JP6218826B2 - 石こうシーディング材料の合成及び使用 - Google Patents
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Description
*は、酸基含有ポリマーへの結合部位を示し、
Uは、化学結合又は炭素原子1〜8個を有するアルキレン基を示し、
Xは、酸素又はNR1基であり、
kは、0又は1であり
nは、酸基含有ポリマーに対して、3〜300個の範囲での平均の整数であり、
Alkは、C2〜C4−アルキレンであり、ここで、Alkは、(Alk−O)n基と同一又は異なってよく、
Wは、水素、C1〜C6−アルキル基又はアリール基であり、又はY−F基であり、ここで
Yは、炭素原子2〜8個を有し、フェニル環を有してよい直鎖又は分岐鎖のアルキレン基であり、
Fは、環員として、窒素原子及び炭素原子と同様に、酸素、窒素及び硫黄から選択される1個、2個又は3個の追加のヘテロ原子を有してよい、窒素結合した5〜10員環の窒素複素環であり、ここで、窒素環員はR2基を有してよく、かつ1個又は2個の炭素環員はカルボニル基の形であってよく、
R1は、水素、C1〜C4−アルキル又はベンジルであり、かつ
R2は、水素、C1〜C4−アルキル又はベンジルである]
のポリエーテル基を含む。
i) 0.1〜6mol/l、有利には0.5〜2mol/l、特に0.6〜1mol/lの硫酸塩化合物、
ii) 0.1〜10mol/l、有利には3〜8mol/l、特に4〜6mol/lのカルシウム化合物。
(II)芳香族系又はヘテロ芳香族系及び式(I)のポリエーテル基を有する構造単位、並びに
(III)芳香族系又はヘテロ芳香族系を有するリン酸化構造単位
を含有する重縮合生成物である。
Aは、同一又は異なり、かつ芳香族系において炭素原子5〜10個を有する、置換又は非置換の芳香族化合物又はヘテロ芳香族化合物によって示され、ここで、他の基は、構造単位(I)について定義したものである]
Dは、同一又は異なり、かつ芳香族系において炭素原子5〜10個を有する、置換又は非置換の芳香族化合物又はヘテロ芳香族化合物によって示される]
によって示される。
(V)カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸エステル、カルボキサミド、カルボン酸無水物及びカルボキシミドの群からの少なくなくとも1つの基を含むエチレン性不飽和モノマーの少なくとも1つ
並びに
(VI)構造単位(I)のポリエーテル基を有するエチレン性不飽和モノマーの少なくとも1つ
を含有するモノマーの混合物を重合することによって得られる少なくとも1つのコポリマーである。
を示す。Qは、同一又は異なってよく、かつNH、NR9又はOによって示され、ここでR9は前記で定義したものである。
ポリマー合成
リン酸エステルを含有する櫛形ポリマーの合成:
撹拌器、温度計、pH電極及びいくつかの供給装置を備えたガラス反応器を、最初に、脱イオン水180gで装填し、そして80℃の重合開始温度まで加熱する。別の供給容器中で、4669gの25.7%精製したメチルポリエチレングリコール(5000)メタクリレート(MPEG5000メタクリレート)水溶液を、297.6gのヒドロキシエチルメタクリレートホスフェート(HEMAホスフェート)及び190.2gの20% NaOH溶液(溶液Aに対応する)と混合する。さらに別の供給容器中で、13.71gのナトリウムペルオキソジスルフェートを、182.1gの水(溶液B)と混合する。第三の供給において、13.2gの2−メルカプトエタノール及び39.6gの脱引水を使用して、25%の溶液(溶液C)を製造する。
撹拌器を備えた加熱可能な反応器を、17.8部のポリリン酸で装填し、そして90℃まで加熱する。15分以内に、30.7部のフェノキシエタノールを撹拌しながら計量供給する。60分後に、445部のポリ(エチレンオキシド)モノフェニルエーテル(平均分子量5000g/mol)、34.8部の濃縮メタンスルホン酸、14.16部のパラホルムアルデヒド及び23.2部の水を添加する。反応混合物を、さらに6時間撹拌しながら105℃まで加熱する。そして、冷却させ、pH7まで50%水酸化ナトリウム溶液で中和する。縮合生成物は、約22000g/molの平均分子量Mw(GPCにより測定)を有する。
櫛形ポリマーMelflux 2650 Lは、BASF Construction Polymers GmbH社から市販されているポリカルボキシレートエーテルである。ポリマーは、モノマーのマレイン酸、アクリル酸、ビニルオキシブチルポリエチレングリコール−5800に基づく。Mw=36000g/mol、GPCにより測定;溶液の固形分は33%である。
本発明の実施例:
使用した化学物質:塩化カルシウム(無水物):Sigma−Aldrich >97%;硫酸マグネシウム七水和物:Merck >99%。
44.4gの塩化カルシウム(無水物、0.4mol)の75gの水中での溶液を、52.9gの硫酸アンモニウム(0.4mol)及び0.93gの前記リン酸化重縮合生成物(ポリマーの有効含有率に対して)の282gの水中での溶液に添加する。得られた懸濁液を、800毎分回転数で1時間、軸撹拌器で撹拌する。
44.4gの塩化カルシウム(無水物、0.4mol)の75gの水中での溶液を、98.6gの硫酸マグネシウム七水和物(0.4mol)及び0.46g(ポリマーの有効含有率に対して)の前記リン酸エステルを含有する櫛形ポリマーの282gの水中での溶液に添加する。得られた懸濁液を、800毎分回転数で1時間、軸撹拌器で撹拌する。
44.4gの塩化カルシウム(無水物、0.4mol)の75gの水中での溶液を、57.6gの硫酸アンモニウム(0.42mol)及び0.93gの前記リン酸化重縮合生成物(ポリマーの有効含有率に対して)の282gの水中での溶液に添加する。得られた懸濁液を、800毎分回転数で1時間、軸撹拌器で撹拌する。
44.4gの塩化カルシウム(無水物、0.4mol)の75gの水中での溶液を、52.9gの硫酸アンモニウム(0.4mol)及び4.63gのMVA 2650 L(ポリマーの有効含有率に対して)の282gの水中での溶液に添加する。得られた懸濁液を、800毎分回転数で1時間、軸撹拌器で撹拌する。
44.4gの塩化カルシウム(無水物、0.4mol)の75gの水中での溶液を、98.6gの硫酸マグネシウム七水和物(0.4mol)及び0.93gのポリアクリル酸(Mw=2500g/mol)の282gの水中での溶液に添加する。得られた懸濁液を、800毎分回転数で1時間、軸撹拌器で撹拌する。
実施例6
44.4gの塩化カルシウム(無水物、0.4mol)の75gの水中での溶液を、98.6gの硫酸マグネシウム七水和物(0.4mol)の282gの水中での溶液に添加する。得られた懸濁液を、800毎分回転数で1時間、軸撹拌器で撹拌する。
使用した研磨硫酸カルシウム二水和物(試料1及び試料2)に対する硬化剤は、比較的大きい粒子を有する一方で、本発明によって製造した懸濁液の粒径は非常に小さい(表1を参照)。ポリマーの性質(実施例1〜4及び実施例5)及びポリマーの存在(実施例1〜5と比較して実施例6)は、粒径及び性能特性について非常に大きな役割を果たす(表1及び表3を参照)。
研磨硫酸カルシウムの試料1及び2の、及び本発明によって製造した硫酸カルシウム二水和物に対する促進剤の性能を、種々の方法で試験した。
純粋な硫酸カルシウム半水塩は、熱流熱量測定によって研究される高すぎる反応性を有し、反応は最初に遅れる。分析のために、40gの硫酸カルシウム半水塩(Sigma−Aldrich、>97%)を、15gの水と25gのN−ポリオキシメチレンアミノ酸のカルシウム塩の0.056%溶液(Sika AGからのRetardan P)との混合物と混合する。得られた混合物を、750毎分回転数で60秒間、軸撹拌器で撹拌する。30秒間続いて休止し、促進剤を添加し、そして混合物を、もう一度、750毎分回転数で30秒間、軸撹拌器で撹拌する。熱流を、TAM空気熱量計(TA Instruments)で記録する。
(i)最大熱流の時間tにおけるシフト。実施例において、熱流の最大は、促進剤なし(=ik)で164分から、22分(実施例1=T試料)までシフトし、促進要因atを以下
(ii)最大熱流ピークの傾斜(急勾配)における変化。挙げた実施例において、画像値の傾斜は2.42であり、実施例1 0.0374からの促進剤と混合した系である。促進要因asを、
300gのβ−半水塩(REA)を、最初に0.05gのRetardan Pで前均質化し、198gの水中にまき、そして15秒間放置する。その後、Hobartミキサーで撹拌を、レベルII(1分あたり285回転)でさらに15秒間開始する。この時間中に促進剤を急速に添加する。60秒後にシリンダー(h=10cm、d=5cm)を満たした後にスランプを測定する。硬化時間を、いわゆるナイフカット法(DIN EN 13279−2)により測定する。標準促進剤(試料1)について及び本発明に従って製造した促進剤(実施例1)についての結果の比較を表2において実施する。
実施例1〜6からに硫酸カルシウム二水和物の及び試料1及び2の性能データを、表3においてまとめ、実施例1〜6について図2a及び2bにおいて図示する。比較のために、図3は、標準促進剤(試料1及び2)の熱流曲線を示す。それぞれの熱量測定について、硫酸カルシウム半水塩に対して0.5%の有効物質を使用し、硬化時間の測定のためのそれぞれの使用試験について0.067%であった。
Claims (15)
- 水及び酸基含有ポリマーの存在下で、水溶性カルシウム化合物と水溶性硫酸塩化合物とを反応させることによって硫酸カルシウム二水和物を製造するための方法であって、酸基含有ポリマーが、構造単位(I)
*は、酸基含有ポリマーへの結合部位を示し、
Uは、化学結合又は炭素原子1〜8個を有するアルキレン基を示し、
Xは、酸素又はNR1基であり、
kは、0又は1であり
nは、酸基含有ポリマーに対して、3〜300個の範囲での平均の整数であり、
Alkは、C2〜C4−アルキレンであり、ここで、Alkは、(Alk−O)n基内で同一又は異なってよく、
Wは、水素、C1〜C6−アルキル基又はアリール基であり、又はY−F基であり、ここで
Yは、炭素原子2〜8個を有し、フェニル環を有してよい直鎖又は分岐鎖のアルキレン基であり、
Fは、環員として、窒素原子及び炭素原子と同様に、酸素、窒素及び硫黄から選択される1個、2個又は3個の追加のヘテロ原子を有してよい、窒素が結合した5〜10員環の窒素複素環であり、ここで、窒素環員はR2基を有してよく、かつ1個又は2個の炭素環員はカルボニル基の形であってよく、
R1は、水素、C1〜C4−アルキル又はベンジルであり、かつ
R2は、水素、C1〜C4−アルキル又はベンジルである]
のポリエーテル基を含むことを特徴とする、前記方法。 - 前記ポリマーの酸基が、カルボキシル基、ホスホノ基、スルフィノ基、スルホ基、スルファミド基、スルホキシ基、スルホアルキルオキシ基、スルフィノアルキルオキシ基及びホスホノオキシ基の群からの少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記酸基含有ポリマーが、
(II) 芳香族又はヘテロ芳香族系及び式(I)のポリエーテル基を有する構造単位、並びに
(III) 芳香族又はヘテロ芳香族系を有するリン酸化構造単位
を含む重縮合生成物であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記構造単位(II)及び(III)が、次の一般式
Aは、芳香族系において炭素原子5〜10個を有する、置換又は非置換の芳香族化合物又はヘテロ芳香族化合物によって示され、ここで、他の基は、構造単位(I)について定義したものである]
Dは、芳香族系において炭素原子5〜10個を有する、置換又は非置換の芳香族化合物又はヘテロ芳香族化合物によって示され、
Eは、N、NH又はOによって示され、
E=Nの場合にm=2であり、E=NH又はOの場合にm=1であり、
R3及びR4は、bが2以上の場合に同一又は異なり、かつ互いに独立して、分岐又は非分岐C1〜C10−アルキル基、C5〜C8−シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、又はHによって示され、
bは、mが2以上の場合に同一又は異なり、かつ0〜300の整数によって示される]
によって示されることを特徴とする、請求項3に記載の方法。 - 前記酸基含有ポリマーが、
(V)カルボン酸、カルボン酸塩、カルボン酸エステル、カルボキサミド、カルボン酸無水物及びカルボキシミドの群からの少なくとも1つの基を含むエチレン性不飽和モノマーの少なくとも1つ
並びに
(VI)構造単位(I)のポリエーテル基を有するエチレン性不飽和モノマーの少なくとも1つ
を含有するモノマーの混合物を重合することによって得られる少なくとも1つのコポリマーであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記エチレン性不飽和モノマー(V)が、基(Va)、(Vb)及び(Vc)からの以下の一般式:
R7及びR8は、互いに独立して、水素、又は炭素原子1〜20個を有する脂肪族ヒドロカルビル基であり、
Bは、H、−COOMa、−CO−O(CqH2qO)r−R9、−CO−NH−(CqH2qO)r−R9であり、
Mは、水素、1価又は2価の金属カチオン、アンモニウムイオン又は有機アミン基であり、
aは、1/2又は1であり、
R9は、水素、炭素原子1〜20個を有する脂肪族ヒドロカルビル基、炭素原子5〜8個を有する脂環式ヒドロカルビル基、置換されていてもよい炭素原子6〜14個を有するアリール基であり、
それぞれ(CqH2qO)単位についてのqは、rが2以上の場合に同一又は異なり、かつ独立して2、3又は4であり、
rは、0〜200であり、
Zは、O、NR 7 である]
R10及びR11は、互いに独立して、水素、又は炭素原子1〜20個を有する脂肪族ヒドロカルビル基、炭素原子5〜8個を有する脂環式ヒドロカルビル基、置換されていてもよい炭素原子6〜14個を有するアリール基であり、
R12は、(CnH2n)−SO3H[式中n=0、1、2、3又は4である]、(CnH2n)−OH[式中n=0、1、2、3又は4である];(CnH2n)−PO3H2[式中n=0、1、2、3又は4である]、(CnH2n)−OPO3H2[式中n=0、1、2、3又は4である]、(C6H4)−SO3H、(C6H4)−PO3H2、(C6H4)−OPO3H2及び(CnH2n)−NR14 b[式中n=0、1、2、3又は4であり、b=2又は3である]によって示され、
R13は、H、−COOMa、−CO−O(CqH2qO)r−R9、−CO−NH−(CqH2qO)r−R9であり、Ma、R9、q及びrはそれぞれ前記で定義したものであり、
R14は、水素、炭素原子1〜10個を有する脂肪族ヒドロカルビル基、炭素原子5〜8個を有する脂環式ヒドロカルビル基、置換されていてもよい炭素原子6〜14個を有するアリール基であり、
Qは、NH、NR15又はOによって示され、ここでR15は、炭素原子1〜10個を有する脂肪族ヒドロカルビル基、炭素原子5〜8個を有する脂環式ヒドロカルビル基、又は置換されていてもよい炭素原子6〜14個を有するアリール基である]
の少なくとも1つによって示されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。 - 前記エチレン性不飽和モノマー(VI)が、次の一般式
Uは、化学結合又は炭素原子1〜8個を有するアルキレン基を示し、
Xは、酸素又はNR 1 基であり、
kは、0又は1であり
nは、酸基含有ポリマーに対して、3〜300個の範囲での平均の整数であり、
Alkは、C 2 〜C 4 −アルキレンであり、ここで、Alkは、(Alk−O) n 基内で同一又は異なってよく、
Wは、水素、C 1 〜C 6 −アルキル基又はアリール基であり、又はY−F基であり、ここで
Yは、炭素原子2〜8個を有し、フェニル環を有してよい直鎖又は分岐鎖のアルキレン基であり、
Fは、環員として、窒素原子及び炭素原子と同様に、酸素、窒素及び硫黄から選択される1個、2個又は3個の追加のヘテロ原子を有してよい、窒素が結合した5〜10員環の窒素複素環であり、ここで、窒素環員はR 2 基を有してよく、かつ1個又は2個の炭素環員はカルボニル基の形であってよく、
R 1 は、水素、C 1 〜C 4 −アルキル又はベンジルであり、かつ
R 2 は、水素、C 1 〜C 4 −アルキル又はベンジルであり、
R 7 及びR 8 は、互いに独立して、水素、又は炭素原子1〜20個を有する脂肪族ヒドロカルビル基であることを特徴とする、請求項6又は7に記載の方法。 - 硫酸カルシウム二水和物に対して、0.005〜100質量%の酸基含有ポリマーを使用することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 第一の工程において、水溶性硫酸塩化合物を、水と酸基含有ポリマーと混合して、続いて第二の工程において、水溶性カルシウム化合物を添加することを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記水溶性カルシウム化合物及び水溶性硫酸塩化合物を、次の濃度:
i) 0.1〜6mol/lの硫酸塩化合物、
ii) 0.1〜10mol/lのカルシウム化合物
で水溶液として使用することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法により製造可能な硫酸カルシウム二水和物。
- 請求項1から11までのいずれか1項に記載の製造方法を用いて、水及び酸基含有ポリマーの存在下で、水溶性カルシウム化合物と水溶性硫酸塩化合物との反応によって製造した硫酸カルシウム二水和物の、石こうボードを製造するための使用。
- 石こうボードの製造において使用した硫酸カルシウム半水塩に対して、請求項1から11までのいずれか1項に記載の硫酸カルシウム二水和物の0.0001〜1質量%を使用することを特徴とする、石こうボードの製造方法。
- 石こうボードの製造のために使用した石こうスラリーを、厚紙シートへの適用後まで硫酸カルシウム二水和物と接触させず、その際硫酸カルシウム二水和物を水性懸濁液の形で使用することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
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