JP4417081B2 - 水硬性組成物用起泡剤 - Google Patents
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Description
本発明は、セメントや石膏等を水硬性物質としたペースト、スラリー、モルタル、コンクリート等の軽量化に有効な、水硬性組成物用起泡剤に関する。
セメントや石膏を硬化剤とする水硬性組成物に気泡を導入して軽量化することが行われている。通常は、起泡剤水溶液を発泡させて得た泡沫と水硬性物質とを混合することで軽量化された水硬性組成物が製造される。このような目的に使用される起泡性として、高級アルコールのエチレンオキサイド付加物の硫酸エステル塩（以下、ＥＳと表記する）が提案されている。例えば、特許文献１には、特定のＥＳと炭素数８〜２０の脂肪族アルコールとを併用した気泡コンクリート用起泡剤が記載されている。また、特許文献２には、特定のＥＳと炭素数１〜４のアルコールの酸化エチレン付加体とを併用した軽量石膏ボード製造用起泡剤が開示されている。
一方、水硬性組成物用の起泡剤に、高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物を使用することも知られている。例えば、特許文献３には、特定のベタイン型両性界面活性剤と炭素数８〜２０の炭化水素基を有する高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物とを併用したコンクリート用起泡剤が記載されている。また、特許文献４には、特定のエーテルカルボン酸塩と炭素数８〜２０の炭化水素基を有する高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物とを併用したコンクリート用起泡剤が記載されている。
特開平３−５０１６８号公報
特開平７−２９１７６１号公報
特開平１１−７１１４６号公報
特開平１１−１２３３２４号公報
これらの起泡剤により、起泡力と泡沫自体の安定性はある程度向上するが、気泡を混入した水硬性組成物の流動性や硬化体の強度については更なる改良が望まれる。
本発明の課題は、硬化体密度の増大を伴わずとも気泡を混入した水硬性組成物の流動性や当該水硬性組成物の硬化体の強度を向上でき、気泡安定性にも優れた水硬性組成物用の起泡剤を提供することである。
本発明は、下記一般式（Ｉ）で表される化合物〔以下、化合物（Ｉ）という〕と、下記一般式（II）で表される化合物〔以下、化合物（II）という〕とを含有する水硬性組成物用起泡剤に関する。
［Ｒ1−Ｏ−(ＡＯ)mＳＯ3］pＸ （Ｉ）
〔式中、Ｒ1は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上のベンゼン環を有する炭素数７〜１５の炭化水素基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物、ｍはＡＯの平均付加モル数であって０〜５０の数、Ｘ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、アルキルアンモニウム基又は水酸基置換アルキルアンモニウム基である。ｐはＸの価数である。〕
Ｒ2−Ｏ−(ＡＯ)yＨ （II）
〔式中、Ｒ2は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上のベンゼン環を有する炭素数７〜１５の炭化水素基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物、ｙはＡＯの平均付加モル数であって１〜９の数である。〕
［Ｒ1−Ｏ−(ＡＯ)mＳＯ3］pＸ （Ｉ）
〔式中、Ｒ1は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上のベンゼン環を有する炭素数７〜１５の炭化水素基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物、ｍはＡＯの平均付加モル数であって０〜５０の数、Ｘ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、アルキルアンモニウム基又は水酸基置換アルキルアンモニウム基である。ｐはＸの価数である。〕
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〔式中、Ｒ2は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上のベンゼン環を有する炭素数７〜１５の炭化水素基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物、ｙはＡＯの平均付加モル数であって１〜９の数である。〕
また、本発明は、上記本発明の起泡剤と水を用いて製造された泡沫と、水硬性物質と、水とを含有する気泡入り水硬性組成物に関する。
また、本発明は、上記本発明の起泡剤を含有する水溶液を発泡させて得た泡沫と水硬性物質と水とを混合する工程を有する、気泡入り水硬性組成物の製造方法に関する。
本発明の起泡剤により製造された泡沫を水硬性組成物に混入させることにより、気泡が混入した水硬性組成物の流動性と硬化体の強度を、硬化体密度の増大を伴わずとも顕著に向上することができる。従って、本発明によれば、充填性と強度に優れた軽量セメントミルク、軽量スラリー、軽量コンクリート等の水硬性組成物を得ることができる。
化合物（Ｉ）はアルキル硫酸エステル塩又はアルキルエーテル硫酸エステル塩であり、一般式（Ｉ）中のＲ1は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上、好ましくは１つのベンゼン環を有する炭素数７〜１５、好ましくは１４〜１５の炭化水素基である。一般式（Ｉ）中のＲ1の炭素数は、アルキル基又はアルケニル基の場合、１０〜１８、更に１０〜１４が起泡力の点で好ましく、またＲ1はアルキル基が好ましい。また、一般式（Ｉ）中のＡＯは、オキシエチレン基（以下、ＥＯと表記する）を含むことが起泡力の点で好ましく、全ＡＯ中、ＥＯの比率は、５０〜１００モル％、更に８０〜１００モル％が好ましい。ＡＯとしては、ＥＯの単独、ＥＯとオキシプロピレン基の混合が挙げられ、ＥＯの単独が好ましい。また、一般式（Ｉ）中のｍは、ＡＯの平均付加モル数であって、１〜１０、更に１〜５が起泡力の点で好ましい。また、一般式（Ｉ）中のＸはアルカリ金属が好ましく、なかでもナトリウムが好ましい。一般式（Ｉ）中のｐはＸの価数、すなわち１又は２であり、１が好ましい。
化合物（Ｉ）の具体例としては、ドデシルエーテル硫酸エステル塩、ラウリルエーテル硫酸エステル塩、セチルエーテル硫酸エステル塩、ミリスチルエーテル硫酸エステル塩、オレイルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンドデシルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンセチルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンミリスチルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンパルミチルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンステアリルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンオレイルエーテル硫酸エステル塩等が一例として挙げられ、これらの混合物も使用することができる。化合物（Ｉ）は、エマール０、エマール４０、エマール２Ｆ、エマール２０Ｃ、エマール２７Ｃ、エマール２７０Ｊ（いずれも花王（株）製）のような市販品を使用することもできる。
化合物（II）は、高級アルコールやアルキルフェノール等にアルキレンオキサイドを付加して得られる化合物である。一般式（II）中のＲ2は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上、好ましくは１つのベンゼン環を有する炭素数７〜１５、好ましくは１４〜１５の炭化水素基である。一般式（II）中のＲ2の炭素数は、アルキル基又はアルケニル基の場合、１０〜１８、更に１０〜１４が、起泡力、流動性（気泡を混入した水硬性組成物の流動性、以下同様）、硬化体強度の向上効果の点で好ましく、またＲ2はアルキル基が好ましい。また、一般式（II）中のＡＯは、ＥＯを含むことが起泡力の点で好ましく、全ＡＯ中、ＥＯの比率は、５０〜１００モル％、更に８０〜１００モル％が好ましい。ＡＯとしては、ＥＯの単独、ＥＯとオキシプロピレン基の混合が挙げられ、ＥＯの単独が好ましい。また、一般式（II）中のｙは、ＡＯの平均付加モル数であって、１〜６、更に２〜４が起泡力、流動性、硬化体強度の向上効果の点で好ましい。
化合物（II）の製造に使用できる高級アルコールとしては、オクチルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール等、ならびに合成アルコールが挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
本発明の起泡剤は、化合物（Ｉ）と化合物（II）の重量比が、（Ｉ）／（II）＝９５／５〜５０／５０、更に９５／５〜６０／４０、特に９０／１０〜７０／３０であることが、起泡力、流動性、硬化体強度の向上効果の点で好ましい。
また、本発明の起泡剤中、取り扱い性の観点から、化合物（Ｉ）は１．５〜４０重量％、更に５〜４０重量％、特に１０〜３０重量％、化合物（II）は０．１〜２０重量％、更に１〜１０重量％含有されることが好ましい。また、本発明の起泡剤中の化合物（Ｉ）と化合物（II）の合計は１０〜５０重量％、更に２０〜４０重量％が好ましい。
本発明の起泡剤では、化合物（Ｉ）、（II）の混合溶解性を高めるために、アルコール類を併用することができる。例えば、エチルアルコール等の炭素数７以下の一価アルコール、エチレングリコール等のグリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル等のアルキレングリコールエーテルが一例として挙げられる。また、用途によっては、炭素数１〜４のアルコールのアルキレンオキサイド付加物も溶剤等として使用できる。また、その他の界面活性剤、水溶性高分子、増粘剤等を併用することもできる。
本発明の起泡剤は、化合物（Ｉ）と化合物（II）とを合計で０．００１〜１０重量％、更に０．０１〜５重量％、特に０．１〜３重量％含有する水溶液として用いられることが好ましい。かかる水溶液を発泡させ、泡沫として水硬性物質を配合して配合・軽量化する方法により、気泡入り水硬性組成物を製造することが、均一な気泡が連行する、すなわち泡沫径の均一分布の観点から、好ましいが、起泡剤または起泡剤溶液として、直接セメントや石膏を水硬性物質としたペースト、スラリー、モルタル、コンクリートに練り込んでもよい。起泡剤を水硬性組成物に添加する方法については限定するものではなく、また起泡剤水溶液を泡沫化させる方法についても限定するものではない。なお、本発明の起泡剤は、水硬性物質１００重量部に対して、化合物（Ｉ）と化合物（II）の合計が０．００１〜１０重量部、更に０．０１〜５重量部、特に０．０１〜１重量部となるように用いられることが好ましい。
また本発明の起泡剤を用いた水硬性組成物としては、セメント、石膏類又はこれらの混合物を含有するものが好適であり、例えば、軽量化セメントペースト、軽量モルタル、軽量コンクリート、石膏ボード等が挙げられる。これら水硬性組成物の密度（見掛け密度）は０．５〜２ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。
本発明の気泡入り水硬性組成物の一例を挙げると、（１）本発明の起泡剤と水を用いて製造された泡沫（発泡倍率５〜４０倍）１０〜５０ｋｇ／ｍ3、（２）水硬性物質１００〜５００ｋｇ／ｍ3、（３）水１００〜３００ｋｇ／ｍ3、（４）骨材０〜１０００ｋｇ／ｍ3を含有する気泡入り水硬性組成物である。骨材としては、コンクリート総覧（技術書院、１９９８年６月１０日発行）の第１９９頁、表５．４．１に記載されている粗骨材、細骨材、軽量骨材や、発泡プラスチック骨材等が使用できる。
（１）材料
・セメント：普通ポルトランドセメント６００ｇ
・水：水道水４００ｇ
・泡沫：表１の化合物（Ｉ）と化合物（II）とを合計で１重量％（固形分換算）含有する水溶液を、発泡機で２０倍に発泡させた泡沫９００ｃｃ
・セメント：普通ポルトランドセメント６００ｇ
・水：水道水４００ｇ
・泡沫：表１の化合物（Ｉ）と化合物（II）とを合計で１重量％（固形分換算）含有する水溶液を、発泡機で２０倍に発泡させた泡沫９００ｃｃ
（２）混合方法
上記材料を、モルタルミキサーの低速条件で６０秒間混合して気泡入りスラリーを調製する。
上記材料を、モルタルミキサーの低速条件で６０秒間混合して気泡入りスラリーを調製する。
（３）評価
上記で得られた気泡入りスラリーを用いて以下の評価を行った。結果を表１に示す。
上記で得られた気泡入りスラリーを用いて以下の評価を行った。結果を表１に示す。
（３−１）流動性
内径７０ｍｍ×高さ８０ｍｍの円筒コーンにスラリーを充填して、引き上げた後の拡がり（ｍｍ）を測定した。
内径７０ｍｍ×高さ８０ｍｍの円筒コーンにスラリーを充填して、引き上げた後の拡がり（ｍｍ）を測定した。
（３−２）硬化体密度
内径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの鋼製型枠にスラリーを充填し、硬化後、上面を平滑に研磨して、２日後に脱型し、硬化体の重量から密度（ｇ／ｃｍ3）を求めた。
内径５ｃｍ×高さ１０ｃｍの鋼製型枠にスラリーを充填し、硬化後、上面を平滑に研磨して、２日後に脱型し、硬化体の重量から密度（ｇ／ｃｍ3）を求めた。
（３−３）強度
上記（３−２）で得られた硬化体を室内に静置し２８日後に圧縮強度をＪＩＳ Ａ−１１６１に基づいて測定した。
上記（３−２）で得られた硬化体を室内に静置し２８日後に圧縮強度をＪＩＳ Ａ−１１６１に基づいて測定した。
（注）表中、Ｃ1は炭素数１のアルキル基、Ｃ10は炭素数１０のアルキル基、Ｃ12は炭素数１２のアルキル基、Ｃ14は炭素数１４のアルキル基、Ｃ18は炭素数１８のアルキル基であり、比較品で用いた成分は、以下のものである。
・エーテルカルボン酸塩：ＲＯ(ＥＯ)mＣＨ2ＣＯＯＸ（Ｒ＝Ｃ12アルキル基、ｍ＝３、Ｘ＝Ｎａ）
・エーテルカルボン酸塩：ＲＯ(ＥＯ)mＣＨ2ＣＯＯＸ（Ｒ＝Ｃ12アルキル基、ｍ＝３、Ｘ＝Ｎａ）
Claims (3)
- 下記一般式（Ｉ）で表される化合物と、下記一般式（II）で表される化合物とを、（Ｉ）／（II）＝９５／５〜５０／５０の重量比で含有する水硬性組成物用起泡剤。
［Ｒ1−Ｏ−(ＡＯ)mＳＯ3］pＸ （Ｉ）
〔式中、Ｒ1は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上のベンゼン環を有する炭素数７〜１５の炭化水素基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物、ｍはＡＯの平均付加モル数であって０〜５０の数、Ｘ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、アルキルアンモニウム基又は水酸基置換アルキルアンモニウム基である。ｐはＸの価数である。〕
Ｒ2−Ｏ−(ＡＯ)yＨ （II）
〔式中、Ｒ2は炭素数８〜２０のアルキル基もしくはアルケニル基又は１以上のベンゼン環を有する炭素数７〜１５の炭化水素基、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基の１種又は２種以上の混合物、ｙはＡＯの平均付加モル数であって１〜９の数である。〕 - 請求項１に記載の起泡剤と水を用いて製造された泡沫と、水硬性物質と、水とを含有する気泡入り水硬性組成物。
- 請求項１に記載の起泡剤を含有する水溶液を発泡させて得た泡沫と水硬性物質と水とを混合する工程を有する、気泡入り水硬性組成物の製造方法。
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