WO2012173218A1 - グラフト重合体、その製造方法及びセメント混和剤 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a graft polymer, a method for producing the same, and a cement admixture. More specifically, the present invention relates to a graft polymer using glycerins, a production method thereof, a cement admixture containing the graft polymer, and a cement composition containing the same.
- Glycerin is mainly obtained by hydrolysis of fats and oils, synthetic methods using propylene, and the like, and is useful as a raw material for pharmaceuticals, cosmetics, resins, paints and the like.
- biodiesel fuel has attracted attention as an alternative fuel for petroleum.
- biodiesel fuel fatty acid ester
- fats and oils such as vegetable oils and animal fats can be used.
- a technique obtained by removing the by-produced glycerin after the transesterification reaction with alcohol is common, and it is difficult in principle to suppress the by-product of glycerin by such a technique.
- Patent Document 1 discloses a technique of using a glycerin polymer obtained by dehydration condensation polymerization of glycerin as an admixture for mortar and concrete
- Patent Document 2 discloses glycerin / A cement dispersion composition using an ester of polyglycerin and an aliphatic carboxylic acid is disclosed
- Patent Document 3 discloses a concrete admixture containing a copolymer obtained by polymerizing a polyglycerol ester monomer having an unsaturated bond and an acid monomer.
- Patent Document 4 discloses a water-absorbing graft polymer obtained by graft polymerization of acrylic acid or a salt thereof to polyglycerin.
- a water reducing agent is an agent usually used for the purpose of exerting an effect of improving the strength and durability of a cured product by increasing the fluidity of the cement composition and reducing the water content of the cement composition.
- a typical conventional water reducing agent is an AE (air-entrained) water reducing agent mainly composed of lignin sulfonate.
- the copolymer essential for the concrete admixture of Patent Document 3 has a structure in which monomer units are randomly bonded by a normal radical polymerization method, considering the reaction temperature and solvent conditions in the production process. Presumed to be a copolymer.
- the present invention has been made in view of the above situation, and is effective for effective use of glycerin, and is useful for various applications, particularly for cement admixture, graft polymer, cement admixture and cement composition containing the same.
- An object of the present invention is to provide a production method capable of efficiently producing the graft polymer.
- a graft polymer obtained by graft-polymerizing a glycerin with a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or its ester.
- a graft polymer is particularly excellent in dispersion performance and can be suitably used for various applications such as a cement admixture, it is effective for effective utilization of glycerin, which is a recent problem.
- the dispersibility is further improved, so that the dispersibility is required in the field. This is extremely suitable.
- glycerin is inexpensive, if this graft polymer is used as a raw material for various applications, a high-performance product can be provided at low cost.
- the inventors of the present invention have also found that the use of a production method in which graft polymerization is carried out under specific conditions when obtaining such a graft polymer enables efficient production, and the present invention has been achieved.
- invention (1) A graft polymer for cement admixture obtained by graft polymerization of a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof to glycerol.
- Invention (2) A graft polymer obtained by graft polymerization of a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof to glycerin, the graft polymer comprising glycerin and A graft polymer having a mass ratio of ionic group-containing monomer and / or ester thereof (glycerin / ionic group-containing monomer and / or ester thereof) of 1/99 to 99/1 .
- Invention (3) A cement admixture comprising the above graft polymer for cement admixture.
- Invention (6) A method for producing a graft polymer obtained by graft polymerization of a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof to glycerin, the production method comprising:
- the glycerin has a graft polymerization step in which a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof is graft-polymerized, and the graft polymerization step is substantially a solvent in the presence of a polymerization initiator.
- the manufacturing method of the graft polymer performed at the temperature of 100 degreeC or more, without using.
- the present invention is described in detail below.
- the form which combined each preferable form of this invention described below 2 or 3 or more is also a preferable form of this invention.
- the graft polymer of the present invention is obtained by graft polymerization of a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof to glycerin, specifically, It has a structure in which an ionic group-containing monomer unit derived from an ionic group-containing monomer and / or its ester is grafted.
- a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof to glycerin, specifically, It has a structure in which an ionic group-containing monomer unit derived from an ionic group-containing monomer and / or its ester is grafted.
- the glycerin and the monomer component one kind may be used, or two or more kinds may be used.
- Such a graft polymer of the present invention is particularly useful for cement admixture as will be described later.
- a graft polymer for cement admixture obtained by graft polymerization of the components is one aspect of the present invention.
- the graft polymer of the present invention is presumed to have a structure in which an ionic group-containing monomer unit is bonded to at least one carbon atom constituting glycerol.
- a method for graft polymerization of the monomer component to the glycerin for example, it is preferable to perform the graft polymerization step at a temperature of 100 ° C. or higher substantially without using a solvent in the presence of a polymerization initiator. This makes it possible to efficiently obtain a graft polymer having excellent dispersion performance.
- a preferred form of such a graft polymerization step is as described later.
- it can confirm that the said monomer component is graft-polymerized by glycerol, for example by a capillary electrophoresis method or GPC.
- the weight average molecular weight of the graft polymer is preferably 1,000 to 200,000. By being in this range, the dispersibility can be further improved, so that, for example, when used for cement admixture, higher cement dispersibility can be exhibited with a small addition amount. More preferably, it is 3000 to 100,000, and still more preferably 5000 to 50000.
- a weight average molecular weight can be measured on the GPC measurement conditions mentioned later by the gel permeation chromatography (GPC) by polyethyleneglycol conversion, for example.
- the mass ratio of glycerin and ionic group-containing monomer and / or ester thereof (total amount of glycerin / ionic group-containing monomer and / or ester thereof) is 1/99. It is preferable that the ratio is ⁇ 99 / 1.
- a graft polymer obtained by graft polymerization of a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof to glycerin the graft polymer comprising glycerin, ion Graft polymer having a mass ratio (total amount of glycerol / ionic group-containing monomer and / or ester thereof) of 1/99 to 99/1 with respect to the total amount of functional group-containing monomer and / or ester thereof
- a mass ratio total amount of glycerol / ionic group-containing monomer and / or ester thereof
- the mass ratio of the ionic group-containing monomer and / or its ester is more preferably 60/40 to 99/1. . If it is in this range, the dispersion performance of the graft polymer can be further improved, so that it becomes more useful in the field where the dispersion performance is required (for example, cement admixture use). In addition, when the ratio of the total amount of the ionic group-containing monomer and / or its ester is within the above range, the water reducing effect becomes more sufficient and the polymerization can be easily performed.
- the mass ratio is more preferably 70/30 to 99/1.
- the glycerin constituting the graft polymer means a compound containing an average of 3 or more hydroxyl groups in one molecule, and is preferably a compound composed of three elements of carbon, hydrogen and oxygen.
- the number of hydroxyl groups contained in such glycerins is suitably 3 or more, but is preferably 100 or less from the viewpoint of polymerizability when performing graft polymerization. More preferably, it is 4-50, and still more preferably 5-20. It is also preferable that the glycerins do not have an unsaturated bond.
- the bond shape of the skeleton derived from glycerins in the graft polymer may be linear, cyclic, or branched, or may have two or more bond shapes. Good.
- glycerins examples include polyvinyl alcohol, polyglycidol, glycerin, polyglycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1,3,5-pentatriol, erythritol, pentaerythritol, dipentaerythritol, sorbitol, sorbitan, sorbitol Glycerin condensates, adonitol, arabitol, xylitol, mannitol and the like are suitable.
- sugars saccharides of hexoses such as glucose, fructose, mannose, indose, sorbose, growth, talose, tagatose, galactose, allose, psicose, altrose; pentoses such as arabinose, ribulose, ribose, xylose, xylulose, lyxose Sugars of tetroses such as threose, erythrulose, erythrose; other saccharides such as rhamnose, cellobiose, maltose, isomaltose, trehalose, sucrose, raffinose, gentianose, melezitose; these sugar alcohols, sugar acids (saccharides; Glucose, sugar alcohol; glucite, sugar acid; gluconic acid) are also suitable.
- glycerin is a compound containing an alkylene oxide group (for example, an alkylene oxide adduct of the above exemplary compound) is one of the preferred forms of the present invention.
- the compound containing an alkylene oxide group is preferably an alkylene oxide adduct of polyglycerol as described later.
- glycerins glycerin, polyglycerin, and alkylene oxide adducts of polyglycerin are preferable in the present invention. More preferred are polyglycerol and an alkylene oxide adduct of polyglycerol. In addition, from the viewpoint of effective utilization of by-product glycerin generated during the production of biodiesel fuel, it is preferable to use by-product glycerin, polyglycerin using the glycerin and an alkylene oxide adduct of polyglycerin.
- the polyglycerin means a compound having two or more glycerin skeletons (glycerin units) in the molecule.
- a produced product or a commercially available product may be used.
- a method for producing polyglycerol there are three methods, for example, (1) dehydration condensation reaction of glycerol, (2) recovery from glycerol distillation components, and (3) synthesis from a glycerol-like compound (for example, glycidol). It is done.
- polyglycerol obtained by using glycerol as a starting material as in the method (1) or (2) has a linear structure.
- polyglycerin obtained by using glycidol as a starting material has a branched structure.
- polyglycerin (# 500, 750) manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd. has a starting material of glycerin and becomes linear polyglycerin.
- polyglycerin (PGL 06, PGL 10) manufactured by Daicel Kogyo Co., Ltd. has a glycidol as a starting material and becomes branched polyglycerin.
- branched polyglycerin is preferably used in the present invention. That is, a form in which the glycerin is a branched polyglycerin is also a preferred form of the present invention.
- the average number of repeating glycerol skeletons in the polyglycerol is preferably 2 to 300, more preferably 2 to 100, and still more preferably 2 to 50.
- the alkylene oxide adduct of polyglycerol is a compound obtained by subjecting polyglycerol to an addition reaction of one or more alkylene oxides (alkylene glycol), and the addition reaction method is not particularly limited.
- the reaction temperature for adding the alkylene oxide is preferably 60 to 180 ° C. from the viewpoint of further suppressing the generation of by-products and increasing the addition rate to improve productivity.
- the addition reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, or helium, and more preferably in a nitrogen atmosphere. It is also preferable to carry out under pressure.
- the alkylene oxide is preferably an alkylene oxide having 2 to 18 carbon atoms.
- alkylene oxides having 2 to 8 carbon atoms are preferred from the viewpoints of reactivity and the improvement of dispersion performance, particularly from the viewpoint of further improving the dispersibility and hydrophilicity of cement particles when used in cement admixtures.
- it is an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms, more preferably an alkylene oxide having 2 to 3 carbon atoms, and particularly preferably an alkylene oxide having 2 carbon atoms (ethylene glycol, ethylene oxide).
- ethylene oxide is 50 mol% or more with respect to 100 mol% of the total amount of alkylene oxide. More preferably, it is 70 mol% or more, More preferably, it is 90 mol% or more.
- the average number of repeating alkylene oxide units is preferably, for example, 1 to 20. More preferably, it is 1 to 10, and still more preferably 1 to 3.
- bonding form may be a block form and may be a random form.
- the weight average molecular weight of the polyglycerol and the alkylene oxide adduct of polyglycerol is preferably 150 to 25000. Thereby, a dispersion performance can be improved more. More preferably, it is 150-7500, and still more preferably 150-4000.
- a weight average molecular weight can be measured on the GPC measurement conditions mentioned later by the gel permeation chromatography (GPC) by polyethyleneglycol conversion, for example.
- the ionic group-containing monomer and / or ester thereof is used for polymerization to give an ionic group-containing monomer unit in the graft polymer.
- the ionic group-containing monomer unit means a structural unit derived from an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof, and an unsaturated double that the ionic group-containing monomer and / or ester thereof has. It means a structure in which the bonding part (C ⁇ C) is a single bond (—C—C—).
- the ionic group-containing monomer may be a cationic group-containing monomer or an anionic group-containing monomer, but as described later, an anionic group-containing monomer It is preferable that
- a cationic group-containing monomer containing at least one nitrogen atom is suitable.
- examples of such a cationic group-containing monomer include dialkylaminoalkyl (meth) acrylate, dialkylaminoalkyl (meth) acrylamide, vinylimidazole, vinylpyridine, diallylalkylamine and quaternized products thereof; diallylamine and the like. It is done.
- the quaternized product is obtained by quaternizing the dialkylaminoalkyl (meth) acrylate or the like with a quaternizing agent.
- a quaternizing agent those conventionally used as a quaternizing agent can be used.
- Alkyl halides; alkyl sulfates such as dimethyl sulfate and diethyl sulfate; and the like can be used.
- dialkylaminoalkyl (meth) acrylate examples include dimethylaminomethyl (meth) acrylate, diethylaminomethyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, and dipropylaminoethyl.
- Specific examples of the quaternized product of the dialkylaminoalkyl (meth) acrylate include trimethylammonium ethyl (meth) acrylate chloride, trimethylammonium ethyl (meth) acrylate sulfate, dimethylethylammonium ethyl (meth) acrylate sulfate, and trimethylammonium.
- Propyl (meth) acrylate chloride trimethylammonium propyl (meth) acrylate sulfate, dimethylethylammonium propyl (meth) acrylate sulfate, trimethylammonium butyl (meth) acrylate chloride, trimethylammonium butyl (meth) acrylate sulfate, dimethylethylammonium butyl (meta ) Acrylate sulfate and the like.
- dialkylaminoalkyl (meth) acrylamide examples include dimethylaminoethyl (meth) acrylamide, dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, dimethylaminobutyl (meth) acrylamide, dimethylaminooctyl (meth) acrylamide, and dimethylamino.
- Examples include dodecyl (meth) acrylamide and diethylaminopropyl (meth) acrylamide.
- Specific examples of the quaternized product of the dialkylaminoalkyl (meth) acrylamide include (meth) acrylamidoethyltrimethylammonium chloride, (meth) acrylamidopropyltrimethylammonium chloride, (meth) acrylamidobutyltrimethylammonium chloride, and the like. .
- vinyl imidazole and quaternized compounds thereof include vinyl imidazole, 3-methyl-1-vinyl imidazolium chloride, 3-methyl-1-vinyl imidazolium methyl sulfate, and 3-ethyl-1-vinyl imidazole.
- vinyl imidazole 3-methyl-1-vinyl imidazolium chloride, 3-methyl-1-vinyl imidazolium methyl sulfate, and 3-ethyl-1-vinyl imidazole.
- examples thereof include lithium ethyl sulfate, 3-ethyl-1-vinyl imidazolium chloride, 3-benzyl-1-vinyl imidazolium chloride and the like.
- vinyl pyridine and quaternized compounds thereof include vinyl pyridine, 1-methyl-4-vinylpyridinium chloride, 1-methyl-4-vinylpyridinium methyl sulfate, 3-benzyl-1-vinylpyridinium chloride, and the like. Is mentioned.
- diallylalkylamine and its quaternized product include diallylmethylamine, diallylethylamine, diallyldimethylammonium chloride, diallyldiethylammonium chloride, diallylmethylethylammonium chloride, diallyldipropylammonium chloride and the like.
- an anionic group-containing monomer is preferable.
- the anionic group-containing monomer include one or two kinds such as a carboxylic acid monomer, a sulfonic acid monomer, a phosphoric acid monomer, a phosphonic acid monomer, and a sulfuric acid monomer.
- the above is preferable.
- the ionic group-containing monomer it is preferable to use at least one selected from the group consisting of a carboxylic acid monomer, a sulfonic acid monomer, and a phosphoric acid monomer. is there.
- the graft polymer has at least one monomer unit selected from the group consisting of a carboxylic acid monomer unit, a sulfonic acid monomer unit, and a phosphoric acid monomer unit. Is preferred. More preferably, the ionic group-containing monomer is at least one selected from the group consisting of a carboxylic acid monomer and a phosphoric acid monomer.
- the carboxylic acid monomer is a monomer containing an unsaturated double bond (carbon-carbon double bond) and a carboxyl group and / or a carboxylate.
- a carboxyl group and / or a carboxylate salt means that a group represented by —COOZ (Z represents a hydrogen atom, a metal atom, an ammonium group, or an organic amine group) is 1 per molecule. It means having one or more.
- the metal atom include monovalent metals such as sodium, lithium, potassium, rubidium, and cesium; divalent metals such as magnesium, calcium, strontium, and barium; trivalent metals such as aluminum; other metals such as iron; Is mentioned.
- the organic amine group examples include alkanolamine groups such as monoethanolamine group, diethanolamine group and triethanolamine group; alkylamine groups such as monoethylamine group, diethylamine group and triethylamine group; ethylenediamine group and triethylenediamine group. And polyamine groups.
- the carboxylate is preferably an ammonium salt, a sodium salt, or a potassium salt, and more preferably a sodium salt.
- the carboxylic acid monomer examples include a monocarboxylic acid monomer containing an unsaturated double bond and one carboxyl group or carboxylate in one molecule, and an unsaturated double bond in one molecule.
- a dicarboxylic acid-based monomer containing two carboxyl groups or a carboxylate is preferable.
- the graft polymer of the present invention preferably contains structural units derived from these monomers, that is, monocarboxylic acid monomer units and / or dicarboxylic acid monomer units. In this case, since the graft polymer of the present invention can exhibit higher dispersion performance, it is more suitable as a polymer for cement admixture.
- the form in which the ionic group-containing monomer is a monocarboxylic acid monomer and / or a dicarboxylic acid monomer is also a preferred form of the present invention.
- the monocarboxylic acid monomer examples include unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, crotonic acid, ⁇ -hydroxyacrylic acid, ⁇ -hydroxymethylacrylic acid and derivatives thereof, and the like. Examples include salts. Further, as the monocarboxylic acid monomer, a half ester of a dicarboxylic acid monomer and an alcohol described later can be used. Acrylic acid and methacrylic acid are collectively referred to as “(meth) acrylic acid”.
- dicarboxylic acid monomer examples include unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, itaconic acid, citraconic acid, fumaric acid and mesaconic acid, salts thereof, and anhydrides thereof. .
- (meth) acrylic acid, (meth) acrylate, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, and salts thereof are preferable as the carboxylic acid monomer from the viewpoint of polymerizability. More preferably, it is (meth) acrylic acid and / or a salt thereof (collectively referred to as “(meth) acrylic acid monomer”), and the graft polymer is a (meth) acrylic acid monomer.
- the ionic group-containing monomer is a (meth) acrylic acid monomer is also a preferred form of the present invention. More preferably, it is an acrylic acid monomer (acrylic acid or a salt thereof).
- the sulfonic acid monomer is a monomer containing an unsaturated double bond (carbon-carbon double bond), a sulfonic acid group and / or a sulfonate.
- the inclusion of a sulfonic acid group and / or a sulfonic acid salt means that one or more groups represented by —SO 3 Z (Z is as described above) are contained in one molecule.
- the sulfonate is preferably an ammonium salt, a sodium salt or a potassium salt, and more preferably a sodium salt.
- sulfonic acid monomer examples include vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, methallyloxybenzene sulfonic acid, isoprene sulfonic acid, 2-methylpropane sulfonic acid (meth) acrylamide, styrene sulfonic acid, 2 -Unsaturated sulfonic acids such as hydroxy-3-allyloxysulfonic acid, sulfoethyl (meth) acrylate, sulfopropyl (meth) acrylate, sulfobutyl (meth) acrylate, etc., and these monovalent metal salts, divalent metal salts, ammonium A salt and organic ammonium salt are mentioned, These 1 type (s) or 2 or more types can be used.
- the salt is preferably a monovalent metal salt.
- the phosphoric acid monomer is a monomer containing an unsaturated double bond (carbon-carbon double bond) and a phosphate group and / or a phosphate.
- the inclusion of a phosphate group and / or a phosphate includes — (PO 4 ) m (Z) n (Z is as described above, and two or more different types may be used.
- M is the valence of PO 4 , n Is a valence of Z.) means that it has one or more groups in one molecule, and the phosphate is preferably an ammonium salt, sodium salt or potassium salt, More preferred is a sodium salt.
- esterified product of an unsaturated carboxylic acid and a compound having two or more hydroxyl groups in one molecule for example, an esterified product of phosphoric acid are suitable.
- esterified products of hydroxyl group-containing (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 1,4-butanediol mono (meth) acrylate and phosphoric acid
- Esterified products of polyalkylene glycol mono (meth) acrylates such as polyethylene glycol mono (meth) acrylate and polypropylene glycol mono (meth) acrylate and phosphoric acid are suitable, and one or more of these may be used. it can.
- the ester of the ionic group-containing monomer is a compound having a structure that becomes an ionic group-containing monomer (including a salt) by hydrolysis.
- a carboxylic acid ester having an unsaturated bond that does not correspond to the compound (for example, hydroxyethyl) (Meth) acrylate, hydroxyl group-containing (meth) acrylate such as hydroxypropyl (meth) acrylate), sulfonate ester having an unsaturated bond, phosphate ester having an unsaturated bond, and the like.
- the ester of the ionic group-containing monomer is preferably an ester of the anionic group-containing monomer described above. More preferred are monoesters and diesters of carboxylic acid monomers, and more preferred are esters of (meth) acrylic monomers, that is, (meth) acrylic esters.
- Examples of the alcohols include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 1-hexanol, and 2-hexanol.
- Aliphatic alcohols having 1 to 30 carbon atoms such as 3-hexanol, octanol, 2-ethyl-1-hexanol, nonyl alcohol, lauryl alcohol, cetyl alcohol and stearyl alcohol; fats having 3 to 30 carbon atoms such as cyclohexanol Cyclic alcohols; monohydric alcohols such as unsaturated alcohols having 3 to 30 carbon atoms such as (meth) allyl alcohol, 3-buten-1-ol, 3-methyl-3-buten-1-ol, etc. , Dihydric alcohols such as (poly) alkylene glycol; Polyhydric alcohols trivalent or more such kind; and the like may be mentioned, it is possible to use one or more of these.
- alkylene oxide adducts of these exemplified compounds, and derivatives such as partially etherified products and partially esterified products are also suitable.
- Specific examples of the alkylene oxide adduct include (alkoxy) (poly) alkylene glycols obtained by addition reaction of alkylene oxide with the above monohydric alcohols.
- examples of the ester of the anionic group-containing monomer include (alkoxy) (poly) alkylene glycol mono / di (meth) acrylate, and examples thereof include methoxypolyethylene glycol mono (meth) acrylate.
- the monomer component may also contain a monomer other than an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof (also referred to as “other monomer”). That is, the graft polymer contains not only ionic group-containing monomer units (constituent units derived from ionic group-containing monomers and / or esters thereof) but also other monomer units. Also good.
- the other monomer unit means a structure in which the unsaturated double bond portion of the other monomer is a single bond.
- the other monomer units may be bonded to a skeleton derived from the glycerin or may be bonded to an ionic group-containing monomer unit, and are not particularly limited.
- the ratio of the other monomers in the monomer component is such that all monomer components (ionic group-containing monomer and (/ Total amount of ester thereof and other monomers) is preferably 30% by mass or less with respect to 100% by mass. More preferably, it is 20 mass% or less, More preferably, it is 10 mass% or less.
- the 1 type (s) or 2 or more types of the following compound can also be used.
- the graft polymer of the present invention can be obtained, for example, by a production method having a graft polymerization step in which a monomer component containing an ionic group-containing monomer and / or an ester thereof is graft-polymerized to glycerol. Such a manufacturing method is also one aspect of the present invention.
- the monomer component used for a graft polymerization process contains ester of an ionic group containing monomer, it is suitable to perform the hydrolysis process which hydrolyzes an ester group after the said graft polymerization process.
- the graft polymerization step is preferably carried out at a temperature of 100 ° C. or higher substantially without using a solvent in the presence of a polymerization initiator.
- a polymerization solvent In normal polymerization, water or an organic solvent such as alcohol or toluene is used as a polymerization solvent.
- a graft polymer can be obtained.
- the graft polymer obtained by such a production method is presumed to have a structure in which an ionic group-containing monomer unit is bonded to at least one of carbon atoms constituting glycerol. Due to the structural characteristics, it is considered that the dispersion performance is particularly excellent.
- a normal radical initiator can be used, but an organic peroxide is preferably used from the viewpoint of reactivity and the like.
- organic peroxide Although it does not specifically limit as said organic peroxide, for example, the following compound etc. are mentioned, These 1 type (s) or 2 or more types can be used.
- an organic peroxide decomposition catalyst or a reducing compound may be used in combination with the organic peroxide.
- Ketone peroxides such as methyl ethyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, 3,3,5-trimethylcyclohexanone peroxide, methylcyclohexanone peroxide, methyl acetoacetate peroxide, acetylacetone peroxide; tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide, 2 Hydroperoxides such as-(4-methylcyclohexyl) -propane hydroperoxide; Di-tert-butyl peroxide, tert-butyl cumyl peroxide, dicumyl peroxide, ⁇ , ⁇ '-bis (tert-butylperoxy) p-diisopropylbenzene, ⁇ ,
- Dialkyl peroxides tert-butyl peroxyacetate, tert-butyl peroxylaurate, tert-butyl peroxybenzoate, di-tert-butyl peroxyisophthalate, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane, tert-butylperoxyisopropyl carbonate, tert-butylperoxyisobutyrate, tert-butylperoxybivalate, tert-butylperoxyneodecanoate, cumylperoxyneodecanoate, tert-butylperoxy-2 -Ethylexanoate, tert-butylperoxy-3,5,5-trimethylcyclohexanoate, tert-butylperoxybenzoate, tert-butylperoxymaleic acid, cumylperoxyoctoate Peroxy esters such as tert- he
- n-butyl-4,4-bis (tert-butylperoxy) valerate 2,2-bis (tert-butylperoxy) butane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) -3,3,5 Peroxyketals such as trimethylcyclohexane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) cyclohexane, 2,2-bis (tert-butylperoxy) octane; Acetyl peroxide, isobutyryl peroxide, octanoyl peroxide, decanoyl peroxide, lauroyl peroxide, 3,3,5-trimethylcyclohexanoyl peroxide, succinic acid peroxide, benzoyl peroxide, 2,4- Diacyl peroxides such as dichlorobenzoyl peroxide and m-toluyl peroxide; Di-isopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhe
- the amount of the polymerization initiator is not particularly limited.
- the amount is preferably 0.1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of glycerin. It will be enough. More preferably, it is 0.5 to 10 parts by weight.
- the polymerization initiator can be added to the glycerin in advance, but can also be added to the monomer component or added to the reaction system simultaneously with the monomer component.
- the graft polymerization step is performed substantially without using a solvent, that is, substantially without a solvent.
- “Substantially no solvent” means that the amount of the solvent is 5% by mass or less with respect to 100% by mass of the total amount of the reaction system (that is, the total amount of all components to be subjected to the polymerization reaction). Preferably it is 3 mass% or less, More preferably, it is 1 mass% or less.
- the graft polymerization step is preferably performed at a temperature of 100 ° C. or higher, but is preferably 160 ° C. or lower in order to sufficiently suppress thermal decomposition of glycerins and the obtained graft polymer.
- the polymerization temperature is more preferably 110 ° C. to 160 ° C., further preferably 120 to 140 ° C.
- the polymerization can be carried out either batchwise or continuously.
- the glycerins and monomer components used in the graft polymerization step are as described above.
- the order of addition of the raw materials and the like is not particularly limited, but it is preferable that a part or all of the glycerins are initially charged.
- an unsaturated dicarboxylic acid monomer and / or ester thereof is used as the ionic group-containing monomer and / or ester thereof
- use of the unsaturated dicarboxylic acid monomer and / or ester thereof It is preferable to initially charge half or more of the amount together with a part or all of the glycerol. And after heating these above the pour point (flow temperature) of glycerol, it is suitable to carry out graft polymerization by adding the remaining monomer component and a polymerization initiator separately.
- the introduction rate of the unsaturated dicarboxylic acid monomer and / or ester thereof into the graft polymer can be further increased.
- the remaining glycerin may mix with a monomer component or a polymerization initiator, and may be dripped.
- the hydrolysis step is not particularly limited as long as it is performed by a normal method.
- an aqueous base solution is added to adjust the pH of the solution to 10 or more (preferably pH 13 or more), and then heated. And hydrolyzing.
- the reaction temperature and time are not particularly limited.
- the reaction product obtained through the graft polymerization step may contain various polymers as by-products in addition to the graft polymer of the present invention. Therefore, if necessary, it may be subjected to a process of isolating individual polymers, but from the viewpoint of work efficiency and production cost, it is used for various purposes without isolating individual polymers. May be.
- the graft polymer can also be used for various purposes by dissolving it in a solvent such as water or alcohol.
- a base may be added to convert the acid group or ester group of the graft polymer into a salt, and in this case, the storage stability of the graft polymer is improved, which is preferable.
- the form which has the process which the said manufacturing method further processes with a base is also one of the suitable forms.
- hydroxide of monovalent metals or divalent metals such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, lithium hydroxide; sodium carbonate, calcium carbonate, lithium carbonate, etc.
- Monovalent metal or divalent metal carbonate; ammonia; organic amine salts such as monoethanolamine and triethanolamine, and the like, and one or more of these can be used.
- water is preferably used.
- the graft polymer of the present invention exhibits good performance as a water-insoluble inorganic or organic dispersant.
- good performance can be exhibited as a dispersant for inorganic pigments such as heavy or light calcium carbonate and clay used for paper coating; a dispersant for water slurry such as cement and coal;
- water treatment agents for scale prevention in cooling water systems, boiler water systems, seawater desalination equipment, pulp digesters, and black liquor concentration tanks scale treatment agents; textile treatments such as dyeing aids and textile antistatic aids Agent; Adhesive; Sealing agent; Flexibility-imparting component for various polymers; Detergent builder and the like.
- the graft polymer is a graft polymer for cement admixture
- the cement admixture containing the graft polymer is one aspect of the present invention.
- the cement admixture of the present invention contains the graft polymer.
- the ionic group (carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, etc.) in the ionic group-containing monomer unit in the graft polymer.
- it acts as an adsorbing group that adsorbs cement particles, and glycerin is considered to act as a dispersing group that disperses cement particles. Due to these interactions, high cement dispersion performance (water reduction performance) can be exhibited. Guessed.
- the content of the cement admixture is not particularly limited as long as it contains the graft polymer.
- the reaction product obtained by the production method may be used as it is as a cement admixture
- the graft polymer may be isolated and used as a cement admixture.
- the said cement admixture may also contain a solvent and another additive as needed.
- the other additives are not particularly limited as long as they are usually used in the cement field.
- water reducing agents for example, water reducing agents, AE water reducing agents, fluidizing agents, high performance water reducing agents, high performance AE water reducing agents, Sticky agent, antifoaming agent, shrinkage reducing agent, swelling agent, rust preventive agent, strength enhancer, antifungal agent, cement dispersant, AE (air entrainment) agent, cement wetting agent, water-soluble polymer substance, waterproofing agent,
- a curing retarder a curing accelerator, a quick setting agent, and an aggregating agent. These may use only 1 type and may mix and use 2 or more types. Further, the blending ratio is not particularly limited.
- the cement admixture can be used for various hydraulic materials, that is, cement compositions such as cement and gypsum, and other hydraulic materials.
- cement compositions such as cement and gypsum
- a cement composition using cement as the hydraulic material is most preferable.
- a cement composition containing the cement admixture, cement and water is also one aspect of the present invention.
- the cement composition of the present invention contains the above-mentioned cement admixture, cement and water as essential components.
- the cement include Portland cement (ordinary, early strength, ultra-early strength, moderate heat, sulfate-resistant and each of them.
- Low alkali type various mixed cements (blast furnace cement, silica cement, fly ash cement); white Portland cement; alumina cement; super fast cement (1 clinker fast cement, 2 clinker fast cement, magnesium phosphate cement); grout Cement for oil; Oil well cement; Low heat generation cement (low heat generation type blast furnace cement, fly ash mixed low heat generation type blast furnace cement, high content cement of belite); Ultra high strength cement; Cement-based solidification material; Eco-cement (city waste incineration ash, Manufactured from one or more sewage sludge incineration ash Cement) other such, these blast furnace slag, fly ash, cinder ash, clinker ash, husk ash, silica fume, silica powder, and a film obtained by adding a fine powder and gypsum limestone powder.
- blast furnace cement silica cement, fly ash cement
- white Portland cement alumina cement
- super fast cement (1 clinker fast cement, 2 clinker fast cement, magnesium
- the cement composition may also include an aggregate if necessary.
- Aggregates include gravel, crushed stone, granulated slag, recycled aggregate, etc., as well as silica, clay, zircon, high alumina, silicon carbide, graphite, chrome, chromic, magnesia, etc. Examples include fireproof aggregates.
- the unit water amount per 1 m 3, the amount of cement used, and the water / cement ratio are not particularly limited.
- the unit water amount is preferably 100 to 185 kg / m 3 , more preferably 120 to 175 kg / m 3 .
- the amount of cement used is preferably 250 to 800 kg / m 3 , more preferably 270 to 800 kg / m 3 .
- the water / cement ratio (mass ratio) is preferably 0.1 to 0.7, more preferably 0.2 to 0.65.
- the cement admixture of the present invention can exhibit excellent performances even in a high water reduction rate region with high performance and has excellent workability, it is used for ready-mixed concrete and secondary concrete products (precast concrete). It can also be effectively applied to concrete, centrifugal concrete, vibration compaction concrete, steam-cured concrete, shotcrete, and the like.
- Medium fluidized concrete concrete with a slump value in the range of 22-25 cm
- high fluidity concrete concrete with a slump value of 25 cm or more and a slump flow value in the range of 50-70 cm
- self-filling concrete self-leveling material It is also effective for mortar and concrete that require high fluidity.
- the blending ratio of the cement admixture of the present invention is, for example, 0.01% of the graft polymer, which is an essential component of the present invention, in terms of solid content with respect to 100% by mass of the total amount of cement. It is preferable to set it to ⁇ 10% by mass. If it is less than 0.01% by mass, the performance may not be sufficient. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, the effect will substantially reach its peak, which may be disadvantageous in terms of economy. More preferably, it is 0.02 to 5% by mass, and still more preferably 0.05 to 3% by mass.
- the solid content can be measured as follows. (Solid content measurement method) 1. Weigh the aluminum dish precisely. 2.
- a solid content measurement product precisely weighed in 2 is placed in a dryer adjusted to 130 ° C. in a nitrogen atmosphere for 1 hour. 4. After 1 hour, remove from the dryer and allow to cool in a desiccator at room temperature for 15 minutes. After 5 and 15 minutes, remove from the desiccator and accurately weigh the aluminum dish and the measurement object. The solid content is measured by subtracting the mass of the aluminum dish obtained in 1 from the mass obtained in 6 and 5 and dividing the mass of the fixed content obtained in 2.
- the graft polymer of the present invention is composed as described above, it is particularly excellent in dispersion performance, can be suitably used for various applications such as cement admixture, and is effective for effective utilization of glycerin, which is a recent problem. . Further, since glycerin is inexpensive, if this graft polymer is used as a raw material for various applications, a high-performance product can be provided at low cost. Further, when such a graft polymer is produced, if the production method of the present invention is employed, the graft polymer can be produced efficiently, which is industrially useful.
- Example 1 It is the chart figure analyzed by the electrophoresis analysis about each of the graft polymer obtained in Example 1, acrylic acid, and polyglycerin. It is the chart figure analyzed by GPC about each of the graft polymer and polyglycerol obtained in Example 1.
- FIG. The result of Table 1 is graphed.
- Examples 1-1 and 1-2 in Table 1 are obtained by changing the addition amount of the graft polymer obtained in Example 1, and are denoted as “Example 1” in FIG.
- Comparative Examples 2-1 to 2-3 in Table 1 the amount of sodium lignin sulfonate added was different, and is represented as “Comparative Example 2” in FIG.
- the result of Table 2 is made into a graph.
- Examples 2-1 and 2-2 in Table 2 differed in the amount of the graft polymer obtained in Example 2 and are shown as “Example 2” in FIG. Similarly, in FIG. 4, Examples 3-1 and 3-2 in Table 2 are “Example 3”, Examples 4-1 and 4-2 are “Example 4”, and Example 5-1 And 5-2 are referred to as “Example 5”, respectively.
- Comparative Examples 4-1 and 4-2 in Table 2 differ in the amount of polyglycerin added, and are represented as “Comparative Example 4” in FIG. Similarly, in FIG. 4, Comparative Examples 6-1 and 6-2 in Table 2 are indicated as “Comparative Example 6”, and Comparative Examples 7-1 and 7-2 are indicated as “Comparative Example 7”, respectively.
- Example 6 The result of Table 3 is made into a graph.
- Examples 6-1 and 6-2 in Table 3 are obtained by changing the amount of the graft polymer obtained in Example 6 and are shown as “Example 6” in FIG.
- Examples 7-1 and 7-2 in Table 3 are “Example 7”
- Examples 8-1 and 8-2 are “Example 8”
- Example 9-1 Example 9
- Examples 10-1 to 10-3 are referred to as “Example 10”.
- Comparative Examples 4-3 and 4-4 in Table 3 differ in the amount of polyglycerin added, and are represented as “Comparative Example 4” in FIG.
- ⁇ Capillary electrophoresis measurement conditions Apparatus: P / ACE MDQ (manufactured by Beckman Coulter) Capillary: eCAP Capillary Tubing (manufactured by Beckman Coulter), length 57 cm, effective length 50 cm, inner diameter 75 ⁇ m Detector: PDA Detector (manufactured by Beckman Coulter) Buffer solution: Sodium tetraborate decahydrate was dissolved in purified water to a concentration of 50 mM to prepare an electrophoretic solution.
- Example 1 A glass reaction vessel equipped with a thermometer, stirrer, and vacuum pump connection vessel was charged with polyglycerin having a polymerization degree of 6 (Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd., # 500), and heat dehydration was performed at 128 ° C. under reduced pressure (this) Is referred to as “dehydrated polyglycerin”.) A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser was charged with 80 g of dehydrated polyglycerol, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring.
- FIGS. 1 and 2 The data obtained by analyzing the structure of the graft polymer obtained in Example 1 by electrophoretic analysis and GPC are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
- electrophoresis data of acrylic acid and polyglycerin (Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd., # 500) are also shown.
- GPC chart of polyglycerin (Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd., # 500) is also shown. From these results, it can be confirmed that acrylic acid is graft-polymerized to polyglycerol.
- Example 1-1 Using the graft polymer aqueous solution obtained in Example 1, a mortar was prepared as follows, and an initial air amount and a 15-stroke flow value were measured (Examples 1-1 to 1-2).
- Example 1-1 an example using only polyglycerol (manufactured by Sakamoto Pharmaceutical Co., Ltd., # 500) (Comparative Example 1-1), an example using only sodium lignin sulfonate (No. 70, manufactured by BASF Pozzolith) For (Comparative Examples 2-1 to 2-3) and Plain (water only, no additive) (Comparative Example 3-1), the initial air amount and the 15-stroke flow value were also measured.
- Table 1 shows a graph of the results shown in Table 1.
- each component was weighed, defoaming agent MA-404 was added in solid form and 10% by mass with respect to the solid content of each component, and ion-exchanged water was added to obtain a predetermined amount, which was sufficiently uniformly dissolved. .
- Table 1 the addition amount of each component is represented by mass% of the solid content of each component with respect to the cement mass.
- a stainless beater (stirring blade) was attached to a Hobart type mortar mixer (model No. N-50; manufactured by Hobart), C and W were added, and kneaded at a first speed for 30 seconds. Further, S was added over 30 seconds while kneading at a first speed. After completion of the S addition, mortar was prepared by kneading at a second speed for 30 seconds.
- the flow cone is pulled up vertically, and the diameter of the expanded mortar (the diameter of the longest part (major axis) and the diameter of the part forming 90 degrees with respect to the major axis) is measured at two locations, and the average value is 0 times.
- the flow value was used.
- 15 falling motions were given in 15 seconds, and the diameter of the expanded mortar (the diameter of the longest part (major axis) and the diameter of the part forming 90 degrees with respect to the major axis) was 2
- the spot was measured and the average value was taken as the 15-stroke flow value. The larger the numerical value of the 15 stroke flow value, the better the dispersion performance.
- the 15 shot flow values of the examples are evaluated in terms of the effective component amount of the polymer aqueous solution obtained in each example.
- Example 2 In a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection tank, polyglycerin having an average polymerization degree of 10 (manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd., # 750) was placed and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure ( This is referred to as “dehydrated polyglycerol”.) A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser was charged with 95.3 g of dehydrated polyglycerol, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring. Next, while maintaining the temperature at 128 ° C.
- Example 3 A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection vessel was charged with polyglycerin having an average polymerization degree of 20 (manufactured by Daicel, PGL 20PW) and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure (this was It is called “dehydrated polyglycerin”.)
- polyglycerin having an average polymerization degree of 20 (manufactured by Daicel, PGL 20PW) and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure (this was It is called “dehydrated polyglycerin”.)
- 96.2 g of dehydrated polyglycerin was charged, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring.
- Example 4 A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection vessel was charged with polyglycerin having an average degree of polymerization of 40 (manufactured by Daicel, PGL X) and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure (this was It is called “dehydrated polyglycerin”.)
- a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser 101.3 g of dehydrated polyglycerin was charged, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring.
- Example 5 A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser was charged with 80.35 g of the polyglycerin alkylene oxide adduct (PGL-20PW + 5EO) obtained in Production Example 1 under a nitrogen stream. The mixture was heated and heated to 128 ° C. with stirring. Next, while maintaining the temperature at 128 ° C. to 130 ° C. in a nitrogen atmosphere, 0.6 g of t-butyl peroxyisopropyl carbonate (manufactured by NOF Corporation: Perbutyl I) and 8.4 g of acrylic acid (AA) are separately added. It was dripped continuously over 5 hours.
- PGL-20PW + 5EO polyglycerin alkylene oxide adduct
- Example 2 ⁇ Mortar test> Using each of the aqueous graft polymer solutions obtained in Examples 2 to 5, a mortar was prepared in the same manner as in Example 1, and the initial air amount and 15 striking flow values were measured.
- Example 2-1 and 2-2 the aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 2 was used, and in Examples 3-1 and 3-2, the aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 3 was used.
- Examples 4-1 to 4-2 an aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 4 was used, and in Examples 5-1 to 5-2, the graft polymer obtained in Example 5 was used.
- An aqueous solution of was used.
- FIG. 4 shows a graph of the results in Table 2.
- MA-404 manufactured by BASF Pozzolith Co., Ltd.
- an antifoaming agent was used in an amount of 10% by mass with respect to each component solid content. Added.
- the polyglycerin or the alkylene oxide adduct of polyglycerin used in Comparative Examples 4 to 7 is a raw material of the graft polymer obtained in Examples 2 to 5, but from Comparative Examples 4-1 to 7-2 in Table 2. It can be seen that even when the amount of the polyglycerol or the alkylene oxide adduct of polyglycerol is increased, the 15-stroke flow value does not increase. On the other hand, in Examples 2-1 to 5-2, as the addition amount of the graft polymer obtained in Examples 2 to 5 was increased, the 15-stroke flow value was increased and the dispersibility was expressed. Is clear.
- Example 6 In a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection vessel, polyglycerin having an average polymerization degree of 6 (# 500, manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was placed and dehydrated by heating at 128 ° C. under reduced pressure (this Is referred to as “dehydrated polyglycerin”.) Into a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser, 119.9 g of dehydrated polyglycerin was charged, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring. Next, while maintaining the temperature at 128 ° C. to 130 ° C.
- Example 7 In a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection tank, polyglycerin having an average polymerization degree of 10 (# 750, manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was placed, and heat dehydration was performed at 128 ° C. under reduced pressure (this) Is referred to as “dehydrated polyglycerin”.) A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser was charged with 94.5 g of dehydrated polyglycerol, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring.
- Example 8 In a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection vessel, polyglycerin having an average polymerization degree of 6 (# 750, manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was placed and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure (this) Is referred to as “dehydrated polyglycerin”.) A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser was charged with 90.9 g of dehydrated polyglycerin and 5.7 g of maleic acid (MA) and heated under a nitrogen stream while stirring. The temperature was raised to 128 ° C.
- polyglycerin having an average polymerization degree of 6 (# 750, manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was placed and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure (this) Is referred to as
- Example 9 In a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection vessel, polyglycerin having an average polymerization degree of 6 (# 750, manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was placed and subjected to heat dehydration at 128 ° C. under reduced pressure (this) Is referred to as “dehydrated polyglycerin”.) A glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser was charged with 84.5 g of dehydrated polyglycerin and 9.4 g of sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (AMPS).
- AMPS 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate
- Example 10 In a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, and a vacuum pump connection tank, polyglycerin having an average polymerization degree of 10 (# 750, manufactured by Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was placed, and heat dehydration was performed at 128 ° C. under reduced pressure (this) Is referred to as “dehydrated polyglycerin”.) Into a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen inlet, and a reflux condenser, 90.1 g of dehydrated polyglycerin was charged, heated in a nitrogen stream, and heated to 128 ° C. with stirring.
- Example 6 ⁇ Mortar test> Using each of the aqueous graft polymer solutions obtained in Examples 6 to 10, a mortar was prepared in the same manner as in Example 1, and the initial air amount and 15 striking flow values were measured.
- Examples 6-1 to 6-2 the aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 6 was used.
- Example 7-1 to 7-2 the aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 7 was used.
- Examples 8-1 to 8-2 the aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 8 was used, and in Examples 9-1 to 9-2, the graft polymer obtained in Example 9 was used.
- Examples 10-1 to 10-3 the aqueous solution of the graft polymer obtained in Example 10 was used.
- the polyglycerin used in Comparative Examples 1 and 4 is a raw material for the graft polymer obtained in Examples 6 to 10, but from Comparative Examples 1-2, 4-3 and 4-4 in Table 3, the polyglycerin is used. It can be seen that the flow value of 15 strokes does not increase even if the amount of addition is increased. On the other hand, in Examples 6-1 to 10-3, as the addition amount of the graft polymer obtained in Examples 6 to 10 increased, the flow value of 15 strokes increased, and the dispersibility was expressed. Is clear.
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Abstract
グリセリンの有効利用に効果的で、各種用途、特にセメント混和剤用途に有用なグラフト重合体、それを含むセメント混和剤及びセメント組成物、並びに、該グラフト重合体を効率的に製造できる製造方法を提供する。 グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるセメント混和剤用グラフト重合体。
Description
本発明は、グラフト重合体、その製造方法及びセメント混和剤に関する。より詳しくは、グリセリン類を用いたグラフト重合体、その製造方法、グラフト重合体を含むセメント混和剤、及び、それを含むセメント組成物に関する。
グリセリンは、主に、油脂の加水分解やプロピレンを用いた合成手法等により得られ、医薬品、化粧品、樹脂、塗料等の原料として有用なものである。しかしながら、近年、グリセリンの有効利用が課題となっている。すなわち、環境保護の観点から、石油代替燃料としてバイオディーゼル燃料が注目されているが、バイオディーゼル燃料(脂肪酸エステル)を得るには、アルカリ触媒の存在下、植物油脂や動物油脂等の油脂と低級アルコールとをエステル交換反応させた後、副生されたグリセリンを除去して得る手法が一般的であり、このような手法では、原理的にグリセリンの副生を抑制することは難しい。今後、バイオディーゼル燃料の生産量増加に伴い、副生グリセリンが余剰となることが予想される一方で、現在のグリセリンの用途では消費量は限定されているため、グリセリンを有効に活用する技術が求められている。
グリセリンを利用した技術としては、例えば、特許文献1に、グリセリンの脱水縮合重合で得られるグリセリン重合物を、モルタル及びコンクリート用混和剤として利用する手法が開示され、特許文献2には、グリセリン/ポリグリセリンと脂肪族カルボン酸とのエステルを用いたセメント分散組成物が開示されている。また、特許文献3には、不飽和結合を有するポリグリセリンエステル単量体と酸系単量体とを重合して得られる共重合体を含むコンクリート混和剤が開示されている。更に、特許文献4には、ポリグリセリンにアクリル酸又はその塩をグラフト重合させて得た吸水性グラフト重合体が開示されている。
上述したように、グリセリンの有効活用法が求められており、例えば、特許文献1~3のように、セメントやコンクリート、モルタル等のセメント組成物に添加される減水剤用途が検討されつつある。減水剤は、通常、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ことにより、硬化物の強度や耐久性等を向上させる作用を発揮させることを目的として使用される剤であり、従来の減水剤として代表的なものにはリグニンスルホン酸塩を主成分とするAE(空気連行)減水剤がある。しかしながら、これまでのグリセリンを利用した技術では、従来の減水剤と同等の又はそれを凌駕する減水性(セメント分散性、流動性)を発揮できるレベルには至っていない。なお、特許文献3のコンクリート混和剤が必須とする共重合体は、その製造工程での反応温度や溶媒条件から勘案すると、通常のラジカル重合法により、単量体単位がランダムに結合した構造の共重合体と推測される。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、グリセリンの有効利用に効果的で、各種用途、特にセメント混和剤用途に有用なグラフト重合体、それを含むセメント混和剤及びセメント組成物を提供すること、並びに、該グラフト重合体を効率的に製造できる製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者等は、グリセリンの有効利用に関し鋭意検討を重ねた結果、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体が、この構造的特徴に起因して、各種用途に有用なものであることを見いだした。このようなグラフト重合体は、特に分散性能に優れ、セメント混和剤等の各種用途に好適に使用できるため、近年の課題であるグリセリンの有効利用に効果的である。特に、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比が特定範囲内のものであると、分散性能がより一層向上されるため、分散性能が要求される分野に極めて好適なものとなる。また、グリセリンは廉価であるため、各種用途でこのグラフト重合体を原料とすれば、低コストで高性能の製品を提供することができる。本発明者等はまた、このようなグラフト重合体を得る際に特定条件下でグラフト重合を行う製造方法を採用すると、効率よく製造することができることを見いだし、本発明に到達した。
すなわち本発明は、下記の発明(1)~(6)からなる。
発明(1):グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるセメント混和剤用グラフト重合体。
発明(2):グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体であって、該グラフト重合体は、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)が、1/99~99/1であるグラフト重合体。
発明(3):上記セメント混和剤用グラフト重合体を含むセメント混和剤。
発明(4):上記グラフト重合体を含むセメント混和剤。
発明(5):上記セメント混和剤、セメント及び水を含むセメント組成物。
発明(6):グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体を製造する方法であって、該製造方法は、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させるグラフト重合工程を有し、該グラフト重合工程は、重合開始剤の存在下、実質的に溶媒を用いず、100℃以上の温度で行うグラフト重合体の製造方法。
以下に本発明を詳述する。なお、以下に記載される本発明の個々の好ましい形態を2つ又は3つ以上組み合わせた形態も、本発明の好ましい形態である。
発明(1):グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるセメント混和剤用グラフト重合体。
発明(2):グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体であって、該グラフト重合体は、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)が、1/99~99/1であるグラフト重合体。
発明(3):上記セメント混和剤用グラフト重合体を含むセメント混和剤。
発明(4):上記グラフト重合体を含むセメント混和剤。
発明(5):上記セメント混和剤、セメント及び水を含むセメント組成物。
発明(6):グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体を製造する方法であって、該製造方法は、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させるグラフト重合工程を有し、該グラフト重合工程は、重合開始剤の存在下、実質的に溶媒を用いず、100℃以上の温度で行うグラフト重合体の製造方法。
以下に本発明を詳述する。なお、以下に記載される本発明の個々の好ましい形態を2つ又は3つ以上組み合わせた形態も、本発明の好ましい形態である。
<グラフト重合体>
本発明のグラフト重合体は、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるものであり、具体的には、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルに由来するイオン性基含有単量体単位がグラフト結合された構造を有する。グリセリン類及び単量体成分は、それぞれ、1種のものを使用してもよいし、2種以上のものを使用してもよい。このような本発明のグラフト重合体は、後述するようにセメント混和剤用途に特に有用であるが、このようにグリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるセメント混和剤用グラフト重合体は、本発明の1つである。
なお、本発明のグラフト重合体は、おそらく、グリセリン類を構成する炭素原子の少なくとも1つに、イオン性基含有単量体単位が結合した構造を持つものと推測される。
本発明のグラフト重合体は、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるものであり、具体的には、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルに由来するイオン性基含有単量体単位がグラフト結合された構造を有する。グリセリン類及び単量体成分は、それぞれ、1種のものを使用してもよいし、2種以上のものを使用してもよい。このような本発明のグラフト重合体は、後述するようにセメント混和剤用途に特に有用であるが、このようにグリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるセメント混和剤用グラフト重合体は、本発明の1つである。
なお、本発明のグラフト重合体は、おそらく、グリセリン類を構成する炭素原子の少なくとも1つに、イオン性基含有単量体単位が結合した構造を持つものと推測される。
上記グリセリン類に単量体成分をグラフト重合させる方法としては、例えば、重合開始剤の存在下、実質的に溶媒を用いず、100℃以上の温度でグラフト重合工程を行うことが好適である。これによって、分散性能に優れるグラフト重合体を効率的に得ることが可能になる。このようなグラフト重合工程の好ましい形態は、後述するとおりである。
なお、グリセリン類に上記単量体成分がグラフト重合されていることは、例えば、キャピラリー電気泳動法や、GPCにより確認することができる。
なお、グリセリン類に上記単量体成分がグラフト重合されていることは、例えば、キャピラリー電気泳動法や、GPCにより確認することができる。
上記グラフト重合体の重量平均分子量は、1000~200000であることが好適である。この範囲にあることで、分散性能をより高めることができるため、例えばセメント混和剤用途に用いた場合に、少ない添加量でより高いセメント分散性を発揮することができる。より好ましくは3000~100000、更に好ましくは5000~50000である。
なお、重量平均分子量は、例えば、ポリエチレングリコール換算によるゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって、後述するGPC測定条件にて測定することができる。
なお、重量平均分子量は、例えば、ポリエチレングリコール換算によるゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって、後述するGPC測定条件にて測定することができる。
上記グラフト重合体において、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)は、1/99~99/1であることが好適である。このようにグリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体であって、該グラフト重合体は、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量との質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)が、1/99~99/1であるグラフト重合体もまた、本発明の1つである。
上記イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)としてより好ましくは、60/40~99/1である。この範囲内であれば、グラフト重合体の分散性能をより高めることができるため、分散性能が要求される分野(例えば、セメント混和剤用途)でより有用なものとなる。なお、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量の割合が上記範囲内にあることで、減水効果がより充分になるとともに、重合を容易に行うことが可能になる。上記質量比として更に好ましくは、70/30~99/1である。
-グリセリン類-
上記グラフト重合体を構成するグリセリン類とは、1分子中に平均3個以上の水酸基を含有する化合物を意味し、炭素、水素及び酸素の3つの元素から構成される化合物であることが好ましい。このようなグリセリン類が有する水酸基の数は、3個以上が適当であるが、グラフト重合を行う際の重合性の観点から、100個以下であることが好適である。より好ましくは4~50個、更に好ましくは5~20個である。
上記グリセリン類はまた、不飽和結合を有しないことが好適である。
なお、上記グラフト重合体におけるグリセリン類に由来する骨格の結合形状は、直鎖状、環状又は分岐状のいずれであってもよいし、これらのうち2以上の結合形状を有するものであってもよい。
上記グラフト重合体を構成するグリセリン類とは、1分子中に平均3個以上の水酸基を含有する化合物を意味し、炭素、水素及び酸素の3つの元素から構成される化合物であることが好ましい。このようなグリセリン類が有する水酸基の数は、3個以上が適当であるが、グラフト重合を行う際の重合性の観点から、100個以下であることが好適である。より好ましくは4~50個、更に好ましくは5~20個である。
上記グリセリン類はまた、不飽和結合を有しないことが好適である。
なお、上記グラフト重合体におけるグリセリン類に由来する骨格の結合形状は、直鎖状、環状又は分岐状のいずれであってもよいし、これらのうち2以上の結合形状を有するものであってもよい。
上記グリセリン類としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリグリシドール、グリセリン、ポリグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5-ペンタトリオール、エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール等が好適である。また、糖類として、グルコース、フルクトース、マンノース、インドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、プシコース、アルトロース等のヘキソース類の糖類;アラビノース、リブロース、リボース、キシロース、キシルロース、リキソース等のペントース類の糖類;トレオース、エリトルロース、エリトロース等のテトロース類の糖類;ラムノース、セロビオース、マルトース、イソマルトース、トレハロース、シュウクロース、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース等のその他糖類;これらの糖アルコール、糖酸(糖類;グルコース、糖アルコール;グルシット、糖酸;グルコン酸)も好適である。更に、これら例示化合物のアルキレンオキシド付加物や、部分エーテル化物、部分エステル化物等の誘導体も好適である。なお、上記グリセリン類がアルキレンオキシド基を含む化合物(例えば、上記例示化合物のアルキレンオキサイド付加物)である形態は、本発明の好適な形態の1つである。このアルキレンオキシド基を含む化合物として好ましくは、後述するようにポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物である。
上記グリセリン類の中でも、本発明においては、グリセリン、ポリグリセリン及びポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物が好適である。より好ましくは、ポリグリセリン及びポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物である。
なお、バイオディーゼル燃料の製造時に生じる副生グリセリンの有効活用の観点からは、副生グリセリンや、それを用いたポリグリセリン及びポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物を使用することが好適である。
なお、バイオディーゼル燃料の製造時に生じる副生グリセリンの有効活用の観点からは、副生グリセリンや、それを用いたポリグリセリン及びポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物を使用することが好適である。
上記ポリグリセリンは、分子内にグリセリン骨格(グリセリン単位)を2以上有する化合物を意味する。ポリグリセリンは、製造したものを用いてもよいし、市販のものを用いてもよい。ポリグリセリンの製造方法としては、例えば、(1)グリセリンの脱水縮合反応、(2)グリセリン蒸留成分からの回収、(3)グリセリン類似化合物(例えば、グリシドール)からの合成、という3つの手法が挙げられる。一般に、手法(1)又は(2)のように出発原料をグリセリンとして得られるポリグリセリンは、直鎖状の構造を有する。また、手法(3)のうち、出発原料をグリシドールとして得られるポリグリセリンは、分岐状の構造を有する。例えば、阪本薬品工業社製のポリグリセリン(♯500、750)は、出発原料がグリセリンであり、直鎖状ポリグリセリンとなる。一方、ダイセル工業社製のポリグリセリン(PGL 06、PGL 10)は、出発原料がグリシドールであり、分岐状ポリグリセリンとなる。
なお、上記ポリグリセリンの中でも、本発明では、分岐状のポリグリセリンを用いることが好適である。すなわち、上記グリセリン類が分岐型ポリグリセリンである形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。
なお、上記ポリグリセリンの中でも、本発明では、分岐状のポリグリセリンを用いることが好適である。すなわち、上記グリセリン類が分岐型ポリグリセリンである形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。
上記ポリグリセリンにおけるグリセリン骨格の平均繰り返し数は、2~300であることが好ましく、より好ましくは2~100、更に好ましくは2~50である。
上記ポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物とは、ポリグリセリンに、アルキレンオキシド(アルキレングリコール)を1種又は2種以上付加反応させて得られる化合物であり、その付加反応方法は特に限定されるものではない。例えば、アルキレンオキサイドを付加させる際の反応温度は、副生成物の発生をより抑制するとともに、付加速度を高めて生産性を向上できる観点からは、60~180℃とするのが好ましい。また、触媒として、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属及びそれらの水酸化物を用いることが好適である。更に、付加反応は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、より好ましくは窒素雰囲気下である。また加圧下で行うことも好適である。
上記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が好適である。中でも、反応性の観点や、また分散性能の向上の観点、特にセメント混和剤用途に用いた場合にセメント粒子の分散性や親水性をより向上させる観点から、炭素数2~8のアルキレンオキシドが好ましい。より好ましくは炭素数2~4のアルキレンオキシド、更に好ましくは炭素数2~3のアルキレンオキシドであり、特に好ましくは、炭素数2のアルキレンオキシド(エチレングリコール、エチレンオキシド)が主であることであり、これにより、グラフト重合体により充分な親水性及び分散性能が付与されることとなる。
ここで、「主である」とは、例えば、アルキレンオキシドの全量100モル%に対し、エチレンオキシドが50モル%以上であることが好ましい。より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上である。
ここで、「主である」とは、例えば、アルキレンオキシドの全量100モル%に対し、エチレンオキシドが50モル%以上であることが好ましい。より好ましくは70モル%以上、更に好ましくは90モル%以上である。
上記ポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物において、アルキレンオキシド単位の平均繰り返し数は、例えば、1~20であることが好適である。より好ましくは1~10、更に好ましくは1~3である。
なお、1つのアルキレンオキシド鎖が2種以上のアルキレンオキシドから構成される場合、その結合形態はブロック状であってもよいし、ランダム状であってもよい。
なお、1つのアルキレンオキシド鎖が2種以上のアルキレンオキシドから構成される場合、その結合形態はブロック状であってもよいし、ランダム状であってもよい。
上記ポリグリセリン及びポリグリセリンのアルキレンオキシド付加物の重量平均分子量は、150~25000であることが好適である。これにより、分散性能をより高めることができる。より好ましくは150~7500、更に好ましくは150~4000である。
なお、重量平均分子量は、例えば、ポリエチレングリコール換算によるゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって、後述するGPC測定条件にて測定することができる。
なお、重量平均分子量は、例えば、ポリエチレングリコール換算によるゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によって、後述するGPC測定条件にて測定することができる。
-イオン性基含有単量体及び/又はそのエステル-
上記単量体成分において、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルは、重合に供されて上記グラフト重合体中にイオン性基含有単量体単位を与えるものである。イオン性基含有単量体単位とは、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルに由来する構成単位を意味し、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルが有する不飽和二重結合部分(C=C)が、単結合(-C-C-)となった構造を意味する。
上記イオン性基含有単量体としては、カチオン性基含有単量体であってもよいし、アニオン性基含有単量体であってもよいが、後述するようにアニオン性基含有単量体であることが好ましい。
上記単量体成分において、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルは、重合に供されて上記グラフト重合体中にイオン性基含有単量体単位を与えるものである。イオン性基含有単量体単位とは、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルに由来する構成単位を意味し、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルが有する不飽和二重結合部分(C=C)が、単結合(-C-C-)となった構造を意味する。
上記イオン性基含有単量体としては、カチオン性基含有単量体であってもよいし、アニオン性基含有単量体であってもよいが、後述するようにアニオン性基含有単量体であることが好ましい。
上記カチオン性基含有単量体としては、少なくとも1つの窒素原子を含むカチオン性基含有単量体が好適である。そのようなカチオン性基含有単量体として、例えば、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ジアリルアルキルアミン及びこれらの四級化物;ジアリルアミン等が挙げられる。
上記四級化物は、上記ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート等を四級化剤で四級化したものである。当該四級化剤としては、四級化剤として通常用いられているものを使用することができ、例えば、塩化メチル、塩化エチル、臭化メチル、臭化エチル、ヨウ化メチル、ベンジルクロリド等のハロゲン化アルキル;ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等のアルキル硫酸塩;等を用いることができる。
上記ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートとしては、具体的には、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノメチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノブチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノブチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノヘキシル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノオクチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノドデシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
上記ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートの四級化物としては、具体的には、トリメチルアンモニウムエチル(メタ)アクリレートクロリド、トリメチルアンモニウムエチル(メタ)アクリレートサルフェート、ジメチルエチルアンモニウムエチル(メタ)アクリレートサルフェート、トリメチルアンモニウムプロピル(メタ)アクリレートクロリド、トリメチルアンモニウムプロピル(メタ)アクリレートサルフェート、ジメチルエチルアンモニウムプロピル(メタ)アクリレートサルフェート、トリメチルアンモニウムブチル(メタ)アクリレートクロリド、トリメチルアンモニウムブチル(メタ)アクリレートサルフェート、ジメチルエチルアンモニウムブチル(メタ)アクリレートサルフェート等が挙げられる。
上記ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミドとしては、具体的には、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノブチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノオクチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノドデシル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
上記ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミドの四級化物としては、具体的には、(メタ)アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、(メタ)アクリルアミドブチルトリメチルアンモニウムクロリド等が挙げられる。
上記ビニルイミダゾール及びその四級化物としては、具体的には、ビニルイミダゾール、3-メチル-1-ビニルイミダゾリウムクロリド、3-メチル-1-ビニルイミダゾリウムメチルサルフェート、3-エチル-1-ビニルイミダゾリウムエチルサルフェート、3-エチル-1-ビニルイミダゾリウムクロリド、3-ベンジル-1-ビニルイミダゾリウムクロリド等が挙げられる。
上記ビニルピリジン及びその四級化物としては、具体的には、ビニルピリジン、1-メチル-4-ビニルピリジニウムクロリド、1-メチル-4-ビニルピリジニウムメチルサルフェート、3-ベンジル-1-ビニルピリジニウムクロリド等が挙げられる。
上記ジアリルアルキルアミン及びその四級化物としては、具体的には、ジアリルメチルアミン、ジアリルエチルアミン、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジアリルジエチルアンモニウムクロリド、ジアリルメチルエチルアンモニウムクロリド、ジアリルジプロピルアンモニウムクロリド等が挙げられる。
上記イオン性基含有単量体としては、アニオン性基含有単量体が好ましい。アニオン性基含有単量体としては、カルボン酸系単量体、スルホン酸系単量体、リン酸系単量体、ホスホン酸系単量体、硫酸系単量体等の1種又は2種以上が好適である。中でも、より優れた分散性能を発揮できる観点から、カルボン酸系単量体、スルホン酸系単量体及びリン酸系単量体からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。すなわち、上記イオン性基含有単量体として、カルボン酸系単量体、スルホン酸系単量体、及び、リン酸系単量体からなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好適である。言い換えれば、上記グラフト重合体は、カルボン酸系単量体単位、スルホン酸系単量体単位及びリン酸系単量体単位からなる群より選択される少なくとも1種の単量体単位を有することが好適である。上記イオン性基含有単量体としてより好ましくは、カルボン酸系単量体及びリン酸系単量体からなる群より選択される少なくとも1種を用いることである。
上記カルボン酸系単量体は、不飽和二重結合(炭素炭素二重結合)と、カルボキシル基及び/又はカルボン酸塩とを含む単量体である。
ここで、カルボキシル基及び/又はカルボン酸塩を含むとは、-COOZ(Zは、水素原子、金属原子、アンモニウム基又は有機アミン基を表す。)で表される基を、1分子中に1個又は2種以上有することを意味する。金属原子としては、例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の1価金属;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の2価金属;アルミニウム等の3価金属;鉄等のその他の金属;等が挙げられる。また、有機アミン基としては、例えば、モノエタノールアミン基、ジエタノールアミン基、トリエタノールアミン基等のアルカノールアミン基;モノエチルアミン基、ジエチルアミン基、トリエチルアミン基等のアルキルアミン基;エチレンジアミン基、トリエチレンジアミン基等のポリアミン基等が挙げられる。上記カルボン酸塩としては、これらの中でも、アンモニウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩が好ましく、より好ましくはナトリウム塩である。
ここで、カルボキシル基及び/又はカルボン酸塩を含むとは、-COOZ(Zは、水素原子、金属原子、アンモニウム基又は有機アミン基を表す。)で表される基を、1分子中に1個又は2種以上有することを意味する。金属原子としては、例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等の1価金属;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の2価金属;アルミニウム等の3価金属;鉄等のその他の金属;等が挙げられる。また、有機アミン基としては、例えば、モノエタノールアミン基、ジエタノールアミン基、トリエタノールアミン基等のアルカノールアミン基;モノエチルアミン基、ジエチルアミン基、トリエチルアミン基等のアルキルアミン基;エチレンジアミン基、トリエチレンジアミン基等のポリアミン基等が挙げられる。上記カルボン酸塩としては、これらの中でも、アンモニウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩が好ましく、より好ましくはナトリウム塩である。
上記カルボン酸系単量体としては、1分子内に不飽和二重結合と1つのカルボキシル基又はカルボン酸塩とを含むモノカルボン酸系単量体や、1分子内に不飽和二重結合と2つのカルボキシル基又はカルボン酸塩とを含むジカルボン酸系単量体が好適である。本発明のグラフト重合体は、これらの単量体に由来する構成単位、すなわちモノカルボン酸系単量体単位及び/又はジカルボン酸系単量体単位を含むことが好適である。この場合、本発明のグラフト重合体は、より高い分散性能を発揮できるため、セメント混和剤用の重合体としてより一層好適なものとなる。このように上記イオン性基含有単量体が、モノカルボン酸系単量体及び/又はジカルボン酸系単量体である形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。
上記モノカルボン酸系単量体として具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、αーヒドロキシアクリル酸、α-ヒドロキシメチルアクリル酸及びその誘導体等の不飽和カルボン酸や、これらの塩等が挙げられる。また、モノカルボン酸系単量体として、ジカルボン酸系単量体と後述するアルコール類とのハーフエステルを用いることもできる。なお、アクリル酸及びメタクリル酸を総称して「(メタ)アクリル酸」という。
上記ジカルボン酸系単量体として具体的には、例えば、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、フマル酸、メサコン酸等の不飽和ジカルボン酸、これらの塩、及び、これらの無水物等が挙げられる。
上述した中でも、カルボン酸系単量体としては、重合性の観点から、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸塩、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸及びこれらの塩が好適である。より好ましくは、(メタ)アクリル酸及び/又はその塩(これらを総称して「(メタ)アクリル酸系単量体」という。)であり、上記グラフト重合体が(メタ)アクリル酸系単量体やそのエステルに由来する単位を有することで、より少量で優れた分散性能を発揮することが可能になる。このように、上記イオン性基含有単量体が(メタ)アクリル酸系単量体である形態もまた、本発明の好適な形態の1つである。より好ましくは、アクリル酸系単量体(アクリル酸若しくはその塩)である。
上記スルホン酸系単量体は、不飽和二重結合(炭素炭素二重結合)と、スルホン酸基及び/又はスルホン酸塩とを含む単量体である。スルホン酸基及び/又はスルホン酸塩を含むとは、-SO3Z(Zは、上述したとおりである。)で表される基を、1分子中に1個又は2種以上有することを意味し、スルホン酸塩として好ましくは、アンモニウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩であり、より好ましくはナトリウム塩である。
上記スルホン酸系単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、メタリルオキシベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、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、2-ヒドロキシ-3-アリルオキシスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレート、スルホプロピル(メタ)アクリレート、スルホブチル(メタ)アクリレート等の不飽和スルホン酸類、並びに、これらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩及び有機アンモニウム塩が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。また、塩としては一価金属塩が好ましい。
上記リン酸系単量体は、不飽和二重結合(炭素炭素二重結合)と、リン酸基及び/又はリン酸塩とを含む単量体である。リン酸基及び/又はリン酸塩を含むとは、-(PO4)m(Z)n(Zは、上述したとおりであり、異なる2種以上でもよい。mはPO4の価数、nはZの価数である。)で表される基を、1分子中に1個又は2種以上有することを意味し、リン酸塩として好ましくは、アンモニウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩であり、より好ましくはナトリウム塩である。
上記リン酸系単量体としては、例えば、不飽和カルボン酸と1分子中に2個以上の水酸基を有する化合物とのエステル化物と、リン酸とのエステル化物が好適である。具体的には、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリレートとリン酸とのエステル化物;ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートとリン酸とのエステル化物等が好適であり、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
また上記イオン性基含有単量体のエステルとは、加水分解によりイオン性基含有単量体(塩を含む)となる構造を有する化合物である。例えば、上述したイオン性基含有単量体とアルコール類とを通常の手法でエステル化反応して得られる化合物の他、該化合物に該当しない、不飽和結合を有するカルボン酸エステル(例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等の水酸基含有(メタ)アクリレート)、不飽和結合を有するスルホン酸エステル、及び、不飽和結合を有するリン酸エステル等が挙げられる。上記イオン性基含有単量体のエステルとして好ましくは、上述したアニオン性基含有単量体のエステルである。より好ましくは、カルボン酸系単量体のモノエステル及びジエステルであり、更に好ましくは、(メタ)アクリル酸系単量体のエステル、すなわち(メタ)アクリル酸エステルである。
上記アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、ノニルアルコール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等の炭素数1~30の脂肪族アルコール類;シクロヘキサノール等の炭素数3~30の脂環族アルコール類;(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、3-メチル-3-ブテン-1-オール等の炭素数3~30の不飽和アルコール類等の1価アルコール類の他、(ポリ)アルキレングリコール等の2価アルコール類;上述したグリセリン類等の3価以上の多価アルコール類;等も挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。また、これら例示化合物のアルキレンオキシド付加物や、部分エーテル化物、部分エステル化物等の誘導体も好適である。
なお、このアルキレンオキシド付加物として具体的には、上記1価アルコール類にアルキレンオキシドを付加反応して得られる、(アルコキシ)(ポリ)アルキレングリコール類が挙げられる。この場合、上記アニオン性基含有単量体のエステルとしては、(アルコキシ)(ポリ)アルキレングリコールモノ/ジ(メタ)アクリレートが例示でき、例えば、メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、このアルキレンオキシド付加物として具体的には、上記1価アルコール類にアルキレンオキシドを付加反応して得られる、(アルコキシ)(ポリ)アルキレングリコール類が挙げられる。この場合、上記アニオン性基含有単量体のエステルとしては、(アルコキシ)(ポリ)アルキレングリコールモノ/ジ(メタ)アクリレートが例示でき、例えば、メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
-その他の単量体-
上記単量体成分ではまた、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステル以外の単量体(「その他の単量体」とも称する。)を含んでもよい。すなわち上記グラフト重合体は、イオン性基含有単量体単位(イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルに由来する構成単位)だけでなく、その他の単量体単位を含むものであってもよい。その他の単量体単位とは、その他の単量体が有する不飽和二重結合部分が、単結合となった構造を意味する。
上記その他の単量体単位は、上記グリセリン類に由来する骨格に結合されていてもよいし、イオン性基含有単量体単位に結合されていてもよく、特に限定されるものではない。
上記単量体成分ではまた、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステル以外の単量体(「その他の単量体」とも称する。)を含んでもよい。すなわち上記グラフト重合体は、イオン性基含有単量体単位(イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルに由来する構成単位)だけでなく、その他の単量体単位を含むものであってもよい。その他の単量体単位とは、その他の単量体が有する不飽和二重結合部分が、単結合となった構造を意味する。
上記その他の単量体単位は、上記グリセリン類に由来する骨格に結合されていてもよいし、イオン性基含有単量体単位に結合されていてもよく、特に限定されるものではない。
上記単量体成分におけるその他の単量体の割合は、イオン性基含有単量体単位に起因する作用効果を充分に発揮させるために、全単量体成分(イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルと、その他の単量体との合計量)100質量%に対し、30質量%以下であることが好適である。より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
上記その他の単量体としては特に限定されないが、例えば、下記化合物の1種又は2種以上を使用することもできる。
ビニルアルコールアルキレンオキシド付加物、(メタ)アリルアルコールアルキレンオキシド付加物、3-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物、イソプレンアルコール(3-メチル-3-ブテン-1-オール)アルキレンオキシド付加物、3-メチル-2-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物、2-メチル-3-ブテン-2-オールアルキレンオキシド付加物、2-メチル-2-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物、2-メチル-3-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物等の不飽和アルコールポリアルキレングリコール付加物;
上記不飽和ジカルボン酸系単量体と炭素原子数23~30のアミンとのハーフアミド、ジアミド類;マレアミン酸と炭素原子数5~18のグリコール又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;
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。
ビニルアルコールアルキレンオキシド付加物、(メタ)アリルアルコールアルキレンオキシド付加物、3-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物、イソプレンアルコール(3-メチル-3-ブテン-1-オール)アルキレンオキシド付加物、3-メチル-2-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物、2-メチル-3-ブテン-2-オールアルキレンオキシド付加物、2-メチル-2-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物、2-メチル-3-ブテン-1-オールアルキレンオキシド付加物等の不飽和アルコールポリアルキレングリコール付加物;
上記不飽和ジカルボン酸系単量体と炭素原子数23~30のアミンとのハーフアミド、ジアミド類;マレアミン酸と炭素原子数5~18のグリコール又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;
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。
<グラフト重合体の製造方法>
本発明のグラフト重合体は、例えば、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させるグラフト重合工程を有する製造方法により得ることができ、このような製造方法もまた、本発明の1つである。
なお、グラフト重合工程に供する単量体成分が、イオン性基含有単量体のエステルを含む場合は、上記グラフト重合工程後に、エステル基を加水分解させる加水分解工程を行うことが好適である。
本発明のグラフト重合体は、例えば、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させるグラフト重合工程を有する製造方法により得ることができ、このような製造方法もまた、本発明の1つである。
なお、グラフト重合工程に供する単量体成分が、イオン性基含有単量体のエステルを含む場合は、上記グラフト重合工程後に、エステル基を加水分解させる加水分解工程を行うことが好適である。
上記製造方法において、グラフト重合工程は、重合開始剤の存在下、実質的に溶媒を用いず、100℃以上の温度で行うことが好適である。通常の重合では、重合溶媒として水又はアルコールやトルエン等の有機溶剤が使用されるが、これらを実質的に使用せずに、かつ100℃以上の温度条件下で重合を行うことによって、効率的にグラフト重合体を得ることができる。なお、このような製法で得られるグラフト重合体は、おそらく、グリセリン類を構成する炭素原子の少なくとも1つに、イオン性基含有単量体単位が結合した構造を有すると推測されるが、この構造的特徴に起因して、とりわけ分散性能に優れることになるものと思われる。
上記重合開始剤としては、通常のラジカル開始剤を使用することができるが、反応性等の観点から、有機過酸化物を用いることが好適である。
上記有機過酸化物としては特に限定されないが、例えば、下記化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。なお、有機過酸化物と共に、有機過酸化物の分解触媒や、還元性化合物を併用してもよい。
メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類;
tert-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、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、2-(4-メチルシクロヘキシル)-プロパ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類;
ジ-tert-ブチルパーオキサイド、tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)p-ジイソプロピルベンゼン、α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)p-イソプロピルヘキシン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3等のジアルキルパーオキサイド類;
tert-ブチルパーオキシアセテート、tert-ブチルパーオキシラウレート、tert-ブチルパーオキシベンゾエート、ジ-tert-ブチルパーオキシイソフタレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、tert-ブチルパーオキシイソブチレート、tert-ブチルパーオキシビバレート、tert-ブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルエキサノエート、tert-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルシクロヘキサノエート、tert-ブチルパーオキシベンゾエート、tert-ブチルパーオキシマレイン酸、クミルパーオキシオクトエート、tert-ヘキシルパーオキシビバレート、tert-ヘキシルパーオキシネオヘキサノエート、クミルパーオキシネオヘキサノエート等のパーオキシエステル類;
メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類;
tert-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、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、2-(4-メチルシクロヘキシル)-プロパ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類;
ジ-tert-ブチルパーオキサイド、tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)p-ジイソプロピルベンゼン、α,α’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)p-イソプロピルヘキシン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3等のジアルキルパーオキサイド類;
tert-ブチルパーオキシアセテート、tert-ブチルパーオキシラウレート、tert-ブチルパーオキシベンゾエート、ジ-tert-ブチルパーオキシイソフタレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、tert-ブチルパーオキシイソブチレート、tert-ブチルパーオキシビバレート、tert-ブチルパーオキシネオデカノエート、クミルパーオキシネオデカノエート、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルエキサノエート、tert-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルシクロヘキサノエート、tert-ブチルパーオキシベンゾエート、tert-ブチルパーオキシマレイン酸、クミルパーオキシオクトエート、tert-ヘキシルパーオキシビバレート、tert-ヘキシルパーオキシネオヘキサノエート、クミルパーオキシネオヘキサノエート等のパーオキシエステル類;
n-ブチル-4,4-ビス(tert-ブチルパーオキシ)バレエート、2,2-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ブタン、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(tert-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2-ビス(tert-ブチルパーオキシ)オクタン等のパーオキシケタール類;
アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノイルパーオキサイド、サクシニックアシッドパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、m-トルイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;
ジ-イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ビス-(4-tert-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ジ-メトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3-メチル-3-メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、ジ-アリルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート類;
アセチルシクロヘキシルスルフォニルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシアリルカーボネート等のその他の有機過酸化物類等。
アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノイルパーオキサイド、サクシニックアシッドパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、m-トルイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;
ジ-イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、ビス-(4-tert-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジミリスチルパーオキシジカーボネート、ジ-メトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3-メチル-3-メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、ジ-アリルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート類;
アセチルシクロヘキシルスルフォニルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシアリルカーボネート等のその他の有機過酸化物類等。
上記重合開始剤の量は特に限定されないが、例えば、グリセリン類の総量100重量部に対し、0.1~15重量部とすることが好適であり、この場合、グリセリン類へのグラフト効率がより充分なものとなる。より好ましくは0.5~10重量部である。
なお、重合開始剤は、予めグリセリン類に添加しておくこともできるが、単量体成分に添加しておいたり、単量体成分と同時に反応系に添加したりすることもできる。
なお、重合開始剤は、予めグリセリン類に添加しておくこともできるが、単量体成分に添加しておいたり、単量体成分と同時に反応系に添加したりすることもできる。
上記グラフト重合工程は、実質的に溶媒を用いずに、すなわち実質的に無溶媒で行われることが好適である。「実質的に溶媒を用いず」とは、溶媒の量が、反応系の全量(すなわち、重合反応に供する全成分の総量)100質量%に対して5質量%以下であることを意味する。好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。
なお、重合開始剤や単量体成分の添加のために溶剤を使用する場合には、その量を極力少なくすることが好ましく、例えば、反応系の全量100質量%に対して1質量%以下にするか、又は、添加後、反応系からただちに留去することが好適である。
なお、重合開始剤や単量体成分の添加のために溶剤を使用する場合には、その量を極力少なくすることが好ましく、例えば、反応系の全量100質量%に対して1質量%以下にするか、又は、添加後、反応系からただちに留去することが好適である。
上記グラフト重合工程はまた、100℃以上の温度で行われることが好ましいが、グリセリン類及び得られるグラフト重合体の熱分解を充分に抑えるために、160℃以下であることが好適である。重合温度としてより好ましくは110℃~160℃であり、更に好ましくは120~140℃である。
なお、重合は、回分式でも連続式でも行うことができる。
なお、重合は、回分式でも連続式でも行うことができる。
上記グラフト重合工程に供するグリセリン類及び単量体成分については上述したとおりである。
上記グラフト重合工程において、原料等の添加順序は特に限定されないが、グリセリン類は、その一部又は全量を初期に仕込むことが好適である。また、上記イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとして、不飽和ジカルボン酸系単量体及び/又はそのエステルを用いる場合は、不飽和ジカルボン酸系単量体及び/又はそのエステルの使用量の半量以上を、グリセリン類の一部又は全量とともに初期に仕込むことが好ましい。そして、これらをグリセリン類の流動点(流動温度)以上に加熱した後、残りの単量体成分及び重合開始剤を別々に添加して、グラフト重合することが好適である。この手法により、不飽和ジカルボン酸系単量体及び/又はそのエステルのグラフト重合体への導入率をより高めることができる。なお、グリセリン類の一部を初期に仕込む場合は、残りのグリセリン類は、単量体成分又は重合開始剤と混合して滴下してもよい。
上記製造方法ではまた、イオン性基含有単量体のエステルを含む単量体成分をグラフト重合工程に供する場合は、上述したように、上記グラフト重合工程の後に、エステル基を加水分解させる加水分解工程を行うことが好適である。このような、グリセリン類にイオン性基含有単量体のエステルを含む単量体成分をグラフト重合させるグラフト重合工程と、該グラフト重合工程後に、エステル基を加水分解させる加水分解工程とを有する製造方法もまた、本発明の好適な形態の1つである。この場合、副生成物の生成をより抑制することができ、純度の高いグラフト重合体を得ることが可能になる。
上記加水分解工程は、通常の方法で行えばよく特に限定されるものではないが、例えば、塩基の水溶液を添加して、溶液のpHを10以上(好ましくはpH13以上)にした後、加温して加水分解させる手法が挙げられる。反応温度及び時間は特に限定されない。
上記グラフト重合工程を経て得られる反応生成物は、本発明のグラフト重合体の他、副生成物として種々の重合体を含むことがある。そのため、必要に応じて、個々の重合体を単離する工程に付してもよいが、作業効率や製造コスト等の観点から、個々の重合体を単離することなく、各種用途に使用してもよい。
上記グラフト重合体はまた、水やアルコール等の溶剤に溶解させたものを各種用途に使用することもできる。また、塩基を添加して、グラフト重合体が有する酸基やエステル基を塩に変換したものを使用してもよく、この場合、グラフト重合体の貯蔵安定性が向上されるため、好適である。このように、上記製造方法が更に塩基で処理する工程を有する形態もまた、好適な形態の1つである。
上記塩基としては特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム等の1価金属又は2価金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム等の1価金属又は2価金属の炭酸塩;アンモニア;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン塩等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。また、溶剤としては、水が好ましく使用される。
上記塩基としては特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム等の1価金属又は2価金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム等の1価金属又は2価金属の炭酸塩;アンモニア;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン塩等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。また、溶剤としては、水が好ましく使用される。
本発明のグラフト重合体は、水に難溶性の無機物又は有機物の分散剤として良好な性能を発揮する。例えば、紙コーティングに用いられる重質又は軽質炭酸カルシウム、クレイ等の無機顔料の分散剤;セメント、石炭等の水スラリー用分散剤;等として良好な性能を発揮できる。その他にも、冷却水系、ボイラー水系、海水淡水化装置、パルプ蒸解釜、黒液濃縮釜でのスケール防止の水処理剤;スケール防止剤;染色助剤や繊維の帯電防止助剤等の繊維処理剤;接着剤;シーリング剤;各種重合体への柔軟性付与成分;洗剤ビルダー等にも好適に使用することができる。更には、シャンプー、リンス、ボディーソープ等の身体用洗剤、繊維加工、建材加工、塗料、窯業等の分野において幅広く応用することが可能である。中でも、セメント混和剤用途に用いることが好適であり、この場合、より低コストで、従来品と同等又はそれ以上のセメント分散性能を発揮するセメント混和剤を提供できる。このように、上記グラフト重合体がセメント混和剤用グラフト重合体である形態は、本発明の好適な形態であり、また、上記グラフト重合体を含むセメント混和剤は、本発明の1つである。
<セメント混和剤>
本発明のセメント混和剤は、上記グラフト重合体を含むが、この場合、上記グラフト重合体中のイオン性基含有単量体単位におけるイオン性基(カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等)が、セメント粒子を吸着する吸着基として作用し、グリセリン類がセメント粒子を分散させる分散基として作用すると考えられ、これらの相互作用に起因して、高いセメント分散性能(減水性能)を発揮できると推測される。
本発明のセメント混和剤は、上記グラフト重合体を含むが、この場合、上記グラフト重合体中のイオン性基含有単量体単位におけるイオン性基(カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等)が、セメント粒子を吸着する吸着基として作用し、グリセリン類がセメント粒子を分散させる分散基として作用すると考えられ、これらの相互作用に起因して、高いセメント分散性能(減水性能)を発揮できると推測される。
上記セメント混和剤は、上記グラフト重合体を含むものあれば、その含有形態は特に限定されず、例えば、上記製造方法により得られた反応生成物をそのままセメント混和剤として使用してもよいし、上記グラフト重合体を単離して、セメント混和剤として使用してもよい。また、上記セメント混和剤は、必要に応じて溶剤や他の添加剤を含んでもよい。
上記他の添加剤は、通常、セメント分野で使用されるものであればよく特に限定されないが、例えば、減水剤、AE減水剤、流動化剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、増粘剤、消泡剤、収縮低減剤、膨張剤、防錆剤、強度増進剤、防カビ剤、セメント分散剤、AE(空気連行)剤、セメント湿潤剤、水溶性高分子物質、防水剤、硬化遅延剤、硬化促進剤、急結剤、凝集剤等が挙げられる。これらは1種類のみを用いてよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。また、その配合割合は特に限定されるものではない。
上記他の添加剤は、通常、セメント分野で使用されるものであればよく特に限定されないが、例えば、減水剤、AE減水剤、流動化剤、高性能減水剤、高性能AE減水剤、増粘剤、消泡剤、収縮低減剤、膨張剤、防錆剤、強度増進剤、防カビ剤、セメント分散剤、AE(空気連行)剤、セメント湿潤剤、水溶性高分子物質、防水剤、硬化遅延剤、硬化促進剤、急結剤、凝集剤等が挙げられる。これらは1種類のみを用いてよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。また、その配合割合は特に限定されるものではない。
上記セメント混和剤は、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上記セメント混和剤とを含有し、更に必要に応じて骨材(砂等の細骨材や、砕石等の粗骨材)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。これらの水硬性組成物の中でも、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好ましい。上記セメント混和剤、セメント及び水を含むセメント組成物もまた、本発明の1つである。
<セメント組成物>
本発明のセメント組成物は、上記セメント混和剤、セメント及び水を必須成分として含むが、セメントとしては、例えば、ポルトランドセメント(普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩及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1種以上を原料として製造されたセメント)等の他、これらに高炉スラグ、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たもの等が挙げられる。
上記セメント組成物はまた、必要に応じて骨材を含んでもよい。骨材としては、砂利、砕石、水砕スラグ、再生骨材等の他、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等が挙げられる。
本発明のセメント組成物は、上記セメント混和剤、セメント及び水を必須成分として含むが、セメントとしては、例えば、ポルトランドセメント(普通、早強、超早強、中庸熱、耐硫酸塩及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1種以上を原料として製造されたセメント)等の他、これらに高炉スラグ、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たもの等が挙げられる。
上記セメント組成物はまた、必要に応じて骨材を含んでもよい。骨材としては、砂利、砕石、水砕スラグ、再生骨材等の他、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等が挙げられる。
上記セメント組成物において、その1m3あたりの単位水量、セメント使用量及び水/セメント比は特に限定されず、例えば、単位水量は100~185kg/m3であることが好ましく、より好ましくは120~175kg/m3である。セメント使用量は250~800kg/m3であることが好ましく、より好ましくは270~800kg/m3である。また、水/セメント比(質量比)は0.1~0.7であることが好ましく、より好ましくは0.2~0.65である。このように本発明のセメント組成物は、貧配合~富配合まで幅広く使用可能であり、単位セメント量の多い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。また、本発明のセメント組成物は、比較的高減水率の領域、すなわち、水/セメント比(質量比)=0.15~0.6(好ましくは0.15~0.5)といった水/セメント比の低い領域においても、良好に使用することができる。
ここで、本発明のセメント混和剤は、高減水率領域においても優れた諸性能を高性能で発揮でき、優れた作業性を有することから、レディーミクストコンクリート、コンクリート2次製品(プレキャストコンクリート)用のコンクリート、遠心成形用コンクリート、振動締め固め用コンクリート、蒸気養生コンクリート、吹付けコンクリート等にも有効に適用できるものである。また、中流動コンクリート(スランプ値が22~25cmの範囲のコンクリート)、高流動コンクリート(スランプ値が25cm以上で、スランプフロー値が50~70cmの範囲のコンクリート)、自己充填性コンクリート、セルフレベリング材等の高い流動性を要求されるモルタルやコンクリートにも有効である。
上記セメント組成物において、本発明のセメント混和剤の配合割合としては、例えば、本発明の必須成分であるグラフト重合体が、固形分換算で、セメントの全量100質量%に対して、0.01~10質量%となるように設定することが好ましい。0.01質量%未満では性能的に充分とはならないおそれがあり、逆に10質量%を超えると、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おそれがある。より好ましくは0.02~5質量%、更に好ましくは0.05~3質量%である。なお、本明細書中、固形分含量は、以下のようにして測定することができる。
(固形分測定方法)
1、アルミ皿を精秤する。
2、1で精秤したアルミ皿に固形分測定物を精秤する。
3、窒素雰囲気下130℃に調温した乾燥機に、2で精秤した固形分測定物を1時間入れる。
4、1時間後、乾燥機から取り出し、室温のデシケーター内で15分間放冷する。
5、15分後、デシケーターから取り出し、アルミ皿+測定物を精秤する。
6、5で得られた質量から1で得られたアルミ皿の質量を差し引き、2で得られた固定分の質量を除することで固形分を測定する。
(固形分測定方法)
1、アルミ皿を精秤する。
2、1で精秤したアルミ皿に固形分測定物を精秤する。
3、窒素雰囲気下130℃に調温した乾燥機に、2で精秤した固形分測定物を1時間入れる。
4、1時間後、乾燥機から取り出し、室温のデシケーター内で15分間放冷する。
5、15分後、デシケーターから取り出し、アルミ皿+測定物を精秤する。
6、5で得られた質量から1で得られたアルミ皿の質量を差し引き、2で得られた固定分の質量を除することで固形分を測定する。
本発明のグラフト重合体は、上述のような構成よりなるので、特に分散性能に優れ、セメント混和剤等の各種用途に好適に使用でき、近年の課題であるグリセリンの有効利用に効果的である。また、グリセリンは廉価であるため、各種用途でこのグラフト重合体を原料とすれば、低コストで高性能の製品を提供することができる。また、このようなグラフト重合体を製造する際に、本発明の製造方法を採用すれば、グラフト重合体を効率よく製造することができるため、工業的に有用である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。「wt%」は「質量%」を、「vol%」は「体積%」を意味するものとする。なお、GPC及びキャピラリー電気泳動分析は、下記条件下で行った。
<GPC測定条件>
装置:Waters社製、Waters Alliance(2695)
解析ソフト:Waters社製、Empowerプロフェッショナル+GPCオプション
使用カラム:東ソー社製
・TSKguard column α
・TSKgel α―3000
・TSKgel α―4000
・TSKgel α―5000
検出器:示差屈折率計(RI)検出器(Waters社製、Waters 2414)
溶離液:100mMホウ酸水溶液14304gに50mM水酸化ナトリウム水溶液96gとアセトニトリル3600gを混合した溶媒
較正曲線作成用標準物質:ポリエチレングリコール[ピークトップ分子量(Mp)300000、200000、107000、50000、27700、11840、6450、1470、1010、400]
較正曲線:上記ポリエチレングリコールのMp値と溶出時間とを基礎にして3次式で作成
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
測定時間:60分
試料液注入量:100μL(試料濃度0.5wt%の溶離液調製溶液)
装置:Waters社製、Waters Alliance(2695)
解析ソフト:Waters社製、Empowerプロフェッショナル+GPCオプション
使用カラム:東ソー社製
・TSKguard column α
・TSKgel α―3000
・TSKgel α―4000
・TSKgel α―5000
検出器:示差屈折率計(RI)検出器(Waters社製、Waters 2414)
溶離液:100mMホウ酸水溶液14304gに50mM水酸化ナトリウム水溶液96gとアセトニトリル3600gを混合した溶媒
較正曲線作成用標準物質:ポリエチレングリコール[ピークトップ分子量(Mp)300000、200000、107000、50000、27700、11840、6450、1470、1010、400]
較正曲線:上記ポリエチレングリコールのMp値と溶出時間とを基礎にして3次式で作成
流量:1.0mL/min
カラム温度:40℃
測定時間:60分
試料液注入量:100μL(試料濃度0.5wt%の溶離液調製溶液)
<キャピラリー電気泳動測定条件>
装置:P/ACE MDQ(Beckman Coulter社製)
キャピラリー:eCAP Capillary Tubing(Beckman Coulter社製)、長さ57cm、有効長50cm、内径 75μm
検出器:PDA Detector(Beckman Coulter社製)
緩衝液:四ホウ酸ナトリウム十水和物を50mMになるように精製水に溶かして泳動液とした。
-電気泳動条件-
泳動液の充填及びキャピラリー内の平衡化:加圧法(1min)
試料導入:加圧法(0.5psi:5sec)
印加電圧:20kV
キャピラリー温度:25℃
検出波長:210nm
装置:P/ACE MDQ(Beckman Coulter社製)
キャピラリー:eCAP Capillary Tubing(Beckman Coulter社製)、長さ57cm、有効長50cm、内径 75μm
検出器:PDA Detector(Beckman Coulter社製)
緩衝液:四ホウ酸ナトリウム十水和物を50mMになるように精製水に溶かして泳動液とした。
-電気泳動条件-
泳動液の充填及びキャピラリー内の平衡化:加圧法(1min)
試料導入:加圧法(0.5psi:5sec)
印加電圧:20kV
キャピラリー温度:25℃
検出波長:210nm
実施例1
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#500)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを80g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)2.0g、アクリル酸20gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水100gを加え充分に攪拌し、グラフト重合体の水溶液を得た。その後、得られたグラフト重合体水溶液を限外濾過膜(ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、VIVASPIN20 MWCO3000)を用いて、精製することで実施例1のポリマーを得た。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#500)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを80g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)2.0g、アクリル酸20gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水100gを加え充分に攪拌し、グラフト重合体の水溶液を得た。その後、得られたグラフト重合体水溶液を限外濾過膜(ザルトリウス・ステディム・ジャパン社製、VIVASPIN20 MWCO3000)を用いて、精製することで実施例1のポリマーを得た。
実施例1で得たグラフト重合体について、電気泳動分析及びGPCにより構造を解析したデータを、図1及び2にそれぞれ示す。図1では、アクリル酸及びポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#500)の電気泳動データも併記し、図2では、ポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#500)のGPCチャートも併記した。これらの結果から、アクリル酸が、ポリグリセリンにグラフト重合されていることが確認できる。
<モルタル試験>
実施例1で得たグラフト重合体の水溶液を用いて、以下のようにしてモルタルを調製し、初期の空気量及び15打フロー値を測定した(実施例1-1~1-2)。また、比較のため、ポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#500)のみを用いた例(比較例1-1)、リグニンスルホン酸ナトリウム(No.70、BASFポゾリス社製)のみを用いた例(比較例2-1~2-3)、及び、プレーン(水のみ。添加剤なし。)(比較例3-1)についても、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。結果を表1に示す。また、表1の結果をグラフ化したものを図3に示す。
なお、モルタル試験では、プレーン(比較例3-1)を除き、消泡剤としてMA-404(BASFポゾリス社製)を有姿で10質量%対各成分固形分となる量を、各成分に添加した。
実施例1で得たグラフト重合体の水溶液を用いて、以下のようにしてモルタルを調製し、初期の空気量及び15打フロー値を測定した(実施例1-1~1-2)。また、比較のため、ポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#500)のみを用いた例(比較例1-1)、リグニンスルホン酸ナトリウム(No.70、BASFポゾリス社製)のみを用いた例(比較例2-1~2-3)、及び、プレーン(水のみ。添加剤なし。)(比較例3-1)についても、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。結果を表1に示す。また、表1の結果をグラフ化したものを図3に示す。
なお、モルタル試験では、プレーン(比較例3-1)を除き、消泡剤としてMA-404(BASFポゾリス社製)を有姿で10質量%対各成分固形分となる量を、各成分に添加した。
-モルタルフロー試験-
モルタル試験は、温度が20℃±1℃、相対湿度が60%±10%の環境下で行った。
モルタル配合は、C/S/W=550/1350/225(g)とした。
ただし、
C:普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)
S:セメント強さ試験用標準砂(セメント協会製)
W:本発明のグラフト重合体の水溶液(実施例1)、ポリグリセリン(比較例1)又はリグニンスルホン酸ナトリウム(比較例2)、及び、消泡剤のイオン交換水溶液
Wとして、表1に示した添加量の各成分を量り採り、消泡剤MA-404を有姿で各成分の固形分に対して10質量%加え、更にイオン交換水を加えて所定量とし、充分に均一溶解させた。表1において、各成分の添加量は、セメント質量に対する各成分の固形分の質量%で表されている。
ホバート型モルタルミキサー(型番N-50;ホバート社製)にステンレス製ビーター(撹拌羽根)を取り付け、C、Wを投入し、1速で30秒間混練した。更に1速で混練しながら、Sを30秒かけて投入した。S投入終了後、2速で30秒間混練することでモルタルを調製した。
モルタル試験は、温度が20℃±1℃、相対湿度が60%±10%の環境下で行った。
モルタル配合は、C/S/W=550/1350/225(g)とした。
ただし、
C:普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)
S:セメント強さ試験用標準砂(セメント協会製)
W:本発明のグラフト重合体の水溶液(実施例1)、ポリグリセリン(比較例1)又はリグニンスルホン酸ナトリウム(比較例2)、及び、消泡剤のイオン交換水溶液
Wとして、表1に示した添加量の各成分を量り採り、消泡剤MA-404を有姿で各成分の固形分に対して10質量%加え、更にイオン交換水を加えて所定量とし、充分に均一溶解させた。表1において、各成分の添加量は、セメント質量に対する各成分の固形分の質量%で表されている。
ホバート型モルタルミキサー(型番N-50;ホバート社製)にステンレス製ビーター(撹拌羽根)を取り付け、C、Wを投入し、1速で30秒間混練した。更に1速で混練しながら、Sを30秒かけて投入した。S投入終了後、2速で30秒間混練することでモルタルを調製した。
-モルタル空気量(初期空気量)測定-
モルタルを500mLのガラス製メスシリンダーに約200mL詰め、径8mmの丸棒で突き、手で軽く振動させて粗い気泡を抜いた。更にモルタルを約200mL加えて同様に気泡を抜いた後、モルタルの体積と質量を測り、各材料の密度から空気量を計算した。
モルタルを500mLのガラス製メスシリンダーに約200mL詰め、径8mmの丸棒で突き、手で軽く振動させて粗い気泡を抜いた。更にモルタルを約200mL加えて同様に気泡を抜いた後、モルタルの体積と質量を測り、各材料の密度から空気量を計算した。
-15打フロー値測定-
モルタルを混練容器からポリエチレン製1L容器に移し、スパチュラで20回撹拌した後、直ちにフローテーブル(JIS R5201-1997に記載)に置かれたフローコーン(JIS R5201-1997に記載)に半量詰めて15回つき棒で突き、更にモルタルをフローコーンのすりきりいっぱいまで詰めて15回つき棒で突き、最後に不足分を補い、フローコーンの表面をならした。その後、直ちにフローコーンを垂直に引き上げ、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値を0打フロー値とした。0打フロー値を測定後、直ちに15秒間に15回の落下運動を与え、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値を15打フロー値とした。15打フロー値は、数値が大きいほど分散性能が優れている。
なお、下記の表1~3において、実施例の15打フロー値は、各実施例で得た重合体水溶液の有効成分量換算で評価している。有効成分換算添加量とは、「有効成分換算添加量=固形分換算添加量/有効成分比率」から求められる値である。一方、比較例の15打フロー値は、固形分換算で評価しているが、これは、有効成分が100質量%(すなわち有効成分比率=1)であるため、固形分換算添加量と、有効成分換算添加量とが、等しいことに基づく。
モルタルを混練容器からポリエチレン製1L容器に移し、スパチュラで20回撹拌した後、直ちにフローテーブル(JIS R5201-1997に記載)に置かれたフローコーン(JIS R5201-1997に記載)に半量詰めて15回つき棒で突き、更にモルタルをフローコーンのすりきりいっぱいまで詰めて15回つき棒で突き、最後に不足分を補い、フローコーンの表面をならした。その後、直ちにフローコーンを垂直に引き上げ、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値を0打フロー値とした。0打フロー値を測定後、直ちに15秒間に15回の落下運動を与え、広がったモルタルの直径(最も長い部分の直径(長径)及び前記長径に対して90度をなす部分の直径)を2箇所測定し、その平均値を15打フロー値とした。15打フロー値は、数値が大きいほど分散性能が優れている。
なお、下記の表1~3において、実施例の15打フロー値は、各実施例で得た重合体水溶液の有効成分量換算で評価している。有効成分換算添加量とは、「有効成分換算添加量=固形分換算添加量/有効成分比率」から求められる値である。一方、比較例の15打フロー値は、固形分換算で評価しているが、これは、有効成分が100質量%(すなわち有効成分比率=1)であるため、固形分換算添加量と、有効成分換算添加量とが、等しいことに基づく。
実施例2
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度10のポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを95.3g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.38g、アクリル酸(AA)23.84gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例2)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=41.6:58.4であったことから、有効成分を41.6質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、80/20であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度10のポリグリセリン(阪本薬品工業社製、#750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを95.3g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.38g、アクリル酸(AA)23.84gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例2)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=41.6:58.4であったことから、有効成分を41.6質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、80/20であった。
実施例3
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度20のポリグリセリン(ダイセル社製、PGL 20PW)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを96.2g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)2.2g、アクリル酸(AA)10.7gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例3)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=39.6:60.4であったことから、有効成分を39.6質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、90/10であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度20のポリグリセリン(ダイセル社製、PGL 20PW)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを96.2g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)2.2g、アクリル酸(AA)10.7gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例3)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=39.6:60.4であったことから、有効成分を39.6質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、90/10であった。
実施例4
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度40のポリグリセリン(ダイセル社製、PGL X)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを101.3g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)1.2g、アクリル酸(AA)11.3gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例4)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=41.4:58.6であったことから、有効成分を41.4質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、90/10であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度40のポリグリセリン(ダイセル社製、PGL X)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを101.3g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)1.2g、アクリル酸(AA)11.3gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例4)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=41.4:58.6であったことから、有効成分を41.4質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、90/10であった。
製造例1
温度計、攪拌機、圧力計を備えた圧力容器に、平均重合度20のポリグリセリン(ダイセル社製、PGL 20PW)を250.0g、水酸化ナトリウム1.2gを入れ、攪拌しながら、窒素で充分に置換した後、温度を150℃まで昇温した。次いで、エチレンオキサイド744.1gをゆっくりと添加しながら反応させ、全て添加してから同温度で30分間熟成させ、ポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物(PGL-20PW+5EO)を得た。
温度計、攪拌機、圧力計を備えた圧力容器に、平均重合度20のポリグリセリン(ダイセル社製、PGL 20PW)を250.0g、水酸化ナトリウム1.2gを入れ、攪拌しながら、窒素で充分に置換した後、温度を150℃まで昇温した。次いで、エチレンオキサイド744.1gをゆっくりと添加しながら反応させ、全て添加してから同温度で30分間熟成させ、ポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物(PGL-20PW+5EO)を得た。
実施例5
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、製造例1で得たポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物(PGL-20PW+5EO)80.35gを仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)0.6g、アクリル酸(AA)8.4gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例5)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=66.7:33.3であったことから、有効成分を66.7質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、90/10であった。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、製造例1で得たポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物(PGL-20PW+5EO)80.35gを仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)0.6g、アクリル酸(AA)8.4gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例5)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=66.7:33.3であったことから、有効成分を66.7質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA)は、90/10であった。
<モルタル試験>
実施例2~5で得たグラフト重合体の水溶液の各々を用い、実施例1と同様にしてモルタルを調製し、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。なお、実施例2-1~2-2では、実施例2で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例3-1~3-2では、実施例3で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例4-1~4-2では、実施例4で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例5-1~5-2では、実施例5で得たグラフト重合体の水溶液を使用した。また、比較のため、プレーン(水のみ。添加剤なし。)(比較例3-2)、ポリグリセリン#750(阪本薬品工業社製)のみを用いた例(比較例4-1、4-2)、ポリグリセリンPGL 20PW(ダイセル社製)のみを用いた例(比較例5-1)、ポリグリセリンPGL X(ダイセル社製)のみを用いた例(比較例6-1、6-2)、製造例1で得たポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物(PGL-20PW+5EO)のみを用いた例(比較例7-1、7-2)についても、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。結果を表2に示す。また、表2の結果をグラフ化したものを図4に示す。
なお、モルタル試験では、プレーン(比較例3-2)を除き、消泡剤としてMA-404(BASFポゾリス社製)を有姿で10質量%対各成分固形分となる量を、各成分に添加した。
実施例2~5で得たグラフト重合体の水溶液の各々を用い、実施例1と同様にしてモルタルを調製し、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。なお、実施例2-1~2-2では、実施例2で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例3-1~3-2では、実施例3で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例4-1~4-2では、実施例4で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例5-1~5-2では、実施例5で得たグラフト重合体の水溶液を使用した。また、比較のため、プレーン(水のみ。添加剤なし。)(比較例3-2)、ポリグリセリン#750(阪本薬品工業社製)のみを用いた例(比較例4-1、4-2)、ポリグリセリンPGL 20PW(ダイセル社製)のみを用いた例(比較例5-1)、ポリグリセリンPGL X(ダイセル社製)のみを用いた例(比較例6-1、6-2)、製造例1で得たポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物(PGL-20PW+5EO)のみを用いた例(比較例7-1、7-2)についても、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。結果を表2に示す。また、表2の結果をグラフ化したものを図4に示す。
なお、モルタル試験では、プレーン(比較例3-2)を除き、消泡剤としてMA-404(BASFポゾリス社製)を有姿で10質量%対各成分固形分となる量を、各成分に添加した。
比較例4~7で用いたポリグリセリン又はポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物は、実施例2~5で得たグラフト重合体の原料であるが、表2の比較例4-1~7-2より、該ポリグリセリン又はポリグリセリンのアルキレンオキサイド付加物の添加量を増やしても、15打フロー値が増大しないことが分かる。これに対し、実施例2-1~5-2では、実施例2~5で得たグラフト重合体の添加量の増加に伴って15打フロー値が増加し、分散性を発現していることが明らかである。
実施例6
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #500)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを119.9g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)6.85g、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル(HEA)30.0gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例6)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=18.5:81.5であったことから、有効成分を18.5質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/HEA)は、80/20であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #500)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを119.9g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)6.85g、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル(HEA)30.0gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例6)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=18.5:81.5であったことから、有効成分を18.5質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/HEA)は、80/20であった。
実施例7
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度10のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを94.5g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.3g、アクリル酸(AA)17.3g、メタクリル酸(MAA)5.8gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例7)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=25.3:74.7であったことから、有効成分を25.3質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA/MAA)は、80/5/15であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度10のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを94.5g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.3g、アクリル酸(AA)17.3g、メタクリル酸(MAA)5.8gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例7)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=25.3:74.7であったことから、有効成分を25.3質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA/MAA)は、80/5/15であった。
実施例8
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを90.9g、マレイン酸(MA)5.7gを仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.2g、アクリル酸(AA)17.1gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例8)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=44.7:55.3であったことから、有効成分を44.7質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA/MA)は、80/15/5であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを90.9g、マレイン酸(MA)5.7gを仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.2g、アクリル酸(AA)17.1gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例8)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=44.7:55.3であったことから、有効成分を44.7質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA/MA)は、80/15/5であった。
実施例9
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリン84.5g、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)9.4gを仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)3.9gを3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例9)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=15.7:84.3であったことから、有効成分を15.7質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AMPS)は、80/20であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度6のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリン84.5g、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(AMPS)9.4gを仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)3.9gを3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例9)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=15.7:84.3であったことから、有効成分を15.7質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AMPS)は、80/20であった。
実施例10
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度10のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを90.1g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.1g、アクリル酸(AA)16.9g、(2-ヒドロキシエチル)メタクリレートアシッドホスフェート(JPA-514、城北化学工業社製)5.6gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例10)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=28.5:71.5であったことから、有効成分を28.5質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA/JPA-514)は、80/15/5であった。
温度計、攪拌機、真空ポンプ接続菅を備えたガラス製反応容器に、平均重合度10のポリグリセリン(阪本薬品工業社製 #750)を入れ、128℃、減圧下で加熱脱水を行った(これを「脱水ポリグリセリン」と称す。)。
温度計、攪拌機、窒素導入菅、還流冷却器を備えたガラス製反応容器に、脱水ポリグリセリンを90.1g仕込んで、窒素気流下、加熱し、攪拌下128℃まで昇温した。次に窒素雰囲気下、温度を128℃~130℃に保ちながら、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート(日油社製:パーブチルI)4.1g、アクリル酸(AA)16.9g、(2-ヒドロキシエチル)メタクリレートアシッドホスフェート(JPA-514、城北化学工業社製)5.6gを別々に3.5時間にわたって連続的に滴下した。滴下終了後すぐに冷却し、蒸留水を加え充分に攪拌し、グラフト重合体(実施例10)の水溶液を得た。その後、GPCによる分析結果において、有効成分と未反応ポリグリセリンの面積比率が、有効成分:ポリグリセリン=28.5:71.5であったことから、有効成分を28.5質量%とした。
なお、仕込み単量体組成比(質量比、グリセリン類/AA/JPA-514)は、80/15/5であった。
<モルタル試験>
実施例6~10で得たグラフト重合体の水溶液の各々を用い、実施例1と同様にしてモルタルを調製し、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。なお、実施例6-1~6-2では、実施例6で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例7-1~7-2では、実施例7で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例8-1~8-2では、実施例8で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例9-1~9-2では、実施例9で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例10-1~10-3では、実施例10で得たグラフト重合体の水溶液を使用した。また、比較のため、プレーン(水のみ。添加剤なし。)(比較例3-3)、ポリグリセリン#500(阪本薬品工業社製)のみを用いた例(比較例1-2)、ポリグリセリン#750(阪本薬品工業社製)のみを用いた例(比較例4-3、4-4)についても、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。結果を表3に示す。また、表3の結果をグラフ化したものを図5に示す。
なお、モルタル試験では、プレーン(比較例3-3)を除き、消泡剤としてMA-404(BASFポゾリス社製)を有姿で10質量%対各成分固形分となる量を、各成分に添加した。
実施例6~10で得たグラフト重合体の水溶液の各々を用い、実施例1と同様にしてモルタルを調製し、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。なお、実施例6-1~6-2では、実施例6で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例7-1~7-2では、実施例7で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例8-1~8-2では、実施例8で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例9-1~9-2では、実施例9で得たグラフト重合体の水溶液を使用し、実施例10-1~10-3では、実施例10で得たグラフト重合体の水溶液を使用した。また、比較のため、プレーン(水のみ。添加剤なし。)(比較例3-3)、ポリグリセリン#500(阪本薬品工業社製)のみを用いた例(比較例1-2)、ポリグリセリン#750(阪本薬品工業社製)のみを用いた例(比較例4-3、4-4)についても、初期の空気量及び15打フロー値を測定した。結果を表3に示す。また、表3の結果をグラフ化したものを図5に示す。
なお、モルタル試験では、プレーン(比較例3-3)を除き、消泡剤としてMA-404(BASFポゾリス社製)を有姿で10質量%対各成分固形分となる量を、各成分に添加した。
比較例1、4で用いたポリグリセリンは、実施例6~10で得たグラフト重合体の原料であるが、表3の比較例1-2、4-3及び4-4より、該ポリグリセリンの添加量を増やしても15打フロー値が増大しないことが分かる。これに対し、実施例6-1~10-3では、実施例6~10で得たグラフト重合体の添加量の増加に伴って15打フロー値が増加し、分散性を発現していることが明らかである。
Claims (17)
- グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られることを特徴とするセメント混和剤用グラフト重合体。
- 前記イオン性基含有単量体は、カルボン酸系単量体、スルホン酸系単量体及びリン酸系単量体からなる群より選択される少なくとも1種の単量体であることを特徴とする請求項1に記載のセメント混和剤用グラフト重合体。
- 前記イオン性基含有単量体は、モノカルボン酸系単量体及び/又はジカルボン酸系単量体であることを特徴とする請求項1に記載のセメント混和剤用グラフト重合体。
- 前記グラフト重合体は、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)が、60/40~99/1であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のセメント混和剤用グラフト重合体。
- 前記イオン性基含有単量体は、(メタ)アクリル酸系単量体であることを特徴とする請求項1~4に記載のセメント混和剤用グラフト重合体。
- 請求項1~5のいずれかに記載のセメント混和剤用グラフト重合体を含むことを特徴とするセメント混和剤。
- 請求項6に記載のセメント混和剤、セメント及び水を含むことを特徴とするセメント組成物。
- グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体であって、
該グラフト重合体は、グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)が、1/99~99/1であることを特徴とするグラフト重合体。 - 前記グリセリン類は、分岐型ポリグリセリンであることを特徴とする請求項8に記載のグラフト重合体。
- 前記グリセリン類は、アルキレンオキシド基を含む化合物であることを特徴とする請求項8に記載のグラフト重合体。
- 前記イオン性基含有単量体は、カルボン酸系単量体、スルホン酸系単量体及びリン酸系単量体からなる群より選択される少なくとも1種の単量体であることを特徴とする請求項8~10のいずれかに記載のグラフト重合体。
- 前記イオン性基含有単量体は、モノカルボン酸系単量体及び/又はジカルボン酸系単量体であることを特徴とする請求項8~10のいずれかに記載のグラフト重合体。
- 前記グリセリン類と、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルとの質量比(グリセリン類/イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルの総量)は、60/40~99/1であることを特徴とする請求項8~12のいずれかに記載のグラフト重合体。
- 前記イオン性基含有単量体は、(メタ)アクリル酸系単量体であることを特徴とする請求項8~13のいずれかにに記載のグラフト重合体。
- 請求項8~14のいずれかに記載のグラフト重合体を含むことを特徴とするセメント混和剤。
- 請求項15に記載のセメント混和剤、セメント及び水を含むことを特徴とするセメント組成物。
- グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させて得られるグラフト重合体を製造する方法であって、
該製造方法は、グリセリン類に、イオン性基含有単量体及び/又はそのエステルを含む単量体成分をグラフト重合させるグラフト重合工程を有し、
該グラフト重合工程は、重合開始剤の存在下、実質的に溶媒を用いず、100℃以上の温度で行うことを特徴とするグラフト重合体の製造方法。
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