)において、aは好ましくは1〜300の整数、特に3〜200、特に好ましくは5〜150の整数によって表され、一般式(II)において、bは1〜300、好ましくは1〜50、特に好ましくは1〜10の整数によって表される。その長さが、それぞれ、a及びbによって定義される、それぞれの基は、ここでは均一な構成単位から構成されてよいが、別の構成単位の混合物も適切であり得る。更に、一般式(I)又は(II)の基は、互いに独立して、同じ鎖長を有してよく、a及びbはそれぞれ数によって表される。しかしながら、原則として、これは、重縮合物中の構造単位の基がa及びbについて独立して異なる数値を有するように、それぞれの場合に異なる鎖長を有する混合物が存在する場合、好都合である。
しばしば、リン酸化重縮合物(B)は、5,000g/モル〜200,000g/モル、好ましくは10,000〜100,000g/モル、特に好ましくは15,000〜55,000g/モルの質量平均分子量を有する。
リン酸化重縮合物は、その塩の形態で、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、有機アンモニウム塩、アンモニウム塩及び/又はカルシウム塩として、好ましくはナトリウム塩及び/又はカルシウム塩としても存在し得る。
典型的には、構造単位のモル比(I):(II)は、1:10〜10:1、好ましくは1:8〜1:1である。比較的高い負電荷のポリマーが懸濁液の安定性に良い影響を与えるので、比較的高い割合の構造単位(II)を重縮合物中に有することが有利である。
好ましくは、重縮合物は、以下の式
Figure 2015528793
(式中、
Yは、互いに独立して、同一又は異なり且つ(I)、(II)、又は重縮合物の更なる成分によって表され、
は、同一又は異なり且つH、CH、COOH又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物、好ましくはHによって表され、
は、同一又は異なり且つH、CH、COOH又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物、好ましくはHによって表される)
によって表される更なる構造単位(III)を含む。
重縮合物は、通常、(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分(例えば、ポリ(エチレングリコール)モノフェニルエーテル)からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はリン酸エステル基の塩(例えば、フェノキシエタノールリン酸エステル)を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位が、(IIIa)ケト基を有するモノマーと反応する方法によって製造される。好ましくは、ケト基を有するモノマーは、一般式(IIIa)
Figure 2015528793
(式中、
は、同一又は異なり且つH、CH、COOH及び/又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物、好ましくはHによって表され、
は、同一又は異なり且つH、CH、COOH及び/又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物、好ましくはHによって表される)
によって表される。好ましくは、ケト基を有するモノマーは、ケトン類の群から選択され、好ましくはアルデヒド、最も好ましくはホルムアルデヒドである。一般式(IIIa)による化学物質の例は、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、グリオキシル酸及び/又はベンズアルデヒドである。ホルムアルデヒドが好ましい。
好ましくは、構造単位(III)におけるR及びRは、互いに独立して、同一又は異なり且つH、COOH及び/又はメチルによって表される。最も好ましくはHである。
好ましくは、構造単位のモル比[(I)+(II)]:(III)は、重縮合物において1:0.8〜3である。
好ましくは、重縮合は、酸性触媒の存在下で行われ、この触媒は、好ましくは、硫酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸又はこれらの混合物である。重縮合及びリン酸化は、有利には20〜150℃の間の温度及び1〜10バールの間の圧力で行われる。特に、80〜130℃の間の温度範囲は、適切であることが判明した。反応時間は、温度、使用されるモノマーの化学的性質及び所望の架橋度に応じて、0.1〜24時間の間であってよい。
縮合反応が、2つのオルト位とパラ位で生じ得るので、架橋は、好ましくは、構造単位I及び/又はIIのモノ置換モノマーが使用される場合に生じ得る。例えば、反応混合物の粘度の測定により、決定され得る、所望の程度の重縮合に達すると、反応混合物が冷却される。
反応混合物は、縮合及びリン酸化反応の終了後に8〜13の間のpH及び60〜130℃の間の温度で処理した後に熱に曝される。有利には5分〜5時間の間持続する、処理後に熱にさらした結果、アルデヒド含有量、特に反応液中のホルムアルデヒド含有量を相当に減少させることが可能である。あるいは、反応混合物を真空処理又は従来技術で公知の他の方法に供して(ホルム)アルデヒドの含有量を減少させることができる。
優れた貯蔵寿命及び優れた製品特性を得るために、塩基性化合物との反応溶液を処理することが有利である。従って、塩基性ナトリウム、カリウム、アンモニウム又はカルシウム化合物との反応の終了後に、反応混合物を反応させることが好ましいものと考えられるべきである。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム又は水酸化カルシウムは、本願明細書では特に好都合であることが判明し、これは反応混合物を中和するために好ましいと考えられる。しかしながら、他のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩及び有機アミンの塩も同様に、リン酸化重縮合物の塩として好適である。
リン酸化重縮合物の混合塩も、重縮合物と少なくとも2つの塩基性化合物との反応によって調製され得る。
使用される触媒も分離され得る。これは好都合なことに、中和の間に形成される塩を介して行われ得る。硫酸が触媒として使用され、反応溶液が水酸化カルシウムで処理される場合、形成された硫酸カルシウムは、例えば、濾過による単純な方法で分離され得る。
更には、反応溶液のpHを1.0〜4.0、特に1.5〜2.0のpHに調整することによって、リン酸化重縮合物は、相分離により水性塩溶液から分離されて単離され得る。リン酸化重縮合物は、次いで、所望量の水に取り込まれ得る。しかしながら、当業者に公知の他の方法、例えば、透析、限外ろ過又はイオン交換体の使用も、触媒の分離に適している。
(C)リグノスルホン酸塩は、紙の製造のためのセルロースの製造からの副生物である。リグノスルホン酸塩は、コンクリート及びモルタルなどのセメント製品のための可塑剤(減水剤)として良く知られている。通常、これらの製品は、セルロースの製造からの副生物であり且つ木材パルプ廃棄物から作られる。このプロセスでは、リグニンが、スルホン化プロセスによって水溶性になり、このように、あまり良好ではない水溶性セルロースから分離される。リグノスルホン酸塩は、通常、ナトリウム塩及び/又はカルシウム塩、又はさらにマグネシウム塩のようなそれらの塩の形態で存在する。製品は、特に、例えば、Borresperseの製品名で、ノルウェーの会社(ボレガードリグノテック(Borregaard LignoTech)社)から市場で提供されている。
(D)β−ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物(BNS)は、吸着プロセスから生じる静電反発によりセメント粒子を分散させるナフタレン−ホルムアルデヒドスルホネート(「NFS」)としても知られている。通常、可塑剤又は分散剤として好適なかかる重縮合物は、周囲圧力で及び100℃までの温度で、芳香族スルホン酸、好ましくはナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの反応によって調製される。ホルムアルデヒドとスルホン化ナフタレン成分との間の比は、通常、0.7から3.5まで、好ましくは0.8から1までである。セメント組成物用の可塑剤としてのBNSの調製及び使用は、当該技術分野でよく知られており、例えば、US−A−4725665号及びUS−A−3686133号に開示されている。
好ましくは、可塑剤(B)、(C)及び(D)も、工業規格EN934−2(2002年2月)の要求を満たす。可塑剤(A)、(B)、(C)及び(D)の混合物を使用するか又はそれぞれの可塑剤を単独で又は任意の組み合わせで使用することが可能である。
原則的に、促進剤は、無機成分及び有機成分を含有する。無機成分は、マグネシウム及びアルミニウムなどの外来イオンを含有し得る、改質された、微細に分散したケイ酸カルシウム水和物と見なされ得る。ケイ酸カルシウム水和物は、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)(有機成分)の存在下で調製される。好ましくは、ラジカル重合法により得られた櫛型ポリマー構造を有する可塑剤(A)が好ましい。本発明による方法は、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応が、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の存在に加えて、アパタイトの存在下で行われ、硬化促進剤中のリンに対するカルシウムのモル比が25/1〜400/1、好ましくは50/1〜400/1、更に好ましくは80/1〜400/1であることを特徴とする。通常、微細に分散した形でケイ酸カルシウム水和物を含有する懸濁液が得られ、その懸濁液は水硬性結合剤の硬化プロセスを効果的に促進する。
無機成分は、殆どの場合、以下の実験式によってその組成に関して記載され得る:
a CaO、SiO、b Al、c HO、d ZO、e WO
Zはアルカリ金属であり、
Wはアルカリ土類金属であり、好ましくは、Wはカルシウムとは異なるアルカリ土類金属であり、
0.1≦a≦2、好ましくは0.66≦a≦1.8
0≦b≦1、好ましくは0≦b≦0.1
1≦c≦6、好ましくは1≦c≦6.0
0≦d≦1、好ましくは0≦d≦0.4
0≦e≦2、好ましくは0≦e≦0.1。
好ましい実施態様では、水溶液は、ケイ酸塩及びカルシウムイオンに加えて、好ましくは溶解したアルミニウム塩及び/又は溶解したマグネシウム塩の形で提供される更に溶解したイオンも含有する。アルミニウム塩として、好ましくはアルミニウムハロゲン、硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及び/又は硫酸アルミニウムが使用され得る。アルミニウムハロゲンの群内で更に好ましいのは塩化アルミニウムである。マグネシウム塩は、好ましくは硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム及び/又は硫酸マグネシウムであってよい。
アルミニウム塩及びマグネシウム塩の利点は、ケイ酸カルシウム水和物の欠点が、カルシウム及びケイ素とは異なるイオンを導入することによって作り出され得ることである。これは改善された硬化促進効果につながる。好ましくは、カルシウム及びケイ素に対するアルミニウム及び/又はマグネシウムのモル比は小さい。更に好ましくは、モル比は、前の実験式で、a、b及びeの好ましい範囲(0.66≦a≦1.8;0≦b≦0.1;0≦e≦0.1)が満たされるように選択される。
典型的には、組成物、好ましくは水性硬化促進剤懸濁液中のケイ酸カルシウム水和物は、フォシャジャイト、ヒレブランダイト、ゾノトライト、ネコ石、単斜トベルモリー石、9Å−トバモライト(リバーサイドライト)、11Å−トバモライト、14Å−トバモライト(プロンビエル石)、ジェンニ石、メタジェンニ石、カルシウムコンドロダイト、アフィライト、α−CSH、デラ石、ジャフェ石、ローゼンハーン石(rosenhahnite)、キララ石及び/又はスオルン石(suolunite)である。
更に好ましくは、組成物中のケイ酸カルシウム水和物、好ましくは水性硬化促進剤懸濁液は、ゾノトライト、9Å−トバモライト(リバーサイドライト)、11Å−トバモライト、14Å−トバモライト(プロンビエル石)、ジェンニ石、メタジェンニ石、アフィライト及び/又はジャフェ石である。
本発明の好ましい実施態様では、組成物、好ましくは水性硬化促進剤懸濁液中のケイ酸カルシウム水和物中のケイ素に対するカルシウムのモル比は、0.6〜2、好ましくは0.8〜1.8、最も好ましくは1.0〜1.5である。
本発明の更に好ましい実施態様では、ケイ酸カルシウム水和物中の水に対するカルシウムのモル比は0.6〜6、好ましくは0.6〜4である。
効果促進剤組成物の製造プロセスの間のアパタイトの存在が、ケイ酸カルシウム水和物懸濁液の効果促進剤としての活性に関して有利であることが判明した。リン(アパタイトの形のリン)に対するカルシウムの比は好ましくは25/1〜400/1である。ごくわずかの量のアパタイトが、効率的な方法で硬化促進剤の効率を改善し得ることも判明した。
好ましくは、アパタイトは、以下の一般式Ca[X(PO](式中、XはOH、F、Cl及び/又はBrであり、好ましくは、XはOHである)による形で存在する。上記の一般式では、カルシウムイオンを、部分的にアルカリ金属イオン、特にナトリウムイオン、又はストロンチウムイオンで置き換えることが可能である。ホスフェートイオンは、部分的に硫酸イオンに置き換えることができる。前記カルシウム又はホスフェートイオンの置き換えは、好ましくは、それぞれ、合計カルシウムイオン含有量、合計ホスフェートイオン含有量の10モル%未満である。イオンの置き換えは、一般式中のアパタイトの得られる電荷が中性である一般則に従う。
ケイ酸カルシウム水和物の形成の間のアパタイトの存在が、特に小さなケイ酸カルシウム水和物の粒子の生産を促進し、これは硬化促進剤として特に有効であると考えられる。
好ましくは、本発明の方法のうちの1つによって得られる硬化促進剤組成物、好ましくは水性硬化促進剤懸濁液は、500nmよりも小さい、好ましくは300nmよりも小さい、更に好ましくは200nmよりも小さい粒子直径を有し、ケイ酸カルシウム水和物の粒径は、超遠心分析法によって測定される。
好ましくは、粒径の測定は、ベックマンコールターGmbH社製の超遠心分析機ベックマンモデルオプティマXLIによって25℃の温度で行われる。
Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology(アメリカンサイエンティフィック出版、2004年)のH. Coelfen、“Analytical Ultracentrifugation of Nanoparticles”、67〜88頁の記述によると、粒径分布は、次の章に記載されるような超遠心分析法によって測定される。測定のために、ベックマンコールターGmbH社(47807クレーフェルト)製の市販の超遠心分析機「ベックマンモデルオプティマXLI」が使用される。
試料を適切な濃度まで水で希釈する。この濃度は、典型的には、1〜40g/lの間の試料の固体含量である。好ましくは比較的高い希釈度が選択される。選択されるべき濃度は、好ましくは、分析されるべき試料中のケイ酸カルシウム水和物粒子の含有量に従って適合される。好適な範囲は、当業者によって容易に見出され、特に試料の透明度及び測定感度の要因によって決定される。典型的には、超遠心分離の回転速度は、毎分2,000〜20,000回転の範囲で選択される(図2の例において回転速度は毎分10,000回転であった)。回転速度は、特定の試料の必要性に従って選択することができ、高速の超遠心分離は、好ましくは比較的小さな粒子が含まれる時に選択され、逆の場合も同様である。ケイ酸カルシウム水和物粒子の沈降速度sは、25℃での干渉光学系を用いて測定され、適切な評価ソフトウェア、例えば、Sedfit(http://www.analyticalultracentrifugation.com/default.htm)によって干渉データから抽出される。
ストークスアインシュタインの式
Figure 2015528793
によれば、粒子の直径dは、測定された沈降速度sを用いて算出され得る。
ηは媒体の動的粘度であり、毎分5回の回転速度で主軸数1のブルックフィールドLVDV−I粘度計を用いて25℃で測定された。sは粒子の沈降速度である。
Δpはケイ酸カルシウム水和物粒子と媒体との間の25℃での密度の差である。ケイ酸カルシウム水和物粒子の密度は、文献データとの比較によれば、2.1g/cmであると推定される。媒体の密度は、1g/cmであると推定される(希釈された水溶液の場合)。粒径dの絶対値へのΔpの影響は小さいと仮定されるので、Δpの推定の影響も小さい。
好ましくは、本方法は、可塑剤又は水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液がアパタイトを含有することを特徴とする。ケイ酸カルシウムの形成は、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の存在下で行われなければならない。可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液中にアパタイトを有することが有利であると判明した。例えば、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)及びアパタイトを含有する水溶液に、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物の溶液を添加することが可能である。このように、ケイ酸カルシウム水和物は、アパタイト及び可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の存在下で形成される。
好ましいのは、アパタイトがヒドロキシアパタイトであるか又はヒドロキシアパタイトを含むことを特徴とする方法である。この場合、Xはアパタイトの一般式においてOHである。
好ましくは、アパタイトは、ハロゲンアパタイトであるか又はハロゲンアパタイトを含む。この場合、Xはアパタイトの一般式においてF、Cl及び/又はBrである。
好ましいのは、硬化促進剤組成物がケイ酸カルシウム水和物及びアパタイトを含有することを特徴とする方法である。本発明による方法の間に、ケイ酸カルシウム水和物が形成される。アパタイトは、ケイ酸カルシウム水和物の形成の異なる時点で、最も好ましくは最初の段階で添加することができる。
本方法は、好ましくは、硬化促進剤組成物中のリンに対するケイ素のモル比が10/1よりも高い、好ましくは50/1〜400/1、更に好ましくは80/1〜300/1であることを特徴とする。良好な促進効果が得られる。
好ましいのは、アパタイトを、ホスフェートイオンと水溶性カルシウム塩との間のインサイチュ反応で、好ましくは水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と水溶性ケイ酸塩化合物との反応の間に生成することを特徴とする、方法である。ケイ酸カルシウム水和物の形成のために本発明で使用されるカルシウム塩が、ホスフェートイオンと容易に反応してアパタイトになることが知られている。前記反応物が、好ましくはアルカリ反応条件下でホスフェートイオンを放出するので、ホスフェートイオンは、例えば、リン酸、リン酸二水素又はリン酸水素の形で添加することも可能である。従って、ホスフェートイオンを、好ましくはケイ酸カルシウム水和物の形成の初期段階の間に、反応混合物に添加することによってアパタイトを生成することが可能である。全てのケイ酸カルシウム水和物が反応した後の添加は、硬化促進効果を有意に改善しなかった。アパタイトが、ケイ酸カルシウム水和物の形成に影響を及ぼし、特に、アパタイトが存在する場合、ケイ酸カルシウム水和物の粒径が減少すると考えられる。アパタイトは、最初にケイ酸カルシウム水和物の形成のためにプレシードの一種として形成され得る。
好ましいのは、アパタイトを、水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と、水溶性ケイ酸塩化合物との反応の間に生成することを特徴とし、アパタイトを、10質量%の水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩が反応する前に、及び10質量%の水溶性ケイ酸塩化合物が反応する前に初期反応相中で生成することを特徴とする、方法である。この文脈において、初期反応相との用語は、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との間の反応を意味する。好ましくは、アパタイトは、10質量%の水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と10質量%の水溶性ケイ酸塩化合物が反応混合物に添加される前にインサイチュ反応で生成する。
好ましいのは、アパタイトを、10質量%の水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩が反応する前に、及び10質量%の水溶性ケイ酸塩化合物が反応する前に、(A)櫛型ポリマー、(B)(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む重縮合物、(C)リグノスルホン酸塩及び/又は(D)β−ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物(BNS)の群から選択される、水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液に添加することを特徴とする、方法である。好ましくは、アパタイトは予め製造されたアパタイトであり、これは、単離された後、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液に添加される場合、分離反応においてアパタイトが製造されたことを意味する。更に好ましくは、予め製造されたアパタイトは、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の存在下で生成する。
更に好ましくは、アパタイトは、水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と、水溶性ケイ酸塩化合物との反応が開始する前に添加される。このようにアパタイトは、特に有効なケイ酸カルシウム水和物の形成を促進するために利用可能である。
本発明のケイ酸カルシウム水和物の製造の異なる方法が存在する。アパタイトが、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液中に含有されることが好ましい。アパタイトは、例えば、カルシウム化合物の水溶液中に又はケイ酸塩化合物の水溶液中にも含有され得る。a)可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の溶液、b)水溶性カルシウム化合物の溶液又はc)水溶性ケイ酸塩化合物の溶液のうち少なくとも1つにおけるアパタイトの存在により、確実に、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応(ケイ酸カルシウム水和物の形成)が、アパタイトの存在下で行われる。重要なことは、前記ケイ酸カルシウム水和物の形成が、アパタイトと可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の存在下で行われることである。
可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の存在下でケイ酸カルシウム水和物を生成するために、以下の方法が可能である。
本発明の好ましい実施態様では、第1の工程で、好ましくは溶液として存在する混合物が得られるように、水溶性カルシウム化合物を、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液と混合し、それに、水溶性ケイ酸塩化合物をその後の第2工程で添加する。第2工程の水溶性ケイ酸塩化合物は、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)も含有し得る。アパタイトは、好ましくは、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液中に含有され得る。
水溶液は、水の他に、1種以上の更なる溶媒(例えば、エタノール及び/又はイソプロパノールなどのアルコール)も含有し得る。好ましくは、水及び更なる溶媒(例えば、アルコール)の合計に対する水以外の溶媒の質量比率は、20質量%まで、更に好ましくは10質量%未満、最も好ましくは5質量%未満である。しかしながら、最も好ましいのは、任意の溶媒を含まない水系である。
本方法が実施される温度範囲は特に限定されていない。しかしながら、一定の制限が系の物理的な状態によって課される。0〜100℃、更に好ましくは5〜80℃、最も好ましくは15〜35℃の範囲で作用することが好ましい。高温は、特に、粉砕処理が適用される時に達成され得る。これは80℃を超えないことが好ましい。また、本方法は、異なる圧力で、好ましくは1〜5バールの範囲で実施され得る。
pH値は、反応物(水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩)の量及び沈殿したケイ酸カルシウム水和物の溶解性に依存する。pH値は、合成の終了時に、8よりも高く、好ましくは8〜13.5の間の範囲であることが好ましい。
更に好ましい実施態様では、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液は、更に、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物をそれに溶解した成分として有する。これは、水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応が、ケイ酸カルシウム水和物を沈殿するために、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液の存在下で起こることを意味する。アパタイトは、好ましくは、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液中に含有され得る。
更に好ましい実施態様は、水溶性カルシウム化合物の溶液と水溶性ケイ酸塩化合物の溶液を、好ましくは、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液に別々に添加することを特徴とする。アパタイトは、好ましくは可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液中に含有され得る。本発明の態様がどのように実施されるかを例示するために、例えば、3種の溶液(水溶性カルシウム化合物の溶液(I)、水溶性ケイ酸塩化合物の溶液(II)、及び可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の溶液(III))を、別々に調製することができる。溶液(I)及び(II)は好ましくは別々に且つ同時に溶液(III)に添加される。この調製法の利点は、その良好な実用可能性の他に比較的小さな粒径が得られることである。
本発明の更に好ましい実施態様では、上記の現行の実施態様は、水溶性カルシウム化合物の溶液及び/又は水溶性ケイ酸塩化合物の溶液が、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する点で変更され得る。この場合、本方法は、前の実施態様に記載されたのと原則的に同じ方法で実施されるが、溶液(I)及び/又は溶液(II)は好ましくは可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)も含有する。この場合、当業者は、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)が、少なくとも2つ又は3つの溶液であるか又はこれらに分配されることを理解している。可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)の合計の1〜50%、好ましくは10〜25%がカルシウム化合物溶液(例えば、溶液(I))及び/又はケイ酸塩化合物溶液(例えば、溶液(II))に含有されることが有利である。この調製法は、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)が、水溶性カルシウム化合物の溶液及び/又は水溶性ケイ酸塩化合物の溶液中にも存在する利点を有する。
本発明の更に好ましい実施態様では、前の実施態様は、可塑剤(A)、(B)、(C)及び/又は(D)を含有する水溶液が、水溶性カルシウム化合物又は水溶性ケイ酸塩化合物を含有する点で変更され得る。
この場合、本方法は、原則的に、先の現行の実施態様に記載されたのと同じ方法で実施されるが、溶液(III)は水溶性カルシウム化合物又は水溶液ケイ酸塩化合物を含有する。この場合、当業者は、水溶性カルシウム化合物又は水溶性ケイ酸塩化合物が少なくとも2つの溶液に分配されることを理解している。
好ましくは、硬化促進剤組成物は、水硬性結合剤、好ましくはセメントに対して0.01〜10質量%、最も好ましくは0.1〜2質量%の固体含有率で投与される。固体含有率は、一定質量の試料に達するまで60℃のオーブン内で測定される。
しばしば、水溶性カルシウム化合物は、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、重炭酸カルシウム、臭化カルシウム、炭酸カルシウム、クエン酸カルシウム、塩素酸カルシウム、フッ化カルシウム、グルコン酸カルシウム、水酸化カルシウム、次亜塩素酸カルシウム、ヨウ素酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、乳酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸カルシウム半水和物、硫酸カルシウム二水和物、硫化カルシウム、酒石酸カルシウム、アルミン酸カルシウム、ケイ酸三カルシウム及び/又はケイ酸二カルシウムとして存在する。好ましくは、水溶性カルシウム化合物は、ケイ酸カルシウムではない。ケイ酸塩ケイ酸カルシウム、ケイ酸二カルシウム及び/又はケイ酸三カルシウムは、低溶解度(特に、ケイ酸カルシウムの場合)及び経済的理由(価格)(特にケイ酸二カルシウム及びケイ酸三カルシウムの場合)のためにあまり好ましくない。
水溶性カルシウム化合物は、好ましくはクエン酸カルシウム、酒石酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム及び/又は硫酸カルシウムとして存在する。これらのカルシウム化合物の利点は、それらの非腐食性である。クエン酸カルシウム及び/又は酒石酸カルシウムは、好ましくは、高濃度で使用される時にこれらのアニオンの可能な遅延効果のために他のカルシウム源と組み合わせて使用される。
好ましくは、カルシウム化合物は、塩化カルシウム及び/又は硝酸カルシウムとして存在する。これらのカルシウム化合物の利点は、それらの良好な水への溶解性、低価格及び良好な利用可能性である。
しばしば、水溶性ケイ酸塩化合物は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、水ガラス、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸三カルシウム、ケイ酸二カルシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸、メタケイ酸ナトリウム及び/又はメタケイ酸カリウムとして存在する。
水溶性ケイ酸塩化合物は好ましくはメタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム及び/又は水ガラスとして存在する。これらのケイ酸塩化合物の利点は、それらの極めて良好な水への溶解性である。
好ましくは、様々なタイプの種が、水溶性ケイ酸塩化合物として及び水溶性カルシウム化合物として使用される。
好ましいのは、水硬性結合剤に適した可塑剤が、(A)櫛型ポリマーの群から選択され且つ主鎖に、エーテル官能性及び酸官能性を有する側鎖を含むコポリマーとして存在することを特徴とする方法である。
好ましいのは、コポリマーの全構造単位の、全部で少なくとも45モル%、好ましくは少なくとも80モル%が、酸モノマー、好ましくは、カルボン酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの重合単位の形での導入によって生成するように、水硬性結合剤に適した可塑剤を、(A)櫛型ポリマーの群から選択し且つ酸モノマー、好ましくはカルボン酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの存在下でフリーラジカル重合によって製造することを特徴とする方法である。
酸モノマーは、フリーラジカル重合を可能にし、少なくとも1つの炭素二重結合を有し、少なくとも1つの酸官能基、好ましくはカルボン酸及び/又はリン酸エステル官能基を有し、且つ酸として水性媒体中で反応するモノマーを意味するものと理解されるべきである。更には、酸モノマーは、フリーラジカル重合を可能にし、少なくとも1つの炭素二重結合を有し、加水分解反応の結果として水性媒体中で、少なくとも1つの酸官能基、好ましくはカルボン酸官能基を形成し、酸として水性媒体(例えば:無水マレイン酸又は(メタ)アクリル酸の加水分解性エステル)中で反応するモノマーを意味するものと理解されるべきである。酸モノマーは、部分的に又は完全に中和された塩としての形(例えば、アルカリ(土類)金属塩、(有機)アンモニウム塩又はアルカノールアンモニウム塩の形)でも使用され得る。
本発明の文脈において、ポリエーテルマクロモノマーは、フリーラジカル共重合を可能にし、少なくとも1つの二重結合を有し、且つ少なくとも2つのエーテル酸素原子を有する化合物であるが、但し、コポリマー中に存在するポリエーテルマクロモノマー構造単位が、少なくとも2つのエーテル酸素原子、好ましくは少なくとも4つのエーテル酸素原子、更に好ましくは少なくとも8個のエーテル酸素原子、最も好ましくは少なくとも15個のエーテル酸素原子を有する側鎖を有することを条件とする。
酸モノマー又はポリエーテルマクロモノマーを構成しない構造単位は、例えば、スチレン及びスチレンの誘導体(例えば、メチル置換誘導体)、酢酸ビニル、ビニルピロリドン、ブタジエン、プロピオン酸ビニル、不飽和炭化水素、例えば、エチレン、プロピレン及び/又は(イソ)ブチレンであってよい。このリストは非網羅的な列挙である。好ましいのは、1個以下の炭素二重結合を有するモノマーである。
本発明の好ましい実施態様では、水硬性結合剤に適した可塑剤は、(A)櫛型ポリマーの群から選択され且つスチレン及びマレイン酸と単官能ポリアルキレングリコールとの半エステルのコポリマーである。好ましくは、かかるコポリマーは、第1の工程で、モノマーのスチレンと無水マレイン酸(又はマレイン酸)とのフリーラジカル重合によって製造され得る。第2の工程では、酸性基のエステル化を達成するために、ポリアルキレングリコール、好ましくはアルキルポリアルキレングリコール(好ましくはアルキルポリエチレングリコール、最も好ましくはメチルポリエチレングリコール)を、スチレンと無水マレイン酸とのコポリマーと反応させる。スチレンは、完全に又は部分的にスチレン誘導体、例えば、メチル置換誘導体によって置き換えることができる。この好ましい実施態様のコポリマーは、US5,158,996号に記載されており、その開示は本特許出願に援用されている。
しばしば、以下の一般式(Ia)、(Ib)、(Ic)及び/又は(Id)
Figure 2015528793
(式中、
はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CHCOOH又はCHCO−X−Rであり、XはNH−(C2n)又はO−(C2n)(式中、nは1、2、3又は4である)又は化学結合であり、窒素原子、酸素原子はそれぞれ、CO−基に結合し;
はOM、PO又はO−POであるが、但し、Xは、RがOMである場合、化学結合であり;
はPO又はO−POである)
Figure 2015528793
(式中、
はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
nは0、1、2、3又は4であり;
はPO又はO−POである)
Figure 2015528793
(式中、
はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
ZはO又はNRであり;
はH、(C2n)−OH、(C2n)−PO、(C2n)−OPO、(C)−PO又は(C)−OPOであり、且つ
nは1、2、3又は4である)
Figure 2015528793
(式中、
はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
QはNR又はOであり;
はH、(C2n)−OH、(C2n)−PO、(C2n)−OPO、(C)−PO又は(C)−OPOであり、
nは1、2、3又は4であり;
且つそれぞれのMは互いに独立してH又はカチオン等価物である)
による構造単位は、酸モノマーの重合単位の形での導入によってコポリマー中で生成する。
パラメータMのカチオン等価物は特に制限されない。カチオン等価物との用語は、式中のそれぞれのカチオンが、カチオンの電荷の数で割られることを意味する。例えば、アルカリ金属カチオン、(アルキル)アンモニウムカチオン及びアルカノールアンモニウムカチオンの場合、これは1で除算され、2価の電荷を有するカチオン(例えば、アルカリ土類カチオン)の場合、これは2で除算されて1/2アルカリ土類カチオンが得られ、3価荷電カチオン(例えば、Al3+)の場合、1/3Al3+が得られる。
Mは好ましくは、同じ又は異なり且つ互いに独立してアルカリ金属カチオン、(アルカリ)アンモニウムカチオン、アルカノールアンモニウムカチオン及び/又は1/2アルカリ土類金属カチオンである。
式(Ia)による一般構造が誘導され得るモノマーの例は、アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチルアクリレートリン酸エステル及び/又はヒドロキシエチルメタクリレートリン酸エステルである。上記のモノエステルのそれぞれのリン酸ジエステルも混合物に含有され得ることが可能である。
通常、以下の一般式(IIa)、(IIb)及び/又は(IIc)
Figure 2015528793
(式中、
10、R11及びR12は、いずれの場合も同一又は異なり且つ互いに独立してH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基によって表され;
Eは非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン又は1,4−フェニレンであり;
GはO、NH又はCO−NHであるか;又は
E及びGは一緒に化学結合を形成し;
AはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
nは0、1、2、3、4及び/又は5であり;
aは2〜350の整数であり;
13はH、分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CO−NH及び/又はCOCHである)
Figure 2015528793
(式中、
16、R17及びR18は、いずれの場合も同一又は異なり且つ互いに独立してH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基によって表され;
Eは分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン又は1,4−フェニレン又は化学結合であり;
AはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
nは0、1、2、3、4及び/又は5であり;
LはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
aは2〜350の整数であり;
dは1〜350の整数であり;
19はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
20はH又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基である)
Figure 2015528793
(式中、
21、R22及びR23は、いずれの場合も同一又は異なり且つ互いに独立してH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基によって表され;
WはO、NR25、Nであり、
Vは、WがO又はNR25の場合、1であり;VはWがNの場合、2であり;
AはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
aは2〜350の整数であり;
24はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基であり;
且つR25はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基である)
Figure 2015528793
(式中、
はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
QはNR10、N又はOであり;
Vは、QがO又はNR10の場合、1であり;Vは、QがNの場合、2であり;
10はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
AはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;且つ
aは2〜350の整数であり;
24はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基であり;Mは互いに独立してH又はカチオン等価物である)
による構造単位は、ポリエーテルマクロモノマーの重合単位の形での導入によってコポリマー中で生成する。カチオン等価物との用語は、上記のテキストと同じ意味を有する。
好ましくは、いずれの場合も4〜340の算術平均数のオキシアルキレン基を有するアルコキシル化イソプレノール及び/又はアルコキシル化ヒドロキシブチルビニルエーテル及び/又はアルコキシル化(メタ)アリルアルコール及び/又はビニル化メチルポリアルキレングリコールは、好ましくは、ポリエーテルマクロモノマーとして使用される。メタクリル酸、アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸のモノエステル又は複数のこれらの成分の混合物は、好ましくは、酸モノマーとして使用される。
式(IIa)による一般構造が誘導され得るモノマーの例は、ビニルオキシ−C〜C−アルキレン−ポリエチレングリコール、ビニルオキシ−C〜C−アルキレン−ポリエチレングリコール−C〜C−アルキルエーテル、アリルオキシ−ポリエチレングリコール、アリルオキシ−ポリエチレングリコール−C〜C−アルキルエーテル、メタリルオキシ−ポリエチレングリコール、メタリルオキシ−ポリエチレングリコール−C〜C−アルキルエーテル、イソプレニルオキシ−ポリエチレングリコール及び/又はイソプレニルオキシ−ポリエチレングリコール−C〜C−アルキルエーテルである。
式(IIc)による一般構造が誘導され得るモノマーの例は、C〜C−アルキル−ポリエチレングリコールアクリル酸エステル、ポリエチレングリコールアクリル酸エステル、C〜C−アルキル−ポリエチレングリコールメタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールメタクリル酸エステル、C〜C−アルキル−ポリエチレングリコールアクリル酸エステル、及び/又はポリエチレングリコールアクリル酸エステルである。
本発明の更なる実施態様では、反応は、500,000g/モルよりも高い、更に好ましくは1,000,000g/モルよりも高い平均分子量Mを有する多糖誘導体及び/又は(コ)ポリマー、非イオン性(メタ)アクリルアミドモノマーの誘導体及び/又はスルホン酸モノマー誘導体から誘導される(好ましくはフリーラジカル重合によって)誘導される構造単位を含む(コ)ポリマーの群から選択される、増粘剤ポリマーを含有する水溶液の存在下で完全に又は部分的に実施される。増粘剤ポリマーは、プロセスの開始時に、プロセスの間に又はプロセスの最後に添加することが可能である。例えば、これを櫛型ポリマーの水溶液に、カルシウム化合物及び/又はケイ酸塩化合物に添加することができる。増粘剤ポリマーは、カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩、最も好ましくは水溶性カルシウム塩と二酸化ケイ素含有成分との反応による硬化促進剤組成物の製造プロセスの間にも使用され得る。好ましくは、増粘剤ポリマーは、粒子が不安定化されるのを防ぎ且つ最良の安定性を維持するために、反応の終了時に(反応物質の添加の終了時に)添加される。増粘剤は、例えば、ケイ酸カルシウム水和物のセグリゲーション(アグリゲーション及び沈降)が防止され得る安定化機能を有する。好ましくは、増粘剤は、硬化促進剤懸濁液の質量に対して0.001〜10質量%、更に好ましくは0.001〜1質量%の投与量で使用される。
多糖誘導体として好ましいのは、セルロースエーテル、例えば、アルキルセルロース、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース及びメチルエチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、例えば、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)及びヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロース、アルキルヒドロキシアルキルセルロース、例えば、メチルヒドロキシエチルセルロース(MHEC)、メチルヒドロキシプロピルセルロース(MHPC)及びプロピルヒドロキシプロピルセルロースである。好ましいのは、セルロースエーテル誘導体メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)及びエチルヒドロキシエチルセルロース(EHEC)であり、特に好ましいのは、メチルヒドロキシエチルセルロース(MHEC)及びメチルヒドロキシプロピルセルロース(MHPC)である。いずれの場合もセルロースの適切なアルキル化又はアルコキシル化によって得られる、上記のセルロースエーテル誘導体は、好ましくは、非イオン性の構造体として存在するが、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)を使用することも可能である。更に、ヒドロキシプロピルデンプン、ヒドロキシエチルデンプン、及びメチル−ヒドロキシプロピルデンプンなどの非イオン性デンプンエーテル誘導体を使用することも好ましい。好ましいのは、ヒドロキシプロピルデンプンである。また、微生物によって製造された多糖類、例えば、ウエランガム及び/又はキサンタン及び天然に存在する多糖類、例えば、アルギン酸塩、カラゲナン及びガラクトマンナンも好ましい。これらは、藻類由来のアルギネート及びカラゲナンの場合、抽出プロセスによって適切な天然物から得ることができる。
500,000g/モルよりも高い、更に好ましくは1,000,000g/モルよりも高い質量平均分子量Mを有する増粘剤(コ)ポリマーを、非イオン性(メタ)アクリルアミドモノマー誘導体及び/又はスルホン酸モノマー誘導体から(好ましくは、フリーラジカル重合によって)製造することができる。それぞれのモノマーは、例えば、アクリルアミド、好ましくは、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド、N−ベンジルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルアクリルアミド及び/又はN−tert−ブチルアクリルアミド及び/又はスチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミドブタンスルホン酸、及び/又は2−アクリルアミド−2,4,4−トリメチルペンタンスルホン酸又は上記酸の塩の群から選択され得る。粘度増強剤が、50モル%を上回る、更に好ましくは70モル%を上回る、非イオン性(メタ)アクリルアミドモノマー誘導体及び/又はスルホン酸モノマー誘導体から誘導される構造単位を含むことが好ましい。好ましくは、コポリマー中に含まれている他の構造単位は、例えば、モノマーの(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸と分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜C10アルコールとのエステル、酢酸ビニル及び/又はプロピオン酸ビニルから誘導され得る。
本発明の更なる実施態様では、増粘剤ポリマーは、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、メチルヒドロキシエチルセルロース(MHEC)、メチルヒドロキシプロピルセルロース(MHPC)及び/又は500,000g/モルよりも高い、更に好ましくは1,000,000g/モルよりも高い平均分子量Mを有する(コ)ポリマー;アクリルアミド、好ましくはアクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−シクロヘキシルアクリルアミド、N−ベンジルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルアクリルアミド及び/又はN−tert−ブチルアクリルアミドの群から選択される非イオン性(メタ)アクリルアミドモノマー誘導体及び/又は2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミドブタンスルホン酸、及び/又は2−アクリルアミド−2,4,4−トリメチルペンタンスルホン酸の群から選択されるスルホン酸モノマー誘導体;又は上記の酸の塩から(好ましくはフリーラジカル重合によって)誘導される構造単位を含む(コ)ポリマーの群から選択される多糖誘導体である。
非イオン性(メタ)アクリルアミドモノマー誘導体の群のうち、好ましいのは、メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド及び/又はメタクリルアミドであり、特に好ましいのはアクリルアミドである。スルホン酸モノマーの群のうち、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)及びその塩が好ましい。増粘剤ポリマーは、プロセスの開始時に又は他の任意の時点で添加することができる。
本発明の更なる実施態様では、反応は、アルカノールアミン、好ましくはトリイソプロパノールアミン及び/又はテトラヒドロキシエチルエチレンジアミン(THEED)の群から選択される硬化促進剤を含有する水溶液の存在下で完全に又は部分的に実施される。好ましくは、アルカノールアミンが、水硬性結合剤、好ましくはセメントの質量に対して、0.01〜2.5質量%の用量で使用される。
相乗効果は、アミン、特にトリイソプロパノールアミン及びテトラヒドロキシエチルエチレンジアミンを使用する時に、水硬性結合剤系、特にセメント質系の早期強度発現に関して見出すことができた。好ましくは、アミンは反応の最後に添加される。
別の実施態様では、反応は、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、ホスホン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、エチレンジアミノテトラ(メチレンホスホン)酸、ジエチレントリアミノペンタ(メチレンホスホン)酸(いずれの場合もそれぞれの酸の塩を含む)、ピロリン酸、五ホウ酸塩、メタホウ塩及び/又は糖(例えば、グルコース、糖蜜)の群から選択された硬化遅延剤を含有する水溶液の存在下で完全に又は部分的に実施される。硬化遅延剤の添加の利点は、オープンタイムを制御することができ、特に必要であれば、延長できることである。「オープンタイム」との用語は、流動性が、水硬性結合剤混合物の適切な作業性及び配置を可能にするにはもはや十分ではないと考えられる時点までの、水硬性結合剤混合物の製造後の時間間隔として当業者によって理解されている。オープンタイムは、現場での特定の要件及び用途の種類に依存している。原則として、プレキャスト産業は30〜45分の間を必要とし、レディミックスコンクリート産業は約90分のオープンタイムを必要とする。好ましくは、硬化遅延剤は、水硬性結合剤、好ましくはセメントの質量に対して、0.01〜0.5質量%の用量で使用されている。遅延剤は、プロセスの開始時に又は任意の他の時間に添加され得る。
好ましいのは、硬化促進剤組成物が、
i)0.01〜75質量%、好ましくは0.01〜51質量%、最も好ましくは0.01〜15質量%のカルシウム、
ii)SiOとして計算されて0.01〜75質量%、好ましくは0.01〜55質量%、最も好ましくは0.01〜10質量%のケイ酸塩、
iii)0.001〜60質量%、好ましくは0.1〜30質量%、最も好ましくは0.1〜10質量%の、(A)、(B)、(C)及び/又は(D)から選択される水硬性結合剤に適した可塑剤、
iv)24〜99質量%、好ましくは50〜99質量%、最も好ましくは70〜99質量%の水及び
v)10−5〜2.5質量%、好ましくは10−5〜1.63質量%、更に好ましくは10−5〜0.5質量%のリン、好ましくはアパタイトの形のリン
を含有することを特徴とする方法である。
好ましいのは、硬化促進剤組成物が(ポルトランド)セメントを全く含有しないか又は硬化促進剤組成物の全質量に対して20質量%未満、更に好ましくは10質量%未満の(ポルトランド)セメントを含有することを特徴とする方法である。好ましくは、本方法は、(ポルトランド)セメントの不在下で実施され、得られた硬化促進剤は(ポルトランド)セメントを含有しない。好ましくは、硬化促進剤組成物の水/セメント比(W/C)は、1よりも高い、更に好ましくは2よりも高い、最も好ましくは10よりも高い。
好ましいのは、硬化促進剤組成物が、好ましくは噴霧乾燥法により乾燥される処理工程が後に続く、硬化促進剤組成物の製造方法である。
乾燥方法は特に限定されず、別の可能な乾燥方法は、例えば、流動床乾燥機の使用である。一般的に、水は、ごく少量の場合でも、望ましくない早期の水和プロセスのために、多くの結合剤、特にセメントにとって有害であることが知られている。通常、非常に低い含水率の粉末製品は、それらを(ポルトランド)セメント及び/又は他の結合剤、例えば、硫酸カルシウム半水和物(バサナイト)、無水硫酸カルシウム、スラグ、好ましくは粉砕高炉スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、メタカオリン、天然ポゾラン、仮焼オイルシェール、スルホアルミン酸カルシウムセメント及び/又はアルミン酸カルシウムセメント中に混合することが可能であるため、水性系と比較して有利である。
本発明は更に硬化促進剤組成物、好ましくは、上記のテキストに記載された方法のいずれかによって得られる、アパタイト及びケイ酸カルシウム水和物含有硬化促進剤組成物に関する。
組成物、好ましくは、水性硬化促進剤懸濁液は、通常、建設化学の分野で使用される任意の配合物成分、好ましくは、消泡剤、空気連行剤、遅延剤、収縮低減剤、再分散性粉末、他の硬化促進剤、凍結防止剤及び/又は抗白華薬も含有し得る。
本発明は、本発明の方法のいずれかによって得られる硬化促進剤組成物を、(ポルトランド)セメント、(ポルトランド)クリンカー、スラグ、好ましくは粉砕高炉スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、メタカオリン、天然ポゾラン、仮焼オイルシェール、カルシウムスルホアルミネートセメント及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建築材料混合物に、好ましくは水硬性結合剤として(ポルトランド)セメントを相当に含有する建築材料混合物に用いる使用を含む。好ましくは、硬化促進剤は、(ポルトランド)セメント、(ポルトランド)クリンカー、スラグ、好ましくは粉砕高炉スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、メタカオリン、天然ポゾラン、仮焼オイルシェール、カルシウムスルホアルミネートセメント及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建築材料混合物の硬化促進に、好ましくは(ポルトランド)セメントを水硬性結合剤として含有する建築材料混合物において使用される。
好ましいのは、前述の結合剤及びCaSOベースの結合剤、例えば、無水又は半水、好ましくは(ポルトランド)セメント及びCaSOベースの結合剤、例えば、無水又は半水を含有する結合剤混合物である。CaSOベースの結合剤の含有率は、結合剤組成物の95質量%以下であってよい。
本発明は、本発明の方法のいずれかによって得られる硬化促進剤組成物及び(ポルトランド)セメント、(ポルトランド)クリンカー、スラグ、好ましくは粉砕高炉スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、メタカオリン、天然ポゾラン、仮焼オイルシェール、カルシウムスルホアルミネートセメント及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建築材料混合物を含む。硬化促進剤組成物は、クリンカーの質量に対して、好ましくは0.05質量%〜5質量%の用量で建築材料混合物に含有される。
例示のために、建築材料混合物との用語は、乾燥又は水性形態で及び硬化又は塑性形態での混合物を意味し得る。乾燥建築材料混合物は、例えば、前記結合剤、好ましくは、本発明によるセメント及び硬化促進剤組成物(好ましくは粉末形態で)の混合物であってよい。混合物は、水溶液の形態で、通常、スラリー、ペースト、新鮮なモルタル又はフレッシュコンクリートの形態で、水を結合剤成分及び硬化促進剤組成物に添加することによって生成し、それらは次いでプラスチックから硬化状態に変換する。
図1は、セメントペーストの熱流発生を示す。
実施例
1.本発明による可塑剤
実施例では、通常、G.ACE30と略記される櫛型ポリマー(A)を使用した。この略記は、櫛型ポリマーGlenium(登録商標)ACE30を意味し、これはモノマーのマレイン酸、アクリル酸、ビニルオキシブチル−ポリエチレングリコール−5800(M=40,000g/モル(G.P.Cにより測定);試料の固体含有率は45質量%である)に基づく市販のポリカルボキシレートエーテル(BASFイタリアS.p.A.から入手可能な)である。
リン酸化重縮合物の製造(一般的な手順)
また、重縮合物(B)を使用した。重縮合物(B)を次の一般的な手順によって製造した:
加熱手段と撹拌機を備えた反応器に、構造単位(I)による化合物、例えば、ポリエチレングリコールモノフェニルエーテル(以下、PhPEGと呼ぶ)、構造単位(II)による化合物、例えば、ポリエチレングリコールモノフェニルエーテルホスフェート又はフェノキシエタノールホスフェート(以下、「ホスフェート」と呼ぶ)及びケトン化合物(IIIa)、例えば、ホルムアルデヒド(パラホルムアルデヒド並びに水性ホルムアルデヒド又はトリオキサンを使用した)を装入した。反応混合物を、通常、90℃〜120℃の間の温度に加熱し、重縮合を、酸触媒(通常、硫酸又はメタンスルホン酸)の添加によって開始する。通常、反応混合物を、所望の分子量範囲に達するまで1〜6時間撹拌する。重縮合物を、次いで水で希釈し、中和して25〜80質量%の固体含有率を有する溶液が得られた。
一般的な手順によるプロセスの詳細及びそれぞれのモノマーを表1にまとめる。この表において「ホスフェート」型Aはフェノキシエタノールホスフェートを意味し、Bは平均4〜5個のエチレングリコール単位を有するポリエチレングリコールモノフェニルエーテルホスフェートであり、Cは平均3〜4個のエチレングリコール単位を有するポリエチレングリコールモノフェニルエーテルホスフェートを意味する。ホルムアルデヒド源Fは30.5%のホルムアルデヒド水溶液であり、Pはパラホルムアルデヒドである。酸型Sは硫酸である。
Figure 2015528793
2.促進剤組成物の調製
第2表は、本発明によるC−S−H懸濁液の合成の詳細を示す。この表は、以下のルールに従って読むべきである。化学標識されたP1、P2、P3及びP4(カラムB、C、D、E)を、常にt=0(反応の開始)の時点で又はこれが規定時間に指定される時に反応器に添加する。化学標識されたS1、S2、S3及びS4(カラムF、G、H、I)を、一定の供給速度で合成の過程の間に供給する。カラムJ、K、L、Mでは、生成物S1、S2、S3、S4のそれぞれの供給が開始され、S1、S2、S3、S4の供給が持続される。合成の最後に1000gの硬化促進剤を得るために全ての量が与えられる。カラムNでは、S1(T1)及びS2(T2)が維持される温度が示され、カラムOでは、S3(T3)及びS4(T4)が維持される温度が示され、カラムPでは合成の間の反応器の温度が示される。全ての合成は、反応物の添加後に30分間更に撹拌される。
実施例Acc.23〜Acc.27では、塩化カルシウム、それぞれの臭化カルシウムを、t=0の時点で反応混合物に添加した。ハロゲン化物イオンの存在のために少なくとも部分的にハロゲンアパタイトが生成することが考えられる。
試料Acc.1(C)、Acc.13(C)及びAcc.15(C)は、試料Acc.1(C)及びAcc.13(C)がアパタイトなしで生成されるのに対して、Acc.15(C)の場合、アパタイトの添加は製造プロセスの最後であるような比較例である。
リン酸カルシウムもカルシウムイオンの源として試験した。水への非常に低い溶解性のために、硬化促進剤懸濁液は、幾分希釈された形態でのみ得られた。多量のホスフェートのために(ホスフェートに対するカルシウムのモル比は3/2である)、硬化促進剤効果は、かなり低いホスフェート含有率を有する本発明による硬化促進剤よりも劣っていた。
Figure 2015528793
Figure 2015528793
Figure 2015528793
Figure 2015528793
CN51は、Euroliquids社によって商業化された硝酸カルシウム水性懸濁液(51質量%の固体含有率)である。メッツォは、PQ社によって商業化されたメタケイ酸ナトリウム粉末(NaSiO、5HO)である。
試料Acc.5〜Acc.12及びAcc.14では、ヒドロキシアパタイトの様々な懸濁液(HAP−Nr.と標識、カラムC(P2))を予め製造し、次いで促進剤の合成に使用する。予め製造されたヒドロキシアパタイトを次いでt=0の時点で反応混合物に添加した(表2と比較のこと)。表2における硬化促進剤Aは、熱量計実験の結果であり且つその後のテキストに説明されている。
予め製造されたヒドロキシアパタイト合成の詳細を表3に見出した。全ての量を、最後(表3)に1000gの促進剤を得るために示す。全ての反応物と反応器自体の温度を20℃に制御する。P1、P2及びP3を反応器に前もって添加する。リン酸(S1)の添加後の撹拌時間は30分である。表3のS欄では、予め製造されたヒドロキシアパタイトの合成の終了とC−S−Hの合成での使用の間に経過した時間が明記されている。試料Acc.6及びAcc.11並びに試料Acc.9及びAcc.12の比較で結論づけることができるので、ヒドロキシアパタイトが新たに合成されることが好ましい。この効果は、ヒドロキシアパタイト結晶の経時的なオストワルド熱成に寄与する。
Figure 2015528793
熱量測定試験
ケイ酸カルシウム水和物懸濁液の促進剤としての効率を試験するために、熱量測定試験を行った。セメントの水和反応の間に放出される水和熱が、セメントペーストの機械的特性に直結していることが知られている(H.F:W.テイラー、セメント化学、第2版、1997年)。モルタルやコンクリートの機械的特性は、セメントマトリックス由来である(H.F:W.テイラー、セメント化学、第2版、1997年)。セメントの水和反応の間に放出される熱を監視することにより、このセメントで作られたモルタル又はコンクリートにおける機械的強度の発現に関する直接的な情報が得られる。全ての試験を0.5のW/C比で実施した。従って、50gのセメントと25gの蒸留水(この場合、分散した形(バッチ水)で促進剤を含有する)を、2分間、撹拌機を用いて混合した。次に、3gのセメントペーストを、プラスチックアンプルに添加して密封し、そして熱量計(TAM−AIR、TAインスツルメンツ)に挿入した。温度を20℃に制御する。ブランク比較の場合(促進剤を用いず)、促進剤懸濁液を、最初にバッチ水に分散させ、蒸留水とセメントのみを使用した。本研究では、有効含有率に関して表される、促進剤の用量は一定であり且つセメント質量による有効質量の0.35質量%に等しい。有効含有率は、促進剤組成物中のケイ酸カルシウム水和物の量であり且つ以下の方法で計算される。有効含有率は、合計固体質量(測定された固体含有率によって示される)から有機部分を引き、ナトリウムイオンを引き、硝酸イオンを引き、そしてホスフェートイオンを引くものと考えられる。有機部分、ナトリウムイオン、ホスフェートイオン及び硝酸イオンは、単純に合成から導かれる。以下に、熱量測定法を説明するための例を示す。
図1:セメントペーストの熱流発生
水和の間に放出される熱流を熱量測定により測定し、これはセメントの水和速度に比例する。従って、水和の促進を、熱流と時間との1次導関数によって記載することができる。硬化促進剤懸濁液の性能を、以下の比を用いて推定する:
Figure 2015528793
硬化促進剤組成物により提供される促進作用にとって特徴的な加速度値Aは、以下の第2表(最終欄)に列記されている。1の促進は、基準(促進剤添加剤なしのブランク)と比較して何らかの改善を与えるものではなく、2の促進は基準と比較して、最初の数時間で水和速度を倍にする。ケイ酸カルシウム水和物系の促進剤で促進された全熱量測定曲線の場合、時間スケールで左への変化が見られた。これは水和が基準よりも速く開始することを意味する。また、値A(水和促進)が、適切な促進パラメータと見なされ得ることを意味している。
Aの値から、促進値が基準と比較してかなり高いことが明らかになり、これはより良い投与効率をも意味する。これらの値は概して具体的な試験に対応する。

Claims (24)

  1. 水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と、水溶性ケイ酸塩化合物との反応による、硬化促進剤組成物、好ましくはケイ酸カルシウム水和物を含有する硬化促進剤組成物の製造方法であって、前記水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応が、(A)櫛型ポリマー、(B)(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む重縮合物、(C)リグノスルホン酸塩及び/又は(D)β−ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物(BNS)の群から選択される、水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液の存在下で実施され、前記水溶性カルシウム化合物と水溶性ケイ酸塩化合物との反応がアパタイトの存在下で実施され且つ硬化促進剤中のリンに対するカルシウムのモル比が25/1〜400/1であることを特徴とする、前記製造方法。
  2. 可塑剤又は水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液がアパタイトを含有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. アパタイトがヒドロキシアパタイトであるか又はヒドロキシアパタイトを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. アパタイトがハロゲンアパタイトであるか又はハロゲンアパタイトを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  5. 硬化促進剤組成物がケイ酸カルシウム水和物及びアパタイトを含有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 硬化促進剤組成物中のリンに対するケイ素のモル比が10/1よりも高い、好ましくは50/1〜400/1、更に好ましくは80/1〜300/1であることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. アパタイトが、ホスフェートイオンと水溶性カルシウム塩との間のインサイチュ反応で、好ましくは水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と水溶性ケイ酸塩化合物との反応の間に生成することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. アパタイトが、水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩と、水溶性ケイ酸塩化合物との反応の間に生成し且つアパタイトが、10質量%の水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩が反応する前に及び10質量%の水溶性ケイ酸塩化合物が反応する前に、初期反応相で生成することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  9. アパタイトを、10質量%の水溶性カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩が反応する前に及び10質量%の水溶性ケイ酸塩化合物が反応する前に、(A)櫛型ポリマー、(B)(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位及び(II)少なくとも1つのリン酸エステル基を有する芳香族又はヘテロ芳香族部分からなる少なくとも1つの構造単位を含む重縮合物、(C)リグノスルホン酸塩及び/又は(D)β−ナフタレンスルホネートホルムアルデヒド縮合物(BNS)の群から選択される、水硬性結合剤に適した可塑剤を含有する水溶液に添加することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  10. 水硬性結合剤に適した可塑剤が、(A)櫛型ポリマーの群から選択され且つ主鎖に、エーテル官能性及び酸官能性を有する側鎖を含むコポリマーとして存在することを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
  11. コポリマーの全構造単位の、全部で少なくとも45モル%、好ましくは少なくとも80モル%が、酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの重合単位の形での導入によって生成するように、水硬性結合剤に適した可塑剤を、(A)櫛型ポリマーの群から選択し且つ酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの存在下でフリーラジカル重合によって製造することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
  12. 以下の一般式(Ia)、(Ib)、(Ic)及び/又は(Id)
    Figure 2015528793
    (式中、
    はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CHCOOH又はCHCO−X−Rであり、
    XはNH−(C2n)又はO−(C2n)(式中、nは1、2、3又は4である)又は化学結合であり、窒素原子、酸素原子はそれぞれ、CO−基に結合し;
    はOM、PO又はO−POであるが、但し、Xは、RがOMである場合、化学結合であり;
    はPO又はO−POである)
    Figure 2015528793
    (式中、
    はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    nは0、1、2、3又は4であり;
    はPO又はO−POである)
    Figure 2015528793
    (式中、
    はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    ZはO又はNRであり;
    はH、(C2n)−OH、(C2n)−PO、(C2n)−OPO、(C)−PO又は(C)−OPOであり、且つ
    nは1、2、3又は4である)
    Figure 2015528793
    (式中、
    はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    QはNR又はOであり;
    はH、(C2n)−OH、(C2n)−PO、(C2n)−OPO、(C)−PO又は(C)−OPOであり、
    nは1、2、3又は4であり;
    且つそれぞれのMは互いに独立してH又はカチオン等価物である)
    の1つによる構造単位を、酸モノマーの重合単位の形での導入によってコポリマー中で生成することを特徴とする、請求項11に記載の方法。
  13. 以下の一般式(IIa)、(IIb)、(IIc)及び/又は(IId)
    Figure 2015528793
    (式中、
    10、R11及びR12は、いずれの場合も同一又は異なり且つ互いに独立してH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基によって表され;
    Eは非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン又は1,4−フェニレンであり;
    GはO、NH又はCO−NHであるか;又は
    E及びGは一緒に化学結合を形成し;
    AはC2x(式中、xは2、3、4又は5である)又はCHCH(C)であり;
    nは0、1、2、3、4及び/又は5であり;
    aは2〜350の整数であり;
    13はH、分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CO−NH及び/又はCOCHである)
    Figure 2015528793
    (式中、
    16、R17及びR18は、いずれの場合も同一又は異なり且つ互いに独立してH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基によって表され;
    Eは分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン又は1,4−フェニレン又は化学結合であり;
    AはC2x(式中、xは2、3、4又は5である)又はCHCH(C)であり;
    nは0、1、2、3、4及び/又は5であり;
    LはC2x(式中、xは2、3、4又は5である)又はCHCH(C)であり;
    aは2〜350の整数であり;
    dは1〜350の整数であり;
    19はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    20はH又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基である)
    Figure 2015528793
    (式中、
    21、R22及びR23は、いずれの場合も同一又は異なり且つ互いに独立してH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基によって表され;
    WはO、NR25、Nであり、
    Vは、WがO又はNR25の場合、1であり;VはWがNの場合、2であり;
    AはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
    aは2〜350の整数であり;
    24はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基であり;
    且つR25はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基である)
    Figure 2015528793
    (式中、
    はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    QはNR10、N又はOであり;
    Vは、QがO又はNR10の場合、1であり;Vは、QがNの場合、2であり;
    10はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    AはC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;且つ
    aは2〜350の整数であり、
    24はH又は分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基、好ましくはC〜Cアルキル基であり;
    Mは互いに独立してH又はカチオン等価物である)
    の1つによる構造単位を、ポリエーテルマクロモノマーの重合単位の形での導入によってコポリマー中で生成することを特徴とする、請求項11又は12に記載の方法。
  14. 重縮合物(B)において構造単位(I)及び(II)が、以下の一般式
    Figure 2015528793
    (式中、
    Aは、同一又は異なり且つ5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物によって表され、
    Bは、同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
    nは、BがNである場合、2であり、BがNH又はOである場合、1であり、
    及びRは、互いに独立して、同一又は異なり且つ分枝鎖状又は直鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表され、
    aは、同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
    Xは、同一又は異なり且つ分枝鎖状又は直鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表される)、
    Figure 2015528793
    (式中、
    Dは、同一又は異なり且つ5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換ヘテロ芳香族化合物によって表され、
    Eは、同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
    mは、EがNである場合、2であり、EがNH又はOである場合、1であり、
    及びRは、互いに独立して、同一又は異なり且つ分枝鎖状又は直鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表され、
    bは、同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
    Mは、互いに独立して、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン及び/又はHであり、
    aは1であるか又はアルカリ土類金属イオンの場合、1/2である)
    によって表されることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
  15. 構造単位のモル比(I):(II)が1:10〜10:1であることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
  16. 重縮合物が、以下の式
    Figure 2015528793
    (式中、
    Yは、互いに独立して、同一又は異なり且つ(I)、(II)、又は重縮合物の更なる成分によって表され、
    は、同一又は異なり且つH、CH、COOH又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物によって表され、
    は、同一又は異なり且つH、CH、COOH又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物によって表される)
    によって表される更なる構造単位(III)を含むことを特徴とする、請求項14又は15に記載の方法。
  17. 構造単位(III)におけるR及びRが、互いに独立して、同一又は異なり且つH、COOH及び/又はメチルによって表されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. 構造単位のモル比[(I)+(II)]:(III)が重縮合物において1:0.8〜3であることを特徴とする、請求項16又は17に記載の方法。
  19. 硬化促進剤組成物が、
    i)0.01〜75質量%、好ましくは0.01〜51質量%、最も好ましくは0.01〜15質量%のカルシウム、
    ii)SiOとして計算されて0.01〜75質量%、好ましくは0.01〜55質量%、最も好ましくは0.01〜10質量%のケイ酸塩、
    iii)0.001〜60質量%、好ましくは0.1〜30質量%、最も好ましくは0.1〜10質量%の、(A)、(B)、(C)及び/又は(D)から選択される水硬性結合剤に適した可塑剤、
    iv)24〜99質量%、好ましくは50〜99質量%、最も好ましくは70〜99質量%の水及び
    v)10−5〜2.5質量%、好ましくは10−5〜1.63質量%、更に好ましくは10−5〜0.5質量%のリン
    を含有することを特徴とする、請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法。
  20. 硬化促進剤組成物が(ポルトランド)セメントを全く含有しないか又は硬化促進剤組成物の全質量に対して20質量%未満の(ポルトランド)セメントを含有することを特徴とする、請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法。
  21. 硬化促進剤組成物が、好ましくは噴霧乾燥法により乾燥される処理工程が後に続く、請求項1から20までのいずれか1項に記載の方法。
  22. 請求項1から21までのいずれか1項に記載の方法によって得られる硬化促進剤組成物。
  23. 請求項22に記載の硬化促進剤組成物を、(ポルトランド)セメント、ポルトランドクリンカー、スラグ、好ましくは粉砕高炉スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、メタカオリン、天然ポゾラン、仮焼オイルシェール、カルシウムスルホアルミネートセメント及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建築材料混合物に、好ましくは水硬性結合剤として(ポルトランド)セメントを相当に含有する建築材料混合物に用いる使用。
  24. 請求項22に記載の硬化促進剤組成物及び(ポルトランド)セメント、ポルトランドクリンカー、スラグ、好ましくは粉砕高炉スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、メタカオリン、天然ポゾラン、仮焼オイルシェール、カルシウムスルホアルミネートセメント及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建築材料混合物。
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