JP5479688B2 - ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体、それを用いた分散剤、セメント混和剤及びセメント組成物に関する。
ポリアルキレングリコール鎖を含有する重合体は、その鎖長や構成するアルキレンオキシドを適宜調整することによって親水性や疎水性、立体反発等の特性が付与され、ソフトセグメントとして接着剤やシーリング剤用途、柔軟性付与成分用途、洗剤ビルダー用途等の様々な用途に広く用いられている。
そして近年では、セメント組成物(セメントに水を添加したセメントペースト、セメントペーストに細骨材である砂を混合したモルタル、モルタルに粗骨材である小石を混合させたコンクリート等)に添加されるセメント混和剤用途が検討されている。このようなセメント混和剤は、通常、減水剤等として用いられ、セメント組成物の流動性を高めてセメント組成物を減水させることにより、硬化物の強度や耐久性等を向上させる作用を発揮させることを目的として使用されている。
従来のセメント混和剤としては、例えば、ナフタレン系のセメント混和剤やポリカルボン酸系のセメント混和剤が知られており、例えば、不飽和カルボン酸系単量体と不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体とを共重合させて得られるセメント混和剤用共重合体が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
このセメント混和剤用共重合体においては、不飽和カルボン酸系単量体に由来するカルボキシル基がセメント粒子に吸着する吸着基となり、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体に由来するポリアルキレングリコール鎖がセメント粒子を分散させる分散基として作用し、当該ポリアルキレングリコール鎖の立体反発によって、ある程度高い分散性能を発揮するセメント混和剤を与えることが可能となっている。
しかしながら、セメント混和剤の使用量をより低減するために、更に高い分散性能を発揮することができるセメント混和剤の開発が求められていた。
ところで、メルカプト基(チオール基、SH基)は特異な反応性を有することから、有機合成上有用な官能基である。そのため、分子中に少なくとも1個以上のメルカプト基を有するチオール化合物は、メルカプト基が持つ特異な反応性を利用して種々様々な用途に使用されている。例えば、従来、ソフトセグメントとして接着剤やシーリング剤用途、各種重合体への柔軟性付与成分用途等に有用であったポリアルキレングリコールの適用分野を拡大するものとして、ポリアルキレングリコールにメルカプト基を導入して得られるポリアルキレングリコールのチオール変性体が注目されている。
従来のポリアルキレングリコールのチオール変性体としては、例えば、両末端又は片末端に二重結合を有するポリエーテルにチオカルボン酸を付加させた後、生成するチオエステル基を分解して得られる両末端又は片末端にメルカプト基を有するポリエーテル(例えば、特許文献2参照。)や、また、洗剤ビルダーに用いる生分解性水溶性重合体として、メルカプト基を有する化合物をポリエーテル化合物にエステル反応で導入した変性ポリエーテル化合物に対し、モノエチレン性不飽和単量体成分をブロック又はグラフト重合させて得られる重合体(例えば、特許文献3参照。)が開示されている。
しかしながら、これらの重合体は、昨今要望される極めて高度のセメント分散性(減水性)を充分に発揮できる程度には至っていない。したがって、セメント混和剤の用途にも好適なものとすることによって、より多くの分野に有用な化合物とするための工夫の余地があった。
特開2001−220417号公報 特公平7−13141号公報 特開平7−109487号公報
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、各種性能、特に分散性能に著しく優れ、セメント混和剤等の各種用途に有用なポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体変性単量体及びその製造方法、該重合体を含む分散剤及びセメント混和剤、並びに、セメント組成物を提供することを目的とするものである。
本発明者等は、ポリアルキレングリコール鎖を含有する重合体について種々検討するうち、不飽和カルボン酸系単量体と不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体とを含む不飽和単量体成分を用いて得られる重合体が、不飽和カルボン酸系単量体に由来するカルボキシル基がセメント粒子を吸着する作用を有し、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体に由来するポリアルキレングリコール鎖がセメント粒子を分散させる分散基として作用するため、ある程度高い分散性能を発揮できることにまず着目した。そして、ポリアルキレングリコール鎖を有し、かつ該ポリアルキレングリコール鎖の少なくとも一端に硫黄原子含有基を介して当該ポリマー部位(不飽和カルボン酸系単量体と不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体とを含む不飽和単量体成分から構成されるポリマー部位)を有する形態の重合体とすると、これまでにない新規な重合体であって、極めて高度の分散性能を発揮できることを見いだした。特にセメント分散性能に優れており、セメント混和剤として使用すれば、セメント組成物を調整する際に、その配合量を著しく低減することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到した。また、このようなポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体を得る方法として、1分子中にポリアルキレングリコール鎖とメルカプト基及び/又はジスルフィド結合とを有する化合物の存在下で、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む不飽和単量体成分を重合する工程を含む製造方法を採用すれば、本発明の重合体を効率よく得ることが可能となることを見いだし、本発明に到達したものである。
なお、本願出願人は、特願2006−256292号として、ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の少なくとも一端に結合した不飽和単量体由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、該ポリマー部位を構成する不飽和単量体の少なくとも1種が不飽和カルボン酸系単量体又は不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体である重合体に関する発明を出願しているが、本発明の重合体は更に限定されており、本願明細書に記載の有利な効果に関して当該先願発明よりもより効果的なものである。
すなわち本発明は、ポリアルキレングリコール鎖を有する重合体であって、該重合体は、該ポリアルキレングリコール鎖の少なくとも一端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位を有し、該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分は、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含むポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体である。
本発明はまた、上記重合体を含む重合体混合物であって、該重合体混合物は、下記重合体(i)〜(iv)のうちいずれか2以上の重合体を含んでなるポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体混合物でもある。
重合体(i):ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の片末端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
重合体(ii):ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の一端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有するブロックポリマー単位を繰り返して有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
重合体(iii):ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の両末端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
重合体(iv):2個のポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖を硫黄原子含有基を介して連結する不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
本発明は更に、上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体、若しくは、上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物を含む分散剤又はセメント混和剤でもある。
本発明はそして、セメントと、上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体、又は、上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物とを含むセメント組成物でもある。
以下に本発明を詳述する。
本発明のポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体は、ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の少なくとも一端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有するものであるが、当該ポリアルキレングリコール鎖と当該ポリマー部位との関係を模式的に示すと、下記一般式(5)で表すことができる。
Figure 0005479688
(式中、PAGはポリアルキレングリコール鎖を表す。BLは、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む不飽和単量体成分由来の構成単位を有するポリマー部位を表す。Zは、硫黄原子含有基を表す。以下、同様である。)
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体の好適な形態としては、以下の重合体(i)〜(iv)が挙げられ、重合体(i)〜(iv)のうちいずれか2以上の重合体を含んでなるポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体混合物(C)もまた、本発明の1つである。
重合体(i):上記一般式(5)で表される重合体、すなわち、ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の片末端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む形態の重合体。
重合体(ii):下記一般式(6);
Figure 0005479688
で表される重合体、すなわち、ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の一端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有するブロックポリマー単位を繰り返して有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む形態の重合体。
重合体(iii):下記一般式(7);
Figure 0005479688
で表される重合体、すなわち、ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の両末端のそれぞれに硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む形態の重合体。
重合体(iv):下記一般式(8);
Figure 0005479688
で表される重合体、すなわち、2個のポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖を硫黄原子含有基を介して連結する不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む形態の重合体。
以下では、上記一般式(5)〜(8)において「PAG」で表されるポリアルキレングリコール鎖を「ポリアルキレングリコール鎖(1)」ともいい、「BL」で表されるポリマー部位を構成する不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体由来のポリアルキレングリコール鎖を「ポリアルキレングリコール鎖(2)」ともいう。なお、ポリアルキレングリコール鎖(1)及び(2)は、実質的に直鎖状であることが好適である。
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体としてはまた、その重量平均分子量が、10000以上であることが好ましく、より好ましくは20000以上、更に好ましくは30000以上、特に好ましくは40000以上である。また、300000以下であることが好ましく、より好ましくは200000以下、更に好ましくは150000以下、特に好ましくは100000以下である。
なお、重量平均分子量は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体において、ポリアルキレングリコール鎖(1)の鎖長は、使用する高分子開始剤や高分子連鎖移動剤等の種類に依存するため、特に限定されるものではないが、例えば、セメント混和剤に配合した場合にセメント粒子をより効果的に分散させる観点から、アルキレンオキシドの平均付加モル数で、10モル以上が好適である。より好ましくは20モル以上、更に好ましくは45モル以上、更に好ましくは70モル以上、更に好ましくは80モル以上、更に好ましくは90モル以上、更に好ましくは100モル以上、より更に好ましくは110モル以上、特に好ましくは120モル以上、最も好ましくは140モル以上である。また、500モル以下であることが好適である。より好ましくは400モル以下、更に好ましくは350モル以下、更に好ましくは300モル以下、更に好ましくは280モル以下、より更に好ましくは250モル以下、特に好ましくは220モル以下、最も好ましくは200モル以下である。
なお、後述する実施例でも示されるように、ポリアルキレングリコール鎖(1)は、適度に長い方が立体反発は大きいと考えられる。逆に、これらのポリアルキレングリコール鎖(1)があまり短いと充分な立体反発が得られないため、分散性能が従来公知のセメント混和剤用共重合体と同程度になることがある。
上記ポリアルキレングリコール鎖(1)を構成するアルキレングリコールとしては、炭素数2〜18のアルキレングリコールであればよいが、例えば、セメント混和剤に配合した場合にセメント粒子の分散性や親水性をより向上させる観点から、炭素数2〜4のアルキレングリコールが好適である。中でも、より高い親水性を有させることができるため、主として炭素数2のエチレングリコール単位から構成されることが好ましい。この場合、ポリアルキレングリコール鎖(1)中におけるエチレングリコール単位の割合は、ポリアルキレングリコール鎖(1)を構成する全アルキレングリコール100モル%に対し、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは100モル%である。
ここで、「PAG」で表されるポリアルキレングリコール鎖(1)と、「BL」で表されるポリマー部位は、「Z」で表される硫黄原子含有基の構造によっては加水分解により切断されることがある。耐加水分解性の向上が必要な場合、ポリアルキレングリコール鎖(1)の末端に炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入することが好ましい。
上記炭素数3以上のオキシアルキレン基としては、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシスチレン基、アルキルグリシジルエーテル残基等が挙げられる。中でも、製造の容易さからオキシプロピレン基、オキシブチレン基が好ましい。
上記炭素数3以上のオキシアルキレン基の導入量としては、求められる耐加水分解性の程度によるが、ポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端に対して、導入量が50%以上であることが好ましくい。より好ましくは100%以上であり、更に好ましくは150%以上であり、特に好ましくは200%以上である。
また耐加水分解性の向上には、上記ポリアルキレングリコール鎖(1)の末端が二級アルコール残基であることが好ましい。ポリアルキレングリコール鎖(1)の末端に二級アルコール基を導入するには公知の方法を用いればよいが、例えば、ポリアルキレングリコール鎖(1)の原料となるポリアルキレングリコールに、炭素数3以上のアルキレンオキシドを付加すればよい。この付加反応の際には、二級アルコール基の導入率を高めるために、触媒としてアルカリ金属、アルカリ土類金属及びそれらの酸化物又は水酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を用いることが好ましい。より好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムであり、最も好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムである。
また付加反応の際の反応温度は、二級アルコール基の導入率を高めるために50〜200℃であることが好ましい。より好ましくは70〜170℃、更に好ましくは90〜150℃、特に好ましくは100〜130℃である。
上記ポリアルキレングリコール鎖(2)もまた、その構成単位が主としてエチレングリコール単位であることが好適であり、エチレングリコール単位の含有量は、ポリアルキレングリコール鎖(2)を構成する全アルキレングリコール100モル%に対し、50モル%以上であることが好ましい。より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは100モル%である。
上記ポリアルキレングリコール鎖(1)及び(2)の好適な形態において、その他の構成単位としては、例えば、プロピレングリコール単位、ブチレングリコール単位等が挙げられ、これらの構成単位の含有量は、ポリアルキレングリコール鎖(1)又は(2)を構成する全アルキレングリコール100モル%に対し、50モル%未満であることが好ましい。より好ましくは30モル%未満、更に好ましくは20モル%未満、特に好ましくは10モル%未満である。
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体において、ポリアルキレングリコール鎖(1)に硫黄原子含有基を介して結合したポリマー部位としては、複数個の不飽和単量体残基から構成され、その少なくとも2種が不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体である。なお、使用可能な不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体については、後述するとおりである。
このように上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体は、ポリマー部位において、不飽和カルボン酸系単量体由来のカルボキシル基と、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体由来のポリアルキレングリコール鎖(2)とを有するため、これらの相乗効果によってセメント粒子を極めて効果的に分散させることができるものと考えられる。
すなわち具体的には、ポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端又は片末端に(硫黄原子含有基を介して)不飽和カルボン酸系単量体由来のカルボキシル基を有するため、例えばセメント粒子に対してカルボキシル基で付着し、ポリアルキレングリコール鎖(1)の立体反発によって、セメント粒子を効果的に分散させることができると考えられる。また、ポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端又は片末端に(硫黄原子含有基を介して)更に不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体由来のポリアルキレングリコール鎖(2)を有するため、ポリアルキレングリコール鎖(1)の立体反発に、ポリアルキレングリコール鎖(2)の立体反発が加わって、その相乗効果により、例えば、セメント粒子を分散させる性能が飛躍的に向上するものと考えられる。
なお、上記ポリマー部位におけるカルボキシル基の個数や、ポリアルキレングリコール鎖(2)の鎖長及び個数は、使用される不飽和カルボン酸系単量体や不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体の種類や量に依存するため、特に限定されるものではない。
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体としてはまた、1分子中にポリアルキレングリコール鎖とメルカプト基及び/又はジスルフィド結合とを有する化合物の存在下で、不飽和カルボン酸系単量体(以下、「単量体(a)」ともいう。)及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体(以下、「単量体(b)」ともいう。)を含む不飽和単量体成分を重合して得られるものであることが好適であり、このような重合工程を含む製造方法もまた、本発明の1つである。
なお、上記重合反応に単量体(a)を使用することにより、上記重合体に、不飽和カルボン酸系単量体由来のカルボキシル基が導入されることになり、また、上記重合反応に単量体(b)を使用することにより、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体由来のポリアルキレングリコール鎖(2)が導入されることになる。
上記重合工程において、不飽和カルボン酸系単量体(単量体(a))としては、例えば、下記式(9);
Figure 0005479688
(式中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子、メチル基又は(CHCOOM(ここで、−(CHCOOMは、−COOM又は他の−(CHCOOMと無水物を形成していてもよい。)を表す。xは、0〜2の整数である。M及びMは、同一若しくは異なって、水素原子、一価金属、二価金属、三価金属、第4級アンモニウム塩基又は有機アミン塩基を表す。)で表される化合物が好ましい。
上記一般式(9)で表される単量体(a)の具体例としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のモノカルボン酸系単量体;マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等のジカルボン酸系単量体;これらのカルボン酸の無水物又は塩(例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、三価金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩)等が挙げられる。これらの単量体は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの単量体のうち、重合性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸及びこれらの塩が好ましく、中でも、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの塩がより好ましい。
上記不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体(単量体(b))としては、例えば、下記式(10);
Figure 0005479688
(式中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又はメチル基を表す。R10は、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。AOは、同一若しくは異なって、炭素数2〜18のオキシアルキレン基の1種又は2種以上を表す(ここで、2種以上のオキシアルキレン基は、ブロック状に導入されていてもランダム状に導入されていてもよい。)。yは、0〜2の整数である。zは0又は1である。pは、オキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、1〜300の整数である。)で表される化合物が好適である。
上記一般式(10)において、R10は、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表すが、該炭素数1〜20の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜20の脂肪族アルキル基、炭素数3〜20の脂環式アルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20のアリール基等が挙げられる。
上記R10はまた、セメント粒子の分散性の観点から親水性基であることが好ましく、具体的には、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であることが好適である。より好ましくは、水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基であり、更に好ましくは、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基である。
上記一般式(10)において、−(AO)−で表されるオキシアルキレン鎖は、上述したポリアルキレングリコール鎖(2)に相当するが、AOで表されるオキシアルキレン基としては、セメント混和剤に配合した場合にセメント粒子を効果的に分散させる観点から、より高い親水性を有することが好適であり、主として炭素数2のオキシアルキレン基であることが好ましい。このようなオキシアルキレン鎖(ポリアルキレングリコール鎖(2))中の炭素数2のオキシアルキレン基の割合は、当該オキシアルキレン鎖を構成する全オキシアルキレン基100モル%に対し、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは100モル%である。
上記オキシアルキレン鎖(ポリアルキレングリコール鎖(2))においてはまた、セメント混和剤に配合してコンクリート組成物を製造した場合に、コンクリートの粘性やこわばり感を低減できる等の観点から、該オキシアルキレン鎖中に炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入し、ある程度の疎水性を付与することにより、セメント粒子に若干の構造(ネットワーク)をもたらすことが好適である。しかし、炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入しすぎると、得られた重合体の疎水性が高くなりすぎることから、セメント粒子を分散させる性能が充分とはならないことがある。
これらを考慮すると、上記オキシアルキレン鎖中における炭素数3以上のオキシアルキレン基の割合は、当該オキシアルキレン鎖を構成する全オキシアルキレン基100モル%に対し、1モル%以上であることが好ましく、より好ましくは3モル%以上、更に好ましくは5モル%以上、特に好ましくは7モル%以上であり、また、50モル%以下であることが好ましく、より好ましくは30モル%以下、更に好ましくは20モル%以下、特に好ましくは10モル%以下である。
上記オキシアルキレン鎖中の炭素数3以上のオキシアルキレン基としては、ブロック状に導入されていてもよく、ランダム状に導入されていてもよいが、(炭素数2以上のオキシアルキレン基からなるオキシアルキレン鎖)−(炭素数3以上のオキシアルキレン基からなるオキシアルキレン鎖)−(炭素数2以上のオキシアルキレン基からなるオキシアルキレン鎖)のようにブロック状に導入されることが好ましい。
上記炭素数3以上のオキシアルキレン基としては、導入の容易さ、セメント粒子との親和性等の観点から、炭素数3〜8のオキシアルキレン基が好適である。より好ましくは、炭素数3のオキシプロピレン基や炭素数4のオキシブチレン基等である。
上記オキシアルキレン鎖において、pで表されるオキシアルキレン基の平均付加モル数は、1〜300の整数である。好ましくは4モル以上、より好ましくは10モル以上、更に好ましくは15モル以上、より更に好ましくは20モル以上、特に好ましくは25モル以上、最も好ましくは30モル以上であり、また、好ましくは250モル以下、より好ましくは200モル以下、更に好ましくは150モル以下、より更に好ましくは125モル以下、特に好ましくは100モル以下、最も好ましくは75モル以下である。
上記一般式(10)で表される単量体(b)の具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、ノニルアルコール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等の炭素数1〜20の飽和脂肪族アルコール類、アリルアルコール、メタリルアルコール、クロチルアルコール、オレイルアルコール等の炭素数3〜20の不飽和脂肪族アルコール類、シクロヘキサノール等の炭素数3〜20の脂環式アルコール類、フェノール、フェニルメタノール(ベンジルアルコール)、メチルフェノール(クレゾール)、p−エチルフェノール、ジメチルフェノール(キシレノール)、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、フェニルフェノール、ナフトール等の炭素数6〜20の芳香族アルコール類のいずれかに、炭素数2〜18のアルキレンオキシドを付加することによって得られるアルコキシポリアルキレングリコール類と、(メタ)アクリル酸やクロトン酸とのエステル化物;炭素数2〜18のアルキレンオキシドを重合したポリアルキレングリコール類と(メタ)アクリル酸、クロトン酸とのエステル化物;等を挙げることができ、これらは、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの不飽和エステル類のうち、(メタ)アクリル酸のアルコキシポリアルキレングリコール類のエステルが好ましい。
上記単量体(b)の具体例としてはまた、ビニルアルコール、アリルアルコール、メタリルアルコール、3−ブテン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オール、3−メチル−2−ブテン−1−オール、2−メチル−3−ブテン−2−オール、2−メチル−2−ブテン−1−オール、2−メチル−3−ブテン−1−オール、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシプロピルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル等の不飽和アルコールに、アルキレンオキシドを1〜300モル付加した化合物を挙げることができ、これらは、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの不飽和エーテル類のうち、(メタ)アリルアルコール、3−メチル−3−ブテン−1−オールを用いた化合物が好ましい。
なお、上記の不飽和エステル類及び不飽和エーテル類において、アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等の炭素数2〜18のアルキレンオキシドから選択される1種又は2種以上のアルキレンオキシドを用いることが好適である。2種以上のアルキレンオキシドを付加させる場合、ランダム付加、ブロック付加、交互付加等のいずれであってもよい。
上記重合工程で使用される不飽和単量体成分としてはまた、上記単量体(a)及び単量体(b)の他に、共重合可能な単量体(以下、「単量体(c)」ともいう。)を含んでいてもよい。上記単量体(c)としては、以下の1種又は2種以上を用いることができる。
マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸類と、炭素数1〜20のアルキルアルコール、炭素数2〜18のグリコール若しくはこれらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコール、又は、炭素数1〜20のアルキルアルコールに炭素数2〜18のアルキレンオキシドを付加してなるアルキレンオキシドの付加モル数2〜300のアルコキシポリアルキレンオキシドとのモノエステル、ジエステル類;
上記不飽和ジカルボン酸類と、炭素数1〜20のアルキルアミン及び炭素数2〜18のグリコールの片末端アミノ化物、又は、これらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコールの片末端アミノ化物とのモノアミド、ジアミド類;
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸類と、炭素数1〜20のアルキルアルコール、炭素数2〜18のグリコール若しくはこれらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコール、又は、炭素数1〜20のアルキルアルコールに炭素数2〜18のアルキレンオキシドを付加してなるアルキレンオキシドの付加モル数2〜300のアルコキシポリアルキレングリコールとのエステル類;
上記不飽和モノカルボン酸と、炭素数1〜20のアルキルアミン及び炭素数2〜18のグリコールの片末端アミノ化物、又は、これらのグリコールの付加モル数2〜300のポリアルキレングリコールの片末端アミノ化物とのアミド類;
スルホエチルアクリレート、スルホエチルメタクリレート、2−メチルプロパンスルホン酸アクリルアミド、2−メチルプロパンスルホン酸メタクリルアミド、スチレンスルホン酸等の不飽和スルホン酸類、並びに、これらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩及び有機アミン塩;
アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリルアルキルアミド、メタクリルアルキルアミド等の不飽和アミド類;
ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の不飽和アミノ化合物類;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;
メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等の炭素数3〜20のアルキルビニルエーテル等のビニルエーテル類;
スチレン等の芳香族ビニル類;等。
上記重合工程における単量体(a)、単量体(b)及び単量体(c)の使用量は、単量体(a)/単量体(b)/単量体(c)の比率(単位は質量%)として表すと、単量体(a)が主成分である場合には、50〜99/50〜1/0〜40であることが好ましく、より好ましくは55〜95/45〜5/0〜40、更に好ましくは60〜90/40〜10/0〜40、特に好ましくは65〜85/35〜15/0〜40である。また、単量体(b)が主成分である場合には、1〜50/99〜50/0〜40であることが好ましく、より好ましくは2〜40/98〜60/0〜40、更に好ましくは5〜30/95〜70/0〜40、特に好ましくは7.5〜25/92.5〜75/0〜40である。
上記重合工程はまた、1分子中にポリアルキレングリコール鎖とメルカプト基及び/又はジスルフィド結合とを有する化合物の存在下で行われることになるが、当該化合物の使用により、上記重合体中にポリアルキレングリコール鎖(1)が導入されることになる。
ここで、ポリアルキレングリコール鎖(1)の量と、単量体(a)、単量体(b)及び単量体(c)の使用量との関係は、(単量体(a)+単量体(b)+単量体(c))の和を100%とした際のポリアルキレングリコール鎖(1)の比率(単位は質量%)として表すと、単量体(a)が主成分である場合には、50〜99であることが好ましく、より好ましくは55〜95、更に好ましくは60〜90、特に好ましくは65〜85である。また、単量体(b)が主成分である場合には、0.5〜50であることが好ましく、より好ましくは1〜45、更に好ましくは2〜40、より更に好ましくは3〜35、特に好ましくは4〜30、最も好ましくは5〜25である。
上記1分子中にポリアルキレングリコール鎖とメルカプト基及び/又はジスルフィド結合とを有する化合物としては、例えば、下記一般式(11)で表されるジエステル化合物、下記一般式(12)で表されるモノエステル化合物、下記一般式(13)で表されるジエステル化合物のx量体、下記一般式(14)で表されるモノエステルの二量体等を用いることが好適である。中でも、下記一般式(11)若しくは(12)で表される化合物、又は、それを含む混合物を用いることが好ましい。
Figure 0005479688
上記一般式(11)〜(14)中、R11及びR12は、同一若しくは異なって、2価の有機残基を表す。R13は、水素原子又は炭素数1〜20の炭化水素基を表す。AOは、同一若しくは異なって、炭素数2〜18のオキシアルキレン基の1種又は2種以上を表す(ここで、2種以上のオキシアルキレン基は、ブロック状に導入されていてもランダム状に導入されていてもよい。)。qは、オキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、10〜500の整数である。xは、2以上の整数を表す。
上記一般式(11)〜(14)において、R11及びR12で表される2価の有機残基としては、例えば、炭素数1〜18の直鎖又は分岐鎖アルキレン基、フェニル基、アルキルフェニル基、ピリジニル基、チオフェン、ピロール、フラン、チアゾール等の芳香族基であることが好適である。中でも、反応性の観点からは、炭素数1〜8であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜6であり、更に好ましくは炭素数1〜6の炭化水素基であり、特に好ましくは炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキレン基である。また、耐加水分解性の観点からは、炭素数2以上であることが好ましい。最も好ましくは、炭素数2〜6の直鎖又は分岐アルキレン基であり、例えば、3−メルカプトプロピオン酸、メルカプトイソブチル酸由来の2価の有機残基である。
なお、R11及びR12は、水酸基、アミノ基、アセチルアミノ基、シアノ基、カルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン基、スルホニル基、ニトロ基、ホルミル基等で一部置換されていてもよい。
上記一般式(11)〜(14)において、qで表されるオキシアルキレン基の平均付加モル数は、10〜500の整数であるが、10モル以上が好適である。より好ましくは20モル以上、更に好ましくは45モル以上、更に好ましくは70モル以上、更に好ましくは80モル以上、更に好ましくは90モル以上、更に好ましくは100モル以上、より更に好ましくは110モル以上、特に好ましくは120モル以上、最も好ましくは140モル以上である。また、好ましくは500モル以下、より好ましくは400モル以下、更に好ましくは350モル以下、更に好ましくは300モル以下、更に好ましくは280モル以下、より更に好ましくは250モル以下、特に好ましくは220モル以下、最も好ましくは200モル以下である。
上記一般式(11)〜(14)において、−(AO)−で表されるオキシアルキレン鎖は、上述したポリアルキレングリコール鎖(1)に相当するが、AOで表されるオキシアルキレン基としては、セメント混和剤に配合した場合にセメント粒子を効果的に分散させる観点から、より高い親水性を有することが好適であり、主として炭素数2のオキシアルキレン基であることが好ましい。このようなオキシアルキレン鎖(ポリアルキレングリコール鎖(1))中の炭素数2のオキシアルキレン基の割合は、当該オキシアルキレン鎖を構成する全オキシアルキレン基100モル%に対し、50モル%以上であることが好ましく、より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上、特に好ましくは100モル%である。
上記オキシアルキレン鎖(ポリアルキレングリコール鎖(1))においてはまた、セメント混和剤に配合してコンクリート組成物を製造した場合に、コンクリートの粘性やこわばり感を低減できる等の観点から、該オキシアルキレン鎖中に炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入し、ある程度の疎水性を付与することにより、セメント粒子に若干の構造(ネットワーク)をもたらすことが好適である。しかし、炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入しすぎると、得られた重合体の疎水性が高くなりすぎることから、セメント粒子を分散させる性能が充分とはならないことがある。
これらを考慮すると、上記オキシアルキレン鎖中における炭素数3以上のオキシアルキレン基の割合は、当該オキシアルキレン鎖を構成する全オキシアルキレン基100モル%に対し、1モル%以上であることが好ましく、より好ましくは3モル%以上、更に好ましくは5モル%以上、特に好ましくは7モル%以上であり、また、50モル%以下であることが好ましく、より好ましくは30モル%以下、更に好ましくは20モル%以下、特に好ましくは10モル%以下である。
上記オキシアルキレン鎖中の炭素数3以上のオキシアルキレン基としては、ブロック状に導入されていてもよく、ランダム状に導入されていてもよいが、(炭素数2以上のオキシアルキレン基からなるオキシアルキレン鎖)−(炭素数3以上のオキシアルキレン基からなるオキシアルキレン鎖)−(炭素数2以上のオキシアルキレン基からなるオキシアルキレン鎖)のようにブロック状に導入されることが好ましい。
上記炭素数3以上のオキシアルキレン基としては、導入の容易さ、セメント粒子との親和性等の観点から、炭素数3〜8のオキシアルキレン基が好適である。より好ましくは、炭素数3のオキシプロピレン基や炭素数4のオキシブチレン基等である。
上記一般式(11)〜(14)で表される化合物はまた、エステル結合が加水分解により切断されることがある。耐加水分解性の向上が必要な場合、−(AO)q−の末端に炭素数3以上のオキシアルキレン基を導入することが好ましい。
上記炭素数3以上のオキシアルキレン基としては、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシスチレン基、アルキルグリシジルエーテル残基等が挙げられる。中でも、製造の容易さからオキシプロピレン基、オキシブチレン基が好ましい。
上記炭素数3以上のオキシアルキレン基の導入量としては、求められる耐加水分解性の程度によるが、−(AO)q−の両末端に対して、導入量が50%以上であることが好ましくい。より好ましくは100%以上であり、更に好ましくは150%以上であり、特に好ましくは200%以上である。
また耐加水分解性の向上には、上記−(AO)q−の末端が二級アルコール残基であることが好ましい。−(AO)q−の末端に二級アルコール基を導入するには公知の方法を用いればよいが、例えば、−(AO)q−の原料となるポリアルキレングリコールに、炭素数3以上のアルキレンオキシドを付加すればよい。この付加反応の際には、二級アルコール基の導入率を高めるために、触媒として、アルカリ金属、アルカリ土類金属及びそれらの酸化物又は水酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物を用いることが好ましい。より好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムであり、最も好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムである。
また付加反応の際の反応温度は、二級アルコール基の導入率を高めるために50〜200℃であることが好ましい。より好ましくは70〜170℃、更に好ましくは90〜150℃、特に好ましくは100〜130℃である。
上記一般式(11)で表される化合物(チオール変性単量体ともいう。)としては、例えば、ポリアルキレングリコール鎖の両末端の−OH基に、メルカプトカルボン酸を、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒を用いてエステル化させた後、必要に応じて、アルカリを用いて酸触媒の中和工程を行い、更に脱溶媒工程を行うことにより製造することができる。この場合、上記一般式(11)で表される化合物が主として生成され、上記一般式(12)〜(14)で表される化合物が副次的に生成する。
なお、上記エステル化反応に使用可能なメルカプトカルボン酸としては、例えば、チオグリコール酸、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、メルカプトイソブチル酸、チオリンゴ酸、メルカプトステアリン酸、メルカプト酢酸、メルカプト酪酸、メルカプトオクタン酸、メルカプト安息香酸、メルカプトニコチン酸、システイン、N−アセチルシステイン、メルカプトチアゾール酢酸等が挙げられる。中でも、チオグリコール酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、メルカプトイソブチル酸が好適である。
上記反応は、酸化防止剤の存在下で行われることが好ましい。これにより、原料のメルカプトカルボン酸と、生成物である上記一般式(11)で表される化合物とについて、ジスルフィド化合物や、上記一般式(13)及び(14)で表される多量体の生成を抑制することができる。
上記酸化防止剤としては、通常使用される酸化防止剤を使用すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、フェノチアジン及びその誘導体;ハイドロキノン、カテコール、レゾルシノール、メトキノン、ブチルハイドロキノン、ブチルカテコール、ナフトハイドロキノン、ジブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール、トコフェロール、トコトリエノール、カテキン等のフェノール化合物;トリ−p−ニトロフェニルメチル、ジフェニルピクリルヒドロジン、ピクリン酸等のニトロ化合物;ニトロソベンゼン、クペロン等のニトロソ化合物;ジフェニルアミン、ジ−p−フルオロフェニルアミン、N−(3−N−オキシアニリノ−1,3−ジメチルブチリデン)アニリンオキシド等のアミン系化合物;TEMPOラジカル(2,2,6,6−tetramethyl−1−piperidinyloxyl)、ジフェニルピクリルヒドラジル、ガルビノキシル、フェルダジル等の安定ラジカル;アルコルビン酸やエリソルビン酸及びその塩又はエステル;ジチオベンゾイルジスルフィド;塩化銅(II);メルカプトエタノール、ジチオスレイトール、グルタチオン等のチオール類;Tris(2-carboxyethyl)phosphine塩酸塩等が挙げられ、これらは、単独で用いても2種以上を併用してもよい。中でも、ラジカル捕捉剤や重合禁止剤としての機能をより有効に発揮できる化合物である、フェノチアジン及びその誘導体、フェノール系化合物、アスコルビン酸やエリソルビン酸及びそのエステルが好適であり、フェノチアジン、ハイドロキノン、メトキノンがより好適である。
上記一般式(12)で表される化合物(チオール変性単量体ともいう。)としては、例えば、一方の末端を保護したポリアルキレングリコールの−OH基に、メルカプトカルボン酸を、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒を用いてエステル化させた後、必要に応じて、アルカリを用いて酸触媒の中和工程を行い、更に脱溶媒工程を行うことにより製造することもできる。この場合、上記一般式(12)で表される化合物が主として生成され、上記一般式(14)で表される化合物が副次的に生成する。エステル化に際して、必要に応じて、フェノチアジン等の酸化防止剤を用いてもよい。
なお、上記エステル化反応に使用可能なメルカプトカルボン酸としては、例えば、チオグリコール酸、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、メルカプトイソブチル酸、チオリンゴ酸、メルカプトステアリン酸、メルカプト酢酸、メルカプト酪酸、メルカプトオクタン酸、メルカプト安息香酸、メルカプトニコチン酸、システイン、N−アセチルシステイン、メルカプトチアゾール酢酸等が挙げられる。中でも、チオグリコール酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、メルカプトイソブチル酸が好適である。
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体においては、上記ポリアルキレングリコール鎖(1)の少なくとも一端に、硫黄原子含有基を介して、不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位が結合している。
上記硫黄原子含有基としては、例えば、−S−R11−COO−、−S−R11−CO−、−S−R11−CO−NH−、−S−R11−CO−NH−CH−CH−、−S−R11−、−S−R11−O−、−S−R11−N−、−S−R11−S−等が挙げられる。ここで、R11は、上記一般式(11)におけるR11と同意義である。これらの硫黄原子含有基のうち、−S−R11−COO−、−S−R11−CO−がより好適である。
上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体の製造に、上記一般式(11)で表される化合物又は該化合物を含む混合物(上記一般式(12)〜(14)で表される化合物を含む)を使用することによって、チオール基(メルカプト基)から熱、光、放射線等を使用して発生したラジカル、若しくは、必要に応じて別に使用した重合開始剤によって発生したラジカルが、チオール基に連鎖移動するか、又は、ジスルフィド結合を開裂させ、オキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端に、硫黄原子含有基を介して、単量体が次々に付加し、当該重合体が形成されることになる。
この場合、q個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端に、硫黄原子含有基を介して、単量体(a)由来のカルボキシル基を有する構成単位と、単量体(b)由来のp個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(2)を有する構成単位と、単量体(c)を使用した場合には更に単量体(c)由来の構成単位とを有する重合体が主として生成する。それ以外に、上記重合体の構造が2回又はそれ以上繰り返されている重合体や、単量体(a)由来のカルボキシル基を有する構成単位と、単量体(b)由来のp個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(2)を有する構成単位と、単量体(c)を使用した場合には更に単量体(c)由来の構成単位とを有する重合体が副次的に生成する。更に、単量体(a)と単量体(b)との重合体や、単量体(a)と単量体(b)と単量体(c)との重合体が生成することもある。
このような生成物について、上述した重合体(i)〜(iv)の分類を用いて示すと、上記一般式(11)で表される化合物又は該化合物を含む混合物(上記一般式(12)〜(14)で表される含む)の存在下で重合反応を行う場合、単量体(a)と単量体(b)とを使用するか、又は、単量体(a)と単量体(b)と単量体(c)とを使用すると、重合体(ii)及び重合体(iii)が重合体混合物として生成する。
上記一般式(11)で表される化合物の使用量と、単量体(a)、単量体(b)及び単量体(c)の使用量との関係は、(単量体(a)+単量体(b)+単量体(c))の和を100%とした際の上記一般式(11)で表される化合物の比率(単位は質量%)として表すと、単量体(a)が主成分である場合には、50〜99であることが好ましく、より好ましくは55〜95、更に好ましくは60〜90、特に好ましくは65〜85である。また、単量体(b)が主成分である場合には、0.5〜50であることが好ましく、より好ましくは1〜45、更に好ましくは2〜40、より更に好ましくは3〜35、特に好ましくは4〜30、最も好ましくは5〜25である。
また上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体の製造に、上記一般式(12)で表される化合物又は該化合物を含む混合物(上記一般式(14)で表される化合物を含む)を使用することによって、チオール基(メルカプト基)から熱、光、放射線等を使用して発生したラジカル、若しくは、必要に応じて別に使用した重合開始剤によって発生したラジカルが、チオール基に連鎖移動するか、又は、ジスルフィド結合を開裂させ、オキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端に、硫黄原子含有基を介して、単量体が次々に付加し、当該重合体が形成されることになる。
この場合、q個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(1)の一端に、硫黄原子含有基を介して、単量体(a)由来のカルボキシル基を有する構成単位と、単量体(b)由来のp個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(2)を有する構成単位と、単量体(c)を使用した場合には更に単量体(c)由来の構成単位とを有する重合体が主として生成する。それ以外に、単量体(a)由来のカルボキシル基を有する構成単位と、単量体(b)由来のp個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(2)を有する構成単位と、単量体(c)を使用した場合には更に単量体(c)由来の構成単位とを有するポリマー部位の両末端に、硫黄原子含有基を介して、q個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(1)が結合した重合体や、単量体(a)由来のカルボキシル基を有する構成単位と、単量体(b)由来のp個のオキシアルキレン基からなるポリアルキレングリコール鎖(2)を有する構成単位と、単量体(c)を使用した場合には更に単量体(c)由来の構成単位とを有する重合体が副次的に生成する。更に、単量体(a)と単量体(b)との重合体や、単量体(a)と単量体(b)と単量体(c)との重合体が生成することもある。
このような生成物について、上述した重合体(i)〜(iv)の分類を用いて示すと、上記一般式(12)で表される化合物又は該化合物を含む混合物(上記一般式(14)で表される化合物を含む)の存在下で重合反応を行う場合、単量体(a)と単量体(b)とを使用するか、又は、単量体(a)と単量体(b)と単量体(c)とを使用すると、重合体(i)及び重合体(iv)が重合体混合物として生成する。
上記一般式(12)で表される化合物の使用量と、単量体(a)、単量体(b)及び単量体(c)の使用量との関係は、(単量体(a)+単量体(b)+単量体(c))の和を100%とした際の上記一般式(12)で表される化合物の比率(単位は質量%)として表すと、単量体(a)が主成分である場合には、50〜99であることが好ましく、より好ましくは55〜95、更に好ましくは60〜90、特に好ましくは65〜85である。また、単量体(b)が主成分である場合には、0.5〜50であることが好ましく、より好ましくは1〜45、更に好ましくは2〜40、より更に好ましくは3〜35、特に好ましくは4〜30、最も好ましくは5〜25である。
上記重合工程には、上記一般式(11)で表される化合物若しくは該化合物を含む混合物、又は、上記一般式(12)で表される化合物若しくは該化合物を含む混合物以外に、通常使用されるラジカル重合開始剤を併用してもよい。ラジカル重合開始剤としては、既知のあらゆるラジカル重合開始剤が使用可能である。
上記重合開始剤の使用量は、上記一般式(11)又は(12)で表される化合物の種類や量に応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、ラジカル重合開始剤が重合する単量体に対して少なすぎると、ラジカル濃度が低すぎて重合反応が遅くなり、逆に多すぎると、ラジカル濃度が高すぎて、メルカプト基やジスルフィド結合からの重合より単量体からの重合が優先し、ブロックポリマーの収率が充分とはならないおそれがある。それゆえ、ラジカル重合開始剤の使用量は、不飽和単量体成分100モル%に対して、好ましくは0.001モル%以上、より好ましくは0.01モル%以上、更に好ましくは0.1モル%以上、特に好ましくは0.2モル%以上であり、また、好ましくは10モル%以下、より好ましくは5モル%以下、更に好ましくは2モル%以下、特に好ましくは1モル%以下である。
上記重合工程において、水を溶媒に用いて溶液重合を行う場合には、重合後に不溶成分を除去する必要がないため、水溶性のラジカル重合開始剤を用いることが好適である。
例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過酸化水素;2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩等のアゾアミジン化合物、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩等の環状アゾアミジン化合物、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル等のアゾニトリル化合物、2,4’−アゾビス{2−メチル−N−[2−(1−ヒドロキシブチル)]プロピオンアミド}等のアゾアミド化合物、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)と(アルコキシ)ポリエチレングリコールとのエステル等のマクロアゾ化合物等の水溶性アゾ開始剤;等が使用される。これらの重合開始剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの重合開始剤のうち、メルカプト基やジスルフィド結合からラジカルを発生させやすい水溶性アゾ開始剤が好適である。
この際、亜硫酸水素ナトリウム等のアルカリ金属亜硫酸塩、メタ二亜硫酸塩、次亜リン酸ナトリウム、モール塩等のFe(II)塩、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム二水和物、ヒドロキシルアミン塩酸塩、チオ尿素、L−アスコルビン酸又はその塩、エリソルビン酸又はその塩若しくはエステル等の促進剤(還元剤)を併用することもできる。これらの促進剤(還元剤)は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。特に、過酸化水素と有機系還元剤との組み合わせが好ましく、有機系還元剤としては、L−アスコルビン酸又はその塩、L−アスコルビン酸エステル、エリソルビン酸又はその塩、エリソルビン酸エステル等が好適である。なお、促進剤(還元剤)の使用量は、特に限定されるものではないが、例えば、併用される重合開始剤100モル%に対して、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、更に好ましくは50モル%以上であり、また、好ましくは1000モル%以下、より好ましくは500モル%以下、更に好ましくは400モル%以下である。
上記重合工程において、低級アルコール類、芳香族若しくは脂肪族炭化水素類、エステル類、ケトン類を溶媒に用いて溶液重合を行う場合、又は、塊状重合を行う場合には、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、ナトリウムパーオキシド等のパーオキシド;t−ブチルハイドロパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド等のハイドロパーオキシド;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾニトリル化合物、2,2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)等のアゾアミド化合物、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩等の環状アゾアミジン化合物、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等のアゾ化合物、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)と(アルコキシ)ポリエチレングリコールとのエステル等のマクロアゾ化合物;等がラジカル重合開始剤として使用される。これらの重合開始剤は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの重合開始剤のうち、メルカプト基やジスルフィド結合からラジカルを発生させやすいアゾ開始剤が好適である。
この際、アミン化合物等の促進剤を併用することもできる。なお、促進剤の使用量は、特に限定されるものではないが、例えば、併用する重合開始剤100モル%に対して、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、更に好ましくは50モル%以上であり、また、好ましくは1000モル%以下、より好ましくは500モル%以下、更に好ましくは400モル%以下である。
上記重合工程において、水と低級アルコールとの混合溶媒を用いる場合には、上記ラジカル重合開始剤、又は、上記ラジカル重合開始剤と促進剤との組合せの中から適宜選択して用いることができる。
上記重合反応には、上記一般式(11)又は(12)で表される化合物以外に、連鎖移動剤を併用してもよい。使用可能な連鎖移動剤としては、例えば、メルカプトエタノール、チオグリセロール、チオグリコール酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、2−メルカプトエタンスルホン酸等のチオール系連鎖移動剤;イソプロピルアルコール等の2級アルコール;亜リン酸、次亜リン酸及びその塩(次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等)、亜硫酸、亜硫酸水素、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸及びその塩(亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム等)の低級酸化物及びその塩;等の通常使用される親水性連鎖移動剤が挙げられる。
上記連鎖移動剤としてはまた、疎水性連鎖移動剤を使用することもできる。疎水性連鎖移動剤としては、ブタンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール、シクロヘキシルメルカプタン、チオフェノール、チオグリコール酸オクチル、3−メルカプトプロピオン酸オクチル等の炭素数3以上の炭化水素基を有するチオール系連鎖移動剤を用いることが好ましい。
なお、上記連鎖移動剤としては、1種又は2種以上使用することができ、また、親水性連鎖移動剤と疎水性連鎖移動剤とを組み合わせて用いてもよい。
上記連鎖移動剤の使用量は、上記一般式(11)又は(12)で表される化合物の種類や量に応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、不飽和単量体成分の合計モル数100モル%に対して、好ましくは0.1モル%以上、より好ましくは0.25モル%以上、更に好ましくは0.5モル%以上であり、また、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下、更に好ましくは10モル%以下である。
上記重合工程としては、溶液重合や塊状重合等の方法により行うことができる。溶液重合は、回分式でも連続式でもそれらの2種以上の組み合せでも行うことができる。また、重合の際、必要に応じて使用される溶媒としては、例えば、水;メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサン等の芳香族又は脂肪族炭化水素類;酢酸エチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類;等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記重合工程において、重合温度は、使用する溶媒や重合開始剤の種類に応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは0℃以上、より好ましくは30℃以上、更に好ましくは50℃以上、更に好ましくは70℃以上であり、また、好ましくは150℃以下、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは100℃以下、更に好ましくは90℃以下である。
また不飽和単量体成分の反応容器への添加方法としては特に限定されず、例えば、全量を反応容器に初期に一括投入する方法;全量を反応容器に分割又は連続投入する方法;一部を反応容器に初期に投入し、残りを反応容器に分割又は連続投入する方法;のいずれであってもよい。また、ラジカル重合開始剤や連鎖移動剤は、反応容器に初めから仕込んでもよく、反応容器へ滴下してもよく、また、目的に応じてこれらを組み合わせてもよい。
上記重合工程において、所定の分子量の共重合体を再現性よく得るには、重合反応を安定に進行させることが必要であることから、溶液重合する場合には、使用する溶媒の25℃における溶存酸素濃度を5ppm以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは4ppm以下、更に好ましくは2ppm以下、最も好ましくは、1ppm以下である。なお、溶媒に単量体を添加後、窒素置換等を行う場合には、単量体をも含んだ系の溶存酸素濃度を上記範囲内とすることが好ましい。
上記溶媒の溶存酸素濃度の調整は、重合反応槽で行ってもよく、予め溶存酸素量を調整したものを用いてもよいが、溶媒中の酸素を追い出す方法としては、例えば、下記の(1)〜(5)の方法が挙げられる。
(1)溶媒を入れた密閉容器内に窒素等の不活性ガスを加圧充填後、密閉容器内の圧力を下げることで溶媒中の酸素の分圧を低くする。窒素気流下で、密閉容器内の圧力を下げてもよい。
(2)溶媒を入れた容器内の気相部分を窒素等の不活性ガスで置換したまま液相部分を長時間激しく攪拌する。
(3)容器内に入れた溶媒に窒素等の不活性ガスを長時間バブリングする。
(4)溶媒を一旦沸騰させた後、窒素等の不活性ガス雰囲気下で冷却する。
(5)配管の途中に静止型混合機(スタティックミキサー)を設置し、溶媒を重合反応槽に移送する配管内で窒素等の不活性ガスを混合する。
上記重合工程により得られた重合体は、取り扱い性の観点から、水溶液状態で弱酸性以上のpH範囲に調整しておくことが好ましい。より好ましくは、pH4以上、更に好ましくはpH5以上、特に好ましくはpH6以上である。一方、重合反応をpH7以上で行ってもよいが、その場合、重合率の低下が起こると同時に、重合性が充分とはならず分散性能が低下するため、酸性から中性のpH範囲で共重合反応を行うことが好ましい。より好ましくはpH6未満であり、更に好ましくはpH5.5未満であり、特に好ましくは、pH5未満である。このように重合系がpH7.0以下になる好ましい重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、アゾビス−2−メチルプロピオンアミジン塩酸塩等のアゾアミジン化合物等の水溶性アゾ開始剤、過酸化水素、過酸化水素と有機系還元剤との組み合わせを用いることが好ましい。
従って、低いpHで重合反応を行った後にアルカリ性物質を添加してより高いpHに調整することが好ましい。
好適な実施形態として、具体的には、pH6未満で共重合反応を行った後にアルカリ性物質を添加してpH6以上に調整する方法;pH5未満で共重合反応を行った後にアルカリ性物質を添加してpH5以上に調整する方法;pH5未満で共重合反応を行った後にアルカリ性物質を添加してpH6以上に調整する方法等が挙げられる。pHの調整は、例えば、一価金属又は二価金属の水酸化物や炭酸塩等の無機塩;アンモニア;有機アミン等のアルカリ性物質を用いて行うことができる。また、pHを下げる必要がある場合、特に、重合の際にpHの調整が必要な場合は、例えば、リン酸、硫酸、硝酸、アルキルリン酸、アルキル硫酸、アルキルスルホン酸、(アルキル)ベンゼンスルホン酸等の酸性物質を用いてpHの調整を行うことができ、これらの酸性物質の中では、pH緩衝作用がある点等からリン酸が好ましい。また、反応終了後、必要ならば濃度調整を行うこともできる。
上記重合工程により得られた重合体混合物は、必要に応じて、個々の重合体を単離する工程に付してもよいが、作業効率や製造コスト等の観点から、個々の重合体を単離することなく、例えば、分散剤(特にセメント混和剤)等の各種用途に使用することができる。
なお、このように上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体又はその重合体混合物(以下、「重合体成分」ともいう。)を含む分散剤及びセメント混和剤もまた、本発明の1つである。
以下、代表的な分散剤として、セメント混和剤について説明する。
上記セメント混和剤中における重合体成分の配合量は、所望の分散性能に応じて適宜調節すればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、固形分換算で、セメント混和剤の全質量100質量%に対して、50質量%以上であることが好適である。より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、特に好ましくは80質量%以上である。
上記セメント混和剤にはまた、必要に応じて、重合体成分以外に、ポリカルボン酸系重合体を配合してもよい。その際、配合量は、重合体成分/ポリカルボン酸系重合体の比率(単位は質量%)で、90/10〜10/90とすることが好適である。より好ましくは80/20〜20/80、更に好ましくは70/30〜30/70、特に好ましくは60/40〜40/60である。
本発明のセメント混和剤にはまた、必要に応じて、消泡剤((ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン付加物やジエチレングリコールヘプチルエーテル等)や、ポリアルキレンイミン(エチレンイミンやプロピレンイミン等)等のポリアルキレンイミンアルキレンオキシド付加物を配合することができる。
上記セメント混和剤としてはまた、従来公知のセメント添加剤の1種又は2種以上併用することができる。従来公知のセメント混和剤としては、従来公知のポリカルボン酸系混和剤及び分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系混和剤が好ましい。これらの従来公知のセメント混和剤を併用することにより、セメントの銘柄やロット番号によらず、安定した分散性能を発揮するセメント混和剤となる。
上記スルホン酸系混和剤は、主にスルホン酸基によってもたらされる静電的反発によりセメントに対する分散性を発現する混和剤であって、従来公知の各種スルホン酸系混和剤を用いることができるが、分子中に芳香族基を有する化合物であることが好ましい。例えば、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、アントラセンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物等のポリアルキルアリールスルホン酸塩系;メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物等のメラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系;アミノアリールスルホン酸−フェノール−ホルムアルデヒド縮合物等の芳香族アミノスルホン酸塩系;リグニンスルホン酸塩、変性リグニンスルホン酸塩等のリグニンスルホン酸塩系;ポリスチレンスルホン酸塩系等の各種スルホン酸系混和剤が挙げられる。水/セメント比が高いコンクリートの場合には、リグニンスルホン酸塩系の混和剤が好適に使用され、一方、より高い分散性能が要求される水/セメント比が中程度のコンクリートの場合には、ポリアルキルアリールスルホン酸塩系、メラミンホルマリン樹脂スルホン酸塩系、芳香族アミノスルホン酸塩系、ポリスチレンスルホン酸塩系等の混和剤が好適に使用される。なお、分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系混和剤は、単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
本発明のセメント混和剤としてはまた、上記のスルホン酸系混和剤以外に、オキシカルボン酸系化合物を併用することができる。オキシカルボン酸系化合物を含有させることにより、高温の環境下においても、より高い分散保持性能を発揮することができる。
上記オキシカルボン酸系化合物としては、炭素数4〜10のオキシカルボン酸又はその塩が好ましく、オキシカルボン酸系化合物としてグルコン酸又はその塩を使用することが好ましい。
本発明のセメント混和剤はまた、必要に応じ、下記の(1)〜(11)に例示するような従来公知のセメント添加剤(材)と併用してもよい。
(1)水溶性高分子物質
(2)高分子エマルジョン
(4)早強剤・促進剤
(5)オキシアルキレン系以外の消泡剤
(6)AE剤
(7)その他界面活性剤
(8)防水剤
(9)防錆剤
(10)ひび割れ低減剤
(11)膨張材
その他の従来公知のセメント添加剤(材)としては、セメント湿潤剤、増粘剤、分離低減剤、凝集剤、乾燥収縮低減剤、強度増進剤、セルフレベリング剤、防錆剤、着色剤、防カビ剤等を挙げることができる。これらの従来公知のセメント添加剤(材)は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。
本発明のセメント混和剤は、水溶液の形態で使用してもよいし、また、反応後にカルシウム、マグネシウム等の二価金属の水酸化物で中和して多価金属塩とした後に乾燥させたり、シリカ系微粉末等の無機粉体に担持して乾燥させたり、ドラム型乾燥装置、ディスク型乾燥装置又はベルト式乾燥装置を用いて支持体上に薄膜状に乾燥固化させた後に粉砕したり、スプレードライヤーによって乾燥固化させたりすることにより粉体化して使用してもよい。また、粉体化した本発明のセメント混和剤を予めセメント粉末やドライモルタルのような水を含まないセメント組成物に配合して、左官、床仕上げ、グラウト等に用いるプレミックス製品として使用してもよいし、セメント組成物の混練時に配合してもよい。
本発明のセメント混和剤は、各種水硬性材料、すなわち、セメントや石膏等のセメント組成物やそれ以外の水硬性材料に用いることができる。このような水硬性材料と水と本発明のセメント混和剤とを含有し、更に必要に応じて、細骨材(砂等)や粗骨材(砕石等)を含む水硬性組成物の具体例としては、例えば、セメントペースト、モルタル、コンクリート、プラスター等が挙げられる。
上記水硬性組成物の中では、水硬性材料としてセメントを使用するセメント組成物が最も一般的であり、該セメント組成物は、本発明のセメント混和剤、セメント及び水を必須成分として含有する。このようなセメント組成物もまた、本発明の1つである。すなわち、セメントと、上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体又は上記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物とを含むセメント組成物もまた、本発明の1つである。
上記セメント組成物において、セメントとしては特に限定されず、例えば、ポルトランドセメント(普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩及びそれぞれの低アルカリ形)、各種混合セメント(高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント)、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント、超速硬セメント(1クリンカー速硬性セメント、2クリンカー速硬性セメント、リン酸マグネシウムセメント)、グラウト用セメント、油井セメント、低発熱セメント(低発熱型高炉セメント、フライアッシュ混合低発熱型高炉セメント、ビーライト高含有セメント)、超高強度セメント、セメント系固化材、エコセメント(都市ごみ焼却灰、下水汚泥焼却灰の一種以上を原料として製造されたセメント)等が挙げられ、更に、高炉スラグ、フライアッシュ、シンダーアッシュ、クリンカーアッシュ、ハスクアッシュ、シリカヒューム、シリカ粉末、石灰石粉末等の微粉体や石膏を添加してもよい。また、骨材としては、砂利、砕石、水砕スラグ、再生骨材等以外に、珪石質、粘土質、ジルコン質、ハイアルミナ質、炭化珪素質、黒鉛質、クロム質、クロマグ質、マグネシア質等の耐火骨材が使用可能である。
上記セメント組成物においては、その1m当りの単位水量、セメント使用量及び水/セメント比としては、単位水量が好ましくは100kg/m以上、185kg/m以下、より好ましくは120kg/m以上、175kg/m以下であり、使用セメント量が好ましくは200kg/m以上、800kg/m以下、より好ましくは250kg/m以上、800kg/m以下であり、水/セメント比(質量比)が好ましくは0.1以上、0.7以下、より好ましくは0.2以上、0.65以下であり、貧配合から富配合まで幅広く使用可能である。本発明のセメント混和剤は、高減水率領域、すなわち、水/セメント比(質量比)=0.15以上、0.5以下(好ましくは0.15以上、0.4以下)といった水/セメント比の低い領域においても使用可能である。更に、単位セメント量が多く水/セメント比が小さい高強度コンクリートや、単位セメント量が300kg/m3以下の貧配合コンクリートのいずれにも有効である。
上記セメント組成物において、本発明のセメント混和剤の配合割合としては、例えば、水硬セメントを用いるモルタルやコンクリート等に使用する場合には、固形分換算でセメント質量の0.01質量%以上、10.0質量%以下とすることが好ましい。これにより、単位水量の低減、強度の増大、耐久性の向上等の各種の好ましい諸効果がもたらされる。0.01%未満であると、性能的に充分とはならないおそれがあり、また、10.0質量%を超えると、分散性を向上させる効果が実質的に飽和することに加え、必要以上に本発明のセメント混和剤を使用することになり、製造コストが上昇することがある。より好ましくは、0.02質量%以上、5.0質量%以下、更に好ましくは0.05質量%以上、3.0質量%以下、特に好ましくは0.1質量%以上、2.0質量%以下である。
上記セメント組成物は、高減水率領域においても高い分散性と分散保持性能を有し、かつ、低温時においても充分な初期分散性と粘性低減性とを発揮し、優れたワーカビリティを有することから、レディーミクストコンクリート、コンクリート2次製品(プレキャストコンクリート)用のコンクリート、遠心成形用コンクリート、振動締め固め用コンクリート、蒸気養生コンクリート、吹付けコンクリート等に有効であり、更に、中流動コンクリート(スランプ値が22〜25cmの範囲のコンクリート)、高流動コンクリート(スランプ値が25cm以上で、スランプフロー値が50〜70cmの範囲のコンクリート)、自己充填性コンクリート、セルフレベリング材等の高い流動性を要求されるモルタルやコンクリートにも有効である。
本発明のポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体は、上述の構成よりなるので、不飽和カルボン酸系単量体と不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体とを共重合させて得られる従来のセメント混和剤用共重合体に比べて、高い分散性能を発揮することができる。そのため、分散剤、特にセメント混和剤に好適に使用される。本発明のセメント混和剤は、セメント組成物を調製する際に、その配合量を低減できるので、セメントの優れた特性を損なうことがない。かくして、本発明の当該新規な重合体及びそれを用いた分散剤、特にセメント混和剤は、コンクリートを取り扱う土木・建設分野等で多大の貢献をなすものである。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。なお、特に断りのない限り、「%」は「質量%(重量%)」を意味し、また、表中の「−」は測定・分析していないこと、又は、表記の成分を使用していないことを意味するものとする。
本明細書に記載の各略号について、表1−1〜1−3に示す。
Figure 0005479688
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まず、ポリアルキレングリコール(「PAG」とも称す。)、エステル化合物(「PAGチオール」又は「PAGチオール」とも称す。)、ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体及び比較重合体のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析条件・解析条件及び液体クロマトグラフィー(LC)分析条件・解析条件について説明する。また、PAGチオール、ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体及び比較重合体の固形分を求める測定法についても説明する。
<GPC分析法>
原料PAGは、下記条件で数平均分子量(Mn)を分析し、このMnから、PAG中のオキシアルキレン基(AO)の平均付加モル数(AO繰り返し単位数)を算出した。ただし、表1中のPAG No.G−1については、物質収支からMnを計算した。また、実施例で得た本発明重合体及び比較例で得た比較重合体の重量平均分子量及び数平均分子量は、以下のような測定条件を用いて測定した。
装置:Waters Alliance(2695);
解析ソフト:Waters社製、Empowerプロフェッショナル+GPCオプション;
使用カラム:東ソー(株)製、TSK guard column SWXL+TSKgel G4000SWXL+G3000SWXL+G2000SWXL;
検出器:示差屈折率計(RI)検出器(Waters 2414)、多波長可視紫外(PDA)検出器(Waters 2996);
溶離液:水10999g、アセトニトリル6001gの混合溶媒に酢酸ナトリウム三水和物115.6gを溶解し、更に酢酸でpH6.0に調整した溶液を使用した;
較正曲線作成用標準物質:ポリエチレングリコール(ピークトップ分子量(Mp)272500、219300、107000、50000、24000、12600、7100、4250、1470);
較正曲線:上記ポリエチレングリコールのMp値と溶出時間とを基礎にして3次式で作成した;
流量:1.0mL/min;
カラム温度:40℃;
測定時間:45分;
試料液注入量:100μL(PAG、PAGチオールは試料濃度0.4質量%、重合体は試料濃度0.5質量%の溶離液溶液)。
<GPC解析条件1(PAGの分析)>
RIクロマトグラムにおいて、溶出直前・溶出直後のベースラインにおいて平らに安定している部分を直線で結び、ピークを検出・解析した。多量体や不純物が目的ピークに一部重なって測定された場合は、ピークの重なり部分の最凹部において垂直分割し、目的物の分子量を測定した。アルキレンオキシド(AO)の平均付加モル数(繰り返し単位数)は、Mnの値から計算した。
<GPC解析条件2(PAGチオールの分析)>
RIクロマトグラムにおいて、溶出直前・溶出直後のベースラインにおいて平らに安定している部分を直線で結び、ピークを検出・解析した。多量体や不純物が目的物ピークに一部重なって検出された場合は、ピークの重なり部分の最凹部において垂直分割し、目的物の分子量を測定した。
単量体純分量及び多量化物量の計算;
RI検出器によるピーク面積の比より、下記のようにして計算した。
単量体純分量=(PAGチオール面積)/(多量化物ピーク面積+PAGチオール面積)
多量化物量=(多量化物ピーク面積)/(多量化物ピーク面積+PAGチオール面積)
<GPC解析条件3(重合体の分析:G−3)>
得られたRIクロマトグラムにおいて、ポリマー溶出直前・溶出直後のベースラインにおいて平らに安定している部分を直線で結び、ポリマーを検出・解析した。ただし、単量体、単量体由来の不純物、PAGチオール由来と思われる低分子量体ピーク等がポリマーピークに一部重なって測定された場合、それらとポリマーの重なり部分の最凹部において垂直分割して重合体部と単量体部とを分離し、重合体部のみの分子量・分子量分布を測定した。重合体部とそれ以外が完全に重なり分離できない場合はまとめて計算した。
重合体純分の計算:
RI検出器によるピーク面積の比より、下記のようにして計算した。
重合体純分=(重合体ピーク面積)/(重合体ピーク面積+重合体以外のピーク面積)
<GPC解析条件4(重合体の分析:G−4)>
得られたRIクロマトグラムにおいて、重合体溶出直前・溶出直後のベースラインにおいて平らに安定している部分を直線で結び、重合体を検出・解析した。ただし、単量体、二量体、PAGチオール由来と思われる低分子量体ピークなどが重合体ピークに一部重なって測定された場合、それらと重合体の重なり部分の最凹部において垂直分割して重合体部とモノマー部を分離し、重合体部のみの分子量・分子量分布を測定した。重合体部とそれ以外が完全に重なり分離できない場合はまとめて計算した。
重合体純分の計算:
RI検出器によるピーク面積の比より、下記のようにして計算した。
重合体純分=(重合体ピーク面積)/(重合体ピーク面積+重合体以外のピーク面積)
<LC分析法>
LCによる分析法の一例を示す。但し、PAGチオールの構造によってはこの条件で分析できないものがあり、その際は適宜LCカラムや溶離液等の条件を変更して分析を行った。
装置:Waters Alliance(2695);
解析ソフト:Waters社製 Empowerプロフェッショナル+GPCオプション;
カラム:GLサイエンス Inertsil ODS−2 ガードカラム+カラム(内径4.6mm×250mm×3本);
検出器:示差屈折率計(RI)検出器(Waters 2414)、多波長可視紫外(PDA)検出器(Waters 2996);
溶離液:アセトニトリル/100mM酢酸イオン交換水溶液=40/60(質量%)の混合物に30%NaOH水溶液を加えてpH4.0に調整した溶液を使用した;
流量:0.6mL/min;
カラム温度:40℃;
測定時間:90分間;
試料液注入量:100μL(試料濃度1質量%の溶離液溶液)。
<LC解析条件:PAGチオールの分析>
総エステル化率の計算:
RI検出器によるピーク面積の比より、下記のようにして計算した。
総エステル化率=(モノエステルピーク面積+ジエステルピーク面積)/(原料PAG面積+モノエステルピーク面積+ジエステルピーク面積)
ジエステル/総エステル比の計算:
RI検出器によるピーク面積の比より、下記のようにして計算した。
ジエステル/総エステル比=(ジエステルピーク面積)/(モノエステルピーク面積+ジエステルピーク面積)
なお、ここでのモノエステルとは、モノチオール変性単量体であり、ジエステルとは、ジチオール変性体である。
<固形分の測定法>
試料約0.5gをアルミ皿に量り採り、水約1gで希釈して均一に広げた。窒素雰囲気下、130℃で1時間乾燥させ、デシケーター中で放冷した後、乾燥後質量を量った。乾燥前後の質量差により固形分(不揮発分)濃度を計算した。
PAGチオールや、重合体の水溶液の濃度としては、特に断りがない限り、上記の手順で測定した固形分を用いた。
(PAG)
原料PAG(PAG No.G−1〜G−14)について、表2に示す。
Figure 0005479688
表2中、「PEG」とはポリエチレングリコールを意味する。また、「(EO)/(AO)wt」とは、PAGを構成する全アルキレンオキシド100質量%中のエチレンオキシドの質量割合を意味する。
表2中、No.G−1、G−7〜G−9及びG−12〜G−14のPAGは、特開2002−173593号公報に記載の方法によって合成した。
すなわち、以下のようにして合成した。なお、原料アルコールの沸点が低く減圧脱水できない場合は、別途アルコールの一部をナトリウムアルコキシドに調整して反応を行った。また、AO(アルキレンオキシド)付加数が多く反応が1段で終了できないポリアルキレングリコールについては、所定のAO付加数になるまで同様の手順を繰り返して合成した。
(1)ポリアルキレングリコールの合成法(エチレンオキシドの付加)
原料アルコール、及び、仕上がり重量に対して500ppmの水酸化ナトリウム(30%水溶液)を、攪拌器を備えた耐圧反応容器に仕込んだ。オイルバスを用いて反応系内を100℃に加温し、系内に窒素をゆっくりとバブリングしながら、真空ポンプで2時間100Torrに減圧し、水分を留去した。反応器内を150℃に加温し、窒素を導入して内圧を0.2MPaに調整した。反応器内温を150±2℃に保ちながら、所定量のエチレンオキシドを添加した。但し、反応器内圧は0.8MPaを超えないように、反応器内のエチレンオキシド分圧は50%を超えないようにした。エチレンオキシドの添加終了後、反応器内を1時間150℃に保ち、反応を完結させた。
(2)ポリアルキレングリコールの合成法(プロピレンオキシド、ブチレンオキシドの付加)
反応温度を125℃とした以外は、(1)と同様の手順で行った。
製造例P1〜P29
(PAGチオールの製造)
表4−1〜4−2に示すように、所定のPAG、チオール基含有化合物(1分子中にカルボキシル基又は水酸基とメルカプト基とを有する化合物)、酸触媒及び酸化防止剤を原料として、所定の仕込み量を仕込み、所定の反応温度・反応時間で、チオール変性単量体(PAGチオール)を調製した。なお、表4−2中、「−」とは、該当する原料を添加しなかったこと、又は、該当する有機残基が存在しないことを意味する。
また表4−1中の製法1〜3は、以下の通りである。
<製法1>
(1)エステル化工程
ジムロート冷却管付の水分定量受器、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、ガラス保護管付温度センサーを備えたガラス製反応器内に原料を仕込んだ。水分定量受器をシクロヘキサン(溶媒)で満たした後、反応系内を撹拌しながら、還流するまで加温した。反応系内の温度が110±5℃になるように途中でシクロヘキサンを加えながら所定時間加温し、脱水エステル化反応を行った。
なお、反応時間は、理論脱水量への到達及びLCとGPCの分析結果により決定した。
(2)脱溶媒工程
エステル化工程後、固化しないように撹拌しながら反応溶液を60℃以下に放冷した後、所定量の30%NaOH水溶液と水の混合物を速やかに反応器内に投入した。次に、この反応溶液を約70℃まで昇温し、還流が落ち着いてから徐々に約100℃まで加温してシクロヘキサンを留去した。溶媒留去後、加温を停止し、放冷しながら窒素を30mL/分で90分バブリングして残存シクロヘキサンを除去し、チオール変性単量体(PAGチオール)の水溶液を得た。
(3)H−NMR分析
PAGチオールのエステル化工程後のサンプルを一部採取し、溶媒を重クロロホルムに置換してH−NMRスペクトルを測定した。
(i)測定条件
機器:Varian 400MHz−NMR Unity plus
溶媒:CDCl(TMSを0.05vol%含有)
温度:30℃
積算:32回
(ii)結果
下記表3のようになった。
Figure 0005479688
表3より、原料由来のピーク位置が一部シフトし、エステル結合由来のピークが生成したことから、目的物であるPEGと3−MPAのエステル化物が生成したことを確認した。
<製法2>
(1)エステル化工程
ジムロート冷却管付の水分定量受器、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、ガラス保護管付温度センサーを備えたガラス製反応器内に原料を仕込んだ。水分定量受器をシクロヘキサン(溶媒)で満たした後、反応系内を撹拌しながら、還流するまで加温した。反応系内の温度が110±5℃になるように途中でシクロヘキサンを加えながら所定時間加温した。
なお、反応時間は、理論脱水量への到達及びLCとGPCの分析結果により決定した。
(2)脱溶媒工程
エステル化工程後、固化しないように撹拌しながら反応溶液を60℃以下に放冷した後、所定量の30%NaOH水溶液を速やかに反応器内に投入した。次に、この反応溶液を室温まで放冷し、反応粗生成物を固化・ろ過して固化物を得た。この固化物を、体積比で約1.5倍のジエチルエーテルを加えて30分撹拌後、吸引ろ過して粉体を得た。この際、固化物が完全に乾燥しないように留意した。更に、得られた粉体を同様の手順で2回以上洗浄した。洗浄後の粉体を同重量程度の水に溶解し濃度を50%に調整した。続いて、室温100Torrで残存ジエチルエーテルを留去し、PAGチオールの水溶液を得た。
<製法3>
(1)エステル化工程
ジムロート冷却管付の水分定量受器、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、ガラス保護管付温度センサーを備えたガラス製反応器内に原料を仕込んだ。水分定量受器をシクロヘキサン(溶媒)で満たした後、反応系内を撹拌しながら、還流するまで加温した。反応系内の温度が110±5℃になるように途中でシクロヘキサンを加えながら所定時間加温した。
なお、反応時間は、理論脱水量への到達及びLCとGPCの分析結果により決定した。
(2)脱溶媒工程
エステル化工程後、固化しないように撹拌しながら60℃以下に放冷した後、所定量の30%NaOH水溶液を速やかに反応器内に投入した。次に、この反応溶液を室温まで放冷し、反応粗生成物を固化・ろ過して固化物を得た。この際、固化物はなるべく乾燥するようにした。この固化物を粉砕し、体積比で約1.5倍のジエチルエーテルを加えて30分撹拌後、吸引ろ過して粉体を得た。更に、得られた粉体を同様の手順で2回以上洗浄した。得られた粉体を室温100Torrで24時間以上乾燥し、PAGチオールを得た。
製造例P1〜P29について、エステル化工程後の反応粗生成物の総エステル化率、ジエステル/総エステル、及び、チオール変性単量体純分をそれぞれ分析した。また、脱溶媒工程後に得られたチオール変性単量体(PAGチオール)の総エステル化率、ジエステル/総エステル、チオール変性単量体純分、及び、多量化物量をそれぞれ分析した。その結果を表4−3に示す。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
実施例F1〜F97、L1〜L111、C1〜C7
(ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体)
次に、製造例P1〜P29で得られたチオール変性単量体(PAGチオール)を用いて、不飽和カルボン酸系単量体としての(メタ)アクリル酸と、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体としてのポリアルキレンエチレングリコール系モノマー(以下、「PEGモノマー」ともいう。)とを重合して得られる本発明の重合体の実施例について説明する。
実施例F1〜F97
表5−1〜5−4及び表6−1〜6−4に記載する重合条件で、重合体を合成した。各重合体についての分析結果は表5−1〜5−4に記載する通りである。
なお、これらの実施例では、重合体の組成は、SMAA換算(不飽和カルボン酸系単量体をNaOHで完全中和した場合)の質量比で表しており、PAGチオールは外割で考慮しているので、合計は100%になっていない。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
また表中の製法F−1〜F−3は、以下の通りである。
<製法F−1>
単量体溶液として、所定量の単量体、PAGチオール、水酸化ナトリウムの水溶液を調製した。開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。
ジムロート冷却管、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、窒素ガス導入管、温度センサーを備えたガラス製反応器内に所定量の水を仕込み、250rpmで撹拌下、窒素ガスを100〜200mL/minで導入しながら所定温度まで加温した。続いて、所定量の単量体溶液を4時間、開始剤溶液を5時間かけて反応器内に滴下し、滴下完了後、所定温度で1時間保持して重合反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、重合体の水溶液を得た。
<製法F−2>
単量体溶液として、所定量の単量体、水酸化ナトリウムの水溶液を調製した。連鎖移動剤溶液として、所定量のPAGチオール水溶液を調製した。開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。
ジムロート冷却管、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、窒素ガス導入管、温度センサーを備えたガラス製反応器内に所定量の水を仕込み、250rpmで撹拌下、窒素ガスを100〜200mL/minで導入しながら所定温度まで加温した。続いて、所定量の単量体溶液を4時間、連鎖移動剤溶液を3.5時間、開始剤溶液を5時間かけて反応器内に滴下した。滴下完了後、所定温度で1時間保持して重合反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、重合体の水溶液を得た。
<製法F−3>
単量体溶液として、所定量の単量体、水酸化ナトリウムの水溶液を調製した。連鎖移動剤溶液として、所定量のPAGチオールの水溶液を調製した。開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。
ガラス製反応器具内に単量体溶液を仕込み、撹拌しながら所定温度まで加温した。続いて、連鎖移動剤溶液、開始剤溶液を反応器内に全量添加し、均一に混合後、所定温度で所定時間にわたり保持して反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、重合体の水溶液を得た。
実施例L1〜L111
表7−1〜7−5及び表8−1〜8−5に記載する重合条件で、重合体を合成した。各重合体についての分析結果は表7−1〜7−5に記載する通りである。
なお、これらの実施例では、重合体の組成は、SAA換算(不飽和カルボン酸系単量体をNaOHで完全中和した場合)の質量比で表しており、PAGチオールは外割で考慮しているので、合計は100%になっていない。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
また表中の製法I−1〜I−2は、以下の通りである。
<製法I−1>
単量体/PAGチオール溶液として、所定量の単量体及びPAGチオールを含む水溶液を調整した。また、開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。
ジムロート冷却管、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、窒素ガス導入管、温度センサーを備えたガラス製反応器内に所定量の単量体、水を仕込み、300rpmで撹拌下、窒素ガスを100〜200mL/minで導入しながら所定温度まで加温した。続いて、所定量の単量体/PAGチオール溶液、開始剤溶液を所定時間かけて反応器内に滴下した。滴下完了後、所定温度で1時間保持して重合反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、重合体の水溶液を得た。
<製法I−2>
単量体溶液として、所定量の単量体水溶液を調製した。また、所定量のPAGチオール溶液を調製した。開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。
ジムロート冷却管、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、窒素ガス導入管、温度センサーを備えたガラス製反応器内に所定量の単量体、水を仕込み、300rpmで撹拌下、窒素ガスを100〜200mL/minで導入しながら所定温度まで加温した。続いて、所定量の単量体溶液、PAGチオール溶液、開始剤溶液を所定時間かけて反応器内に滴下した。滴下完了後、所定温度で1時間保持して重合反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、重合体の水溶液を得た。
なお、上述した製法F−1〜F−3及び製法I−1〜I−2において得られた重合体は、以下のようであった。
PAGチオールとして製造例P1、P2又はP4で得られた化合物以外のものを用いたものについては、ポリアルキレングリコール鎖(1)の両末端に硫黄原子含有基を介して結合したポリマー部位を有し、該ポリマー部位が不飽和カルボン酸系単量体(メタクリル酸)由来のカルボキシル基と、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体(メトキシポリエチレングリコールメタクリレート)由来のポリアルキレングリコール鎖(2)とを有する重合体(iii)を主成分とし、ポリアルキレングリコール鎖(1)の片末端に硫黄原子含有基を介して結合したポリマー部位(前記と同様の構造)を有する重合体(i)と、ポリアルキレングリコール鎖(1)の片末端に硫黄原子含有基を介して結合したポリマー部位(前記と同様の構造)を有する構成単位を、繰り返して有する重合体(ii)と、ポリマー部位(前記と同様の構造)の両末端に硫黄原子含有基を介して結合したポリアルキレングリコール鎖(1)を有する重合体(iv)とを、少量含む混合物であった。
PAGチオールとして製造例P1、P2又はP4で得られた化合物を用いたものについては、重合体(i)を主成分とし、重合体(ii)、(iii)及び(iv)を、少量含む混合物であった。
実施例C1〜C7
表9−1〜9−2に記載する重合条件で、重合体を合成した。各重合体についての分析結果は表9−1に記載する通りである。
なお、これらの実施例では、重合体の組成は、AA換算(不飽和カルボン酸系単量体をNaOHで完全中和した場合)の質量比で表しており、PAGチオールは外割で考慮しているので、合計は100%になっていない。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
比較例F1〜F4、L1〜L4、参考例L5〜L6
(比較用重合体)
次に、PAGチオールの非存在下で、(メタ)アクリル酸とポリエチレングリコール系モノマー(以下「PEGモノマー」ともいう。)とを重合して得られる比較重合体の比較例について説明する。
比較例F1〜F4
表10−1〜10−2に記載する重合条件で、重合体を合成した。各重合体についての分析結果は表10−1に記載する通りである。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
これらの表では、重合体の組成は、SMAA換算(不飽和カルボン酸系単量体をNaOHで完全中和した場合)の質量比で表している。
表中の製法F−4は、以下の通りである。
<製法F−4>
単量体/連鎖移動剤溶液として、所定量の単量体及び連鎖移動剤を含む水溶液を調製した。また、開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。
ジムロート冷却管、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、窒素ガス導入管、温度センサーを備えたガラス製反応器内に所定量の水を仕込み、200rpmで撹拌下、窒素ガスを100〜200mL/minで導入しながら所定温度まで加温した。続いて、所定量の単量体溶液を4時間、開始剤溶液を5時間かけて反応器内に滴下し、滴下完了後、所定温度で1時間保持して重合反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、比較重合体の水溶液を得た。
得られた比較重合体は、不飽和カルボン酸系単量体(メタクリル酸)由来のカルボキシル基と不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体(メトキシポリエチレングリコールメタクリレート)由来のポリアルキレングリコール鎖(2)とを有するが、ポリアルキレングリコール鎖(1)を有しない重合体である。
比較例L1〜L4及び参考例L5〜L6
表11−1〜11−2に記載する重合条件で、重合体を合成した。各重合体についての分析結果は表11−1に記載する通りである。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
これらの表では、重合体の組成は:SAA換算(不飽和カルボン酸系単量体をNaOHで完全中和した場合)の質量比で表している。
表中の製法I−3は、以下の通りである。
<製法I−3>
単量体溶液として、所定量の単量体水溶液を調製した。反応器仕込開始剤溶液として、所定量の開始剤水溶液を調製した。滴下開始剤/連鎖移動剤溶液として、所定量の開始剤/移動剤水溶液を調製した。
ジムロート冷却管、テフロン(登録商標)製の撹拌翼と撹拌シール付の撹拌器、窒素ガス導入管、温度センサーを備えたガラス製反応器に所定量の単量体、水を仕込み、200rpmで撹拌下、窒素ガスを100〜200mL/minで導入しながら所定温度まで加温した。次いで、所定量のH水溶液を全量投入し、所定温度まで加温した。続いて、所定量のモノマー溶液を3時間、開始剤/移動剤溶液を3.5時間かけて反応器内に滴下した。滴下完了後、所定温度で1時間保持して重合反応を完結させた。室温まで冷却後、必要に応じて、30%NaOH水溶液を加えてpHを調整し、比較重合体の水溶液を得た。
得られた比較重合体は、不飽和カルボン酸系単量体(アクリル酸)由来のカルボキシル基と、不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体(3−メチル−3−ブテン−1−オールのエチレンオキシド(EO)付加体)由来のポリアルキレングリコール鎖(2)とを有するが、ポリアルキレングリコール鎖(1)を有しない重合体である。
(分散剤、セメント混和剤)
試験例1〜137
次に、実施例で得た本発明の重合体及び比較例で得た比較重合体の分散性能の評価を行った試験例1〜137について説明する。
<分散性能の評価方法:モルタル試験>
モルタル試験は、温度が20℃±1℃、相対湿度が60%±10%の環境下で行った。
モルタル配合は、C/S/W=550/1350/220(g)とした。ただし、
C:普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)
S:セメント強さ試験用標準砂(セメント協会製)
W:本発明重合体又は比較重合体、及び、消泡剤のイオン交換水溶液
Wとして、表12−1〜12−3及び表13−1〜13−3に示した添加量の重合体水溶液を量り採り、消泡剤MA−404(ポゾリス物産製)を有姿でポリマー固形分に対して10質量%加え、更にイオン交換水を加えて所定量とし、充分に均一溶解させた。表12−1〜12−3及び表13−1〜13−3において重合体の添加量は、セメント重量に対する重合体固形分の重量%で表されている。
ホバート型モルタルミキサー(型番N−50;ホバート社製)にステンレス製ビーター(撹拌羽根)を取り付け、C、Wを投入し、1速で30秒間混練した。更に1速で混練しながら、Sを30秒かけて投入した。S投入終了後、2連で30秒間混練した後、ミキサーを停止し、15秒間モルタルの掻き落としを行い、その後、75秒間静置した。75秒間静置後、更に60秒間2速で混練を行い、モルタルを調製した。
モルタルを混練容器からポリエチレン製1L容器に移し、スパチュラで20回撹拌した後、直ちにフローテーブル(JIS R5201−1997に記載)に置かれたフローコーン(JIS R5201−1997に記載)に半量詰めて15回つき棒で突き、更にモルタルをフローコーンのすりきりいっぱいまで詰めて15回つき棒で突き、最後に不足分を補い、フローコーンの表面をならした。その後、直ちにフローコーンを垂直に引き上げ、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値を0打フロー値とした。0打フロー値を測定後、直ちに15秒間に15回の落下運動を与え、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値を15打フロー値とした。また、必要に応じてモルタル空気量の測定も行った。
なお、15打フロー値は、数値が大きいほど、分散性能が優れている。また、この条件で重合体等の分散剤なしでモルタルを調製すると、充分混練ができずモルタルに流動性が出ない。0打フロー値は105mm前後、15打フロー値は145mm前後となる。
<モルタル空気量の測定法>
モルタルを500mLのガラス製メスシリンダーに約200mL詰め、径8mmの丸棒で突き、手で軽く振動させて粗い気泡を抜いた。更にモルタルを約200mL加えて同様に気泡を抜いた後、モルタルの体積と重量を測り、各材料の密度から空気量を計算した。
Figure 0005479688
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Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
表12−1〜13−3において、「実」とは、実施例に相当する例を意味し、「比」とは、比較例に相当する例を意味する。以下の表においても同様である。
なお、表12−1〜12−3及び表13−1〜13−3のそれぞれにおいて、シリーズNo.の同じものは、同日・同条件で測定した事を表す。モルタル実験は、セメントロット等の影響を受けやすいため、シリーズNo.の同じもの同士でのみ比較が可能である。
表12−1〜12−3及び表13−1〜13−3から明らかなように、本発明の重合体を用いたモルタルは、従来のセメント混和剤用共重合体である比較重合体を用いたモルタルに比べて、重合体配合量が同一の場合には、より高い15打モルタルフロー値を示し、重合体配合量が少ない場合でも、同程度又はそれ以上の15打モルタルフロー値を示している。言い換えると、比較重合体を用いたモルタルは、本発明重合体を用いたモルタルと同程度の15打モルタルフロー値を示すには、より多くの重合体配合量が必要である。それゆえ、本発明重合体は比較用重合体より優れた分散性能を発揮することがわかる。
また、表12−3は、混練したモルタルを所定時間おいてモルタル流動性の経時的保持性(以下、単に「保持性」ということがある。)を測定した結果である。表12−3から明らかなように、本発明重合体は単に初期の分散性能が高いため配合量が少ないだけでなく、比較重合体と比べて同等又はそれ以上の保持性を発揮しており、高い分散性と保持性とを併せ持つことがわかる。
試験例129〜189
次に、実施例で得た本発明重合体及び比較例で得た比較重合体のコンクリート試験による性能評価を行った試験例129〜189について説明する。
<コンクリート試験方法>
コンクリート配合:
実施例で得た本発明重合体及び比較例で得た比較重合体をセメント混和剤として用いて、表14に示すコンクリートNo.1、2、4及び5をそれぞれ調合・混練した。
Figure 0005479688
なお、セメント混和剤としては、実施例で得た本発明重合体又は比較例で得た比較重合体を用いた。セメント質量に対する混和剤の配合量は、混和剤の固形分量で計算し、%(質量%)表示で表14に示した。AE剤はMA202(ポゾリス物産製)をセメント質量に対して0.5%配合し、空気量を約5%に調整した。
コンクリート混練方法:
表14に示す配合で、容量50Lの強制練りミキサーにセメント(C)及び砂(S)を仕込み、10秒間空練を行った後、水及びセメント混和剤(W)を添加し、表14に記載の時間混練を行い、石(G)を添加してコンクリートNo.1、2、4及び5を調製した。
評価方法及び評価基準:
日本工業規格(JIS A1101−2005年、1128−2005年、6204−2006年)に準拠し、各コンクリート配合で得たコンクリートのスランプ値及びスランプフロー値の測定を行った。結果を表15−1〜15−4に示す。
なお、スランプ値、スランプフロー値は大きいほど、コンクリートの流動性が高いことを示す。スランプ値やスランプフロー値が同等であれば、添加量が少ない混和剤ほど、セメント分散性能が良好であり、減水性能が高いことを示す。
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
Figure 0005479688
評価結果:
表15−1〜15−4から明らかなように、実施例で得られた本発明重合体を用いたコンクリートは、いずれも比較例で得られた比較重合体を用いたコンクリートに比べて、混和剤の少ない添加量で所定のスランプ値になるまでセメントを分散・流動させることができており、優れた減水性を示している。

Claims (8)

  1. ポリアルキレングリコール鎖を有する重合体であって、
    該重合体は、該ポリアルキレングリコール鎖の少なくとも一端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位を有し、
    該ポリアルキレングリコール鎖の鎖長は、アルキレンオキシドの平均付加モル数で80モル以上であり、
    該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分は、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む
    ことを特徴とするポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体。
  2. 前記ポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体は、分子内にポリアルキレングリコール鎖と少なくとも1個のメルカプト基及び/又はジスルフィド結合とを有する化合物の存在下で、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む不飽和単量体成分を重合して得られるものである
    ことを特徴とする請求項1に記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体。
  3. 請求項1又は2に記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体を製造する方法であって、
    該製造方法は、1分子中にポリアルキレングリコール鎖とメルカプト基及び/又はジスルフィド結合とを有する化合物の存在下で、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む不飽和単量体成分を重合する工程を含む
    ことを特徴とするポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体の製造方法。
  4. 請求項1又は2に記載の重合体を含む重合体混合物であって、
    該重合体混合物は、下記重合体(i)〜(iv)のうちいずれか2以上の重合体を含んでなる
    ことを特徴とするポリアルキレングリコール鎖含有チオール重合体混合物。
    重合体(i):ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の片末端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
    重合体(ii):ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の一端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有するブロックポリマー単位を繰り返して有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
    重合体(iii):ポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖の両末端に硫黄原子含有基を介して結合した不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
    重合体(iv):2個のポリアルキレングリコール鎖と、該ポリアルキレングリコール鎖を硫黄原子含有基を介して連結する不飽和単量体成分由来の構成単位を含むポリマー部位とを有し、かつ該ポリマー部位を構成する不飽和単量体成分が、不飽和カルボン酸系単量体及び不飽和(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む。
  5. 更に、不飽和カルボン酸系単量体及び(ポリ)アルキレングリコール系単量体を含む単量体成分を重合してなる重合体を含有する
    ことを特徴とする請求項に記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物。
  6. 請求項1若しくは2に記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体、又は、請求項若しくはに記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物を含む
    ことを特徴とする分散剤。
  7. 請求項1若しくは2のいずれかに記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体、又は、請求項若しくはに記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物を含む
    ことを特徴とするセメント混和剤。
  8. セメントと、請求項1若しくは2に記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体、又は、請求項若しくはに記載のポリアルキレングリコール鎖含有チオール系重合体混合物とを含む
    ことを特徴とするセメント組成物。
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