JPH06199556A - セメント質組成物用の再分散可能なアクリル系重合体粉末 - Google Patents

セメント質組成物用の再分散可能なアクリル系重合体粉末

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JPH06199556A
JPH06199556A JP5306192A JP30619293A JPH06199556A JP H06199556 A JPH06199556 A JP H06199556A JP 5306192 A JP5306192 A JP 5306192A JP 30619293 A JP30619293 A JP 30619293A JP H06199556 A JPH06199556 A JP H06199556A
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acrylic polymer
dispersion
acid
polymer
polymer powder
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Helen He Yon Pak-Harvey
ヘレン・ヘー・ヨン・パク−ハーベー
Chung-Ling Mao
チユン−リン・マウ
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Air Products and Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 分散助剤を含有する水性の重合体分散液を噴
霧することによって、水に再分散可能なアクリル系重合
体粉末を調製する方法において、オレフィン系不飽和カ
ルボン酸共単量体を１〜１５重量パーセント含有するア
クリル系重合体、及びポリビニルアルコールから本質的
に成る分散助剤の有効量を用いることを特徴とするもの
である。 【効果】 再分散可能な粉末として、セメント質組成物
への添加物であるスプレー乾燥された重合体エマルジョ
ンからの粉末が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 【技術分野】
【０００１】本発明はセメント質組成物への添加物とし
て有用な、再分散可能な粉末にスプレー乾燥された重合
体エマルジョンに関する。
【０００２】
【発明の背景】重合体により改質された水硬性セメント
組成物は、産業界において広く使用されている。重合体
により改質された水硬セメントに関しては広範な調査が
なされており、このような重合体によるセメント質組成
物の改質は、強度、接着性、可撓性及び作業性を向上さ
せることが示されている。これらの改質剤混合物の多く
は水性分散液（agueous dispersion）の形のものであっ
た。液状ラテックスを使用することの欠点は、末端のユ
ーザーが作業現場で液状重合体組成物をセメントと混合
する必要があり、そのために二成分混合物を必要とする
と言うことである。その上、二成分は別々に、即ちラテ
ックス用の湿潤容器とセメント用の乾燥容器又は袋とに
包装されねばならない。セメント改質用の再分散可能な
乾燥重合体を使用することについての構想は、作業現場
でセメントと骨材との事前混合物を粉末化された重合体
と乾式混合すること、そして必要なことは水の添加でけ
であると言うことである。水との乾式混合する間に、粉
末重合体は再乳化又は再分散化して改質セメント混合物
となって、液状ラテックスに類似した役割を果す。
【０００３】再分散可能な重合体粉末はスプレー乾燥
（水性重合体の分散体の熱風の流れに噴霧する）によっ
て自由流動粉末に転化された重合体エマルジョンであ
る。これらの粉末が水と混合されると、再分散して、初
期エマルジョンと本質的に同一の特性を有する液状のエ
マルジョンに戻る。分散体中の重合体が約５０℃を下廻
るガラス転移温度（Ｔｇ）を有する分散体にとっては、
スプレー乾燥された個々の粒子を相互付着から防止しま
たエマルジョン中への粒子の再分散を促進するために、
個々の乾燥粒子を被覆する分散助剤を添加することが必
要である。重合体粉末が昇温状態又は熱、湿度及び圧力
の影響下で長期貯蔵状態にある場合は、スプレー乾燥装
置で付着が発生し得る。
【０００４】米国特許第３,４０９,５７８号には、アク
リル系重合体粉末によって改質された乾燥セメント質組
成物の製法が開示されている。このアクリル系重合体粉
末はラテックスから調製され、分散された重合体又は重
合体のための分散剤もしくは両者中にカルボキシレート
基を含有している。カルボキシレート基は酸の形又は一
価金属の塩の形、もしくはアンモニウム塩の形であるこ
とができる。米国特許第３,１９６,１２２号には、アク
リル系重合体エマルジョンを用いて調製されたセメント
質組成物が開示されている。米国特許第３,５４７,８５
３号には、乾燥した再分散可能なアクリル系重合体、封
鎖剤として役立つ脂肪族、ヒドロキシカルボン酸凝固遅
延剤、及びトリメチロールプロパン、トリメチロールエ
タン又は後者二化合物の混合物から成るセメント質組成
物が開示されている。このアクリル系重合体は一種又は
それ以上の（メタ）アクリル酸エステルの水溶性乳化重
合体又はオレフィン系不飽和酸約１ないし１０重量パー
セントを含有する重合体であってよい。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、水に容易に再分散可能なアク
リル系重合体粉末であって、ポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＯＨ）分散助剤を含有する水性アクリル系重合体分散
液をスプレー又は噴霧乾燥することによって得られるア
クリル系重合体粉末を提供する。このアクリル系重合体
はオレフィン系不飽和カルボン酸共単量体を全単量体に
対して１〜１５重量パーセントを含有することを特徴と
する。本方法によって得られる再分散可能な重合体粉末
は石膏セメント、モルタル及びマグネシアセメントのよ
うなセメント質組成物への添加剤として特に適してい
る。許容される再分散可能なアクリル系重合体粉末作製
における試みの一つは、水に敏感な単量体を重合体中に
組み入れて、重合体が親水性及び／又はアルカリ性感受
性を有するようにすることである。しかしながら、セメ
ントマトリックスにおける水素結合可能な水溶性単量体
の存在はセメントの水和を阻止し、そして凝固時間を著
しく遅延しかねない。凝固時間に影響しないように、水
溶性単量体を最低水準でエマルジョンに組み込むことが
重要である。本発明はセメントの凝固時間を遅延させる
ことはない。
【０００６】
【発明の詳述】再分散可能な重合体粉末調製のための重
合体分散体は、例えば約９０℃までの高められた温度で
慣用の熱及び／又はレドックス重合開始剤並びに安定
剤、例えば界面活性剤及び／又は保護コロイドの存在下
においてアクリル系単量体の水性乳化重合によって慣用
の方法で得ることができる。平均粒子径は慣用の手段、
例えば界面活性剤の種類及び量によって調整することが
できる。従って、アクリル系重合体分散体を造るための
重合処方で用い得る安定化系を構成する界面活性剤とし
ては、重合分野の当業者によく知られているイオン性及
び／又は非イオン性界面活性剤がある。保護コロイド、
例えばＰＶＯＨ、ポリビニルピロリドン及びセルロース
誘導体はたびたび有益な効果を有し、また界面活性剤と
組合せてしばしば使用される。
【０００７】界面活性剤総量の有用な濃度範囲は、全エ
マルジョンに対して０.５から１０重量パーセント、好
ましくは１から６重量パーセントである。スプレー乾燥
して重合体粉末が得られる重合体分散液の調製おいて
は、分散液の重合体含有量が４０から６５重量パーセン
トまで、特に４５から５５重量パーセントまで変動して
もよい。重合体は一般に＋５０℃から−６０℃までのガ
ラス転移温度（Ｔｇ）を有しており、とりわけ＋２５℃
未満のＴｇを有する重合体が好んで用いられる。このア
クリル系重合体は一般にアクリル酸又はメタクリル酸の
エステルを約８５ないし９９重量パーセント及びラテッ
クスをアルカリ処理して水性媒体に再分散させるため、
オレフィン系不飽和酸コモノマーを全単量体重量に対し
て約１ないし１５重量パーセント含有する。適したエス
テル単量体としては、Ｃ1〜Ｃ18アルコール、特にＣ1〜
Ｃ8アルコールとのアクリル酸又はメタクリル酸エステ
ルがある。
【０００８】この重合体は重合体に水感受性を与えるた
めに、約１〜１５重量パーセント、好ましくは３〜１０
重量パーセントの酸官能性共単量体を含有せねばならな
い。モノ−、ジ−及びポリカルボキシ酸、モノ−及びポ
リオレフィン系の酸を含む、任意のオレフィン系不飽和
カルボン酸も使用できる。これらの酸共単量体の例とし
て、アクリル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メタクリ
ル酸、クロトン酸、桂皮酸等がある。これらの共単量体
酸は５から１０重量パーセント用いられるのが好まし
い。更に、このアクリル重合体は他の共単量体を２０重
量パーセントまで含有することができ、これは例えば、
スチレンのようなビニル芳香族単量体；ビニルエステ
ル、とりわけ酢酸及びプロピオン酸のエステル、並びに
ラウリン酸ビニル及びバーサチック酸のビニルエステ
ル；塩化ビニル及び／又は塩化ビニリデン；エチレン及
びジオレフィン、特にブタジエン；アクリロニトリル及
びアミド、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、
Ｎ−メチロール−（メタ）アクリルアミドを包含する。
このような共単量体の分量は広い範囲で変えることがで
きる。この重合体は、重合体を水に可溶化させるであろ
う濃度を下廻る濃度で親水性又は極性基を含有してもよ
い。
【０００９】水性重合体エマルジョンは、スプレー乾燥
の前に、少くともpH７に塩基で中和される。重合体のカ
ルボキシレート基は一価又は多価の金属イオンで中和さ
れる。適したイオンの例には、カルシウム、マグネシウ
ム、ナトリウム、カリウム、リチウム、ストロンチウ
ム、バリウム、アルミニウム、鉛、ジルコニウム、セリ
ウム、コバルト、クロム、亜鉛、鉄、マンガン、ニッケ
ル及び錫が包含される。イオンは水酸化物、酸化物又は
炭酸塩として、塩基性、中性又は酸性塩の形で添加され
る。カルボキシレート基が金属イオンと架橋及び／又は
中和を起すことができるように、イオン源は水性条件に
おいて充分な溶解度を有すべきである。分散助剤が添加
されると、この中和されたラテックスは、重合体に水感
受性を与え、これにより乾燥時に粒子の癒着が防止され
るであろう。再分散性のために必要ならば、塩を化学量
論的に又は過剰に加えてもよい。一般的には、例えば、
水酸化カルシウム又は水酸化ナトリウムを分散体に添加
してpHを少くとも７に調整する。
【００１０】本発明によるアクリル系重合体粉末の調製
においては、ＰＶＯＨが水溶液の形で分散体に添加され
る。８７から９９モルパーセントの範囲の加水分解度及
び２００から５０００の範囲の重合度（ＤＰｎ）を有す
るものが適したポリビニルアルコールである。乾燥され
たアクリル系重合体の粉末を水中に再分散させるために
有効なＰＶＯＨの量は、水性重合体分散体の重合体含有
量に対して例えば２から２５重量パーセント、好ましく
は５から１５重量パーセントが利用される。ＰＶＯＨに
加えて、メラミンホルムアミド、リグニンスルホン酸
塩、ポリビニルピロリドン、ポリ（ビニルホルムアミ
ド）、ヒドロキシエチルセルロース、ポリ（メタ）アク
リレート等を包含する他の分散助剤を使用することがで
きる。
【００１１】ＰＶＯＨを含有する水性重合体分散液のス
プレー乾燥又は噴霧乾燥は、当業においてよく知られた
慣用の方法で、特に一流体ノズル又は多流体ノズル又は
噴霧ディスクを用いて実施できる。分散液は一般に温か
い空気流中に噴霧され、その中で水が蒸発する。噴霧は
大気圧又は減圧下で実施できる。一般に、スプレー乾燥
に用いられる温かい空気流の温度は１００から２００
℃、とりわけ１００から１７０℃である。乾いた再分散
可能なアクリル系重合体の粉末は慣用の仕方で、特にサ
イクロン又は濾過器付き蒸発器を用いて分離することが
できる。良好な凝集抵抗を有する重合体粉末が高い収率
で得られ、そして凝結することなく室温で容易に貯蔵す
ることができる。重合体粉末は水に容易に再分散可能と
なる。セメント質混合物のための改質剤として、重合体
粉末は５ないし３０重量パーセントがセメントと混合さ
れる。
【００１２】ある種の組成においては、不活性な充填
剤、例えば粘土、チョーク、タルク、シリカ又は他の微
粒子を加えると、再分散可能な粉末が長期貯蔵で凝集す
る傾向で減するため有利となることがある。この充填剤
の有用な範囲は、再分散可能な重合体粉末に対して０か
ら４０重量パーセント、好ましくは８から３０重量パー
セントである。使用される充填剤物質の分量は個別の重
合体及びそれのＴｇに依存する。本発明はセメント質の
適用のためのラテックスを形成するために再分散し得る
乾燥粉末重合体を提供する。この乾燥粉末重合体は再分
散して粒子サイズ分布に関して同じ分散形態に戻る。乾
燥粉末は砂、セメント及び他の乾燥成分とブレンドで
き、また使用現場に直接輸送できるから、水性媒体に関
連する出荷コストが省ける。セメントのような乾燥材料
が使用されるセメント質の適用にとって、末端ユーザー
によって実施される一段式混合プロセスは有利となる筈
である。
【００１３】実施例１ ０.５％のラウリルエーテル硫酸ナトリウムを含有す
る、アクリル酸ブチル／メタクリル酸メチル／メタクリ
ル酸（重量比：４５.５／４５.５／７.５）の水性三元
共重合体ラテックスの固形分８６重量部（pbw）に、水
酸化カルシウム５重量部を水溶液にして加えた。中和し
て混合した後、ポリビニルアルコール（加水分解度：８
７〜８９mole％；Ｍｗ：３１,０００〜５０,０００）の
２０％水溶液９重量部を加えた。この重合体混合物を室
温で混合し、慣用の技術を用いて１００℃でスプレー乾
燥してかさ密度０.３１ｇ／mlの自由流動性微粉末を形
成した。これらの粉末は容易に水に再分散可能なもので
あった。再分散したラテックスは安定でありアクリル系
ラテックスと同じように、セメント質の適用において使
用された。
【００１４】実施例２ ラテックス事前混合の配合物を下記の三成分を用いて調
製した： （１） １％のラウリルエーテル硫酸ナトリウムを含有
する、アクリル酸ブチル／メタクリル酸メチル／アクリ
ル酸／メタクリル酸（重量比：４１／５４／２.５／２.
５）共重合体ラテックス５０％水溶液の固形分８５重量
部； （２） この５０％水溶液に添加する水酸化ナトリウム
５重量部；及び （３） ＰＶＯＨ（加水分解度：８７〜８９mole％，Ｍ
ｗ；３１,０００〜５０,０００）１０重量部。 この事前混合物を、粉末重量に対して５％のカオリン粘
土を導入して１００℃でスプレー乾燥して、自由流動性
の微粉末を収得した。この粉末は水中に２５℃で瞬時に
再分散した。
【００１５】実施例３ 実施例１の重合体粉末をＡＳＴＭ Ｃ １０９のセメント
つぎ当て用途に使用し、市販の水性アクリル系ラテック
スであるRohm ＆ Haas ＭＣ ７６アクリル系ラテックス
と比較した。セメント重量に対して１５％の使用水準
で、同等の流動性を得るように水量を調製して、この重
合体を評価した。
【００１６】
【表１】
【００１７】以上、本発明を詳細に説明したが、本発明
はさらに次の実施態様によってこれを要約して示すこと
ができる。 １） オレフィン系不飽和カルボン酸共単量体を１〜１
５重量パーセント含有するアクリクル系重合体の水性分
散液であって、この水性分散液が少くともpH７に塩基で
中和されており、また分散助剤を含有するものであっ
て、この水性分散液をスプレー乾燥することによって調
製される、水に再分散可能なアクリル系重合体粉末にお
いて本質的にポリビニルアルコールから成る分散助剤を
含有することを改良点とするアクリル系重合体粉末。 ２） ポリビニルアルコールが８７〜９９モルパーセン
ト加水分解されたものである前項１のアクリル系重合体
粉末。 ３） ポリビニルアルコールが重合度２００〜５０００
を有する、前項１のアクリル系重合体粉末。 ４） 分散液がその重合体含有量に対して２〜２５重量
パーセントのポリビニルアルコールを含有する、前項１
のアクリル系重合体粉末。
【００１８】５） 分散液がその重合体含有量に対して
５〜１５重量パーセントのポリビニルアルコールを含有
する、前項１のアクリル系重合体粉末。 ６） もう一つの分散助剤として、メラミンホルムアル
デヒド、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルピロリド
ン、ポリ（ビニルホルムアミド）、ヒドロキシエチルセ
ルロース又はポリ（メタ）アクリレートをも含有する、
前項１のアクリル系重合体粉末。 ７） オレフィン系不飽和カルボン酸共単量体を１〜１
５重量パーセント含有するアクリル系重合体の水性分散
液であって、この水性分散液が少くともpH７に塩基で中
和されており、また分散助剤を含有するものであって、
この水性分散液をスプレー乾燥することによって調製さ
れる水に再分散可能なアクリル系重合体粉末において８
７〜９９モルパーセント加水分解され、且つ重合度２０
０〜５０００を有するポリビニルアルコールから本質的
に成る分散助剤を、分散液の重合体含有量に対して２〜
２５重量パーセント含有することを改良点とするアクリ
ル系重合体粉末。
【００１９】８） 共単量体がアクリル酸、メタクリル
酸、イタコン酸及び／又はクロトン酸である、前項７の
アクリル系重合体粉末。 ９） 重合体が酸共単量体を３〜１０重量パーセント含
有する、前項８のアクリル系重合体粉末。 １０） ポリビニルアルコールを５〜１５重量パーセン
ト含有する、前項９のアクリル系重合体粉末。 １１） もう一つの分散助剤として、メラミンホルムア
ルデヒド、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルピロリド
ン、ポリ（ビニルホルムアミド）、ヒドロキシエチルセ
ルロース又はポリ（メタ）アクリレートをも含有する、
前項９のアクリル系重合体粉末。 １２） 少くともアクリル酸、イタコン酸、シトラコン
酸、メタクリル酸、クロトン酸又は桂皮酸のうちの一つ
である、オレフィン系不飽和カルボン酸を１〜１５重量
％含有するアクリル系重合体の水性分散液であって、こ
の水性分散液が少くともpH７に塩基で中和されており、
また分散助剤を含有するものであって、この水性分散液
をスプレー乾燥することによって調製される水に再分散
可能なアクリル系重合体粉末において、８７〜８９モル
パーセント加水分解されかつ重合度２００〜５０００を
有するポリビニルアルコールから本質的に成る分散助剤
を、分散体の重合体含有量に対して２〜２５重量パーセ
ント含有することを改良点とするアクリル系重合体粉
末。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 24/38 Ｄ (72)発明者 ヘレン・ヘー・ヨン・パク−ハーベー アメリカ合衆国ペンシルベニア州19454. ノースウエールズ．ハイランドアベニユー 120 (72)発明者 チユン−リン・マウ アメリカ合衆国ペンシルベニア州18049. エメイアス．スウイートブライアーサーク ル4696

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オレフィン系不飽和カルボン酸共単量体
    を１〜１５重量パーセント含有するアクリクル系重合体
    の水性分散液であって、この水性分散液が少くともpH７
    に塩基で中和されており、また分散助剤を含有するもの
    であって、この水性分散液をスプレー乾燥することによ
    って調製される、水に再分散可能なアクリル系重合体粉
    末において本質的にポリビニルアルコールから成る分散
    助剤を含有することを改良点とするアクリル系重合体粉
    末。
  2. 【請求項２】 もう一つの分散助剤として、メラミンホ
    ルムアルデヒド、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルピ
    ロリドン、ポリ（ビニルホルムアミド）、ヒドロキシエ
    チルセルロース又はポリ（メタ）アクリレートをも含有
    する、請求項１のアクリル系重合体粉末。
  3. 【請求項３】 オレフィン系不飽和カルボン酸共単量体
    を１〜１５重量パーセント含有するアクリル系重合体の
    水性分散液であって、この水性分散液が少くともpH７に
    塩基で中和されており、また分散助剤を含有するもので
    あって、この水性分散液をスプレー乾燥することによっ
    て調製される水に再分散可能なアクリル系重合体粉末に
    おいて８７〜９９モルパーセント加水分解され、且つ重
    合度２００〜５０００を有するポリビニルアルコールか
    ら本質的に成る分散助剤を、分散液の重合体含有量に対
    して２〜２５重量パーセント含有することを改良点とす
    るアクリル系重合体粉末。
  4. 【請求項４】 もう一つの分散助剤として、メラミンホ
    ルムアルデヒド、リグニンスルホン酸塩、ポリビニルピ
    ロリドン、ポリ（ビニルホルムアミド）、ヒドロキシエ
    チルセルロース又はポリ（メタ）アクリレートをも含有
    する、請求項９のアクリル系重合体粉末。
  5. 【請求項５】 少くともアクリル酸、イタコン酸、シト
    ラコン酸、メタクリル酸、クロトン酸又は桂皮酸のうち
    の一つである、オレフィン系不飽和カルボン酸を１〜１
    ５重量％含有するアクリル系重合体の水性分散液であっ
    て、この水性分散液が少くともpH７に塩基で中和されて
    おり、また分散助剤を含有するものであって、この水性
    分散液をスプレー乾燥することによって調製される水に
    再分散可能なアクリル系重合体粉末において、８７〜８
    ９モルパーセント加水分解されかつ重合度２００〜５０
    ００を有するポリビニルアルコールから本質的に成る分
    散助剤を、分散体の重合体含有量に対して２〜２５重量
    パーセント含有することを改良点とするアクリル系重合
    体粉末。
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