WO2020100212A1 - 水硬性組成物用添加剤の製造方法 - Google Patents

水硬性組成物用添加剤の製造方法 Download PDF

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章宏 古田
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竹本油脂株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B24/00Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/24Macromolecular compounds
    • C04B24/26Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an additive for hydraulic compositions. More specifically, the present invention, when polymerizing the high molecular weight copolymer contained in the additive for hydraulic composition in an aqueous solvent, in the polymerization reaction bath, without using a special stirring bath, The present invention relates to a method for efficiently producing an additive for a hydraulic composition without causing a rising phenomenon (Weissenberg effect) due to stirring.
  • Patent Document 1 In order to improve physical properties of hydraulic compositions such as cement, mortar, improvement of dispersibility of hydraulic compositions such as concrete, improvement of slump retention, suppression of generation of bleeding water (reduction of bleeding), Various additives have been proposed (Patent Document 1).
  • FIG. 1 shows how the Weissenberg effect occurs.
  • the Weissenberg effect is a kind of normal stress effect of a viscoelastic liquid, and for example, in a round bottom flask 1 as shown in FIG. 1, when a stirring blade (stirring blade) 2 is rotated, a central part of a liquid surface 3 is generated. Are pushed up around the stirring shaft 4.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a hydraulic composition capable of producing a high molecular weight copolymer. Further, when polymerizing the copolymer used in the additive for hydraulic composition in an aqueous solvent, even if the concentration of the aqueous solvent is not reduced, the Weissenberg effect does not occur, and a high molecular weight copolymer is obtained. A method for producing a hydraulic composition that can be produced.
  • the present inventors as a result of research to solve the above problems, a specific monomer, an unsaturated carboxylic acid, etc., in an aqueous solvent in the presence of a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom. It has been found that a method for producing an additive for a hydraulic composition containing a copolymer having a specific mass average molecular weight obtained by polymerization is suitable. According to the present invention, the following method for producing an additive for a hydraulic composition is provided.
  • a method for producing an additive for hydraulic composition wherein the additive for hydraulic composition contains a copolymer, and the copolymer is a monovalent compound represented by the following general formula 1.
  • Polyethylene glycol produced by polymerizing the amide with an unsaturated carboxylic acid and / or salt thereof in an aqueous solvent in the presence of a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom, and measured by gel permeation chromatography.
  • a method for producing an additive for a hydraulic composition having a converted mass average molecular weight of 100,000 or more and 2,000,000 or less.
  • R 1 , R 2 and R 3 represent the same or different hydrogen atom or methyl group.
  • R 4 represents the same or different hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms. Represents an integer of 0 or 1.
  • q represents an integer of 0 to 2.
  • AO represents an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms, n represents the average number of moles of AO added, and a number of 1 to 300. Represents.
  • the unsaturated carboxylic acid is (meth) acrylic acid, (anhydrous) maleic acid, fumaric acid, (anhydrous) itaconic acid, citraconic acid, crotonic acid, succinic acid mono (2- (meth) acryloyloxyethyl),
  • the method for producing an additive for a hydraulic composition according to any one of [1] to [7], which is at least one selected from the group consisting of mono (2- (meth) acryloyloxypropyl) succinate.
  • the method for producing an additive for a hydraulic composition of the present invention is, when polymerizing a copolymer used for an additive for a hydraulic composition in an aqueous solvent, without using a special stirring blade, Weissenberg. There is an effect that a high molecular weight copolymer can be produced without any effect.
  • the additive for hydraulic composition contains a specific copolymer.
  • a copolymer comprises a monomer represented by the following general formula 1 and an unsaturated carboxylic acid and / or a salt thereof in an aqueous solvent in the presence of a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom. It is produced by polymerizing with.
  • the monomer represented by the general formula 1 will be described.
  • the monomer represented by the general formula 1 may be used alone or in combination of two or more.
  • R 1 , R 2 and R 3 represent the same or different hydrogen atom and methyl group.
  • R 4 represents the same or different hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.
  • the hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms include an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, and an aryl group having 6 to 30 carbon atoms having a benzene ring.
  • a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms is more preferable, from the viewpoint of further exhibiting the effects of the present invention.
  • p is an integer of 0 or 1.
  • q is an integer of 0 to 2.
  • AO is an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms, preferably an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and more preferably an oxyalkylene group having 2 to 3 carbon atoms.
  • Examples of AO include an oxyethylene group, an oxypropylene group, an oxybutylene group, and an oxystyrene group. Among these, an oxyethylene group, an oxypropylene group, and an oxybutylene group are preferable, and an oxyethylene group and an oxypropylene group are more preferable.
  • they may be in any form of a random adduct, a block adduct, and an alternating adduct.
  • n represents the average number of moles of AO added, and is a number of 1 to 300, preferably a number of 1 to 200, and more preferably a number of 1 to 150.
  • the monomer represented by the general formula 1 which forms the structural unit (1) may be used alone or in combination of two or more.
  • the unsaturated carboxylic acid and / or its salt examples include (meth) acrylic acid, (anhydrous) maleic acid, fumaric acid, (anhydrous) itaconic acid, citraconic acid, crotonic acid, and succinic acid mono (2- (meth)).
  • the salt is not particularly limited, but examples thereof include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt, ammonium salt, diethanolamine salt, triethanolamine salt, and triethanolamine salt. Examples thereof include amine salts such as isopropanol amine salt. Among them, sodium salt and calcium salt are preferable.
  • Such unsaturated carboxylic acids and / or salts thereof may be used alone or in combination of two or more.
  • the unsaturated carboxylic acid and / or its salt 80 to 100 mol% of the total unsaturated carboxylic acid and / or its salt is one or two selected from (meth) acrylic acid and / or its salt. It is preferable that 90 to 100 mol% of all unsaturated carboxylic acids and / or salts thereof is one or more selected from (meth) acrylic acid and / or salts thereof. More preferably, 95 to 100 mol% of the whole unsaturated carboxylic acid and / or its salt is one or more selected from (meth) acrylic acid and / or its salt.
  • the compounding ratio of the monomer represented by the general formula 1 and the unsaturated carboxylic acid and / or its salt is represented by the unsaturated carboxylic acid and / or its salt and the general formula 1.
  • hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom used in this embodiment will be described.
  • Such a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom means a compound containing a sulfur atom and acts as a hydrophobic chain transfer agent.
  • Specific examples of the hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom include alkyl mercaptans such as n-dodecyl mercaptan, stearyl mercaptan, cetyl mercaptan, 2-ethylhexyl mercaptan, tert-dodecyl mercaptan, and docosyl mercaptan, and thiol.
  • Examples thereof include mercaptocarboxylic acid alkyl esters such as octyl glycolate and octyl 3-mercaptopropionate.
  • alkyl chain In order to obtain a sufficient effect, it is preferable to have an alkyl chain, and the number of carbon atoms in the alkyl chain is 8 to 22.
  • Alkyl thiols are more preferred, and examples of such alkyl thiols include n-dodecyl mercaptan, stearyl mercaptan, cetyl mercaptan, 2-ethylhexyl mercaptan, tert-dodecyl mercaptan, and docosyl mercaptan. Of these, n-dodecyl mercaptan and tert-dodecyl mercaptan are preferable.
  • a monomer represented by the general formula 1 and an unsaturated carboxylic acid and / or a salt thereof are polymerized in a water solvent in the presence of a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom.
  • a copolymer having a structure derived from a vinyl-based monomer having a structural unit formed of the monomer represented by the general formula 1 and a structural unit formed of an unsaturated carboxylic acid and / or a salt thereof is obtained. be able to.
  • Such a copolymer has a structure derived from a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom.
  • having a structure derived from a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom means having a structure derived from a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom at the terminal of the copolymer, It is meant to include a structure derived from a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom introduced into the main chain by a chain transfer reaction after abstraction of hydrogen radicals from the chain. More specifically, when alkylthiol is used as the hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom, the structure derived from alkylthiol has an alkyl chain as the main chain, and at least the end of the main chain of such an alkyl chain is present. One has a structure in which the main chain terminal of the structure derived from a vinyl-based monomer is bonded via a sulfur atom.
  • the copolymer has a polyethylene glycol-equivalent mass average molecular weight of 100,000 or more and 2,000,000 or less as measured by gel permeation chromatography. If the mass average molecular weight is less than 100,000, the Weissenberg effect does not appear in the first place, and if the mass average molecular weight exceeds 2,000,000, the viscosity is excessively increased in the present invention, and the desired effect may not be obtained. From the viewpoint of viscosity and economical efficiency, the mass average molecular weight is preferably 100,000 to 600,000.
  • the copolymer uses other monomers in addition to the monomer represented by the general formula 1 and the unsaturated carboxylic acid and / or its salt.
  • examples of such other monomer include one or more selected from alkyl (meth) acrylates having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • alkyl (meth) acrylate methyl acrylate, methyl methacrylate, butyl acrylate and the like are preferable.
  • Such a monomer is not particularly limited as long as it can be copolymerized with the monomer represented by the general formula 1 and at least one of the unsaturated carboxylic acid and / or a salt thereof.
  • acrylic acid esters such as methyl (meth) acrylate and butyl (meth) acrylate
  • unsaturated amides such as (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, and (meth) acrylonitrile.
  • Unsaturated cyanides unsaturated dicarboxylic acid esters such as maleic acid and fumaric acid, and monoesters or diesters of (poly) alkylene glycols and alcohols having 1 to 22 carbon atoms such as alkyl or alkenyl groups.
  • the monomer represented by the general formula 1 and the unsaturated carboxylic acid and / or a salt thereof are added in the presence of a radical polymerization initiator having a radical generating site. It may be polymerized.
  • a radical polymerization initiator having a radical generation site a radical is generated from a radical generation site such as an azo group due to heat or the like, and the polymerization is thereby initiated.
  • Radical polymerization initiators used for radical polymerization include peroxides such as hydrogen peroxide, ammonium persulfate, sodium persulfate and potassium persulfate, 2,2-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2 -Azo-based compounds such as azobis (isobutyronitrile) are mentioned, and the kind thereof is not particularly limited as long as it decomposes at the polymerization reaction temperature to generate radicals.
  • These can be used as a redox initiator in combination with a reducing substance such as sulfite or L-ascorbic acid, and further with an amine or the like.
  • the amount of the radical polymerization initiator used may be appropriately adjusted depending on the type, and is not particularly limited.
  • copolymers may be used in addition to the above-mentioned copolymers.
  • examples of such other copolymers include those that do not use a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom in the above-mentioned method for producing a copolymer.
  • a hydraulic composition such as cement is used as an aqueous solution
  • the above radical polymerization is carried out by an aqueous solution polymerization using water as a solvent.
  • the aqueous solution polymerization may be a batch system, a continuous system, or a combination of two or more thereof.
  • the concentration of the aqueous solution during the radical polymerization reaction is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 20 to 70% by mass, and more preferably 30 to 65% by mass, from the viewpoints of economy and handleability. Is more preferable.
  • the concentration of the aqueous solution means mass% represented by the following mathematical formula (1).
  • the reaction temperature in the radical polymerization reaction may be appropriately set according to the type of radical polymerization initiator and is not particularly limited, but is preferably 0 to 120 ° C., more preferably 20 to 100 ° C. More preferably, it is 50 to 90 ° C.
  • hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom it is also preferable to use other hydrophobic chain transfer agents or hydrophilic chain transfer agents in combination.
  • Other hydrophobic chain transfer agents include, for example, carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, methylene chloride, bromoform, bromotrichloroethane, and other halides; ⁇ -methylstyrene dimer, ⁇ -terpinene, ⁇ -terpinene, dipentene, terpinolene.
  • Unsaturated hydrocarbon compounds such as in particular, examples of such a hydrophilic chain transfer agent include 3-mercaptopropionic acid, thioglycolic acid, thioglycerol, thiomalic acid, 2-mercaptoethanol and the like. Of these, 3-mercaptopropionic acid, thioglycolic acid, and thioglycerol are preferable.
  • the sulfur atom is added to the total amount of the hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom, other hydrophobic chain transfer agent and hydrophilic chain transfer agent.
  • the amount of the hydrophobic chain transfer agent contained is preferably 1 to 100 mol%, more preferably 10 to 100 mol%, and further preferably 40 to 80 mol%.
  • the method for adding each monomer component used in the radical polymerization reaction to the reaction vessel is not particularly limited, and for example, a method in which the entire amount is initially batch-loaded into the reaction vessel, or the entire amount is divided into continuous or continuous reaction vessels. Any of a charging method and a method of charging a part thereof into a reaction vessel at an initial stage of the reaction and dividing the remaining into the reaction vessel or continuously charging the same may be used.
  • the radical polymerization initiator, the hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom, and the hydrophilic chain transfer agent may be added to the reaction vessel from the beginning, or may be added dropwise to the reaction vessel, or a combination thereof may be used. May be.
  • Such a hydraulic composition is a hydraulic composition such as cement paste, mortar or concrete prepared by using the additive for hydraulic composition obtained in the present embodiment as described above.
  • the hydraulic composition is one in which at least cement is used as the binder, but the cement may be used alone, or the cement and the pozzolanic substance or a fine powder admixture having latent hydraulic properties are used in combination.
  • Such cements include various Portland cements such as normal Portland cement, early-strength Portland cement, moderate heat Portland cement, and low heat Portland cement, and various mixed cements such as blast furnace cement, fly ash cement, and silica fume cement.
  • the fine powder admixture include blast furnace slag fine powder, silica fume and fly ash.
  • various fine aggregates and coarse aggregates can be used.
  • an AE modifier, an antifoaming agent, a setting retarder, a curing accelerator, a drying shrinkage reducing agent, a preservative, a waterproofing agent, a rust preventive, etc. can be used in combination.
  • PCA-1 Glass stirring shaft (shaft diameter: ⁇ 8 mm), PTFE semicircular stirring blade (Azuwan Co., 90 x 24 x 4 mm), stirrer (rotation speed display possible)
  • a 1000 mL round-bottomed flask conforming to JIS R3503 was equipped with a nitrogen
  • the liquid level difference (height h) of the copolymer solution in the round bottom flask was measured at a stirring speed of 200 rpm and a temperature of 70 ° C. as shown in FIG.
  • the concentration was adjusted to 20% with ion-exchanged water to obtain a reaction mixture.
  • this reaction mixture was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), the mass average molecular weight was 277,000.
  • This reaction mixture was designated as a copolymer (PCA-2).
  • the liquid level difference (height) h of the copolymer solution in the round bottom flask was measured at a stirring speed of 200 rpm and a temperature of 70 ° C. as shown in FIG.
  • the concentration was adjusted to 20% with ion-exchanged water to obtain a reaction mixture.
  • the reaction mixture was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), the mass average molecular weight was 350,000. This reaction mixture was designated as a copolymer (PCA-3).
  • the concentration was adjusted to 20% with ion-exchanged water to obtain a reaction mixture.
  • the reaction mixture was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), the mass average molecular weight was 250,000. This reaction mixture was designated as a copolymer (PCA-4).
  • a solution prepared by diluting 16.0 g of hydrogen peroxide water for 3 hours and 1.3 g of L-ascorbic acid with 11.7 g of ion-exchanged water was simultaneously added dropwise to the reaction system over 4 hours to carry out a polymerization reaction. After all the dropping was completed, the temperature was kept at 70 ° C. for 1 hour to carry out a polymerization reaction.
  • the liquid level difference (height) h of the copolymer solution in the round bottom flask was measured at a stirring speed of 200 rpm and a temperature of 70 ° C. as shown in FIG.
  • the concentration was adjusted to 20% with ion-exchanged water to obtain a reaction mixture.
  • this reaction mixture was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), the mass average molecular weight was 223,000. This reaction mixture was designated as a copolymer (PCA-5).
  • the temperature of the reaction system was kept at 70 ° C. to carry out a polymerization reaction for 2 hours. Thereafter, 4.8 g of 3.5% hydrogen peroxide solution was further added to the reaction system, and the temperature of the reaction system was kept at 70 ° C. to carry out a polymerization reaction for 2 hours.
  • the liquid level difference (height) h of the copolymer solution in the round bottom flask was measured at a stirring speed of 200 rpm and a temperature of 70 ° C. as shown in FIG.
  • the concentration was adjusted to 20% with ion-exchanged water to obtain a reaction mixture.
  • this reaction mixture was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), the mass average molecular weight was 400000.
  • This reaction mixture was designated as a copolymer (PCA-10).
  • a hydrophobic chain transfer agent containing a sulfur atom was not used.
  • the mass average molecular weights of the synthesized copolymers (PCA-1) to (PCA-10) were measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following measurement conditions.
  • Test Category 2 Evaluation of aqueous copolymer solution
  • liquid level difference (height) h of the copolymer solution in the round bottom flask was judged according to the following criteria.
  • Test Category 3 (Synthesis of other copolymers) -Synthesis of copolymer (PCB-1)
  • PCB-1 Synthetic of other copolymers
  • 170.0 g of ion-exchanged water 170.0 g
  • ⁇ -methacryloyl- ⁇ -methoxy-poly (n 23) oxy
  • the atmosphere was replaced with nitrogen and the temperature of the reaction system was adjusted to 60 ° C. in a warm water bath. ..
  • Test Category 4 (Preparation and evaluation of hydraulic composition) -Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 Copolymers shown in Table 1 with the copolymer PCA-1 as an additive EX-1, the copolymer PCA-2 as an additive EX-2, and the copolymer PCA-3 as an additive EX-3.
  • PCB-1 is a predetermined slump
  • an air entraining agent (trade name AE-300 manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.) is used in a predetermined air amount.
  • AE-300 manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.
  • aliphatic polyether defoamer (trade name AFK-2 manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.) is added to the cement. It is mixed with mixing water (tap water) so that it becomes a ratio of 10%, and is mixed for 90 seconds, and the slump is in the range of 18 ⁇ 1 cm and the amount of air is 4.5 ⁇ 0.5%.
  • the amounts of the copolymer (PCB-1) and the air entraining agent used were adjusted.
  • -Compressive strength The hydraulic composition of each example was measured using a mold having a diameter of 100 mm and a height of 200 mm to cure a 28-day-old cured product according to JIS-A1108.
  • Bleeding amount The hydraulic composition immediately after kneading was measured according to JIS-A1123.
  • the method for producing an additive for hydraulic composition of the present invention can be used as a method for producing an additive for hydraulic composition.

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Abstract

特殊な攪拌羽根を使用しなくとも、攪拌による上り現象(ワイセンベルク効果)を発生させずに効率のよい水硬性組成物用添加剤の製造方法を提供する。 水硬性組成物用添加剤の製造方法であって、前記水硬性組成物用添加剤は、共重合体を含有し、当該共重合体が、下記の一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩とを、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で水溶媒中で重合させることによって製造され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリエチレングリコール換算の質量平均分子量が100000以上2000000以下である水硬性組成物用添加剤の製造方法。

Description

水硬性組成物用添加剤の製造方法
 本発明は、水硬性組成物用添加剤の製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、水硬性組成物用添加剤に含有させる高分子量の共重合体を水溶媒中で重合させる際に、重合反応浴において、特殊な攪拌浴を使用しなくとも、攪拌による上り現象(ワイセンベルク効果)を発生させずに効率のよい水硬性組成物用添加剤の製造方法に関する。
 従来、セメント、モルタル、コンクリート等の水硬性組成物の分散性の向上、スランプ保持性の向上、ブリーディング水の発生の抑制(ブリーディングの低減)等の水硬性組成物の物性を改善するために、各種の添加剤が提案されている(特許文献1)。
特開2001-89212号公報
 従来の水硬性組成物用添加剤には、例えば、ビニル系共重合体などの各種共重合体が使用されている。このような共重合体を重合する方法としては、溶媒を使用して行う方法が採用されている。溶媒を使用して共重合体を重合する際、ワイセンベルク効果が発生する。図1にワイセンベルク効果の発生態様を示す。ワイセンベルク効果は、粘弾性液体の法線応力効果の一種であり、例えば、図1に示されるような丸底フラスコ1において、攪拌羽根(撹拌翼)2を回転させると、液面3の中央部が攪拌軸4の回りに押し上げられる。ワイセンベルク効果が発生した際、同効果が消失するのを待って重合を行なおうとすれば、きわめて長い時間が必要となり、工業的に不利となるばかりではなく、加熱して重合反応を行なう場合には、共重合体が局部的に加熱されて変質や分解を起こすという問題がある。ワイセンベルク効果を発生させないようにするためには、溶媒中の共重合体の濃度を低下させたり、特殊な攪拌羽根を使用したりする必要がある。しかしながら、溶媒中の共重合体の濃度を低下させると、ワイセンベルク効果は発生しないが、重合効率が低下するという問題がある。また、特殊な攪拌羽根を使用するとコストが上昇するという問題がある。
 本発明が解決しようとする課題は、水硬性組成物用添加剤に使用する共重合体を水溶媒中で重合する際に、特殊な攪拌羽根を使用しなくても、ワイセンベルク効果が発生せず、高分子量の共重合体を製造できる水硬性組成物の製造方法を提供することである。また、水硬性組成物用添加剤に使用する共重合体を水溶媒中で重合する際に、水溶媒の濃度を低下させなくても、ワイセンベルク効果が発生せず、高分子量の共重合体を製造できる水硬性組成物の製造方法を提供することである
 本発明者らは、前記の課題を解決するべく研究した結果、特定の単量体と、不飽和カルボン酸等とを、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で水溶媒中で重合させて得られる特定の質量平均分子量を有する共重合体を含有させる水硬性組成物用添加剤の製造方法が好適であることを見出した。本発明によれば、以下の水硬性組成物用添加剤の製造方法が提供される。
[1] 水硬性組成物用添加剤の製造方法であって、前記水硬性組成物用添加剤は、共重合体を含有し、当該共重合体が、下記の一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩とを、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で水溶媒中で重合させることによって製造され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリエチレングリコール換算の質量平均分子量が100000以上2000000以下である水硬性組成物用添加剤の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(但し、式中、R、R及びRは、同一又は異なる、水素原子、メチル基を表す。Rは同一又は異なる水素原子又は炭素数1~30の炭化水素基を表す。pは0又は1の整数を表す。qは0~2の整数を表す。AOは炭素数2~18のオキシアルキレン基を表す。nはAOの平均付加モル数であり、1~300の数を表す。)
[2] 前記疎水性連鎖移動剤を連鎖移動剤総量に対して、1~100モル%を使用する[1]に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
[3] 重合時における、水溶液の濃度を10~80質量%とする[1]又は[2]に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
[4] 前記共重合体の質量平均分子量が100000~600000である[1]~[3]のいずれかに記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
[5] 前記疎水性連鎖移動剤の炭素数が8~22である[1]~[4]のいずれかに記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
[6] 前記疎水性連鎖移動剤がアルキルチオールである[1]~[5]のいずれかに記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
[7] 不飽和カルボン酸及び/又はその塩と上記一般式1で示される単量体の質量比率が(不飽和カルボン酸及び/又はその塩)/上記一般式1で示される単量体=30/70~1/99である[1]~[6]のいずれかに記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
[8] 前記不飽和カルボン酸が(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、こはく酸モノ(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)、こはく酸モノ(2-(メタ)アクリロイルオキシプロピル)からなる群から選ばれる少なくとも1種である[1]~[7]のいずれかに記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
 本発明の水硬性組成物用添加剤の製造方法は、水硬性組成物用添加剤に使用する共重合体を水溶媒中で重合する際に、特殊な攪拌羽根を使用しなくても、ワイセンベルク効果が発生せず、高分子量の共重合体を製造できるという効果がある。
ワイセンベルク効果の発生態様を示す説明図である。
 以下、本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し適宜変更、改良等が加えられ得ることが理解されるべきである。なお、以下の実施例等において、別に記載しない限り、%は質量%を、また部は質量部を意味する。
 本発明の実施形態の水硬性組成物用添加剤の製造方法において、水硬性組成物用添加剤は、特定の共重合体を含有するものである。このような共重合体は、下記の一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩とを、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で水溶媒中で重合させることによって製造されるものである。
 先ず、一般式1で示される単量体について説明する。一般式1で示される単量体は1種又は2種以上使用してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 一般式1において、R、R及びRは、同一又は異なる、水素原子、メチル基を表す。Rは同一又は異なる水素原子又は炭素数1~30の炭化水素基を表す。炭素数1~30の炭化水素基としては、例えば、炭素数1~30のアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、ベンゼン環を持つ炭素数6~30のアリール基等が挙げられる。本発明の効果をより一層発現する点で、水素原子又は炭素数1~8の炭化水素基が好ましく、水素原子又は炭素数1~4の炭化水素基が更に好ましい。
 一般式1において、pは0又は1の整数である。qは0~2の整数である。
 一般式1において、AOは炭素数2~18のオキシアルキレン基であり、好ましくは炭素数2~4のオキシアルキレン基であり、より好ましくは炭素数2~3のオキシアルキレン基である。AOとしては、例えば、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシスチレン基等が挙げられる。これらの中でも、好ましくは、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基であり、より好ましくは、オキシエチレン基、オキシプロピレン基である。AOが2種類以上の場合は、ランダム付加体、ブロック付加体、交互付加体のいずれの形態であってもよい。共重合体の水溶性を保つためには、一般式1において、オキシアルキレン基全体の50モル%以上がオキシエチレン基であることが好ましく、90モル%以上がオキシエチレン基であることがさらに好ましい。一般式1において、nはAOの平均付加モル数を表し、1~300の数であり、好ましくは1~200の数であり、より好ましくは1~150の数である。
 一般式1で示される単量体として、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(ポリ)エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ブトキシ(ポリ)エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコール(ポリ)ブチレングリコールビニルエーテル、ポリエチレングリコールモノアリルエーテル、(ポリ)エチレングリコールモノ(2-メチル-2-プロペニル)エーテル、ポリエチレングリコールモノ(3-メチル-ブテニル)エーテル、ポリエチレン(ポリ)プロピレングリコールモノ(2-メチル-2-プロペニル)エーテル等が好ましい。構成単位(1)を形成する一般式1で示される単量体は1種又は2種以上使用してもよい。
 次に、不飽和カルボン酸及び/又はその塩について説明する。不飽和カルボン酸及び/又はその塩としては、例えば、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、こはく酸モノ(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)、こはく酸モノ(2-(メタ)アクリロイルオキシプロピル)及びこれらの塩などが挙げられる。塩としては、特に制限するものではないが、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩、トリイソプロパノールアミン塩等のアミン塩などが挙げられる。なかでもナトリウム塩とカルシウム塩が好ましい。このような不飽和カルボン酸及び/又はその塩は1種又は2種以上使用してもよい。
 不飽和カルボン酸及び/又はその塩としては、全不飽和カルボン酸及び/又はその塩の全体の内80~100モル%が(メタ)アクリル酸及び/又はその塩から選ばれる一つ又は二つ以上であり、全不飽和カルボン酸及び/又はその塩の全体の内90~100モル%が(メタ)アクリル酸及び/又はその塩から選ばれる一つ又は二つ以上であるのが好ましく、全不飽和カルボン酸及び/又はその塩の全体の内95~100モル%が(メタ)アクリル酸及び/又はその塩から選ばれる一つ又は二つ以上であるのが更に好ましい。
 ブリーディング低減効果を十分に得るために、一般式1で示される単量体と不飽和カルボン酸及び/又はその塩の配合割合は、不飽和カルボン酸及び/又はその塩と一般式1で示される単量体の質量比率が(不飽和カルボン酸及び/又はその塩)/一般式1で示される単量体=30/70~1/99であるのが好ましく、20/80~5/95であるのがより好ましい。
 本実施形態で使用する硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤について説明する。このような硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤は、硫黄原子を含有するものであり、疎水性連鎖移動剤として作用するものを意味する。このような硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤は、具体的には、n-ドデシルメルカプタン、ステアリルメルカプタン、セチルメルカプタン、2-エチルヘキシルメルカプタン、tert-ドデシルメルカプタン、ドコシルメルカプタンなどのアルキルメルカプタン、チオグリコール酸オクチル、3-メルカプトプロピオン酸オクチルなどのメルカプトカルボン酸アルキルエステルなどが挙げられる。十分に効果を得るためには、アルキル鎖を有し、アルキル鎖の炭素数は、8~22であるのが好ましい。より好ましくは、アルキルチオールが好ましく、このようなアルキルチオールとしては、例えば、n-ドデシルメルカプタン、ステアリルメルカプタン、セチルメルカプタン、2-エチルヘキシルメルカプタン、tert-ドデシルメルカプタン、ドコシルメルカプタンなどが挙げられる。なかでも、n-ドデシルメルカプタン、tert-ドデシルメルカプタンが好ましい。
 本実施形態において、一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩とを、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で水溶媒中で重合させることにより、一般式1で示される単量体により形成される構成単位と不飽和カルボン酸及び/又はその塩から形成される構成単位とを有するビニル系単量体由来の構造を備える共重合体を得ることができる。このような共重合体は、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤由来の構造を有するものである。ここで、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤由来の構造を有するとは、共重合体の末端に硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤由来の構造を有することであり、共重合体主鎖の水素ラジカル引き抜き後の連鎖移動反応により、主鎖に導入された硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤由来の構造を含むことをいう。より具体的には、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤として、アルキルチオールを使用した場合、アルキルチオール由来の構造がアルキル鎖を主鎖とし、このようなアルキル鎖の主鎖の末端の少なくとも1つが、硫黄原子を介して、ビニル系単量体由来の構造の主鎖末端と結合した構造を有する。
 本実施形態において、共重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリエチレングリコール換算の質量平均分子量が100000以上2000000以下とするものである。質量平均分子量が100000未満であると、そもそもワイセンベルク効果が現れず、質量平均分子量が2000000を超えると本発明においても粘度が上昇過多となり、所望の効果が得られないおそれがある。粘度および経済性の観点から、質量平均分子量は、100000~600000であるのが好ましい。
 本実施形態において、共重合体は、一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩に加えて、その他の単量体を使用することも好ましい。このようなその他の単量体としては、例えば、アルキル基の炭素数が1~4であるアルキル(メタ)アクリレートから選ばれる1種または2種以上が挙げられる。アルキル(メタ)アクリレートとして、アクリル酸メチル、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート等が好ましい。また、その他の単量体は1種又は2種以上使用してもよい。このような単量体は、一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩のうちの少なくとも一つと共重合可能であれば特に制限はなく、かかる単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類、(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)アクリロニトリル等の不飽和シアン類、マレイン酸やフマル酸等の不飽和ジカルボン酸と(ポリ)アルキレングリコールや炭素数1~22のアルキル基やアルケニル基のアルコールとのモノエステルやジエステルとなる不飽和ジカルボン酸エステル類、不飽和カルボン酸や不飽和ジカルボン酸と炭素数が1~22であるアミンとのモノアミドやジアミドとなるアミド単量体類、アルキルジカルボン酸とポリエチレンポリアミンを縮合させたもの、活性水素を持つ窒素原子にエチレンオキシドやプロピレンオキシドを付加させたもの、(メタ)アクリル酸とのエステルやグリシジル(メタ)アクリレートと反応させたポリアミドポリアミン単量体類、(メタ)アリルスルホン酸やビニルスルホン酸及びそれらの塩などからなるスルホン酸系単量体類、リン酸2-(メタクリロイルオキシ)エチルやリン酸-ビス[2―(メタクリロイルオキシ)エチル]およびそれらの塩などからなるリン酸系単量体類等が挙げられる。
 本実施形態で使用する共重合体を得るには、ラジカル発生部位を有するラジカル重合開始剤の存在下で、一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩とを重合させればよい。ラジカル発生部位を有するラジカル重合開始剤の存在下で、重合させる場合には、熱等によりアゾ基等のラジカル発生部位からラジカルが発生し、これによって重合が開始されることとなる。ラジカル重合に使用するラジカル重合開始剤は、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過酸化物や、2,2-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩酸塩、2,2-アゾビス(イソブチロニトリル)等のアゾ系化合物が挙げられ、重合反応温度下において分解し、ラジカルを発生するものであれば、その種類は特に制限されない。これらは、亜硫酸塩やL-アスコルビン酸等の還元性物質、更にはアミン等と組み合わせ、レドックス開始剤として使用することもできる。ラジカル重合開始剤の使用量は、その種類によって適宜調節すればよく、特に限定されるものではない。
 なお、本実施形態においては、上述の共重合体に加えて、その他の共重合体が使用されていてもよい。このようなその他の共重合体として、上述の共重合体の製造方法において、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤を使用しないものが挙げられる。
 セメント等の水硬性組成物は、水溶液として使用されるので、上記ラジカル重合は、水を溶媒として使用する水溶液重合で行われる。水溶液重合は、回分式でも連続式でも、また、これらの2種以上の組み合わせでもよい。ラジカル重合反応時における水溶液の濃度は、経済性と取扱やすさの観点から、10~80質量%であるのが好ましく、20~70質量%であるのがより好ましく、30~65質量%であるのがさらに好ましい。なお、水溶液の濃度とは、下記数式(1)で表される質量%をいう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 ラジカル重合反応における反応温度は、ラジカル重合開始剤の種類に応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではないが、好ましく0~120℃であり、より好ましくは20~100℃であり、更に好ましくは50~90℃である。
 本発明の実施形態の水硬性組成物用添加剤の製造方法は、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤を使用することが重要である。硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤を使用しない場合、重合時においてワイセンベルク効果を回避できないおそれがある。
 また、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤に加えて、その他の疎水性連鎖移動剤や親水性連鎖移動剤を併用することも好ましい。その他の疎水性連鎖移動剤としては、例えば、四塩化炭素、四臭化炭素、塩化メチレン、ブロモホルム、ブロモトリクロロエタン等のハロゲン化物;α-メチルスチレンダイマー、α-テルピネン、γ-テルピネン、ジペンテン、ターピノーレン等の不飽和炭化水素化合物が挙げられる。特に、このような親水性連鎖移動剤としては、例えば、3-メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオグリセロール、チオリンゴ酸、2-メルカプトエタノールなどが挙げられる。なかでも、3-メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオグリセロールが好ましい。
 所望の効果を効率的に得るためには、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤、その他の疎水性連鎖移動剤と親水性連鎖移動剤を加えた連鎖移動剤総量に対して、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の使用量は、1~100モル%であるのが好ましく、10~100モル%であるのがより好ましく、40~80モル%であるのが更に好ましい。
 また、ラジカル重合反応に使用する各単量体成分の反応容器への添加方法としては、特に限定されず、例えば、全量を反応容器に初期に一括投入する方法、全量を反応容器に分割又は連続投入する方法、一部を反応容器に反応初期に投入し、残りを反応容器に分割又は連続投入する方法のいずれであってもよい。また、ラジカル重合開始剤、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤、親水性連鎖移動剤は、反応容器に初めから投入してもよく、反応容器に滴下してもよく、また、これらを組み合わせてもよい。
 次に、本発明の実施形態によって製造された水硬性組成物用添加剤を使用する水硬性組成物について説明する。このような水硬性組成物は、以上説明したような本実施形態で得られた水硬性組成物用添加剤を使用して調製したセメントペースト、モルタル、コンクリート等の水硬性組成物である。水硬性組成物は、結合材として、少なくともセメントを使用したものであるが、セメントを単独で使用してもよく、また、セメントとポゾラン物質や潜在水硬性をもつ微粉末混和材料を併用してもよい。このようなセメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカフュームセメント等の各種混合セメントが挙げられる。また、微粉末混和材料としては、高炉スラグ微粉末、シリカフューム、フライアッシュ等が挙げられる。
 本実施形態で得られた水硬性組成物用添加剤を使用する水硬性組成物においては、各種の細骨材、粗骨材を使用することができる。また、目的に応じてAE調整剤、消泡剤、凝結遅延剤、硬化促進剤、乾燥収縮低減剤、防腐剤、防水剤、防錆剤等を併用することができる。
 以下、本発明の構成及び効果をより具体的にするため、実施例等を挙げるが、本発明が該実施例に限定されるというものではない。尚、以下の実施例等において、部は質量部を、また%は質量%を意味する。
試験区分1(共重合体の合成)
・共重合体(PCA-1)の合成
 ガラス製攪拌軸(軸径:φ8mm)、PTFE製半円状の攪拌羽根(アズワン社製、90×24×4mm)、攪拌機(回転数表示可能)、窒素導入管及び滴下ロートを備え、JIS R3503に準拠した1000mLの丸底フラスコにイオン交換水274.5g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=45)オキシエチレン179.5g、メタクリル酸19.9g、3-メルカプトプロピオン酸0.20g、n-ドデシルメルカプタン0.38gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。次に、35%過酸化水素水1.2gをイオン交換水18.0gで希釈したものを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。その後、35%過酸化水素水0.4gをイオン交換水6.0gで希釈したものを反応系に更に加え、反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。このとき、攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量298000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-1)とした。
・共重合体(PCA-2)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水436.8g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=23)オキシエチレン338.9g、メタクリル酸59.6g、3-メルカプトプロピオン酸0.4g、ステアリルメルカプタン1.1gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。次に、35%過酸化水素水2.4gをイオン交換水35.8gで希釈したものを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を70℃に保持して攪拌速度200rpmで2時間、重合反応を行なった。その後、35%過酸化水素水0.8gをイオン交換水11.9gで希釈したものを反応系に更に加え、反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。このとき、攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さh)を測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量277000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-2)とした。
・共重合体(PCA-3)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水218.4g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=45)オキシエチレン159.2g、メタクリル酸39.8g、チオグリコール酸0.08g、n-ドデシルメルカプタン0.40gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。次に、35%過酸化水素水1.2gをイオン交換水18.0gで希釈したものを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。その後、35%過酸化水素水0.4gをイオン交換水6.0gで希釈したものを反応系に更に加え、反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。このとき、攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量350000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-3)とした。
・共重合体(PCA-4)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水216.4g、α-(3-メチル-3-ブテニル)-ω-ヒドロキシ-ポリ(n=53)オキシエチレン153.8gを攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。アクリル酸45.2gを3時間、チオグリコール酸0.05g、セチルメルカプタン0.47gの混合物を4時間、3.5%過酸化水素水16.0gを3時間、L-アスコルビン酸1.3gをイオン交換水11.7gで希釈したものを4時間それぞれかけて反応系に同時に滴下し、重合反応を行った。すべて滴下し終わってから温度を70℃に1時間保持した。このとき、攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量250000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-4)とした。
・共重合体(PCA-5)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水218.5g、α-メタリル-ω-ヒドロキシ-オキシプロピレンポリ(n=68)オキシエチレン126.8gを攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。アクリル酸ヒドロキシエチル27.2g、アクリル酸27.2g、アクリル酸メチル18.1gの混合物を3時間、チオグリコール酸0.18g、2-エチルヘキシルメルカプタン0.22gの混合物を4時間、3.5%過酸化水素水16.0gを3時間、L-アスコルビン酸1.3gをイオン交換水11.7gで希釈したものを4時間それぞれかけて反応系に同時に滴下し、重合反応を行った。すべて滴下し終わってから温度を70℃に1時間保持し重合反応を行なった。このとき、攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量223000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-5)とした。
・共重合体(PCA-6)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水262.7g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=113)オキシエチレン208.5g、メタクリル酸31.2g、チオグリセロール0.14g、tert-ドデシルメルカプタン0.19gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。次に、2.2%過酸化水素水23.0gを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を65℃に保持して2時間、重合反応を行なった。その後、2.2%過酸化水素水7.7gを反応系に更に加え、反応系の温度を65℃に保持して3時間、重合反応を行なった。このとき攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量358000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-6)とした。
・共重合体(PCA-7)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水274.2g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=9)オキシエチレン191.7g、メタクリル酸43.1g、チオグリセロール0.20g、n-ドデシルメルカプタン0.20g、アリルスルホン酸ナトリウム4.8gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて80℃とした。次に、3.5%過酸化水素水14.4gを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を70℃に保持して3時間、重合反応を行なった。その後、3.5%過酸化水素水4.8gを反応系に更に加え、反応系の温度を80℃に保持して3時間、重合反応を行なった。このとき攪拌速度200rpm、温度80℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量432000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-7)とした。
・共重合体(PCA-8)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水274.2g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=45)オキシエチレン179.4g、メタクリル酸43.1g、こはく酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)16.7g、3-メルカプトプロピオン酸0.14g、n-ドデシルメルカプタン0.65gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。次に、3.5%過酸化水素水14.4gを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を70℃に保持して3時間、重合反応を行なった。その後、3.5%過酸化水素水4.8gを反応系に更に加え、反応系の温度を70℃に保持して3時間、重合反応を行なった。このとき攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量320000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-8)とした。
・共重合体(PCA-9)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水274.2g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=23)オキシエチレン200.5g、メタクリル酸14.3g、チオグリコール酸0.10g、ドコシルメルカプタン1.17g、アクリル酸メチル23.9gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、攪拌速度200rpm、反応系の温度を温水浴にて65℃とした。次に、3.5%過酸化水素水14.3gを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を65℃に保持して4時間、重合反応を行なった。その後、3.5%過酸化水素水4.8gを反応系に更に加え、反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。このとき攪拌速度200rpm、温度65℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量354000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-9)とした。
・共重合体(PCA-10)の合成
 共重合体PCA-1の合成に使用した装置と同様の装置を用い、イオン交換水274.2g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=45)オキシエチレン211.0g、メタクリル酸28.8g、3-メルカプトプロピオン酸0.24gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて70℃とした。次に、3.5%過酸化水素水14.4gを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。その後、3.5%過酸化水素水4.8gを反応系に更に加え、反応系の温度を70℃に保持して2時間、重合反応を行なった。このとき攪拌速度200rpm、温度70℃にて図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hを測定した。イオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量400000であった。この反応混合物を共重合体(PCA-10)とした。なお、共重合体PCA-10の合成に際し、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤を用いなかった。
 合成した共重合体(PCA-1)~(PCA-10)の質量平均分子量を下記測定条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて測定した。
[測定条件]
装置:Shodex GPC-101(昭和電工株式会社製)
カラム:OHpak SB-G+SB-806M HQ+SB-806M HQ(昭和電工株式会社製)
検出器:示差屈折計(RI)
溶離液:50mM硝酸ナトリウム水溶液
流量:0.7mL/分
カラム温度:40℃
資料濃度:試料濃度0.5重量%の溶離液溶液
標準物質:ポリエチレングリコール・ポリエチレンオキシド(アジレント・テクノロジー株式会社製)
 合成した共重合体(PCA-1)~(PCA-10)の水を除去し、重水を使用して5%の濃度となるように溶液を調整し、300MHの1H-NMRにて測定を行った。
[測定条件]
装置: Varian Murcury 300(アジレント・テクノロジー株式会社製)
測定溶媒:重水
測定温度:20℃
 各共重合体の内容及び測定結果を表1にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表1において、
 L-1:α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=45)オキシエチレン
 L-2:α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=23)オキシエチレン
 L-3:α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=113)オキシエチレン
 L-4:α-(3-メチル-3-ブテニル)-ω-ヒドロキシ-ポリ(n=53)オキシエチレン
 L-5:α-メタリル-ω-ヒドロキシ-オキシプロピレンポリ(n=68)オキシエチレン
 L-6:アクリル酸ヒドロキシエチル
 L-7:α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=9)オキシエチレン
 M-1:メタクリル酸
 M-2:アクリル酸
 M-3:こはく酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)
 N-1:アクリル酸メチル
 N-2:アリルスルホン酸ナトリウム
 TA-1:3-メルカプトプロピオン酸
 TA-2:チオグリコール酸
 TA-3:チオグリセロール
 TB-1:n-ドデシルメルカプタン
 TB-2:ステアリルメルカプタン
 TB-3:セチルメルカプタン
 TB-4:2-エチルヘキシルメルカプタン
 TB-5:tert-ドデシルメルカプタン
 TB-6:ドコシルメルカプタン
試験区分2(共重合体水溶液の評価)
 試験区分1における各例の共重合体の調製に際し、ワイセンベルク効果の発生状況を観察した。結果を表2にまとめて示した。
 ワイセンベルク効果の発生状況の評価に関しては、図1に示されるように、丸底フラスコ内の共重合体溶液の液面差(高さ)hについて以下の基準で判断した。
液面差h:
A:0~1cm未満
B:1cm以上3cm未満
C:3cm以上6cm未満
D:6cm以上
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
試験区分3(その他の共重合体の合成)
・共重合体(PCB-1)の合成
 攪拌機、窒素導入管及び滴下ロートを備えた1000mLの丸底フラスコにイオン交換水170.0g、α-メタクリロイル-ω-メトキシ-ポリ(n=23)オキシエチレン168.0g、メタクリル酸22.9g、3-メルカプトプロピオン酸1.7gを仕込み、攪拌しながら均一に溶解した後、雰囲気を窒素置換し、反応系の温度を温水浴にて60℃とした。次に、過硫酸ソーダ2.8gをイオン交換水42.1gで希釈したものを反応系に加え、重合反応を開始した。反応系の温度を60℃に保持して2時間、重合反応を行なった。その後、過硫酸ソーダ0.9gをイオン交換水14.0gで希釈したものを反応系に更に加え、反応系の温度を60℃に保持して2時間、重合反応を行なった。30%水酸化ナトリウム水溶液を用いて、pH6に調整し、さらにイオン交換水にて濃度を20%に調整して反応混合物を得た。この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて分析したところ、質量平均分子量24000であった。この反応混合物を共重合体(PCB-1)とした。
試験区分4(水硬性組成物の調製及び評価)
・実施例1~9及び比較例1、2
 表1で示した共重合体PCA-1を添加剤EX-1として、共重合体PCA-2を添加剤EX-2として、共重合体PCA-3を添加剤EX-3として、共重合体PCA-4を添加剤EX-4として、共重合体PCA-5を添加剤EX-5として、共重合体PCA-6を添加剤EX-6として、ポリカルボン酸系共重合体PCA-7を添加剤EX-7として、共重合体PCA-8を添加剤EX-8として、共重合体PCA-9を添加剤EX-9として、共重合体PCA-10を添加剤R-1として使用し、コンクリート組成物にて評価を行った。表3に示した配合条件で、表4に記載した各試験例のコンクリート組成物を以下のように調製した。20℃の試験室内で50Lの強制二軸ミキサーに普通ポルトランドセメント(太平洋セメント株式会社製、宇部三菱セメント株式会社製、住友大阪セメント株式会社製等量混合、密度=3.16g/cm)、砕砂(岩瀬産砕砂、密度=2.64g/cm)、砕石(岡崎産砕石、密度=2.66g/cm)をそれぞれ所定量となるように投入すると共に、水硬性組成物用添加剤をセメントに対して固形分で0.02%となるように、PCB-1を所定のスランプになるように、空気連行剤(竹本油脂株式会社製の商品名AE-300)を所定の空気量になるようにセメントに対して0.005~0.15%の範囲で、、脂肪族ポリエーテル系消泡剤(竹本油脂株式会社製の商品名AFK-2)をセメントに対して0.005%の割合となるように、練り混ぜ水(水道水)と共に投入し、90秒間練り混ぜ、スランプが18±1cm、空気量が4.5±0.5%の範囲となるように、その他の共重合体(PCB-1)と空気連行剤の使用量を調整した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
・水硬性組成物の評価
 調製した各例の水硬性組成物について、スランプ、空気量、圧縮強度及びブリーディング量を下記のように求めた。結果を表4にまとめて示した。
 ・スランプ(cm):空気量の測定と同時にJIS-A1101に準拠して測定した。
 ・空気量(容積%):練り混ぜ直後の水硬性組成物について、JIS-A1128に準拠して測定した。
 ・圧縮強度:各例の水硬性組成物を直径100mm、高さ200mmの型枠を用いて硬化させた材齢28日の硬化体について、JIS-A1108に準拠して測定した。
 ・ブリーディング量:練り混ぜ直後の水硬性組成物について、JIS-A1123に準拠して測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
(結果)
 実施例1~9においては、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で重合を行うことにより、ワイセンベルク効果の発生を回避することができるとともに、得られる水硬性組成物についてブリーディングを低減することが確認された。なお、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤を用いて重合させることにより得られた共重合体PCA-1~PCA-9を配合しないで、共重合体PCB-1のみを配合した比較例1、及び、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤を使用しないで重合した共重合体PCA-10を添加剤R-1として配合した比較例2は、いずれもブリーディングを低減することができなかった。
 本発明の水硬性組成物用添加剤の製造方法は、水硬性組成物用添加剤を製造する方法として利用することができる。
1:丸底フラスコ、2:攪拌羽根、3:液面、4:攪拌軸

 

Claims (8)

  1.  水硬性組成物用添加剤の製造方法であって、
     前記水硬性組成物用添加剤は、共重合体を含有し、
     当該共重合体が、下記の一般式1で示される単量体と、不飽和カルボン酸及び/又はその塩とを、硫黄原子を含有する疎水性連鎖移動剤の存在下で水溶媒中で重合させることによって製造され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリエチレングリコール換算の質量平均分子量が100000以上2000000以下である水硬性組成物用添加剤の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (但し、式中、R、R及びRは、同一又は異なる、水素原子、メチル基を表す。Rは同一又は異なる水素原子又は炭素数1~30の炭化水素基を表す。pは0又は1の整数を表す。qは0~2の整数を表す。AOは炭素数2~18のオキシアルキレン基を表す。nはAOの平均付加モル数であり、1~300の数を表す。)
  2.  前記疎水性連鎖移動剤を連鎖移動剤総量に対して、1~100モル%を使用する請求項1に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
  3.  重合時における、水溶液の濃度を10~80質量%とする請求項1又は2に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
  4.  前記共重合体の質量平均分子量が100000~600000である請求項1~3のいずれか1項に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
  5.  前記疎水性連鎖移動剤の炭素数が8~22である請求項1~4のいずれか1項に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
  6.  前記疎水性連鎖移動剤がアルキルチオールである請求項1~5のいずれか1項に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
  7.  不飽和カルボン酸及び/又はその塩と上記一般式1で示される単量体の質量比率が(不飽和カルボン酸及び/又はその塩)/上記一般式1で示される単量体=30/70~1/99である請求項1~6のいずれか1項に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。
  8.  前記不飽和カルボン酸が(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、こはく酸モノ(2-(メタ)アクリロイルオキシエチル)、こはく酸モノ(2-(メタ)アクリロイルオキシプロピル)からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1~7のいずれか1項に記載の水硬性組成物用添加剤の製造方法。

     
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