JP7462823B1 - 水硬性組成物用早強剤 - Google Patents
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Abstract
Description
他方で、低炭素社会の実現の観点から、二酸化炭素を炭素資源と捉え、これを回収し、多様な炭素化合物として再利用する、所謂カーボンリサイクルが注目されている。二酸化炭素を再利用できる材料の一つとして炭酸カルシウムが挙げられ、炭酸カルシウムを高付加価値化する技術が求められている。
(a)成分:カルサイト
(b)成分:下記一般式(1b)で示される単量体(1b)と、下記一般式(2b)で示される単量体(2b)とを構成単量体として含み、全構成単量体中、単量体(1b)と単量体(2b)の合計量中の単量体(1b)の割合が、10質量%以上35質量%以下である、共重合体
R1b、R2b、R3b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM2であり、(CH2)rCOOM2は、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1、M2:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
R4b、R5b、R6b: 同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM3、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R7b
R7b:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M3:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕
炭酸カルシウムの分散剤としては、従来からアクリル酸重合体またはアクリル酸と無水マレイン酸の共重合物、およびポリオキシエチレン鎖を少量含む組成物等が使用されている。上記分散剤は炭酸カルシウムに対する優れた吸着性と、静電反発力によって、優れた分散性を示すことが知られている。ここで共重合体中のカルボキシル基量が十分でない場合、炭酸カルシウムに対する吸着性が大きく低下し、十分な分散性が得られないと推察できる。
一方、例えば普通ポルトランドセメントなどの水硬性粉体を含む水硬性組成物の調製から例えば5~20時間後の初期強度は、一般的にセメントの主成分であるエーライトの水和反応に大きく影響されることが知られている。エーライトの水和反応は、水和反応によって生成するカルシウムシリケート水和物(C-S-H)の核生成および成長が律速していると考えられていることから、エーライトの水和反応を促進する手段として、C-S-Hの核、もしくは、反応場となり得る化合物を添加することが有効であることが知られている。炭酸カルシウム、特にカルサイトは、C-S-Hの核、もしくは、反応場となり得る化合物の一つとして公知である。
ここで、カルサイト表面に、アクリル酸、無水マレイン酸などのカルボキシル基を含む単量体の比率が高い共重合体を吸着させたものを水硬性組成物に含有させた場合、前記共重合体がカルサイト表面を被覆することでC-S-Hの発生および成長が妨げられ、カルサイト自身の水和促進効果が打ち消され、高い初期強度が得られないと推察される。併せて、カルサイト表面に吸着した前記共重合体がセメント粒子とヘテロ凝集を形成し、水硬性組成物の流動性も悪化することが考えられる。この現象に対し、本発明では、(b)成分として、カルボキシル基を有する単量体(1b)と立体反発基を有する単量体(2b)を特定の比率で含む共重合体を用いることで、(a)成分のカルサイト表面に少量吸着するだけで高い分散性によりせん断時の粘度が低くなり、輸送時や水硬性組成物調製時の作業性に優れ、またC-S-Hの発生および成長を妨げることもなく、またヘテロ凝集を生じることもないことから、調製から例えば5~20時間後の水硬性組成物硬化体の強度を向上させたものと推察される。
本発明の水硬性組成物用早強剤は、(a)成分として、カルサイトを含有する。また、本発明の水硬性組成物用早強剤組成物はカルサイト以外の鉱物として、炭酸化反応時に未反応分として残存する水酸化カルシウム、バテライト、アラゴナイト等の炭酸カルシウム、イカアイト等の炭酸カルシウム水和物、塩基性炭酸カルシウム、その他非結晶性の炭酸カルシウムを含有してもよい。
但し、カルサイト以外のこれらの炭酸カルシウムは、本発明の(a)成分には含まれない。
カルサイトは、方解石(カルサイト)の結晶構造を有する炭酸カルシウムである。
バテライトは、ファーテル石(バテライト又はヴァテライト)の結晶構造を有する炭酸カルシウムである。
アラゴナイトは、アラレ石(アラゴナイト)の結晶構造を有する炭酸カルシウムである。
イカアイトは、イカ石(イカアイト)の結晶構造を有する炭酸カルシウム6水和物である。
塩基性炭酸カルシウムとは、Ca3(OH)2(CO3)2・1.5H2Oの化学組成で表される結晶鉱物である。
BET比表面積とは、窒素(N2)などの気体粒子を固体粒子に吸着させ、吸着した量から表面積を測定する気体吸着法である。具体的には、圧力Pと吸着量Vとの関係からBET式(Brunauer,Emmet and Teller’s equation)によって、単分子吸着量VMを測定することで、比表面積が求められるものであり、測定装置としては、全自動比表面積測定装置(例えば、全自動比表面積測定装置 Macsorb、株式会社マウンテック製)を用いて測定することができる。
(a)成分のカルサイトの平均一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)等による直接観察の他に、以下の式を用いて算出することもできる。
d=6/(ρ×s)
d:平均粒子径(nm)
ρ:炭酸カルシウムの密度
s:比表面積
本発明における比表面積は窒素、水蒸気、アルゴン、クリプトン等を用いたガス吸着法で測定することが可能であり、上記した窒素ガスを用いたBET法により測定したBET比表面積を用いることが好ましい。また、本発明における炭酸カルシウムの平均一次粒子径は、炭酸カルシウムの密度を2.71として計算する。
D=Kλ/(βcosθ)
D:結晶子サイズ(nm)
K:Scherrer定数
λ:測定X線の波長
β:測定対象のX線ピークの半値幅
θ:測定対象のX線ピークのBragg角
本発明における結晶子サイズは、X線としてCuKα線を用いて測定することが好ましい。CuKαを用いる場合の波長はλ=1.5406Åとする。またScherrer定数は0.9とし、カルサイトの(104)面のBragg角は14.657degとして計算する。
(a)成分のカルサイトの二次粒子は球状および連鎖状の凝集粒子として存在してもよい。これらのうち水硬性組成物の早強性の観点から、球状であることが好ましい。球状とは、真球状のみを意味するものではなく、楕円や略球状、表面に微細な穴や凹凸があるものでもよく、短径と長径の比率が1:1~1:2のものである。球状にはカルサイトの一次粒子が連鎖状に連なったものは含まれない。カルサイトの二次粒子の形状は、透過型電子顕微鏡または走査型電子顕微鏡などで観察することができる。
水酸化カルシウム、水酸化カルシウム以外の化合物、及び水を混合して、水分散体を調製し、前記水分散体に一定水温の条件で炭酸ガスをpHが7になるまで導入することで、炭酸カルシウムのカルサイトを製造する。
水酸化カルシウム以外の化合物としては、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸亜鉛、ミョウバン等の硫酸塩、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム等のマグネシウム塩、塩化亜鉛、硝酸亜鉛等の亜鉛塩、酢酸、クエン酸、グルコン酸等の有機酸およびその塩、ポリアクリル酸等の高分子有機酸およびその塩等が挙げられる。水酸化カルシウム以外の化合物は、生成するカルサイトの結晶子サイズの観点から、水酸化マグネシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、及び硫酸亜鉛から選ばれる1種以上が好ましく、硫酸ナトリウム、及び水酸化マグネシウムから選ばれる1種以上がより好ましく、水酸化マグネシウムが更に好ましい。
ここで、水分散体における、水酸化カルシウムの混合量と水酸化カルシウム以外の化合物の混合量の質量比(水酸化カルシウム/水酸化カルシウム以外の化合物)は、生成するカルサイトの結晶子サイズの観点から、好ましくは10以上、より好ましくは30以上、更に好ましくは50以上、そして、好ましくは100以下、より好ましくは80以下である。
R1b、R2b、R3b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM2であり、(CH2)rCOOM2は、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1、M2:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
R4b、R5b、R6b: 同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM3、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R7b
R7b:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M3:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕
一般式(1b)中、入手性および単量体(2b)との共重合性の観点から、R2bは、水素原子及びメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
一般式(1b)中、入手性の観点から、R3bは、水素原子が好ましい。
(CH2)rCOOM2については、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1とM2は同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基である。
M1、M2のアルキル基、ヒドロアルキル基、及びアルケニル基は、それぞれ、炭素数1以上4以下が好ましい。
M1とM2は、同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、又はアルキルアンモニウム基が好ましく、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、又はアンモニウム基がより好ましく、水素原子、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属(1/2原子)が更に好ましく、水素原子、又はアルカリ金属がより更に好ましい。
一般式(1b)中の(CH2)rCOOM2のrは、0が好ましい。
(b)成分の共重合体中のCOOM1及びCOOM2の合計量は、以下の式より算出する。
WCOOH=nCOOH×W1b×MCOOH/M1b
WCOOH:共重合体中のCOOM1及びCOOM2の合計質量%
nCOOH:単量体(1b)中のCOOM1及びCOOM2の合計数量
W1b:共重合体中の単量体(1b)の質量%(M1およびM2はHとして計算)
MCOOH:COOHの分子量(45として計算)
M1b:単量体(1b)の分子量(M1およびM2はHとして計算)
一般式(2b)中、R5bは、入手性および単量体(1b)との共重合性の観点から、水素原子又はメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
一般式(2b)中、R6bは、入手性の観点から、水素原子が好ましい。
一般式(2b)中、R7bは、製造の容易さ及び製造物の品質安定性の観点から、水素原子又はメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
一般式(2b)中、AOは、炭酸カルシウムの分散性の観点から、エチレンオキシ基及びプロピレンオキシ基から選ばれる基が好ましく、エチレンオキシ基がより好ましい。AOはエチレンオキシ基を含むことが好ましい。
一般式(2b)中、n1は、AOの平均付加モル数であり、炭酸カルシウムの分散性の観点から、好ましくは4以上、より好ましくは20以上、更に好ましくは40以上、更に好ましくは50以上、更に好ましくは60以上、そして、好ましくは200以下、より好ましくは150以下、更に好ましくは120以下である。
一般式(2b)中、入手性の観点から、q1は、0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
一般式(2b)中、炭酸カルシウムの分散性および単量体(1b)との共重合性の観点から、p1は、0又は1が好ましく、1がより好ましい。
一般式(2b)中、M3は水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基である。
M3のアルキル基、ヒドロアルキル基、及びアルケニル基は、それぞれ、炭素数1以上4以下が好ましい。
M3は、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、又はアルキルアンモニウム基が好ましく、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、又はアンモニウム基がより好ましく、水素原子、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属(1/2原子)が更に好ましく、水素原子、又はアルカリ金属がより更に好ましい。
一般式(2b)中、の(CH2)sCOOM3のsは、0が好ましい。
一般式(2b)中、p1が0の場合、n1は45以上60以下が好ましく、単量体(1b)はアクリル酸が好ましい。
*GPC条件
装置:GPC(HLC-8320GPC)東ソー株式会社製
カラム:G4000PWXL+G2500PWXL(東ソー株式会社製)
溶離液:0.2Mリン酸バッファー/CH3CN=9/1
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI
サンプルサイズ:0.2mg/mL
標準物質:ポリエチレングリコール換算(分子量既知の単分散ポリエチレングリコール、分子量87,500、250,000、145,000、46,000、24,000
すなわち、本発明の水硬性組成物用早強剤は、(a)成分、(b)成分、及び水を含有し、(a)成分を(b)成分により分散させた水分散液であることが好ましい。
本発明の水硬性組成物用早強剤は、水を、組成物中、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下含有する。
本発明の水硬性組成物用早強剤は、せん断時の粘度が前記範囲にあることから、水硬性組成物用早強剤の輸送時や水硬性組成物に混合する際の作業性に優れる。
(a)成分に、(b)成分、及び水を混合することにより、(a)成分を水に分散させた水分散液の状態の水硬性組成物用早強剤を得ることができる。
本発明の水硬性組成物用早強剤の製造方法には、本発明の水硬性組成物用早強剤で述べた事項を適宜適用することができる。例えば、各成分の具体例及び好ましい態様も本発明の水硬性組成物用早強剤と同じである。また、本発明の水硬性組成物用早強剤における各成分の含有量、及び各質量比は、各成分の含有量を混合量に置き換えて本発明の水硬性組成物用早強剤の製造方法に適用することができる。
(a)成分、(b)成分、及び水を含有することにより、(a)成分を水に分散させた水分散液の状態の剤を得ることができる。
本発明の水硬性組成物用早強剤としての使用には、本発明の水硬性組成物用早強剤で述べた事項を適宜適用することができる。例えば、各成分の具体例及び好ましい態様も本発明の水硬性組成物用早強剤と同じである。また、本発明の水硬性組成物用早強剤における各成分の含有量、及び各質量比も、本発明の水硬性組成物用早強剤としての使用に適用することができる。
本発明は、本発明の水硬性組成物用早強剤、水硬性粉体、及び水を含有する、水硬性組成物を提供する。
また本発明は、(a)成分、(b)成分、水硬性粉体、及び水を含有する水硬性組成物を提供する。
(a)成分、(b)成分は、本発明の水硬性組成物用早強剤で記載した態様と同じである。
本発明の水硬性組成物は、本発明の水硬性組成物用早強剤で記載した態様を適宜適用することができる。
また、水硬性粉体は、セメント又はセメントとベントナイトとの混合粉末が挙げられる。
ここで、水/水硬性粉体比(W/C)は、水硬性組成物中の水と水硬性粉体の質量百分率(質量%)であり、水/水硬性粉体×100で算出される。
なお、水硬性粉体が、セメントなどの水和反応により硬化する物性を有する粉体の他、ポゾラン作用を有する粉体、及び潜在水硬性を有する粉体を含む場合、本発明では、それらの量も水硬性粉体の量に算入する(但し、(a)成分である炭酸カルシウムの量は算入しない。)。また、水和反応により硬化する物性を有する粉体が、高強度混和材を含有する場合、高強度混和材の量も水硬性粉体の量に算入する。これは、水硬性粉体の質量が関係する他の質量部などにおいても同様である。
(c)成分の分散剤は、ナフタレン系重合体、ポリカルボン酸系重合体(但し、(b)成分を除く)、リグニンスルホン酸系重合体、メラミン系重合体、リン酸基を構造中に含む重合体、及びポリアルキレンオキシ基を有する芳香族を含む重合体から選ばれる1種以上の化合物が好ましく、ポリカルボン酸系重合体(但し、(b)成分を除く)、リグニンスルホン酸系重合体、リン酸基を構造中に含む重合体、及びポリアルキレンオキシ基を有する芳香族を含む重合体から選ばれる1種以上の化合物がより好ましい。
[GPC条件]
カラム:G4000SWXL+G2000SWXL(東ソー)
溶離液:30mM CH3COONa/CH3CN=6/4
流量:0.7ml/min
検出:UV280nm
サンプルサイズ:0.2mg/ml
標準物質:西尾工業(株)製 ポリスチレンスルホン酸ソーダ換算(単分散ポリスチレンスルホン酸ナトリウム:分子量、206、1,800、4,000、8,000、18,000、35,000、88,000、780,000)
検出器:東ソー株式会社 UV-8020
R11c、R12c、R13c:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM12であり、(CH2)rCOOM12は、COOM11又は他の(CH2)rCOOM12と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM11、M12は存在しない。
M11、M12:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
R14c、R15c、R16c: 同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM13、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R17c
:水素原子又は-COO(AO)n1R17c
R17c:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M13:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕
一般式(11c)中、入手性の観点から、R12cは、メチル基が好ましい。
一般式(11c)中、入手性の観点から、R13cは、水素原子が好ましい。
(CH2)rCOOM12については、COOM11又は他の(CH2)rCOOM12と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM11、M12は存在しない。
M11とM12は同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基である。
M11、M12のアルキル基、ヒドロアルキル基、及びアルケニル基は、それぞれ、炭素数1以上4以下が好ましい。
M11、M12は、同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、又はアルキルアンモニウム基が好ましく、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、又はアンモニウム基がより好ましく、水素原子、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属(1/2原子)が更に好ましく、水素原子、又はアルカリ金属がより更に好ましい。
一般式(11c)中の(CH2)rCOOM12のrは、0が好ましい。
一般式(12c)中、R15cは、入手性と水硬性組成物の分散性の観点から、水素原子またはメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
一般式(12c)中、R16cは、入手性の観点から、水素原子が好ましい。
一般式(12c)中、R17cは、入手性の観点から、水素原子又はメチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
一般式(12c)中、AOは、水硬性組成物の分散性の観点から、エチレンオキシ基及びプロピレンオキシ基から選ばれる基が好ましく、エチレンオキシ基がより好ましい。AOはエチレンオキシ基を含むことが好ましい。
一般式(12c)中、n1は、AOの平均付加モル数であり、水硬性組成物の分散性の観点から、好ましくは4以上、より好ましくは20以上、そして、好ましくは100以下、より好ましくは60以下である。
一般式(12c)中、水硬性組成物の分散性の観点から、q1は、0、1又は2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
一般式(12c)中、水硬性組成物の分散性の観点から、p1は、0又は1が好ましく、1がより好ましい。
一般式(12c)中、M13は水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基である。
M13のアルキル基、ヒドロアルキル基、及びアルケニル基は、それぞれ、炭素数1以上4以下が好ましい。
M13は、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、又はアルキルアンモニウム基が好ましく、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、又はアンモニウム基がより好ましく、水素原子、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属(1/2原子)が更に好ましく、水素原子、又はアルカリ金属がより更に好ましい。
一般式(12c)中、の(CH2)sCOOM13のsは、0が好ましい。
*GPC条件
装置:GPC(HLC-8320GPC)東ソー株式会社製
カラム:G4000PWXL+G2500PWXL(東ソー株式会社製)
溶離液:0.2Mリン酸バッファー/CH3CN=9/1
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI
サンプルサイズ:0.2mg/mL
標準物質:ポリエチレングリコール換算(分子量既知の単分散ポリエチレングリコール、分子量87,500、250,000、145,000、46,000、24,000
(I)リグニンスルホン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、又はアミン塩
(II)リグニンスルホン酸塩にアミン化合物又はアミノ基が導入されたリグニン誘導体(例えば、特開2016-108183号)
(III)リグニンスルホン酸塩とホルムアルデヒドと反応させたリグニン誘導体(例えば、特開2015-229764号)
(IV)酸化リグニン、スルホン化リグニンなどの変性リグニン(例えば、特開2003-2714号)
(V)リグニンスルホン酸化合物ポリオール複合体(例えば、特開2007-105899号)
(VI)下記1)~3)のリグニンスルホン酸塩変性物(例えば、特開2007-261119号)
1)リグニンスルホン酸又はその塩と、官能基を有するアクリル系モノマーとをグラフト共重合したリグニンスルホン酸塩変性物
2)リグニンスルホン酸又はその塩と、官能基を有するビニル系モノマーとをグラフト共重合したリグニンスルホン酸塩変性物
3)リグニンスルホン酸又はその塩にナフタレンスルホン酸塩ホルムアルデヒド縮合物を付加したリグニンスルホン酸塩変性物
(VII)リグニンスルホン酸塩にポリアルキレングリコール化合物を導入したリグニン誘導体(例えば、特開2015-193804号)
(VIII)リグニンスルホン酸系化合物と水溶性単量体との反応物(例えば、特開2011-240224号)
ここで、リグニンスルホン酸系化合物としては、リグニンのヒドロキシフェニルプロパン構造の側鎖α位の炭素が開裂してスルホン基が導入された骨格を有する化合物が挙げられる。
また、水溶性単量体としては、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホン基、ニトロキシル基、カルボニル基、リン酸基、アミノ基、エポキシ基などのイオン性官能基、その他極性基を少なくとも1種類以上有する化合物が挙げられる。
(IX)下記4)~5)のリグニンスルホン酸誘導体(例えば、特開2015-212216号)
4)リグニンスルホン酸系化合物に含まれるフェノール性ヒドロキシル基、アルコール性ヒドロキシル基、チオール基などの官能基に、少なくとも1種の水溶性単量体を反応させて得られるリグニン誘導体
5)リグニンスルホン酸系化合物に(通常は該化合物の官能基に)、少なくとも1種の水溶性単量体を、ラジカル開始剤を用いてラジカル共重合することによって得られるリグニン誘導体
ここで、リグニンスルホン酸系化合物は、特に限定されないが、木材を亜硫酸法によって蒸解して得られるものが例示される。
また、水溶性単量体のうち、リグニンスルホン酸系化合物に含まれるフェノール性ヒドロキシル基および/またはアルコール性ヒドロキシル基と反応し得る水溶性単量体として、エチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドなどが挙げられる。
また、水溶性単量体のうち、リグニンスルホン酸系化合物に含まれるチオール基と反応し得る水溶性単量体として、エチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシド、エチレンイミンやプロピレンイミンなどのアルキレンイミンなどが挙げられる。
また、ラジカル共重合に用いる水溶性単量体として、特開2015-212216号の[0071]~[0074]に記載の単量体、具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、(メタ)アクリル酸への炭素原子数2~18のアルキレンオキシドの1~500モル付加物類、アリルアルコールにアルキレンオキシドを2~300モル付加して得られるアルキレンオキシド付加化合物類等が挙げられる。
以下である。
カラム:G4000PWXL+G2500PWXL(東ソー)
溶離液:0.2Mリン酸バッファー/CH3CN=9/1
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI
サンプルサイズ:0.5mg/mL
検量線作成用標準物質:ポリエチレングリコール換算(重量平均分子量258,000、185,000、101,000、21,000、12,600、6,450、1,420)
カルボン酸基は、カルボキシ基及び塩となっているカルボキシ基から選ばれる基であり、カルボキシ基が、他のカルボキシ基と無水物を形成したものも含まれる。
カルボン酸基以外の置換基としては、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数2以上4以下のアルケニル基、水酸基、及びハロゲノ基から選ばれる1種以上が挙げられる。
一般式(32c)中、Y2を有する場合、Y2は、水酸基、及び炭素数1以上20以下のアルキル基から選ばれる1種以上が好ましく、水酸基がより好ましい。またY2を有しなくてもよい。
リン酸基は、リン酸基及び塩となっているリン酸基から選ばれる基であり、リン酸基が、他のリン酸基と脱水縮合したものも含まれる。
リン酸基以外の置換基としては、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数2以上4以下のアルケニル基、水酸基、及びハロゲノ基から選ばれる1種以上が挙げられる。
リン酸基は芳香族化合物に置換基として配位してもよく、また芳香族アルコールのリン酸エステルまたはリン酸ジエステルであってもよい。
(c3)中の単量体(32c)と単量体(31c)とのモル比(32c)/(31c)が、初期強度の観点から、好ましくは5/95以上、より好ましくは10/90以上、更に好ましくは15/85以上、より更に好ましくは20/80以上、より更に好ましくは30/70以上、より更に好ましくは40/60以上、より更に好ましくは50/50以上、より更に好ましくは60/40以上、より更に好ましくは70/30以上、より更に好ましくは72/28以上、より更に好ましくは77/23以上、そして、好ましくは95/5以下、より好ましくは90/10以下、更に好ましくは82/18以下である。
(c3)中の単量体(31c)と単量体(32c)とのモル比(32c)/(31c)は、(c3)成分を製造する際の、単量体(31c)となる原料化合物、単量体(32c)となる原料化合物の仕込み比から計算されてもよい。
(c3)中の単量体(33c)と単量体(31c)とのモル比(33c)/(31c)が、初期強度の観点から、好ましくは5/95以上、より好ましくは10/90以上、更に好ましくは15/85以上、より更に好ましくは20/80以上、より更に好ましくは30/70以上、より更に好ましくは40/60以上、より更に好ましくは50/50以上、より更に好ましくは60/40以上、より更に好ましくは70/30以上、より更に好ましくは72/28以上、より更に好ましくは77/23以上、そして、好ましくは95/5以下、より好ましくは90/10以下、更に好ましくは82/18以下である。
(c3)中の単量体(31c)と単量体(33c)とのモル比(33c)/(31c)は、(c3)を製造する際の、単量体(31c)となる原料化合物、単量体(33c)となる原料化合物の仕込み比から計算されてもよい。
(c3)中の単量体(31c)と単量体(32c)の合計と単量体(33c)とのモル比((31c)+(32c))/(33c)は、(c3)成分を製造する際の、単量体(31c)となる原料化合物、単量体(32c)となる原料化合物、単量体(33c)となる原料化合物の仕込み比から計算されてもよい。
(c3)の構成単量体中の単量体(31c)と単量体(32c)と単量体(33c)の合計量は、(c3)が縮合重合体である場合、(c3)の構成単量体に、縮合重合反応に用いるホルムアルデヒド等のアルデヒド類が含まれないものとして算出するものとする。
*GPC条件
装置:GPC(HLC-8320GPC)東ソー株式会社製
カラム:G4000SWXL+G2000SWXL+ガードカラムSWXL(東ソー株式会社製)
溶離液:30mM CH3COONa/CH3CN=6/4
流量:0.7mL/min
カラム温度:室温
検出:RI
サンプルサイズ:0.2mg/mL
また、水硬性組成物がコンクリートの場合、細骨材の使用量は、型枠等への充填性を向上する観点から、好ましくは500kg/m3以上、より好ましくは600kg/m3以上、更に好ましくは700kg/m3以上であり、そして、好ましくは1000kg/m3以下、より好ましくは900kg/m3以下である。
水硬性組成物がモルタルの場合、細骨材の使用量は、好ましくは800kg/m3以上、より好ましくは900kg/m3以上、更に好ましくは1000kg/m3以上であり、そして、好ましくは2000kg/m3以下、より好ましくは1800kg/m3以下、更に好ましくは1700kg/m3以下である。
また本発明の水硬性組成物の製造方法は、水硬性組成物の早強性の観点から、本発明の水硬性組成物用早強剤を、(a)成分を(b)成分により分散させた水分散液の状態で混合することが好ましい。
本発明の水硬性組成物の製造方法は、更に(c)成分を混合することができる。
本発明の水硬性組成物の製造方法には、本発明の水硬性組成物用早強剤及び水硬性組成物で記載した事項を適宜適用することができる。例えば、各成分の具体例及び好ましい態様も本発明の水硬性組成物用早強剤及び水硬性組成物と同じである。また、本発明の水硬性組成物用早強剤及び水硬性組成物における各成分の含有量、及び各質量比は、各成分の含有量を混合量に置き換えて本発明の水硬性組成物の製造方法に適用することができる。
例えば、本発明の水硬性組成物の製造方法では、本発明の水硬性組成物用早強剤を、前記早強剤中に含まれる(a)成分が、本発明の水硬性組成物で記載した(a)成分の含有量の範囲となるように混合量を調整することで製造することができる。
下記(a)成分、(b)成分、及び水を含有する、水硬性組成物用早強剤。
(a)成分:カルサイト
(b)成分:下記一般式(1b)で示される単量体(1b)と、下記一般式(2b)で示される単量体(2b)とを構成単量体として含み、全構成単量体中、単量体(1b)と単量体(2b)の合計量中の単量体(1b)の割合が、10質量%以上35質量%以下である、共重合体
R1b、R2b、R3b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM2であり、(CH2)rCOOM2は、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1、M2:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
R4b、R5b、R6b: 同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM3、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R7b
R7b:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M3:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕
(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸であり、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<1>に記載の水硬性組成物用早強剤。
前記<1>~<27>の何れかに記載の水硬性組成物用早強剤。と水硬性粉体と水を含有する水硬性組成物。
更に(c)分散剤(但し、(b)成分を除く)を含有する、前記<28>に記載の水硬性組成物。
(c)成分が、ポリカルボン酸系分散剤(但し、(b)成分を除く)である、前記<29>に記載の水硬性組成物。
下記(a)成分、(b)成分、及び水を含有する剤の、水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分:カルサイト
(b)成分:下記一般式(1b)で示される単量体(1b)と、下記一般式(2b)で示される単量体(2b)とを構成単量体として含み、全構成単量体中、単量体(1b)と単量体(2b)の合計量中の単量体(1b)の割合が、10質量%以上35質量%以下である、共重合体
R1b、R2b、R3b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM2であり、(CH2)rCOOM2は、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1、M2:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
R4b、R5b、R6b: 同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM3、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R7b
R7b:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M3:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕
(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<1>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが10nm以上50nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がメタクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が1であり、n1が100以上150以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が4以上200以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
(a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが15nm以上25nm以下のカルサイトであり、(b)成分において、単量体(1b)がアクリル酸、単量体(2b)が、一般式(2b)中、p1が0であり、n1が45以上60以下の単量体であり、(a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、25以上35以下である、前記<31>に記載の剤の水硬性組成物用早強剤としての使用。
<(a)成分>
・a-1の合成
攪拌機付きガラス製反応容器(四つ口フラスコ)にイオン交換水959g、水酸化カルシウム(試薬特級、富士フィルム和光純薬製)50g、水酸化マグネシウム(試薬特級、富士フィルム和光純薬製)1gを仕込んだ。水温15℃の一定の条件下、pHが7になるまで窒素/二酸化炭素混合気体(二酸化炭素比率50体積%)を流量4L/分で吹き込み、炭酸カルシウム(カルサイト)a-1のスラリーを得た。得られた炭酸カルシウムスラリーをブフナーロートで吸引ろ過し、炭酸カルシウムa-1の脱水ケーキを作成した。
攪拌機付きガラス製反応容器(四つ口フラスコ)にイオン交換水380g、水酸化カルシウム(試薬特級、富士フィルム和光純薬製)20gを仕込み、水温7℃の一定の条件下、pHが7になるまで窒素/二酸化炭素混合気体(二酸化炭素比率50体積%)を流量1.6L/分で吹き込み、炭酸カルシウム(カルサイト)a-2のスラリーを得た。得られた炭酸カルシウムスラリーをブフナーロートで吸引ろ過し、炭酸カルシウムa-2の脱水ケーキを作成した。
また(a)成分の各平均一次粒子径は、上記で測定したBET比表面積を用いて、以下の式より算出した。
d=6/(ρ×s)
d:平均粒子径(nm)
ρ:炭酸カルシウムの密度(2.71)
s:BET比表面積
D=Kλ/(βcosθ)
D:結晶子サイズ(nm)
K:Scherrer定数
λ:測定X線の波長
β:測定対象のX線ピークの半値幅
θ:測定対象のX線ピークのBragg角
X線としてCuKα線を用いて測定し、CuKαの波長はλ=1.5406Åとする。またScherrer定数は0.9とし、カルサイトの(104)面のBragg角は14.657degとして計算した。またX線構造回折装置の測定条件は、高速一次元検出器を使用し、管電圧40kV、管電流15mV、ステップ幅0.02deg、ステップ速度10min/degで測定した。
・b-1の合成
撹拌機付きガラス製反応容器にイオン交換水350.65gを仕込み、撹拌しながら窒素置換をし、窒素雰囲気中で80℃まで昇温した。(i)単量体(1b)としてメタクリル酸、及び単量体(2b)としてメタクリル酸(メトキシポリエチレングリコール120モル(平均付加モル数))エステル(以下、MEPEG(120)エステルという)を含む水溶液(水分量39.15質量%、メタクリル酸量2.97質量%、MEPEG(120)エステル量51.37質量%)512.49gと、メタクリル酸64.38gと、2-メルカプトエタノール7.98gとを混合溶解したもの、(ii)過硫酸アンモニウム5.55gをイオン交換水22.19gに溶解したもの、の2者を、それぞれ1.5時間かけて、前記容器内に滴下した。次に過硫酸アンモニウム4.44gをイオン交換水17.76gに溶解したものを30分かけて滴下し、その後、1時間同温度(80℃)で熟成した。熟成終了後に48%水酸化ナトリウム水溶液11.28gで中和し、重量平均分子量(Mw)44,000の共重合体(以下、共重合体b-1という)と水とを含む反応生成物を得た。この方法では、単量体(1b)及び単量体(2b)の合計に対する単量体(1b)の割合は、23.1質量%であった。また、単量体(1b)及び単量体(2b)の全量を滴下してから反応終了(熟成終了)までの反応媒体中の固形分濃度は40質量%であった。
攪拌機付きガラス製反応容器にイオン交換水292.1g、単量体(2b)としてメタリルアルコール(ポリエチレングリコール50モル(平均付加モル数))エーテル431.6g、過酸化水素1.84gを仕込み、窒素雰囲気下で65℃に昇温した。そこへ(i)単量体(1b)としてアクリル酸69.1gとイオン交換水69.1gとの混合物、(ii)L-アスコルビン酸0.83gとイオン交換水82.5gとの混合物、(iii)3-メルカプトプロピオン酸3.01gをとイオン交換水18.0gとの混合物、の三者を、それぞれ反応容器内に3時間かけて滴下した。滴下終了後、1時間引き続いて65℃に温度を維持し、熟成を行った。熟成終了後に48%水酸化ナトリウム水溶液31.94gを用いて反応溶液を中和し、重量平均分子量40,000の共重合体(以下、共重合体b-2という)と水とを含む反応生成物を得た。この方法では、単量体(1b)及び単量体(2b)の合計に対する単量体(1b)の割合は、11.5質量%であった。また、単量体(1b)の全量を滴下してから反応終了(熟成終了)までの反応媒体中の固形分濃度は50質量%であった。
表2に記載の通り、単量体(1b)としてアクリル酸、及び単量体(2b)としてイソプレノール(ポリエチレングリコール50モル(平均付加モル数))エーテルを、単量体(1b)及び単量体(2b)の合計に対する単量体(1b)の割合、及び単量体(2b)の割合が表2に記載の値となるように調整した以外はb-2と同一の条件で合成を行い、共重合体b-3を得た。
・b’-1の合成
表2に記載の通り、単量体(1b)としてメタクリル酸、及び単量体(2b)としてメタクリル酸(メトキシポリエチレングリコール120モル(平均付加モル数))エステルを、単量体(1b)及び単量体(2b)の合計に対する単量体(1b)の割合、及び単量体(2b)の割合が表2に記載の値となるように調整した以外はb-1と同一の条件で合成を行い、共重合体b’-1を得た。
表2に記載の通り、単量体(1b)としてアクリル酸、及び単量体(2b)としてイソプレノール(ポリエチレングリコール50モル(平均付加モル数))エーテルを、単量体(1b)及び単量体(2b)の合計に対する単量体(1b)の割合、及び単量体(2b)の割合が表2に記載の値となるように調整した以外はb-2と同一の条件で合成を行い、共重合体b’-2を得た。
攪拌機付きガラス製反応容器に、単量体(1b)としてイタコン酸52.0g及びイオン交換水101.1gを仕込み、窒素雰囲気下で100℃に昇温した。そこへ(i)単量体(1b)としてアクリル酸36.1gとイオン交換水9.0gとの混合物、(ii)単量体(2b)としてメタクリル酸(メトキシポリエチレングリコール23モル(平均付加モル数)))エステル111.2gとイオン交換水111.2gとの混合物、(iii)35質量%過酸化水素水溶液48.6g、の三者を、それぞれ反応容器内に3時間かけて滴下した。滴下終了後、10時間引き続いて100℃に温度を維持し、熟成を行った。熟成終了後に60℃以下まで冷却し、30%水酸化ナトリウム水溶液144.0gを用いて反応溶液を中和し、重量平均分子量65,000の共重合体(以下、共重合体b’-3という)と水とを含む反応生成物を得た。この方法では、単量体(1b)及び単量体(2b)の合計に対する単量体(1b)の割合は、44.2質量%であった。また、単量体(1b)及び単量体(2b)の全量を滴下してから反応終了(熟成終了)までの反応媒体中の固形分濃度は40質量%であった。
共重合体中のCOOH量は、以下の式より算出する。
WCOOH=nCOOH×W1b×MCOOH/M1b
WCOOH:共重合体中のCOOM1及びCOOM2の合計質量%
nCOOH:単量体(1b)中のCOOM1及びCOOM2の合計数量
W1b:共重合体中の単量体(1b)の質量%(M1およびM2はHとして計算)
MCOOH:COOHの分子量(45として計算)
M1b:単量体(1b)の分子量(M1およびM2はHとして計算)
例えば、b-1では、共重合体中のCOOH量(質量%)は、nCOOHが、メタクリル酸のため1、W1bが23質量%、M1bがメタクリル酸の分子量である87であるため、以下のように計算される。
WCOOH=1×23×45/87≒12
・c-1:ポリカルボン酸系重合体、マイテイ3000、花王(株)製
・水:上水道水(和歌山市上水、比重1.00)
・細骨材:山砂(京都市城陽産、表乾比重2.50)
(a)成分に、(b)成分又は(b’)成分、及びイオン交換水を、表3の含有量(残部がイオン交換水)となるように添加後、ホモジナイザーにて6000rpm、2分間攪拌を行い、水硬性組成物用早強剤の水分散液を調製した。
得られた各水硬性組成物用早強剤をレオメーター(Anton Paar社製 MCR-301 直径50mmパラレルプレート使用)にセットし、せん断速度20(1/秒)時の粘度を測定した。結果を表3に示す。
また得られた各水硬性組成物用早強剤を100mlバイアル管に100g投入後、20℃で1日間静置した。静置したバイアル管をゆっくりと傾けた際の流動性に関して、以下の指標で評価を行った。結果を表3に示す。
〇:液面が直ぐに動き、容易に流動する。
×:スラリーがゲル化しており、傾けても液面が動かず、流動しない。
また早強剤8のせん断時粘度が「測定不可」としているのは、早強剤がケーキ状で粘度が高く、せん断速度20(1/秒)時の粘度を測定できなかった。
20℃±2℃に調整された試験室内にて、モルタルミキサー(株式会社ダルトン製 万能混合撹拌機 型式:5DM-03-γ)を用いて、表4に記載の配合量となるように、セメント(C)、細骨材(S)を投入し空練りをモルタルミキサーの低速回転(63rpm)にて10秒行い、表5に記載の含有量となるように調製した水硬性組成物用早強剤、及び(c)成分を含む練り水(W)を加えた。そして、モルタルミキサーの低速回転(63rpm)にて120秒間本混練りして、モルタルを調製した。
JIS R5201の試験方法に従って、調製したモルタルのフローを測定した。結果を表5に示す。
JIS A1132に基づき、円柱型プラモールド(底面の直径:5cm、高さ:10cm)の型枠に、2層詰め方式によりモルタルを充填し、表5に記載の所定の温度に調整された恒温槽(エスペック株式会社 PR-3J)にて封緘養生を行い、硬化させた。セメントに最初に練り水が接した時点を始点とし、表5に記載の所定の材齢に達した供試体を脱型し、強度試験用の供試体を得た。調製したモルタルごとに供試体を3個それぞれ作製した。
作製した各供試体の圧縮強度をJIS A1108に基づき測定し、供試体3個の平均値を求めた。結果を表5に示す。
また表5中、実施例1~4、比較例1~2の圧縮強度については、比較例1を100とした場合の圧縮強度の相対比を示した。
Claims (16)
- 下記(a)成分、(b)成分、及び水を含有する、水硬性組成物用早強剤。
(a)成分:カルサイト
(b)成分:下記一般式(1b)で示される単量体(1b)と、下記一般式(2b)で示される単量体(2b)とを構成単量体として含み、全構成単量体中、単量体(1b)と単量体(2b)の合計量中の単量体(1b)の割合が、10質量%以上35質量%以下である、共重合体
〔式中、
R1b、R2b、R3b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM2であり、(CH2)rCOOM2は、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1、M2:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
〔式中、
R4b、R5b、R6b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM3、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R7b
R7b:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M3:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕 - (a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが50nm以下のカルサイトである、請求項1に記載の水硬性組成物用早強剤。
- (a)成分が、BET比表面積が20m2/g以上のカルサイトである、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤。
- (a)成分が、平均一次粒子径が75nm以下のカルサイトである、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤。
- (a)成分の含有量と(b)成分の含有量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤。
- (b)成分が、単量体(1b)中のCOOM1及びCOOM2の合計量が6質量%以上25質量%以下の共重合体である、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤。
- (b)成分の重量平均分子量が30,000以上80,000以下である、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤。
- 請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤、水硬性粉体、及び水を含有する、水硬性組成物。
- 更に(c)分散剤(但し、(b)成分を除く)を含有する、請求項8に記載の水硬性組成物。
- 請求項1又は2に記載の水硬性組成物用早強剤、水硬性粉体、及び水を混合する、水硬性組成物の製造方法。
- 更に(c)分散剤(但し、(b)成分を除く)を混合する、請求項10に記載の水硬性組成物の製造方法。
- 下記(a)成分、(b)成分、及び水を混合する、水硬性組成物用早強剤の製造方法。
(a)成分:カルサイト
(b)成分:下記一般式(1b)で示される単量体(1b)と、下記一般式(2b)で示される単量体(2b)とを構成単量体として含み、全構成単量体中、単量体(1b)と単量体(2b)の合計量中の単量体(1b)の割合が、10質量%以上35質量%以下である、共重合体
〔式中、
R1b、R2b、R3b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基又は(CH2)rCOOM2であり、(CH2)rCOOM2は、COOM1又は他の(CH2)rCOOM2と無水物を形成していてもよく、その場合、それらの基のM1、M2は存在しない。
M1、M2:同一でも異なっていても良く、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
r:0以上2以下の数
を示す。〕
〔式中、
R4b、R5b、R6b:同一でも異なっていても良く、水素原子、メチル基、(CH2)sCOOM3、又は(CH2)q1(CO)p1O(AO)n1-R7b
R7b:水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基
AO:炭素数2以上4以下のアルキレンオキシ基
n1:AOの平均付加モル数であり、4以上200以下の数
q1:0以上2以下の数
p1:0又は1
M3:水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属(1/2原子)、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基、置換アルキルアンモニウム基、アルキル基、ヒドロアルキル基又はアルケニル基
s:0以上2以下の数
を示す。〕 - (a)成分が、Scherrerの式で算出される(104)面の結晶子サイズが50nm以下のカルサイトである、請求項12に記載の水硬性組成物用早強剤の製造方法。
- (a)成分が、BET比表面積が20m2/g以上のカルサイトである、請求項12又は13に記載の水硬性組成物用早強剤の製造方法。
- (a)成分が、平均一次粒子径が75nm以下のカルサイトである、請求項12又は13に記載の水硬性組成物用早強剤の製造方法。
- (a)成分の混合量と(b)成分の混合量との質量比(a)/(b)が、1以上100以下である、請求項12又は13に記載の水硬性組成物用早強剤の製造方法。
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