KR100617418B1 - 재분산성 에멀젼 분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미 조합된 시멘트 혼화제, 분말 도료 또는 분말 접착제 등에 적절하게 사용할 수 있는 재분산성 에멀젼 분말에 관한 것이다. 본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 토목/건재용으로 사용되는 무기 충전제류나 다가 무기염 등과의 혼화성, 재분산성 및 작업성이 우수하고 초속경성 시멘트의 혼화제로 적합하다. 본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 그 표면에 음이온 변성 폴리비닐알콜이 흡착된 비닐계 공중합체 입자를 함유하는 것이다. 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 당해 재분산성 에멀젼 분말은 음이온 변성 폴리비닐알콜의 존재하에 비닐계 단량체 조성물을 수성 매체 중에서 유화 중합시키고 수득된 수성 에멀젼을 건조시킴으로써 수득된다. 또한, 본 발명의 별도의 바람직한 양태에 따르면, 음이온 변성 폴리비닐알콜은 설폰산 변성 폴리비닐알콜, 카복실산 변성 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
재분산성 에멀젼 분말, 음이온 변성 폴리비닐알콜, 비닐계 단량체 조성물, 수성 에멀젼, 초속경성 시멘트 혼화제

Description

재분산성 에멀젼 분말 및 이의 제조방법 {Redispersible emulsion powder and process for producing the same}
[발명의 배경]
발명의 분야
본 발명은 이미 조합된 시멘트 혼화제, 분말 도료 또는 분말 접착제 등에 적절하게 사용할 수 있는 변성 폴리비닐알콜을 보호 콜로이드로 하는 비닐계 에멀젼을 건조시켜 이루어진 재분산성 에멀젼 분말에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 에멀젼 분말의 제조방법에 관한 것이다.
합성수지 에멀젼을 건조시킴으로써 제조되는 재분산성 합성수지 에멀젼 분말은 합성수지 에멀젼과 비교하여 하기와 같은 이점을 갖는다.
즉, 재분산성 에멀젼 분말은 분말이므로 취급이 용이하고 수송에 편리하다. 또한, 재분산성 에멀젼 분말은 사용시에 물에 첨가하여 교반하는 것만으로 수중에 재분산시킬 수 있으므로 접착제, 도료용 결합제, 시멘트 제품 등으로의 혼입제 등으로서 널리 이용할 수 있다. 특히, 재분산성 에멀젼 분말은 시멘트 제품에 미리 혼합시킬 수 있으므로 현장에서 물을 첨가하는 것만으로 모르타르·콘크리트 등의 시멘트 제품을 형성시킬 수 있다. 또한, 필요한 성분 전부가 미리 배합되어 이루어진 시멘트를 제조할 수 있다. 따라서, 재분산성 에멀젼 분말은 폐기물을 감소시킬 수 있으므로 환경에 미치는 영향을 경감시킬 수 있다.
재분산성 에멀젼 분말로는 폴리비닐알콜(이하, 「PVA」라고 호칭하는 경우가 있다)을 보호 콜로이드로 하는 비닐아세테이트계 수지 에멀젼이 일반적으로 많이 알려져 있다. 그러나, 이와 같이 보호 콜로이드에 PVA를 사용하면 초속경성(ultrahigh-early-strength) 시멘트에 대한 혼화성이 나빠지며 수득된 모르타르의 점도가 높아져서 유동성이 떨어져 버리는 현상이 경우에 따라 관찰되는 적이 있다.
PVA를 사용하지 않고 유화제로서 계면활성제를 사용하여 중합시킬 수 있지만, 계면활성제를 사용하여 중합한 비닐계 수지 에멀젼을 건조시켜 수득한 에멀젼 분말은 물에 대한 재분산성이 실질적으로 보이지 않게 된다는 문제가 생긴다.
따라서, 보호 콜로이드로서 폴리비닐알콜계 물질을 사용하는 비닐계 에멀젼을 건조시켜 이루어진 에멀젼 분말에 있어서, 양호한 혼화성을 가지며 또한 물에 대한 재분산성이 우수한 에멀젼 분말이 요망되고 있다.
[발명의 개요〕
본 발명자들은 이번에 폴리비닐알콜로서 음이온성기를 갖는 음이온 변성 폴리비닐알콜을 사용하여 합성수지 에멀젼 분말을 제조함으로써 혼화성이 양호하고 재분산성이 우수한 재분산성 에멀젼 분말을 제조할 수 있음을 발견했다. 본 발명은 이러한 발견에 기초한 것이다.
따라서, 본 발명은 이미 조합된 시멘트 혼화제, 분말도료, 분말 접착제 등에 적절하게 사용할 수 있으며, 특히 토목/건재용으로 사용되는 무기 충전제류나 다가 무기염 등과의 혼화성, 재분산성, 작업성이 우수하고 초속경성 시멘트의 혼화제로서 적절한 재분산성 에멀젼 분말의 제공을 그 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 그 표면에 음이온 변성 폴리비닐알콜이 흡착된 비닐계 공중합체 입자를 함유하는 것이다.
본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 안료나 무기 충전제류에 대해 안정적으로 혼화시킬 수 있으며 또한 재분산성이 양호하다.
또한, 본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 종래의 범용 PVA 보호 콜로이드계 비닐아세테이트 수지 에멀젼 분말과 동등한 재분산성이 있다. 따라서, 본 발명의 재분산성 에멀젼 분말은 재분산성, 내수성, 내알칼리성, 막 제조성 등의 물성 이 우수하며 또한, 토목·건재용의 무기계 제품에 적용하는 경우에 작업성이 우수하므로 이미 조합된 시멘트 혼화제 또는 시멘트 물성 개량제로서 또는 분말 도료나 분말 접착제 등에 적절하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법은 음이온 변성 폴리비닐알콜의 존재하에 비닐계 단량체 조성물을 수성 매체 중에서 유화 중합시키고 수득된 수성 에멀젼을 건조시킴을 포함하는 것이다.
본 발명의 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법에 따라 매우 효율적으로 본 발명의 재분산성 에멀젼 분말을 제조할 수 있다.
[발명의 구체적 설명]
재분산성 에멀젼 분말
본 발명에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 그 표면에 음이온 변성 폴리비닐알콜이 흡착된 비닐계 공중합체 입자를 함유하는 것이다. 본 발명에서, 「재분산성 에멀젼 분말」이란 수계 매체(예: 물)에 재분산시키면 에멀젼을 생성할 수 있는 분체를 말한다.
본 발명의 하나의 바람직한 양태에 따른 재분산성 에멀젼 분말은 음이온 변성 폴리비닐알콜의 존재하에 비닐계 단량체 조성물을 수성 매체 중에서 유화 중합시켜 수득된 수성 에멀젼을 건조시킴으로써 수득되는 것을 함유하는 것이다.
음이온 변성 폴리비닐알콜
음이온 변성 폴리비닐알콜(이하, 「음이온 변성 PVA」라고 호칭하는 경우가 있다)이란 음이온성기를 통상적인 수단을 사용하여 도입함으로써 변성된 폴리비닐알콜을 의미한다. 사용되는 음이온성기로는 예를 들면, 설폰산기, 카복실산기(카복실기) 등을 바람직한 것으로 들 수 있다.
또한, 이러한 음이온 변성 폴리비닐알콜은 적절하게 합성될 수 있으며, 시판품일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 음이온 변성 폴리비닐알콜의 바람직한 예로 설폰산 변성 폴리비닐알콜(이하, 「설폰산 변성 PVA」라고 호칭하는 경우가 있다) 및 카복실산 변성 폴리비닐알콜(이하,「카복실산 변성 PVA」라고 호칭하는 경우가 있다) 및 이들의 혼합물을 적절하게 들 수 있다. 설폰산기 및 카복실산기의 이용은 초속경 시멘트에서 재분산성 에멀젼 분말의 혼화성을 양호하게 할 수 있는 점에서 바람직하다.
음이온 변성 폴리비닐알콜의 비누화도로서는 80몰% 이상이 바람직하며, 85 내지 99.5몰%가 보다 바람직하다. 비누화도가 80몰% 이상이면 중합이 보다 안정적으로 진행되기 쉬워지며, 중합이 완결되면 수성 에멀젼의 보존 안정성이 양호해지는 점에서 바람직하다. 한편, 99.5몰% 이하이면 재분산되기 쉬워진다.
음이온 변성 폴리비닐알콜의 중합도로서는 통상적으로 50 내지 2000, 바람직하게는 200 내지 500이다. 중합도가 50 이상이면 유화 중합시에 보호 콜로이드능이 충분하고 중합이 보다 안정적으로 진행되기 쉬워지며, 2000 이하이면 중합시에 증점되기 어려워져 안정적인 반응계로 되어 재분산성이 향상되므로 바람직하다.
음이온 변성 폴리비닐알콜의 변성률로서는 통상적으로 2 내지 10몰%, 바람직하게는 3 내지 6몰%이다. 변성률이 2몰% 이상이면 무기 충전제류나 시멘트류, 특히 초속경 시멘트로의 혼화시에 중합체 분산제로서의 기능을 용이하게 발휘할 수 있으며, 10몰% 이하이면 유화 중합시에 안정한 반응계가 된다.
음이온 변성 폴리비닐알콜의 사용량으로는 비닐계 단량체 조성물의 전체량에 대해 2 내지 20중량%가 바람직하며, 4 내지 10중량%가 보다 바람직하다. 사용량이 20중량% 이하이면 내수성이 양호해지며, 2중량% 이상이면 중합이 안정적으로 진행되기 쉬워진다.
따라서, 음이온 변성 폴리비닐알콜 사용량이 비닐계 단량체 조성물의 전체량에 대해 2 내지 20중량%로 사용되면 유화 중합을 안정적으로 실시할 수 있으며 또한, 수성 에멀젼의 안정성이 높으며 또한 재분산성이 우수한 재분산성 에멀젼 분말을 수득할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면 재분산성 에멀젼 분말은 음이온 변성 폴리비닐알콜을 비닐계 단량체 조성물의 전체량에 대해 2 내지 20중량%로 사용함으로써 수득된다.
비닐계 단량체 조성물
비닐계 단량체 조성물은 비닐계 단량체를 적어도 일부 함유하며 또한 필요에 따라 적절하게 선택되는 기타 성분을 함유하여 이루어질 수 있다.
비닐계 단량체로서는 라디칼 중합성의 불포화 단량체이면 특별히 제한하지 않으며 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 아세트산비닐, α 위치에서 분지된 포화 카복실산의 비닐에스테르, 프로피온산비닐 등의 비닐에스테르류, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 말레산 등의 에틸렌성 불포화 카복실산, 에틸렌, 염화비닐, 염화비닐리덴, 스티렌, 메틸스티렌 등의 방향족 비닐 화합물, 비닐포스페이트, 아크릴로니트릴, (메타)아크릴아미드, (메타)아크릴산알킬에스테르 등을 이러한 비닐계 단량체로서 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다.
이들 비닐계 단량체 중에서도 수득되는 재분산성 에멀젼 분말의 물성(예: 내 수성, 내알칼리성 등)을 중시하면 아크릴계 단량체가 바람직하다. 이와 같이 비닐계 단량체가 아크릴계 단량체이면 수득되는 재분산성 에멀젼 분말이 내수성, 내알칼리성이 우수해지기 때문이다.
아크릴계 단량체로서는 (메타)아크릴산알킬에스테르를 전체 단량체에 대해 50중량% 이상으로 하는 것이 바람직하며 예를 들면, 알킬기의 탄소수가 1 내지 12인 (메타)아크릴산알킬에스테르가 바람직하다. 이러한 것으로서 구체적으로는 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 사이클로헥실메타크릴레이트, 사이클로헥실아크릴레이트, 아크릴산알콕시에틸 등을 적절하게 들 수 있다.
비닐계 단량체 조성물은 상기 이외의 성분(기타 성분)을 함유할 수 있으며, 이의 예로는 비닐계 단량체와 공중합할 수 있는 단량체, 수용성 올리고머, 중합 개시제, 중합 조정제, 유화제 등을 들 수 있다.
본 발명에서 비닐계 단량체와 공중합할 수 있는 단량체(이하, 「공중합성 단량체」라고 호칭하는 경우가 있다)가 사용될 수 있으며 이러한 공중합성 단량체로서는 예를 들면, 가교성 단량체 등을 들 수 있다.
가교성 단량체로서는, 예를 들면, 관능기를 갖는 단량체 등을 들 수 있다. 이러한 관능기를 갖는 단량체로서는, 예를 들면, 알콕시실릴기 함유 단량체, 글리시딜기 함유 단량체, 메틸올기 함유 단량체, 니트릴기 함유 단량체, 아미드기 함유 단량체, 중합성 불포화기를 2개 이상 갖는 단량체 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 이들 중에서도 내부 가교구조를 취하기 쉬운 중합성 불포화기를 2개 이상 갖는 단량체가 바람직하다.
중합성 불포화기를 2개 이상 갖는 단량체로서는 예를 들면, 디비닐 화합물, 디(메타)아크릴레이트 화합물, 트리(메타)아크릴레이트 화합물, 테트라(메틸)아크릴레이트 화합물, 디알릴 화합물, 트리알릴 화합물, 테트라알릴 화합물 등을 들 수 있으며, 구체적으로는 디비닐벤젠, 디비닐아디페이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,3-부틸디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디알릴프탈레이트, 트리알릴디시아누레이트, 테트라알릴옥시에탄, 트리알릴이소시아누레이트 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다.
또한, 가교성 단량체를 사용하는 경우, 가교성 단량체의 사용량으로서는 통상적으로 0.1 내지 5중량%이며 1 내지 3중량%가 바람직하다. 사용량이 0.1중량% 이상이면 충분한 가교성을 얻을 수 있으며, 5중량% 이하이면 안정성이 향상되어 겔화를 억제할 수 있다.
수용성 올리고머는 물에 용해시에 균일한 수용액으로 되는 성질을 가지며 분산되거나 팽윤할 정도의 용해도의 것은 사용을 피하는 것이 일반적으로는 바람직하 다고 할 수 있다. 그러나, 비닐계 단량체가 아크릴계 단량체인 경우에는 이의 이용이 바람직한 경우가 있다. 음이온 변성 폴리비닐알콜만으로는 아크릴계 단량체의 유화 중합 반응이 효율적이 아닌 경우가 있고 또한 시멘트 혼화제, 분말 도료 등에 사용되는 각종 보조제 등과의 재분산시에 혼화 안정성을 얻으므로, 수용성 올리고머는 음이온 변성 폴리비닐알콜과 적절하게 병용된다. 음이온 변성 폴리비닐알콜과 병용하는 경우에 수용성 올리고머의 양은 음이온 변성 폴리비닐알콜에 대해 50 내지 200중량% 정도이며 80 내지 120중량%가 바람직하다.
수용성 올리고머로서는, 예를 들면, 설폰산기, 카복실기, 수산기, 알킬렌글리콜기 등의 친수성기를 갖는 중합도가 10 내지 5OO 정도인 중합체 또는 공중합체를 적절하게 들 수 있으며, 구체적으로는 2-메타크릴아미드-2-메틸프로판설폰산 공중합체 등의 아미드계 공중합체, 메타크릴산나트륨-4-스티렌설포네이트 공중합체, 스티렌/말레산 공중합체, 멜라민설폰산포름알데히드 축합물, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(메타)아크릴산염 등을 들 수 있다. 또한, 설폰산기, 카복실기, 수산기, 알킬렌글리콜기 등을 갖는 단량체나 라디칼 중합성의 반응성 유화제를 미리 단독으로 또는 다른 단량체와 공중합시켜 이루어진 수용성 올리고머 등도 들 수 있다.
본 발명에서는 이 중에서도 재유화성 부여 및 안료 분산성 기능 부여의 점에서 2-메타크릴아미드-2-메틸프로판설폰산 공중합체, 메타크릴산나트륨-4-스티렌설포네이트 공중합체가 바람직하다.
수용성 올리고머는 유화 중합을 개시하기 전에 미리 중합한 것을 사용할 수 있으며 또한 시판품을 사용할 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다.
중합 개시제로서는 통상적인 유화 중합에 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들면 과황산칼륨, 과황산나트륨, 과황산암모늄 등의 무기 과산화물, 유기 과산화물, 아조계 개시제, 과산화수소, 부틸퍼옥사이드 등의 과산화물 및 이들과 환원제를 조합한 산화환원 중합 개시제 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다. 본 발명에서는 피막 물성이나 강도 증강에 악영향을 미치지 않고 중합이 용이한 점에서 과황산암모늄이 바람직하다.
중합 조정제로서는 특별히 제한하지 않으며 공지된 것 중에서 적절하게 선택할 수 있다. 이러한 중합 조정제로는, 예를 들면, 연쇄이동제 또는 완충제 등을 들 수 있다.
이러한 연쇄이동제로서는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알콜, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥산, 아세토페논, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, n-부틸알데히드, 푸르푸랄, 벤즈알데히드 등의 탄소수 2 내지 8의 카복실산류, 도데실머캅탄, 라우릴머캅탄, 노르말머캅탄, 티오글리콜산, 티오글리콜산옥틸, 티오글리세롤 등의 머캅탄류 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다.
또한, 완충제로서는, 예를 들면, 아세트산나트륨, 아세트산암모늄, 제2인산나트륨 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다.
유화제로서는 특별히 제한하지 않으며 음이온성, 양이온성, 비이온성 등의 공지된 것 중에서 적절하게 선택하면 양호하며, 예를 들면, 음이온계로서는 라우릴황산나트륨, 비이온성으로서는 플루로닉형 구조를 갖는 것이나 폴리옥시에틸렌형 구조를 갖는 것 등을 적절하게 들 수 있다.
중합 개시제, 중합 조정제 및 유화제를 사용하는 경우, 이들의 사용량으로서는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 한, 특별히 제한하지 않으며 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
재분산성 에멀젼 분말의 제조방법
상기한 바와 같이, 본 발명의 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법은 음이온 변성 폴리비닐알콜의 존재하에 비닐계 단량체 조성물을 수성 매체 중에서 유화 중합시켜 수득된 수성 에멀젼을 건조시킴을 포함한다.
이러한 본 발명의 방법에서는 유화 중합시에 음이온 변성 폴리비닐알콜이 보호 콜로이드로 작용하므로 비누화되지 않은 상태로 유화 중합 반응을 진행시킬 수 있으며 수성 에멀젼을 수득할 수 있다고 생각된다. 그리고, 수득된 수성 에멀젼을 건조시켜 본 발명의 재분산성 에멀젼 분말을 제조할 수 있다.
유화 중합
유화 중합의 양태로서는 특별히 제한하지 않고 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면, 배취식 유화 중합, 단량체 적가식 유화 중합, 유화 단량체 적가식 유화 중합 중의 어느 하나일 수 있다.
유화 중합의 반응조건은 특별히 제한되지 않으며 공중합 성분의 종류, 목적 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
유화 중합은, 예를 들면, 아래와 같이 실시될 수 있다. 즉, 공지된 중합기 등의 반응기에 음이온 변성 폴리비닐알콜 수용액을 첨가한 다음, 비닐계 단량체 조성물을 원하는 양의 수성 매체(예: 물)와 함께 투입하여 승온시키고 중합 개시제를 첨가하여 중합 반응을 개시시킴으로써 실시할 수 있다. 또한, 최초의 투입에서 비닐계 단량체 조성물의 전체량을 투입하지 않은 경우에는 이의 잔량을 적가하여 유화 중합 반응을 진행시킬 수 있다.
유화 중합 반응에서는 음이온 변성 폴리비닐알콜이 보호 콜로이드로서 기능하므로 비누화되지 않은 상태에서 중합 반응을 진행시킬 수 있다고 생각된다.
또한, 본 발명의 유화 중합에서는 음이온 변성 폴리비닐알콜에 수용성 올리고머를 병용하여 중합을 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 음이온 변성 폴리비닐알콜에 수용성 올리고머를 병용하면 비닐계 단량체, 특히 아크릴계 단량체의 유화 중합을 효율적으로 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 유화 중합 후의 에멀젼에 pH 조정제·가소제·소포제 등의 첨가제를 적절하게 첨가할 수 있다. 이들은 특별히 제한되지 않으며 공지된 것 중에서 적절하게 선택될 수 있다.
이상의 유화 중합에 의해 균일한 유백색의 수성 에멀젼이 수득된다.
수성 에멀젼의 건조
다음에 이러한 수성 에멀젼을 건조시킨다.
건조방법은 특별히 제한되지 않고 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들면 분무 건조, 동결 건조, 응고 석출 후의 온풍 건조 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 생산원가, 에너지 절감, 재유화성의 점에서 분무 건조가 바람직하다.
분무 건조의 경우, 분무 형식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 디스크식, 노즐식 등을 들 수 있다. 또한, 분무 건조의 열원으로는, 예를 들면, 열풍, 가열 수증기 등을 들 수 있다. 분무 건조의 조건은 분무 건조기의 크기, 종류, 에멀젼의 농도, 점도, 유량 등에 따라 적절하게 선택되면 양호하지만, 온도로는 80 내지 150℃ 정도이다.
분무 건조의 경우, 예를 들면, 우선 수성 에멀젼 중의 불휘발분을 조정하여 분무 건조기의 노즐로부터 연속적으로 공급하여 안개상으로 한 것을 온풍에 의해 분말화시킨다.
또한, 본 발명에서는 이때 블록킹 방지제로서 적절하게 선택한 공지된 불활성 무기 또는 유기 분말, 예를 들면, 탄산칼슘, 활석, 점토, 무수 규산, 규산알루미늄, 화이트 카본, 알루미나 화이트 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태에 따르면 평균 입자직경이 0.01 내지 0.5μm 정도인 무수 규산, 규산알루미늄, 탄산칼슘 등이 바람직하다. 이들 분말은 수득한 재분산성 에멀젼 분말에 대해 2 내지 30중량% 정도인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 수득되는 재분산성 에멀젼 분말의 물에 대한 재분산성 을 보다 향상시키는 관점에서 분무 건조 전의 수성 에멀젼에 수용성 첨가제를 첨가할 수 있다.
수용성 첨가제의 사용량으로서는 분무 건조 전의 수성 에멀젼 고형분에 대해 5 내지 50중량%가 바람직하다. 첨가량이 50중량% 이하이면 내수성이 충분한 재분산성 에멀젼 분말을 수득할 수 있으며, 5중량% 이상이면 재분산성 향상 효과가 충분하다.
수용성 첨가제로는, 예를 들면, 폴리비닐알콜, 하이드록시에틸셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 전분 유도체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌옥사이드, 수용성 알키드 수지, 수용성 페놀 수지, 수용성 우레아 수지, 수용성 멜라민 수지, 수용성 구안아민 수지, 수용성 나프탈렌설폰산 수지, 수용성 아미노 수지, 수용성 폴리아미드 수지, 수용성 아크릴 수지, 수용성 폴리카복실산 수지, 수용성 폴리에스테르 수지, 수용성 폴리우레탄 수지, 수용성 폴리올 수지, 수용성 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수 있으며 또한 2종 이상을 병용할 수 있다.
상기한 점에 따라 본 발명의 재분산성 에멀젼 분말을 제조할 수 있다.
시멘트 혼화제 및 시멘트 제품
본 발명의 시멘트 혼화제는 상기한 재분산성 에멀젼 분말을 함유하는 것이다. 또한, 본 발명의 재분산성 에멀젼 분말이 함유되는 시멘트 혼화제의 다른 성분으로는 시멘트 혼화제로서 통상적인 성분을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서는 시멘트 혼화제가 초속경성 시멘트 혼화제인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 시멘트 제품은 상기한 재분산성 에멀젼 분말을 사용하여 제조한 것이다. 이러한 시멘트 제품의 제조에 사용할 수 있는 다른 성분으로서는 통상적인 시멘트 제품용 재료, 즉 시멘트 재료를 사용할 수 있다. 이러한 시멘트 재료로는 예를 들면, 토목/건재용으로 사용되는 무기 충전제류나 다가 무기염 등이 예시된다. 또한, 여기서 시멘트 제품에는 모르타르, 콘크리트 등으로 대표되는 생성물 및 이들을 사용하는 각종 구조물 또는 건축물 등이 포함된다.
또한, 본 발명에는 재분산성 에멀젼 분말을 통상적인 시멘트 재료 중에 혼합하고, 여기에 수계 매체(예: 물)를 다시 혼합하여 경화시키는 것에 따른 시멘트 제품의 제조방법도 포함된다.
하기에 본 발명의 실시예에 관해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되지 않는다.
실시예 1
중합 공정
음이온 변성 폴리비닐알콜로서 설폰산 변성 폴리비닐알콜(고세란 L-3266, 니혼고세이가가쿠고교(주)제, 비누화도 86 내지 89몰%)의 20중량% 수용액 25중량부, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰산 4중량부, 0.2중량% 황산철 수용액 2중량부 및 물 110중량부를 첨가한 반응기에 하기 조성의 단량체 조성물 10중량%와 하기 조성의 촉매 조성물 10O중량%를 투입하고 내부 온도 75℃에서 15분 동안 중합시킨다. 다음에 상기 단량체 조성물 9O중량%를 2시간에 걸쳐 적가하여 중합 반응시킨다.
75℃에서 1시간 동안 중합 반응을 숙성시켜 완결시킨다. 중합 반응 종료 후에 10중량% 수산화나트륨 수용액으로 pH를 약 8로 조정한다.
·단량체 조성물
메틸메타크릴레이트 50중량부
부틸아크릴레이트 50중량부
메타크릴산 3중량부
·촉매 조성물
과황산암모늄 1중량부
물 10중량부
건조 공정
하기의 중합 반응에 따라 수성 에멀젼을 수득한다. 이러한 수성 에멀젼을 하기의 조건으로 분무 건조시켜 평균 입자직경이 70μm인 재분산성 에멀젼 분말을 제조한다.
·분무 건조의 조건
분무형식: 노즐식
열원: 열풍
온도: 120℃
또한, 수성 에멀젼을 분무 건조시킬 때에 당해 수성 에멀젼의 고형분에 대해 5중량%의 무수 규산 분말을 당해 수성 에멀젼에 첨가한다.
수득된 재분산성 에멀젼 분말에 대해 하기의 평가 (1) 및 (2)를 실시한다.
(1) 재분산성의 평가
수득된 재분산성 에멀젼 분말 30중량부를 탈이온수 100중량부에 첨가하여 교반기를 사용하여 충분히 교반하고 당해 탈이온수에 재분산시킨다. 이러한 재분산액을 유리 용기에 투입시키고 실온에서 방치한다. 이때의 재분산성을 하기의 기준으로 평가한다. 그 결과를 표 2에 기재한다.
○: 균일한 재분산액이 수득되며 에멀젼 분말의 침강이 조금밖에 관찰되지 않는 상태
×: 재분산액이 상분리되며 투명한 액의 상과 침강한 에멀젼 분말의 상이 관찰되는 상태
(2) 초속경 시멘트와의 혼화성의 평가(초속경 시멘트 밀크에서의 유동성 시험)
제트 시멘트 150O중량부, 보통 포틀란드 시멘트 900중량부, 재분산성 에멀젼 분말 70중량부, 멜라민설폰산계 고성능 수 감량제 35중량부, 분말 소포제 10중량부 및 혼련 수 1150중량부를 교반기를 사용하여 10OOrpm에서 2분 동안 교반하여 시멘트 밀크를 조제한다.
이러한 시멘트 밀크의 유동성은 일본 도로 협회, 포장시험법 편람, 반요성 포장용 침투용 시멘트 밀크의 유동성 시험방법(P 로트법)에 준하여 시험을 실시하여 하기의 기준으로 평가한다. 그 결과를 표 2에 기재한다[또한, 포장시험법 편람은 일본 도로 협회(일본 도쿄도 치요타쿠 가스미가세키 3-3-1)로부터 입수할 수 있다].
○: 12초 미만
×: 12초 이상
실시예 2 내지 6
실시예 1에서 음이온 변성 폴리비닐알콜, 유화제 및 단량체 조성물을 표 1에 기재한 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시한다. 수득된 재분산성 에멀젼 분말에 관해서 실시예 1과 동일한 평가를 실시한다. 그 결과를 표 2에 기재한다.
비교예 1 및 2
실시예 1에서 음이온 변성 폴리비닐알콜을 사용하고, 유화제를 표 1에 기재한 바와 같이 사용하고, 단량체 조성을 표 1에 기재한 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시한다. 수득된 재분산성 에멀젼 분말에 관해서 실시예 1과 동일한 평가를 실시한다. 그 결과를 표 2에 기재한다.
또한, 표 1에서 수치의 단위는 「중량부」를 나타낸다.
실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 실시 예 4 실시 예 5 실시 예 6 비교 예 1 비교 예 2
반응기로의 투입 물 설폰산 변성 PVA의 20% 수용액 카복실 변성 PVA의 20% 수용액 무변성 PVA의 20% 수용액 수용성 올리고머 A 수용성 올리고머 B 음이온성 계면활성제 비이온성 계면활성제 0.2% 황산철 수용액 110 25 4 2 118 15 6 2 85 75 2 110 25 4 2 94 25 20 2 160 25 4 2 130 5 2 2 2 160 25 4 2
단량체 조성물 메틸메타크릴레이트 부틸아크릴레이트 베오바 10 메타크릴산 50 50 3 50 50 3 50 50 3 40 40 20 3 50 50 3 50 50 3 50 50 3 50 50 3
촉매 조성물 과황산암모늄 물 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10 1 10
PVA/비닐계 단량체 조성물×100 4.9 2.9 14.6 4.9 4.9 4.9 0.0 4.9
설폰산 변성 PVA 고세란 L-3266 [니혼고세이가가쿠고교(주)제: 비누화도 86 내지 89몰%] 카복실 변성 PVA 고세날 T-330 [니혼고세이가가쿠고교(주)제: 비누화도 86 내지 89몰%] 무변성 PVA 고세놀 GM14 [니혼고세이가가쿠고교(주)제: 비누화도 86 내지 89몰%] 수용성 올리고머 A 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰산 수용성 올리고머 B 메타크릴산나트륨-4-스티렌설포네이트 공중합체의 20% 수용액 음이온성 계면활성제 라우릴황산나트륨 비이온성 계면활성제 플루로닉 L-64[아사이덴카고교(주)제] 베오바 10 α 위치에서 분지된 포화 카복실산의 비닐에스테르[쉘 자팬(주)제]
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2
재분산성 ×
초속경 시멘트 혼화성 ×

표 2의 결과로부터 명백한 바와 같이, 비교예 1에서는 계면활성제를 유화제로 사용하므로 초속경 시멘트와의 혼화성은 양호하지만, 음이온 변성 폴리비닐알콜을 사용하지 않으므로 재분산성은 양호하지 않다. 또한, 비교예 2에서는 폴리비닐알콜을 유화제로 사용하고 있으므로 재분산성은 양호하지만, 당해 폴리비닐알콜은 변성되어 있지 않으므로 초속경 시멘트와의 혼화성은 양호하지 않다.
한편, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 재분산성 에멀젼 분말은 어느 것이나 재분산성 및 초속경 시멘트와의 혼화성이 우수한다.

Claims (13)

  1. 표면에 음이온 변성 폴리비닐알콜이 흡착된 비닐계 공중합체 입자를 함유하는 재분산성 에멀젼 분말이며, 음이온 변성 폴리비닐알콜의 변성률이 2 내지 10 몰%인 재분산성 에멀젼 분말.
  2. 제1항에 있어서, 음이온 변성 폴리비닐알콜의 존재하에 비닐계 단량체 조성물을 수성 매체 중에서 유화 중합시켜 수득된 수성 에멀젼을 건조시킴으로써 수득되는 재분산성 에멀젼 분말.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 음이온 변성 폴리비닐알콜을 비닐계 단량체 조성물의 전체량에 대해 2 내지 20중량%로 사용함으로써 수득되는 재분산성 에멀젼 분말.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 음이온 변성 폴리비닐알콜이 설폰산 변성 폴리비닐알콜, 카복실산 변성 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 재분산성 에멀젼 분말.
  5. 제1항에 따른 재분산성 에멀젼 분말을 함유하는 시멘트 혼화제.
  6. 제5항에 있어서, 초속경성(ultrahigh-early-strength) 시멘트 혼화제인 시멘트 혼화제.
  7. 제1항에 따른 재분산성 에멀젼 분말을 사용하여 제조된 시멘트 제품.
  8. 제1항에 따른 재분산성 에멀젼 분말을 시멘트 재료에 혼합하고 이에 수계 용매를 추가로 혼합하여 경화시킴에 따른, 시멘트 제품의 제조방법.
  9. 변성률이 2 내지 10 몰%인 음이온 변성 폴리비닐알콜의 존재하에 비닐계 단량체 조성물을 수성 매체 중에서 유화 중합시키고 수득된 수성 에멀젼을 건조시킴을 포함하는, 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 음이온 변성 폴리비닐알콜이 친수성기를 갖는 중합도가 10 내지 500의 중합체 또는 공중합체와 병용되는, 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 비닐계 단량체가 아크릴계 단량체인, 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 음이온 변성 폴리비닐알콜이 비닐계 단량체 조성물의 전체량에 대해 2 내지 20중량%로 사용되는, 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 음이온 변성 폴리비닐알콜이 설폰산 변성 폴리비닐알콜, 카복실산 변성 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 재분산성 에멀젼 분말의 제조방법.
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