JP6066117B2 - 促進剤組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマー(その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比が1/20〜20/1である)を含有する組成物、さらには該組成物の製造方法、それらを硬化促進剤として及び粉砕助剤としてセメントの製造に用いる使用に関する。本発明は同様に該組成物を含有する建材混合物に関する。
それらの固体状態のために基本的に硬練りモルタル混合物での使用に適したセメントベースの建材混合物のための粉末状硬化促進剤は、先行技術から公知である。かかる促進剤の例は硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、塩化カルシウム及び炭酸リチウムである。塩化物又は硝酸塩含有促進剤の欠点は、例えば、鉄筋コンクリートの耐食性への悪影響である。国際規格のために、使用が制限されている。硬化した建材表面の風解は、特に、カルシウム塩が使用される時も同様に問題を起こし得る(例えば、ギ酸カルシウムの場合)。
多くの用途では、例えば、モルタル又はコンクリートにおいて、更に一層の硬化の促進及びセメントベースの系のより高度な早強を達成することが必要である。しかしながら、上記の種類の促進剤及び他の市販の促進剤は、目下、当業者が、比較的少量の、例えば、使用される(ポルトランド)セメントの質量を基準として0.5質量%未満の添加される促進剤を用いて、この目的を達成することができないものである。更に、特に比較的多量に添加される、市販の促進剤の場合に、最終強度の望ましくない自然損失が見られる。従って、促進剤、特に、現時点で先行技術から公知の粉末状促進剤が使用される時に不可能な、高度な早強を多くの用途で達成することが強く求められている。
ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)の懸濁液が、高効率の促進剤として、コンクリートなどの(ポルトランド)セメント含有建材混合物で近年使用されてきた。それらは、市販の促進剤と比較して有意に高い早強(6時間)を達成することができる。最終強度(28日)の実質的な低下はここでは見られない。かかる懸濁液はWO2010026155A1号に記載されている。しかしながら、ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)の水含有懸濁液を使用する時に、実質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する硬練りモルタル混合物を配合することは、懸濁液の含水量のために、不適格な、少なくとも部分的な結合剤の早期水化作用をもたらすので、実用上の理由で不可能である。
(ポルトランド)セメント含有硬練りモルタル混合物の技術分野では、コンクリートなどの不乾性モルタル用途に関して、かた練りモルタル系でも、好ましくは最終強度(28日後の強度)の低下なしに、早強(6時間後)の顕著な向上を可能にするために、好適な、特に乾燥した、好ましくは粉末状の、高度に有効な促進剤が強く要求されている。コンクリート部門では、乾燥又は粉末状添加剤は全く必要とされないが、不必要な水の輸送を回避することによってコスト上の利点が達成され得る。硬化した建材表面上の風解も可能であれば防止されるべきである。
従って、本発明の課題は、先行技術の上記の欠点を克服する促進剤を提供することである。特に、促進剤は、かた練りモルタル混合物の場合に、早強の有効な向上を可能にし、同時に水の存在下で、例えば、(ポルトランド)セメントを水硬性硬化する感水性結合剤との良好な相溶性を可能にすべきである。特に、建材混合物の最終的な強度は、早強が有効に向上する間、悪影響を受けてはならない。特に、最終強度(28日)の低下なしに、市販の促進剤と比較して6時間後に非常に良好な早強を達成する高効率の促進剤懸濁液を提供することも本発明の課題である。
本発明の課題は、ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含み、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1である組成物によって、さらにはカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含有する水溶液の存在下での、水溶性カルシウム化合物と水溶性シリケート化合物との反応による(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として好ましくは適した水性のケイ酸カルシウム水和物含有懸濁液の製造方法であって、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比は、1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1である、前記製造方法によって達成される。この課題は、本発明による組成物を粉砕助剤としてセメントの製造に用いる使用によっても達成される。
更に、本発明は、アルカリ条件下での、カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩、特に水溶性カルシウム塩と二酸化ケイ素含有化合物との反応による(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として好ましくは適した水性のケイ酸カルシウム水和物含有懸濁液の製造方法であって、前記反応がカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する(コ)ポリマーの水溶液の存在下で行われ、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比が1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1であることを特徴とする、前記製造方法に関する。
本発明の課題はまた、固体の、好ましくは粉末状の組成物の製造方法であって、以下のプロセス工程:
a)好ましくは(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として適したケイ酸カルシウム水和物の水性懸濁液と、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーとを混合する工程、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1である、
b)任意に工程a)からの生成物の好適な固形分を水を用いる希釈によって凝結する工程及び
c)工程a)又はb)からの生成物を、好ましくは150℃未満の温度で、特に好ましくは100℃未満の温度で、特に80℃未満の温度で、最も好ましくは15℃〜80℃の範囲の温度で乾燥する工程
を実施する、前記製造方法によっても達成される。
この課題は、本発明による組成物を、硬化促進剤として、(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建材混合物に用いる使用によって、好ましくは本発明による組成物を、硬化促進剤として、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物に用いる使用によって、特に好ましくは本発明による組成物を、硬化促進剤として、本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物に用いる使用によっても達成される。
この課題はさらに、本発明による組成物並びに(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建材混合物によって、好ましくは本発明による組成物、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物によって、特に好ましくは本発明による組成物を含有し且つ本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物によっても達成される。
本発明の組成物は、固体状態で又は水性懸濁液として存在し得る。固体組成物の場合、これは好ましくは粉末状であり、粒径は特に好ましくは1000μm未満、特に好ましくは700μm未満である。本発明の組成物は、好ましくは促進剤組成物であり、好ましくは(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として適している。組成物は、好ましくは結合剤不含であり、特に好ましくは(ポルトランド)セメント不含である。従って、懸濁液は好ましくは、結合剤の添加なしに、特に(ポルトランド)セメントの添加なしに、水硬性硬化しない本質的に安定な、水性懸濁液である。本発明の組成物は、少なくとも1種の無機成分と少なくとも1種の有機成分を含有する。無機成分は、好ましくは、変性した、好ましくは、マグネシウム及びアルミニウムなどの他のイオンを含有し得る微粉砕されたケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)であると考えられる。無機成分のケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)は、ほとんどの場合、以下の式:
aCaO、SiO、bAl、cHO、dXO、eWO
(式中、
Xはアルカリ金属であり、
Wはアルカリ土類金属であり、好ましくは、Wはカルシウムとは異なるアルカリ土類金属であり、
0.1≦a≦2、好ましくは0.66≦a≦1.8
0≦b≦1、好ましくは0≦b≦0.1
1≦c≦6、好ましくは1≦c≦6.0
0≦d≦1、好ましくは0≦d≦0.4
0≦e≦2、好ましくは0≦e≦0.1である)
によって記載される組成物を有し得る。
モル比は、特に好ましくは、a、b及びeが上記式の上記の好ましい範囲内(0.66≦a≦1.8;0≦b≦0.1;0≦e≦0.1)にあるように選択される。
ケイ酸カルシウム水和物は、好ましくは、本発明の組成物中に、フォシャジャイト、ヒレブランダイト、ゾノトライト、ネコ石、単斜トベルモリ石、9Å−トバモライト(リバーサイド石)、11Å−トバモライト、14Å−トバモライト(プロンビエル石)、ジェンニ石、メタジェンナイト、カルシウムコンドロダイト、アフィライト、α−CSH、デルライト、ジャフェ石、ローゼンハーン石、キララ石及び/又はスオルン石、特に好ましくはゾノトライト、9Å−トバモライト(リバーサイド石)、11Å−トバモライト、14Å−トバモライト(プロンビエル石)、ジェンニ石、メタジェンナイト、アフィライト及び/又はジャフェ石の形で存在する。ケイ酸カルシウム水和物中のシリコンに対するカルシウムのモル比は、好ましくは0.66〜1.8、特に好ましくは0.66〜1.8である。ケイ酸カルシウム水和物中の水に対するカルシウムのモル比は、好ましくは0.6〜6、特に好ましくは0.6〜2、特に0.8〜2である。
組成物の有機成分は、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーであり、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比は、1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1である。これは、カルボン酸基及びカルボキシレート基の合計が形成され且つスルホン酸基及びスルホネート基の合計が同様に形成され、そして記載された合計の上で定義された比がそれから形成されることを意味する。「及び/又は」との用語は、ここでは一般的に慣例により、上記化学基のそれぞれがプロトン化形態又は塩形態で又は混合形態で存在し得ることを意味する。本発明による(コ)ポリマーは、好ましくは水溶性であり、20℃で10g/lを上回る水溶解度を有する。(コ)ポリマーは好ましくは炭素原子の主ポリマー鎖を有し、カルボン酸基又はカルボキシレート基は好ましくは主ポリマー鎖の炭素原子上に直接配置されている。
(コ)ポリマーは好ましくは炭素−炭素二重結合を有するモノエチレン性不飽和モノマーのフリーラジカル(共)重合によって製造される。特に好ましいのは、本発明による(コ)ポリマーの製造において、カルボン酸モノマー、特にモノカルボン酸モノマー、及びスルホン酸基を有するモノマーを使用することである。
本特許出願では、カルボン酸モノマーとの用語も同様に、カルボキシレート(カルボキシレートモノマー)として塩形態で存在するモノマーを意味し、それに応じて、スルホン酸基を含むモノマーとの用語もスルホネート(スルホネートモノマー)として塩形態で存在するモノマーを意味する。これらは混合形態で存在してもよい。
適切なカルボン酸モノマーの例は、(メタ)アクリル酸、エタクリル酸、α−クロロアクリル酸、α−シアノアクリル酸、β−メタクリル酸(クロトン酸)、α−フェニルアクリル酸、β−アクリルオキシプロピオン酸、ソルビン酸、α−クロロソルビン酸、2’−メチルイソクロトン酸、ケイ皮酸、p−クロロケイ皮酸、β−ステアリル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルタコン酸、アコニット酸、マレイン酸、フマル酸及び/又はトリカルボキシエチレンであり、特に好ましいのは(メタ)アクリル酸、特にアクリル酸である。好ましいのはモノカルボン酸である。1種以上のカルボン酸モノマーを使用することが可能である。マレイン酸は、特に比較的高い割合で使用される時、カルシウムイオン(α−カルボキシル基)の比較的高い親和性のために、硬化挙動への遅延作用及び水硬性硬化結合剤混合物の早強(混合の6時間後)が見られるので、あまり適していない。従って、マレイン酸からのカルボン酸基の割合は、コポリマー中の全てのカルボン酸基の20モル%未満、好ましくは10モル%未満でなければならず、特に、マレイン酸は使用されるべきではない。
適切なスルホン酸モノマーの例は、(メタ)アリルスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミドブタンスルホン酸及び2−アクリルアミド−2,4,4−トリメチルペンタンスルホン酸のうち1種以上のモノマー種、又は記載された酸のそれぞれの場合の塩である。特に好ましいのは、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)及びその塩化合物である。酸の塩化合物に属するカチオンは、特に制限されず、それぞれの場合に、好ましくは一価又は二価の金属カチオン、好ましくは、ナトリウム、カリウム、カルシウム又はマグネシウムイオンとして又はアンモニア、第1級、第2級又は第3級C〜C20−アルキルアミン、C〜C20−アルカノールアミン、C〜C−シクロアルキルアミン及びC〜C14−アリールアミンから誘導されるアンモニウムイオンとして存在し得る。アルキル基は、それぞれの場合に、分枝鎖状又は非分枝鎖状であってよい。かかるアミンの例は、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、フェニルアミン及びジフェニルアミンである。好ましいカチオンは、アルカリ金属イオン及び/又はアンモニウムイオンであり、特に好ましいのはナトリウムイオンである。
好ましいのは、(コ)ポリマーがスルホン酸基を含み且つ一般式(II)
Figure 0006066117
(式中、
基Rは同一又は異なり且つそれぞれ水素又はメチル基であり、R、R、Rは同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、水素、分枝鎖状又は非分枝鎖状の、炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であり、原子又はイオンMは同一又は異なり且つそれぞれ水素、一価又は二価金属カチオン又はアンモニウムイオンであり、
添字aは同一又は異なり且つそれぞれ1/2又は1である)
を有する構造単位を、好ましくは5〜95モル%の量で、特に好ましくは15〜85モル%の量で含む組成物である。二価金属カチオンの場合、aは1/2である。
本発明による(コ)ポリマーは、フリーラジカル重合によってそれぞれの構造単位を形成するモノマーをカップリングすることによって、それ自体公知の方法で製造され得る。酸として存在する全てのモノマーは、遊離酸として又はその塩形態で重合され得る。更に、酸の中和は、共重合の後でも適切な塩基の添加によって実施できる;重合前の又は重合後の部分的な中和も同様に可能である。コポリマーのモノマーの中和は、例えば、塩基の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム及び/又はアンモニアによって実施できる。更に適した塩基は、それぞれの場合に、分枝鎖状又は非分枝鎖状のアルキル基を有する第1級、第2級又は第3級のC〜C20−アルキルアミン、C〜C20−アルカノールアミン、C〜C−シクロアルキルアミン及び/又はC〜C14−アリールアミンである。1種以上の塩基を使用することが可能である。好ましいのは、アルカリ金属水酸化物及び/又はアンモニアによって中和を行うことであり、特に好ましいのは水酸化ナトリウムである。無機又は有機塩基は、それらが比較的容易にそれぞれの酸との水溶性塩を形成するように選択されるべきである。
(共)重合は、レドックス開始剤系又は光開始剤のいずれかによって開始され得る。2種の開始剤の変種の組み合わせも可能である。レドックス開始剤系は、少なくとも2つの成分、即ち、有機又は無機酸化剤及び有機又は無機還元剤を含む。しばしば、過酸化物単位を有する化合物、例えば、無機過酸化物、例えば、アルカリ金属及び過硫酸アンモニウム、アルカリ金属、過リン酸アンモニウム、過酸化水素及びそれらの塩(過酸化ナトリウム、過酸化バリウム)又は有機過酸化物、例えば、過酸化ベンゾイル、ブチルヒドロペルオキシド又は過酸、例えば、過酢酸が使用されている。しかしながら、他の酸化剤、例えば、過マンガン酸カリウム、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、重クロム酸カリウム等を使用することも可能である。還元剤としては、硫黄含有化合物、例えば、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、スルフィン酸、有機チオール(例えば、エチルメルカプタン、2−ヒドロキシエタンチオール、2−メルカプトエチル−アンモニウムクロリド、チオグリコール酸)等を使用することができる。アスコルビン酸及び低原子価の金属塩[銅(I);マンガン(II);鉄(II)]も可能である。リン化合物、例えば、次亜リン酸ナトリウムを使用することも可能である。
光重合の場合、これは光開始剤の分解をもたらすUV光によって開始される。光開始剤としては、ベンゾイン及びベンゾイン誘導体、例えば、ベンゾインエーテル、ベンジル及びその誘導体、例えば、ベンジルケタール、アクリルジアゾニウム塩、アゾ開始剤、例えば、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)ヒドロクロリド及び/又はアセトフェノン誘導体を使用することが可能である。レドックス開始剤系の場合、酸化成分及び還元成分の質量による割合は、好ましくは、いずれの場合も0.00005〜0.5質量%、特に好ましくはいずれの場合も0.001〜0.1質量%の範囲である。光開始剤の場合、この範囲は、好ましくは0.001〜0.1質量%、特に好ましくは0.002〜0.05質量%である。酸化成分及び還元成分並びに光開始剤に対して示された質量によるパーセンテージは、いずれの場合も共重合に使用されるモノマーの質量を基準とする。
(共)重合は好ましくは、重合容器内で、水溶液中で、好ましくは濃水溶液中で、バッチ式で実施される(バッチプロセス)。
更に、上記のカルボン酸モノマー及びスルホン酸基を含むモノマーの他に(コ)ポリマー中に存在し得るモノマーは、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ビニルピリジン、イソプレノール、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル又はアルコキシレート、好ましくは、上記エチレン性不飽和アルコールのエトキシレート、(メタ)アクリル酸とアルキルポリアルキレングリコール(好ましくはメチルポリエチレングリコール(M−PEG))とのエステル、スチレン、ビニルアセテート及び/又はヒドロキシル含有(メタ)アクリル酸エステル、例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及び/又はヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートである。これらの更なるモノマーの含有率は、好ましくは50モル%未満、特に好ましくは20モル%未満、特に0モル%である。モル%との数字は、いずれの場合も(コ)ポリマー中の全てのモノマーの合計を基準とする。
好ましい組成物は、ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する(ここでスルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比は1/20〜20/1である)少なくとも1種の(コ)ポリマーを含むものであって、少なくとも1つのポリエーテル側鎖と少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はその塩残基を含む更なるポリマーが存在することを特徴とするものである。ポリエーテル側鎖は好ましくはポリアルキレングリコール、特に好ましくはポリエチレングリコールである。
特に好ましい組成物は、ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する(ここでスルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比は1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、更に好ましくは1/2〜2/1である)少なくとも1種の(コ)ポリマーを含むものであって、存在する更なるポリマーは、以下の単位:
(I)ポリエーテル側鎖、好ましくは、ポリアルキレングリコール側鎖、特に好ましくはポリエチレングリコール側鎖を含有する芳香族又はヘテロ芳香族基からなる少なくとも1つの構造単位、及び
(II)少なくとも1つのリン酸エステル基及び/又はその塩を含有する芳香族又はヘテロ芳香族基からなる少なくとも1つの構造単位
を含む、重縮合生成物であることを特徴とするものである。
特に好ましくは、構造単位(I)及び(II)は、以下の一般式
Figure 0006066117
(式中、
Aは同一又は異なり且つ置換又は非置換の炭素数5〜10の芳香族又はヘテロ芳香族化合物によって表され、
Bは同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
BがNである場合、nは2であり、BがNH又はOである場合、nは1であり、
及びRは互いに独立して同一又は異なり且つ分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表され、
aは同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
Xは同一又は異なり且つ分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はH、好ましくはHによって表される)、
Figure 0006066117
(式中、
Dは同一又は異なり且つ置換又は非置換の炭素数5〜10のヘテロ芳香族化合物によって表され、
Eは同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
EがNである場合、mは2であり、EがNH又はOである場合、mは1であり、
及びRは互いに独立して同一又は異なり且つ分枝鎖状又は非分枝鎖状のC〜C10アルキル基、C〜Cシクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はHによって表され、
bは同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され
Mは独立して各存在においてアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオン、有機アンモニウムイオン及び/又はHであり、aは1であるか又はアルカリ土類金属イオンの場合、1/2である)
によって定義される。
重縮合生成物の一般式(I)及び(II)中の基A及びDは、好ましくはフェニル、2−ヒドロキシフェニル、3−ヒドロキシフェニル、4−ヒドロキシフェニル、2−メトキシフェニル、3−メトキシフェニル、4−メトキシフェニル、ナフチル、2−ヒドロキシ−ナフチル、4−ヒドロキシナフチル、2−メトキシナフチル、4−メトキシナフチル、好ましくはフェニルによって表され、その際、A及びDは互いに独立して選択されてよく且ついずれの場合も記載された化合物の混合物からなってもよい。基B及びEは互いに独立して好ましくはOによって表される。基R、R、R及びRは、互いに独立して選択されてよく且つ好ましくはH、メチル、エチル又はフェニル、特に好ましくはH又はメチル、特に好ましくはHによって表される。
一般式(I)では、aは好ましくは1〜300、更に特に3〜200、特に好ましくは5〜150の整数によって表され、且つ一般式(II)中のbは1〜300、好ましくは1〜50、特に好ましくは1〜10の整数によって表される。その長さがa及びbによってそれぞれ規定される、それぞれの基は、それらが異なる構造群の混合物であることも有用であっても、この場合、均一な構造群からなってもよい。更に、一般式(I)又は(II)の基は、互いに独立してそれぞれ同じ鎖長を有してよく、いずれの場合もa及びbがそれぞれ1つの数によって表される。一般的に、これは異なる鎖長の混合物が各場合に存在するならば有用であり、重縮合生成物中の構造単位の基はaに対して、及び独立してbに対して異なる数の値を有する。
リン酸塩処理した重縮合生成物は、しばしば、5000g/モル〜200000g/モル、好ましくは10000〜100000g/モル、特に好ましくは15000〜55000g/モルの質量平均分子量を有する。
リン酸塩処理した重縮合生成物は、例えば、ナトリウム、カリウム、有機アンモニウム、アンモニウム及び/又はカルシウム塩、好ましくはナトリウム及び/又はカルシウム塩などの塩の形で存在してもよい。
構造単位(I):(II)のモル比は、通常、1:10〜10:1、好ましくは1:8〜1:1である。
本発明の好ましい実施態様の1つでは、重縮合生成物は更なる構造単位(III)を含み、該構造単位は以下の式
Figure 0006066117
(式中、
Yは独立して各存在において同一又は異なり且つ(I)、(II)又は重縮合生成物の更なる成分によって表され、
は同一又は異なり且つH、CH、COOH又は置換又は非置換の炭素数5〜10の芳香族又はヘテロ芳香族化合物、好ましくはHによって表され、
は同一又は異なり且つH、CH、COOH又は置換又は非置換の炭素数5〜10の芳香族又はヘテロ芳香族化合物、好ましくはHによって表される)
によって表される。
構造単位(III)中のR及びRは通常、互いに独立して、同一又は異なり且つH、COOH及び/又はメチルによって表される。Hが特に好ましい。
別の実施態様では、重縮合物中の構造単位[(I)+(II)]:(III)のモル比は1:0.8〜3である。
リン酸塩処理した重縮合生成物及びその製法の更なる情報は、WO2011/026720A1号の開示内容に見出され得る。
好ましい組成物は、ケイ酸カルシウム水和物を含むものであり、その際、ケイ酸カルシウム水和物は(ポルトランド)セメントと水、及びカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を含有する少なくとも1種の(コ)ポリマーとの水和反応から生じず、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比は1/20〜20/1である。
好ましい組成物は、ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を含有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含むものであり、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比は1/20〜20/1であり、且つ該組成物は(ポルトランド)セメントを含まない。特に好ましい組成物は、ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含み、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比は1/20〜20/1であり、且つ組成物は水に接触した(ポルトランド)セメントを含まない。水と接触した(ポルトランド)セメントとは、ここでは、更に、暫定的な乾燥を受けた(ポルトランド)セメントと水との混合物を意味しており、好ましくは小さい水成分を含み得る。
組成物の好ましい実施態様は、従属項及び以下に記載されている。
好ましいのは、水性懸濁液である組成物である。水性懸濁液の場合、水の割合は、好ましくは50〜99質量%、特に好ましくは70〜99質量%である。
更に本発明の実施態様では、固体組成物が好ましい。これらは、例えば、懸濁液の噴霧乾燥によって得られる。本発明の固体組成物中の水の割合は、好ましくは15質量%未満、特に好ましくは10質量%未満であるべきである。上記の水の割合は、固体組成物中に存在し続ける水分とケイ酸カルシウム水和物中で結合された水の両方を含み得る。粉末の含水率は、好ましくは、60℃で乾燥炉内で一定の質量まで乾燥することによって測定され、その際、観察される質量の差は水の割合であると考えられる。
組成物は好ましくは(ポルトランド)セメント不含である。
好ましいのは塩であり、特に好ましいのは、20℃で1g/lを上回る水への溶解度を有する水溶性の塩であり、好ましくは固体で、組成物中に存在する。アニオン部分に関して好ましい塩は、硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化物、チオシアン酸塩、ギ酸塩及び/又は酢酸塩である。カチオン部分に関しては、アルカリ金属、特にナトリウム又はカリウムが好ましい。特に好ましい塩の例は、硝酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムである。
好ましいのは、(コ)ポリマーが炭素原子の主ポリマー鎖を有し、主ポリマー鎖中の炭素原子のモル数に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基のモル数の合計の比は、0.1〜0.6、好ましくは0.2〜0.55の範囲である。ここでは、上記の比は、(コ)ポリマー中の全てのカルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基及びスルホネート基のモル数の合計を作り、これを主ポリマー鎖中の炭素原子のモル数で割ることによって計算される。例えば、1/1のモル比のアクリル酸及びアリルスルホン酸のコポリマーの場合、上記の計算方法により(1モルのカルボン酸+1モルのスルホン酸)/4モルの炭素原子(2/4に相当する)の比が得られる。1/1/1のモル比のアクリル酸、アリルスルホン酸及びスチレンのターポリマーの場合、比は、例えば、(1モルのカルボン酸+1モルのスルホン酸)/6モルの炭素原子(2/6に相当する)である。本発明による(コ)ポリマー中に存在し、且つ(コ)モノマーに割り当てられない基、例えば、連鎖停止剤又は連鎖開始剤の基は、好ましくは上に示した比の計算を考慮していない。(コ)ポリマー中の電荷密度が低すぎる場合、乾燥後の促進剤の効率は、あまり良好ではない。
好ましいのは、(コ)ポリマーがフリーラジカル(共)重合から得られ且つカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基がモノカルボン酸モノマーから誘導される組成物である。特に好ましいのは(メタ)アクリル酸であり、アクリル酸が特に好ましい。
好ましいのは、(コ)ポリマーがフリーラジカル(共)重合から得られ且つカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基がモノマーのアクリル酸及び/又はメタクリル酸、好ましくはアクリル酸から誘導され、且つスルホン酸基及び/又はスルホネート基が2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸から誘導される組成物である。
好ましいのは、(コ)ポリマーの質量平均分子量Mが8000g/モル〜200000g/モル、好ましくは10000〜50000g/モルである組成物である。質量平均分子量Mをサイズ排除クロマトグラフィーによって測定して、平均モル質量及び変換率(カラムの組み合わせ:ShodexからのOH−Pak SB−G、OH−Pak SB 804 HQ及びOH−Pak SB 802.5 HQ、日本;溶離液:80体積%のHCONH水溶液(0.05モル/l)及び20体積%のアセトニトリル;注入体積:100μl;流量:0.5ml/分)を決定する。平均モル質量を決定するための較正を、直鎖状ポリ(エチレンオキシド)とポリエチレングリコール標準物質を用いて行った。
好ましいのは、ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)の平均粒径が、Malvern社製のMastersizer(登録商標)2000を用いて光散乱法によって測定して、1000nm未満、好ましくは500nm未満、特に200nm未満である、組成物、好ましくは水性懸濁液である。
好ましいのは、ケイ酸カルシウム水和物に対する1種の(コ)ポリマー又は複数種の(コ)ポリマーの質量比が1/100〜4/1、好ましくは1/10〜2/1、特に好ましくは1/5〜1/1である組成物である。使用される(コ)ポリマーの量が上記の質量比に対応する量よりも少ない場合、特に、乾燥の間の安定化作用が弱くなり過ぎて、組成物用の促進剤としての効率はあまり良くない。より多量の安定剤も、促進剤の効率を有意に更に改善せず、組成物はもはや経済的に全く採算が取れない。
本発明はさらに、好ましくは(ポルトランド)セメントを含有する結合剤系用の凝結硬化促進剤として適した、ケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液の2つの製造方法にも関する。好ましくは、(ポルトランド)セメントを含有する結合剤系用の凝結硬化促進剤として好ましくは適した、ケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液を製造するための全ての製造方法は、無機結合剤の不在下で、特に好ましくは(ポルトランド)セメントの不在下で実施される。この文脈では、プロセスの工程a)は、特に、好ましくは無機結合剤の不在下で、特に好ましくは(ポルトランド)セメントの不在下で実施される。
好ましいプロセスでは、ケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液は、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含有する水溶液の存在下で、20℃での水への溶解度が好ましくは0.5g/lを上回り、特に好ましくは1.5g/lを上回り、特に10g/lを上回る水溶性カルシウム化合物と、20℃での水への溶解度が好ましくは0.01g/lを上回り、特に好ましくは1g/lを上回り、特に10g/lを上回る水溶性シリケート化合物とを反応させることによって製造され、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比は、1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1である。
ケイ酸カルシウム水和物が本発明による(コ)ポリマーの存在下で確実に製造されるプロセスが好適である。これは、特に、例えば、(コ)ポリマーの不在下でのカルシウム成分とシリケート成分との混合が目的物をもたらさないことを意味する。カルシウム成分は、本特許出願の目的のために、水溶性カルシウム化合物及びカルシウム化合物の総称であると理解されるべきである。シリケート成分は、それに応じて、水溶性シリケート化合物及び二酸化ケイ素含有化合物の総称であると理解されるべきである。
特に好ましいのは、水溶性カルシウム化合物の溶液と水溶性シリケート化合物の溶液が、本発明による(コ)ポリマーを含有する水溶液に添加されるプロセスである。好適な類似のプロセスは、WO2010026155A1号に記載されており、そこに記載された櫛ポリマーは、本特許出願による(コ)ポリマーによって置き換えられている。例えば、本発明による(コ)ポリマーは、カルシウム成分と、次いでシリケート成分と混合するか、又はその逆に混合することができる。カルシウム成分とシリケート成分は、それぞれのプロセスにおいて本発明による(コ)ポリマーの水溶液に添加することもできる。特に、カルシウム成分とシリケート成分を別々に添加して、本発明による(コ)ポリマーの不在下で記載された成分の(早期の)反応を妨げる。
好ましいのは、以下の量の比率:
i)0.01〜75質量%、好ましくは1〜49質量%、更に好ましくは2〜15質量%の、カルシウム成分、好ましくは水溶性カルシウム化合物、
ii)0.01〜75質量%、好ましくは1〜49質量%、更に好ましくは2〜10質量%の、シリケート化合物、好ましくは水溶性シリケート化合物、
iii)0.01〜60質量%、好ましくは0.1〜30質量%、更に好ましくは0.1〜10質量%の、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する本発明の(コ)ポリマー、
iv)50〜99質量%、好ましくは70〜99質量%の水
がプロセスで使用されることである。
好ましいのは、水溶性カルシウム化合物が、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、重炭酸カルシウム、臭化カルシウム、炭酸カルシウム、クエン酸カルシウム、塩化カルシウム、フッ化カルシウム、グルコン酸カルシウム、水酸化カルシウム、次亜塩素酸カルシウム、ヨウ素酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、乳酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、リン酸カルシウム、プロピオン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸カルシウム半水和物、硫酸カルシウム二水和物、硫化カルシウム、酒石酸カルシウム及び/又はアルミン酸カルシウム、ケイ酸三カルシウム及び/又はケイ酸二カルシウムとして存在するプロセスである。特に好ましいのは、クエン酸カルシウム、酒石酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、水酸化カルシウム及び/又は硫酸カルシウム、特に、塩化カルシウム、硝酸カルシウム及び/又は硫酸カルシウムである。上記の水溶性カルシウム化合物のうち1種以上を使用することが可能である。
好ましいのは、水溶性シリケート化合物が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、水ガラス、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸三カルシウム、ケイ酸二カルシウム、ケイ酸カルシウム、シリカ、メタケイ酸ナトリウム及び/又はメタケイ酸カリウムとして存在するプロセスである。特に好ましいのは、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム及び/又は水ガラスである。上記の水溶性シリケート化合物のうち1種以上を使用することが可能である。
本発明の方法は、好ましくは、結合剤の不在下で、好ましくは水硬性結合剤の不在下で、特に好ましくは(ポルトランド)セメントの不在下で実施される。従って、プロセス生成物は、好ましくは結合剤を含有せず、特に好ましくは(ポルトランド)セメントを含有しない。
更に好ましいプロセスは、アルカリ条件下で、カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩、特に、20℃での水への溶解度が好ましくは1.5g/lを上回り、特に好ましくは20℃で10g/lを上回る水溶性カルシウム塩と、二酸化ケイ素含有化合物とを反応させることによる好ましくは(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として適したケイ酸カルシウム水和物の水性懸濁液の製造を含み、この反応は、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する(コ)ポリマー水溶液の存在下で起こり、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比は1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1であることを特徴とする。
ケイ酸カルシウム水和物が本発明による(コ)ポリマーの存在下で確実に生成するプロセスが好適である。この文脈では、カルシウム成分とシリケート成分とを混合するプロセスに関しても同様に上記のものが適用される。
以下の比率の量:
i)0.01〜75質量%、好ましくは1〜49質量%、更に好ましくは2〜15質量%のカルシウム成分、好ましくはカルシウム化合物、特に好ましくはカルシウム塩、
ii)0.01〜75質量%、好ましくは1〜49質量%、更に好ましくは2〜10質量%のシリケート化合物、好ましくは二酸化ケイ素含有化合物、
iii)0.01〜60質量%、好ましくは0.1〜30質量%、更に好ましくは0.1〜10質量%の、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する本発明による(コ)ポリマー、
iv)50〜99質量%、好ましくは70〜99質量%の水
をプロセスで使用することが好ましい。
カルシウム化合物は、好ましくは水酸化カルシウム及び/又は酸化カルシウムである。二酸化ケイ素含有化合物は、好ましくは、マイクロシリカ、発熱性シリカ、沈降シリカ、高炉スラグ及びシリカ砂からなる群から選択され、特に好ましいのはマイクロシリカ、発熱性シリカ、沈降シリカ、高炉スラグ及び/又はシリカ砂である。カルシウム化合物は、特に好ましくは水酸化カルシウム及び/又は酸化カルシウムであり、二酸化ケイ素含有化合物は、好ましくはマイクロシリカ、発熱性シリカ、沈降シリカ、高炉スラグ及びケイ砂からなる群から選択される。上記の種類のシリカは、ウルマン工業化学事典, Wiley-VCH, 2009年出版, 第7版, DOI 10.1002/14356007.a23_583.pub3に定義されている。
このプロセスは、アルカリ条件下で実施され、好ましくは9よりも高いpHを有する。このプロセスは好ましくは、二酸化ケイ素含有化合物のケイ素に対するカルシウム化合物のカルシウムのモル比が0.6〜2、好ましくは0.66〜1.8であることを特徴とする。プロセス中のカルシウム化合物及び二酸化ケイ素含有成分の合計に対する水の質量比は、好ましくは0.2〜50、好ましくは2〜10、特に4〜6である。ここで、質量比とは、使用されるカルシウム化合物と二酸化ケイ素含有成分の質量の合計に対する製造プロセスで使用される水の質量比である。
特に好ましいのは、カルシウム塩と通常水にあまり溶けない二酸化ケイ素含有成分との反応を活性化及び/又は促進させるために、反応混合に、好ましくは混練によって機械的エネルギーを導入することである。機械的エネルギーも、所望の小粒径のケイ酸カルシウム水和物を得るために有利である。本特許出願で使用される「混練」との用語は、反応を促進させて適した粒径を得るために、高剪断力が反応混合物にかかるプロセスを意味する。「混練」は、例えば、遊星ボールミル又は撹拌式ボールミルで連続的に又はバッチ式に実施できる。別の方法として、好ましくは5000rpmを上回る回転速度で、超分散機を使用することが可能である。更に、好ましくは1mm未満の直径を有する小さい混練媒体がコンテナ内で混合されて、反応混合物と一緒に振盪される振盪装置を使用することも可能である。それぞれの振盪装置が、例えば、Fast & Fluidから得られる。
本発明のプロセスは、好ましくは結合剤の不在下で、好ましくは水硬性結合剤の不在下で、特に好ましくは(ポルトランド)セメントの不在下で実施される。従って、プロセス生成物は、好ましくは結合剤を含有しない。
本発明はまた、固体、好ましくは粉末の、組み合わせの製造方法であって、以下のプロセス工程:
a)好ましくは(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として適したケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液と、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーとを混合する工程、その際、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1であり、
b)任意に工程a)からの生成物の適した固形分を、水で希釈することによって凝結する工程及び
c)工程a)又はb)からの生成物を、好ましくは150℃未満の温度で、特に好ましくは100℃未満の温度で、特に80℃未満の温度で、最も好ましくは15℃〜80℃の範囲の温度で乾燥する工程
を実施する、前記方法も提供する。
プロセスの工程a)は、例えば、ケイ酸カルシウム水和物、好ましくは微粉砕したケイ酸カルシウム水和物の懸濁液と、本発明による(コ)ポリマーとを混合することによって実施できる。
工程a)で出発材料として使用されるケイ酸カルシウム水和物は、好ましくはWO2010026155A1号に記載されるように、櫛ポリマー可塑剤の存在下で、最初に水性懸濁液の形で製造できる。懸濁液は、好ましくはWO2010026155A1号の請求項1から15までのいずれか1項に記載のプロセスによって製造できる。WO2010026155号の内容はこの時点で援用されている。この反応は、好ましくは、水硬性結合剤の可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーを含有する水溶液の存在下での、水溶性カルシウム化合物と水溶性シリケート化合物との反応である。ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)を含有する懸濁液は、通常、微粉砕された形で得られる。この方法で得られた懸濁液の固形分は、好ましくは1〜50質量%、特に好ましくは10〜30質量%、特に15〜25質量%の範囲である。
同様に、ケイ酸カルシウム水和物と本発明による(コ)ポリマーを含有する水性懸濁液、即ち、特に、本特許出願の請求項2及び請求項4から8までのいずれか1項に記載の水性懸濁液、特に好ましくは請求項9又は10の記載によって得られるプロセス生成物が、好ましくはプロセス工程a)において出発材料として使用され得る。
任意の工程b)は場合により、水の代わりに適した有機溶媒を使用しても実施され得る。この課題は、噴霧乾燥を実施するのに適した噴霧供給の粘度を設定することである。適した固形分は、好ましくは5〜50質量%、特に好ましくは15〜25質量%の範囲である。水の他には、噴霧乾燥の間に問題を起こさず且つ適切な粘度を設定するのに適した他の溶媒を使用することも可能である。
乾燥工程c)は好ましくは、低温で、特に好ましくは低温及び減圧下で実施される。選択される乾燥温度は、好ましくは、ケイ酸カルシウム水和物粒子の脱水を回避するために150℃未満であるべきである。対流乾燥炉、真空乾燥炉又は流動層乾燥器が乾燥に適している。好ましい乾燥方法は、比較的高い乾燥速度が得られるので、噴霧乾燥である。
本発明による(コ)ポリマーは、微粉砕されたケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)の水性懸濁液との混合時にケイ酸カルシウム水和物と相互作用し;特に、(コ)ポリマーのカルボキシル基と(C−S−H)からのカルシウムイオンとの間の相互作用が実施され得る。次に、他のケイ酸カルシウム水和物粒子からの幾らかの保護が、恐らく乾燥工程の間に実施され、乾燥の間の微細なC−S−H粒子の凝集は大幅に回避できる。これは乾燥プロセスの間の本発明による(コ)ポリマーの安定効果が、上記の事実に基づいていると考えられる。安定剤なしに又は本発明によらない材料を添加して、ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)での乾燥実験(比較のため)によって、効果の弱い促進剤が得られた。これは本発明による安定剤の不在下でのケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)粒子の凝集に起因する。本発明による(コ)ポリマーの使用のみで、水性懸濁液中で、ほとんど安定な微粉砕されたケイ酸カルシウム水和物粒子を、懸濁液中で、特に乾燥の間、安定化させることが可能であるため、それらは(促進剤として)効果の著しい低下なしに固体状態に転換され得る。本発明による(コ)ポリマー中のスルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比は1/20〜20/1、好ましくは1/5〜5/1、特に好ましくは1/2〜2/1であるべきである。カルボン酸基の不足は、十分に高くない好ましくは微粉砕されたケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)粒子に対する(コ)ポリマーの親和性をもたらし、その結果、乾燥の間の安定剤としての効果は不十分であり、従って、より小さな促進剤効果が乾燥した生成物中に見出される。しかしながら、非常に高い割合のカルボキシル基を有するポリマー、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸(スルホン酸及び/又はスルホネート基)は、恐らくカルシウムに対する過度に高い親和性のために、遅延効果を有する。
本方法の更に好ましい実施態様は、プロセス工程d)がプロセス工程c)からの乾燥生成物を、次の通りに粉末まで粉砕することを含むことを特徴とする。
粉末への粉砕の利点は、より容易な取り扱いである;特に、かた練りモルタル中での本発明の組成物の均質な分布がかなり容易になることである。
好ましいのは、乾燥プロセスc)が噴霧乾燥であることを特徴とするプロセスである。
本発明はまた、本発明の組成物を、硬化促進剤として、(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建材混合物に用いる使用、好ましくは本発明による組成物を、硬化促進剤として、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物に用いる使用、特に好ましくは本発明による組成物を、硬化促進剤として、本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物に用いる使用も提供する。
本発明の組成物が硬化促進剤として使用される建材混合物は、好ましくは(ポルトランド)セメント並びにスラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及びアルミン酸カルシウムセメントからなる群から選択される少なくとも1種の更なる成分を含有する。結合剤の全質量をベースとした(ポルトランド)セメントの質量の割合は、特に好ましくは少なくとも5%、特に好ましくは少なくとも20%、特に少なくとも40%である。
1.)(ポルトランド)セメント及び2.)硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物は、1.)及び2.)の比に関して特に制限されていない。好ましいのは、9/1〜1/9、好ましくは4/1〜1/4の範囲の1.)〜2.)の比である。
「本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する」との定義は、好ましくは、(ポルトランド)セメントの割合が、全ての結合剤の全質量を基準として少なくとも40質量パーセント、特に好ましくは少なくとも80質量パーセントであり、(ポルトランド)セメントが特に好ましくは結合剤の100%を表すことを意味する。
本発明はまた、本発明の組成物を、粉砕助剤としてセメントの製造に用いる使用、好ましくはセメントを形成するためのクリンカ又はクリンカブレンドの粉砕に用いる使用にも関する。クリンカブレンドとは、好ましくは、クリンカ及び代替物、例えば、スラグ、フライアッシュ及び/又はポゾランの混合物を意味する。組成物は、それぞれの場合に粉砕されるべきクリンカ又はクリンカブレンドを基準として、0.001質量%〜5質量%の量で、好ましくは0.01質量%〜0.5質量%の量で使用されている。本発明の組成物を、粉砕助剤としてボールミル又は垂直ミル内で使用することが可能である。本発明の組成物は、粉砕助剤として単独で又は他の粉砕助剤、例えば、モノグリコール、ジグリコール、トリグリコール及びポリグリコール、ポリアルコール(例えば、バイオディーゼルから生産される種々の純度のグリセロール)、アミノアルコール(例えば、MEA、DEA、TEA、TIPA、THEED、DIHEIPA)、有機酸及び/又はその塩(例えば、酢酸及び/又はその塩、ギ酸塩、グルコン酸塩)、アミノ酸、糖、及び糖生成物からの残留物(例えば、糖密、発酵残渣)、無機塩(塩化物、フッ化物、硝酸塩、硫酸塩)及び/又は有機ポリマー(例えば、ポリエーテルカルボキシレート(PCE))と組み合わせて使用されてよい。こうして製造された(ポルトランド)セメントの早強が、特に、改善できることが発見された。
本発明はまた、必須成分として水、アグリゲート、水硬性結合剤及び促進剤を含む本発明の組成物を、水硬性結合剤を含む噴霧可能な組成物の製造方法に用いる使用であって、ケイ酸カルシウム水和物を含む本発明の組成物を噴霧ノズルの前に及び/又は噴霧ノズルで添加されることを特徴とする、前記使用に関する。好ましい実施態様では、本特許出願の従属項のいずれか1項に記載の本発明の固体組成物を使用してよい。水硬性硬化する、噴霧可能な水硬性結合剤組成物の製造方法の更に好ましい実施態様が、国際出願のPCT/EP2010/062671号に記載されている。ケイ酸カルシウム水和物をベースとした、本特許出願の対応する促進剤は、PCT/EP2010/062671号のプロセスにおいて同様に使用されてよい。PCT/EP2010/062671号の内容はこの時点で援用されるものと考えられる。
本発明はまた、本発明の組成物並びに(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建材混合物も提供し;好ましいのは本発明の組成物、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物であり、特に好ましいのは本発明の組成物を含有し且つ本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物である。補給水の混合操作前に建材混合物中に存在するケイ酸カルシウム水和物は、好ましくは(ポルトランド)セメントと水との水和反応で形成されなかった。補給水との混合操作前に、建材混合物は、特に好ましくは水と接触した(ポルトランド)セメントを全く含有していない。
建材混合物は、好ましくは(ポルトランド)セメント並びにスラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントからなる群から選択される少なくとも1種の更なる成分を含有する。結合剤の全質量を基準とした(ポルトランド)セメントの質量の割合は、特に好ましくは少なくとも5%、特に好ましくは少なくとも20%、特に少なくとも40%である。
2.)硫酸カルシウムベースの結合剤に対する1.)(ポルトランド)セメントの質量比、さらには「本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する」との定義に関して、上記の情報が同様に適用される。
好ましい建材混合物は、タイル接着剤配合物、遅延剤、接着剤及び強化モルタル、グラウト、スクリード及びセルフレベリングナイフフィラーである。硬化促進剤組成物、好ましくは、液体硬化促進剤組成物は、好ましくは、(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを基準として、0.5質量%〜20質量%、好ましくは1〜10質量%の量で建材混合物中に存在する。硬化促進剤組成物、好ましくは液体硬化促進剤組成物は、特に好ましくは、(ポルトランド)セメントを基準として、0.5質量%〜20質量%、好ましくは1〜10質量%の量で建材混合物中に存在する。
本発明の固体組成物は、好ましくは硬練りモルタル混合物中に、特に粉末形態で使用される。本発明の固体組成物は、好ましくは、結合剤を基準として、特に好ましくは(ポルトランド)セメントを基準として、0.1〜5質量%、好ましくは0.1〜2質量%の量で使用される。結合剤は、同様に、(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントからなる群から選択される1種以上の結合剤であってよい。
例示のために、建材混合物との用語は、乾燥又は水性形態の且つ硬化又は可塑状態の混合物を意味し得る。乾燥建材混合物が好ましい。乾燥建材混合物は、例えば、上記の結合剤、好ましくは(ポルトランド)セメント、及び(好ましくは粉末形態の)本発明による硬化促進剤組成物の混合物であってよい。水性形態の、一般的にスラリー、ペースト、フレッシュモルタル又はフレッシュコンクリートの形態の混合物は、1種の結合剤成分又は複数種の結合剤成分及び硬化促進剤組成物への水の添加によって生成され;それらは次に可塑状態から硬化状態へと変化する。
硫酸カルシウムベースの結合剤は、好ましくは石膏、α−半水石膏、β−半水石膏、バサナイト及び/又は無水物である。
建材混合物は、他の添加剤として、例えば、消泡剤、空孔形成剤、充填剤、再乳化形粉末樹脂、遅延剤、増粘剤、保水剤及び/又は湿潤剤を含有し得る。
図1は本発明による2種の促進剤CSH1及びCSH2の熱流曲線を示す。
実施例
1.(コ)ポリマー(ポリマー噴霧助剤)の製造
ポリマー噴霧助剤の組成を表1にまとめる。
Figure 0006066117
使用される(コ)ポリマーは、表1に示したモノマーの量を用いて以下の一般法に従って製造した:
5%濃度のWako V50アゾ開始剤溶液(0.2モル%のアゾ開始剤に相当する)を、温度計、pHメーター及び還流凝縮器を備えた1リットルの4口フラスコ内に配置する。この混合物を、窒素のブランケット下で75℃まで加熱する。75℃に達した後、40%濃度の、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)及びアクリル酸溶液(AA)(表1に対応する)の水性モノマー混合物と1モルの2−メルカプトエタノールを、60分間で同時に計量供給する。温度は冷却によって約80℃に維持する。添加が完了した後、撹拌を更に1時間80℃で継続する。これにより、35〜40質量%の固体含有率と2〜3.5のpHを有するわずかに黄色がかった、透明な水性(コ)ポリマー溶液が得られる。
(コ)ポリマー(表1)の質量平均分子量Mは、サイズ排除クロマトグラフィーによって測定して、平均モル質量及び転換率(カラムの組み合わせ:ShodexからのOH−Pak SB−G、OH−Pak SB 804 HQ及びOH−Pak SB 802.5 HQ、日本;溶離液:80体積%のHCONH水溶液(0.05モル/l)及び20体積%のアセトニトリル;注入体積:100μl;流量:0.5ml/分)を決定した。平均モル質量を測定するための較正を、直鎖状ポリ(エチレンオキシド)とポリエチレングリコール標準を用いて実施した。
2.液体促進剤組成物
本発明による液体組成物の製造の例:
液体促進剤CSH1:
合成のために、以下の成分を順番にガラスビーカー中に秤量し、簡単に混合した:
水ガラスBetol 39(Woellner) 14.3g
Ca(OH) (Alfa Aeser、99%) 4.9g
ポリマー2 10.0g
水 170.6g
懸濁液を、その後、1kgの直径1mmのイットリウム安定化ZrOボールを含有する500mlのガラス瓶中に導入する。その後、瓶を閉じて振盪機(Fast & Fluid)内に置いて90分間振盪する。得られた懸濁液を、その後、ZrOボールから分離してPEボトル中に分散させる。CSH1の固体含有率は7.06質量%である。CSH1の活性含有率は5.61質量%である。活性含有率は、好ましくは、固体含有率として、有機材料の割合を引いた、特に本発明による(コ)ポリマーの割合を引いた質量パーセントで定義されている。固体含有率は、好ましくは、乾燥炉内で60℃の温度で一定重量まで生成物を乾燥させることによって測定される。
液体促進剤CSH2:
促進剤2を、促進剤1と類似の方法で製造するが、合成のための組成物は次の通りであり、1mmの直径を有する500gのイットリウム安定化ZrOボールを含有する250mlのガラスフラスコを使用した:
水ガラスBetol39(Woellner) 7.2g
Ca(OH)(Alfa Aeser、99%) 2.4g
ポリマー3 5.0g
水 85.4g
CSH2の固体含有率は7.68質量%である。CSH2の活性含有率は5.36質量%である。活性含有率に関しては、CSH1の場合の上記の定義が適用される。
液体組成物を使用する試験(等温熱流熱量測定):
硬化促進剤として作用する得られた組成物の特性決定を、TA Instruments社製のTamAir熱量計を用いて等温熱流熱量測定法によって行った。ここで、硬化促進剤を用いて又は用いずにセメントペーストを製造し、20℃で22時間の硬化の間の熱の発生を監視した。セメントとして、Cem I 52.5Rセメントを使用した。
セメントペーストは、20gのセメント、6.5gの水及び活性含有率を基準として、0.12gの、液体促進剤CSH1又はCSH2(20gのセメント当り2.14gのCSH1又は20gのセメント当り2.24gのCSH2の量に相当する)を用いて製造した。液体促進剤組成物(CSH1及びCSH2)が添加される時、補給水の量を、促進剤によって導入される水の量に応じて減少させる(全測定の場合、同じ0.5のW/C値)。
本発明による2種の促進剤CSH1及びCSH2の熱流曲線を図1に示す。熱流曲線は、硬化促進剤なしの参照と比較して、水和過程に対して非常に明確に本発明による液体促進剤組成物の効果を示す。参照と比較して、著しく速い水和反応は、6時間後により高い早強をもたらす。
液体組成物を使用する試験(標準モルタル試験、6時間):
本発明による促進剤組成物の有効性を、標準的なモルタルで6時間の圧縮強度によっても決定した(DIN EN196−1に類似のプリズム)。この結果を表2にまとめる。
標準モルタルの配合:
450gのセメント(CEM I 52.5 R)
1350gの標準砂
225gの水
液体促進剤組成物(CSH1)を添加した時、補給水の量を、促進剤によって導入された水の量に応じて減少させる。
Figure 0006066117
活性成分を基準として同じ添加量で、参照と比較して改善された促進剤効果が、硝酸カルシウム及びギ酸カルシウムに見られる。
この試験では、塩化カルシウムにより極めて良好な結果が得られるが、一般的には、腐食の危険性を招く塩化物含有量のために、望ましくないか又は更に建築化学用途の国際基準によって禁止されている。更に、ギ酸カルシウム、塩化カルシウム又は硝酸カルシウムベースの促進剤(表2の比較例)のいずれも、本発明による促進剤を使用して得られるものに類似する良好な最終強度(28日後)を達成することができない。
3.固体促進剤組成物
本発明による固体組成物(粒状の促進剤)の製造:
これらを以下の一般的な方法に従って製造した:
X−Seed(登録商標)−100(BASF Construction Chemicals GmbH)を出発材料として使用した。懸濁液を、X−Seed(登録商標)−100の固体含有率(固体含有率は21.7質量%)を基準として5質量%の噴霧助剤(表1の添加剤)と乾燥前に10分間混合した。形成された懸濁液を、窒素雰囲気下で160℃の入口温度で及び50〜60℃の出口温度でNiro社製の乾燥機を用いて噴霧乾燥により粉末状態に転換した。
Figure 0006066117
粉末状組成物を用いる試験(標準モルタル試験、6時間):
本発明による促進剤組成物の有効性を、標準モルタル中で6時間の圧縮強度によって測定した(DIN EN 196−1に類似のプリズム)。種々の促進剤を用いて測定の比較を可能にするために、モルタルに添加する量を、いずれの場合も、セメントの質量を基準として、1.44質量%のX−Seed(登録商標)100からの固体が実験3及び実験12〜17で添加されるように選択した。これは、当然ながら、X−Seed(登録商標)100がそれ自体添加されないが(比較実験2のように)、その代わり、対応する量の固体含有率の出発材料X−Seed(登録商標)100が処理されるべき粉末状生成物の形で添加されることを意味する。
標準モルタルの配合:
450gのセメント(CEM I 52.5 R)
1350gの標準砂
225gの水
液体促進剤組成物を添加する時に、補給水の量を、促進剤によって導入される水の量に応じて減少させる。
Figure 0006066117
液体形態(表2)及び乾燥形態(表4)の本発明による組成物がモルタル試験で6時間後に早強を有意に向上させることが実施例によって示すことができた。
粉末状促進剤を使用するモルタル試験では(表4)、特に、極めて高い添加量の比較促進剤ギ酸カルシウム及び硝酸カルシウムでも、本発明による粉末状生成物の場合に見られる、ほぼ同じ、高い促進剤の活性(早強)を達成することができないことが判明した。本発明による粉末状生成物は、液体参照物X−Seed(登録商標)100(懸濁液)の早強をほぼ達成し、これは乾燥の間のX−Seed(登録商標)100の促進剤活性の非常にわずかな減少しか示さなかった。これらの効果は、乾燥の間の特許請求された比においてカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する(コ)ポリマーの驚くほど強い安定化作用に寄与し得る。
例えば、スルホン酸基及び/又はスルホネート基(比較実験12)のないポリアクリル酸は、この効果を示さなかった。反対に、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)のホモポリマーが同様に有効ではない(比較例17)。更に、表4の比較例、特に比較例4〜11(ギ酸カルシウム又は硝酸カルシウムをベースとした従来の促進剤)はいずれも、本発明による粉末状促進剤を用いて達成される最終強度と同等の良好な最終強度(28日後)を達成できなかった。

Claims (35)

  1. ケイ酸カルシウム水和物並びにカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基及びスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含有する組成物であって、スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比が1/5〜5/1であり、かつケイ酸カルシウム水和物に対する少なくとも1種の(コ)ポリマーの質量比が1/10〜2/1である、前記組成物。
  2. スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比が1/2〜2/1である、請求項1に記載の組成物。
  3. スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数のモル比が1/4〜83/17である、請求項1に記載の組成物。
  4. 組成物が水性懸濁液であり且つ該懸濁液の水含有率が50〜99質量%である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の組成物。
  5. 懸濁液の水含有率が70〜99質量%である、請求項4に記載の組成物。
  6. 組成物が固体である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の組成物。
  7. (コ)ポリマーが炭素原子の主ポリマー鎖を有し且つ該主ポリマー鎖中の炭素原子の数に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基並びにスルホン酸基及び/又はスルホネート基の数の合計の比が0.1〜0.6の範囲である、請求項1から6までのいずれか1項に記載の組成物。
  8. 主ポリマー鎖中の炭素原子の数に対するカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基並びにスルホン酸基及び/又はスルホネート基の数の合計の比が0.2〜0.55の範囲である、請求項7に記載の組成物。
  9. (コ)ポリマーが、モノマーアクリル酸及び/又はメタアクリル酸と、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸とを構造単位とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の組成物。
  10. (コ)ポリマーの質量平均分子量Mが8000g/モル〜200000g/モルである、請求項1から9までのいずれか1項に記載の組成物。
  11. (コ)ポリマーの質量平均分子量Mが10000〜50000g/モルである、請求項10に記載の組成物。
  12. ケイ酸カルシウム水和物に対する1種の(コ)ポリマー又は複数種の(コ)ポリマーの質量比が1/5〜1/1である、請求項1から11までのいずれか1項に記載の組成物。
  13. カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基並びにスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーを含有する水溶液の存在下での、20℃での水への溶解度が0.01g/lを上回る水溶性シリケート化合物と、20℃での水への溶解度が0.5g/lを上回る水溶性カルシウム化合物との反応による請求項4または5に記載のケイ酸カルシウム水和物の水性懸濁液の製造方法であって、前記スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対する前記カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が1/5〜5/1であり、かつケイ酸カルシウム水和物に対する少なくとも1種の(コ)ポリマーの質量比が1/10〜2/1である、前記製造方法。
  14. 水性懸濁液が、(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として適している、請求項13に記載の製造方法。
  15. スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対する前記カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が1/2〜2/1である、請求項13または14に記載の製造方法。
  16. 水溶性シリケート化合物の20℃での水への溶解度が1g/lを上回る、請求項13から15までのいずれか1項に記載の製造方法。
  17. 水溶性シリケート化合物の20℃での水への溶解度が10g/lを上回る、請求項16に記載の製造方法。
  18. 水溶性カルシウム化合物の20℃での水への溶解度が1.5g/lを上回る、請求項13から17までのいずれか1項に記載の製造方法。
  19. 水溶性カルシウム化合物の20℃での水への溶解度が10g/lを上回る、請求項18に記載の製造方法。
  20. 請求項6に記載の、固体の組成物の製造方法であって、以下のプロセス工程:
    a)ケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液とカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基並びにスルホン酸基及び/又はスルホネート基を有する少なくとも1種の(コ)ポリマーとを混合する工程、その際、前記スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対する前記カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が1/5〜5/1であり、かつケイ酸カルシウム水和物に対する少なくとも1種の(コ)ポリマーの質量比が1/10〜2/1である、
    b)任意に工程a)からの生成物の適した固形分を水で希釈することによって凝結する工程及び
    c)工程a)又はb)からの生成物を、150℃未満の温度で乾燥させる工程
    を実施する、前記製造方法。
  21. 固体が、粉末状である、請求項20に記載の製造方法。
  22. 水性懸濁液が、(ポルトランド)セメント含有結合剤系用の凝結硬化促進剤として適している、請求項20または21に記載の製造方法。
  23. スルホン酸基及び/又はスルホネート基に対する前記カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の数の比が、1/2〜2/1である、請求項20から22までのいずれか1項に記載の製造方法。
  24. 工程c)において、工程a)又はb)からの生成物を乾燥するための温度が、100℃未満である、請求項20から23までのいずれか1項に記載の製造方法。
  25. 工程c)において、工程a)又はb)からの生成物を乾燥するための温度が、80℃未満である、請求項24に記載の製造方法。
  26. 工程c)において、工程a)又はb)からの生成物を乾燥するための温度が、15℃〜80℃の範囲である、請求項24に記載の製造方法。
  27. ケイ酸カルシウム水和物と本発明による(コ)ポリマーを含有し且つプロセス工程a)において出発材料として使用される水性懸濁液が、請求項4または5に及び請求項7から11までのいずれか1項に対応するか又は水硬性結合剤用の可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーを含有する水溶液の存在下での水溶性カルシウム化合物と水溶性シリケート化合物との反応によって得られたことを特徴とする、請求項20から26までのいずれか1項に記載の方法。
  28. 乾燥工程c)が噴霧乾燥であることを特徴とする、請求項20から27までのいずれか1項に記載の方法。
  29. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物を、硬化促進剤として、(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建材混合物に用いる使用。
  30. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物を、硬化促進剤として、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物に用いる使用。
  31. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物を、硬化促進剤として、本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物に用いる使用。
  32. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物を、粉砕助剤として、セメントの製造に用いる使用。
  33. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物並びに(ポルトランド)セメント、スラグ砂、フライアッシュ、シリカ粉塵、メタカオリン、天然ポゾラン、焼成オイルシェール及び/又はアルミン酸カルシウムセメントを含有する建材混合物。
  34. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムベースの結合剤を含有する建材混合物。
  35. 本質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する請求項1から12までのいずれか1項に記載の組成物を含有する建材混合物。
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