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JP6422772B2 - 促進剤組成物 - Google Patents
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JP6422772B2 - 促進剤組成物 - Google Patents

促進剤組成物

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Description

本発明は、固体の、好ましくは粉末状の、ケイ酸カルシウム水和物及び水硬性結合剤に対する可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーを含む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を含有する水性懸濁液と、水硬性結合剤に対する可塑剤として適した少なくとも1種の水溶性櫛ポリマーとを混合する工程、
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硬化する工程及び
c)工程a)及びb)からの生成物を、好ましくは150℃未満の温度で乾燥する工程
を実施する、前記方法に関する。
本発明は、本発明の方法から得られる組成物、さらには、硬化促進剤として該方法から得られる組成物を、(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、結合剤として(ポルトランド)セメントを実質的に含有する建材混合物に用いる使用に関する。本発明はまた、本発明の方法から得られる固体組成物を、研磨助剤として、セメントの製造に用いる使用、並びに本発明の方法から得られる組成物及び(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も関する。
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用の粉状硬化促進剤が、先行技術で公知である。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。国家規格のために、利用制限がある。硬化した建材の表面上の風解も同様に、特にカルシウム塩が使用される時(例えば、ギ酸カルシウムの場合)に問題である。
多くの用途では、セメントベースの系、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、目下のところ、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%未満の促進剤を使用して、この課題を達成することを可能にしていない。
しかしながら、多くの用途では更なる早強を達成することに対する要求が強く、これは促進剤、特に、目下のところ当該技術分野で公知の、粉末状促進剤によって達成できない。
ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)の懸濁液は、近年、コンクリートなどのセメント含有建材混合物において高度に有効な促進剤として使用されてきた。それらは、市販の促進剤と比較して顕著に高度な早強(6時間)を達成することができる。実質的に、最終的な強度の低下(28日間)は全く観察されていない。かかる懸濁液はWO2010026155A1号に記載されている。WO2010026155A1号も、懸濁液を、噴霧乾燥などの従来のプロセスによって乾燥できることを示す。しかしながら、懸濁液の水含有率が、結合剤の受容できない、少なくとも部分的な早期水硬を引き起こし得るので、実用上の理由で、ケイ酸カルシウム水和物(C−S−H)の水含有懸濁液を用いて水の存在下で水硬性硬化する結合剤又は他の結合剤系として実質的に(ポルトランド)セメントを含有するかた練りモルタル混合物を配合することはできない。
コンクリートなどの不乾性モルタル用途の場合、乾燥モルタル系でも、好ましくは最終強度(28日後の強度)の低下なく、早強が(6時間後に)顕著に向上するような、適した、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、セメント含有かた練りモルタル混合物が当該技術分野で強く要求されている。コンクリート部門では、乾燥した又は粉末状の添加剤は全く不要であるが、コスト上の利点が、水の不要な輸送の回避によって達成され得る。硬化した建材の表面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、例えば、(ポルトランド)セメントの存在下で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、本発明の課題は、建材混合物の最終的な強度(28日後)が、早強が反射的に向上する間、悪影響を受けないことである。
本発明の課題は、ケイ酸カルシウム水和物及び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を含有する水性懸濁液と、水硬性結合剤用の可塑剤として適した少なくとも1種の水溶性櫛ポリマーとを接触させる工程、
b)任意に、工程a)からの生成物の適した固形分を水による希釈によって硬化する工程及び
c)工程a)又はb)からの生成物を、好ましくは150℃未満の温度で乾燥する工程
を実施する、前記製造方法によって達成される。
更に、この課題は、本発明の方法から得られる組成物によって達成される。この課題は同様に、本発明の方法から得られる組成物を、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、本発明の方法から得られる組成物を、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の方法から得られる組成物を、硬化促進剤として、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建材混合物に用いる使用によって達成される。
この課題はまた、本発明の方法から得られる組成物並びに(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、好ましくは本発明の方法から得られる組成物、(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の方法から得られる組成物を含有し且つ実質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物によっても達成される。この課題は更に、本発明の方法から得られる固体組成物を、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。
驚くことに、本発明の方法において、「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、水硬性結合剤用の可塑剤として適した少なくとも1種の水溶性櫛ポリマーとを混合する」工程a)の実施により、乾燥工程c)の後に得られる固体組成物の促進剤としての効率を極めて大きく高めることができることが判明した。特に驚くことは、ケイ酸カルシウム水和物を含有する上記の懸濁液が、例えば、WO2010026155A1)号の教示によって、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してもしなくても、工程a)の実施が重要であることであった。
工程a)で使用される櫛ポリマーは、ケイ酸カルシウム水和物を含有する懸濁液を乾燥するための酸として作用する。乾燥助剤、水溶性であり且つ水硬性結合剤用の可塑剤として適した櫛ポリマーは、特に促進剤として効率的な本発明による固体組成物の生成を可能にする目的を有する。従って、プロセス工程a)の実施は、特に、乾燥工程c)から得られ且つケイ酸カルシウム水和物及び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固体組成物の促進剤効率の低下を防ぐ。このプロセス工程又はそれに関連する効果はWO2010026155A1号に全く記載も示唆もされていない。
この方法から得られる本発明による組成物は、好ましくは固体状態で、特に好ましくは粉末状の状態で存在する。該方法から得られる本発明による組成物は、好ましくは促進剤組成物であり、且つ好ましくは(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。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、固体組成物中に未だ存在する自由水とケイ酸カルシウム水和物中で生じた水の両方を含み得る。粉末の水含有率は、好ましくは、乾燥炉内で60℃で一定重量まで乾燥させることによって測定され、その際、見出された重量差は水の割合であると考えられている。
好ましくは無機成分と有機成分が存在している。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)の組成物は、殆どの場合、以下の式:
CaO、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)
によって記載され得る。
モル比は、特に好ましくは、それらが上記式においてa、b及びeの好ましい範囲(0.66≦a≦1.8;0≦b≦0.1;0≦e≦0.1)であるように選択されている。
ケイ酸カルシウム水和物は、好ましくは、該方法から得られる組成物中に、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0.6〜2、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。
有機成分は、「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、水硬性結合剤用の可塑剤として適した少なくとも1種の水溶性櫛ポリマーとを混合する」プロセス工程a)中で使用される可塑剤である。これらはWO2010026155A1号に記載されている。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に関するWO2010026155A1号の教示は、この時点で援用されている。水溶性櫛ポリマーは、好ましくは、20℃での水への溶解度が1g/lより高く、好ましくは10g/lより高く、特に100g/lより高いポリマーである。
従って、本発明の目的のための櫛ポリマーは、直鎖状の主鎖でほぼ規則的な間隔で比較的長い鎖を有する(それぞれの場合、少なくとも200g/モル、特に好ましくは少なくとも400g/モルの分子量を有する)ポリマーである。これらの側鎖の長さは、しばしば、ほぼ同じ長さであるが、(例えば、異なる長さの側鎖を有するポリエーテルマクロモノマーが重合する時に)互いに大きくそれることもある。かかるポリマーは、例えば、酸モノマーとポリエーテルマクロモノマーとのフリーラジカル重合によって得られる。かかる櫛ポリマーへの代替的な経路は、適したモノヒドロキシ官能性又はモノアミノ官能性ポリアルキレングリコール、好ましくはアルキルポリエチレングリコールによる、ポリ(メタ)アクリル酸及び同等の(コ)ポリマー、例えば、アクリル酸−マレイン酸コポリマーのエステル化又はアミド化である。ポリ(メタ)アクリル酸のエステル化又はアミド化によって得られる櫛ポリマーは、例えば、EP1138697B1号に記載されており、これは本願明細書に明確に援用されている。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定される水硬性ポリマーの可塑剤として適した櫛ポリマーの平均分子量Mは、好ましくは5000〜200000g/モル、特に好ましくは10000〜80000g/モル、非常に特に好ましくは20000〜70000g/モルである。ポリマーは、平均分子量と転換率を測定するためにサイズ排除クロマトグラフィーによって分析された(カラムの組み合わせ:OH−Pak SB−G、OH−Pak SB 804 HQ及びOH−Pak SB 802.5 HQ(Shodex製、日本);溶離液:80体積%のHCONHの水溶液(0.05モル/l)と20体積%のアセトニトリル;注入体積:100μl;流量:0.5ml/分)。平均分子量を測定するための較正を、直鎖状のポリ(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。コポリマーのピークを、変換率の測定値として1の比高に規準化し、未反応のマクロモノマー/PEG含有オリゴマーのピーク高さを、残留モノマー含有率の測定値として使用した。
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は、好ましくは、工業規格EN934−2(2002年2月)の要求を満たす。
調製物Aと調製物Bとの混合は、好ましくはプロセス工程a)で起こる。調製物Aは、適したケイ酸カルシウム水和物懸濁液であり、調製物B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である。櫛ポリマーは、乾燥形態で又は水溶液で使用され得る。好ましいのは、予め調製されたケイ酸カルシウム水和物懸濁液をこのプロセスで使用することである。従って、混合操作の間又は櫛ポリマーとの混合後のケイ酸カルシウム水和物懸濁液のインサイチュの製造は、好ましくは、除外されている。混合物は従来の混合プロセスによって製造できる。
(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適したケイ酸カルシウム水和物を含有する懸濁液は、好ましくは、以下のテキストの1.)〜5.)に記載された(プロセス)生成物である。1.)〜5.)に記載された(プロセス)生成物の混合物を使用することも可能である。従って、プロセス工程a)のケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液は、例えば、予め生成され、次いで出発材料(調製物A)として使用できる:
1.)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、水溶性シリカ化合物と、水溶性カルシウム化合物との反応による水性硬化促進剤組成物の製造方法によるWO2010026155A1号の教示によって得られた、又は対応する従属のプロセスクレームによって得られた水性硬化促進剤組成物;WO2010026155A1号のプロセスから得られる水性硬化促進剤組成物に関するWO2010026155A1号の教示はこの時点で援用されている。この組成物は好ましくは懸濁液である。
2.)カルシウム化合物、好ましくはカルシウム塩、非常に特に好ましくは水溶性カルシウム塩を、アルカリ条件下で、二酸化ケイ素含有成分と反応させることによる水性硬化促進剤組成物の製造方法によるWO2010026155A1号の教示によって得られた水性硬化促進剤組成物であって、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の水溶液の存在下で反応を行うことを特徴とする、又は対応する従属プロセスクレームによって得られた前記水性硬化促進剤組成物;WO2010026155A1号のプロセスから得られる水性硬化促進剤組成物に関するWO2010026155A1号の教示は、この時点で援用されている。この組成物は好ましくは懸濁液である。
3.)当該特許出願として欧州特許庁に同日出願された特許出願の教示に従って製造され得る水性組成物。出願番号はEP11163423.4号である。これらの水性組成物は、特に、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)を含有し、又は対応する従属クレームによる組成物である。この組成物は好ましくは懸濁液である。水性組成物又は好ましくは、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(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)を含有する水溶液の存在下で、水溶性カルシウム化合物と水溶性シリカ化合物との反応によって1プロセスで製造され得る。水性組成物又は好ましくは、懸濁液はまた、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をアルカリ条件下で反応させることによって1プロセスで製造することができ、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(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)の水溶液の存在下で実施することを特徴とする。出願番号EP11163423.4号の特許出願の教示によって製造され得る上記の(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系不飽和ポリマーのフリーラジカル(共)重合によって製造されている。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。カルボン酸モノマーとの用語も同様に、カルボキシレートとしての塩の形で存在するモノマー(カルボキシレートモノマー)を包含し、それに応じて、スルホン酸基を有するモノマーとの用語は、スルホネートとして塩の形で存在するモノマー(スルホネートモノマー)を包含する。これらは混合された形で存在してもよい。
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、例えば、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。(コ)ポリマーは、好ましくはフリーラジカル(共)重合から得られ、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基はモノカルボン酸モノマーから誘導されている。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、フリーラジカル(共)重合から得られる(コ)ポリマー及びモノマーアクリル酸及び/又はメタクリル酸、好ましくはアクリル酸から誘導されるカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基、及び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スルホン酸基及び/又はスルホネート基である。(コ)ポリマーの質量平均分子量Mは、好ましくは、8000g/モル〜200000g/モル、好ましくは10000〜50000g/モルである。平均分子量Mは、それぞれの場合、サイズ排除クロマトグラフィーによって測定され、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)を測定する。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実施した。
4.)次の単位:
(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族単位で作られた少なくとも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/又はその塩を有する芳香族又はヘテロ芳香族単位で作られた少なくとも1つの構造単位
を有する重縮合物の水溶液の存在下で、水溶性カルシウム化合物と水溶性シリケート化合物とを反応させることによる水性硬化促進剤組成物の製造方法を用いてWO2011/026720号の教示によって得られた水性硬化促進剤組成物。
5.)次の単位:
(I)ポリエーテル側鎖を有する芳香族又はヘテロ芳香族単位で作られた少なくとも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/又はその塩を有する芳香族又はヘテロ芳香族単位で作られた少なくとも1つの構造単位
を有する重縮合物の水溶液の存在下にてアルカリ条件下でカルシウム成分と二酸化ケイ素含有成分とを反応させることによる水性硬化促進剤組成物の製造方法を用いてWO2011/026720号の教示によって得られた水性硬化促進剤組成物。
1.)〜3.)の下で同定された反応物A(調製物A)は、好ましくは、1.)〜3.)のそれぞれで同定された特徴の他に、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ポリマーを更に含んでよい。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。
更なるポリマーは、好ましくは、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。
特に好ましくは、構造単位(I)及び(II)は、以下の一般式
Figure 0006422772
(式中、
Aは同一又は異なり且つ5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換の芳香族又はヘテロ芳香族化合物によって表され、
ここで、
Bは同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
ここで、
BがNである場合、nは2であり且つBがNH又はOである場合、nは1であり、
ここで、
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によっても表され、
ここで、
aは同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
ここで、
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 0006422772
(式中、
Dは同一又は異なり且つ5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換のヘテロ芳香族化合物によって表され、
ここで、
Eは同一又は異なり且つN、NH又はOによって表され、
ここで、
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、
ここで、
及びRが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、
ここで、
bは同一又は異なり且つ1〜300の整数によって表され、
ここで、
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は1/2である)
によって規定される。
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、A及びDは互いに独立して選択されてよく、また、それぞれ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、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、特に3〜200、特に好ましくは5〜150の整数によって表され、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。長さがa又はbによって規定される、それぞれの基は、それらが異なる構造群の混合物を含むことが適切であっても、この場合、それぞれ、一定の構造群からなってよい。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、その際、a及びbはそれぞれ1つの数によって表される。この場合、一般的に、異なる鎖長を有する混合物がそれぞれの場合に存在することが適切であるため、重縮合生成物中の構造単位の基は、aの場合及びbの場合に、独立して、異なる数の値を有する。
リン酸塩化重縮合生成物は、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。
リン酸塩化重縮合生成物は、その塩、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、反応物A(調製物A)中に、以下の式
Figure 0006422772
(式中、
Yは各出現において独立して同一又は異なり且つ(I)、(II)又は重縮合生成物の他の成分によって表され、
ここで、
は同一又は異なり且つH、CH、COOH又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換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、
ここで、
は同一又は異なり且つH、CH、COOH又は5〜10個の炭素原子を有する置換又は非置換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)
によって表される更なる構造単位(III)を含む。
通常、構造式(III)中のR及びRは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。
リン酸塩化重縮合生成物及びその製法の更なる情報は、WO2011/026720号の開示内容に見出せる。
好ましいのは、ケイ酸カルシウム水和物が、(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有する少なくとも1つの(コ)ポリマーとの水和反応から生じず、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、前記ケイ酸カルシウム水和物を含む組成物である。
好ましいのは、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つの(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モル比が1/20〜20/1であり、且つ(ポルトランド)セメントを含まない組成物である。特に好ましいのは、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つの(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モル比が1/20〜20/1であり、且つ水と接触した(ポルトランド)セメントを含まない組成物である。水と接触した(ポルトランド)セメントとは、更に、暫定的に乾燥させ、好ましくは少量の水を含有し得る(ポルトランド)セメントと水との混合物を意味する。
このプロセスから得られた固体組成物は、好ましくは、塩、特に好ましくは20℃で1g/lより高い水への溶解度を有する水溶性の塩を含有する。アニオン性成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[CH1]、ギ酸塩及び/又は酢酸塩である。カチオン性成分に関して、好ましいのはアルカリ金属、特にナトリウム及び/又はカリウムである。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。
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、本プロセスの生成物は、好ましくは、結合剤、特に好ましくは(ポルトランド)セメントを含有しない。好ましいのは、ケイ酸カルシウム水和物が(ポルトランド)セメントと水との水和反応から生じていない、本発明の固体プロセスの生成物である。特に好ましいのは、水と接触した(ポルトランド)セメントを含まない本発明の固体組成物である。
プロセス工程b)では、適した固体含有率は、好ましくは5〜50質量%、特に好ましくは15〜25質量%であると考えられる。これは、一般的に当業者が吹付け供給の適した粘度を設定することができる範囲である。水の他に、噴霧乾燥の間に問題が生じ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、好ましくは100℃未満、特に80℃未満、最も好ましくは15℃〜80℃の範囲でなければならない。慣用の乾燥オーブン、真空乾燥オーブン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達成されるので、噴霧乾燥法である。
本発明の方法の好ましい実施態様は、従属項で説明され且つ以下に記載されている。
好ましい方法は、この方法から得られる固体組成物が、1/100〜100/1、好ましくは1/10〜50/1、特に好ましくは1/5〜20/1の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)ポリマーの質量比を有することを特徴とする。水硬性結合剤用の可塑剤として適した櫛ポリマーは、プロセス工程a)から生じ、即ち、この工程でケイ酸カルシウム水和物懸濁液に添加された。出発材料として使用されるケイ酸カルシウム水和物懸濁液中に存在する櫛ポリマー(例えば、WO2010026155A1号の教示による)は、上記の比に考慮されていない。出発材料として使用されるケイ酸カルシウム水和物懸濁液中に存在する櫛ポリマーは、乾燥操作の間、促進剤組成物に対する安定効果を殆ど示さない。
好ましい方法は、プロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液が、20℃での水への溶解度が好ましくは0.5g/lより高く、特に好ましくは1.5g/lより高く、特に10g/lより高い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より高く、特に好ましくは1g/lより高く、特に10g/lより高い水溶性シリケート化合物とを反応させることによって得られ、その際、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が、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実施されることを特徴とするか、又はプロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物の水性懸濁液が、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にてアルカリ条件下で、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って得られたことを特徴とする。これらの方法はWO2010026155A1号に開示されている。
好ましい方法は、プロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液が、20℃での水への溶解度が好ましくは0.5g/lより高く、特に好ましくは1.5g/lより高く、特に10g/lより高い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より高く、特に好ましくは1g/lより高く、特に10g/lより高い水溶性シリケート化合物との反応によって得られ、その際、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実施され、ここで、(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モル比が1/20〜20/1であることを特徴とするか、又はプロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物の水性懸濁液が、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にてアルカリ条件下で、20℃での水への溶解度が好ましくは1.5g/lより高く、特に好ましくは20℃で10g/lより高い、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って得られ、ここで、(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モル比が1/20〜20/1であることを特徴とする。
好ましい方法は、水硬性結合剤用の可塑剤として適しており且つ工程a)で使用される水溶性櫛ポリマーが、好ましくは一般式(AO)(式中、基Aはそれぞれ、互いに独立して、2〜4個の炭素原子を有するアルキレン基であり、Oは酸素であり且つnは2〜350、好ましくは10〜200、特に50〜150の整数である)のポリアルキレングリコールの形で、エーテル官能基を有し、さらに主鎖に、酸官能基、特にカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基を有する側鎖を有するコポリマーとして存在することを特徴とする。
好ましい方法は、使用される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が、全構造単位の、合計で少なくとも45モル%、好ましくは少なくとも80モル%のコポリマーが、酸モノマー、好ましくはカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基、及びポリエーテルマクロモノマーを含有するモノマーの共重合によって製造されるように、酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの存在下にてフリーラジカル重合によって製造されたコポリマーとして存在することを特徴とする。酸モノマーとして、好ましいのは、(メタ)アクリル酸及び/又はマレイン酸、特にアクリル酸である。
好ましい方法は、フリーラジカル共重合が、酸モノマーの共重合によって得られ且つ以下の一般式(Ia)、(Ib)、(Ic)及び/又は(Id):
Figure 0006422772
(式中、
基Rは同一又は異なり且つそれぞれH及び/又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Xは同一又は異なり且つそれぞれNH−(C2n)(式中、n=1、2、3又は4)又はO−(C2n)(式中、n=1、2、3又は4)又は存在しない単位であり;
基Rは同一又は異なり且つそれぞれOH、SOH、PO、O−PO又はパラ置換C−SOHであるが、但し、Xが存在しない単位である場合、RはOHである);
Figure 0006422772
(式中、
基Rは同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
n=0、1、2、3又は4であり;
基Rは同一又は異なり且つそれぞれSOH、PO、O−PO又はパラ置換C−SOHである);
Figure 0006422772
(式中、
基Rは同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Zは同一又は異なり且つそれぞれO又はNHである);
Figure 0006422772
(式中、
基Rは同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Qは同一又は異なり且つそれぞれNH又はOであり;
基Rは同一又は異なり且つそれぞれH、(C2n)−SOH(式中、n=0、1、2、3又は4)、(C2n)−OH(式中、n=0、1、2、3又は4);(C2n)−PO(式中、n=0、1、2、3又は4)、(C2n)−OPO(式中、n=0、1、2、3又は4)、(C)−SOH、(C)−PO、(C)−OPO又は(C2m−O−(A’O)α−R(式中、m=0、1、2、3又は4、e=0、1、2、3又は4、A’= x’ 2x’ (式中、x’=2、3、4又は5)又はCHC(C)H−、α=1〜350の整数、及び基Rは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基である)である)
のうちの1つに対応する構造単位を有するコポリマーを生成したことを特徴とする。
好ましい方法は、フリーラジカル共重合が、ポリエーテルマクロモノマーの共重合によって得られ且つ一般式(IIa)、(IIb)、(IIc)及び/又は(IId):
Figure 0006422772
(式中、
10、R11及びR12は同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、H又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Eは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、オルト置換、メタ置換又はパラ置換C又は存在しない単位であり;
基Gは同一又は異なり且つそれぞれO、NH又はCO−NHであるが、但し、Eが存在しない単位である場合、Gも存在しない単位であり;
基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5(好ましくはx=2))又はCHCH(C)であり;
添字nは同一又は異なり且つそれぞれ0、1、2、3、4又は5であり;
添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350(好ましくは10〜200)の整数であり;
基R13は同一又は異なり且つそれぞれH、非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CO−NH又はCOCHである);
Figure 0006422772
(式中、
基R14は同一又は異なり且つそれぞれH、非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Eは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、オルト置換、メタ置換又はパラ置換C又は存在しない単位であり;
基Gは同一又は異なり且つそれぞれ存在しない単位、O、NH又はCO−NHであるが、但し、Eが存在しない単位である場合、Gも存在しない単位であることを条件とし;
基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
添字nは同一又は異なり且つそれぞれ0、1、2、3、4又は5であり;
添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
基Dは同一又は異なり且つそれぞれ存在しない単位、NH又はOであるが、但し、Dが存在しない単位である場合:b=0、1、2、3又は4且つc=0、1、2、3又は4であり、ここでb+c=3又は4であることを条件とし、DがNH又はOである場合:b=0、1、2又は3、c=0、1、2又は3であり、ここでb+c=2又は3であることを条件とし;
基R15は同一又は異なり且つそれぞれH、非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CO−NH又はCOCHである);
Figure 0006422772
(式中、
16、R17及びR18は同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、H又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Eは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、オルト置換、メタ置換又はパラ置換C又は存在しない単位であり;
基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCH−CH(C)であり;
添字nは同一又は異なり且つそれぞれ0、1、2、3、4又は5であり;
基Lは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCH−CH(C)であり;
添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
添字dは同一又は異なり且つそれぞれ1〜350の整数であり;
基R19は同一又は異なり且つそれぞれH及び/又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり、
基R20は同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基である);
Figure 0006422772
(式中、
21、R22及びR23は同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、H又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
24は同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基である)
のうちの1つに対応する構造単位を有するコポリマーを生成したことを特徴とする。
好ましい方法は、水硬性結合剤用の可塑剤として好適であり且つプロセス工程a)で使用される水溶性櫛ポリマーが、1/200〜1/1500モル(g/モル)、好ましくは1/300〜1/700モル(g/モル)、特に好ましくは1/300〜1/400モル/(g/モル)の櫛ポリマーの全モル質量に対するカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基のモル数の平均比を有することを特徴とする。櫛ポリマーに関連して、プロトンなどのカチオンは、好ましくは、櫛ポリマーの全モル質量の計算を考慮しない。従って、例えば、共重合したアクリル酸構造単位又は例えば、水酸化ナトリウムで中和された他のカルボン酸単位の場合、全モル質量の計算はカチオンNa+を考慮しない。中和が実施されるべきではない場合、カルボン酸基に配置されたカチオン(”H”)も同様に考慮されない。
上記のパラメータは、櫛ポリマー又はポリマーにおける電荷密度の目安である。従属項に記載された範囲が、特に良好な結果の達成を可能にすることが判明した。櫛ポリマーの全モル質量に対するカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基のモル数の比較的高い平均比は、乾燥した組成物の促進作用に関して特に良好な結果を与える。これは実施例からも判明しており、特に、KP2及びKP3が特に良好な結果(表2、3及び特に表4)をもたらした。これらの値は、効力に関して(未乾燥の)参照懸濁液X−Seed(登録商標)100と全く同等である。しかしながら、(噴霧)乾燥助剤として良好な作用を達成するために、そうでなければ遅延効果(例えば、参照ポリアクリル酸の場合)が生じるため、電荷密度は高すぎてはならない。「カルボキシル基及び/又はカルボキシレート基」との用語は、本特許出願のために、両方の種が存在する場合、2つの種の合計が形成されることを意味する。両方の種の存在下でのカルボキシル基又はカルボキシレート基の選択の可能性は好ましくは意図されていない。カルボキシル基及び/又はカルボキシレート基は、殆ど等価であり且つ同等の効果であると見なされる。
櫛ポリマーの全モル質量に対するカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基のモル数の平均比も、好ましくは、櫛ポリマーの全モル質量(g/モル)に対する櫛ポリマー(モル)中の全カルボキシル基及び/又はカルボキシレート基の全モル数の比として規定されている。全電荷のモル数を考慮すると、好ましくは全てのカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基、及び櫛ポリマー中の全モル質量が平均値を与える。
好ましい方法は、乾燥プロセスc)が噴霧乾燥であることを特徴とする。
本発明はまた、本発明の方法によって又は本方法の好ましい実施態様のうちの1つによって得られる組成物も提供する。
本発明はまた、本発明の方法によって又は本方法の好ましい実施態様のうちの1つによって得られる組成物を、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、好ましくは、本発明の方法によって得られる組成物を、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の方法によって得られる組成物を、硬化促進剤として、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建材混合物に用いる使用も提供する。
本発明はまた、本発明の方法から得られる組成物を、粉砕助剤として、セメントの製造に用いる使用、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。この場合、本発明のプロセス生成物は、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。本発明のプロセス生成物は、粉砕助剤としてボールミルあるいは垂直ミル内で使用することが可能である。本発明のプロセス生成物は、粉砕助剤として単独であるいは他の粉砕助剤、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。特に、そのように製造されたセメントの早強が改善され得ることが明らかになった。
本発明はまた、本発明の方法から得られる組成物を、水硬性結合剤を含み且つ、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噴霧可能な組成物の製造方法に用いる使用に関し、且つ本発明の方法から得られるケイ酸カルシウム水和物を含む組成物が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。好ましい実施態様では、本発明の固体プロセス生成物は、この特許出願の従属項のうちの1つによって利用され得る。水硬硬化性の、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PCT/EP2010/062671号に記載されている。ケイ酸カルシウム水和物に基づく、本特許出願の対応する促進剤は、PCT/EP2010/062671号の方法において同様に使用され得る。PCT/EP2010/062671号の内容は、この時点で援用されるべきことが考慮されている。
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/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。バインダーの全質量に基づく(ポルトランド)セメントの質量による割合は、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.)硫酸カルシウムをベースとしたバインダーを含有する建材混合物は、1.)及び2.)の質量比に関して特に制限されていない。1.)〜2.)の好ましい比は、9/1〜1/9、好ましくは4/1〜1/4の範囲である。
「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」との用語は、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%、特に好ましくは少なくとも80質量%であり;特に、(ポルトランド)セメントが結合剤の100%を表すことを意味する。
本発明はまた、本発明の方法によって又は本方法の好ましい実施態様のうちの1つによって得られる組成物並びに(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、好ましくは本発明の方法によって得られる組成物、(ポルトランド)セメント及び硫酸カルシウムをベースとした結合剤を含有する建材混合物、特に好ましくは本発明の方法によって得られる組成物を含有し且つ実質的に(ポルトランド)セメントを結合剤として含有する建材混合物も提供する。
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。結合剤の全質量を基準とした(ポルトランド)セメントの質量による割合は、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.)硫酸カルシウムをベースとした結合剤に対する1.)(ポルトランド)セメントの質量比に関して、さらに「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、上記の情報は同様に適用される。
好ましい建材混合物は、例えば、タイルの接着剤成分、遅延剤、接着性モルタル及び強化モルタル、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。
本発明による固体組成物は、好ましくは、乾燥モルタル混合物中で、特に粉末形態で使用される。本発明による固体組成物は、好ましくは、結合剤を基準として、特に(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%の量で添加されるか、又は指示された質量比で建材混合物中に存在する。
例示のために、建材混合物との用語は、乾燥又は水性形態で且つ硬化又は可塑状態の混合物を意味し得る。乾燥した建材混合物が好ましい。乾燥した建材混合物は、例えば、上記の結合剤、好ましくは(ポルトランド)セメントと、本発明の(好ましくは粉末形態の)硬化促進剤組成物との混合物であってよい。水性形態、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、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し;次に、それらは可塑状態から硬化状態になる。
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。
実施例
噴霧助剤(ポリカルボキシレートエーテル(PCE))の重合:
一般的な方法、特にKP1〜KP8の製造方法:
875gの40%濃度のポリエチレングリコールヒドロキシブチルモノビニルエーテルの水溶液とNaOH(20%)を、温度計、還流冷却器及び2つの供給流れの結合部を備えた1リットルの4口フラスコ内に置く。それぞれのポリエチレングリコールヒドロキシブチルモノビニルエーテルのモル質量の詳細は、表2に見出され得る。溶液を次に20℃まで冷却する。アクリル酸(99%)を、次にフラスコ内のポリエチレングリコールヒドロキシブチルモノビニルエーテル溶液にゆっくりと添加する。pHは約4〜5まで低下する。次に0.5gの鉄(II)硫酸七水化物及び5gのロンガリット及びメルカプトエタノールをそこに添加する。簡単に撹拌した後、次に3gの50%の過酸化水素を導入する。これにより20℃から約30℃〜65℃まで上昇する温度が得られる。その後、この溶液を、水酸化ナトリウム溶液(20%)で中和する前に10分間撹拌する。これにより約40質量%の固体含有率を有する、淡黄色の透明な水性ポリマー溶液が得られる。ポリカルボキシレートエーテルKP1〜KP8の調製で使用される化学物質(NaOH、メルカプトエタノール及びアクリル酸)について指示された全ての可変量及びそれぞれのポリエチレングリコールヒドロキシブチルモノビニルエーテルのモル質量を以下の表1及び表2に示す。
Figure 0006422772
表2は噴霧助剤として使用されるポリカルボキシレートエーテルの構造的なパラメータの概要を示す。
Figure 0006422772
比較例として、ポリアクリル酸を以下の方法によって調製した:
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メータ及び還流冷却器を備えた1リットルの4口フラスコ内に置く。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%濃度のアクリル酸溶液と1モル%の2−メルカプトエタノールを、40分間で計量供給する。温度は冷却により約80℃に維持する。添加が完了した後、混合物を更に1時間80℃で撹拌する。これにより約40質量%の固体含有率と約3のpHを有する、わずかに黄色がかった、透明な水性ポリマー溶液が得られる。
ポリアクリル酸の質量平均分子量Mは18350g/モルであった。これをサイズ排除クロマトグラフィーによって分析して、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)を測定した。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。
乾燥した促進剤組成物の製造
X−Seed(登録商標)100(BASF Construction Chemicals)は出発材料(即ち、乾燥されるべき水性促進剤成分)として使用した。X−Seed(登録商標)懸濁液を、乾燥前に、X−Seed(登録商標)100の固体含有率を基準として5質量%の噴霧助剤(PCE KP1〜KP9)と10分間混合した。噴霧助剤の5質量%との数値は、噴霧助剤の固体含有率を基準とする。これは、水不含ポリカルボキシレートエーテルとして計算して5質量%がそれぞれの場合に添加されることを意味する。X−Seed(登録商標)100の固体含有率は21.7質量%である。形成された調製物は、窒素雰囲気下で160℃の入口温度及び60〜110℃の出口温度でNiro社製の乾燥器を使用して噴霧乾燥によって粉末状態に変換した。
Figure 0006422772
乾燥した促進剤組成物での使用試験(モルタル)
粉末の効果を標準的なモルタル試験によって試験した。モルタル試験をDINEN197に従って実施した。圧縮強度を測定するために、プリズムをStyroporモールド又は鋼製モールドに流し込んだ。種々の促進剤を使用して測定を比較可能であるために、添加される量は、それぞれの場合に、セメントの質量を基準として、1.44質量%の固体X−Seed(登録商標)100がそれぞれの実験でモルタルに添加されるように選択された。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、その代わり、出発材料X−Seed(登録商標)100の固体含有率の対応する量が加工された粉末状生成物の形で添加されたことを意味する。この試験結果を表4にまとめる。
20℃、65%の大気湿度でのモルタル試験:
450gのセメント(Milke CEM I 52.5 R)
1350gの標準砂
225gの水
Figure 0006422772
粉末状促進剤のモルタル試験(表4)では、特に、比較の促進剤のギ酸カルシウム及び硝酸カルシウムの非常に高い添加量でも、本発明による粉末状生成物として高い促進剤活性(早強)をほぼ達成することができないことが分かる。本発明による粉末状生成物は、液体参照物質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小さな低下のみを示す。ポリカルボキシレートエーテル(特に、KP2、KP3、KP4及びKP5を参照のこと)の比較的高い電荷密度は、特に、早強に対して好ましい影響を与える。これらの効果は、乾燥工程前に添加されたポリカルボキシレートエーテルの乾燥の間に作用する驚くほど高い安定作用に寄与し得る。例えば、適切なポリエーテル構造単位を有していないポリアクリル酸(比較例12)は、この効果を示さない。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と同等の良好な最終強度(28日後)を達成できない。

Claims (13)

  1. 固体の、ケイ酸カルシウム水和物及び水硬性結合剤に対する可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーを含有する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、水硬性結合剤に対する可塑剤として適した少なくとも1種の水溶性櫛ポリマーであって、1/300〜1/700モル/(g/モル)の櫛ポリマーの全モル質量に対するカルボキシル基及び/又はカルボキシレート基のモル数の平均比を有する水溶性櫛ポリマーとを、1/100〜100/1のケイ酸カルシウム水和物に対する水溶性櫛ポリマーの質量比で混合する工程、
    c)工程a)からの生成物を乾燥する工程
    を実施する、前記方法。
  2. 前記工程a)からの生成物の乾燥が150℃未満の温度で行われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. プロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液が、水硬性結合剤に対する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、水溶性カルシウム化合物と、水溶性シリケート化合物とを反応させることによって得られたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. プロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物を含有する水性懸濁液が、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水溶性櫛ポリマーの水溶液の存在下で、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、その際、水溶性櫛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モル比が1/20〜20/1であることを特徴とするか、又はプロセス工程a)で使用されるケイ酸カルシウム水和物の水性懸濁液が、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水溶性櫛ポリマーの水溶液の存在下にてアルカリ条件下で、カルシウム化合物と、二酸化ケイ素含有化合物との反応によって得られ、その際、水溶性櫛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モル比が1/20〜20/1であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  5. プロセス工程a)で使用される水硬性結合剤に対する可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーがエーテル官能基を有するコポリマーとして存在し、さらに主鎖に酸官能基を有する側鎖を有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 全構造単位の、合計で少なくとも45モル%のコポリマーが、酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの共重合によって製造されるように、使用される水硬性結合剤に対する可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーが、酸モノマー及びポリエーテルマクロモノマーの存在下にてフリーラジカル重合によって製造されたコポリマーとして存在することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. フリーラジカル共重合が、酸モノマーの共重合によって得られ且つ以下の一般式(Ia)、(Ic)及び/又は(Id):
    Figure 0006422772
    (式中、基Rは同一又は異なり且つそれぞれH及び/又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    Xが存在しない単位であり、RはOHである);
    Figure 0006422772
    (式中、
    基Rは同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    基ZはOである);
    Figure 0006422772
    (式中、
    基Rは同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    基Qは同一又は異なり且つそれぞれNH又はOであり;
    基Rは同一又は異なり且つそれぞれH、(C2n)−SOH(式中、n=0、1、2、3又は4)、(C2n)−OH(式中、n=0、1、2、3又は4);(C2n)−PO(式中、n=0、1、2、3又は4)、(C2n)−OPO(式中、n=0、1、2、3又は4)、(C)−SOH、(C)−PO、(C)−OPO又は(C2m−O−(A’O)α−R(式中、m=0、1、2、3又は4、e=0、1、2、3又は4、A’=Cx’2x’(式中、x’=2、3、4又は5)又はCHC(C)H−、α=1〜350の整数、及び基Rは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基である)である)
    のうちの1つに対応する構造単位を有するコポリマーを与えることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. フリーラジカル共重合が、ポリエーテルマクロモノマーの共重合によって得られ且つ以下の一般式(IIa)、(IIb)、(IIc)及び/又は(IId):
    Figure 0006422772
    (式中、
    10、R11及びR12は同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、H又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    基Eは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、オルト置換、メタ置換又はパラ置換C又は存在しない単位であり;
    基Gは同一又は異なり且つそれぞれO、NH又はCO−NHであるが、但し、Eが存在しない単位である場合、Gも存在しない単位であり;
    基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
    添字nは同一又は異なり且つそれぞれ0、1、2、3、4又は5であり;
    添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
    基R13は同一又は異なり且つそれぞれH、非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CO−NH又はCOCHである);
    Figure 0006422772
    (式中、
    基R14は同一又は異なり且つそれぞれH、非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    基Eは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、オルト置換、メタ置換又はパラ置換C又は存在しない単位であり;
    基Gは同一又は異なり且つそれぞれ存在しない単位、O、NH又はCO−NHであるが、但し、Eが存在しない単位である場合、Gも存在しない単位であることを条件とし;
    基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
    添字nは同一又は異なり且つそれぞれ0、1、2、3、4又は5であり;
    添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
    基Dは同一又は異なり且つそれぞれ存在しない単位、NH又はOであるが、但し、Dが存在しない単位である場合:b=0、1、2、3又は4且つc=0、1、2、3又は4であり、ここでb+c=3又は4であることを条件とし、DがNH又はOである場合:b=0、1、2又は3、c=0、1、2又は3であり、ここでb+c=2又は3であることを条件とし;
    基R15は同一又は異なり且つそれぞれH、非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基、CO−NH又はCOCHである);
    Figure 0006422772
    (式中、
    16、R17及びR18は同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、H又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    基Eは同一又は異なり且つそれぞれ非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキレン基、シクロヘキシレン基、CH−C10、オルト置換、メタ置換又はパラ置換C又は存在しない単位であり;
    基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
    添字nは同一又は異なり且つそれぞれ0、1、2、3、4又は5であり;
    基Lは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
    添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
    添字dは同一又は異なり且つそれぞれ1〜350の整数であり;
    基R19は同一又は異なり且つそれぞれH及び/又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり、
    基R20は同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状のC〜Cアルキル基である);
    Figure 0006422772
    (式中、
    21、R22及びR23は同一又は異なり且つそれぞれ、互いに独立して、H又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基であり;
    基Aは同一又は異なり且つそれぞれC2x(式中、x=2、3、4又は5)又はCHCH(C)であり;
    添字aは同一又は異なり且つそれぞれ2〜350の整数であり;
    基R24は同一又は異なり且つそれぞれH又は非分枝鎖状又は分枝鎖状のC〜Cアルキル基である)
    のうちの1つに対応する構造単位を有するコポリマーを与えることを特徴とする、請求項6又は7に記載の方法。
  9. 乾燥工程c)が噴霧乾燥であることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. 請求項1から9までのいずれか1項に記載の、固体の、ケイ酸カルシウム水和物及び水硬性結合剤に対する可塑剤として適した水溶性櫛ポリマーを含有する組成物。
  11. 請求項10に記載の固体の組成物を、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。
  12. 請求項10に記載の固体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。
  13. 請求項10に記載の固体の組成物及び(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。
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