WO2015133750A1 - 시멘트 분산제 및 제조방법과 이를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제 - Google Patents

시멘트 분산제 및 제조방법과 이를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a cement dispersant and a manufacturing method, and to a mortar concrete admixture using the same, and more particularly, to a polycarboxylic acid cement dispersant and a method of manufacturing the same, and a mortar concrete admixture using the polycarboxylic acid cement dispersant. .
  • cement compositions have been widely used in structural and exterior walls of buildings as they can provide cement cured products with high strength and durability.
  • the cement composition include a cement paste made by adding water to cement, a mortar made by mixing water and fine aggregate sand in cement, concrete made by mixing water and fine aggregate sand in cement and gravel as coarse aggregate. It is included, and the use of cement dispersants and admixtures for improving the working efficiency and strength, durability and the like of the cement composition is common.
  • Cement dispersant is an additive that increases the fluidity and affects the hydration effect by reducing the attraction between cement particles and water particles when kneading water with cement, and the mortar and concrete mixed material is necessary for mixing mortar and concrete.
  • a material used for the purpose of improving or improving the properties of mortar concrete it is divided into admixture and admixture.
  • Admixtures have a relatively high amount of used admixtures (usually more than 5% of the weight of the cement), and their volume is reflected in the mix design of mortar and concrete. Etc. can be mentioned.
  • Admixtures are relatively low in admixture (usually less than 1% of the weight of cement), and their volume is neglected in the formulation of mortar and concrete, and is mainly used to improve the properties of mortar and concrete by physical and chemical actions. use.
  • the main admixtures include dispersants (resining agents), AE (air-entraining) agents, AE reducing agents, fluidizing agents, shrinkage reducing agents, accelerators, delaying agents, and rust inhibitors.
  • the admixtures used for high strength concrete include lignin admixtures, polynaphthalenesulfonate admixtures, polycarboxylic acid admixtures, and the like, and the amount of the polycarboxylic acid admixtures is gradually increasing.
  • polycarboxylic acid admixtures have superior dispersibility compared to other admixtures.
  • admixtures disclosed in Korean Patent Nos. 10-0924665 and 10-0760586 are known as excellent admixtures containing two types of copolymers, and exhibit excellent sensitivity, flowability, and slump retention performance of cement compositions.
  • the concrete admixture disclosed in Korean Patent No. 10-0855533 is known to be excellent in workability of the cement composition due to characteristics such as decreasing the concrete viscosity in the cement composition, improving slump retention and suppressing bleeding.
  • the reduction of fluidity over time and the slump loss have not been completely solved.
  • the present invention leads to the invention of a polycarboxylic acid cement dispersant having a new structure, a method for producing the same, and a mortar concrete admixture using the polycarboxylic acid cement dispersant.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the dispersion and retention between cement molecules, improve the slump retention performance and shorten the concrete mixing time and a method for producing a polycarboxylic acid cement dispersant and mortar using the polycarboxylic acid cement dispersant It is to provide a concrete admixture.
  • formula (a) is a meta aryl (poly) alkylene glycol ether compound (b) is made through the ring-opening reaction (c) of the acid anhydride, can be used alone or simultaneously with formula (b) And a polymer composition comprising formula (f), which is a copolymer including at least one of formula (d) and formula (e).
  • R 1 to 3 represent a hydrogen atom or at least one alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • R 4 represents an alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • X represents 0 to 30 carbon atoms
  • Y Contains 1 to 30 carbon atoms
  • m represents the average number of moles of oxyalkylene group and alkyl group added, and is a number of 1 to 400).
  • R1 ⁇ 3 represents a hydrogen atom or at least one alkyl containing 1 to 30 carbon atoms
  • R4 is an alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • X is 0 to 30 carbon atoms
  • m is oxy It shows the average number of moles of alkylene group and alkyl group and is 1 to 400.
  • Y is represented by an alkene, phenyl, alkyl, aryl, aliphatic cyclic compound, aromatic compound, etc., and a substance having 1 to 30 carbon atoms).
  • R5-7 includes hydrogen, alkyl, alkylene, allyl, acid, etc. containing 1 to 30 carbon atoms
  • M is hydrogen, monovalent, divalent metal to ammonia and primary, secondary, 3 Compounds such as tertiary amines).
  • R8-9 includes 1-30 carbon atoms, M is a hydrogen atom, a monovalent, divalent metal to ammonia and primary, secondary, tertiary amine, etc.).
  • R1 ⁇ R3, R5 ⁇ R7 contain hydrogen or 1-30 carbon atoms
  • R4, R8 ⁇ R9 contain 1-30 carbon atoms.
  • X contains 0-30 carbon atoms
  • m, o, p, q and r represent the average number of moles, where m is 1 to 400, o, p, r is 0 to 400, q is 0.1 to 400 moles
  • M is a hydrogen atom, a monovalent, divalent metal to ammonia and 1, 2, 3, etc.).
  • cement dispersant according to the present invention may be characterized in that the average number of moles of the oxyalkylene group and the alkyl group of the formula (a) is 1 to 400.
  • cement dispersant according to the present invention may be characterized in that the average weight molecular weight of the polymer composition represented by the formula (f) is 10,000 to 300,000.
  • the mixing ratio of the formulas (a), (b), (d), (e) follows the molar ratio and the sum of the molar ratios of the formula (a) and (b) is represented by the formula (d ) And less than or equal to formula (e), formula (f) must include formula (a), and formula (b) can be used together, at least one of formula (d) and formula (e) can be used And at least one of formula (d) and formula (e) may be used.
  • the mortar concrete admixture using the cement dispersing agent which concerns on this invention can be characterized by including the cement dispersing agent represented by any one of said Formula (f).
  • the formula (a) is a meta aryl (poly) alkylene glycol ether compound (b) is made through the ring-opening reaction (c) of the acid anhydride, alone or with formula (b) It may be used at the same time, it may be characterized in that the polymer composition comprising the formula (f) which is a copolymer comprising at least one of the formula (d), (e).
  • R 1 to 3 represent a hydrogen atom or at least one alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • R 4 represents an alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • X represents 0 to 30 carbon atoms
  • Y Contains 1 to 30 carbon atoms
  • m represents the average number of moles of oxyalkylene group and alkyl group added, and is a number of 1 to 400).
  • R1 ⁇ 3 represents a hydrogen atom or at least one alkyl containing 1 to 30 carbon atoms
  • R4 is an alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • X is 0 to 30 carbon atoms
  • m is oxy It shows the average number of moles of alkylene group and alkyl group and is 1 to 400.
  • Y is represented by an alkene, phenyl, alkyl, aryl, aliphatic cyclic compound, aromatic compound, etc., and a substance having 1 to 30 carbon atoms).
  • R5-7 includes hydrogen, alkyl, alkylene, allyl, acid, etc. containing 1 to 30 carbon atoms
  • M is hydrogen, monovalent, divalent metal to ammonia and primary, secondary, 3 Compounds such as tertiary amines).
  • R8-9 includes 1-30 carbon atoms, M is a hydrogen atom, a monovalent, divalent metal to ammonia and primary, secondary, tertiary amine, etc.).
  • R1 ⁇ R3, R5 ⁇ R7 contain hydrogen or 1-30 carbon atoms
  • R4, R8 ⁇ R9 contain 1-30 carbon atoms.
  • X contains 0-30 carbon atoms
  • m, o, p, q and r represent the average number of moles, where m is 1 to 400, o, p, r is 0 to 400, q is 0.1 to 400 moles
  • M is a hydrogen atom, a monovalent, divalent metal to ammonia and 1, 2, 3, etc.).
  • the method for producing a cement dispersant according to the present invention may be characterized in that the average added mole number of the oxyalkylene group and the alkyl group of the formula (a) is 1 to 400.
  • the method for producing a cement dispersant according to the present invention may be characterized in that the average weight molecular weight of the polymer composition represented by the formula (f) is 10,000 to 300,000.
  • the mixing ratio of the formulas (a), (b), (d), and (e) follows the molar ratio and the sum of the molar ratios of the formulas (a) and (b) is Formula (d) is less than or equal to formula (e), and formula (f) must include formula (a) and formula (b) can be used together, and at least one of formula (d) and formula (e) May be used, and at least one of formula (d) and formula (e) may be used.
  • the polymerization may be carried out at a ratio of.
  • the cement dispersant of the present invention and the mortar and concrete admixture using the same are applied to cement compositions such as cement paste, mortar, and concrete, to increase the dispersion and retention between cement molecules, to suppress slump loss, and to have excellent fluidity and to increase concrete mixing time. It is effective in improving workability by shortening by more than%.
  • the mortar-concrete admixture using the cement dispersant of the present invention has the effect of providing a very good concrete state and a suitable compressive strength over time.
  • formula (a) is a meta aryl (poly) alkylene glycol ether compound (b) is made through the ring-opening reaction (c) of the acid anhydride, can be used alone or simultaneously with formula (b) And a polymer composition comprising formula (f) which is a copolymer comprising at least one of formula (d) and formula (e).
  • R1 ⁇ 3 represents a hydrogen atom or at least one alkyl containing 1 to 30 carbon atoms
  • R4 is an alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • X is 0 to 30 carbon atoms
  • Y is Containing 1 to 30 carbon atoms
  • m denotes the average number of moles of the oxyalkylene group and the alkyl group, and is the number of 1 to 400
  • Formula (a) has the structure as described above, when finally proceeding to the structure as in formula (f), the retention performance is enhanced and the mixing time is shortened by the influence of the acidic groups at the terminal and Y.
  • Formula (a) is synthesized through ring-opening reaction of Formula (c) using Formula (b), and the control of the synthesis is determined according to the acid catalyst and the number of moles reacted.
  • the acid catalyst can be used methane sulfonic acid (methane sulfonic acid), para-toluene sulfonic acid (p-toluene sulfonic acid), hydrochloric acid, sulfuric acid and the like.
  • the reaction temperature and time is preferably 50 to 200 ° C, 0.5 to 150 hours, and particularly preferably 70 to 130 ° C and 0.5 to 80 hours. In order to confirm the progress of the reaction, the acid value was measured, and the reaction rate was calculated as follows.
  • R1 ⁇ 3 represents a hydrogen atom or at least one alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • R4 is an alkyl group containing 1 to 30 carbon atoms
  • X is 0 to 30 carbon atoms
  • m is The average number of moles of oxyalkylene group and alkyl group added and is a number from 1 to 400).
  • formula (a) can control the molecular weight by the average mole of addition of m, the addition of the ring-opening reaction shown in formula (c) to the side chain through the reaction with acid anhydride Have an acid group.
  • formula (f) can be used simultaneously with the formula (a), when used in combination, the performance of the concrete admixture is superior to when used alone.
  • Y is represented by an alkene, phenyl, alkyl, aryl, aliphatic cyclic compound, aromatic compound, etc., a substance having 1 to 20 carbon atoms).
  • Y is maleic acid anhydride, succinic acid anhydride, 1,8-Naphthalic acid anhydride, 4-methylphthalic acid anhydride, phthalic acid anhydride, (2-Dodecen-1-yl) succinic acid anhydride, Isatoic acid anhydride, Itaconic Acid Anhydride, trans-1,2-Cyclohexanedicarboxylic Anhydride, 2,3-Dimethylmaleic Anhydride, Homophthalic Acid Anhydride, Hexahydro-4-methylphthalic Acid Anhydride, 3,3-Tetramethyleneglutaric Anhydride, Phenylsuccinic Acid Anhydride, Methylsuccinic Acid Anhydride, 2 , 2-Dimethylglutaric acid anhydride, 3,4-Pyridinedicarboxylic acid anhydride, Bromomaleic acid anhydride, 4-Methylphthalic acid anhydride, 2-Octen-1-ylsuccinic acid anhydride,
  • Formula (c) is applied to an unsaturated (poly) oxy alkylene ether and a coupling reaction through a ring-opening reaction with acid anhydrides, and can be applied to the present invention by replacing an acidic group at an end group.
  • R5-7 includes alkyl, alkylene, allyl, acid, etc. containing 1-30 carbon atoms
  • M is a hydrogen atom, monovalent, divalent metal to ammonia, primary, secondary, tertiary amine, etc. Is a compound of).
  • R8-9 comprises 1-30 carbon atoms
  • M is a compound containing a hydrogen atom, monovalent, divalent metal to ammonia, primary, secondary, tertiary amine).
  • each of them may be used alone or in combination of two or more.
  • the molecular weight may adjust the degree of polymerization according to the average molar ratio. And reaction proceeds over 20-200 degreeC and 0.5-150 hours, It is preferable to react over 50-130 degreeC and 0.5-80 hours. In addition, polymerization of these reactions can adjust an average molecular weight with a polymerization regulator.
  • R1 ⁇ R3, R5 ⁇ R7 contain hydrogen atom or 1-30 carbon atoms
  • R4, R8 ⁇ R9 contain 1-30 carbon atoms.
  • X contains 0-30 carbon atoms
  • m, o , p, q and r represent the average number of moles, where m is 1 to 400, o, p, r is 0 to 400, q is 0.1 to 400 moles
  • M is a hydrogen atom, a monovalent, divalent metal to ammonia And primary, secondary, tertiary, and the like compounds.
  • the structure is a compound made through the chemical reaction of formula (a), (b), (d), (e) as a single or three or more high polymers.
  • the mixing ratio of each formula is according to the molar ratio and the sum of the molar ratios of formula (a) and (b) is less than or equal to formula (d) and formula (e), and formula (f) must include formula (a) And formula (b) may be used together.
  • formula (d) and formula (e) may be used alone or in combination, and at least one of formula (d) and formula (e) must be included.
  • the polymerization product may be obtained by reacting for 30 to 150 ° C. and 0.5 to 150 hours, and particularly preferably at 50 to 130 ° C. and 0.5 to 80 hours to obtain a high performance polymer. If the reaction time is too short or too long, the degree of polymerization decreases and the performance decreases. If the temperature does not reach or exceed a certain temperature during the polymerization, the polymerization does not proceed or rather the chain may be broken.
  • a chain transfer agent and a polymerization initiator can be used.
  • the chain transfer agent may be any suitable material, and specifically, thiol-based chain transfer agents such as thioglycerol, mercaptoethanol, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, and thiomalic acid may be used.
  • thiol-based chain transfer agents such as thioglycerol, mercaptoethanol, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, and thiomalic acid may be used.
  • persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate and potassium persulfate
  • peroxide-based polymerization initiators such as hydrogen peroxide solution and benzoyl peroxide can be used.
  • Formula (f) prepared by the above method has an acidic functional group at the end of the side chain, so that the reaction between cement and water during concrete mixing can significantly improve the holding performance due to the three-dimensional repulsion caused by the side chain and a predetermined electrostatic repulsion force. Can be.
  • the anion derived from the acidic functional groups at the side chain end can reduce the initial mixing time (mixing time), and after a certain period of time through the de-esterification reaction (de-esterfication) to improve the retention performance.
  • the cement dispersant prepared as described above is made of mortar / concrete admixture alone, or AE agent / AE reducing agent which improves working performance or freeze-thawing resistance, fluidizing agent which improves fluidity by using water sensitization effect, and occurs when drying Shrinkage reducing agent to reduce shrinkage, accelerator, delaying agent to control the setting and curing time, anti-rust agent to prevent corrosion of reinforcing steel by chloride, separation reducing agent to prevent separation of cement and aggregate, waterproofing agent to increase waterproofness, bubble It may be prepared as a mortar concrete admixture by mixing with at least one of admixtures such as a foaming agent, a foaming agent to reduce the weight, and a thickener for improving the viscosity and coagulation action.
  • admixtures such as a foaming agent, a foaming agent to reduce the weight, and a thickener for improving the viscosity and coagulation action.
  • reaction product was maintained at 65 ° C. for 1 hour, and when the reaction was completed, the reaction mixture was cooled to room temperature and adjusted to pH 7 using an aqueous NaOH solution to obtain an aqueous copolymer solution.
  • an aqueous solution consisting of 0.14 g of 3-mercaptopropionic acid, 0.08 g of L-ascorbic acid and 15.94 g of ion-exchanged water was added dropwise over 3.5 hours.
  • the mixture was maintained at 60 ° C. for 1 hour and then cooled to terminate the polymerization reaction. Then, it adjusted to pH 7 using NaOH aqueous solution, and obtained the copolymer aqueous solution.
  • Examples 7 to 12 were carried out by using the monomers synthesized in Examples 1 to 3 and adjusting the proportion of the monomers synthesized in Examples 4 to 6.
  • the copolymers produced at this time are shown in Table 1.
  • the polymerization was carried out according to the same procedure as in Example 4, except that the ratio of the monomer synthesized in Examples 1 to 3 was fixed and the type and ratio of the monomer were changed, and the polymer composition thus prepared is shown in Table 2.
  • the weight molecular weight measurement conditions of the copolymer are as follows.
  • Standard sample Polyethylene glycol peak peak molecular weight (Mp) 1670, 5000, 25300, 440000, 78300,152000, 326000, 55800
  • the measured polymer is placed in a dryer set at 105 ° C and dried for 3 hours.
  • test specimen for compressive strength was manufactured as follows.
  • the number of specimens shall be three or more.
  • the mold is removed by pouring concrete at 24 to 48 hours, and then cured until the strength test is performed in a wet state at a temperature of 18 to 24 ° C.
  • the concrete state indicates the feeling when mixing with scoop, and according to the good state of light and soft feeling, it is very good: ⁇ , good: ⁇ , normal: ⁇ , not good: ⁇ .
  • the concrete state indicates the feeling when mixing with scoop, and according to the good state of light and soft feeling, it is very good: ⁇ , good: ⁇ , normal: ⁇ , not good: ⁇ .

Abstract

본 발명은 폴리카르본산계 시멘트 분산제 및 그 제조방법과 상기 폴리카르본산계 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제에 관한 것이다. 본 발명의 폴리카르본산계 시멘트 분산제 및 상기 폴리카르본산계 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제는 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 등 시멘트 조성물에 적용되며, 시멘트 분자 간의 분산 및 유지력을 높이며, 슬럼프 손실을 억제하여 우수한 유동성을 가지고, 콘크리트 믹싱 시간을 20% 이상 단축하는 등으로 작업성(workability)을 향상키는 효과가 있다. 또한 본 발명의 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제는 아주 좋은 콘크리트 상태 및 경시적으로 적절한 압축 강도를 제공하는 효과가 있다.

Description

시멘트 분산제 및 제조방법과 이를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제
본 발명은 시멘트 분산제 및 제조방법과 이를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리카르본산계 시멘트 분산제 및 그 제조방법과 상기 폴리카르본산계 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제에 관한 것이다.
시멘트 조성물은 강도 및 내구성이 뛰어난 시멘트 경화물을 제공할 수 있어 건축물의 구조체 및 외벽체에 널리 사용되어왔다. 상기 시멘트 조성물의 예는 시멘트에 물을 첨가하여 만들어지는 시멘트 페이스트, 시멘트에 물과 잔골재인 모래를 혼합하여 만들어지는 모르타르, 시멘트에 물과 잔골재인 모래, 굵은 골재인 자갈을 혼합하여 만들어지는 콘크리트를 포함하며, 상기 시멘트 조성물의 작업 효율 및 강도·내구성 등을 개선하기 위한 시멘트 분산제 및 혼화재료의 사용이 보편화되어 있다.
시멘트 분산제는 시멘트에 물을 섞어서 반죽할 때 시멘트 입자와 물 입자 간의 인력을 감소시켜 유동성을 높이고 수화(Hydration) 작용에 영향을 미치는 첨가제이며, 모르타르·콘크리트의 혼화재료는 모르타르·콘크리트의 혼합 시 필요에 따라 모르타르·콘크리트의 성질을 개선하거나 향상시킬 목적으로 사용되는 재료로서 혼화재와 혼화제로 구분된다.
혼화재는 혼화재료 중 사용량이 비교적 많아서(보통 시멘트 무게의 5% 이상) 그 자체의 부피가 모르타르·콘크리트의 배합 설계에 반영되는 것으로 플라이 애쉬(Fly-ash), 고로 슬래그, 실리카 흄(Silica fume) 등을 들 수 있다.
혼화제는 혼화재료 중 사용량이 비교적 적어서(보통 시멘트 무게의 1% 이하) 그 자체의 부피가 모르타르·콘크리트의 배합 설계에서 무시되며, 물리·화학적 작용에 의해 모르타르·콘크리트의 성질을 개선할 목적으로 주로 사용한다. 주요 혼화제로는 분산제(감수제), AE(Air-Entraining)제, AE 감수제, 유동화제, 수축저감제, 촉진제·지연제, 방청제 등이 있다.
일반적으로 강도에 따라 콘크리트를 분류할 때 저강도 콘크리트(20MPa 이하), 보통 강도 콘크리트(20~40MPa), 고강도 콘크리트(40MPa 이상), 초고강도 콘크리트(90MPa 이상)로 분류할 수 있다. 현재에는 고층 건축물에 적용하기 위해 고강도, 초고강도 등 콘크리트의 요구 물성이 높아짐에 따라 여기에 사용되는 혼화제의 적용이 불가피하며, 고강도 시멘트의 개발, 고성능 혼화제의 개발 등 다양한 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다.
고강도 콘크리트에 사용되는 혼화제에는 리그닌 혼화제, 폴리나프탈렌설포네이트계 혼화제, 폴리카르본산계 혼화제 등이 있으며, 이들 중 폴리카르본산계 혼화제의 사용량이 점차 증가하고 있다.
상기와 같은 콘크리트 혼화제 중에서 특히 폴리카르본산계 혼화제는 다른 혼화제에 비해 뛰어난 분산성을 가지고 있다. 이러한 혼화제로 한국등록특허 제10-0924665호 및 제10-0760586호에 개시된 혼화제는 2종의 공중합체를 필수로 함유하는 혼화제로서 시멘트 조성물의 감수성, 유동성 및 슬럼프 유지성능이 우수하다고 알려져 있다.
그리고 한국등록특허 제10-0855533호에 개시된 콘크리트 혼화제는 시멘트 조성물에서의 콘크리트 점도 감소, 슬럼프 유지력 개선 및 블리딩(bleeding) 억제와 같은 특성으로 시멘트 조성물의 시공성(workability)이 우수하다고 알려져 있다. 하지만, 시간에 따른 유동성의 감소, 슬럼프 손실(slump loss)을 완전하게 해결하지 못하고 있어 이러한 점의 개선이 필요하다.
따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 구조의 폴리카르본산계 시멘트 분산제 및 그 제조방법과 상기 폴리카르본산계 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제를 발명하기에 이른다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 시멘트 분자 간의 분산 및 유지력을 향상시키고 슬럼프 유지 성능을 향상시키며 콘크리트 믹싱 시간을 단축하는 폴리카르본산계 시멘트 분산제 및 그 제조방법과 상기 폴리카르본산계 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 시멘트 분산제는, 화학식(a)는 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물(b)가 산무수물의 개환 반응(c)을 통해 이루어지고, 단독 또는 화학식(b)와 동시에 사용될 수 있으며, 화학식(d), 화학식(e) 중 적어도 1종을 포함하는 공중합체인 화학식(f)를 포함하는 고분자 조성물인 것을 특징으로 할 수 있다.
화학식(a)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000001
(R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬기를 표시하고, R4는 1~30개의 탄소 원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하며, Y는 1~30개의 탄소원자를 함유하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임).
화학식(b)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000002
(R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬를 표시하며, R4는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임.)
화학식(c)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000003
(Y는 알켄, 페닐, 알킬, 아릴, 지방족 고리화합물, 방향족 화합물 등의 물질로 표현되며, 1~30개의 탄소원자를 가지는 물질임).
화학식(d)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000004
(R5~7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬, 알킬렌, 알릴, 산 등을 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
화학식(e)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000005
(R8~9는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
화학식(f)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000006
(R1~R3, R5~R7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, R4, R8~R9는 1~30개의 탄소원자를 포함한다. X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고 m, o, p, q, r은 평균 몰수를 나타내며, 이때 m은 1~400, o, p, r은 0~400, q는 0.1~400몰이고, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 등의 화합물임).
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제는 상기 화학식(a)의 옥시알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수는 1 ~ 400인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제는 상기 화학식(f)로 표현되는 고분자 조성물의 평균 중량 분자량이 10,000 ~ 300,000인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제는 상기 화학식(a), (b), (d), (e)의 혼합 비율은 몰비를 따르고 화학식(a)와 화학식(b)의 몰비의 합은 화학식(d)와 화학식(e)보다 작거나 같으며, 화학식(f)는 반드시 화학식(a)를 포함하고 화학식(b)가 함께 사용될 수 있으며, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용될 수 있고, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용되어야 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제는 상기 화학식(a) : 화학식(b) : 화학식 (d) : 화학식 (e) = 10~100 : 0~70 : 0~150 : 0~150의 몰수의 비율로 중합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제는 상기 어느 하나의 화학식(f)로 표현되는 시멘트 분산제를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 시멘트 분산제의 제조방법은, 화학식(a)는 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물(b)가 산무수물의 개환 반응(c)을 통해 이루어지고, 단독 또는 화학식(b)와 동시에 사용될 수 있으며, 화학식(d), 화학식(e) 중 적어도 1종을 포함하는 공중합체인 화학식(f)를 포함하는 고분자 조성물인 것을 특징으로 할 수 있다.
화학식(a)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000007
(R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬기를 표시하고, R4는 1~30개의 탄소 원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하며, Y는 1~30개의 탄소원자를 함유하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임).
화학식(b)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000008
(R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬를 표시하며, R4는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임.)
화학식(c)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000009
(Y는 알켄, 페닐, 알킬, 아릴, 지방족 고리화합물, 방향족 화합물 등의 물질로 표현되며, 1~30개의 탄소원자를 가지는 물질임).
화학식(d)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000010
(R5~7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬, 알킬렌, 알릴, 산 등을 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
화학식(e)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000011
(R8~9는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
화학식(f)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000012
(R1~R3, R5~R7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, R4, R8~R9는 1~30개의 탄소원자를 포함한다. X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고 m, o, p, q, r은 평균 몰수를 나타내며, 이때 m은 1~400, o, p, r은 0~400, q는 0.1~400몰이고, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 등의 화합물임).
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제의 제조방법은 상기 화학식(a)의 옥시알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수는 1 ~ 400인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제의 제조방법은 상기 화학식(f)로 표현되는 고분자 조성물의 평균 중량 분자량이 10,000 ~ 300,000인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제의 제조방법은 상기 화학식(a), (b), (d), (e)의 혼합 비율은 몰비를 따르고 화학식(a)와 화학식(b)의 몰비의 합은 화학식(d)와 화학식(e)보다 작거나 같으며, 화학식(f)는 반드시 화학식(a)를 포함하고 화학식(b)가 함께 사용될 수 있으며, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용될 수 있고, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용되어야 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 시멘트 분산제의 제조방법은 상기 화학식(a) : 화학식(b) : 화학식 (d) : 화학식 (e) = 10~100 : 0~70 : 0~150 : 0~150의 몰수의 비율로 중합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 시멘트 분산제 및 이를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제는 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 등 시멘트 조성물에 적용되고, 시멘트 분자 간의 분산 및 유지력을 높이며, 슬럼프 손실을 억제하여 우수한 유동성을 가지고, 콘크리트 믹싱 시간을 20% 이상 단축하는 등으로 작업성(workability)을 향상시키는 효과가 있다.
또한 본 발명의 시멘트 분산제를 이용한 모르타르·콘크리트 혼화제는 아주 좋은 콘크리트 상태 및 경시적으로 적절한 압축 강도를 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 시멘트 분산제는, 화학식(a)는 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물(b)가 산무수물의 개환 반응(c)을 통해 이루어지고, 단독 또는화학식(b)와 동시에 사용될 수 있으며, 화학식(d), 화학식(e) 중 적어도 1종을 포함하는 공중합체인 화학식(f)를 포함하는 고분자 조성물로 구성된다.
화학식(a)
Figure PCTKR2015001525-appb-I000013
(R1~3는 수소원자, 혹은 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬를 표시하며, R4는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하는 것이며, Y는 1~30개의 탄소원자를 함유하는 것이며, m은 옥시알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하고, 1~400의 수임)
화학식(a)는 상기와 같은 구조를 가지며, 최종적으로 화학식(f)와 같은 구조로 진행되었을 때 Y와 말단에 있는 산성기(酸性基)의 영향에 따라 유지성능 강화 및 믹싱 시간이 단축된다.
상기 화학식(a)는 화학식(b)를 이용하여 화학식(c)의 개환(開環) 반응을 통해 합성되며, 합성의 조절은 산 촉매 및 반응하는 몰수에 따라 결정된다. 이때 사용할 수 있는 산 촉매는 메탄설폰산(Methane sulfonic acid), 파라톨루엔설폰산(p-toluene sulfonic acid), 염산, 황산 등을 사용할 수 있다. 또한 반응 온도와 시간은 50~200℃, 0.5~150시간이 바람직하며, 특히 바람직하게는 70~130℃, 0.5~80시간 동안 진행하는 것이 좋다. 반응의 진행 정도를 확인하기 위해 산가를 측정하여 반응률을 아래와 같이 계산한 뒤 반응률 99% 이상이 될 때를 완료 시점으로 정하였다.
Figure PCTKR2015001525-appb-I000014
그리고 화학식(a)에서 옥시 알킬렌기 및 알킬기를 표현하는 m의 수가 400 이상이 될 경우 합성 시 측쇄(side chain)가 너무 길어져 높은 점성으로 인해 합성에 어려움이 있으며, 최종 구조인 화학식(f)의 성능 역시 떨어져 m은 1~400이 바람직하다.
<화학식(b)>
Figure PCTKR2015001525-appb-I000015
(R1~3는 수소 원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬기를 표시하며, R4는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임).
화학식(a)를 제조하기 위해 사용되는 물질, 화학식(b)는 m의 평균 첨가 몰수로 분자량을 조절할 수 있으며, 화학식(c)에서 보여 지는 개환 반응의 첨가물로 산무수물과의 반응을 통해 측쇄에 산성기를 가지게 한다. 그리고 화학식(f)를 제조할 때 화학식(a)와 동시에 사용될 수 있으며, 혼용하여 사용할 경우 단독으로 사용 할 때에 비해 콘크리트 혼화제의 성능이 우수하다.
<화학식(c)>
Figure PCTKR2015001525-appb-I000016
(Y는 알켄, 페닐, 알킬, 아릴, 지방족 고리화합물, 방향족 화합물 등의 물질로 표현되며, 1~20개의 탄소원자를 가지는 물질임).
Y는 maleic산 무수물(acid anhydride), succinic산 무수물, 1,8-Naphthalic 산 무수물, 4-methylphthalic산 무수물, phthalic산 무수물, (2-Dodecen-1-yl)succinic산 무수물, Isatoic산 무수물, Itaconic산 무수물, trans-1,2-Cyclohexanedicarboxylic산 무수물, 2,3-Dimethylmaleic산 무수물, Homophthalic산 무수물, Hexahydro-4-methylphthalic산 무수물, 3,3-Tetramethyleneglutaric산 무수물, Phenylsuccinic산 무수물, Methylsuccinic산 무수물, 2,2-Dimethylglutaric산 무수물, 3,4-Pyridinedicarboxylic산 무수물, Bromomaleic산 무수물, 4-Methylphthalic 산 무수물, 2-Octen-1-ylsuccinic산 무수물, N-Methylisatoic산 무수물, 4-Amino-1,8-naphthalic산 무수물, 4-Bromo-1,8-naphthalic산 무수물, 4-Amino-1,8-naphthalic산 무수물, Tetrachlorophthalic산 무수물, 3-Hydroxyphthalic산 무수물, 2,3-Dichloromaleic산 무수물, 5-Bromoisatoic산 무수물, 3,6-Dichlorophthalic산 무수물 등이다.
화학식(c)는 산무수물(酸無水物)들로 개환 반응을 통한 불포화 (폴리)옥시 알킬렌 에테르와 결합 반응에 적용되며, 말단기에 산성기를 치환하여 본 발명에 적용할 수 있다.
<화학식(d)>
Figure PCTKR2015001525-appb-I000017
(R5~7은 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬, 알킬렌, 알릴, 산 등을 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아, 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
<화학식(e)>
Figure PCTKR2015001525-appb-I000018
(R8~9는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아, 1급, 2급, 3급 아민을 포함하는 화합물임).
화학식(f)를 구성하는 화학식(d)와 화학식(e)의 경우 각각 단독 또는 2종이 동시에 결합하여 사용될 수 있으며, 중합 시 분자량은 평균 몰비에 따라 중합도를 조절할 수 있다. 그리고 20~200℃, 0.5~150시간에 걸쳐 반응이 진행되며 50~130℃, 0.5~80시간에 걸쳐 반응하는 것이 바람직하다. 또한 이들 반응의 중합은 중합 조절제로 평균 분자량을 조절할 수 있다.
<화학식(f)>
Figure PCTKR2015001525-appb-I000019
(R1~R3, R5~R7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, R4, R8~R9는 1~30개의 탄소원자를 포함한다. X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고, m, o, p, q, r은 평균 몰수를 나타내며, 이때 m은 1~400, o, p, r은 0~400, q는 0.1~400몰이고, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 등의 화합물임).
상기 구조는 단독 또는 3종 이상의 고분자 중합체로써 화학식(a), (b), (d), (e)의 화학반응을 통해 이루어진 화합물이다. 각 화학식의 혼합 비율은 몰비를 따르고 화학식(a)와 화학식(b)의 몰비의 합은 화학식(d)와 화학식(e)보다 작거나 같으며, 화학식(f)는 반드시 화학식(a)를 포함하고 화학식(b)가 함께 사용될 수 있다. 그리고 화학식(d)와 화학식(e)는 각각 단독 또는 둘이 동시에 사용될 수 있으며, 화학식(d)와 화학식(e) 중에서 적어도 하나는 반드시 포함되어야 한다.
또한 중합은 평균 몰수의 비율로 조절하며 화학식(a) : 화학식(b) : 화학식 (d) : 화학식 (e) = 0.1~400 : 0~400 : 0~400 : 0~400의 비율에 따라 중합이 가능하다. 특히 바람직하게는 화학식(a) : 화학식(b) : 화학식 (d) : 화학식 (e) = 10~100 : 0~70 : 0~150 : 0~150의 비율로 중합하는 것이 좋다. 화학식(d), (e)의 비율이 너무 낮으면 분산 성능이 저하되고, 너무 크면 높은 점도로 인해 유지 성능이 떨어지게 된다.
중합 결과물은 30~150℃, 0.5~150시간 동안 반응하여 얻을 수 있으며, 특히 바람직하게는 50~130℃, 0.5~80시간에서 우수한 성능의 고분자 중합체를 얻을 수 있다. 반응 시간이 너무 짧거나 길어지게 되면, 중합도가 떨어지게 되어 성능이 떨어지게 된다. 그리고 중합 시 온도가 일정 온도에 도달하지 못하거나 넘게 되면, 중합이 진행되지 않거나 오히려 사슬이 끊어질 수도 있게 된다.
상기 단량체 성분의 중합 시에는 연쇄 이동제와 중합 개시제를 사용할 수 있다. 연쇄 이동제는 임의의 적절한 물질을 사용가능하며, 구체적으로는 티오글리세롤, 머캅토에탄올, 2-머캅토프로피온산, 3-머캅토프로피온산, 티오말산 등의 티올계 연쇄 이동제를 사용할 수 있다. 중합 개시제로는 과황산암모늄, 과황산나트륨, 과황산칼륨 등의 과황산염과, 과산화수소수, 벤조일퍼옥사이드 등의 퍼옥사이드 계열의 중합 개시제를 사용할 수 있다.
상기한 방법으로 제조된 화학식(f)는 측쇄의 말단기에 산성 작용기를 가지고 있어 콘크리트 배합 시 시멘트와 물과의 반응을 측쇄에 의한 입체적인 반발과 소정의 정전기적 반발력으로 인해 유지 성능을 월등히 개선할 수 있다. 또한, 측쇄 말단의 산성 작용기에서 유도된 음이온들로 인해 초기 믹싱 시간(mixing time)을 줄일 수 있으며, 일정 시간 경과 후 탈 에스테르화 반응(de-esterfication)을 통해 유지성능을 향상시킨다.
상기와 같이 제조된 시멘트 분산제는 단독으로 모르타르·콘크리트 혼화제로 제조되거나, 작업 성능이나 동결융해 저항 성능을 향상시키는 AE제·AE감수제, 감수 효과를 이용하여 유동성을 개선시키는 유동화제, 건조 시에 발생하는 수축을 저감시키는 수축저감제, 응결·경화시간을 조절하는 촉진제·지연제, 염화물에 의한 철근의 부식을 억제하는 방청제, 시멘트와 골재의 분리를 막는 분리저감제, 방수성을 높이는 방수제, 기포를 발생시켜 경량화를 기하는 기포제·발포제, 점성·응집작용을 향상시키는 증점제 등의 혼화제 중 적어도 하나와 혼합되어 모르타르·콘크리트 혼화제로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예, 비교예에 대하여 상세히 설명한다.
[화학식(a) 제조]
<실시예 1 (SuH의 제조)>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기를 설치한 뒤 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 3,120g(EO 몰수 : 60)을 넣고 60℃로 가열하면서 화합물 안에 포함되어 있는 수분을 진공 회수하여 완전히 제거한다. 그 뒤 석신산 무수물 62.44g과 p-톨루엔술폰산 15.91g을 넣는다. 투입이 완료되면, 온도를 승온하여 약 90℃의 온도로 가열한다. 약 22시간 가열한 뒤 산가가 22.723㎖/g(반응률 : 99.4%)으로 나와 반응을 종료하였다.
<실시예 2 (PhH의 제조)>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기를 설치한 뒤 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 3,120g(EO 몰수 : 60)을 넣고 60℃로 가열하면서 화합물 안에 포함되어 있는 수분을 진공 회수하여 완전히 제거한다. 그 뒤 프탈산 무수물(Phthalic anhydride) 173g과 p-톨루엔술폰산 3g을 넣는다. 투입이 완료되면, 온도를 승온하여 약 90℃의 온도로 가열한다. 약 66시간 가열한 뒤 산가가 22.94㎖/g(반응률 : 99.3%)으로 나와 반응을 종료하였다.
<실시예 3(MalH의 제조)>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기를 설치한 뒤 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 3,120g(EO 몰수 : 60)을 넣고 60℃로 가열하면서 화합물 안에 포함되어 있는 수분을 진공 회수하여 완전히 제거한다. 그 뒤 말레산 무수물(Maleic anhydride) 114.73g과 p-톨루엔술폰산 16.2g을 넣는다. 투입이 완료되면, 온도를 승온하여 약 90℃의 온도로 가열한다. 약 3시간 가열한 뒤 산가가 23.2㎖/g(반응률 : 99.8%)으로 나와 반응을 종료하였다.
[화학식(f) 제조]
<실시예 4>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기, 적하 깔때기를 설치한 뒤, 실시예 1에서 제조한 화합물 720g과 이온교환수 50g를 넣고 65℃로 가열하였다. 온도가 목표 온도에 도달했을 때, 3-머캅토프로피온산 4.84g과 아크릴산 64.8g, 과유산나트륨 6.04g을 3~3.5시간 동안 적하 첨가하였다. 그리고 나서 3시간 동안 숙성 후 반응을 종결하고, 얻어진 반응 혼합물을 50℃ 이하로 냉각하여 중량 평균 분자량이 35,412인 공중합체 수용액을 얻었다.
<실시예 5>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기, 적하 깔때기를 설치한 뒤, 실시예 1에서 제조한 화합물 360g과 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 270g에 이온교환수 50g을 넣고 65℃로 가열하였다. 온도가 목표 온도에 도달했을 때, 3-머캅토프로피온산 4.84g와 아크릴산 64.8g, 과유산나트륨 6.04g을 3~3.5시간 동안 적하 첨가하였다. 그리고 나서 3시간 동안 숙성 후 반응을 종결하고, 얻어진 반응 혼합물을 50℃ 이하로 냉각하여 중량 평균 분자량이 38,193인 공중합체 수용액을 얻었다.
<실시예 6>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기, 적하 깔때기를 설치한 뒤, 실시예 1에서 제조한 화합물 144g과 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 432g에 이온교환수 50g을 넣고 65℃로 가열하였다. 온도가 목표 온도에 도달했을 때, 3-머캅토프로피온산 4.84g와 아크릴산 64.8g, 과유산나트륨 6.04g을 3~3.5시간 동안 적하 첨가하였다. 그리고 나서 3시간 동안 숙성 후 반응을 종결하고, 얻어진 반응 혼합물을 50℃ 이하로 냉각하여 중량 평균 분자량이 41,856인 공중합체 수용액을 얻었다.
<비교예 1>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기, 적하 깔때기를 설치한 뒤, 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 210g과 말레산 17.05g, 이온 교환수 100g을 넣고, 65℃로 가열하였다. 이어서 반응용기에 과산화수소수 9.8부를 넣는다. 그리고 아크릴산 9g와 L-아스코르브산 0.635g와 이온 교환수 6.03g을 각각 3시간, 3.5시간 동안 적가하였다. 적가 완료 후 상기 반응물을 65℃에서 1시간 동안 유지하고, 반응이 종료되면 NaOH 수용액을 이용하여 pH 7로 조정하여 공중합체 수용액을 얻었다.
<비교예 2>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기, 적하 깔때기를 설치한 뒤, 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 210g과 말레산 21.35g, 이온 교환수 142g을 넣고, 65℃로 가열하였다. 이어서 반응용기에 과산화수소 수용액 4.39g을 넣는다. 그리고 2-Hydroxyethyl acrylate 5.9g과 L-아스코르브산 0.284g과 이온 교환수 5.4g를 각각 3시간, 3.5시간 동안 적가하였다. 적가 완료 후 상기 반응물을 65℃에서 1시간 동안 유지하고, 반응이 종료되면 상온까지 냉각 후 NaOH 수용액을 이용하여 pH 7로 조정하여 공중합체 수용액을 얻었다.
<비교예 3>
유리 반응기에 온도계, 교반기, 환류용 냉각기, 적하 깔때기를 설치한 뒤, 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물 43.37g과 이온 교환수 25.48g을 넣고, 60℃로 가열하였다. 이어서 반응용기에 과산화수소 2% 수용액 3.0g을 넣는다. 그리고 아크릴산 1.92g을 1.5시간에 걸쳐 적하하며, 적하가 종료 됨에 따라 다시 아크릴산 4.08g을 1.5시간에 걸쳐 적하한다. 처음 아크릴산을 적하하는것과 동시에 3-머캅토 프포피온산 0.14g과 , L-아스코르빈산 0.08g, 이온 교환수 15.94g으로 이루어진 수용액을 3.5시간에 걸쳐 적하한다. 적하가 완됴되면, 상기 60℃에서 1시간 동안 유지한 후, 냉각하여 중합반응을 종료하였다. 그 후, NaOH 수용액을 이용하여 pH 7로 조정하여 공중합체 수용액을 얻었다.
<실시예 7 내지 12>
실시예 1 내지 3에서 합성되어진 단량체를 사용하고 실시예 4~6에서 합성되는 단량체의 비율을 조절하여 실시예 7~12를 진행하였다. 이때 만들어진 공중합체의 결과는 표1에 제시하였다.
표 1
구분 단량체 약어 모노머 모노머 : 단량체 첨가 몰비 결과
점도(cps), 25℃ specificgravity pH
실시예 4 SuH-100 AA 4:1 420 1.102 1.89
실시예 5 SuH-50 AA 4:1 432 1.1 2.18
실시예 6 SuH-20 AA 4:1 450 1.098 2.4
실시예 7 PhH-100 AA 4:1 340 1.102 1.88
실시예 8 PhH-50 AA 4:1 370 1.1 2.14
실시예 9 PhH-20 AA 4:1 405 1.102 2.42
실시예 10 MalH-100 AA 4:1 960 1.102 1.7
실시예 11 MalH-50 AA 4:1 1096 1.104 1.8
실시예 12 MalH-20 AA 4:1 1382 1.096 1.96
[화학식 약어] AA : Acrylic acid
[SuH-100 : SuH 단량체 단독으로 사용할 경우를 말하며 50, 20은 SuH의 비율을 말한다. 나머지 비율은 메타 아릴(폴리)알킬렌 글리콜 에테르 단량체를 사용하여 총 100%가 되도록 사용하였다. PhH 및 MalH 역시 상기 방법과 동일한 비율로 중합에 사용되었다.]
<실시예 13 내지 16>
실시예 1 내지 3에서 합성된 단량체의 비율을 고정하고 모노머의 종류와 비율을 달리하는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 절차에 따라 중합을 진행하였으며, 이때 만들어진 고분자 조성물은 표2에 나타내었다.
표 2
구분 단량체 약어 모노머 모노머 : 단량체 첨가 몰비 결과
유효성분(%) 점도(cps)25℃ specific gravity pH
실시예 13 SuH-100 AA, MAA 3.5 : 0.5 50.5 340 1.104 1.98
실시예 14 SuH-100 AA, HEA 3.5 : 0.5 50.5 370 1.102 1.99
실시예 15 PhH-100 AA, MA 3.5 : 0.5 50.5 210 1.104 1.8
실시예 16 PhH-100 AA, MAA 3.5 : 0.5 50.5 230 1.096 1.96
비교예 1 VPEG AA, MA 1.99 : 1.43 50.5 172 1.106 6.58
비교예 2 VPEG MA, HEA 1.44 : 0.58 50.5 117 1.112 6.75
비교예 3 VPEG AA 3.5 : 0.5 50.5 470 1.102 3.51
[화학식 약어] AA : Acrylic acid MAA : Methacrylic acid MA : Maleic acid HEA : 2-hydroxyethylacrylate
[평균 중량 분자량 측정]
실시예 4 내지 16, 비교예 1 내지 3에서 중합된 시료의 평균 중량 분자량을 측정하여 아래 표3에 나타내었다.
표 3 GPC를 이용한 분자량 측정
구분 분자량 구분 분자량 구분 분자량
실시예 4 35126 실시예 10 332122 실시예 16 35378
실시예 5 38193 실시예 11 249745 비교예 1 29821
실시예 6 41856 실시예 12 153407 비교예 2 28989
실시예 7 23240 실시예 13 34124 비교예 3 35216
실시예 8 26713 실시예 14 37046
실시예 9 33802 실시예 15 33907
상기 공중합체의 중량 분자량 측정 조건은 다음과 같다.
1) 장치 : WATERS Corp.의 제품 GPC
2) 검출기 : 시차분광법 (RI) 검출기(Ditector 2414) (WATERS Corp.의 제품)
3) 용리액 : 종류 : 탈이온수(HPLC 용), 유속 : 0.8㎖/min
4) 컬럼 종류 : WATERS Corp.의 제품, ultrahydrogel (6 X 40mm)
5) 컬럼 온도 : 25℃
6) 표준 샘플 : Poly ethylene glycol 최대피크(peak-top) 분자량(Mp) 1670, 5000, 25300, 440000, 78300,152000, 326000, 55800의 검량선 작성 후 사용
[콘크리트 혼화제의 제조]
실시예 4 내지 16 및 비교예 1 내지 3에서 만들어진 공중합체 수용액을 이용하여 제조한다.
1) 실시예 4 내지 16 및 비교예 1 내지 3에서 만들어진 수용액의 유효성분을 측정한다.
2) 상기 공중합체 수용액의 유효성분을 20%로 맞춘 뒤, 전체 중량의 0.1% 정도의 다른 혼화제를 투입한다(이때 투입 할 다른 혼화제가 없을 경우 상기 공중합체 수용액만으로도 성능 발현이 가능함).
[유효성분의 측정방법]
1) 측정하고자 하는 고분자의 질량을 측정한다.
2) 상기 측정된 고분자를 105℃로 설정되어 있는 건조기에 넣고 3시간 건조시킨다.
3) 3시간 경과 후, 고분자 시료를 건조기에서 꺼낸 뒤 상온의 데시게이터(desicator)에서 20분간 냉각한다.
4) 상기 항이 종료되면 고분자 시료의 질량을 측정한다.
5) 1항에서 4항까지 3회 실행하여 3개의 시편을 제조한다.
6) 유효성분은 아래의 식에 따라 계산한다.
Figure PCTKR2015001525-appb-I000020
7) 계산된 시편 3개의 평균치를 고분자의 유효성분으로 결정한다.
상기와 같은 방법을 토대로 한 본 발명의 혼화제를 콘크리트 테스트에 적용하여 비교 분석하였다.
[콘크리트 테스트]
1) 슬럼프 시험 : KS F 2402
2) 공기량 측정 : KS F 2409
3) 콘크리트 제형화는 하기 조성으로 수행함.
- 물 : 165kg
- 시멘트(일반 포틀랜드 시멘트) : 423kg
- 플라이애쉬(Fly-ash) : 47kg
- 골재 1 (종류: 세척사 ) : 760kg
- 골재 2(종류: 25mm 쇄석) : 946kg
4) 수행 방법 : 상기 언급된 배합에서 조제된 콘크리트는 충분히 섞어 준 다음 초기 유동값과 60분 후의 유동값, 그리고 각각의 공기량을 측정하기 위해 아래와 같은 시험 방법으로 진행하였다.
[슬럼프 테스트(KS F 2402)]
1) 슬럼프 콘의 속을 젖은 걸레로 닦아 수밀한 평판 위에 놓는다.
2) 시료를 슬럼프 콘 부피의 약 1/3(깊이 약 7㎝)되게 넣고 다짐봉으로 전체 면에 걸쳐 25번 고르게 다진다.
3) 시료를 슬럼프 콘 부피의 2/3(깊이 약 16㎝)까지 넣고 다짐봉으로 25번 다진다. 이때, 다짐봉이 콘크리트 속으로 들어가는 깊이는 약 9㎝로 한다.
4) 마지막으로 슬럼프 콘에 시료를 넘칠 정도로 넣고 다짐봉으로 25번 고르게 다진다.
5) 시료의 표면을 슬럼프 콘의 윗면에 맞추어 평평하게 한다.
6) 슬럼프 콘을 위로 가만히 빼어 올린다.
7) 콘크리트가 내려앉은 길이를 5㎜의 정밀도로 측정한다.
[공기량 테스트(KS F 2409)]
1) 시료를 거의 같은 높이의 3층으로 나누어 다지고 각층은 10회씩 균등하게 다지고, 용기의 옆면을 5회 정도 나무망치로 두드린다.
2) 다음에 자로 여분의 시료를 사용하여 평탄하게 한다. 용기의 플랜지 윗부분과 덮개의 플랜지 아랫부분을 완전히 닦은 후 덮개의 안팎을 통기할 수 있도록 가만히 덮개를 용기에 부착시키고 공기가 새지 않도록 꽉 죄고 공기 실내의 기압을 초기 압력에 일치시킨다.
3) 약 5초 후 작동판을 충분하게 연다. 콘크리트 각 부분에 압력이 구석구석 잘 채워지도록 용기의 옆면을 나무망치로 두드린다. 다시 작동판을 충분하게 열고 바늘이 안정될 때부터 압력계의 공기량의 눈금을 소수점 이하 1자리까지 읽는다.
[압축 강도 테스트]
상기 언급된 콘크리트 배합을 토대로 하여 진행하였으며, 압축강도 시험용 공시체(供試體)는 다음과 같이 제작한다.
1) 공시체의 수는 3개 이상으로 한다.
2) 몰드는 내부면에 콘크리트를 치기 전에 광유를 바른다.
3) 콘크리트를 몰드에 채울 때 다짐봉을 이용하여 3개 층으로 나누어 채우고 각층을 25회씩 다진다.
4) 몰드는 콘크리트를 치어 부은 후 24~48시간에 제거하고, 그 후 온도 18~24℃의 습윤 상태에서 강도 시험을 행할 때까지 양생한다.
[표 4] : 혼화제 첨가량 및 경시적 유동값, 공기량, 압축강도 변화
Figure PCTKR2015001525-appb-I000021
※ 상기 표에서 콘크리트 상태는 스쿠프로 혼합하는 경우의 느낌을 표시하며, 가볍고 부드러운 느낌의 좋은 상태에 따라 아주 좋음 : ◎, 좋음 : ○, 보통 : ◇, 좋지 않음 : ×로 표시하였음.
[믹싱 시간 테스트(mixing time test)]
레미콘 공장에서 일반적으로 믹싱 시간을 40~60초 간 하는 것을 고려하여 30, 60, 90초로 선정하여 테스트를 진행하였다. 이때 콘크리트의 배합과 초기 유동값 측정은 상기한 테스트 방법으로 진행하였다. 실시예 4 및 실시예 9의 혼화제를 첨가한 경우, 30초의 믹싱 시간으로도 콘크리트 상태가 아주 좋아 콘크리트 믹싱 시간을 20% 이상 단축할 수 있는 것으로 나타났다.
[표 5] : 믹싱시간에 따른 경시적 유동값
Figure PCTKR2015001525-appb-I000022
※ 상기 표에서 콘크리트 상태는 스쿠프로 혼합하는 경우의 느낌을 표시하며, 가볍고 부드러운 느낌의 좋은 상태에 따라 아주 좋음 : ◎, 좋음 : ○, 보통 : ◇, 좋지 않음 : ×로 표시하였음.
무

Claims (11)

  1. 화학식(a)는 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물(b)가 산무수물의 개환 반응(c)을 통해 이루어지고, 단독 또는 화학식(b)와 동시에 사용될 수 있으며, 화학식(d), 화학식(e) 중 적어도 1종을 포함하는 공중합체인 화학식(f)를 포함하는 고분자 조성물인 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제.
    화학식(a)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000023
    (R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬기를 표시하고, R4는 1~30개의 탄소 원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하며, Y는 1~30개의 탄소원자를 함유하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임).
    화학식(b)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000024
    (R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬를 표시하며, R4는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임.)
    화학식(c)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000025
    (Y는 알켄, 페닐, 알킬, 아릴, 지방족 고리화합물, 방향족 화합물 등의 물질로 표현되며, 1~30개의 탄소원자를 가지는 물질임).
    화학식(d)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000026
    (R5~7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬, 알킬렌, 알릴, 산 등을 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
    화학식(e)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000027
    (R8~9는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
    화학식(f)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000028
    (R1~R3, R5~R7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, R4, R8~R9는 1~30개의 탄소원자를 포함한다. X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고 m, o, p, q, r은 평균 몰수를 나타내며, 이때 m은 1~400, o, p, r은 0~400, q는 0.1~400몰이고, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 등의 화합물임).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식(a)의 옥시알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수는 1 ~ 400인 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식(f)로 표현되는 고분자 조성물의 평균 중량 분자량이 10,000 ~ 300,000인 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식(a), (b), (d), (e)의 혼합 비율은 몰비를 따르고 화학식(a)와 화학식(b)의 몰비의 합은 화학식(d)와 화학식(e)보다 작거나 같으며, 화학식(f)는 반드시 화학식(a)를 포함하고 화학식(b)가 함께 사용될 수 있으며, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용될 수 있고, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용되어야 하는 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식(a) : 화학식(b) : 화학식 (d) : 화학식 (e) = 10~100 : 0~70 : 0~150 : 0~150의 몰수의 비율로 중합하는 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 화학식(f)로 표현되는 시멘트 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 모르타르·콘크리트 혼화제.
  7. 화학식(a)는 메타 아릴 (폴리) 알킬렌 글리콜 에테르 화합물(b)가 산무수물의 개환 반응(c)을 통해 이루어지고, 단독 또는 화학식(b)와 동시에 사용될 수 있으며, 화학식(d), 화학식(e) 중 적어도 1종을 포함하는 공중합체인 화학식(f)를 포함하는 고분자 조성물인 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제의 제조방법.
    화학식(a)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000029
    (R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬기를 표시하고, R4는 1~30개의 탄소 원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하며, Y는 1~30개의 탄소원자를 함유하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임).
    화학식(b)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000030
    (R1~3는 수소원자, 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 1종 이상의 알킬를 표시하며, R4는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬기, X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고, m은 옥시 알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수를 표시하며 1~400의 수임.)
    화학식(c)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000031
    (Y는 알켄, 페닐, 알킬, 아릴, 지방족 고리화합물, 방향족 화합물 등의 물질로 표현되며, 1~30개의 탄소원자를 가지는 물질임).
    화학식(d)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000032
    (R5~7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하는 알킬, 알킬렌, 알릴, 산 등을 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
    화학식(e)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000033
    (R8~9는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 아민 등의 화합물임).
    화학식(f)
    Figure PCTKR2015001525-appb-I000034
    (R1~R3, R5~R7은 수소원자 또는 1~30개의 탄소원자를 포함하며, R4, R8~R9는 1~30개의 탄소원자를 포함한다. X는 0~30개의 탄소원자를 포함하고 m, o, p, q, r은 평균 몰수를 나타내며, 이때 m은 1~400, o, p, r은 0~400, q는 0.1~400몰이고, M은 수소원자, 1가, 2가의 금속 내지 암모니아 및 1급, 2급, 3급 등의 화합물임).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화학식(a)의 옥시알킬렌기 및 알킬기의 평균 첨가 몰수는 1 ~ 400인 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 화학식(f)로 표현되는 고분자 조성물의 평균 중량 분자량이 10,000 ~ 300,000인 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 화학식(a), (b), (d), (e)의 혼합 비율은 몰비를 따르고 화학식(a)와 화학식(b)의 몰비의 합은 화학식(d)와 화학식(e)보다 작거나 같으며, 화학식(f)는 반드시 화학식(a)를 포함하고 화학식(b)가 함께 사용될 수 있으며, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용될 수 있고, 화학식(d)와 화학식(e) 중 적어도 하나가 사용되어야 하는 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 화학식(a) : 화학식(b) : 화학식 (d) : 화학식 (e) = 10~100 : 0~70 : 0~150 : 0~150의 몰수의 비율로 중합하는 것을 특징으로 하는 시멘트 분산제의 제조방법.
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