JP2023514493A - 加工助剤、並びに骨材及び/又は粉末タイプの鉱物性物質を得る方法におけるそれらの使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、硬化したミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から、骨材及び/又は粉末タイプの鉱物性物質を得るための方法における加工助剤の使用に関するものであって、以下のものからなる群より選択される加工助剤の使用に関する:ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、1,3-プロパンジオール、カルボン酸、スルホネート化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、超吸水性ポリマー又は層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、ホスホネート、及びそれらの混合物。
Description
本発明は、硬化されたミネラルバインダー及び骨材を含む、特には建築物の解体瓦礫(demolition rubble)又は建築廃棄物(building waste)からなる出発物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法における、加工助剤の使用に関する。
今日までのところ、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質、たとえば、硬化されたコンクリート又はモルタルの大容積の投棄物が埋め立てられてきた。比較的にほんの少量が、建築産業におけるローテクの用途のための原料として、多少は再使用されているだけである。
さらには、現在の実施方法では、建築物の解体瓦礫、たとえばコンクリートを微粉砕し、その粗い画分のみが再利用され、それに対して細かい画分は、再利用したときにフレッシュな硬化させたコンクリートの性能を損なう可能性があるために、放棄されている。したがって、現在の実施方法は、極めて不完全なものと考えられ得る。
しかしながら、一般的には、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質には、原理的には、新しい建築物のために完全に再循環及び再利用することが可能な、かなりな量の有用な成分、たとえば骨材又はバインダー成分が含まれている。さらには、この数年の間に、ある特定の領域及び国では、新しい規制のために、廃棄物を投棄することが、かってない程に、高コスト且つ困難となってきた。ヨーロッパにおいては、たとえば、欧州ガイドライン(European Guideline)2009/98/CEでは、2020までに、不活性な建築物の解体廃棄物の少なくとも70重量%を再利用するようにと規定されている。したがって、近い将来、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質のリサイクルが、重要な課題となってくるであろう。
欧州特許第2 978 724号明細書には、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質から骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法が記載されている。その方法は、炭酸塩化及び微粉砕のステップが含まれている。しかしながら、この方法においては、粒子状物質の凝集又は物質のケーキングが起こり、その結果機械が閉塞するという問題が起きる可能性がある。さらには、そのような方法における処理量、したがってさらには、凝集されるか及び/又は粉末状の鉱物性物質の生産量が低下する可能性がある。最後に、そのような方法により得られた、骨材及び鉱物質の粉体は、最適化されたものではなく、水硬化性の組成物の中で使用するには、さらなる改良が可能である。
したがって、建造物の瓦礫又は建築廃棄物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法に適した加工助剤を提供する必要性が存在している。特には、それらの方法の全体としての効率を向上させる必要がある。さらには、水硬化性組成物における使用に特に関連して、得られる物質の性質を改良する目的で、建築物の解体又は建築廃棄物から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法で使用することが可能な、適切な加工助剤を提供する必要性も存在している。
本発明の目的は、これらの方法の全体としての効率を向上させる目的で、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法で使用するための加工助剤を提供することである。本発明のさらなる目的は、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質から、特には水硬化性組成物における使用に特に関連して、得られる物質の性質を改良することが可能な、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法に適した加工助剤を提供することである。
驚くべきことには、本特許請求項に記載の適切な加工助剤を使用することによって、それらの目的を達成することが可能であるということが見出された。
より具体的には、適切な加工助剤を使用することによって、本発明の際に必要とされるエネルギー入力を低減させることが可能となる。さらに、その解砕プロセスを短縮させることも可能である。本発明のプロセスの生産性を増大させることもまた可能である。それに加えて、得られる骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の粉末度及び粒子サイズ分布を最適化させることも可能である。
さらなる利点は、適切な加工助剤を使用することによって、そのプロセスの含水量を制御することが可能となるということである。
特に有利な点は、本発明の方法の際の、望ましくない粒子状物質の凝集が、回避されるか又はかなり低減されることである。このことにより、特に、粒子状物質によるケーキング、すなわちコーティングの形成が防止される。
適切な加工助剤を使用することによってさらに、本発明の方法における、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の中に追加の官能性が導入されるが、このことは、水硬性組成物において、特にはセメント結合された建築材料において、それを続けて使用するような場合には、有利となる。たとえば、得られる水硬性組成物の、自由流動性、硬化時間、強度の発現、及び表面性能を改良することができる。
本発明のさらなる態様が、さらなる独立請求項の主題である。本明細書の本文及び従属請求項を通して、特に好ましい実施態様を提示する。
硬化されたミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法には、以下の工程が含まれる:
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする;
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること。
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(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること。
本明細書の文脈においては、「出発物質(starting materials)」という表現は、硬化されたミネラルバインダー及び骨材を含むか、又はそれらからなる各種の物質を表す。より具体的には、その出発物質は、解体された建造物又は建築物に由来する、建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質からなっている。その出発物質が、建築物の解体操作、及び/又は埋立てサイトに由来していてもよい。硬化されたミネラルバインダー及び骨材と同様に、その出発物質の中には、さらなる物質、たとえば金属、プラスチック、及び/又は木材が存在していてもよい。しかしながら、その出発物質を処理する前に、そのような物質を少なくとも部分的に除去しておけば、有利となりうる。その出発物質が、硬化されたモルタル及び/又はコンクリートを含むか、又はそれらからなっているのが好ましい。
特には、処理される出発物質が、骨材の表面に結合された、硬化されたミネラルバインダーを含むか、又はそれからなっている。特には、その硬化されたミネラルバインダーが、少なくとも部分的には、その骨材を包み込むか、及び/又は複数の個々の骨材を互いに結合している。
一つの好ましい実施態様においては、その出発物質が、解砕プロセスすなわち工程(a)に先だって、微粉砕される。このことによって、出発物質の表面積が増大し、その結果、その解砕プロセスが改良される。
「硬化されたミネラルバインダー(hardened mineral binder)」という表現は、より具体的には、化学的水和反応(これにより、水和物が形成される)で硬化されたミネラルバインダーに関連している。その硬化されたミネラルバインダーが、少なくとも2日間、好ましくは少なくとも7日間、特には少なくとも28日間、又は少なくとも60日間かけて硬化されたものであるのが好ましい。
特には、その硬化されたミネラルバインダーが、硬化された水硬性バインダー、たとえば硬化されたセメント質のバインダーを含むか、又はそれらからなっている。
しかしながら、その硬化されたミネラルバインダーが、硬化された潜在的に水硬性及び/又はポゾラン性のバインダー物質を含むか、又はそれらからなっていてもよい。
「潜在的に水硬性及び/又はポゾラン性の(latently hydraulic and/or pozzolanic)バインダー」という表現は、特には、EN 206-1に記載の潜在的に水硬性及び/又はポゾラン性の特性を有する、タイプIIのコンクリート骨材を意味している。特には、その潜在的に水硬性又はポゾラン性のバインダーが、スラグ、フライアッシュ、シリカダスト、活性白土、及び/又は天然のポゾランを含むか、又はそれらからなっている。
特には、その硬化されたミネラルバインダーが、5~100重量%、特には50~100重量%、より好ましくは65~100重量%の範囲の、硬化された水硬性バインダーを含むか、又はそれらからなっている。
特には、その硬化されたミネラルバインダーが、5~95重量%の範囲の硬化された水硬性バインダー、並びに95~5重量%の範囲の硬化された潜在的に水硬性及び/又はポゾラン性のバインダーを含むか、又はそれらからなっている。好ましくは、その硬化されたミネラルバインダーが、30~90重量%の硬化された水硬性バインダー、並びに70~10重量%の硬化された潜在的に水硬性及び/又はポゾラン性のバインダーを含むか、又はそれらからなっている。
好ましい硬化されたミネラルバインダーは、標準EN 197に記載の、CEMタイプI、II、III、IV、又はV、特にはCEMタイプI又はIIの硬化されたセメント剤を含むか、又はそれらからなっている。しかしながら、その他のタイプのセメントが、存在していてもよい。
特には、その硬化された水硬性バインダーが、硬化されたセメントである。その潜在的に水硬性及び/又はポゾラン性のバインダーが、硬化されたスラグ及び/又はフライアッシュであれば、好ましい。極めて好ましい潜在的水硬性バインダーは、硬化されたスラグである。
「ロック骨材(rock aggregate)」という表現には、各種のタイプのモルタル及び/又はコンクリート骨材が包含される。より具体的には、ロック骨材は、2.2~3kg/dm3の密度を有している。ロック骨材としては、特には、石、砂利、砂、又はそれらの混合物が挙げられる。しかしながら、そのロック骨材が、軽量ロック骨材、特には膨張させたクレー若しくはポリスチレン、又は重量ロック骨材たとえばバライト、鉄鉱石などを含むか、又はそれらからなっていてもよい。
特には、骨材の粗粒サイズは、少なくとも0.125mm、又は少なくとも0.250mmである。ロック骨材の粗粒サイズが、125mm以下、又は32mm以下であるのが好ましい。特には、ロック骨材の粗粒サイズが、0.125~125mm、特には0.125~32mm、特には0.125~16mm、たとえば0.125~8mm、又は0.125~5mmである。
本明細書の文脈においては、粗粒サイズは、ふるい分析により、特には方形の開口を有するふるいで求める。特には、粗粒サイズは、対象としている粗粒又は粒子状物質が、やっと通過することが可能な、試験用ふるいの開口寸法で表される。
「炭酸塩化(carbonation)」という用語は、本明細書の文脈においては、ミネラルバインダー、特には硬化されたミネラルバインダーとCO2との反応のために使用される。たとえば、硬化されたCEM Iタイプのセメントは、周囲大気からのCO2と反応して、炭酸塩化される。これでは、特には、炭酸カルシウムが形成される。ミネラルバインダー、特には硬化されたミネラルバインダーの炭酸塩化の進行は、pHの低下から測定することができる。たとえば、コンクリートの炭酸塩化の進行は、コンクリートの表面に、フェノールフタレインのエタノール性溶液をスプレーすることにより、検出可能である。無色の領域は、炭酸塩化されたコンクリートを示し、紫色の領域は、炭酸塩化されていないコンクリートを示す。
より具体的には、「炭酸塩化」は、本明細書の文脈においては、二酸化炭素の取込みにより化合物が形成されること、すなわち、二酸化炭素と出発物質との化学反応を意味している。したがって、「炭酸塩化」は、特には、出発物質と二酸化炭素との反応を意味している。硬化されたミネラルバインダー、たとえばモルタル又はコンクリートの炭酸塩化は、自然な状態でも、ある程度は進行する。しかしながら、本明細書においては、「炭酸塩化」という用語は、炭酸塩化が、自然な過程に比較して、意図的に増進或いは加速されるような過程を意味している。これは、過剰な二酸化炭素を供給することにより、達成することができる。
たとえば、カルシウムの水和物、ケイ酸塩の水和物、及びアルミニウムの水和物から実質的になる水硬セメントの形態中の、硬化されたミネラルバインダーは、二酸化炭素と反応して、相当する炭酸塩を形成することができる。
原理的には、硬化されたミネラルバインダー又はバインダーマトリックスのミクロ構造が、炭酸塩化の速度、並びにセメント結合された物質の暴露された表面から、そのコアへの炭酸塩化の最前線の進行を決定する。
本発明のプロセスの狙いは、炭酸塩化によって、硬化されたミネラルバインダーを完全にブレークダウンすること、並びにさらには、特には摩耗又は解砕によって、炭酸塩化の最前線を除去することである。このことは、新規に暴露された表面の急速な再炭酸塩化をもたらす可能性がある。その処理は、硬化されたミネラルバインダーの、所望のレベルの除去(特には、実質的に完全な除去)が達成されるまで、繰り返しプロセスで、連続的に実施される。このことは、その硬化されたミネラルバインダーが、骨材の表面から、さらに除去されるということを意味している。特には、その硬化されたミネラルバインダーが、同時に、及び/又は連続的に炭酸塩化され、そしてそのロック骨材の表面から除去される。
炭酸塩化の進行は、たとえば、本発明のプロセスの際にCO2の分圧を測定することによって、実施することができる。CO2の分圧に低下があれば、炭酸塩化が起きている。解砕操作の間に、CO2の分圧のさらなる低下が起きていないようなら、実質的に完全な炭酸塩化が起きたと考えられる。別な方法として、たとえば、解砕操作の際にその混合物のpHを測定することによって、炭酸塩化の進行を推測することもまた可能である。解砕操作の際に、pHの低下が起きているようなら、炭酸塩化が進みつつある。解砕操作の間に、pHのさらなる低下が起きていないようなら、実質的に完全な炭酸塩化が起きたと考えられる。これは、典型的には、7~10、好ましくは7~9のpHでのケースである。
本発明のある特定の実施態様においては、本発明の方法には、解砕操作、特には摩砕条件下で、硬化されたミネラルバインダーを炭酸塩化し、そして骨材の表面から除去して、粉末状の解砕生成物を形成させる、出発物質を処理することからなる工程(a)が含まれるが、ここでその炭酸塩化は、その混合物のpHが、7~10、好ましくは7~9に達するまで続けられる。
その解砕プロセス、すなわち工程(a)は、摩砕条件下で実施するのが好ましい。これらは、出発物質及び各種のブレークダウンでの生成物が、密に接触しながら相互にぶつかり合う条件である。その結果、高い剪断力と摩擦とが生じる。これらのプロセスによって、最終的には、機械的な摩耗又は解砕を介して、硬化されたミネラルバインダー及び/又は炭酸塩化された物質が、骨材の表面から効果的に除去される。
特に、工程(a)において、硬化されたミネラルバインダー及び/又は炭酸塩化された物質が、機械的な摩耗及び/又は摩耗によって、そのロック骨材の表面から除去される。その物質は、特には、出発物質に作用する機械的な力によって除去される。その機械的な力が、高い摩擦、衝撃、及び摩耗、或いは、出発物質、又は硬化されたミネラルバインダー、及び/又は炭酸塩化された物質の摩耗をもたらす。
その機械的な力及び/又は摩耗は、その出発物質を運動させることによってもたらすことが可能である。これには、出発物質を、たとえば定義された容積の中に封じ込め、それを強制的に運動させることが含まれる。これによって、特には、高い剪断力及び摩耗又は解砕が誘導される。
その加工容積の中での、固体物質、特には出発物質及び/又は炭酸塩化された物質の密度は、約10~80容積%、特には15~75容積%、特には20~70容積%、より好ましくは30~65容積%、又は40~60容積%であるのが好ましい。「加工容積(processing volume)」という用語は、その中で、機械化学的プロセスが効果的に実施される容積を意味している。別の言い方をすれば、加工容積は、その中で、処理対象の物質、特には出発物質が、炭酸塩化、及び/又は、摩耗、及び/又は解砕にかけられる空間と定義される。
特には、処理対象の物質、特には出発物質が、上述の密度になるように、その加工容積に充填され、その物質の運動が、それらの粒子状物質の間の摩砕的接触をもたらすようにする。撹拌のため、及び/又は摩砕条件を作り出すためには、次のような撹拌機系を使用することが可能である:機械的ミキサー、回転ドラム、破砕機、エクストルーダー、超音波処理、振動、液体流動、又はそれらの組合せ。
特には、出発物質を撹拌することによって、硬化されたミネラルバインダー及び/又は炭酸塩化された物質の摩擦及び摩耗がもたらされる。それと引換に、これによって、炭酸塩化速度が高くなる。全体として、その撹拌及び/又は摩耗によって、改良された生産性、すなわち、その解砕プロセス全体のより高い効率がもたらされる。したがって、その解砕プロセスは、(i)化学的プロセス、すなわち、硬化されたミネラルバインダーを破壊する炭酸塩化、並びに(ii)骨材の表面からの、ブレークダウンされるか又は炭酸塩化された生成物の除去の組合せからなっている。これら二つのプロセスが、相乗的に作用して、その解砕プロセス全体をかなり加速する。
特には、所望のレベルの解砕が達成されるまで、すなわち実質的にクリーンな骨材が得られるまで、これら二つのプロセスが、同時、且つ繰り返して実施される。
具体的には、ブレークダウン物又は炭酸塩化生成物を骨材の表面から除去することによって、より下側の層の中に存在する未転換の硬化されたミネラルバインダーが段階的に暴露され、炭酸塩化プロセスで化学的転換をされることになる。化学的プロセスと機械的プロセスとの間のこの相互作用は、特に、極めて効果的であり、極めてクリーンな骨材が得られるようになる。
そのブレークダウンプロセスの結果として、ブレークダウンで生成した物は、ファイングレイン又は粉末状の生成物の形態にあり、その粗粒サイズは、数ナノメートル~数マイクロメートルの範囲にある。典型的には、その粉末状の微粉砕生成物の粗粒サイズは、0~0.250mm、又は0~0.125mmの範囲内である。この事実は、いくつかの利点を有している。第一には、これにより、ブレークダウンで生成した物をクリーンな骨材から分離することが容易となる。第二には、これは、そのファイングレインな微粉砕生成物を、さらなる機械的処理、たとえば粉砕を一切必要とせずに、たとえば、各種の産業用途のための充填剤として、又はセメント様の物質のための出発物質として使用することができるということを意味している。
この方法は、結合された化学的-機械的プロセスと見なすことが可能であり、分解速度の点に関して、及びクリーンな骨材と、解き放された硬化されたミネラルバインダーとの分離の点に関しての両方で、高い効率を有している。
特には、その出発物質は、水の存在下に処理される。その水は、たとえば、気体及び/又は液体の形態で存在させることができる。
出発物質の処理を、液体中、特には水性液体中、好ましくは水中で実施するのが好ましい。このことは、その出発物質を、少なくとも部分的に、特には完全に、その液体の中に浸漬させるということを意味している。
しかしながら、濡らした出発物質を用いるか、及び/又は湿潤条件下で、その処理を実施することもまた可能である。湿潤条件とは、特には、40~100%の相対空気湿度を意味していると理解されたい。
炭酸塩化は、特には、出発物質を二酸化炭素で処理することにより実施される。その二酸化炭素は、各種の産業プロセスの製品又は副生物であってよい。実質的に純粋な二酸化炭素を使用するのが好ましい。二酸化炭素の純度は、好ましくは1重量%より大、たとえば8重量%より大、好ましくは50重量%より大、特には95重量%より大、特には99重量%より大である。処理の効率に関して言えば、実質的に純粋な二酸化炭素が最も好ましい。
別な方法として、二酸化炭素と他の物質、たとえば水蒸気、窒素など、たとえば空気との混合物を使用することも可能である。そのような混合物には、特には、1重量%より大、たとえば、8重量%より大、好ましくは10重量%より大、より好ましくは50重量%より大、特には95重量%より大、特には99重量%より大の量でCO2を含んでいる。使用されるCO2濃度は、特には、通常の大気のCO2濃度よりも高い。
好ましい実施態様においては、炭酸塩化のために、産業プロセスからのオフガス、及び/又は二酸化炭素と他の物質との混合物を使用することも可能である。それらのオフガス又は混合物が、約5~25重量%のCO2、好ましくは8~20重量%のCO2又は10~15重量%のCO2を含んでいるのが有利である。
二酸化炭素は、気体、固体、又は液体の形態で添加することができる。
使用する二酸化炭素を、有機若しくは無機物質、特には炭酸塩をインシッツでブレークダウンさせたり、或いは一酸化炭素を酸化させたりして得ることも同様に可能である。好適な炭酸塩は、たとえば、炭酸塩、アルケンカーボネートなどである。
液体の中で、その液体の中に二酸化炭素を気体の形態で添加することによって、出発物質を炭酸塩化させるのが特に好ましい。この場合、その液体は、特には水性液体、好ましくは水である。その結果、二酸化炭素が、その水性液体又は水の中に溶解する。
その液体(特には水である)の中での、固体物質、特には出発物質及び/又は炭酸含有物質の比率は、好ましくは約10~80容積%、特には15~75容積%、特には20~70容積%、より好ましくは30~65容積%、又は40~60容積%である。出発物質に、そのような条件下で機械的な力を加えると、硬化されたミネラルバインダー及び/又は炭酸塩化された物質の効果的な摩耗又は解砕がもたらされる。別の言い方をすれば、そのような濃度が、高度に摩砕的な条件をもたらす。
対照的に、液体の中での固体の比率が10容積%未満であるような場合には、その機械的な力又は摩耗が、一般的には、はるかに低効率となり、その骨材の表面からの硬化されたミネラルバインダー及び/又は炭酸塩化された物質の除去が、困難、さらには不可能となる。このことは、特には、これらの条件下では、その液の中の固体が、骨材の表面から除去されることからは、遙かに遠い状態におかれているという事実に帰することができる。したがって、通常、その固体の粒子状物質の間では、いかなる機械的接触も、ほとんど起きない。
具体的には、その液体の中に二酸化炭素を気体の形態で導入し、それにより、気泡が形成される。その気泡が、炭酸塩化物又はブレークダウンで生成した物を骨材の表面から除くのに、役立っている。
二酸化炭素を用い、大気圧で、出発物質を処理するのが有利である。しかしながら、それよりも低圧或いは高圧もまた、可能である。
その処理に必要とされる二酸化炭素の量は、その出発物質の中での、硬化されたバインダーの比率に依存する。硬化されたバインダーが多いほど、多量の二酸化炭素が必要である。
具体的には、その処理は、-10~100℃の間、特には-5~75℃の間又は5~40℃の間の温度で実施される。しかしながら、その処理を、たとえば、湿潤条件下、100℃より高い温度で実施することも可能である。
具体的には、出発物質の処理は、新規な解砕物又は炭酸塩化生成物が形成されている間は、実施される。これが何を意味するかと言えば、より具体的には、顕著な量又は測定可能な量の新規な解砕物又は炭酸塩化生成物が形成されている間は、その処理を実施するということである。
より具体的には、工程(a)における処理は、その骨材に結合された、硬化されたミネラルバインダー、及び炭酸塩化された硬化されたミネラルバインダーの量が、骨材の合計重量を基準にして、0.0001~50重量%、特には0.001~25重量%、特には0.001~10重量%、好ましくは0.01~1重量%になるまで実施される。
具体的には、工程(a)における処理は、回収された処理したロック骨材の多孔度が、標準EN 1097-6に従って測定して、10容積%以下、特には5容積%以下、特には2容積%以下、好ましくは0.1~3容積%又は1~3容積%となるまで実施される。
具体的には、粉末状の鉱物性物質と処理した骨材とは、特徴的な粒径限界(characteristic grain size limit)のところで分けられる。分離サイズは、好ましくは0.06~1mm、特には0.1~0.5mmの間、好ましくは0.125mm又は0.250mmである。このことは、その粒径限界未満の粒子状物質は、粉末状の鉱物性物質として収集し、その一方で、その粒径限界より大きいサイズを有する粒子状物質は、骨材として収集するということを意味している。
その粉末状の鉱物性物質は、粉末状のブレークダウン生成物を含むか、又はそれからなる。場合によっては、その粉末状の鉱物性物質には、その粒径限界未満の粒径を有する小さな骨材、及び/又はその粒径限界未満の粒径を有する未処理の硬化したミネラルバインダーが含まれていてもよい。
その粉末状の鉱物性物質は、その処理した骨材から、特には、濾過法、篩別法、沈降法、密度分離法、及び/又は遠心分離法によって分離される。
その処理は、バッチプロセス、又は連続プロセスで実施することができる。
好ましい実施方法においては、出発物質を、たとえば、反応容器の中で、水性液体、たとえば水の中に、たとえば液体1リットルあたり0.5~5kgの出発物質の濃度で浸漬させ、撹拌条件下又は摩砕条件下で二酸化炭素を用いて処理することができる。二酸化炭素は、反応容器の中に、たとえば、二酸化炭素を気体の形態で水性液体の中に直接導入することを可能とする入口を経由して、導入することができる。そのようにすると、その気体状の二酸化炭素が、水中に溶解し、撹拌及び摩耗条件下で、硬化されたバインダーと反応して、ブレークダウンで生成した物又は粉末状の鉱物性物質が製造される。その反応容器は、撹拌されるか、及び/又は反応混合物を撹拌し、摩砕条件を作り出すための機械式撹拌機を備えているのが好ましい。その場合においては、粉末状の鉱物性物質が、特には、処理した骨材から濾過によって分離される。
好ましい実施態様においては、得られた粉末状の鉱物性物質及び/又は骨材を、分離の後で乾燥させる。特に、その処理が、湿潤条件下又は液体中で実施された場合には、この方法が推奨される。
これは、たとえば、オーブン中、特には、30~150℃、好ましくは80~130℃又は100~120℃の温度で実施することができる。さらなる選択肢としては、空気流、特には、たとえば30~150℃の温度を有する加熱空気流を用いた乾燥がある。これにより、粉末状の鉱物性物質及び/又は骨材が急速乾燥される。しかしながら、さらなる手段をとることなく、生成物を周囲条件下で、乾燥させることもまた可能である。これならば、追加のエネルギーを必要としない。
別な方法として、その粉末状の鉱物性物質を、安定な懸濁液として収集し、その形のまま使用するということも可能である。この場合もまた、追加のエネルギーを必要とせず、水の消費量を低減させることが可能である。
その処理を湿潤条件下又は液体中で実施し、その微細物質を液相から分離した場合には、その液相を、本発明によるさらなる処理のために、再利用/再循環することができる。
第一の態様においては、本発明は、硬化したミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法における、加工助剤の使用に関し、この方法には、以下の工程が含まれる:
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること。
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること。
本発明の文脈において使用することが可能な加工助剤は、以下のものからなる群より選択される:ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にはアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特には非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤(gemini surfactant)、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、ホスホネート、及びそれらの混合物。
本発明の一つの実施態様においては、使用される加工助剤が、有機アミン、特にはアルカノールアミンである。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、アルカノールアミンを含むか、又は実質的にそれらからなっている。好適な有機アミンは、たとえば米国特許出願公開第2009/0292041号明細書からも、当業者には自体公知である。本発明の文脈においては、アルカノールアミンが、特に好適である。好適なアルカノールアミンは、より好ましくは、以下のものを含む群から選択される:モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン(TEA)、ジエタノールイソプロパノールアミン(DEIPA)、エタノールジイソプロパノールアミン(EDIPA)、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン(TIPA)、N-メチルジイソプロパノールアミン(MDIPA)、N-メチルジエタノールアミン(MDEA)、テトラヒドロキシエチルエチレンジアミン(THEED)、及びテトラヒドロキシイソプロピルエチレンジアミン(THIPD)、並びにこれらアルカノールアミンの2種又はそれを超える混合物。これらのアルカノールアミンの塩を使用することも、同様に可能である。
好適な有機アミンはさらに、次の一般式のアミンであってもよい:
Re-NH-(AO)n-H
[式中、
Reは、1~6個の炭素原子を有する、直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基であり、
AOは、アルキレンオキシド単位、好ましくはエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド、より好ましくはエチレンオキシドであり、
n=1~55、好ましくは1~20である。]
Re-NH-(AO)n-H
[式中、
Reは、1~6個の炭素原子を有する、直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基であり、
AOは、アルキレンオキシド単位、好ましくはエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド、より好ましくはエチレンオキシドであり、
n=1~55、好ましくは1~20である。]
本発明の文脈において使用することが可能なさらなる有機アミンは、以下のものである:エチレンジアミン、ヘキシレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イソホロンジアミン、ポリアミノアルコールたとえば、アミノエチルエタノールアミン、テトラ(ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、ポリアミノカルボキシレートたとえば、イミノ二コハク酸、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミンコハク酸、又はポリアスパラギン酸。
本発明のまた別の実施態様においては、使用される加工助剤が、グリコール及び/又はグリセロールである。したがって、この実施態様においては、その加工助剤には、グリコール及び/又はグリセロールを含むか、又は実質的にそれらからなっている。
好適なグリコールの例としては、以下である:モノエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ポリエチレングリコール、特には6個又はそれを超えるエチレン単位を有する、たとえば、PEG200、ネオペンチルグリコール、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、及びポリプロピレングリコール。2種又はそれを超える異なるグリコールの混合物、及び少なくとも1種のグリコールとグリセロールとの混合物を使用することもまた可能である。
一つの実施態様においては、そのグリセロールが、バイオグリセロールと呼ばれているものであって、これは、再生可能な原料から製造することができる。
特には、グリコールとアルカノールアミンとの混合物を、加工助剤として使用することもまた可能である。この場合においては、それらを、本発明のプロセスに、別途に添加してもよい。別な方法として、予備混合物を製造し、使用することも可能である。そのような予備混合物を使用することは、使用量の間違いを避けるのに役立ち得る。
本発明のさらなる実施態様においては、リグノスルホネートが、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、リグノスルホネートを含むか、又は実質的にそれらからなっている。
「リグノスルホネート」という用語は、本明細書においては、リグノスルホネートアニオンと適切なカチオンとからなる塩を意味していて、特には、リグノスルホン酸ナトリウム(CAS No.8061-51-6)、リグノスルホン酸マグネシウム(CAS No.8061-54-9)、リグノスルホン酸カルシウム(CAS No.8061-52-7)といった物質が包含される。そのカチオンは、本発明における有効性に関しては、さほど重要ではない。
リグノスルホネートは、リグニンから製造されるが、リグニンはさらに、植物、特には木本中で形成される。
リグニンは、三次元の非晶質ポリマーであって、ほとんどのバイオポリマーとは対照的に、いかなる規則的な配列にある単位又は繰り返し単位も有していない。それが理由で、いかなる定義されたリグニン構造の特定も不可能である(ただし、「平均した」構造についての各種のモデルが、提案されてきた)。異なった分類群の植物からのリグニンの間で均一性がないこと、同様に、各種の異なった組織、細胞、及び細胞壁の間で均一性がないことは、当業者にはよく知られている。
リグノスルホネートは、セルロース製造の際に、リグニンのスルホン化及びあるレベルでの脱メチル化をもたらす亜硫酸の影響を受けて、副生物として生成する。リグニンと同様に、それらも、構造及び組成の点で、多様である。それらは、広いpH範囲で水に可溶性であるが、エタノール、アセトン、及びその他の標準的な有機溶媒には不溶である。
リグノスルホネートは、低い界面活性しか有していない。それらは、液体の間での界面張力を低下させる傾向が低く、水の表面張力を低下させたり、ミセルを形成させたりするには、適していない。それらは、吸着/脱着を介して分散剤として機能することができ、基材の上に電荷を形成させる。しかしながら、そのリグニン構造の中に長鎖のアルキルアミンを導入することによって、それらの界面活性を増大させることができる。
リグノスルホネートを単離し、精製する方法は、当業者には公知である。ハワード(Howard)法においては、亜硫酸パルプ廃液に石灰を過剰に添加することによって、リグノスルホン酸カルシウムを沈殿させる。リグノスルホネートはさらに、長鎖アミンを用いて、不溶性の第四級アンモニウム塩を形成させることによっても、単離することができる。工業的スケールでは、リグノスルホネートを精製するために、限外濾過及びイオン交換クロマトグラフィーを使用することも可能である。
本発明において使用することが可能な各種のリグノスルホネートが、たとえば以下のような、各種の商品名で市販されている:Ameri-Bond、Borresperse(Borregaard)、Dynasperse、Kelig、Lignosol、Marasperse、Norlig(Daishowa Chemicals)、Lignosite(Georgia Pacific)、Reax(MEAD Westvaco)、Wafolin、Wafex、Wargotan、Wanin、Wargonin(Holmens)、Vanillex(日本製紙)、Vanisperse、Vanicell、Ultrazine、Ufoxane(Borregaard)、Serla-Bondex、Serla-Con、Serla-Pon、Serla-Sol(Serlachius)、Collex、Zewa(Wadhof-Holmes)、Raylig(ITT Rayonier)。
言うまでもないことではあるが、異なったリグノスルホネートの混合物を使用することもまた可能であり、それに加えて、リグノスルホネートは、液体の形態又は固体の形態のいずれで存在させてもよい。
特には、本発明の方法において、リグノスルホネートを加工助剤として使用することによって、チャコールのフローティング(floating of charcoal)を抑制するために使用することが可能であるということが今や見出された。
本明細書における「チャコール(charcoal)」という用語は、蒸気質の(vaporous)炭素含有物質を不完全燃焼させるか、又は熱開裂させることにより形成される、炭素の形態を意味していると理解されたい。
リグノスルホネートは、注入可能な(pourable)組成物、たとえば粉体、又は液体組成物、たとえば水性組成物の形態をとることができる。
リグノスルホネートの量が、それぞれの場合において、その建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質の全質量を基準にして、0.001重量%~2.5重量%、特には0.005重量%~1.0重量%の間、好ましくは0.01重量%~0.5重量%の間であれば、好都合である。
本発明の特に好ましい実施態様においては、使用される加工助剤が、少なくとも1種の、ポリカルボキシレートエーテル及び/又はポリカルボキシレートエステル(PCE)である。したがって、この実施態様においては、その加工助剤は、少なくとも1種のPCEを含むか、又は実質的にそれらからなっている。
本発明のPCEには、以下のものが含まれる:
(i)一般構造式(I)の繰り返し単位A、
及び
(ii)一般構造式(II)の繰り返し単位B、
[式中、
それぞれのRuは、独立して、水素又はメチル基であり、
それぞれのRvは、独立して、水素又はCOOM(ここで、Mは、独立して、H、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属である)であり、
m=0、1、2又は3であり、
p=0又は1であり、
それぞれのR1は、独立して、-(CH2)z-[YO]n-R4(ここで、Yは、C2-~C4-アルキレンであり、R4は、H、C1-~C20-アルキル、-シクロヘキシル、-アルキルアリール、又は-N(-Ri)j-[(CH2)z-PO3M]3-jであり、z=0、1、2、3又は4であり、n=2~350であり、j=0、1、又は2であり、Riは、水素原子又は1~4個の炭素原子を有するアルキル基であり、かつMは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はアンモニウムイオンである)、
ここで、PCEの中の繰り返し単位A及びBは、10:90~90:10までの範囲内の、モル比A:Bを有している。]
(i)一般構造式(I)の繰り返し単位A、
(ii)一般構造式(II)の繰り返し単位B、
それぞれのRuは、独立して、水素又はメチル基であり、
それぞれのRvは、独立して、水素又はCOOM(ここで、Mは、独立して、H、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属である)であり、
m=0、1、2又は3であり、
p=0又は1であり、
それぞれのR1は、独立して、-(CH2)z-[YO]n-R4(ここで、Yは、C2-~C4-アルキレンであり、R4は、H、C1-~C20-アルキル、-シクロヘキシル、-アルキルアリール、又は-N(-Ri)j-[(CH2)z-PO3M]3-jであり、z=0、1、2、3又は4であり、n=2~350であり、j=0、1、又は2であり、Riは、水素原子又は1~4個の炭素原子を有するアルキル基であり、かつMは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はアンモニウムイオンである)、
ここで、PCEの中の繰り返し単位A及びBは、10:90~90:10までの範囲内の、モル比A:Bを有している。]
一つの好ましい実施態様においては、n=10~250、より好ましくは30~200、特に好ましくは35~200、特には40~110である。
さらに好ましい実施態様においては、z=0である。さらに好ましい実施態様においては、z=4である。
特に好ましい実施態様においては、そのPCEが、一般構造式(I)の繰り返し単位A及び一般構造式(II)の繰り返し単位Bを含み、A対Bのモル比が、20:80~80:20、より好ましくは30:70~80:20、特には35:65~75:25の範囲内である。
PCEが、1000~1,000,000、特に好ましくは1500~500,000、極めて特に好ましくは2000~100,000、特には3000~75,000、又は3000~50,000g/molの範囲の平均モル質量Mwを有しているのが好ましい。この場合、そのモル質量Mwは、標準としてポリエチレングリコール(PEG)を用いた、ゲル-浸透クロマトグラフィー(GPC)によって求める。この技術は、当業者には自体公知である。
本発明のPCEは、ランダムコポリマーであっても、或いは非ランダムコポリマーであってもよい。非ランダムコポリマーは、特には、交互コポリマー、又はブロック若しくはグラジエントコポリマー、又はそれらの混合物である。
ランダムコポリマーである本発明のPCEは、少なくとも1種の、一般構造式(Ia)のオレフィン性不飽和カルボン酸モノマーと、
少なくとも1種の、一般構造式(IIa)のオレフィン性不飽和モノマーとを含む混合物を、フリーラジカル重合させることによって、製造することができる。
[式中、Ru、Rv、m、p、及びR1は、上で定義されたものであり、そして波線で示されている結合は、cis及びtrans両方の二重結合異性体又はそれらの混合物を表している。]
フリーラジカル重合を実施するのに適した条件は、当業者には自体公知であり、たとえば、欧州特許第1 103 570号明細書(日本触媒)に記載されている。
非ランダムコポリマー、特にはブロック又はグラジエントコポリマーである本発明のPCEは、好ましくは、リビングフリーラジカル重合によって調製することができる。リビングフリーラジカル重合の技術としては、以下のものが挙げられる:ニトロキシド媒介重合(NMP)、原子移動ラジカル重合(ATRP)、及び可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)。リビングフリーラジカル重合は、実質的に、不可逆的連鎖移動反応又は停止反応なしで進行する。活性な鎖末端の数が少なく、重合の間、実質的に一定に保たれる。これは、たとえばRAFT重合の場合においては、RAFT剤及びほんの少量の重合開始剤を使用することによって、達成される。このことによって、実質的に同時に鎖を伸長させることが可能となり、それが、その重合プロセス全体で続く。このことが、ブロック又はグラジエントコポリマーを製造するために、このプロセスを使用するという選択肢を与え、ポリマー中で、狭い分子量分布、すなわち多分散性を与える。このことは、慣用される「フリーラジカル重合」又は非リビング方式で実施されるフリーラジカル重合の場合には、不可能である。本発明の非ランダムコポリマーが、RAFT重合により製造できれば、特に有利である。好ましいRAFT剤は、ジチオエステル、ジチオカルバメート、トリチオカーボネート、又はキサントゲン酸塩である。有利な重合開始剤は、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、α,α’-アゾジイソブチルアミジンジヒドロクロリド(AAPH)、又はアゾビスイソブチルアミジン(AIBA)である。
特に好ましい実施態様においては、そのフリーラジカル重合が、溶液重合として、特には水を含む溶媒中で実施される。純水の中で重合を実施するのが、極めて特に好ましい。本発明のPCEを製造するためのフリーラジカル重合を、存在しているモノマーの合計モル量を基準にして、それぞれの場合において、転化率が、少なくとも75%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、さらにより好ましくは少なくとも95%、特には少なくとも98%又はそれ以上になるまで実施するのが好ましい。
本発明のPCEを、ポリマー-類似(polymer-analogous)反応によって製造することもできる。具体的には、一般構造式(I)の繰り返し単位を含むホモポリマー又はコポリマーを、一般構造式(III)のポリアルキレングリコールを用いてエステル化することによって、本発明のPCEを製造することができる。
HO-R1 (III)
[式中、R1は、先に定義されたものである。]
HO-R1 (III)
[式中、R1は、先に定義されたものである。]
エステル化によって本発明のPCEを製造するのに適したプロセスは、当業者には自体公知であり、たとえば欧州特許第1138697号明細書(Sika AG)にも記載されている。
少なくとも1種の、一般構造式(Ia)のオレフィン性不飽和カルボン酸モノマー、及び少なくとも1種の、一般構造式(IIa)のオレフィン性不飽和マクロモノマーに加えて、本発明のPCEには、1種又は複数のさらなるモノマーMが含まれていてもよい。それらのさらなるモノマーMは、以下のものから選択することができる:スチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン、イソプレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリロニトリル、N-ビニルピロリドン、及び/又は(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル。
その1種又は複数のさらなるモノマーMのモル比が、それぞれの場合において、PCEを与えるすべてのモノマーを基準にして、66mol%以下、好ましくは50mol%以下、より好ましくは25mol%以下、特に好ましくは10mol%以下、特には5mol%以下であれば、好ましい。極めて特に好ましい実施態様においては、そのPCEが、さらなるモノマー単位Mを実質的に含まない。したがって、本発明のPCEは、繰り返し単位A及びBの、少なくとも34mol%、好ましくは少なくとも50mol%、より好ましくは少なくとも75mol%、特に好ましくは少なくとも90mol%、特には100mol%からなっている。
極めて特に好ましい実施態様においては、したがって、本発明のPCEは、以下のものからなっている:
(i)一般構造式(I)の繰り返し単位A、
及び
(ii)一般構造式(II)の繰り返し単位B、
[式中、
それぞれのRuは、独立して、水素又はメチル基であり、
それぞれのRvは、独立して、水素又はCOOM(ここで、Mは、独立して、H、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属である)であり、
m=0、1、2又は3であり、
p=0又は1であり、
それぞれのR1は、独立して、-(CH2)z-[YO]n-R4、
ここで、Yは、C2~C4アルキレンであり、R4は、H、C1~C20アルキル、シクロヘキシル、又はアルキルアリールであり、
z=0、1、2、3又は4であり、n=2~350であり、
ここで、PCEの中の繰り返し単位A及びBは、10:90~90:10までの範囲内の、モル比A:Bを有している。]
(i)一般構造式(I)の繰り返し単位A、
(ii)一般構造式(II)の繰り返し単位B、
それぞれのRuは、独立して、水素又はメチル基であり、
それぞれのRvは、独立して、水素又はCOOM(ここで、Mは、独立して、H、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属である)であり、
m=0、1、2又は3であり、
p=0又は1であり、
それぞれのR1は、独立して、-(CH2)z-[YO]n-R4、
ここで、Yは、C2~C4アルキレンであり、R4は、H、C1~C20アルキル、シクロヘキシル、又はアルキルアリールであり、
z=0、1、2、3又は4であり、n=2~350であり、
ここで、PCEの中の繰り返し単位A及びBは、10:90~90:10までの範囲内の、モル比A:Bを有している。]
本発明のPCEが、固体の形態、特には粉体の形態であってよい。別な方法として、本発明のPCEが液体の形態であってもよい。適切な液体の形態は、本発明のPCEの融解物であるか、又はPCEの水性組成物、たとえば水溶液又は水性分散体である。
水性組成物は、PCEの製造過程で水を添加するか、又は製造過程の後で、PCEを水とブレンドすることによって、製造される。
PCEの比率は、水性組成物の重量を基準にして、典型的には10重量%~90重量%、特には25重量%~50重量%である。
PCEのタイプに応じて、分散体又は溶液が形成される。溶液が好ましい。
その水性組成物には、さらなる成分が含まれていてもよい。それらの例としては、以下のものである:溶媒又はコンクリート技術において知られている添加剤、特には表面活性剤、耐熱及び耐光安定剤、染料、消泡剤、促進剤、抑制剤、腐食抑制剤、気泡形成剤。
本発明の一つの実施態様においては、1種のPCEが使用される。別な方法として、化学的に異なった複数のPCEの混合物を使用することも可能であり、いくつかの場合には好ましい。
一つの実施態様においては、液体中、特には水中で実施される本発明のプロセスにおいて、PCEが使用される。そのようなプロセスにおいて、PCEを添加しないと、解砕及び炭酸塩化の際に、懸濁液の増粘が観察されることが多い。そのようなプロセスにおいてPCEを使用することによって、この増粘を防止したり、顕著に抑制したりすることができる。
さらなる実施態様においては、PCEを、少なくとも1種のさらなる加工助剤と組み合わせて使用する。特に好ましい、さらなる加工助剤としては、以下のものである:グリコール、有機アミン、特にはアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特には非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、ソルビトール、サッカライド、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、ホスホネート。
グリコール、有機アミン、特にはアルカノールアミン、及びリグノスルホネートについては、先に定義されている。
カルボン酸は、好ましくは、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、クエン酸、又は酒石酸から選択される。
アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩は、好ましくは、以下のものから選択される:アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の亜硝酸塩、及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属のチオシアネート。アルカリ金属及びアルカリ土類金属のハロゲン化物の例は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩化物、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の臭化物、並びにアルカリ金属及びアルカリ土類金属のヨウ化物である。これらの塩に好適なアルカリ金属及びアルカリ土類金属は、Li、Na、K、Mg、及びCaである。具体例は、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、チオシアン酸ナトリウム、及び炭酸ナトリウムである。
ホウ酸及びそれらの塩、リン酸の塩、サッカライド、ソルビトール、及びグルコネートもまた、抑制剤として知られている。そのサッカライドすなわち炭水化物は、多糖、及びオリゴサッカライドすなわち糖である。グルコネートの一例が、グルコン酸ナトリウムである。
硫酸鉄、硫酸スズ、及びアンチモン塩もまた、セメントの中でのクロム酸塩(VI)-還元物質としても知られている。
PCEが、少なくとも1種のさらなる加工助剤との組合せで使用され場合、異なった加工助剤を、それぞれ別々に添加することが可能である。別な方法として、それら異なった加工助剤の予備混合物を、製造しておいて添加することも可能である。このようにすれば、使用量の間違いを最小限に留めることができる。特に好ましい実施態様においては、その少なくとも1種の加工助剤を、先に説明したようにして、水性のPCE組成物に添加する。そのようにして使用されるのは、少なくとも1種のPCE、及び1種又は複数のさらなる加工助剤を含む、水性組成物である。
その使用量は、その少なくとも1種のPCEが、使用された建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物質を基準にして、0.001~2.5重量%、特には0.005重量%~1.0重量%の間、好ましくは0.01重量%~0.5重量%の間のレベルで存在するように実施されるのが好ましい。
それに加えて、その少なくとも1種のPCEが、少なくとも1種の添加剤、たとえば粉砕添加剤、コンクリート添加剤、及び/又はモルタル添加剤を含む組成物の形態で使用されれば、有利となりうる。その少なくとも1種の添加剤は、特には、以下のものからなる群より選択される:可塑剤(PCEとは異なるもの)、研磨助剤、クロム抑制剤、消泡剤、染料、顔料、保存剤、抑制剤、促進剤、気泡形成剤、収縮抑制剤、腐食抑制剤、又はそれらの混合物。
そのような組成物には、以下のものを含むか、又は好ましくはそれらからなっている:
(a)5重量%~99重量%、好ましくは5重量%~50重量%、さらに好ましくは5重量%~30重量%の、PCE;
(b)1重量%~80重量%、好ましくは5重量%~60重量%、さらに好ましくは5重量%~30重量%の、少なくとも1種のさらなる加工助剤;
(c)0重量%~90重量%、特には1重量%~20重量%の、少なくとも1種のさらなる添加剤;
(d)0重量%~90重量%、特には10重量%~60重量%の、水、
(それぞれ、組成物の合計重量を基準とする)。
(a)5重量%~99重量%、好ましくは5重量%~50重量%、さらに好ましくは5重量%~30重量%の、PCE;
(b)1重量%~80重量%、好ましくは5重量%~60重量%、さらに好ましくは5重量%~30重量%の、少なくとも1種のさらなる加工助剤;
(c)0重量%~90重量%、特には1重量%~20重量%の、少なくとも1種のさらなる添加剤;
(d)0重量%~90重量%、特には10重量%~60重量%の、水、
(それぞれ、組成物の合計重量を基準とする)。
特には、組成物の中で、ポリアルキレングリコールを含む少なくとも1種のPCEを使用するのが、有利となりうる。この場合、そのポリアルキレングリコールは、一般式(III)の化合物であるか、又はその中でp=0である、一般式(II)の化合物である。そのポリアルキレングリコールが、1000~50,000g/mol、好ましくは4000~6000g/molのモル質量Mwを有しているのが好ましい。特に好ましい実施態様においては、そのポリアルキレングリコールが、ポリエチレングリコール(PEG)、メトキシポリエチレングリコール(MPEG)、又はポリプロピレングリコール(PPG)である。特に好ましいのは、ポリエチレングリコール(PEG)又はメトキシポリエチレングリコール(MPEG)である。そのような混合物は、水硬化性組成物の加工時間を延ばし、流動特性を改良するのに、特に適している。
本発明のさらなる実施態様においては、少なくとも1種の界面活性剤が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤は、少なくとも1種の界面活性剤を含むか、又は実質的にそれらからなっている。
界面活性剤は、当業者には十分に自体公知であり、たとえば、「Surfactants and Polymers in aqueous solutions」(Wiley-VCH,K.Holmberg et al,2nd edition,2007)に、まとめられている。界面活性剤は、非イオン性界面活性剤、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、又は両性イオン界面活性剤であってよい。非イオン性界面活性剤を使用するのが特に有利となりうるが、その理由は、それらが、セメント相での吸収性が低いからである。セメント相での吸収性が低いそのような非イオン性界面活性剤は、特定の用途では、特に好ましい。別な方法として、カチオン性、アニオン性、又は両性イオン性の界面活性剤を使用することも可能である。
本発明の文脈において好適な界面活性剤は、たとえば、脂質たとえば、コラート、グリココラート、脂肪酸塩、グリセリド、糖脂質、及びリン脂質である。これらは、天然由来であっても、或いは合成品であってもよい。非イオン性脂質が、特に好ましい実施態様である。
好適なアニオン界面活性剤としては、特には、以下のものである:アルキルエーテルカルボキシレート、アルキルスルフェート、アルキルエーテルスルフェート、アルキルエーテルスルフェート、アルキルスルホサクシネート、アルキルホスフェート、アルキルエーテルホスホネート、及びアルキルベンゼンスルホネート。
好適な非イオン性界面活性剤としては、特には、以下のものである:脂肪酸アルコキシレート、アルコキシル化アルコール、特には脂肪酸アルコールアルコキシレート、並びにグリセロール及びペンタエリスリトールのアルコキシレート、アルキルフェノールアルコキシレート、アルコキシル化多糖、アルコキシル化重縮合物、脂肪酸アミドアルコキシレート、脂肪酸のエステル、特にはメタノール、ソルビタン、グリセロール、又はペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、6~20個の炭素原子からなるアルキル基を有するアルコキシル化アルキルアミン、アルキルグリコシド、アルキルグルカミド、脂肪酸と糖とのエステル、及びアルコキシル化ソルビタン、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとのコポリマー、ラウリルエーテルスルホネート、ナフタレンスルホネート、疎水化デンプン、疎水化セルロース、及びシロキサン-ベースの界面活性剤。この関連で好ましいアルコキシレートは、特に、エトキシレートである。
好適なカチオン界面活性剤には、特に、アンモニウム基又は四級窒素原子を含み、さらに、少なくとも1種の長鎖アルキル基を有している。カチオン界面活性剤の例は、ベタイン、アミドベタイン、イミダゾリン、及びアミンN-オキシドである。
極めて特に好ましい実施態様においては、少なくとも1種の界面活性剤が、少なくとも1種のさらなる加工助剤、特には少なくとも1種のPCE、リグノスルホネート、アルカノールアミン、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、又は水吸収剤と組み合わせて使用される。
本発明の文脈において極めて特に好ましい非イオン性界面活性剤は、一般式(IV)の化合物である:
[式中、
R’は、3~38個の炭素原子、好ましくは5~17個の炭素原子を有する、a’価で、直鎖状又は分岐状で、飽和又はモノ-若しくはポリ-不飽和の、脂肪族、脂環族又は芳香族のヒドロカルビル基であるが、ここで
そのヒドロカルビル鎖は、直鎖状のヒドロカルビル鎖の場合においては好ましくは末端で(すなわち、直鎖状のヒドロカルビル鎖の一端又は両端で)、a’個のポリオキシアルキレン基A’によって置換されているが、ここで、「置換された(substituted)」という用語は、本明細書の文脈においては、そのヒドロカルビル基R’の一つの水素原子が、それぞれの場合において、ポリオキシアルキレン基A’によって置換されていることを意味しており、R’は、好ましくは、3~38個の炭素原子、好ましくは5~17個の炭素原子を有する、直鎖状又は分岐状の、飽和又はモノ-若しくはポリ-不飽和の脂肪族炭化水素基であるが、ここで、そのヒドロカルビル鎖は、1個又は2個(a=1又は2)、好ましくは1個のポリオキシアルキレン基A’によって、末端で置換されており、
より好ましくは、R’が、5~17個の炭素原子を有する直鎖状の、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基であるが、ここでそのヒドロカルビル鎖は、1個のポリオキシアルキレン基A’(a’=1)によって、末端で置換されており、
a’=1~4、好ましくは3未満、さらに好ましくは1~2、特に好ましくは1であり、
n’=0~40、好ましくは2~30、特に好ましくは4~20であり、
m’=0~40、好ましくは2~30、特に好ましくは4~20であるが、
ただし、n’とm’を総合計したものが、4~80、好ましくは6~40、特に好ましくは8~20であるが、
ここで、n’及びm’で表されている単位は、そのポリエーテル鎖の中に、ブロック状又はランダムに分散されており、そして、n’及びm’で表される単位は、実際に存在している構造の、可能な統計的分布の平均値である。]
R’は、3~38個の炭素原子、好ましくは5~17個の炭素原子を有する、a’価で、直鎖状又は分岐状で、飽和又はモノ-若しくはポリ-不飽和の、脂肪族、脂環族又は芳香族のヒドロカルビル基であるが、ここで
そのヒドロカルビル鎖は、直鎖状のヒドロカルビル鎖の場合においては好ましくは末端で(すなわち、直鎖状のヒドロカルビル鎖の一端又は両端で)、a’個のポリオキシアルキレン基A’によって置換されているが、ここで、「置換された(substituted)」という用語は、本明細書の文脈においては、そのヒドロカルビル基R’の一つの水素原子が、それぞれの場合において、ポリオキシアルキレン基A’によって置換されていることを意味しており、R’は、好ましくは、3~38個の炭素原子、好ましくは5~17個の炭素原子を有する、直鎖状又は分岐状の、飽和又はモノ-若しくはポリ-不飽和の脂肪族炭化水素基であるが、ここで、そのヒドロカルビル鎖は、1個又は2個(a=1又は2)、好ましくは1個のポリオキシアルキレン基A’によって、末端で置換されており、
より好ましくは、R’が、5~17個の炭素原子を有する直鎖状の、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基であるが、ここでそのヒドロカルビル鎖は、1個のポリオキシアルキレン基A’(a’=1)によって、末端で置換されており、
a’=1~4、好ましくは3未満、さらに好ましくは1~2、特に好ましくは1であり、
n’=0~40、好ましくは2~30、特に好ましくは4~20であり、
m’=0~40、好ましくは2~30、特に好ましくは4~20であるが、
ただし、n’とm’を総合計したものが、4~80、好ましくは6~40、特に好ましくは8~20であるが、
ここで、n’及びm’で表されている単位は、そのポリエーテル鎖の中に、ブロック状又はランダムに分散されており、そして、n’及びm’で表される単位は、実際に存在している構造の、可能な統計的分布の平均値である。]
アルコキシル化重縮合物は、本発明の文脈においては、特には、次式の化合物A、Bと、少なくとも1種の一般式Cのアルデヒドとを縮合させることにより得られる、重縮合反応生成物である。
[式中、R1は、水素、1~24個の炭素原子を有するアルキル基、又は2~24個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
A1O及びA2Oは、独立して、2~4個の炭素原子を有するアルキレンオキシド基であり、
p及びqは、独立して、1~300の数であり、
Xは、水素原子、1~10個の炭素原子を有するアルキル基、又は2~24個の炭素原子を有するアシル基であり、
R2は、4~24個の炭素原子を有するアルキル基、又は4~24個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Y1は、ホスホネート基、又はホスフェート群であり、
R3は、水素原子、カルボキシル基、1~10個の炭素原子を有するアルキル基、2~10個の炭素原子を有するアルケニル基、フェニル基、ナフチル基、又は複素環であり、そして
rは、1~100の間の数である。]
A1O及びA2Oは、独立して、2~4個の炭素原子を有するアルキレンオキシド基であり、
p及びqは、独立して、1~300の数であり、
Xは、水素原子、1~10個の炭素原子を有するアルキル基、又は2~24個の炭素原子を有するアシル基であり、
R2は、4~24個の炭素原子を有するアルキル基、又は4~24個の炭素原子を有するアルケニル基であり、
Y1は、ホスホネート基、又はホスフェート群であり、
R3は、水素原子、カルボキシル基、1~10個の炭素原子を有するアルキル基、2~10個の炭素原子を有するアルケニル基、フェニル基、ナフチル基、又は複素環であり、そして
rは、1~100の間の数である。]
用途に応じて、非イオン性界面活性剤が、水硬性組成物の収縮を抑制することができる。
本発明のさらなる実施態様においては、少なくとも1種のジェミニ界面活性剤が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤は、ジェミニ界面活性剤を含むか、又は実質的にそれらからなっている。
ジェミニ界面活性剤には、2個の親水性ヘッド基と2個の疎水性テイル基とが含まれ、それらが、ヘッド基のところ、又はその近傍で、スペーサーによって分離されている。その両方の疎水性テイル基が同じであり、そしてそれらの親水性基が同一であるならば、ジェミニ界面活性剤は、対称構造を有していると言われる。ジェミニ界面活性剤の中の置換基は、溶液中でのこれらの化合物の挙動及びそれらの用途可能性に、大きく関わっている。特には、ジェミニ界面活性剤には、四級窒素原子が含まれていてもよいが、それらは、一般的には、非環状の形態にある。しかしながら、飽和環及び不飽和環の中に窒素を含むジェミニ界面活性剤も存在する。スペーサーは、硬質であっても、軟質であってもよく、そして疎水性又は親水性の傾向を有している。ジェミニ界面活性剤の特定の性質は、親水性-親油性バランス(HLB値)を最適化することにより、影響を与えることができる。これは、たとえば、ヘッド基の中、テイル基の中、又はスペーサーの中に、バランスさせた極性基又は疎水性基を導入することにより実施することができる。
本明細書の文脈において好ましいジェミニ界面活性剤の例は、特には、アルコキシル化アセチルジオール、又は、欧州特許第0884298号明細書に記載のジェミニ界面活性剤である。
本発明のさらなる実施態様においては、少なくとも1種のアルコキシル化ホスホン酸エステル又はリン酸エステルが、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、少なくとも1種のアルコキシル化ホスホン酸エステル又はリン酸エステルを含むか、又は実質的にそれらからなっている。そのようなアルコキシル化ホスホン酸エステル又はリン酸エステルは、本発明の方法により、フライアッシュを含む水硬性組成物の中で、粉末状の鉱物性物質が使用されるような場合には、特に有利である。そのようなアルコキシル化ホスホン酸エステル又はリン酸エステルは、別な方法として、アッシュ改良技術のための用途には、有利である。
好適なアルコキシル化ホスホン酸エステル又はリン酸エステルは、一般式(V)の構造である。
[式中、
Roは、水素原子、1~5個の炭素原子を有するアルキル基、2~5個の炭素原子を有するアルケニル基、又は(メタ)アクリロイル基であり、
C1Oは、2~4個の炭素原子を有するアルキレンオキシド基であり、
kは、2~150の間の数であり、lは、1~3の間の数であり、そして
Mは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、又は有機アンモニウム基である。]
Roは、水素原子、1~5個の炭素原子を有するアルキル基、2~5個の炭素原子を有するアルケニル基、又は(メタ)アクリロイル基であり、
C1Oは、2~4個の炭素原子を有するアルキレンオキシド基であり、
kは、2~150の間の数であり、lは、1~3の間の数であり、そして
Mは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、又は有機アンモニウム基である。]
特には、一般構造式(V)のアルコキシル化ホスホン酸エステル又はリン酸エステルを、ポリアルキレングリコール、先に説明したようなPCE、又は先に説明したようなリグノスルホネートと組み合わせることもまた、可能である。
本発明のさらなる実施態様においては、少なくとも1種の水吸収剤が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤は、少なくとも1種の水吸収剤を含むか、又は実質的にそれらからなっている。本発明における水吸収剤は、特には、高吸水性ポリマーの形態にあるか、又は層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤であり、特に好ましいのは、バーミキュライトの形態にある層状ケイ酸塩である。
「高吸水性ポリマー」という用語は、大量の水を吸収することができるポリマーを意味している。高吸水性ポリマーが水と接触すると、その水分子が、そのポリマーのネットワークのキャビティの中に拡散して、そのポリマー鎖を水和する。そのために、そのポリマーが膨潤して、ポリマーゲルを形成するか、又は徐々に溶解することができる。このステップは可逆性であって、水を除去することによって、その高吸水性ポリマーは、それらの固体状態に再生させることができる。水の吸収性能は、膨潤比で確認できるが、それは、膨潤させた高吸水性ポリマーの重量対乾燥状態での重量の比を意味している。膨潤比は、高吸水性ポリマーの分岐レベル、架橋(存在しているならば)、高吸水性ポリマーネットワークを形成しているモノマーの化学構造、並びに外部因子たとえば、pH、溶液のイオン濃度、及び温度の影響を受ける。水と相互作用する性質が理由で、高吸水性ポリマーは、ヒドロゲルとも呼ばれる。
本発明の文脈において使用することが可能な高吸水性ポリマーの例としては、以下のものが挙げられる:天然ポリマー、たとえばデンプン、セルロース、たとえばセルロースエーテル、キトサン又はコラーゲン、アルギネート、合成ポリマー、たとえばポリ(メタクリル酸ヒドロキシエチル)、ポリ(エチレングリコール)、すなわちポリエチレンオキシド、又はイオン性の合成ポリマー、たとえばポリアクリル酸(PAA)、ポリメタクリル酸(PMAA)、ポリアクリルアミド(PAM)、ポリ乳酸(PLA)、ポリエチレンイミン、ポリビニルアルコール(PVA)、若しくはポリビニルピロリドン。
イオン性モノマーから製造された高吸水性ポリマーは、通常、電荷を持たないモノマーから調製されたものよりも、多くの水を吸収するが、その理由は、個々のポリマー鎖の間の静電反発力である。架橋のレベルが、化合物の数に対応する。架橋のレベルが高いほど、そして架橋剤の比率が高いほど、二つの架橋サイトの間の距離が短くなり、そのために、膨潤のレベルが低くなる。それとは別に、膨潤のレベルは、外部因子たとえば、pH及び温度にも依存する。酸性のモノマー、たとえばアクリル酸又はメタクリル酸から形成された高吸水性ポリマーを、7よりも高いpHで脱プロトン化し、それにより、そのポリマー鎖の中に負の電荷を形成させることができる。それに付随した静電反発力によって、アルカリ性の媒体中での膨潤度が高くなる。本発明の文脈において特に好適である高吸水性ポリマーは、イオン性の高吸水性ポリマー、特にはアクリル酸を用いて変性されたポリアクリルアミドをベースとするものであって、それらは、直鎖状であっても、橋かけ構造であってもよい。
本発明のプロセスの文脈において、特別な有益性を有して使用する事が可能な、第二のタイプの水吸収材は、層状ケイ酸塩、特には、バーミキュライトの形態にあるものである。「バーミキュライト」という用語は、単斜晶系の結晶系の状態で存在している、一般的化学組成がMg0.7(Mg,Fe,Al)6(SiAl)8O20(OH)4・8H2Oの、層状ケイ酸塩を指している。バーミキュライトは、薄片状、フレーク状、又はバルク状の骨材をもたらし、それらは、無色であるか、又は添加された外部物質の結果として、灰白色、黄褐色、灰緑色、又は緑色をしている。
本発明の方法において、特に好ましい結果を与える、水吸収剤の量は、水のために使用した物質の吸収容量に、実質的に依存する。たとえば、高吸水性ポリマーは、一般的には、層状ケイ酸塩よりも高い水吸収性を有しており、したがって、ある特定の量の層状ケイ酸塩と同等の効果を達成するために、少量の高吸水性ポリマーで十分である。本発明の方法の文脈においては、高吸水性ポリマーは、建造物瓦礫又は建築廃棄物質の合計重量を基準にして、0.04重量%~2.5重量%、好ましくは0.08重量%~1.0重量%、最も好ましくは0.1重量%~0.5重量%の量で添加するのが適切である。層状ケイ酸塩の場合においては、対照的に、推奨される量は、2重量%~30重量%の範囲、好ましくは4重量%~15重量%の範囲、最も好ましくは6重量%~10重量%の範囲である。
水吸収剤は、本発明の方法におけるプロセス水分を調節するのに特に適している。その結果として、その化学的プロセスの中で発生する水分を吸収することが可能である。その結果としてさらに、たとえば、湿潤又は濡れた出発物質を使用したときに、存在している過剰の水を除去することもまた可能である。これは、本発明の方法が、狭い水分範囲の中で実施されるような場合には特に望ましい。
本発明のさらなる実施態様においては、少なくとも1種のカルボン酸が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤は、少なくとも1種のカルボン酸を含むか、又は実質的にそれらからなっている。そのカルボン酸は、好ましくは、以下のものから選択される:ギ酸、酢酸、プロピオン酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、イソクエン酸、酒石酸、シュウ酸、タルトロン酸、マンデル酸、サリチル酸、6~20個の炭素原子を有する脂肪酸、特にはステアリン酸、又はそれらの塩。
特定の実施態様においては、ステアリン酸又はその塩が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、ステアリン酸及び/又はその塩を含むか、又は実質的にそれらからなっている。ステアリン酸及び/又はその塩、特にはステアリン酸カルシウムを加工助剤として使用することによって、得られる骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の表面の疎水化がもたらされる。
本発明の一つの実施態様においては、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属塩が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属塩を含むか、又は実質的にそれらからなっている。
そのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩は、好ましくは、以下のものから選択される:アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の亜硝酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のチオシアネート、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸水素塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の硫酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のチオ硫酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のケイ酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルミン酸塩。アルカリ金属及びアルカリ土類金属のハロゲン化物の例は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の塩化物、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の臭化物、並びにアルカリ金属及びアルカリ土類金属のヨウ化物である。これらの塩に好適なアルカリ金属及びアルカリ土類金属の例は、Li、Na、K、Mg、及びCaである。
本発明の一つの実施態様においては、凝固防止剤が、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、凝固防止剤を含むか、又は実質的にそれらからなっている。本発明の文脈において使用することが可能な凝固防止剤は、以下のものからなる群より選択される:リン酸三カルシウム、セルロース、ステアリン酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、ヘキサシアノ鉄酸ナトリウム、ヘキサシアノ鉄酸カリウム、ヘキサシアノ鉄酸カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸ナトリウム、二酸化ケイ素、特にはヒュームドシリカ、ケイ酸カルシウム、三ケイ酸マグネシウム、タルク、アルミノケイ酸ナトリウム、アルミノケイ酸カリウム、アルミノケイ酸カルシウム、ベントナイト、ケイ酸アルミニウム、ステアリン酸、ポリジメチルシロキサン、ラウリン酸ナトリウム。
本発明の一つの実施態様においては、糖、糖酸、又は糖アルコールが、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤は、糖類、糖酸、又は糖アルコールを含むか、又は実質的にそれらからなっている。
「糖」とは、本発明の文脈においては、アルデヒド基を有する炭水化物である。特に好ましい実施態様においては、その糖が、単糖又は二糖の群に属する。糖の例としては、以下のものが挙げられる:グリセルアルデヒド、トレオース、エリトロース、キシロース、リキソース、リボース、アラビノース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース、フルクトース、ソルボース、ラクトース、マルトース、スクロース、ラクツロース、トレハロース、セロビオース、キトビオース、イソマルトース、パラチノース、マンノビオース、ラフィノース、及びキシロビオース。
「糖酸」は、本発明の文脈においては、カルボキシル基を有する単糖である。それは、アルドン酸、ウロソン酸、ウロン酸、又はアルダル酸のいずれかのタイプに属しているのがよい。好ましくは、それがアルドン酸である。本発明に関連して有用である糖酸の例としては、以下のものが挙げられる:グリセリン酸、キシロン酸、グルコン酸、アスコルビン酸、ネウラミド酸、グルクロン酸、ガラクツロン酸、イズロン酸、酒石酸、ムチン酸、及びサッカリン酸。それらの糖酸は、遊離の酸又は塩の形態をとることができる。実施態様においては、糖酸の塩は、元素周期律表のIa、IIa、Ib、IIb、IVb、VIIIb族の金属を用いた塩であってよい。好ましい糖酸の塩は、アルカリ金属及びアルカリ土類金属、鉄、コバルト、銅、又は亜鉛の塩である。特に好ましいのは、一価の金属たとえば、リチウム、ナトリウム、及びカリウムの塩である。
「糖アルコール」は、本発明の文脈においては、糖からレドックス反応によって得ることができる多価アルコールである。したがって、糖アルコールは、アルジトールのタイプに属する。糖アルコールの例としては、以下のものが挙げられる:エチレングリコール、グリセロール、ジグリセロール、トレイトール、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ソルビトール、ソルビタン、イソソルビド、マンニトール、ズルシトール、フシトール、イジトール、イノシトール、ボレミトール、ラクチトール、マルチトール、イソマルト、マルトトリイトール、マルトテトライトール、及びポリグリシトール。
本発明のさらなる実施態様においては、ホスフェート又はホスホネートが、加工助剤として使用される。したがって、この実施態様においては、その加工助剤が、リン酸塩又はホスホン酸塩を含むか、又は実質的にそれらからなっている。
「ホスフェート」は、本発明の文脈においては、リン酸の誘導体である。ホスフェートは、遊離のリン酸、リン酸のオリゴマー及び/又はリン酸のポリマー、たとえばジホスフェート、トリホスフェート、テトラホスフェートなどであってよい。ホスフェートは、プロトン化された形態であっても、部分的に脱プロトン化された形態、又は完全に脱プロトン化された形態であってもよい。それらがさらにフッ素化されていてもよい。好適なホスフェートの例としては、以下のものである:オルトリン酸三ナトリウム、ピロリン酸テトラナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、及びフルオロリン酸二ナトリウム。「ホスフェート」が、リン酸のエステル、又はそのオリゴマーの一つのエステルとも関連することは、同様に可能である。リン酸のエステルには、以下のものが含まれる:上述のカルボン酸及び/又は糖酸との混合エステル、カルボン酸、特には脂肪酸との混合エステル、アルキルエステル、アリールエステル、及びポリアルキレングリコールとのエステル。
「ホスホネート」という用語は、同様に、モノ-、ジ-、トリ-、テトラ-、ペンタ-、又はヘキサホスホン酸、並びにそれらのオリゴマー及び/又はエステルに関連する。ホスホン酸塩が、有機官能性単位を担持しているのが好ましい。ホスホネートは、プロトン化された形態であっても、部分的に脱プロトン化された形態、又は完全に脱プロトン化された形態であってもよい。好適なホスホネートの例としては、以下のものである:1-ヒドロキシエチリデン-1,1-二ホスホン酸、2-ホスホノブタン-1,2,4-トリカルボン酸、3-アミノプロピルホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、及びジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)。
言うまでもないことであるが、本発明の加工用化学物質の二つ以上を、先に説明したような方法で使用することが可能であるし、いくつかの場合では、望ましい。
特には、PCEを、グリセロール、グリコール、及び/又はアルカノールアミンと組み合わせて使用することも可能である。それに加えて、PCEを、水吸収剤と組み合わせて使用することも可能である。さらには、PCEを、非イオン性界面活性剤及び/又はジェミニ界面活性剤と組み合わせて使用することも可能である。
有利な組合せとしてはさらに、少なくとも1種のアルカノールアミン、場合によっては少なくとも1種のグリコール、並びに少なくとも1種の非イオン性界面活性剤及び/又はジェミニ界面活性剤も挙げられる。
その加工助剤に、場合によっては、さらなる成分が含まれていてもよい。そのようなものの例としては、以下のものである:溶媒、又はコンクリート技術において知られている添加剤、特には、熱及び光に対する安定剤、クロム抑制剤、消泡剤、染料、顔料、保存剤、気泡形成剤、収縮抑制剤、腐食抑制剤。
硬化したミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法において、この方法には、以下の工程が含まれる:
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること、
ここで、以下のものからなる群より選択される1種又は複数の加工助剤を添加することができる:ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、及びホスホネート。
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること、
ここで、以下のものからなる群より選択される1種又は複数の加工助剤を添加することができる:ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、及びホスホネート。
したがって、さらなる態様においては、本発明は、硬化したミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法に関し、その方法には、以下の工程が含まれる:
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること、
ここで、この方法は、以下のものからなる群より選択される少なくとも1種の加工助剤を添加することを特徴とする:ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、及びホスホネート。
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)上記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること、
ここで、この方法は、以下のものからなる群より選択される少なくとも1種の加工助剤を添加することを特徴とする:ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、及びホスホネート。
その少なくとも1種の加工助剤の添加の順序及び組合せ方については、本件の場合、特別の制限はない。特には、出発物質に対して、好ましくは解砕操作(a)の前に、1種又は複数の加工助剤を添加することが可能である。別な方法として、プロセスの間に、例えば解砕操作(a)の間、及び/又は分離工程(b)の間に、1種又は複数の加工助剤を添加することも可能である。さらには、得られる骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の部分画分にとって適切である場合に限って、分離工程(b)の後に、1種又は複数の加工助剤を添加することも可能である。後者の方法は、特に、その1種又は複数の加工助剤が、水硬性組成物、特にはセメント結合された建築材料の製造に使用する際に、得られた骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の挙動に影響を与えることを目的としているような場合には、有利となりうる。
その1種又は複数の加工助剤は、ニートな形態、又は溶液として、又は分散体として使用することができる。特には、本発明の文脈においては、粉体の形態で、1種又は複数の加工助剤を使用することも可能である。このことは、特に、その1種又は複数の加工助剤を、出発物質、特には建築物の解体物質及び/又は建築廃棄物と共に混合するような場合には、有利となりうる。別な方法として、その1種又は複数の加工助剤を、水溶液又は分散体の形態で使用することも可能である。このことは、特には、その1種又は複数の加工助剤を、解砕ステップの間に添加するような場合には、有利となりうる。
したがって、本発明の方法においては、単一の加工助剤を添加することも可能である。本発明の方法においては、別な方法として、2種又はそれを超える加工助剤の混合物を添加することが可能であり、且つ多くの場合好ましい。
2種又はそれを超える加工助剤の混合物を添加する場合、この混合物は、予備混合物、特には水溶液又は分散体の形態であってよく、そしてその形態で添加してよい。別な方法として、2種又はそれを超える加工助剤を、互いに独立して、別途に添加することも可能である。この方法は、特には、それら異なった加工助剤を、安定な混合物とするのが困難な場合(たとえば、それらが化学的に反応してしまうために)には、有利である。別々の加工助剤を、別々の方法ステップで添加することもまた可能である。
添加及び混ぜ込みの手段は、当業者には自体公知である。
特には、本発明の方法においては、その炭酸塩化が、工程(a)において、その混合物のpHが、7~10、好ましくは7~9に達するまで、続けられる。
本発明のさらなる態様は、本発明の方法によって得られる骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質に関する。これらの骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質は、特には、粒子の形態にある。これらの骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質は、フレッシュ又はクリーンなロック骨材とは、特に、次の点で異なっている:それらは、その表面上に、最小限の、硬化された残存バインダーを担持しており、そして加工助剤を、遊離の形、結合された形、転換された形、又は吸着された形で含んでいる可能性がある。本発明の関連で、フレッシュ又はクリーンなロック骨材は、これまでミネラルバインダー、特にはセメント質の物質と特に接触したことがない、ロック骨材である。
典型的には、その骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質には、ロック骨材の合計重量を基準にして、0.0001~25重量%、好ましくは0.01~10重量%、特には0.01~1重量%の量の硬化したミネラルバインダーが含まれる。
標準EN 1097-6に従って測定した、その骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の多孔度は、特には、10容積%以下、特には5容積%以下、特には2容積%以下である。その多孔度は、典型的には0.1容積%以上、特には1容積%以上である。多孔度が、1.5~2容積%であるのが好ましい。
その骨材は、好ましくは、少なくとも125μm、又は少なくとも250μmの粒子サイズを有している。
特には、その粉末状の鉱物性物質は、250μm未満、好ましくは125μm未満の粒子サイズを有している。その粉末状の鉱物性物質の粉末度は、特には0.5~1000m2/g、好ましくは0.5~500m2/g、特には0.5~100m2/gの範囲である。その粉末度は、窒素収着に基づいて計算した表面積(BET)に関する。
特には、その粉末状の鉱物性物質は、セメント結合され、硬化されたバインダーの炭酸塩含有水和物を含むか、又はそれらからなるが、場合によっては、残存する水和物及び/又は酸化物たとえば、石英が含まれる。場合によっては、アルミン酸塩反応生成物、及び/又は硫酸塩が存在している可能性もある。
特には、その粉末状の鉱物性物質は、硬化されたバインダーとして、そしてその粒径限界未満、たとえば250μm未満、又は125μm未満の粒径(粗粒サイズ)を有する骨材の画分として、同じ酸化物組成物を有している。
ナノ~マイクロメートル範囲の粗粒サイズ、及び/又は高い比表面積を有する、そのような粉末状の鉱物性物質は、それらを、セメント製造のための、充填剤及び/又は補助的セメント質物質及び/又は原料物質として、並びに/又はアッシュ改良技術に使用したときに、特に有利である。その粉末状の建築材料の粉末度が、特には、水硬性組成物、特にはセメント結合された建築材料の初期の水和速度を増大させることができる。さらには、バインダー組成物で使用するのに、そのような物質をすりつぶす必要もない。したがって、得られた粉末状の鉱物性物質を、セメントと、たとえば容易、且つ複雑さが加わることもなく、混合することが可能である。
本発明の方法によって得られる、ロック骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質は、バインダー組成物、特には水硬化性組成物たとえばセメント結合された建築材料、並びに極めて特には、モルタル及び/又はコンクリート組成物を製造するために有利に使用することができる。
本発明のプロセスによって得ることが可能な粉末状の鉱物性物質は、好ましくは、充填剤及び/又は補助的セメント質物質として、特には、水硬化性組成物、特にはモルタル及び/又はコンクリート組成物を製造するために、好適に使用することができる。
したがって、さらなる態様においては、本発明は、水硬性組成物、好ましくはセメント結合された建築材料、特にはモルタル又はコンクリートを製造するための、先に説明したような方法で得られた骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の使用に関する。
本発明のさらなる態様は、水硬化性組成物、特にはモルタル又はコンクリート組成物を製造するための方法に関し、それに含まれるのは、以下のステップである:(i)加工助剤を使用する、先に定義された方法により、骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得るステップ、及び(ii)得られた骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を、ミネラルバインダー、特には水硬性バインダー、並びに場合によっては、さらなる添加物及び/又は水と混合するステップ。
上述の方法で、水の添加がない場合には、たとえば、乾燥したモルタル又はコンクリート組成物を製造することも可能である。
水を追加で加える場合においては、加工可能な水硬化性組成物、たとえばモルタル又はコンクリート組成物を製造することが可能である。その組成物の中での水対バインダーの比率は、0.2~0.8、特には0.3~0.6、好ましくは0.3~0.5の範囲内で選択することができる。
最後の態様においては、したがって、本発明は、先に説明したような方法で得られた、少なくとも1種の骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を含む、モルタル又はコンクリートに関する。
次の表1は、実施例で使用された原料物質をまとめたものである。
第一の変法においては、本発明における粉末状の鉱物性物質を、乾燥法で製造した。この目的のためには、完全に水和させたCEM Iセメントを、ピンディスクミル(pinned diskmill)中、CO2雰囲気下(CO2、5容積%)で摩砕して、0~250μmの粒子サイズとした。この粉体を、粉体1と名付けた。
第二の変法においては、本発明における粉末状の鉱物性物質を、湿式法で製造した。この方法は、国際公開第2014154741号パンフレット(p.18、2~29行)に記載されている方法と同一であった。この粉体を、粉体2と名付けた。
タンブリングミキサー中で、粉体1/粉体2をCEM I 42.5Rセメントと、見かけ上均一な粉体となるまで混合することにより、複合バインダーを製造した。それらの複合バインダーを、バインダーC~Eと名付けたが、以下の組成を有していた。
EN 1015-3に従い、体積39cm3のコーンを用いて、混合操作終了後、各種の時間でスランプを確認した。60mm未満のスランプは計測せず、それぞれの場合において「<60」と記録した。
凝固の開始は、ASTM C1702-17に従い、等温熱量測定法から求めた。この目的のためには、CAL 8000装置(Calumetrix製)を使用して、水和の発熱を記録した。凝固の開始は、時間に対する発熱曲線で、第一の局所的な最小値が認められた点に相当する。
圧縮強度及び曲げ引張強度(flexural tensile strength)は、標準EN 196-1に従って測定した。
実施例1:
実施例1では、本発明の方法における各種の加工助剤の効率を示す。表3及び4に示したタイプと量の加工助剤をそれぞれ、粉体1の製造における解砕操作の開始より前に添加した。加工助剤の存在下又は非存在下で、そのようにして得られた粉末状の鉱物性物質を、モルタル混合物の中の複合バインダーの一部として試験した。この目的のためには、表2及び3に示したバインダー450gを、1350gの砂(CEN 0~2mm標準砂)及び225gの水と混合した。例1-4~1-10及び1-12~1-14は、本発明品であり、それに対して例1-1、1-2、1-3、及び1-11は、本発明ではない比較例である。
実施例1では、本発明の方法における各種の加工助剤の効率を示す。表3及び4に示したタイプと量の加工助剤をそれぞれ、粉体1の製造における解砕操作の開始より前に添加した。加工助剤の存在下又は非存在下で、そのようにして得られた粉末状の鉱物性物質を、モルタル混合物の中の複合バインダーの一部として試験した。この目的のためには、表2及び3に示したバインダー450gを、1350gの砂(CEN 0~2mm標準砂)及び225gの水と混合した。例1-4~1-10及び1-12~1-14は、本発明品であり、それに対して例1-1、1-2、1-3、及び1-11は、本発明ではない比較例である。
表4の例においては、2つの加工助剤の組合せを使用した。1-19~1-21の例すべてが、本発明の例である。
表3及び4からも明らかなように、本発明の加工助剤は、一般的には、スランプ及び強度を改良している。これは、粉末状の鉱物性物質及び本発明における加工助剤を含むバインダーを含むモルタルの試料を、同一のバインダーを含むが、加工助剤を含まないモルタルの試料と比較すれば、当たっている(例1-4~1-10と、例1-3、並びに例1-12~1-14と例1-11参照)。PCEとアルカノールアミンとを組み合わせて使用することにより、PCE単独で使用した場合に比較して、さらなる改良がもたらされる(表4参照)。最後に、本発明の加工助剤の使用が、本発明の方法からの粉末状の鉱物性物質を18重量%含むセメントが、標準化されたCEM II/A-LLと比較して、実質的に同等、或いは改良された強度を与えるという効果を有していることに注目すべきである(例1-2を、本発明の例と比較されたい)。
実施例2:
実施例2では、出発物質、特には、本発明による方法のための建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物が、ケーキングを起こすという傾向を防止するための、本発明の加工助剤の有効性を説明する。本発明の方法においては、出発物質がケーキングを起こしにくいということが重要であるが、その理由は、そうでないと、炭酸塩化及び解砕が、効率よく進行できないからである。
実施例2では、出発物質、特には、本発明による方法のための建築物の解体瓦礫又は建築廃棄物が、ケーキングを起こすという傾向を防止するための、本発明の加工助剤の有効性を説明する。本発明の方法においては、出発物質がケーキングを起こしにくいということが重要であるが、その理由は、そうでないと、炭酸塩化及び解砕が、効率よく進行できないからである。
ケーキング傾向は、標準EN 1097-6に従った方法で、測定した。これには、突き固めたコンクリート/砂のコーンの安定性を評価することが含まれる。その実施例においては、粗いコンクリート砂(0~4mm、EN 1097-6に従って必要とされる水、10.5重量%)を、まず110℃で乾燥させ、次いで、表5に記載の量の水を用いて湿らせた。次いで、EN 1097-6に従い、コンクリート/砂のコーンの崩壊しやすさを評価することにより、そのような試料の安定性を試験した。それに加えて、同一の、水で湿らせた粗いコンクリート砂の試料を、表5に記載の加工助剤と、表に記載の量で混合した。それらの試料の安定性もまた、EN 1097-6に従って試験した。成功した場合においては、その固めたコンクリート砂(EN 1097-6の画像F.1に相当)が、そのコンクリート/砂のコーンがほぼ完全に崩壊することによって示されるように、自由流動性のばらばらの物質に変わるが、その場合でも、依然として、明確なピークが認められる(EN 1097-6の画像F.3に相当)。しかしながら、過剰な乾燥は避けるべきである(EN 1097-6の画像F.4に相当)。
表5からも明らかなように、適切な量の加工助剤を添加することによって、自由流動性の混合物を得ることができる。別の言い方をすれば、出発物質のケーキング傾向を抑制することができて、それにより、本発明の方法の実現可能性に関して、大きなメリットがもたらされている。
実施例3:
実施例3では、湿式法における加工助剤の有効性を説明する。表6に示したタイプと量の加工助剤をそれぞれ、粉体2の製造における解砕操作の開始より前に添加した。加工助剤の存在下又は非存在下で、そのようにして得られた粉末状の鉱物性物質を、セメント懸濁体の中の複合バインダーの一部として試験した。この目的のためには、それぞれのバインダーを水と、バインダー対水の重量比0.4で混合した。例3-3~3-5は、本発明例であり、それに対して、例3-1及び3-2は、本発明ではない比較例である。
実施例3では、湿式法における加工助剤の有効性を説明する。表6に示したタイプと量の加工助剤をそれぞれ、粉体2の製造における解砕操作の開始より前に添加した。加工助剤の存在下又は非存在下で、そのようにして得られた粉末状の鉱物性物質を、セメント懸濁体の中の複合バインダーの一部として試験した。この目的のためには、それぞれのバインダーを水と、バインダー対水の重量比0.4で混合した。例3-3~3-5は、本発明例であり、それに対して、例3-1及び3-2は、本発明ではない比較例である。
凝固の開始は、熱流動曲線で求めたが、それは、標準ASTM C1702-17に従い、等温プロセスで測定した。i-CAL 8000装置(Calmetrix製)を使用した。凝固の開始点は、時間に対して熱流動の第一の局所的な最小値が得られた時間である。
示されているのは、湿式法においても、本発明の加工助剤が、得られるセメント剤の流動性を明らかに改良することができるということである。
Claims (19)
- 硬化したミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法における加工助剤の使用であって、前記方法が以下の工程を含む、加工助剤の使用:
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、前記硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ前記骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)前記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも前記所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は前記所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること。 - 前記加工助剤が、ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、ホスホネート、及びそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- 前記加工助剤が、1種又は複数のアルカノールアミンを含むか、又は実質的に1種又は複数のアルカノールアミンからなり、アルカノールアミンが、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン(TEA)、ジエタノールイソプロパノールアミン(DEIPA)、エタノールジイソプロパノールアミン(EDIPA)、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン(TIPA)、N-メチルジイソプロパノールアミン(MDIPA)、N-メチルジエタノールアミン(MDEA)、テトラヒドロキシエチルエチレンジアミン(THEED)及びテトラヒドロキシイソプロピルエチレンジアミン(THIPD)、及びそれらのアルカノールアミンの塩からなる群より選択されることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- 前記加工助剤が、グリコール及び/又はグリセロールを含むか、又は実質的にグリコール及び/又はグリセロールからなり、グリコールが、モノエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ポリエチレングリコール、特に6個又はそれを超えるエチレン単位を有するポリエチレングリコール、例えばPEG200、ネオペンチルグリコール、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、及びポリプロピレングリコールからなる群より選択されることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- 前記加工助剤が、少なくとも1種のポリカルボキシレートエーテル及び/又はポリカルボキシレートエステル(PCE)を含むか、又は実質的に少なくとも1種のポリカルボキシレートエーテル及び/又はポリカルボキシレートエステル(PCE)からなることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- PCEが、以下の繰り返し単位を含むコポリマーである、請求項1又は5に記載の加工助剤の使用:
(i)一般構造式(I)の繰り返し単位A、
(ii)一般構造式(II)の繰り返し単位B、
それぞれのRuは、独立して、水素又はメチル基であり、
それぞれのRvは、独立して、水素又はCOOM(ここで、Mは、独立して、H、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属である)であり、
m=0、1、2又は3であり、
p=0又は1であり、
それぞれのR1は、独立して、-(CH2)z-[YO]n-R4(式中、Yは、C2-~C4-アルキレンであり、R4は、H、C1-~C20-アルキル、-シクロヘキシル、-アルキルアリールであるか、又は-N(-Ri)j-[(CH2)z-PO3M]3-jであり、z=0、1、2、3、又は4、好ましくは0又は4であり、n=2~350、好ましくは10~250、より好ましくは30~200、特に好ましくは35~200、特に40~110であり、j=0、1、又は2であり、Riは、水素原子又は1~4個の炭素原子を有するアルキル基であり、かつMは、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はアンモニウムイオンである)、かつ
前記PCEの中の前記繰り返し単位A及びBは、10:90~90:10、好ましくは20:80~80:20、より好ましくは30:70~80:20、特に35:65~75:25の範囲のA:Bのモル比を有する。 - 前記少なくとも1種のPCEに加えて、1種又は複数のさらなる加工助剤が使用され、前記1種又は複数のさらなる加工助剤が、グリコール、アルカノールアミン、非イオン性界面活性剤、リグノスルホネート、グリセロール、高吸水性ポリマーの形態にあるか又は層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、及び凝固防止剤からなる群より選択されることを特徴とする、請求項5又は6に記載の加工助剤の使用。
- 前記加工助剤が、リグノスルホン酸ナトリウム、リグノスルホン酸マグネシウム、及び/又はリグノスルホン酸カルシウムを含むか、又は実質的にそれらからなることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- 前記加工助剤が、水吸収剤を含むか、又は実質的に水吸収剤からなり、前記水吸収剤が、高吸水性ポリマー又は層状ケイ酸塩であることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- 前記加工助剤が、界面活性剤を含むか、又は実質的に界面活性剤からなり、前記界面活性剤が、好ましくは、脂肪酸アルコキシレート、アルコキシル化アルコール、特に脂肪酸アルコールアルコキシレート並びにグリセロール及びペンタエリスリトールのアルコキシレート、アルキルフェノールアルコキシレート、アルコキシル化重縮合物、脂肪酸アミドアルコキシレート、脂肪酸のエステル、特にはメタノール、ソルビタン、グリセロール、又はペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、6~20個の炭素原子からなるアルキル基を有するアルコキシル化アルキルアミン、アルキルグリコシド、アルキルグルカミド、及びアルコキシル化ソルビタン、ラウリルエーテルスルホネート、ナフタレンスルホネート、疎水化デンプン、疎水化セルロース、又はシロキサン-ベースの非イオン性界面活性剤からなる群より選択される非イオン性界面活性剤であることを特徴とする、請求項1に記載の加工助剤の使用。
- 硬化したミネラルバインダー及び骨材を含む出発物質から骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を得る方法であって、前記方法は、以下の工程を含み:
(a)解砕操作、特に摩砕条件下での解砕操作で、出発物質を処理すること、ここで、前記硬化したミネラルバインダーが、少なくとも部分的に、特に実質的に完全に炭酸塩化され、かつ前記骨材の表面から除去されて、粉末状の解砕生成物が得られるようにする、
(b)前記処理した出発物質を所定の粒径限界で分け、それによって、少なくとも前記所定の粒径限界の粒径を有する処理した骨材を得るようにし、かつ/又は前記所定の粒径限界未満の粒径を有する粉末状の鉱物性物質を得るようにすること、
ここで、ポリカルボキシレートエーテル及び/又はエステル(PCE)、グリコール、有機アミン、特にアルカノールアミン、有機アミンとカルボン酸とのアンモニウム塩、界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤、ジェミニ界面活性剤、ステアリン酸カルシウム、アルコキシル化ホスホン酸若しくはリン酸エステル、プロパン-1,3-ジオール、カルボン酸、スルホン化アミノアルコール、ホウ酸、ホウ酸の塩、ホウ砂、リン酸の塩、グルコネート、硫酸鉄、硫酸スズ、アンチモン塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、リグノスルホネート、グリセロール、メラミン、メラミンスルホネート、高吸水性ポリマーの形態若しくは層状ケイ酸塩の形態にある水吸収剤、凝固防止剤、糖、糖酸、糖アルコール、ホスフェート、及びホスホネートからなる群より選択される少なくとも1種の加工助剤を添加することを特徴とする、
方法。 - 前記少なくとも1種の加工助剤を、好ましくは前記解砕操作(a)の前に、前記出発物質に添加することを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記少なくとも1種の加工助剤を、前記解砕操作(a)の間で、及び/又は前記分離操作(b)の間で添加することを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 2種又はそれを超える加工助剤の混合物を添加することを特徴とする、請求項11~13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記2種又はそれを超える加工助剤の混合物を、予備混合物、特に水溶液又は水分散体の形態で添加することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
- 2種又はそれを超える加工助剤を、互いに独立して、別々に添加することを特徴とする、請求項11~14のいずれか一項に記載の方法。
- 混合物のpHが、7~10、好ましくは7~9に達するまで、工程(a)において前記炭酸塩化を続けることを特徴とする、請求項11~16のいずれか一項に記載の方法。
- 水硬性組成物、好ましくはセメント結合した建築材料、特にモルタル又はコンクリートを製造するための、請求項11~17のいずれか一項に記載の方法で得られる骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質の使用。
- 請求項11~17のいずれか一項に記載の方法で得られる、少なくとも1種の骨材及び/又は粉末状の鉱物性物質を含むモルタル又はコンクリート。
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