JP2586916B2 - セメント分散剤 - Google Patents

セメント分散剤

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセメント分散剤さらに詳しくはセメント組成
物であるセメントペースト、モルタル及びコンクリート
に使用する減水剤並びにスランプロス低減剤に関するも
のである。
〔従来の技術〕
従来、古くから用いられているセメント分散剤の最も
代表的なものとしては、リグニンスルホン酸(以下LSA
と略記する)が知られている。このリグニンスルホン酸
は、セメント組成物を混練する際に使用され、これによ
り使用水量の減少や作業性の向上が計られるのである
が、LSAの欠点として経時的に流動性(スランプ)が低
下するということがある。さらに、LSAの塩は使用量の
増加により空気混入量が増大したり、硬化時間が過度に
遅延したりするという欠点がある。
このLSA塩の欠点を改良する為に、LSA塩のアルカリ空
気酸化(特開昭55−56051号公報)、LSA塩の限外過に
よる低分子量域の除去(GB2092564)、LSAとナフタレン
スルホン酸とホルムアルデヒドとの共縮合物の限外過
による低分子量域の削減(特開昭58−176158号公報)、
LSAの過酸化水素又は過硫酸塩による高分子化(特許広
告昭62−103号公報)等によりLSA塩を改質する方法が公
表されているが、これらは収率が悪かつたり、経済的に
不利であるということから、より実用的な改質法が要望
されていた。
〔発明の目的〕
本発明者らは前記欠点を排除するため、LSA又はその
塩にアクリル系又はビニル系モノマーをグラフト共重合
し、LSAに官能基を有する側鎖を導入することにより、
実用的な改質効果を期して種々の研究を行つた。したが
つて本発明の目的は前述の従来技術におけるLSAセメン
ト分散剤の欠点を解消せしめることにある。
〔先行技術〕
リグニンスルホン酸グラフト共重合体に関する先行技
術としては、油田掘削用泥水分散安定剤分野では、過酸
化水素を用いるアクリル酸とLSA塩とのグラフト共重合
体(USP4,322,301)が、また、固体燃料水スラリー用添
加剤分野では、過酸化水素を用いるアクリル酸又はメタ
クリル酸とLSA塩とのグラフト共重合体(特開昭62−218
694号公報)がそれぞれ発表されている。しかしなが
ら、これら文献においては、セメント分散剤への応用は
全く見出されていない。
〔発明の開示〕
本発明は多量添加しても硬化遅延性を示すことなく高
い流動性を示し、かつその流動性を長時間保持し、安定
した作業性を確保することのできるセメント分散剤を提
供するものである。
本発明はLSA又はその塩に官能基を有するアクリル系
又はビニル系モノマーの1種又は1種以上を水溶液中で
ラジカル開発剤存在下レドツクスフリーラジカル反応に
よつてグラフト共重合体として得られ、かつ分子量分布
が5×102から5×106の範囲内にあるLSAグラフト共重
合体を主成分とするセメント分散剤を提供するものであ
る。
本発明において使用される上記のLSAグラフト共重合
体を製造するための原料のLSAは、一般に、針葉樹亜硫
酸パルプ廃液をアルコール発酵し、エタノールを除去し
た残溜液より得られるものである。また、広葉樹系LS
A、草本系LSA、さらには亜硫酸パルプ廃液以外からのス
ルホン化されたリグニンを用いてもよい。
上記の官能基を有するアクリル系又はビニル系モノマ
ーの例としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、
2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、
メタクリルアミドエタンスルホン酸、アクリル酸、メタ
クリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、ア
クリル酸スルホアルキル、アクリロニトリル、メタクリ
ロニトリル、p−スチレンスルホン酸等であり、又はそ
れらのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニ
ウム塩及び低級アミン塩である。しかし、モノマーとし
てはここに示されるモノマーに限られるものではない。
一般に、リグニンとアクリル系又はビニル系モノマー
とのグラフト共重合はセリウム塩、第1鉄塩と過酸化水
素などのレドツクス触媒を用いる化学的方法や、γ線照
射法により合成される(「リグニンの化学」p224−22
7、昭和54年2月、ユニー出版参照)が、本発明におい
て使用されるLSAの共重合体の製造にあたつては特に製
造法は特定されない。
上記のLSAグラフト共重合体を製造するのに用いられ
るレドツクス触媒であるラジカル開始剤としては好まし
くは、第1鉄塩と過酸化物の組合せが用いられる。例え
ば、硫酸第1鉄と過酸化水素とによるレドツクスフリー
ラジカル開始反応によつてグラフト共重合反応が進行さ
れる。この場合の過酸化物としては、t−ブチルハイド
ロパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド、過硫酸
アンモニウム等を使用してもよい。
上記のLSAグラフト共重合体はセメント分散剤として
そのまま使用することもできるし、他のセメント分散剤
と混ぜて使用してもよい。
上記のLSAグラフト共重合体のセメント分散剤として
の使用量はコンクリートに用いた時、そのスランプが21
cm以上、つまり高流動性を示す使用量を用い、その使用
量とはセメント重量に対して固形分で0.1%〜3.0%使用
するのがよい。添加方法はモルタル・コンクリートの材
料の混練時に同時に添加するのが一般的であるが混練後
に添加しても良く又、コンクリートが施工現場に運搬さ
れた時点で、打設の前に添加してもよい。
以下に製造例、実施例を掲げ本発明をより具体的に説
明するが本発明は下記実施例に限定されるものではな
い。なお、実施例中特にことわらない限り、%は重量
%、部は重量部を表わすものとする。
製造例1 リグニンスルホン酸カルシウム(以下LSACaと略記す
る)107部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパン
スルホン酸(一級品)(以下ASと略記する)127部、ア
クリルアミド(一級品)(以下AMと略記する)391部、
水1800部及び苛性ソーダ(一級品)26部からなるpH7.0
の褐色水溶液にチツ素雰囲気下で機械的に撹拌を行いな
がら、5%硫酸第1鉄水溶液10部を加え50℃に加熱し、
1%過酸化水素水100部を30分間に滴下し、さらに50℃
で4時間30分反応を続行する。次いで、冷却後ラジカル
停止剤で反応を停止させ、25%苛性ソーダでpH7.0に中
和し、固形分25%の褐色粘稠液2400部(粘度740cps)を
得た。
原料LSACa及びこの製造例1で得られた反応生成物の
ゲルクロマトグラフから算出した分子量分布の概念図を
図1(h)及び(a)に示す。図1(a)反応生成物は
分子量が総体的に高い方に分布し(RI曲線)、UV曲線の
高い方に2つ目のピークが生じて、グラフト重合による
高分子物が生成していることが認められた。
製造例2 LSACa107部、AS127部、AM391部、水1800部及び苛性ソ
ーダ25部からなるpH6.5の褐色水溶液にヒドロキノン
(一級品)3部を加え製造例1と同様に反応を行い、固
形分25%の褐色粘稠液2400部(粘度500cps)を得た。反
応生成物の分子量分布状態を図1(b)に示す。
製造例3 LSACa315部、AS76部、AM229部、水1800部からなるpH
2.0の褐色水溶液にチツ素雰囲気下に機械的に撹拌を行
いながら、5%硫酸第1鉄水溶液1部を加え20℃で1%
過酸化水素水50部を5分間で滴下し、さらに20℃で4時
間55分反応を続行し、ラジカル停止剤で反応を停止さ
せ、25%苛性ソーダでpH7.0に中和し、固形分25%の褐
色粘稠液2400部(粘度170cps)を得た。この反応生成物
の分子量分布状態を図1(c)に示す。
製造例4 LSACa105部、AS159部、アクリロニトリル(一級品)
(以下ANと略す)350部、水1800部及び苛性ソーダ16.5
部からなるpH7.0の褐色水溶液にチツ素雰囲気下で機械
的に撹拌をはげしく行いながら、5%硫酸第1鉄水溶液
10部を加え20℃で1%過酸化水素水50部を30分間で滴下
し、さらに20℃で4時間30分反応を続行し、以下製造例
1と同様に行い、固形分25%の褐色粘稠液2400部(粘度
300cps)を得た。この反応生成物の分子量分布状態を図
1(d)に示す。
製造例5 LSACa103部、AS450部、AM23部、アクリル酸(一級
品)(以下AAと略記する)23部、水1800部及び苛性ソー
ダ80部からなるpH4.0の褐色水溶液にチツ素雰囲気下で
機械的に撹拌を行いながら5%硫酸第1鉄水溶液5部を
加え、20℃で1%過酸化水素水25部を10分間で滴下し、
さらに20℃で4時間50分反応を続行し、以下製造例1と
同様に行い、固形分25%の褐色粘稠液2400部(粘度500c
ps)を得た。この反応生成物の分子量分布状態を図1
(c)に示す。
製造例6 LSACa107部、AS508部、水1800部及び苛性ソーダ106部
からなるpH7.0の褐色水溶液にチツ素雰囲気下で機械的
に撹拌を行いながら、5%硫酸第1鉄水溶液5部を加え
50℃で、1%過酸化水素水50部を30分間で滴下し、さら
に50℃で4時間30分反応を続行し、以下製造例1と同様
に行い、固形分25%の褐色粘稠液2400部(粘度700cps)
を得た。この反応生成物の分布量分布状態を図1(f)
に示す。
比較例1 AS127部、AM391部、水1475部、メタノール20部及び苛
性ソーダ25部からなるpH7.0の無色透明水溶液にチツ素
雰囲気下で機械的に撹拌を行いながら、5%硫酸第1鉄
水溶液10部を加え5℃で1%過酸化水素水50部を10分か
け滴下し、さらに5℃で4時間50分反応を続行し、ラジ
カル停止剤で反応を停止させ、25%LSACa水溶液428部を
加え、25%苛性ソーダでpH7.0に中和し、固形分25%の
褐色粘稠液2400部(粘度365cps)を得た。この反応生成
物の分子量分布状態を図1(g)に示す。総体的分子量
はリグニンスルホン酸塩より高い方にあるが(RI曲
線)、UV曲線は(h)と変りがないことからリグニンス
ルホン酸塩には何も変化が生じていないことが判る。
実施例 表2に示すとおりの配合で、練り混ぜ量が80となる
ようにそれぞれの材料を計量し、可傾式ミキサーに全材
料を投入し、直ちに回転数毎分35回転で3分間練り混ぜ
を行い目標スランプ21cm以上目標空気量4.5容量%の高
流動性コンクリートを調製した。得られた練り上り直後
のコンクリートをサンプリングし、そのスランプおよび
空気量を測定した。練り上り後可傾式ミキサーの回転数
を3回転/分に下げて、引き続き練り混ぜを行い60分後
のスランプおよび空気量を測定し、それらの経時変化も
みた。また、それらのコンクリートの圧縮強度、凝結時
間も測定した。これらの結果を表3に示す。表3には比
較のため市販の高性能減水剤であるβ−ナフタレンスル
ホン酸ナトリウムのフォルマリン縮合物(βSNF)及び
原料のLSACaを添加したコンクリートの試験(比較例2
及び3)が示されている。
なお、スランプ、空気量、圧縮強度及び凝結時間の測
定方法や圧縮強度供試体の採取方法はすべて日本工業規
格(JIS A 6204)に準拠して行つた。
表3に示された試験結果から明らかなように製造例1
〜6で得られたグラフト共重合体をコンクリート用混和
剤として使用した結果はリグニンスルホン酸カルシウム
を使用した結果(比較例3)に比較し、以下のように要
約される。
1.ほヾ同量の添加量でスランプが大きくなる 2.空気量の連行がそれ程多くない 3.60分後のスランプの低下が殆んどない 4.材令28日の圧縮強度が大きい 5.凝結時間が短い 又、製造例1〜6で得られたもののコンクリート試験
結果を一般的高性能減水剤であるβ−ナフタレンスルホ
ン酸ナトリウムのフオルマリン縮合物をセメントの0.5
%添加した場合の結果表3・比較例2と比較し添加量の
多少があるが 1.練り上りのコンクリートのスランプが高い 2.60分後のスランプの低下が少い と言う利点があることが判明した。
又、ASとAMの共重合体にLSACaを単に混合した場合、
即ち、LSACaにグラフト共重合体が附加していない場合
(比較例1)については言う迄もなく、期待する効果が
得られなかつた。
以上の結果、本発明のセメント分散剤は従来の分散剤
であるLSACaの性質を著しく改善した秀れた性能を示す
ばかりでなく、従来の高性能減水剤の性能とも比較して
も、コンクリートのスランプが高く、60分後のスランプ
の低下が少い優れたセメント分散剤である。
【図面の簡単な説明】
図1は製造例1〜6及び比較例1で得られた反応生成物
及び混和物をゲルクロマトグラフの手法を用いて示差屈
折検出器により検出された曲線が実線(RI曲線)で示さ
れており、これは検体全部の分子量分布の状態を示して
おり、又紫外吸光度検出器により波長280nmで検出され
た曲線が鎖線(UV曲線)で示されており、この鎖線は検
体中のリグニンスルホン酸系物質のみの分子量分布を示
している。 なお、縦軸には検出強度が、横軸には分子量がそれぞれ
表わされている。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リグニンスルホン酸又はその塩と官能基を
    有するアクリル系又はビニル系モノマーの1種又は1種
    以上とのグラフト共重合体であつて、かつ分子量分布が
    5×102から5×106の範囲内にあるリグニンスルホン酸
    グラフト共重合体を含有することを特徴とするセメント
    分散剤。
  2. 【請求項2】上記の官能基がカルボアミド基、N−スル
    ホアルキルカルボアミド基、カルボキシル基、カルボア
    ルコキシ基、カルボスルホアルコキシ基、シアノ基、ス
    ルホフエニル基である特許請求の範囲第1項記載のセメ
    ント分散剤。
  3. 【請求項3】リグニンスルホン酸グラフト共重合体の塩
    がアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム
    塩又は低級アミン塩である特許請求の範囲第1項および
    第2項記載のセメント分散剤。
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