JP5663029B2 - 不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物、該組成物の製造方法、該組成物を用いて得られる重合体および該重合体の製造方法 - Google Patents

不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物、該組成物の製造方法、該組成物を用いて得られる重合体および該重合体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物、該組成物の製造方法、該組成物を用いて得られる重合体および該重合体の製造方法に関する。
不飽和ポリアルキレングリコールを含む単量体(以下、「不飽和ポリアルキレングリコール系単量体」と称する。)は、エーテル結合を有するエーテル系単量体(以下、「不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体」と称する。)またはエステル結合を有するエステル系単量体(以下、「不飽和ポリアルキレングリコールエステル系単量体」と称する。)とに分類される。不飽和ポリアルキレングリコール系単量体を重合して得られる高分子化合物は、各種の重合体の製造原料として有用であり、セメント混和剤、顔料分散剤、帯電防止剤、樹脂硬化剤、石膏・水スラリー用分散剤、石炭・水スラリー(CWM)用分散剤、増粘剤等など、様々な分野で利用されている。たとえば、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と不飽和カルボン酸系単量体とを反応させて得られるポリカルボン酸系共重合体は、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、セメント混和剤として広く利用されている(特許文献1〜3参照)。また、不飽和ポリアルキレングリコール系単量体は、紙塗工用顔料分散液の無機顔料分散剤として用いられたり(特許文献4)、フラットパネルディスプレイ、CRT用シャドーマスク、印刷配線板、半導体等の分野において、感光性フィルムやフォトマスクのための感光性樹脂組成物として用いられたり(特許文献5〜7)など、有用に利用されている。
不飽和ポリアルキレングリコール系単量体を重合体の製造原料として用いる場合、通常は、当該単量体を製造後、移送または/および貯蔵をした後に使用される。このような場合、不飽和ポリアルキレングリコール系単量体が常温で固体のときには、当該単量体を加熱して溶解する必要があり、製造上取り扱いが不便である。さらに、不飽和ポリアルキレングリコール系単量体は、加熱により重合反応が進行し、ゲル化物を生成するおそれがあるため、加熱工程は好ましくない。
特許文献8には、ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を水溶液として貯蔵および/または移送する方法が開示されている。この方法を用いると、加熱工程を減らすことができるため、加熱による重合反応は抑制できる。当該方法では、該単量体を製造する際に使用した塩基の中和を行っていないが、長期保存する際は、中和をすることが好ましい。そのため、中和工程を含む方法として、特許文献9には、中和工程を含むポリアルキレングリコールエステルの製造方法が開示されている。当該文献には、(メタ)アクリル酸ポリアルキレングリコールエステルにリン酸塩を添加して加熱処理を行った後、水を加えて水溶液とすることで、色相に優れ、濁りのない安定な(メタ)アクリル酸ポリアルキレングリコールエステルが得られることが開示されている。
しかしながら、この方法では、使用する触媒量の増加に伴い、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を水溶液として長期保存した場合、濁りや分離が生じ、安定性が十分ではなかった。
特開2001−220417号公報 特開2008−106238号公報 特開2009−298685号公報 特開2003−147254号公報 特開2007−271987号公報 特開2010−079265号公報 特開2010−276859号公報 特開2002−173593号公報 特開2008−050552号公報
そこで、本発明は、触媒量の多少に関らず、長期保存しても、濁りがなく、安定な不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物、該組成物の製造方法、該組成物を用いて得られる重合体および該重合体の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、上記単量体組成物を、ポリカルボン酸系重合体の原料として用いて、安定した性能の重合体を提供することを目的とする。
また、本発明のさらに他の目的は、該ポリカルボン酸系重合体を含むセメント混和剤を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った結果、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、有機酸を含む単量体組成物が、優れた安定性を有することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、上記目的は、下記化学式(1):
式中、
Yは炭素数2〜7のアルケニル基を表わし、
1Oは炭素数2〜18のオキシアルキレン基の1種または2種以上を表わし、
nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、5〜500の数であり、
2は水素原子または炭素数1〜30の炭化水素基を表わす、
で表される不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、有機酸と、水と、を含
み、pHが4〜13である、単量体組成物によって達成される。
本発明によれば、触媒量の多少に関らず、長期保存しても、濁りがなく、安定な不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物が提供される。本発明の不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物は、重合体の原料として好適に用いられ、さらには、当該組成物を用いて得られる重合体は、セメント混和剤に好適に用いられうる。
本発明は、上記式(1)で示される不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物(以下、単に「単量体組成物」と称する場合もある。)を提供する。本発明の単量体組成物は、ポリカルボン酸系重合体を製造するための重合原料である。本発明の単量体組成物は、安定性に優れる。このため、当該単量体組成物を重合体の原料とした場合、得られる重合体の品質にばらつきがなく、当該重合体をセメント混和剤として用いる場合も性能にばらつきが生じにくい。なお、本明細書中、「安定性に優れる」とは、濁りがなく、分離や析出を生じない、均一な溶液のことを意味する。具体的には、「安定性」は、下記実施例に記載される方法に従って評価され、「透明均一」が「安定性に優れる」ことを表わす。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の単量体組成物は、下記化学式(1):
式中、
Yは炭素数2〜7のアルケニル基を表わし、
1Oは炭素数2〜18のオキシアルキレン基の1種または2種以上を表わし、
nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、5〜500の数であり、
2は水素原子または炭素数1〜30の炭化水素基を表わす、
で表される不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、有機酸と、水と、を含み、pHが4〜13である。
まず、以下に本発明の単量体組成物の構成成分について述べる。
<単量体組成物の構成成分>
1.不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体
本発明の単量体組成物は、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む。
本発明で用いられる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体は、下記化学式(1)で表される。
化学式(1)中、Yは、炭素数2〜7のアルケニル基である。ここで、「アルケニル基」とは、アルケンの任意の炭素原子から一個の水素原子を除去した、一般式Cn2n-1で表される一価の基を意味する。Yは、好ましくは、炭素数2〜6のアルケニル基であり、より好ましくは、炭素数2〜5のアルケニル基である。
Yとしては、たとえば、ビニル基(CH2=CH−基)、1−メチル−ビニル基(CH2=C(CH3)−基)、プロペニル基(CH3CH=CH−基)、2−プロペニル基(アリル基)(CH2=CHCH2−基)、2−メチル−2−プロペニル基(CH2=C(CH3)−CH2−基)、2−ブテニル基(CH3CH=CHCH2−基)、3−メチル−3−ブテニル基(CH2=C(CH3)−CH2CH2−基)、3−メチル−2−ブテニル基(プレニル基)(CH3C(CH3)=CHCH2−基)、2−メチル−3−ブテニル基(CH2=CHCH(CH3)−CH2−基)、2−メチル−2−ブテニル基(CH3CH=C(CH3)−CH2−基)、1−メチル−2−ブテニル基(CH3CH=CHCH(CH3)−基)、ヘキシル基(CH3CH2CH2CH2CH=CH2−基)、5−ヘキシル基(CH2=CHCH2CH2CH2CH2−基)、3−ヘプチル基(CH3CH2CH2CH=CHCH2CH2−基)、2−シクロヘキシル基などが挙げられる。この中でも、ビニル基、2−プロニル基(アリル基)、2−メチル−2−プロペニル基、3−メチル−3−ブテニル基、3−メチル−2−ブテニル基(プレニル基)が好ましく、2−メチル−2−プロペニル基、3−メチル−3−ブテニル基がより好ましく、3−メチル−3−ブテニル基がさらに好ましい。
化学式(1)中、R1Oは炭素数2〜18のオキシアルキレン基の1種または2種以上を表す。R1Oは、好ましくは、炭素数2〜8のオキシアルキレン基の1種または2種以上であり、より好ましくは、炭素数2〜4のオキシアルキレン基の1種または2種以上である。
1Oとしては、たとえば、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシスチレン基が挙げられる。この中でも、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基が好ましく、オキシエチレン基、オキシプロピレン基がより好ましい。また、場合によっては、(R1O)nで表される繰り返し単位中に2以上の異なるR1O構造が存在していてもよい。ただし、ポリオキシアルキレン鎖の製造の容易性や構造の制御のし易さを考慮すると、(R1O)nで表される繰り返し構造は、同一のAO構造の繰り返しであることが好ましい。なお、2以上の異なるR1O構造が存在する場合、これらの異なるR1O構造は、ランダム付加、ブロック付加、交互付加等のいずれの形態で存在していてもよい。なお、親水性と疎水性とのバランス確保のため、オキシアルキレン基中にオキシエチレン基を必須成分として含むことが好ましい。より具体的には、全オキシアルキレン基100モル%に対し、50モル%以上がオキシエチレン基であることがより好ましく、90モル%以上がオキシエチレン基であることがさらに好ましい。
化学式(1)において、nは、オキシアルキレン基の平均付加モル数を表す。nは、5〜500の数であり、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、さらに好ましくは40以上、さらに好ましくは50以上であり、また、好ましくは300以下、より好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下、特に好ましくは125以下である。オキシアルキレン基の平均付加モル数nが5以上であれば、得られる重合体の親水性が確保され、分散性能が向上しうるため、好ましい。また、オキシアルキレン基の平均付加モル数nが500以下であれば、反応工程における反応性が十分に確保されうるため、好ましい。なお、「平均付加モル数」とは、化合物1モル中において付加しているオキシアルキレン基のモル数の平均値を意味する。
不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体は、特定の重量平均分子量を有する重合体であることが好ましい。重量平均分子量は、たとえば、GPCゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」という)によるポリエチレングリコール換算での重量平均分子量として求めることができる。
化学式(1)において、R2は水素原子または炭素数1〜30の炭化水素基である。ここで、炭素原子数1〜30の炭化水素基としては、たとえば、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基、あるいは置換もしくは無置換の炭素数7〜30のアラルキル基を表す。
炭素数1〜30のアルキル基としては、直鎖、分岐、または環状のアルキル基のいずれでもよく、たとえば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基(アミル基)、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコサニル基、i−プロピル基、sec−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、1−メチルブチル基、1−エチルプロピル基、2−メチルブチル基、i−アミル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、t−アミル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基、2−エチル−2−メチルプロピル基、1−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、t−オクチル基、分岐したノニル基、シクロプロピル基、シクロプロピルメチル基、シクロブチル基、シクロブチルメチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロヘキシルプロピル基、シクロドデシル基、ノルボルニル基(C7)、アダマンチル基(C10)、シクロペンチルエチル基等の直鎖、分岐または環状のアルキル基が好適に挙げられる。R2は、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基が好ましく、水素、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基がより好ましい。また、該アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がさらに好ましい。
本発明において、R2で表されるアリール基は、無置換でもよいし置換基を有していてもよい。該アリール基としては、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。
炭素数6〜30のアリール基としては、たとえば、フェニル基、アルキルフェニル基、アルキルフェニル基で置換されたフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
本発明において、R2で表されるアラルキル基は、無置換でもよいし置換基を有していてもよい。該アラルキル基としては、炭素数7〜30のアラルキル基が好ましい。
2で表される炭素数7〜30のアラルキル基としては、たとえば、ベンジル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基、4−フェニルブチル基、スチリル基(Ph−CH=CH−基)、シンナミル基(Ph−CH=CHCH2−基)、1−ベンゾシクロブテニル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフチル基等が好適に挙げられる。
2で表される基が置換基を有する場合、置換基としては、炭素数1〜3のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基などが挙げられる。
2の炭化水素基の炭素原子数が増大するに従って疎水性が大きくなり、分散性が低下するため、R2が炭化水素基の場合、炭素数としては、1〜22が好ましく、1〜18がより好ましく、1〜12がさらに好ましく、1〜4が特に好ましい。
化学式(1)で表される不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体としては、たとえば、ポリエチレングリコールモノ(2−メチル−2−プロペニル)エーテル、ポリエチレングリコールモノ(3−メチル−3−ブテニル)エーテル、ポリエチレンポリプロピレングルコールモノ(3−メチル−3−ブテニル)エーテルなどが挙げられる。本発明において、特に、炭素数4の2−メチル−2−プロペン−1−オールや炭素数5の3−メチル−3−ブテン−1−オールなどのアルケニルアルコールに、アルキレンオキシドを5〜200モル付加した化合物などが好適に用いられうる。
本発明の単量体組成物は、好ましい実施形態において、65〜99質量%の不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む。好ましくは67〜98質量%、より好ましくは70〜95質量%、さらに好ましくは75〜93質量%、特に好ましくは80〜90質量%である。不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体が65〜99質量%の範囲で含有されている場合、重合体の原料として取り扱いやすいため好ましい。
本発明の単量体組成物中の不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の含有量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で分離、定量することにより測定することができる。
2.有機酸
本発明の単量体組成物は、有機酸を含む。
本発明で用いられる有機酸としては、酸性を有する炭化水素が用いられうる。好ましくは、カルボキシル基またはスルホ基を1つ以上有する炭化水素であり、より好ましくは、カルボキシル基またはスルホ基を1つ以上有する炭素数1〜10の炭化水素である。
ここで、炭化水素とは、炭素原子と水素原子からなる化合物のことを意味する。本明細書中、カルボキシル基またはスルホ基を1つ以上有する炭化水素とは、炭化水素の水素が、カルボキシル基またはスルホ基で1つ以上置換された化合物のことを意味する。炭化水素としては、アルカン、アルケン、アルキン、シクロアルカン、芳香族炭化水素などが挙げられる。カルボキシル基またはスルホ基を1つ以上有する炭化水素は、複数のカルボキシル基または/およびスルホ基で置換されていてもよく、カルボキシル基またはスルホ基以外の置換基をさらに有していてもよい。本発明において、置換基としては、たとえば、カルボキシル基、スルホ基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基(−OCOR)およびヒドロキシアルキルオキシ基(−O−R−OH)、炭素数6〜10のアリール基およびアリールオキシ基などが挙げられる。なお、上述の置換基において、炭素数1〜3とは、Rで表された部分の炭素数を意味する。
本発明の有機酸は、好ましくは、下記式(3A)または(3B)で表すことができる。
上記式(3A)および(3B)中、R6は、置換もしくは無置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基を表す。
本発明で用いられる有機酸としては非重合性であることが好ましい。そのため、本発明において、R6は、好ましくは、置換もしくは無置換の炭素数1〜10のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、あるいは置換もしくは無置換の炭素数7〜10のアラルキル基を表す。
本発明において、R6で表されるアルキル基は、無置換でもよいし置換基を有していてもよい。また、該アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜8のアルキル基がさらに好ましい。
炭素数1〜10のアルキル基としては、直鎖、分岐、または環状のアルキル基のいずれでもよく、たとえば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基(アミル基)、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコサニル基、i−プロピル基、sec−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、1−メチルブチル基、1−エチルプロピル基、2−メチルブチル基、i−アミル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、t−アミル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基、2−エチル−2−メチルプロピル基、1−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、t−オクチル基、分岐したノニル基、シクロプロピル基、シクロプロピルメチル基、シクロブチル基、シクロブチルメチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロヘキシルプロピル基、ノルボルニル基(C7)、アダマンチル基(C10)、シクロペンチルエチル基等の直鎖、分岐または環状の炭化水素基が好適に挙げられる。
本発明において、R6で表されるアルケニル基は、無置換でもよいし置換基を有していてもよい。また、該アルケニル基としては、炭素数1〜10のアルケニル基が好ましく、炭素数1〜8のアルケニル基がさらに好ましい。
炭素数1〜10のアルケニル基としては、直鎖、分岐、または環状のアルケニル基のいずれでもよく、たとえば、ビニル基、イソプロペニル基、2−プロペニル基、2−メチル−プロペニル基、1−メチル−1−プロペニル基、1−ブテニル基、3−ブテニル基、1−メチル−1−ブテニル基、1,1−ジメチル−3−ブテニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、1−エチル−1−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、2,6−ジメチル−5−ヘプテニル基、1−シクロペンテニル基、2−シクロペンテニルメチル基、シクロヘキセニル基、1−メチル−2−シクロヘキセニル基、オクテニル基などが挙げられる。
本発明において、R6で表されるアリール基は、無置換でもよいし置換基を有していてもよい。該アリール基としては、炭素数6〜10のアリール基が好ましく、炭素数6〜8のアリール基がさらに好ましい。
炭素数6〜10のアリール基としては、たとえば、フェニル基、ナフチル基等が好適に挙げられる。
本発明において、R6で表されるアラルキル基は、無置換でもよいし置換基を有していてもよい。該アラルキル基としては、炭素数7〜10のアラルキル基が好ましい。
6で表される炭素数7〜10のアラルキル基としては、たとえば、ベンジル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基、4−フェニルブチル基、スチリル基(Ph−CH=CH−基)、シンナミル基(Ph−CH=CHCH2−基)、1−ベンゾシクロブテニル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフチル基等が好適に挙げられる。
6で表される基が置換基を有する場合、置換基として、さらにカルボキシル基または/およびスルホ基で置換されていてもよく、カルボキシル基またはスルホ基以外の置換基をさらに有していてもよい。該置換基としては、カルボキシル基、スルホ基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基(−OCOR)およびヒドロキシアルキルオキシ基(−O−R−OH)、炭素数6〜10のアリール基およびアリールオキシ基などが挙げられる。なお、上述の置換基において、炭素数1〜3とは、Rで表された部分の炭素数を意味する。
上記置換基として、具体的には、ハロゲン原子としては、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基が挙げられる。炭素数1〜3の炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基およびヒドロキシアルキルオキシ基(−O−(CH2n−OH)としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル、エタノイル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ヒドロキシエチルオキシ基、ヒドロキシプロピルオキシ基などが挙げられる。
これらのうち、上記置換基としては、好ましくは、カルボキシル基、スルホ基、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基のハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル、エタノイル基、プロパノイル基、ブタノイル基であり、より好ましくは、カルボキシル基、スルホ基、フルオロ基、クロロ基のハロゲン原子、ヒドロキシル基、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル、エタノイル基、プロパノイル基、ブタノイル基であり、さらに好ましくは、カルボキシル基、スルホ基、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル、エタノイル基である。また、カルボキシル基、スルホ基、ヒドロキシル基の場合、有機酸による中和効率が上がるため、特に好ましい。
また、上記の置換基は同様の置換基でさらに複数回置換されていてもよい。
本発明において、有機酸として好ましい形態としては、下記式(3C)で表される。
式(3C)中、R7は、カルボキシル基、スルホ基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基(−OCOR)およびヒドロキシアルキルオキシ基(−O−R−OH)、炭素数6〜10のアリール基およびアリールオキシ基を表す。なお、上述の置換基において、炭素数1〜3とは、Rで表された部分の炭素数を意味する。
7は、ベンゼン環の任意の位置に置換されうるが、スルホ基に対して、パラ位、オルト位が好ましく、パラ位がより好ましい。
7は、これらのうち、カルボキシル基、スルホ基、ヒドロキシル基、炭素数1〜3のアルキル基が好ましい。
本発明において、有機酸としては、下記式で表されるものが例示できる。
本発明で用いられうるカルボキシル基を1つ以上有する有機酸としては、たとえば、酢酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸、クロロ酢酸、エチルジメチル酢酸(2,2−ジメチルブタン酸)、プロピオン酸(プロパン酸)、2−ブロモプロパン酸、3−フェニルプロパン酸、乳酸、酪酸(ブタン酸)、イソ酪酸、2−メチルブタン酸、ペンタン酸、カプロン酸(ヘキサン酸)、カプリル酸(オクタン酸)、カプリン酸(デカン酸)、シクロヘキサンカルボン酸、グルコン酸((2R,3S,4R,5R)−2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシヘキサン酸)、アクリル酸(2−プロペン酸)、メタクリル酸(2−メチルプロパ−2−エン酸)、クエン酸、マロン酸(プロパン二酸)、コハク酸(ブタン二酸)、2,3−ジヒドロキシブタン二酸(酒石酸)、アジピン酸(ヘキサン二酸)、2−ブロモペンタン二酸、3,3−ジメチルペンタン二酸、2,4−ジクロロペンタン二酸、グリシン、安息香酸、o−トルイル酸(o−メチル安息香酸)、m−トルイル酸、p−クロロ安息香酸、o−ブロモ安息香酸、p−ニトロ安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、サリチル酸(2−ヒドロキシ安息香酸)、アセチルサリチル酸(2−アセトキシ安息香酸)、アントラニル酸(o−H2NC64COOH)、m−アミノ安息香酸、p−メトキシ安息香酸(アニス酸)、p−sec−ブチル安息香酸、2,4,6−トリメチル安息香酸(メシト酸)などが挙げられる。
本発明で用いられうるスルホ基を1つ以上有する有機酸としては、メタンスルホン酸、アミノメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、2−アミノエタン−1−スルホン酸、シクロヘキシルアミノエタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、o−フェノールスルホン酸、p−フェノールスルホン酸、p−アミノベンゼンスルホン酸、4−ニトロベンゼンスルホン酸、3−アミノ−4‐メトキシベンゼンスルホン酸、2,4−ジアミノベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ペンタフルオロエタンスルホン酸、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸などが挙げられる。
これらのうち、好ましくは、非重合性の酢酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸、クロロ酢酸、プロピオン酸(プロパン酸)、2−ブロモプロパン酸、3−フェニルプロパン酸、乳酸、酪酸(ブタン酸)、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、サリチル酸(2−ヒドロキシ安息香酸)、アセチルサリチル酸(2−アセトキシ安息香酸)、クエン酸、グルコン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−フェノールスルホン酸、4−ニトロベンゼンスルホン酸であり、より好ましくは、酢酸、フェニル酢酸、クロロ酢酸、プロピオン酸(プロパン酸)、乳酸、酪酸(ブタン酸)、クエン酸、グルコン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−フェノールスルホン酸であり、さらに好ましくは、非重合性の酢酸、フェニル酢酸、クロロ酢酸、乳酸、クエン酸、グルコン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−クロロベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、p−フェノールスルホン酸である。また、p−トルエンスルホン酸の場合、広範囲のpH調整が可能なため、特に好ましい。これらの有機酸は、単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本発明の単量体組成物は、好ましい実施形態において、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体100質量部に対して、0.0001〜5質量部の有機酸を含む。好ましくは0.0005〜4質量部、より好ましくは0.001〜3質量部、さらに好ましくは0.005〜2.5質量部、特に好ましくは0.01〜2質量部である。有機酸が0.0001〜5質量部の範囲で含有されている場合、好適なpH調整が可能なため好ましい。なお、「不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体100質量部」とは、原料である不飽和アルコールとアルキレンオキシドとが全量反応した(後述する製造方法を参照)と仮定し、当該反応において得られる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の質量を意味する。また、上記有機酸の量としては、上述した酢酸、乳酸、p−トルエンスルホン酸などを中和工程で用いた仕込み量を意味する。また、有機酸を2種以上併用した場合、使用量は、その合計量を意味する。
本発明の単量体組成物に含有される有機酸は、たとえば、後述する不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の製造方法(不飽和アルコールに、アルキレンオキシドを付加させる)において、製造後アルカリ性の系を中和するために用いられ、そのまま組成物中に存在するものである。本発明の単量体組成物は水溶液であるため、単量体組成物に含有されうる有機酸は、解離して存在する場合がある(たとえば、酢酸が、組成物中ではCH3COO-、H+として存在)。よって、有機酸が解離してイオンとなっている場合には、単量体組成物中に含有する有機酸の陰イオン(たとえば、酢酸の場合はCH3COO-)の含有量から、系内に存在する有機酸の含有量を計算する。
本発明の単量体組成物における有機酸の含有量は、NMR測定、酸滴定、イオンクロマトなどを併用することにより同定・定量できる。1H−NMR測定により有機酸の含有量を求める場合、上述した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の含有量と同じようにして、有機酸由来のピークと、他の成分のピークと、の積分値を比較することにより測定することができる。また、単量体組成物が揮発成分を含有している場合も、上述の不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と同様にして測定することができる。
また、有機酸は、試薬として販売されているものを用いることができる。また、試薬が、水溶液などで希釈されている場合は、有機酸の純分が上述した範囲の含有量になるように計算して、単量体組成物に含ませればよい。また、有機酸が固体の場合、本発明の単量体組成物の安定性に影響しない範囲で、水や溶媒に希釈して用いてもよい。
3.水
本発明の単量体組成物は、水を含む。
本発明の単量体組成物は、好ましい実施形態において、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体100質量部に対して、1〜50質量部の水を含む。好ましくは3〜45質量部、より好ましくは5〜40質量部、さらに好ましくは7〜35質量部、特に好ましくは10〜30質量部である。水が1〜50質量部の範囲で含有されている場合、取り扱いが容易な軟化点に到達するため、好ましい。
本発明の組成物における水の含有量は、カールフィッシャー水分測定機で水分測定することにより定量できる。
4.その他
本発明の単量体組成物は、上述の成分以外に、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を製造する際に用いられうる触媒、溶媒、原料に混在する不純物や反応により生じる副生成物等を含みうる。
(1)触媒
本発明の単量体組成物に含有されうる触媒としては、後述する不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の製造方法(不飽和アルコールに、アルキレンオキシドを付加させる)に適したアルカリ触媒が好ましい。
アルカリ触媒としては、たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属;水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ金属水素化物;n−ブチルリチウムなどの有機リチウム化合物;ナトリウムアミド;水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物などが挙げられる。これらのアルカリ触媒は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの中でも、取り扱いやすさや経済性などの観点から、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムエトキシド、ナトリウムブトキシドが好ましく、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがより好ましい。また、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの場合、低沸点化合物の発生がないため、特に好ましい。
本発明の単量体組成物に含有されうるアルカリ触媒の量は、通常、0.001〜5質量%、好ましくは0.005〜3質量%、より好ましくは0.01〜2質量%、さらに好ましくは0.025〜1.5質量%、特に好ましくは0.05〜1質量%である。アルカリ触媒が0.001〜5質量%の範囲で含有されている場合、後述する付加反応の進行に好適なため、好ましい。
本発明の単量体組成物は水溶液であるため、単量体組成物に含有されうるアルカリ触媒は、解離して存在する(たとえば、水酸化ナトリウムが、組成物中ではNa+、OH-として存在)。よって、アルカリ触媒が解離してアルカリ金属イオンとその対イオンとなっている場合、単量体組成物に含まれるアルカリ金属イオンの量は、5〜30,000質量ppm、好ましくは25〜20,000質量ppm、より好ましくは50〜12,500質量ppm、さらに好ましくは100〜10,000質量ppm、特に好ましくは150〜7,500質量ppm、もっとも好ましくは200〜7,000質量ppmである。なお、単量体組成物に含有されうるアルカリ触媒の量は、付加反応に用いるアルカリ触媒の量に関係する。
また、好ましい実施形態において、アルカリ金属イオンは、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体100質量部に対して、5〜30,000質量ppm、好ましくは25〜20,000質量ppm、より好ましくは50〜12,500質量ppm、さらに好ましくは100〜10,000質量ppm、特に好ましくは150〜7,500質量ppm、もっとも好ましくは200〜7,000質量ppmである。
本発明の組成物におけるアルカリ金属イオンの含有量は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法で、同定・定量をすることができる。たとえば、CIROS−120などの高周波誘導結合プラズマ発光分光装置(ICP−AES)を用いて測定することができる。
(2)溶媒
本発明は、水以外の溶媒を含むこともできるが、溶媒として水のみを含むことが好ましい。含みうる溶媒としては、本発明の単量体組成物の安定性に影響しなければ特に制限されない。
水以外の溶媒が含まれている場合、その含有量は、単量体組成物中、1〜8質量%であるのが好ましい。
(3)その他
本発明は、原料に混在する不純物や安定化剤、反応により生じる副生成物、単量体組成物の保存安定性のための安定化剤等を含みうる。
原料に混在する不純物としては、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の原料のアルケニルアルコールに含まれる不飽和アルデヒドや、有機酸に含まれる安定剤などが挙げられる。後述するが、たとえば、3−メチル−3−ブテン−1−オールには、3−メチル−2−ブテナール(3−メチルクロトンアルデヒド)が不純物として含まれている場合がある。
本発明の単量体組成物は、重合体を高純度で得る上で、ポリアルキレングリコール含有量を1〜10質量%、より好ましくは1〜8質量%、さらに好ましくは1〜5質量%に抑制することが好ましい。なお、ポリアルキレングリコールの含有量は、後述する実施例のGPCにより測定することができる。
これら不純物、副生成物、または/および安定化剤などが含まれている場合、その合計の含有量は、単量体100質量部に対して、1〜8質量部であるのが好ましい。当該範囲であれば、重合への影響が軽微である。
本発明において含みうる安定化剤としては、たとえば、ジチオカルバミン酸塩類、マンガン塩、ヒドロキシアミン化合物、ニトロソ化合物、N−オキシル化合物などの重合防止剤が挙げられる。
これら重合防止剤が含まれている場合、その合計の含有量は、単量体100質量部に対して、100〜1000質量ppmであるのが好ましい。当該範囲であれば、重合への影響が軽微である。
本発明の単量体組成物は、以下に述べる製造方法によって得られ、上述の成分を含み、pHが4〜13に調整される。本発明の単量体組成物のpHは、好ましくはpH5〜13であり、より好ましくはpH6〜13、さらに好ましくはpH6〜12、特に好ましくはpH7〜12である。pHが4〜13の範囲にある場合、単量体の分解が起こりにくいことから好ましい。
本発明の単量体組成物の安定性が優れる理由は不明であるが、以下のように推察できる。なお、本発明は、下記推察によって限定されるものではない。単量体組成物において、安定性が十分でない場合の問題点として、製造時に用いるアルカリ触媒が、単量体組成物から析出することで、単量体組成物を不均一化することが考えられる。その結果として、濁り、分離、析出等が生じることが推測される。本発明の単量体組成物は、有機酸を含む。有機酸は、単量体組成物中において、部分的に解離している。そのため、単量体組成物中、解離しているアルカリ触媒由来のイオン(アルカリ金属イオン)が、解離している有機酸由来のイオン(アニオン)との相互作用により安定化され、アルカリ触媒由来のイオン(アルカリ金属イオン)の析出を抑制しているのではないかと推察される。
さらに、本発明の単量体組成物は、有機酸を含むため、系中に存在するアルカリ触媒由来のアルカリ性を中和することができる。単量体組成物において、アルカリ触媒を用いて製造した場合、pHは13を超えることが多いが、本発明の単量体組成物は、有機酸を含むため、pHが4〜13である。そのため、単量体が分解してポリエチレングリコールが生成するおそれが小さいという利点も有する。
<単量体組成物の製造方法>
本発明の不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物の製造方法は、炭素数2〜7のアルケニルアルコールと炭素数2〜18のアルキレンオキシドとを、アルカリ金属存在下で反応させて前記不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を得る反応工程と、前記反応工程で得られた反応液を、有機酸を用いてpH4〜13に中和する中和工程と、前記反応工程で得られた反応液に、水を加えて水溶液とする濃度調製工程と、を含む。本発明において、不飽和アルコールにポリアルキレングリコールを付加することによって、ポリカルボン酸系重合体を製造するための重合原料である、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む単量体組成物が得られる。当該単量体組成物の製造方法も本発明のひとつである。
以下、本発明の単量体組成物の製造方法について述べる。
(反応工程)
本発明の単量体組成物の製造方法は、炭素数2〜7のアルケニルアルコールと炭素数2〜18のアルキレンオキシドとを、アルカリ触媒存在下で反応させて前記不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を得る反応工程を含む(以下、当該反応を「付加反応」と称する。)。当該反応工程において、付加反応は、従来公知の方法で行うことができ、たとえば、窒素などの不活性ガスの雰囲気下、アルカリ触媒存在下に混合撹拌することで反応を行うことができる。なお、炭素数が小さいアルキレンオキシドは、常温・常圧では気体状であるので、オートクレーブなどの耐圧容器を用いて加圧下で付加反応を行う必要がある。
付加反応で用いられるアルキレンオキシドは、上述した化学式(1)における(R1O)nの由来となる。よって、アルキレンオキシドとしては、炭素数2〜18のアルキレンオキシドを用いることができ、好ましくは炭素数2〜8、より好ましくは炭素数2〜4である。炭素数2〜18のアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、スチレンオキシドなどが挙げられる。この中でも、エチレンオキシド、プロピレンオキシドが好ましく、エチレンオキシドがより好ましい。これらのアルキレンオキシドは、単独で用いても2種以上を併用してもよい。2種以上のアルキレンオキシドを併用する場合には、たとえば、ランダム付加、ブロック付加、交互付加等のいずれの形態で付加してもよい。2種以上のアルキレンオキシドを用いる場合は、エチレンオキシドを必須成分として用いることが好ましい。また、不飽和アルコールに付加したアルキレンオキシドの末端(化学式(1)におけるR2)は、水素原子または炭素数1〜30の炭化水素基である。炭素原子数1〜30の炭化水素基については、上述したため省略する。
アルキレンオキシドの平均付加モル数は、5〜500である。平均付加モル数が減少すると不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の親水性が低下し、逆に、平均付加モル数が増大すると不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の反応性が低下する。それゆえ、アルキレンオキシドの平均付加モル数は、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、さらに好ましくは40以上、さらに好ましくは50以上であり、また、好ましくは300以下、より好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下、さらに好ましくは100以下である。
また、付加反応において用いられるアルケニルアルコールとしては、YOHで表すことができ、上述した化学式(1)におけるYの由来となる。よって、アルケニルアルコールとしては、炭素数2〜8のアルケニルアルコールを用いることができ、ビニルアルコール(CH2=CH−OH)、1−メチル−ビニルアルコール(CH2=C(CH3)−OH)、1−プロペン−1−オール(CH3CH=CH−OH)、2−プロペン−1−オール(アリルアルコール)(CH2=CHCH2−OH)、2−メチル−2−プロペン−1−オール(CH2=C(CH3)−CH2−OH)、2−ブテン−1−オール(CH3CH=CHCH2−OH)、3−メチル−3−ブテン−1−オール(CH2=C(CH3)−CH2CH2−OH)、3−メチル−2−ブテン−1−オール(プレノール)(CH3C(CH3)=CHCH2−OH)、2−メチル−3−ブテン−1−オール(CH2=CHCH(CH3)−CH2−OH)、2−メチル−2−ブテン−1−オール(CH3CH=C(CH3)−CH2−OH)、1−メチル−2−ブテン−1−オール(CH3CH=CHCH(CH3)−OH)、1−ペンテン−1−オール(CH3CH2CH2CH=CH2−OH)、1−ヘキセン−1−オール(CH3CH2CH2CH2CH=CH2−OH)、5−ヘキセン−1−オール(CH2=CHCH2CH2CH2CH2−OH)、3−ヘプテン−1−オール(CH3CH2CH2CH=CHCH2CH2−OH)、2−シクロヘキセン−1−オールなどが挙げられる。この中でも、ビニルアルコール、2−プロペン−1−オール(アリルアルコール)、2−メチル−2−プロペン−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(プレノール)が好ましく、2−メチル−2−プロペン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オールがより好ましく、3−メチル−3−ブテン−1−オールがさらに好ましい。
なお、アルケニルアルコールには、不飽和アルデヒドが不純物として含まれていることがある。たとえば、3−メチル−3−ブテン−1−オールには、3−メチル−2−ブテナール(3−メチルクロトンアルデヒド)が不純物として含まれていることがある。このような不飽和アルデヒドが多く含まれると、着色の原因となるので、できる限り少ない方が好ましい。アルケニルアルコールに含まれる不飽和アルデヒドの許容量は、好ましくは約0.5質量%以下、より好ましくは0.2質量%以下、さらに好ましくは0.1質量%以下、さらに好ましくは0.07質量%以下、さらに好ましくは0.05質量%以下である。
付加反応において用いられる不活性ガスとしては、たとえば、ヘリウム、アルゴン、窒素などが挙げられる。これらの不活性ガスは、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの不活性ガスのうち、入手しやすさや経済性の観点から、窒素が特に好適である。
付加反応において用いられるアルカリ触媒としては、たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属;水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ金属水素化物;n−ブチルリチウムなどの有機リチウム化合物;ナトリウムアミド;水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物などが挙げられる。これらのアルカリ触媒は、単独で用いても2種以上を併用してもよい。これらの中でも、取り扱いやすさや経済性などの観点から、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましく、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがより好ましい。
付加反応に用いるアルカリ触媒の量は、アルケニルアルコールとアルキレンオキシドとの総量に対して、0.001〜10質量%、好ましくは0.005〜6質量%、より好ましくは0.01〜4質量%、さらに好ましくは0.025〜3質量%、特に好ましくは0.05〜2質量%である。
不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を製造するための付加反応の温度は、特に制限はないが、付加反応の温度が高くなると、熱分解が進み、副生するポリエチレングリコールの量が増加するので、これらの不純物が反応液に所定量だけ含まれるように、付加反応の温度を適宜調節する必要がある。よって、好ましくは80〜160℃の範囲である。より好ましくは90〜140℃、さらに好ましくは90〜120℃である。
また、付加反応の圧力は、付加反応が円滑に進行するように適宜調整すればよく、特に限定されるものではないが、1.0MPa以下、好ましくは0.9MPa以下、より好ましくは0.8MPa以下である。付加反応の時間は、不飽和アルコールの仕込み量やポリアルキレングリコールの添加量に応じて適宜調整すればよく、特に制限されるものではないが、たとえば、0.5〜24時間、好ましくは1〜20時間の範囲内である。
不飽和アルコールに付加するアルキレンオキシドの平均付加モル数は、不飽和アルコールの仕込み量とアルキレンオキシドの添加量とにより決定される。しかし、不飽和アルコールに対して、所望量のアルキレンオキシドを一回の反応で付加してもよいし、複数回の反応で付加してもよい。たとえば、不飽和アルコールに対して、最初の反応で、所望量より少ないアルキレンオキシドを付加し、得られた不飽和アルコールのアルキレンオキシド付加体に対して、それ以降の反応で、残りの量のアルキレンオキシドを付加してもよい。
本発明の単量体組成物の製造方法は、前記反応工程で得られた反応液に、水を加えて水溶液とする濃度調製工程を含む。当該濃度調製工程は、反応工程の後に行うのであれば特に制限されず、中和工程前に行っても、中和工程後に行ってもよい。中和を行う際に、溶液の粘度が低いと速やかに中和が進行するため、濃度調製工程は中和工程の前に行うのが好ましい。
濃度調製工程は、上述のようにして得られた不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の反応液に、水を加え、水溶液とする。水溶液とする方法としては、たとえば、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と水とを混合させることにより行うことができ、水溶液とする前の不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体は、固体であってもよく、水以外の溶媒に溶解した液体であってもよい。
濃度調製工程において、水は、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を100質量部に対して、1〜50質量部添加されるのが好ましい。より好ましくは3〜45質量部、さらに好ましくは5〜40質量部、特に好ましくは7〜35質量部、もっとも好ましくは10〜30質量部である。50質量部を超えると、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体組成物が、大半が水である単量体を貯蔵および/または移送することになり、不経済である。1質量部未満であると、本発明で得られる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体組成物が固体の状態であるおそれがあり、このような場合には、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体組成物の使用時に加熱して融解しなければならず、このときに不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の重合や、加水分解、熱分解、POVの上昇等が生じるおそれがある。なお、このような水の濃度は、後述するように、使用するポリアルキレングリコール系単量体の種類により適宜設定することが好ましい。
濃度調製工程において、濃度調製時の温度は、特に制限されないが、沸騰を防止するという観点から、30〜95℃であるのが好ましい。より好ましくは40〜95℃、さらに好ましくは50〜95℃である。
本発明の単量体組成物の製造方法は、前記反応工程で得られた反応液を、有機酸を用いてpH4〜13に中和する中和工程を含む。好ましくはpH5〜13であり、より好ましくはpH6〜13、さらに好ましくはpH6〜12、特に好ましくはpH7〜12である。中和後の単量体組成物のpHが13より大きい場合、触媒塩析出のおそれがあり、pHが4未満の場合、単量体が分解するおそれがある。当該中和工程において、用いられる有機酸については、上述した有機酸を用いることができるため、ここでは省略する。
中和工程において、中和時の温度は、特に制限されないが、生産性と単量体分解の観点から、30〜80℃であるのが好ましい。より好ましくは40〜70℃、さらに好ましくは40〜60℃である。
以上のようにして得られた単量体組成物中には、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体、アルカリ触媒、有機酸、水を含んでいる。アルカリ触媒は、組成物中、イオンに解離しているものと考えられる。また、有機酸についても、解離している形態および解離していない形態がありうる。本発明においては、どちらの形態も含有するものである。
以上のようにして得られた単量体組成物は、触媒量の多少に関らず、長期保存しても、濁りがなく、安定である。そのため、本発明の単量体組成物は、長期保存後においても、後述する重合体の原料として好適に用いられる。後述する実施例で示されるように、本発明の単量体組成物は、たとえば、50℃で7日間の保管、さらには50℃で10日間の保管においても、外観の変化なく、安定である。
<単量体組成物の用途>
本発明の単量体組成物は、後述するポリカルボン酸系重合体の製造原料として好適に用いられる。また、それ以外であっても、たとえば、感光性樹脂組成物として、すなわち、単量体組成物を用いて感光性フィルムおよび感光性レジストを得ることができる。
本発明の単量体組成物を感光性樹脂組成物として用いる場合、たとえば、単量体組成物、エポキシ基を有する化合物および光重合開始剤、ならびに必要に応じて単量体組成物以外の光重合性モノマーおよび/またはオリゴマー、上記各種添加剤などを、感光性樹脂組成物中に均一に含有する。また、この感光性樹脂組成物は、カラーフィルター用レジストインクとして用いるために顔料を含有してもよい。上記感光性樹脂組成物においては、各成分の含量は適宜調整されうる。
上記感光性樹脂組成物を基材上に塗布し、乾燥することにより感光層が形成される。光照射により選択露光し露光部分を硬化させ、未露光部分をアルカリ溶液などにより溶解・除去(現像)することにより、所望のパターンが形成される。上記塗布する方法としては、溶液浸漬法;スプレー法;ロールコーター、スリットコーター、バーコーター、スピナーなどによる塗布方法のような通常の方法を採用することができる。塗膜は、乾燥後の厚みで約0.2〜100μm、好ましくは1〜10μmとなるように形成される。光照射に用いられる光(放射線)としては、可視光線、紫外線、電子線、X線、α線、β線、γ線などが使用される。熱によっても組成物を硬化させることが可能である。経済性および効率的であるなどの点から紫外線が好適である。紫外線照射には、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、アーク灯、キセノンランプなどが利用される。
基板上に設けられた本発明の樹脂組成物からなる感光層を、上記光を用いて選択露光したのち、現像液を用いて現像処理し、放射線の未照射部分を除去することにより、塗膜のパターニングが行われる。現像方法としては、液盛り法、ディッピング法、揺動浸漬法などが挙げられる。
本発明の組成物を用いてパターニングする際の現像液としては、たとえば、アルカリ水溶液、水溶性有機溶剤、これらの混合液、さらにこれらに界面活性剤が添加された混合液などが挙げられる。好ましくはアルカリ水溶液あるいはアルカリ水溶液と界面活性剤との混合液が用いられる。
アルカリ現像後、耐アルカリ性を向上させるために、得られたパターンを加熱処理してエポキシ硬化を行なうことが好ましい。このような加熱処理により、強アルカリ水に対する耐久性が向上し、さらに、ガラスおよび銅などの金属に対する密着性、耐熱性、表面硬度などのソルダーレジストに要求される諸性質も向上する。加熱処理は、好ましくは80〜250℃、さらに好ましくは120〜220℃の温度範囲にて、たとえば、ホットプレート上では1〜30分間、オーブン中では10〜120分間行なわれる。
以上のようにして得られた感光性樹脂組成物は、カラー液晶ディスプレー用のカラーフィルターなどに好適に用いることができる。
<ポリカルボン酸系重合体の製造方法>
本発明の単量体組成物は、ポリカルボン酸系重合体の製造原料として好適に用いられる。
本発明の単量体組成物(不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を含む組成物)を原料として、重合開始剤の存在下で、化学式(2)で表される不飽和酸系化合物(単量体)と反応させることで、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体および不飽和酸系単量体がそれぞれ有する不飽和二重結合のラジカル重合が進行し、これらの共重合体(ポリカルボン酸系重合体)が得られる(後述する実施例5〜8を参照)。この共重合体をセメント混和剤として用いることで、性能のばらつきのないセメント混和剤が得られる。なお、本明細書中、本発明のポリカルボン酸系重合体を、単に「重合体」とも称する場合がある。
以下、本発明の単量体組成物を用いて得られる重合体の製造方法について述べる。
本発明の重合体は、上述した本発明の単量体組成物を用いて、当該単量体組成物中に含まれる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、
下記化学式(2):
式中、
3、R4、およびR5は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、または−(CH
2pCOOH基であり(この際、pは、0〜2の整数である)、
Mは、水素原子、金属原子、アンモニウム基または有機アミン基である、
で表される不飽和酸系単量体と、を反応させて得られる。
すなわち、本発明のポリカルボン酸系重合体の製造方法は、炭素数2〜7のアルケニルアルコールと炭素数2〜18のアルキレンオキシドとを、アルカリ触媒存在下で反応させて不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を得る反応工程と、前記反応工程で得られた反応液に、水を加えて水溶液とする濃度調製工程と、前記反応工程で得られた反応液を、有機酸を用いてpH4〜13に中和する中和工程と、前記中和工程を経て得られた単量体組成物を用いて、当該単量体組成物中に含まれる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、下記化学式(2):
式中、
3、R4、およびR5は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、または−(CH
2pCOOH基であり(この際、pは、0〜2の整数である)、
Mは、水素原子、金属原子、アンモニウム基または有機アミン基である、
で表される不飽和酸系単量体と、を反応させてポリカルボン酸系重合体を得る重合工程と、を含む。
以下、本発明のポリカルボン酸系重合体の製造方法について説明するが、単量体組成物を得るまでの工程(不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を得る反応工程、濃度調製工程、中和工程)については、単量体組成物の製造方法で述べたため省略する。
まず、単量体組成物中に含まれる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、不飽和酸系単量体とを反応させる重合工程について述べる。
上記化学式(2)で表される不飽和酸系単量体としては、たとえば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などの不飽和ジカルボン酸、およびこれらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩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。これらの不飽和酸系単量体のうち、重合性の点から、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸およびこれらの一価金属塩が好ましく、アクリル酸、マレイン酸およびこれらの一価金属塩がより好ましい。
上述した原料化合物(単量体)の使用量について特に制限はないが、好ましい形態として、上述した2つの原料化合物(単量体)の全量100質量%に対して、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体および不飽和酸系単量体をそれぞれ1質量%以上含むとよい。また、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の含有量は、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上であり、さらに好ましくは20質量%以上であり、特に好ましくは40質量%以上である。かような形態とすることで、得られる共重合体をセメント混和剤として用いた際の分散性能に優れる。また、重合反応をスムーズに進行させるという観点からは、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体由来の繰り返し単位は、得られる共重合体の全繰り返し単位の50モル%以下であることが好ましい。さらに、セメント混和剤としての使用時の分散性能を向上させるという観点からは、不飽和酸系単量体が(メタ)アクリル酸(塩)を必須に含有することが好ましい。
なお、当該重合工程では、上述した2つの原料化合物(単量体)に加えて、これらと共重合可能な他の単量体をさらに共重合させてもよい。なお、他の単量体の使用量は、原料化合物(単量体)の全量100質量%に対して、好ましくは0〜70質量%であり、より好ましくは0〜50質量%であり、さらに好ましくは0〜30質量%であり、特に好ましくは0〜10質量%である。他の単量体としては、上述した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体および不飽和酸系単量体と共重合可能な化合物であれば特に制限されず、下記の化合物の1種または2種以上が用いられうる。
マレイン酸、無水マレイン酸、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原子数1〜30のアルコールとのハーフエステル、ジエステル類;上記不飽和ジカルボン酸類と炭素原子数1〜30のアミンとのハーフアミド、ジアミド類;上記アルコールやアミンに炭素原子数2〜18のアルキレンオキシドを1〜500モル付加させたアルキル(ポリ)アルキレングリコールと上記不飽和ジカルボン酸類とのハーフエステル、ジエステル類;上記不飽和ジカルボン酸類と炭素原子数2〜18のグリコールまたはこれらのグリコールの付加モル数2〜500のポリアルキレングリコールとのハーフエステル、ジエステル類;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、メチルクロトネート、エチルクロトネート、プロピルクロトネート等の不飽和モノカルボン酸類と炭素原子数1〜30のアルコールとのエステル類;炭素原子数1〜30のアルコールに炭素原子数2〜18のアルキレンオキシドを1〜500モル付加させたアルコキシ(ポリ)アルキレングリコールと(メタ)アクリル酸等の不飽和モノカルボン酸類とのエステル類;(ポリ)エチレングリコールモノメタクリレート、(ポリ)プロピレングリコールモノメタクリレート、(ポリ)ブチレングリコールモノメタクリレート等の、(メタ)アクリル酸等の不飽和モノカルボン酸類への炭素原子数2〜18のアルキレンオキシドの1〜500モル付加物類;マレアミド酸と炭素原子数2〜18のグリコールまたはこれらのグリコールの付加モル数2〜500のポリアルキレングリコールとのハーフアミド類。
トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等の(ポリ)アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート類;ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート類;トリエチレングリコールジマレート、ポリエチレングリコールジマレート等の(ポリ)アルキレングリコールジマレート類;ビニルスルホネート、(メタ)アリルスルホネート、2−(メタ)アクリロキシエチルスルホネート、3−(メタ)アクリロキシプロピルスルホネート、3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピルスルホネート、3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピルスルホフェニルエーテル、3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピルオキシスルホベンゾエート、4−(メタ)アクリロキシブチルスルホネート、(メタ)アクリルアミドメチルスルホン酸、(メタ)アクリルアミドエチルスルホン酸、2−メチルプロパンスルホン酸(メタ)アクリルアミド、スチレンスルホン酸等の不飽和スルホン酸類、ならびに、それらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩および有機アミン塩;メチル(メタ)アクリルアミドのように不飽和モノカルボン酸類と炭素原子数1〜30のアミンとのアミド類;スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メチルスチレン等のビニル芳香族類;1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、1,5−ペンタンジオールモノ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート等のアルカンジオールモノ(メタ)アクリレート類;ブタジエン、イソプレン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエン等のジエン類。
(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアルキルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の不飽和アミド類;(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル等の不飽和シアン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等の不飽和エステル類;(メタ)アクリル酸アミノエチル、(メタ)アクリル酸メチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノプロピル、(メタ)アクリル酸ジブチルアミノエチル、ビニルピリジン等の不飽和アミン類;ジビニルベンゼン等のジビニル芳香族類;トリアリルシアヌレート等のシアヌレート類;(メタ)アリルアルコール、グリシジル(メタ)アリルエーテル等のアリル類;メトキシポリエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールモノビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、等のビニルエーテルあるいはアリルエーテル類;ポリジメチルシロキサンプロピルアミノマレインアミド酸、ポリジメチルシロキサンアミノプロピレンアミノマレインアミド酸、ポリジメチルシロキサン−ビス−(プロピルアミノマレインアミド酸)、ポリジメチルシロキサン−ビス−(ジプロピレンアミノマレインアミド酸)、ポリジメチルシロキサン−(1−プロピル−3−アクリレート)、ポリジメチルシロキサン−(1−プロピル−3−メタクリレート)、ポリジメチルシロキサン−ビス−(1−プロピル−3−アクリレート)、ポリジメチルシロキサン−ビス−(1−プロピル−3−メタクリレート)等のシロキサン誘導体。
上記重合工程における反応を進行させるには、重合開始剤を用いて上述した原料(不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体、不飽和酸系化合物単量体)、および必要に応じて他の単量体を共重合させればよい。共重合は、溶液重合や塊状重合等の公知の方法で行うことができる。溶液重合は回分式でも連続式でも行うことができ、その際に使用される溶媒としては特に限定されず、たとえば、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール;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または脂肪族炭化水素;酢酸エチル等のエステル化合物;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン化合物;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル化合物等が挙げられるが、原料化合物および得られる共重合体の溶解性から、水および炭素原子数1〜4の低級アルコールからなる群から選択される少なくとも1種を溶媒として用いることが好ましく、その中でも水を溶媒に用いるのが、脱溶剤工程を省略できる点でさらに好ましい。
重合工程において水溶液重合を行なう場合には、ラジカル重合開始剤として、水溶性の重合開始剤、たとえば、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等の水溶性アゾ系開始剤等が使用され、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、次亜燐酸ナトリウム、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(塩)、エリソルビン酸(塩)等の促進剤を併用することもできる。中でも、過酸化水素とL−アスコルビン酸(塩)等の促進剤との組み合わせが好ましい。これらのラジカル重合開始剤や促進剤はそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なお、水溶液重合を行なう際の重合温度は特に制限されないが、たとえば、25〜99℃であり、好ましくは35〜95℃であり、より好ましくは40〜92℃であり、さらに好ましくは45〜90℃である。なお、「重合温度」とは、重合工程の反応系における反応溶液の温度を意味する。
また、低級アルコール、芳香族もしくは脂肪族炭化水素、エステル化合物、または、ケトン化合物を溶媒とする溶液重合を行う場合には、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ナトリウムパーオキサイド等のパーオキサイド;t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物等がラジカル重合開始剤として用いられる。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。さらに、水−低級アルコール混合溶媒を用いる場合には、上記の種々のラジカル重合開始剤、または、ラジカル重合開始剤と促進剤の組み合わせの中から適宜選択して用いることができる。なお、溶液重合を行なう際の重合温度は特に制限されないが、たとえば、25〜99℃であり、好ましくは40〜90℃であり、より好ましくは45〜85℃であり、さらに好ましくは50〜80℃である。
さらに塊状重合を行う場合には、ラジカル重合開始剤として、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ナトリウムパーオキサイド等のパーオキサイド;t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物等を用い、50〜200℃の温度で行なわれる。
各原料の反応器への投入方法は特に限定されず、全量を反応器に初期に一括投入する方法、全量を反応器に分割もしくは連続投入する方法、一部を反応器に初期に投入し、残りを反応器に分割もしくは連続投入する方法のいずれでもよい。具体的には、不飽和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の全部を反応容器に連続投入する方法、不飽和酸系単量体の一部を反応容器に初期に投入し、不飽和酸系単量体の残りと不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の全部を反応容器に連続投入する方法、あるいは、不飽和酸系単量体の一部と不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の一部を反応容器に初期に投入し、不飽和酸系単量体の残りと不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の残りをそれぞれ反応容器に交互に数回に分けて分割投入する方法等が挙げられる。さらに、反応途中で各単量体の反応容器への投入速度を連続的または段階的に変えることにより各単量体の単位時間当りの投入質量比を連続的または段階的に変化させて、共重合体中の繰り返し単位の構成比率が異なる共重合体の混合物を重合反応中に合成するようにしてもよい。なお、ラジカル重合開始剤は反応容器に初めから仕込んでもよいし、反応器へ滴下してもよいし、目的に応じてこれらを組み合わせてもよい。
得られる共重合体の分子量を調整する目的で、連鎖移動剤を用いてもよい。連鎖移動剤としては特に限定されず、たとえば、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、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、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、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;イソプロパノール等の第2級アルコール;亜リン酸、次亜リン酸、およびその塩(次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等)や、亜硫酸、亜硫酸水素、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸、およびその塩(亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸カリウム等)の低級酸化物およびその塩;等が挙げられる。これらは1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。さらに、得られる共重合体の分子量を調整する目的には、「他の単量体」として(メタ)アリルスルホン酸(塩)類等の連鎖移動性の高い単量体を用いることも有効である。
さらに、本発明のポリカルボン酸系重合体の製造方法は、前記中和工程の終了と前記重合工程の開始との間の期間が6時間以上であるのが好ましい。
また、さらに、前記中和工程の終了と前記重合工程の開始との間の期間は、12時間以上であるのが好ましく、24時間以上であるのがより好ましく、60時間以上であるのがさらに好ましく、120時間以上であるのが特に好ましく、240時間以上であるのがもっとも好ましい。本発明の単量体組成物は安定性に優れているため、中和工程と重合工程との間に上記時間以上の期間が経過しても、重合工程の製造原料として好ましく用いることができる。また、当該期間の上限としては、特に制限されないが、単量体組成物の安定性の観点から、1年以下であるのが好ましく、半年以下であるのがより好ましく、3ヶ月以下であるのがさらに好ましい。
また、上記中和工程の終了と重合工程の開始との間の期間において、単量体組成物の温度は、特に制限されないが、安定性の観点から、好ましくは50〜90℃、より好ましくは50〜85℃、さらに好ましくは50〜80℃、特に好ましくは50〜75℃であるのが好ましい。
さらに、上記中和工程の終了と重合工程の開始との間の期間において、単量体組成物が保管される形態は、特に制限されない。なお、本発明において、「保管」とは、撹拌等の操作を行わずに、静置または放置しておくことを意味する。たとえば、撹拌をしながら中和を行い、中和を確認後、撹拌を停止させてから、次の重合工程まで静置する場合、撹拌停止の期間を、保管と称する。上記中和工程の終了と重合工程の開始との間の期間、保管される形態としては、たとえば、中和工程を行った釜や容器中で保管してもよいし、中和工程後に移送して、他の釜や容器で保管してもよい。また、その際、釜や容器は、大気中で開放していても密閉していてもよいが、窒素やアルゴンなどの不活性ガスで充填した密閉系で保管するのが好ましい。また、保管する容器は、特に制限されず、釜、コンテナ、ドラム缶、地上タンク、地下タンク等が用いられる。保管する釜や容器の材質としては、保管中に密閉状態を保つことができ、−50〜150℃の温度で変質や劣化しにくいものであることが好ましく、たとえば、ステンレス(SUS)、アルミニウム、鉄、ガラス等が好適である。なお、保管の期間中に、たとえば、定期的に(たとえば、1日に1回など)、容器を振盪したりして撹拌を行う場合であっても、本発明の中和工程の終了と重合工程の開始との間の期間に含まれる。
また、本発明の重合体の製造方法は、上述した保管をする際に、単量体組成物を移送することも含む。「移送」とは、物質の移動を伴う操作のうちで、コンテナやドラム缶、石油缶、ポリタンク等の移送用容器を用いて移動させる操作を意味し、「輸送」ともいう。このような移送容器の材質としては、移送中に密閉状態を保つことができ、−50〜150℃の温度で変質や劣化しにくいものであることが好ましく、たとえば、ステンレス(SUS)、アルミニウム、鉄、ガラス等が好適である。本発明では、移送容器は、ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を移送するためだけに用いてもよいが、そのまま保管をするために用いてもよい。
本発明の単量体組成物は安定性に優れているため、重合体の製造方法において、上記中和工程の終了と重合工程の開始との間の期間が10日以上有する場合であっても、性能変化が生じにくい。そのため、熟成工程を経た単量体組成物を原料として用いる場合であっても、性能のばらつきの少ない重合体を得ることができる。
重合工程において得られる重合体の重量平均分子量について特に制限はないが、一例として、好ましくは3,000〜1,000,000であり、より好ましくは5,000〜500,000であり、さらに好ましくは10,000〜100,000である。かような範囲内の値であれば、反応の制御や重合物が取り扱いやすく、分散剤として十分な性能を発揮することができるという利点がある。
本発明の製造方法により得られるポリカルボン酸系重合体は、好ましい形態として、ポリカルボン酸系重合体を含む水溶液として得られる。そのため、本発明の製造方法により得られるポリカルボン酸系重合体を、「ポリカルボン酸系重合体(組成物)」とも称する場合がある。
本発明の製造方法により得られるポリカルボン酸系重合体(組成物)は、有機酸を、重合体100質量部に対して、好ましくは0.0002〜1.3質量部、より好ましくは0.0001〜1.0質量部、さらに好ましくは0.0005〜0.75質量部を含む。さらに、本発明のポリカルボン酸系重合体(組成物)は、アルカリ金属イオンを、重合体100質量部に対して、好ましくは0.0001〜0.6質量部、より好ましくは0.0002〜0.5質量部、さらに好ましくは0.0004〜0.25質量部含む。なお、重合体(組成物)中の有機酸、アルカリ金属イオンの含有量は、上述した単量体組成物中の有機酸、アルカリ金属イオンの含有量と同様の測定が用いられうる。
<ポリカルボン酸系重合体の用途>
本発明の製造方法により製造される重合体は、セメント混和剤として好適に用いられうる。
本発明のセメント混和剤は、本発明の製造方法により製造される重合体を必須成分として含むものであるが、上述した製造方法により得られた水溶液の形態でそのままセメント混和剤の主成分として使用してもよいし、乾燥させて粉体化して使用してもよい。
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、さら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、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、セメントおよび水を必須成分として含んでなる。このようなセメント組成物は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記セメント組成物において使用されるセメントとしては、特に限定はない。たとえば、ポルトランドセメント(普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩およ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、さらに、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。又、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1m3あたりの単位水量、セメント使用量および水/セメント比には特に制限はなく、単位水量100〜185kg/m3、使用セメント量250〜800kg/m3、水/セメント比(重量比)=0.1〜0.7、好ましくは単位水量120〜175kg/m3、使用セメント量270〜800kg/m3、水/セメント比(重量比)=0.2〜0.65が推奨され、貧配合〜富配合まで幅広く使用可能であり、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、水/セメント比(重量比)が0.3以下の低−水/セメント比領域にある超高強度コンクリート、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ける本発明のセメント混和剤の配合割合については、特に限定はないが、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、本発明の重合体がセメント重量の0.01〜5.0%、好ましくは0.02〜2.0%、より好ましくは0.05〜1.0%となる比率の量を添加すればよい。この添加により、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。上記配合割合が0.01%未満では、性能的に充分とはならない虞があり、逆に5.0%を超える多量を使用しても、その効果は実質上頭打ちとなり経済性の面からも不利となる。
上記セメント組成物は、たとえば、以下に記載するようなセメント分散剤を含有することができる。リグニンスルホン酸塩;ポリオール誘導体;ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物;メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物;ポリスチレンスルホン酸塩;特開平1−113419号公報に記載のような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アミノスルホン酸系;特開平7−267705号公報に記載のような(a)成分として、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル系化合物と(メタ)アクリル酸系化合物との共重合体および/またはその塩と、(b)成分として、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル系化合物と無水マレイン酸との共重合体および/もしくはその加水分解物、ならびに/または、その塩と、(c)成分として、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル系化合物と、ポリアルキレングリコール系化合物のマレイン酸エステルとの共重合体および/またはその塩とを含むセメント分散剤;特許第2508113号明細書に記載のようなA成分として、(メタ)アクリル酸のポリアルキレングリコールエステルと(メタ)アクリル酸(塩)との共重合体、B成分として、特定のポリエチレングリコールポリプロピレングリコール系化合物、C成分として、特定の界面活性剤からなるコンクリート混和剤。
特開平1−226757号公報に記載のような(メタ)アクリル酸のポリエチレン(プロピレン)グリコールエステル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)、および、(メタ)アクリル酸(塩)からなる共重合体;特公平5−36377号公報に記載のような(メタ)アクリル酸のポリエチレン(プロピレン)グリコールエステル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)もしくはp−(メタ)アリルオキシベンゼンスルホン酸(塩)、ならびに、(メタ)アクリル酸(塩)からなる共重合体;特開平4−149056号公報に記載のようなポリエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテルとマレイン酸(塩)との共重合体;特開平5−170501号公報に記載のような(メタ)アクリル酸のポリエチレングリコールエステル、(メタ)アリルスルホン酸(塩)、(メタ)アクリル酸(塩)、アルカンジオールモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、および、分子中にアミド基を有するα,β−不飽和単量体からなる共重合体;特開平5−43288号公報に記載のようなアルコキシポリアルキレングリコールモノアリルエーテルと無水マレイン酸との共重合体、もしくは、その加水分解物、または、その塩;特公昭58−38380号公報に記載のようなポリエチレングリコールモノアリルエーテル、マレイン酸、および、これらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体、もしくは、その塩、または、そのエステル。
特公昭59−18338号公報に記載のようなポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル系単量体、(メタ)アクリル酸系単量体、および、これらの単量体と共重合可能な単量体からなる共重合体;特開昭62−119147号公報に記載のようなスルホン酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルおよび必要によりこれと共重合可能な単量体からなる共重合体、または、その塩;特開平6−271347号公報に記載のようなアルコキシポリアルキレングリコールモノアリルエーテルと無水マレイン酸との共重合体と、末端にアルケニル基を有するポリオキシアルキレン誘導体とのエステル化反応物;特開平6−298555号公報に記載のようなアルコキシポリアルキレングリコールモノアリルエーテルと無水マレイン酸との共重合体と、末端に水酸基を有するポリオキシアルキレン誘導体とのエステル化反応物。これらセメント分散剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記セメント分散剤を用いる場合には、本発明のセメント混和剤としての重合体と上記セメント分散剤との比率、すなわち固形分換算での重量割合(重量%)としては、重合体と上記セメント分散剤との性能バランスによって最適な比率は異なるが、1/99〜99/1が好ましく、5/95〜95/5がより好ましく、10/90〜90/10が最も好ましい。
また、上記セメント組成物は、以下の(1)〜(20)に例示するような他の公知のセメント添加剤(材)を含有することができる。
(1)水溶性高分子物質:ポリアクリル酸(ナトリウム)、ポリメタクリル酸(ナトリウム)、ポリマレイン酸(ナトリウム)、アクリル酸・マレイン酸共重合物のナトリウム塩等の不飽和カルボン酸重合物;メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の非イオン性セルロースエーテル類;メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の多糖類のアルキル化またはヒドロキシアルキル化誘導体の一部または全部の水酸基の水素原子が、炭素数8〜40の炭化水素鎖を部分構造として有する疎水性置換基と、スルホン酸基またはそれらの塩を部分構造として有するイオン性親水性置換基で置換されてなる多糖誘導体;酵母グルカンやキサンタンガム、β−1,3グルカン類(直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよく、一例を挙げれば、カードラン、パラミロン、パキマン、スクレログルカン、ラミナラン等)等の微生物醗酵によって製造される多糖類;ポリアクリルアミド;ポリビニルアルコール;デンプン;デンプンリン酸エステル;アルギン酸ナトリウム;ゼラチン;分子内にアミノ基を有するアクリル酸のコポリマーおよびその第4級化合物等。
(2)高分子エマルジョン:(メタ)アクリル酸アルキル等の各種ビニル単量体の共重合物等。
(3)オキシカルボン酸もしくはその塩、糖および糖アルコールからなる群から選ばれる1種以上の硬化遅延剤:珪弗化マグネシウム;リン酸ならびにその塩またはホウ酸エステル類;アミノカルボン酸とその塩;アルカリ可溶タンパク質;フミン酸;タンニン酸;フェノール;グリセリン等の多価アルコール;アミノトリ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)およびこれらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等のホスホン酸およびその誘導体等。
(4)早強剤・促進剤:塩化カルシウム、亜硝酸カルシウム、硝酸カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム等の可溶性カルシウム塩;塩化鉄、塩化マグネシウム等の塩化物;硫酸塩;水酸化カリウム;水酸化ナトリウム;炭酸塩;チオ硫酸塩;ギ酸およびギ酸カルシウム等のギ酸塩;アルカノールアミン;アルミナセメント;カルシウムアルミネートシリケート等。
(5)鉱油系消泡剤:燈油、流動パラフィン等。
(6)油脂系消泡剤:動植物油、ごま油、ひまし油、これらのアルキレンオキシド付加物等。
(7)脂肪酸系消泡剤:オレイン酸、ステアリン酸、これらのアルキレンオキシド付加物等。
(8)脂肪酸エステル系消泡剤:グリセリンモノリシノレート、アルケニルコハク酸誘導体、ソルビトールモノラウレート、ソルビトールトリオレエート、天然ワックス等。
(9)オキシアルキレン系消泡剤:(ポリ)オキシエチレン(ポリ)オキシプロピレン付加物等のポリオキシアルキレン類;ジエチレングリコールヘプチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシプロピレンブチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン2−エチルヘキシルエーテル、炭素原子数12〜14の高級アルコールへのオキシエチレンオキシプロピレン付加物等の(ポリ)オキシアルキルエーテル類;ポリオキシプロピレンフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の(ポリ)オキシアルキレン(アルキル)アリールエーテル類;2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール,3−メチル−1−ブチン−3−オール等のアセチレンアルコールにアルキレンオキシドを付加重合させたアセチレンエーテル類;ジエチレングリコールオレイン酸エステル、ジエチレングリコールラウリル酸エステル、エチレングリコールジステアリン酸エステル等の(ポリ)オキシアルキレン脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリン酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタントリオレイン酸エステル等の(ポリ)オキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル類;ポリオキシプロピレンメチルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンドデシルフェノールエーテル硫酸ナトリウム等の(ポリ)オキシアルキレンアルキル(アリール)エーテル硫酸エステル塩類;(ポリ)オキシエチレンステアリルリン酸エステル等の(ポリ)オキシアルキレンアルキルリン酸エステル類;ポリオキシエチレンラウリルアミン等の(ポリ)オキシアルキレンアルキルアミン類;ポリオキシアルキレンアミド等。
(10)アルコール系消泡剤:オクチルアルコール、ヘキサデシルアルコール、アセチレンアルコール、グリコール類等。
(11)アミド系消泡剤:アクリレートポリアミン等。
(12)リン酸エステル系消泡剤:リン酸トリブチル、ナトリウムオクチルホスフェート等。
(13)金属石鹸系消泡剤:アルミニウムステアレート、カルシウムオレエート等。
(14)シリコーン系消泡剤:ジメチルシリコーン油、シリコーンペースト、シリコーンエマルジョン、有機変性ポリシロキサン(ジメチルポリシロキサン等のポリオルガノシロキサン)、フルオロシリコーン油等。
(15)AE剤:樹脂石鹸、飽和あるいは不飽和脂肪酸、ヒドロキシステアリン酸ナトリウム、ラウリルサルフェート、ABS(アルキルベンゼンスルホン酸)、LAS(直鎖アルキルベンゼンスルホン酸)、アルカンスルホネート、ポリオキシエチレンアルキル(フェニル)エーテル、ポリオキシエチレンアルキル(フェニル)エーテル硫酸エステルまたはその塩、ポリオキシエチレンアルキル(フェニル)エーテルリン酸エステルまたはその塩、タンパク質材料、アルケニルスルホコハク酸、α−オレフィンスルホネート等。
(16)その他界面活性剤:オクタデシルアルコールやステアリルアルコール等の分子内に6〜30個の炭素原子を有する脂肪族1価アルコール、アビエチルアルコール等の分子内に6〜30個の炭素原子を有する脂環式1価アルコール、ドデシルメルカプタン等の分子内に6〜30個の炭素原子を有する1価メルカプタン、ノニルフェノール等の分子内に6〜30個の炭素原子を有するアルキルフェノール、ドデシルアミン等の分子内に6〜30個の炭素原子を有するアミン、ラウリン酸やステアリン酸等の分子内に6〜30個の炭素原子を有するカルボン酸に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドを10モル以上付加させたポリアルキレンオキシド誘導体類;アルキル基またはアルコキシ基を置換基として有しても良い、スルホ基を有する2個のフェニル基がエーテル結合した、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸塩類;各種アニオン性界面活性剤;アルキルアミンアセテート、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド等の各種カチオン性界面活性剤;各種ノニオン性界面活性剤;各種両性界面活性剤等。
(17)防水剤:脂肪酸(塩)、脂肪酸エステル、油脂、シリコン、パラフィン、アスファルト、ワックス等。
(18)防錆剤:亜硝酸塩、リン酸塩、酸化亜鉛等。
(19)ひび割れ低減剤:ポリオキシアルキルエーテル等。
(20)膨張材;エトリンガイト系、石炭系等。
その他の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。これら公知のセメント添加剤(材)は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記セメント組成物において、セメントおよび水以外の成分についての特に好適な実施形態としては、次の(1)〜(4)が挙げられる。
(1)(i)本発明のセメント混和剤、および、(ii)オキシアルキレン系消泡剤の2成分を必須とする組み合わせ。なお、(ii)のオキシアルキレン系消泡剤の配合重量比としては、(i)のセメント混和剤中の本発明の重合体に対して0.001〜10重量%の範囲が好ましい。
(2)(i)本発明のセメント混和剤、および、(ii)材料分離低減剤の2成分を必須とする組み合わせ。材料分離低減剤としては、非イオン性セルロースエーテル類等の各種増粘剤、部分構造として炭素数4〜30の炭化水素鎖からなる疎水性置換基と炭素数2〜18のアルキレンオキシドを平均付加モル数で2〜300付加したポリオキシアルキレン鎖とを有する化合物等が使用可能である。なお、(i)のセメント混和剤中の本発明の重合体と(ii)の材料分離低減剤との配合重量比としては、10/90〜99.99/0.01が好ましく、50/50〜99.9/0.1がより好ましい。この組み合わせのセメント組成物は、高流動コンクリート、自己充填性コンクリート、セルフレベリング材として好適である。
(3)(i)本発明のセメント混和剤、および、(ii)分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系分散剤の2成分を必須とする組み合わせ。スルホン酸系分散剤としては、リグニンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリスチレンスルホン酸塩、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アミノスルホン酸系の分散剤等が使用可能である。なお、(i)のセメント混和剤中の本発明の重合体と(ii)の分子中にスルホン酸基を有するスルホン酸系分散剤との配合重量比としては、5/95〜95/5が好ましく、10/90〜90/10がより好ましい。
(4)(i)本発明のセメント混和剤、および、(ii)リグニンスルホン酸塩の2成分を必須とする組み合わせ。なお、(i)のセメント混和剤中の本発明の重合体と(ii)のリグニンスルホン酸塩との配合重量比としては、5/95〜95/5が好ましく、10/90〜90/10がより好ましい。
また、本発明の製造方法により製造される重合体は、セメント混和剤以外にも、たとえば、塗料分散剤、顔料分散剤、帯電防止剤、増粘剤等として、各種組成物に好適に添加される。本発明の重合体を、塗料分散剤、顔料分散剤、帯電防止剤、増粘剤等として用いる場合、組成物中の含有量は適宜調整されうる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、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、下記の製造例において、特に断らない限り、「%」および「ppm」は質量基準である。また、アルケニルアルコールにエチレンオキシドが付加したものを、以下、「アルケニルアルコール付加物」とも称する。
<ポリエチレングリコールの含有量測定>
単量体組成物に含まれるポリエチレングリコールの含有量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、以下の条件下で測定した。
・使用カラム:昭和電工社製GF-1G 7B(ガードカラム)および昭和電工社製GF−310HQ
・溶離液:水
・流量:1ml/分
・打ち込み量:単量体組成物を濃度5.0%の溶離液溶液として、100μL
・カラム温度:40℃
・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)4020
・検出器:日立製作所社製 L−7490 示差屈折検出器
まず、重合体に含まれる共重合体の含有量(ポリマー純分)および共重合体の重量平均分子量の測定方法を説明する。
<共重合体の重量平均分子量測定>
重合体に含まれる共重合体の重量平均分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィー(GPC)により、以下の条件下で測定した。
・使用カラム:東ソー社製TSKguardcolumn SWXL、TSKgel G4000SWXL、G3000SWXLおよびG2000SWXL
・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を溶かし、さらに酢酸でpH6.0に調整した溶離液溶液
・打ち込み量:重合体を濃度0.5%の溶離液溶液として、100μL
・カラム温度:40℃
・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)300000、219300、107000、50000、24000、11840、6450、4020、1470
・検量線次数:三次式
・検出器:日本Waters社製 410 示唆屈折検出器
・解析ソフト:日本Waters社製 Empowerソフトウェア
<重合体中の共重合体含有量(ポリマー純分)の測定>
得られた重合体のGPCを測定し、ポリマーピークと不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体のピーク面積から下記計算法を用いてポリマー純分を算出した。
ポリマー純分(%)=(ポリマーピーク面積)×100/(ポリマーピーク面積+不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体面積)
<不飽和ポリアルキレングリコールエーテルの製造>
(製造例1)3−メチル−3−ブテン−1−オール 10モル付加物
温度計、撹拌機、原料導入管、および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応器に3−メチル−3−ブテン−1−オール100部、アルカリ触媒として水酸化ナトリウム0.3部を仕込み、撹拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で120℃まで加熱した。そして安全圧下で120℃を保持したままエチレンオキシド505部を8.5時間かけて反応器内に導入し、その後、1時間熟成し反応を終了した。得られた反応生成物は、3−メチル−3−ブテン−1−オールに平均10モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル(1)と、ポリエチレングリコールとを含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(1)と称する。
(製造例1−A)3−メチル−3−ブテン−1−オール 50モル付加物
温度計、撹拌機、原料導入管、および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に製造例1で得られた反応生成物(1)100部、アルカリ触媒として49%水酸化ナトリウム水溶液0.35部を仕込み、95℃まで昇温した。次いで撹拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を5.32×103Pa(40Torr)に減圧した。2.5時間脱水終了後、反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で95℃まで昇温した。そして安全圧下で95℃を保持したままエチレンオキシド339.3部を15.5時間かけて反応器内に導入し、その後、1時間熟成し反応を終了した。得られた反応生成物は、3−メチル−3−ブテン−1−オールに平均50モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(I−1)と、ポリエチレングリコールとを含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(I−1)と称する。反応生成物(I−1)の分析結果を表1に示す。また、反応生成物(I−1)を分析したところ、ポリエチレングリコール量は3.8%であった。
(製造例1−B)3−メチル−3−ブテン−1−オール 50モル付加物
温度計、撹拌機、原料導入管、および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に製造例1で得られた反応生成物(1)100部、アルカリ触媒として49%水酸化ナトリウム水溶液0.61部を仕込み、95℃まで昇温した。次いで撹拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を5.32×103Pa(40Torr)に減圧した。2.5時間脱水終了後、反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で95℃まで昇温した。そして安全圧下で95℃を保持したままエチレンオキシド339.3部を10.0時間かけて反応器内に導入し、その後、1時間熟成し反応を終了した。得られた反応生成物は、3−メチル−3−ブテン−1−オールに平均50モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(I−1)と、ポリエチレングリコールとを含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(I−2)と称する。反応生成物(I−2)を分析したところ、ポリエチレングリコール量は4.0%であった。
(製造例1−C)3−メチル−3−ブテン−1−オール 50モル付加物
温度計、撹拌機、原料導入管、および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に製造例1で得られた反応生成物(1)100部、アルカリ触媒として49%水酸化ナトリウム水溶液1.69部を仕込み、95℃まで昇温した。次いで撹拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を5.32×103Pa(40Torr)に減圧した。2.5時間脱水終了後、反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で95℃まで昇温した。そして安全圧下で95℃を保持したままエチレンオキシド339.3部を7.0時間かけて反応器内に導入し、その後、1時間熟成し反応を終了した。得られた反応生成物は、3−メチル−3−ブテン−1−オールに平均50モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(I−1)と、ポリエチレングリコールとを含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(I−3)と称する。反応生成物(I−3)を分析したところ、ポリエチレングリコール量は4.7%であった。
(製造例2)2−メチル−2−プロペン−1−オール 10モル付加物
温度計、攪拌機、原料導入管および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、2−メチル−2−プロペン−1−オール100部、付加反応触媒として水酸化ナトリウム0.07部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で110℃まで加熱した。そして安全圧下で110℃を保持したままエチレンオキシド609.6部を反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物は、2−メチル−2−プロペン−1−オールに平均10モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(2)を含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(2)と称する。
(製造例3)2−メチル−2−プロペン−1−オール 50モル付加物
温度計、攪拌機、原料導入管および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例1で得られた反応生成物(2)100部、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液0.35部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、攪拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、窒素雰囲気下で110℃まで昇温した。そして安全圧下で110℃を保持したままエチレンオキシド339.3部を反応器内に導入し、アルキレンオキシド付加反応が完結するまでその温度を保持して反応を終了した。得られた反応生成物は、2−メチル−2−プロペン−1−オールに平均50モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(3)を含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(3)と称する。
(製造例3−A)2−メチル−2−プロペン−1−オール 120モル付加物
温度計、攪拌機、原料導入管および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例3で得られた反応生成物(3)100部、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液0.16部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、攪拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、安全圧下で110℃を保持したままエチレンオキシド135.5部を反応器内に15時間かけて導入し、その後、1時間熟成し反応を終了した。得られた反応生成物は、2−メチル−2−プロペン−1−オールに平均120モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(4)を含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(II−1)と称する。反応生成物(II−1)を分析したところ、ポリエチレングリコール量は1.8%であった。
(製造例3−B)2−メチル−2−プロペン−1−オール 120モル付加物
温度計、攪拌機、原料導入管および窒素導入管を備えたSUS製オートクレーブ反応容器に、製造例3で得られた反応生成物(3)3821g、付加反応触媒として48%水酸化ナトリウム水溶液11.83gを仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換した後100℃まで昇温した。次いで、攪拌しながら反応容器の上部からガラス製トラップを装着した配管を接続し、真空ポンプを用いて反応容器内を6.65×103Pa(50Torr)に減圧した。その後エタノールドライアイス浴でガラス製トラップを冷却しながら、同温度で1時間脱水を行った。脱水終了後、安全圧下で110℃を保持したままエチレンオキシド5179gを反応器内に10時間かけて導入し、その後、1時間熟成し反応を終了した。得られた反応生成物は、2−メチル−2−プロペン−1−オールに平均120モルのエチレンオキシドが付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(5)を含むものであった。この反応生成物を、反応生成物(II−2)と称する。反応生成物(II−2)を分析したところ、ポリエチレングリコール量は2.0%であった。
<水溶液の保存安定性試験>
次に、下記の手順に従って得られた参考例1〜5、実施例1〜6、比較例1〜4の水溶液(単量体組成物)を、ポリプロピレン容器に入れ、窒素置換を行った後、密閉し、50℃の恒温槽に保存した。保存1日後、3日後、7日後、10日後において、保存溶液(単量体組成物)の状態を以下の基準に従って目視で評価した。
透明均一:保存溶液(単量体組成物)が均一に透明な場合。
懸濁均一:保存溶液(単量体組成物)が均一に懸濁している場合。
析出物あり:保存溶液(単量体組成物)に析出物が生じている場合。
<濃度調製>
参考例1〜5について、以下の手順で、60℃で反応生成物に水を加え混合し、濃度調製を行い、保存安定性試験を行った。
(参考例1)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物
軟化点を下げ、保存温度を60℃未満とするために反応生成物(I−1)100部に、水25部を加え、濃度を80%としたものを水溶液(I−1)とする。水溶液(I−1)のpHは13以上であった。このとき、水溶液(I−1)中、アルカリ触媒量は400ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は230ppmであった。
水溶液(I−1)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:懸濁均一、だった。
(参考例2)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物
軟化点を下げ、保存温度を60℃未満とするために反応生成物(I−2)100部に、水25部を加え、濃度を80%としたものを水溶液(I−2)とする。水溶液(I−2)のpHは13以上であった。このとき、水溶液(I−2)中、アルカリ触媒量は640ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は370ppmであった。
水溶液(I−2)の保存安定性は、保存1日後:懸濁均一、保存3日後:懸濁均一、保存7日後:析出物あり、保存10日後:析出物あり、だった。
(参考例3)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物
軟化点を下げ、保存温度を60℃未満とするために反応生成物(I−3)100部に、水25部を加え、濃度を80%としたものを水溶液(I−3)とする。水溶液(I−3)のpHは13以上であった。このとき、水溶液(I−3)中、アルカリ触媒量は1600ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は920ppmであった。
水溶液(I−3)の保存安定性は、保存1日後:懸濁均一、保存3日後:析出物あり、保存7日後:析出物あり、保存10日後:析出物あり、だった。
(参考例4)2−メチル−2−プロペン−1−オール付加物
軟化点を下げ、保存温度を60℃未満とするために反応生成物(II−1)100部に、水25部を加え、濃度を80%としたものを水溶液(II−1)とする。水溶液(II−1)のpHは13以上であった。このとき、水溶液(II−1)中、アルカリ触媒量は400ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は230ppmであった。
水溶液(II−1)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:懸濁均一、であった。
(参考例5)2−メチル−2−プロペン−1−オール付加物
軟化点を下げ、保存温度を60℃未満とするために反応生成物(II−2)100部に、水25部を加え、濃度を80%としたものを水溶液(II−2)とする。水溶液(II−2)のpHは13以上であった。このとき、水溶液(II−2)中、アルカリ触媒量は640ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は370ppmであった。
水溶液(II−2)の保存安定性は、保存1日後:懸濁均一、保存3日後:懸濁均一、保存7日後:析出物あり、保存10日後:析出物あり、だった。
<濃度調製および中和処理>
実施例1〜6、比較例1〜4について、以下の手順で、60℃で反応生成物に水を加えた後、55℃でそれぞれの有機酸を加え混合し、濃度調製および中和処理を行い、水溶液の保存安定性試験を行った。
(比較例1)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、硫酸中和
反応生成物(I−3)100部に水25部、硫酸0.12部を加え、濃度80%、pHを8.3とした水溶液を水溶液(III−1)とする。このとき、水溶液(III−1)中、アルカリ触媒量は1600ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は920ppmであった。
水溶液(III−1)の保存安定性は、保存1日後:析出物あり、保存3日後:析出物あり、保存7日後:析出物あり、保存10日後:析出物あり、だった。
(比較例2)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、リン酸中和
反応生成物(I−3)100部に水25部、リン酸0.15部を加え、濃度80%、pHを11.7とした水溶液を水溶液(III−2)とする。このとき、水溶液(III−2)中、アルカリ触媒量は1600ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は920ppmであった。
水溶液(III−2)の保存安定性は、保存1日後:析出物あり、保存3日後:析出物あり、保存7日後:析出物あり、保存10日後:析出物あり、だった。
(実施例1)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、PTS中和
反応生成物(I−3)100部に水25部、p−トルエンスルホン酸一水和物(PTS)0.67部を加え、濃度80%、pHを8.6とした水溶液を水溶液(III−3)とする。このとき、水溶液(III−3)中、アルカリ触媒量は1600ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は920ppmであった。
水溶液(III−3)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
(実施例2)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、酢酸中和
反応生成物(I−3)100部に水25部、酢酸0.67部を加え、濃度80%、pHを7.1とした水溶液を水溶液(III−4)とする。このとき、水溶液(III−4)中、アルカリ触媒量は1600ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は920ppmであった。
水溶液(III−4)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
(実施例3)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、乳酸中和
反応生成物(I−3)100部に水25部、50%乳酸1.12部を加え、濃度80%、pHを7.8とした水溶液を水溶液(III−5)とする。このとき、水溶液(III−5)中、アルカリ触媒量は1600ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は920ppmであった。
水溶液(III−5)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
(比較例3)2−メチル−2−プロペン−1−オール付加物、硫酸中和
反応生成物(II−2)100部に水25部、硫酸0.5部を加え、濃度80%、pHを8.0とした水溶液を水溶液(III−6)とする。このとき、水溶液(III−6)中、アルカリ触媒量は640ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は370ppmであった。
水溶液(III−6)の保存安定性は、保存1日後:析出物あり、保存3日後:析出物あり、保存7日後:析出物あり、保存10日後:析出物あり、だった。
(実施例4)2−メチル−2−プロペン−1−オール付加物、酢酸中和
反応生成物(II−2)100部に水25部、酢酸0.27部を加え、pHを7.5とした水溶液を水溶液(III−7)とする。このとき、水溶液(III−7)中、アルカリ触媒量は640ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は370ppmであった。
水溶液(III−7)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
(実施例5)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、PTS中和
反応生成物(I−1)100部に水25部、p−トルエンスルホン酸一水和物(PTS)0.14部を加え、濃度80%、pHを11.2とした水溶液を水溶液(III−8)とする。このとき、水溶液(III−8)中、アルカリ触媒量は400ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は230ppmであった。
水溶液(III−8)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
(比較例4)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、PTS中和
反応生成物(I−1)100部に水25部、p−トルエンスルホン酸一水和物(PTS)0.26部を加え、濃度80%、pHを3.4とした水溶液を水溶液(III−9)とする。このとき、水溶液(III−9)中、アルカリ触媒量は400ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は230ppmであった。
水溶液(III−9)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
(実施例6)3−メチル−3−ブテン−1−オール付加物、PTS中和
反応生成物(I−1)100部に水25部、酢酸0.17部を加え、濃度80%、pHを4.5とした水溶液を水溶液(III−10)とする。このとき、水溶液(III−10)中、アルカリ触媒量は400ppm、アルカリ金属イオン(Na+)は230ppmであった。
水溶液(III−10)の保存安定性は、保存1日後:透明均一、保存3日後:透明均一、保存7日後:透明均一、保存10日後:透明均一、だった。
次に、得られた単量体組成物(水溶液)を用いて、重合体を製造し、以下の評価を行った。
<単量体組成物の安定性が重合に及ぼす影響の検討>
上述の保存安定性で用いた50℃保存溶液(50℃、7日間保存)を用いて、重合体を製造し、単量体組成物の安定性が重合に与える影響について検討を行った。
<コンクリート試験>
得られた重合体を、セメント混和剤として用いて、セメント混和剤としての性能を評価した。評価方法は以下にしたがって行った。
以下に示すコンクリート原料、配合、混練法により、練り混ぜ量が30Lとなるようにそれぞれの材料を計量し、パン型ミキサーを使用して材料の混練を実施した。水溶液III−2、III−3、III−5から得られた重合体を用いて、所定のスランプフロー値を得るための混和剤添加量と、混練直後のスランプフロー値を評価した。セメント質量に対するセメント混和剤の配合量は混和剤の不揮発分量で計算し、質量%表示で表に示した。また必要に応じて消泡剤であるMA404(ポゾリス物産製)の有姿0.1wt%水溶液を必要量配合し、空気量を1%未満に調整した。
<使用原料>
セメントは太平洋セメント社製普通ポルトランドセメント(比重3.16)を均等に混合して使用した。粗骨材には青梅産砕石、細骨材には掛川産砂、君津産山砂を8/2で混合して使用した。練り水には上水道水を用いた。
<コンクリート配合>
単位セメント量:573.0Kg/m3
単位水量:172.0Kg/m3(ポリマー、AE剤などの混和剤を含む)
単位細骨材量:866.0Kg/m3
単位粗骨材量:744.0Kg/m3
水セメント比(W/C):30.0%
細骨材率(s/a):47.0%
<材料の練り混ぜ>
セメント、細骨材、をミキサー内に仕込み、10秒間混練した。混練を止め、所定量の水と混和剤をミキサー内に仕込み、すぐに40秒間混練し、粗骨材を仕込んだ後、更に90秒混練した。練り上がったフレッシュコンクリートを排出し、評価試験を行った。また評価試験においては、水と混和剤を仕込んだ後の混練開始時間をゼロ分とした。
<フレッシュコンクリートの評価>
得られたフレッシュコンクリートについて、スランプフロー値測定を以下の方法により実施した。
スランプフロー値:JIS A 1101−1998
<水溶液から得た重合体の使用量>
セメント量に対し、一律0.155重量%(固形分換算)添加した
(比較例5)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−2)(比較例2)の分離層を含まない保存溶液上層100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミッションクロマトクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw35000)は89.1%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は545mmであった。
(比較例6)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−2)(比較例2)の分離層を含む保存溶液下層100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8gに溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw32000)は83.2%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は425mmであった。
(実施例7)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−3)(実施例1)保存溶液上層100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw35000)は88.9%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は515mmであった。
(実施例8)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−3)(実施例1)保存溶液下層100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw35000)は89.2%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は540mmであった。
(実施例9)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−5)(実施例3)保存溶液上層100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw36000)は89.5%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は565mmであった。
(実施例10)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−5)(実施例3)保存溶液下層100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw36000)は89.3%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は538mmであった。
(実施例11)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−8)(実施例5)100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw34500)は89.0%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は545mmであった。
(比較例7)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−9)(比較例4)100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw23000)は63.2%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は310mmであった。
(実施例12)
温度計・攪拌機・滴下ロート・窒素導入管・還流冷却器を備えたガラス製反応容器に水を25.8部、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル単量体として、水溶液(III−10)(実施例6)100部、アクリル酸0.15部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気下で58℃に昇温した後、2%過酸化水素水6.3部を投入した。温度が58℃で安定した後、アクリル酸10.7部を水5.2部に溶解させた不飽和カルボン酸単量体水溶液を3時間かけて滴下し、アクリル酸水溶液を滴下し始めると同時に、L−アスコルビン酸0.16部、2−メルカプトプロピオン酸0.35部を水9.8部に溶解させた水溶液3.5時間かけて滴下した。その後1時間引き続き58℃を維持し、重合反応を完結させた。そして、冷却後、49%NaOHでpH6.5まで中和した。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)モノマー相当分(Mw2200)のピークを除くポリマー純分(Mw35500)は89.5%であった。
また、得られた重合体を用いてコンクリート試験を行ったところ、混練直後のスランプフロー値は530mmであった。

Claims (11)

  1. 下記一般式(1):
    式中、
    Yは炭素数2〜7のアルケニル基を表わし、
    Oは炭素数2〜18のオキシアルキレン基の1種または2種以上を表わし、
    nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、5〜500の数であり、
    は水素原子または炭素数1〜30の炭化水素基を表わす、
    で表される不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、
    有機酸と、
    水と、
    を含み、
    pHが4〜13であり、前記不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体の含有量が65〜99質量%である、単量体組成物。
  2. 前記有機酸が、カルボキシル基またはスルホ基を有する炭素数1〜10の炭化水素である、請求項1に記載の単量体組成物。
  3. 前記水の含有量が、前記単量体100質量部に対して、1〜50質量部である、請求項1または2に記載の単量体組成物。
  4. アルカリ金属イオンを5〜30,000質量ppm含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の単量体組成物。
  5. 前記有機酸が、スルホ基を有する炭素数1〜10の炭化水素である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の単量体組成物。
  6. 前記有機酸の含有量が、前記単量体100質量部に対して、0.0001〜5質量部である、請求項1〜5のいずれかに記載の単量体組成物。
  7. pHが7〜12である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の単量体組成物。
  8. 炭素数2〜7のアルケニルアルコールと炭素数2〜18のアルキレンオキシドとを、アルカリ触媒存在下で反応させて前記不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を得る反応工程と、
    前記反応工程で得られた反応液に、水を加えて水溶液とする濃度調製工程と、
    前記反応工程で得られた反応液を、有機酸を用いてpH4〜13に中和する中和工程と、
    を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の単量体組成物の製造方法。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の単量体組成物、または請求項8に記載の製造方法によって製造された単量体組成物を、50〜90℃の温度で保管する工程を含む、単量体組成物の保管方法。
  10. 炭素数2〜7のアルケニルアルコールと炭素数2〜18のアルキレンオキシドとを、アルカリ触媒存在下で反応させて不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体を得る反応工程と、
    前記反応工程で得られた反応液に、水を加えて水溶液とする濃度調製工程と、
    前記反応工程で得られた反応液を、有機酸を用いてpH4〜13に中和する中和工程と、
    前記中和工程を経て得られた単量体組成物を用いて、当該単量体組成物中に含まれる不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体と、
    下記化学式(2):
    式中、
    、R、およびRは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、または−(CH
    COOH基であり(この際、pは、0〜2の整数である)、
    Mは、水素原子、金属原子、アンモニウム基または有機アミン基である、
    で表される不飽和酸系単量体と、を反応させてポリカルボン酸系重合体を得る重合工程と、
    を含み、前記中和工程の終了と前記重合工程の開始との間の期間が6時間以上である、ポリカルボン酸系重合体の製造方法。
  11. 前記中和工程の終了と前記重合工程の開始との間の期間における前記単量体組成物の温度が50〜90℃である、請求項10に記載のポリカルボン酸系重合体の製造方法。
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