JP2000327386A - セメント用分散剤及びこれを含む水硬性組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決課題】 水硬性物質に対する水の配合比に殆ど拘
わりなく、含水時の水硬性物質又は水硬性組成物に対
し、優れた流動特性と高い分散効果と早い凝結性を発現
させる。 【解決手段】 ポリアルキレングリコール鎖を有するモ
ノエステル又はモノエーテルと、不飽和結合及び燐酸基
を有する単量体との重合物を主成分とするセメント用分
散剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水添加した際のセ
メントなどの水硬性物質の凝集やペーストの高粘性化を
防ぐセメント用分散剤及びこの分散剤が添加された水硬
性組成物に関するものであって、より詳しくは少ない添
加量で優れた流動特性と高い分散効果と早い凝結性を発
現させるセメント用分散剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、セメントペースト、モルタル、
コンクリートなどの水硬性組成物では、セメントなどの
水硬性物質に対する水の配合量が少ないほど硬化後の強
度発現性や耐久性に優れたものが得られるものの、反面
硬化前の流動性が低下し易い。このため水の配合量が少
なくても、所望の流動性が確保できるように、流動化剤
や減水剤などの混和剤が配合使用されている。水の配合
割合が少ない場合に用いる混和剤では、一般に、ナフタ
レンスルホン酸ホルマリン共縮合物などのナフタレン系
減水剤、メラミンスルホン酸ホルマリン共縮合物などの
メラミン系減水剤、カルボン酸系モノマーなどの水溶性
ビニル共重合体からなるポリカルボン酸系減水剤が比較
的高い流動性を発現させることが知られている。

【０００３】このうち、ナフタレン系減水剤とメラミン
系減水剤は、流動性を高めるにはそれ自体の配合量をか
なり多くする必要がある。また既存のポリカルボン酸系
減水剤ではその配合量は低く抑えることができるが、水
硬性粉末物質に対する吸着能が比較的低く、分散作用が
劣る。このためポリカルボン酸系減水剤の分散性状を向
上させた改良品としてポリマー中にカルボキシル基やス
ルホン酸基などの吸着基の量や共重合させるモノマー構
造を変えたものが、例えば特開平１−２２６７５７、特
開平５−３１０４５８、特開平７−１０９１５６、特開
平７−２２３８５２、特開平８−１２３９６、特開平９
−２７８５０５、特開平１０−１９４８０９などで開示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記のよう
な吸着基は、水硬性物質の水和反応を遅延させる作用が
大きいため、このような吸着基を含むポリカルボン酸系
減水剤を使用すると、硬化速度が遅くなるため型枠成形
品では脱型に時間を要したり、凝結時間も長くなってブ
リーディング水も多くなるなどの問題が生じ易い。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高流動作
用を発現する共重合体を燐酸基を吸着媒体として水硬性
物質に吸着させ、また、ポリオキシアルキレン基の持つ
立体障害効果によって水硬性物質を強力に分散できるこ
とから、このような燐酸基とポリオキシアルキレン基を
有する特定の重合物が、少なくとも水硬性物質と水を含
む組成物に対し、少ない添加量で優れた流動性を発現で
きかつ凝結遅延性も少ないという知見を得、本発明を完
成するに至った。

【０００６】即ち、本発明は、下記（イ）〜（ニ）で表
されるセメント用分散剤、及びこれを含む下記（ホ）で
表される水硬性組成物である。（イ）ポリアルキレング
リコール鎖を有するモノエステル又はモノエーテルと、
不飽和結合及び燐酸基を有する単量体との重合物を主成
分とするセメント用分散剤。（ロ）分子内に少なくとも
（１）式及び（２）式で表される構成単位を有する重合
物を主成分とする前記（イ）のセメント用分散剤。

【０００７】

【化３】

【０００８】［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、同一又は異
なって水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、−ＣＯＯ
Ｈ又は−ＣＨ₂ＣＯＯＨを示し、Ｘは−Ｃ＝Ｏ又は−Ｃ
Ｈ₂を示し、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基
を示し、Ｙは水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金
属、アンモニウム、アルキルアンモニウム又は炭素数１
〜３のアルキル基を示し、ｊは０〜２の整数を示し、ｋ
は１又は２を示し、ｍは０〜５の整数を示し、ｎは５〜
２００の整数を示し、ｉは３−ｋを示す。］

【０００９】（ハ）分子内に（３）式及び／又は（４）
式で表される構成単位を有する重合物を主成分とする前
記（イ）又は（ロ）のセメント用分散剤。

【００１０】

【化４】

【００１１】［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、同一又は異
なって水素原子、炭素数１〜３のアルキル基、−ＣＯＯ
Ｈ又は−ＣＨ₂ＣＯＯＨを示し、Ｒ⁴は−ＣＨ₂−、−Ｃ₂
Ｈ₄−、−Ｃ₆Ｈ₄−又は−ＣＨ₂０−Ｃ₆Ｈ₄−を示し、Ｙ
は水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモ
ニウム、アルキルアンモニウム又は炭素数１〜３のアル
キル基を示す。］

【００１２】（ニ）重合物の重量平均分子量が３０００
〜５０００００であることを特徴とする前記（イ）〜
（ハ）の何れかのセメント用分散剤。（ホ）前記（イ）
〜（ニ）の何れかのセメント用分散剤を固型分濃度で
０．０１〜１．０重量部と無機系水硬性物質１００重量
部を含有することを特徴とする水硬性組成物。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に於けるセメント用分散剤
は、燐酸基を有する単量体とポリオキシアルキレン基を
有する単量体とを共重合せしめてなる重合物を主成分と
するものである。この燐酸基を有する単量体としては、
前記（１）式の構成単位を有する単量体であれば良く、
例えば燐酸モノ（２−ヒドロキシエチル）メタクリルエ
ステル、燐酸ジ−（２−ヒドロキシエチル）メタクリル
エステル、燐酸モノ（２−ヒドロキシメチル）メタクリ
ルエステル、燐酸モノ（２−ヒドロキシプロピル）メタ
クリルエステル、燐酸モノ（２−ヒドロキシエチル）ア
クリルエステル、燐酸モノ（２−ヒドロキシエチル）ア
リルエーテル等を挙げることができ、またこれらの化合
物のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウ
ム塩、アルキルアンモニウム塩などであっても良い。こ
こで、（１）式中のｋは１又は２とするが、ｋが２の場
合は共重合の際に架橋反応を生じ、架橋構造が支配的に
なると初期流動発現性が低下し易くなるので、ｋが２の
モル含有比率は７０％を上限とするのが好ましい。

【００１４】また、ポリオキシアルキレン基を有する単
量体としては、前記（２）式の構成単位を有する単量体
であれば良く、例えば、ω−メトキシポリオキシエチレ
ンメタクリルエステル、ω−メトキシポリオキシエチレ
ンアクリルエステル、ω−メトキシポリオキシエチレン
アリルエーテル、ω−メトキシポリオキシエチレンメタ
クリルエステル、ω−メトキシポリオキシプロピレンメ
タクリルエステル、ω−メトキシポリオキシプロピレン
アリルエーテル等を挙げることができる。ここで、
（２）式中のｎは５〜２００が好ましく、より好ましく
はｎは１０〜１００とする。ｎが５未満では分散性が低
下し、２００を超えると水硬性組成物の粘性が増大する
ので好ましくない。また、繰り返し単位ｎ中にＡが異な
るものを含むものであっても良い。

【００１５】単量体の共重合に際しては、（２）式の構
成単位を有する単量体１モルに対し、（１）式の構成単
位を有する単量体０．１〜４モルを共重合反応せしめる
のが好ましい。前記（２）式の構成単位を有する単量体
１モルに対し、（１）式の構成単位を有する単量体の反
応量が０．１モル未満にした場合は吸着力が乏しくなる
ので好ましくなく、また反応量が４モルを超えると吸着
能過多となって、経時的な流動性低下を生じるので好ま
しくない。

【００１６】また、本発明のセメント用分散剤は分子内
に少なくとも前記（１）式及び（２）式で表される構成
単位を有する重合物を主成分とするものである。

【００１７】また、本発明のセメント用分散剤は、前記
（１）式及び（２）式の構成単位を有するものであっ
て、且つ、前記（３）式及び／又は（４）式で表される
構成単位も有する重合物を主成分とするものであっても
良い。

【００１８】このようなセメント用分散剤は、（３）式
及び／又は（４）式で表される構成単位を有する単量体
を、前記（１）式及び（２）式の構成単位を有する単量
体と共重合させることによって得ることもできる。
（３）式で表される構成単位を有する単量体としては、
例えばアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、これら
何れかのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモ
ニウム塩、又はアミン塩を挙げることができる。（３）
式で表される構成単位は、連鎖移動剤としての作用を発
現し、共重合体の分子量調整に有用となる。また、
（４）式で表される構成単位を有する単量体としては、
例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイ
ン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などを挙げ
ることができ、またこれらの何れか１種以上のアルカリ
金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン
塩、メチルエステル、エチルエステルや無水マレイン酸
などの無水化合物であっても良い。また、（３）式及び
（４）式の構成単位を共に有する単量体を前記（１）式
及び（２）式の構成単位を有する単量体と共重合させた
ものでも良い。尚、各単量体からの共重合反応に際して
は、（３）式で表される構成単位を有する単量体の全反
応単量体に対する含有量はモル分率で５０％以下とする
のが初期流動性を高まるので望ましく、また（４）式で
表される構成単位を有する単量体の全反応単量体に対す
る含有量はモル分率で８０％以下とするのが凝結遅延効
果を低減する上で望ましい。

【００１９】また更に、本発明のセメント用分散剤は、
少なくとも前記（１）式及び（２）式の構成単位を有す
る単量体と不飽和結合を有する他の単量体からなる共重
合体を主成分とするものでも良い。このような他の単量
体の例としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル
（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）ア
クリルアミド、２−（メタ）アクリルアミド−２−メタ
スルホン酸、２−（メタ）アクリルアミド−２−エタン
スルホン酸、２−（メタ）アクリルアミド−２−プロパ
ンスルホン酸、スチレン、スチレンスルホン酸などがあ
る。

【００２０】本発明のセメント用分散剤の主成分たる共
重合体の重量平均分子量は、３０００〜５０００００の
ものが好ましい。重量平均分子量が３０００未満では含
まれる燐酸基が不足し、水硬性物質に対する吸着力が総
じて低下するので好ましくない。また、重量平均分子量
が５０００００を超えると水配合後の粘性がかなり増大
するので好ましくない。尚、本分散剤には主成分たる前
記何れかの共重合体の他、主成分以外の含有成分として
例えば公知の溶媒等を含むことができる。

【００２１】また、本発明に於ける共重合体は、何れも
前記単量体を公知の共重合反応を行うことによって合成
することができる。共重合反応に使用する重合開始剤
は、共重合反応以下で分解してラジカルを発生するもの
であれば特に限定されない。一例として、過硫酸アンモ
ニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、過酸化水素、
２，２−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩を
挙げることができる。

【００２２】本発明のセメント用分散剤は、各種セメン
トを始めとし、水和反応によって硬化性を示すあらゆる
無機系の水硬性物質に使用することができる。本分散剤
の配合量は、水硬性物質１００重量部に対し、固形分濃
度で０．０１〜１．０重量部とするのが好ましい。より
好ましくは０．０２〜１．０重量部とする。分散剤の配
合量が０．０１重量部未満では分散効果が殆ど発現され
ず、また１．０重量部を超えると凝結遅延を起こすこと
があるので好ましくない。水和反応に要する水の添加量
は水硬性物質に応じて適宜選定すれば良く、例えば普通
ポルトランドセメントの場合は該セメント１００重量部
に対し、概ね１８〜３０重量部程度の比較的少ない量の
水を配合したものであっても本分散剤の導入により良好
な流動性が得られる。このようなセメント用分散剤と無
機系水硬性物質を構成成分として含む本発明の水硬性組
成物は、他の公知のセメント・コンクリート用混和材料
や骨材等の混合材を含むものであっても良い。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 ［合成例］ω−メトキシポリオキシエチレンモノメタク
リレート（エチレンオキサイドの付加モル数２３）９４
ｇ、メタリルスルホン酸ナトリウム８．８ｇ、及び水１
８０ｇをガラス製反応容器に入れて溶解させた後、これ
に燐酸ジ（２−ヒドロキシエチル）メタクリルエステル
１モルと燐酸モノ（２−ヒドロキシエチル）メタクリル
エステル２．７モルとの混合物２４ｇを加え、更に３０
重量％の水酸化ナトリウム水溶液を添加してｐＨを８．
５に調整した。反応容器内の空気をアルゴンガスで置換
した後、攪拌しながら２０重量％の過硫酸アンモニウム
９．０ｇを徐々に加え、６０℃で４時間反応を行い、共
重合体（Ｎｏ．１）を得た。ゲル浸透クロマトグラフィ
ーによる測定（容離液：５０ｍＭのＮａＮＯ₃、分子量
標準：ポリエチレングリコール）からこの共重合体の重
量平均分子量は３７１００であった。同様の合成手法に
より表１に記した単量体を原料とし、種々の共重合体
（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．８）を作製した。また、前記と同様
の方法で測定したＮｏ．２〜Ｎｏ．８の共重合体の重量
平均分子量を併せて表１に表す。

【００２４】

【表１】

【００２５】［セメント組成物の作製］普通ポルトラン
ドセメント１００重量部と細骨材（粗粒率２．６８の石
灰石砕砂）１５０重量部及び水３２．５重量部からなる
配合物に、前記合成したＮｏ．１〜Ｎｏ．８の各共重合
体を分散剤として表２に表した量（普通ポルトランドセ
メント１００重量部に対する固形分重量に換算）をそれ
ぞれ添加し、これを約３分間混練してセメント組成物
（本発明品１〜８）を作製した。ＪＩＳ Ｒ５２０１に
準じた方法により、各セメント組成物の混練終了直後、
及び混練後６０分経過のモルタル０打フロー、材齢１日
経過と７日経過の供試体（４０×４０×１６０ｍｍ）の
圧縮強度を測定した。その結果を表２に表す。また、比
較例として、前記と同様の材質・配合比の普通ポルトラ
ンドセメント、細骨材及び水からなる配合物に、何れも
市販のリグニン系減水剤、ナフタレンスルホン酸系減水
剤、メラミン系減水剤、ポリカルボン酸系減水剤を表２
に記した量（普通ポルトランドセメント１００重量部に
対する固形分重量に換算）を添加して作製したセメント
組成物（参考品１〜４）について、前記と同様の方法・
条件で測定したモルタル０打フロー、及び圧縮強度の結
果を表２に併せて表す。

【００２６】

【表２】

【００２７】［石膏組成物の作製］半水石膏１００重量
部と水７０重量部からなる配合物に合成したＮｏ．１〜
Ｎｏ．８の各共重合体を分散剤とし、固型分換算で０．
０２５重量部添加して約１分間混練して石膏組成物（本
発明品９〜１６）を作製した。混練直後の石膏組成物
を、アクリル平板上に設置した直径５０ｍｍ、高さ１５
ｍｍの円筒管に充填し、直ちに円筒管を引き上げ、平板
上に広がった石膏組成物の直径（フロー値）を測定し、
更にＪＩＳ Ｒ５２０１に準じた方法で凝結時間として
その終結時間を測定した。結果を表３に表す。また、比
較例として、前記と同様の半水石膏１００重量部と水７
０重量部からなる配合物に、何れも市販のナフタレンス
ルホン酸系減水剤、メラミン系減水剤、ポリカルボン酸
系減水剤を表３に示す量（半水石膏１００重量部に対す
る固形分重量に換算）添加して作製した石膏組成物（参
考品５〜７）について、前記と同様の方法・条件で測定
したフロー値と凝結時間を表３に表す。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【発明の効果】本発明のセメント用分散剤は、セメント
や石膏などの水硬性物質と水との配合比に拘わりなく、
比較的少ない使用量で、良好な分散性と高い流動性を付
与することができると共に、凝結遅延も少なく、本分散
剤の使用により、高強度の水硬性組成物硬化体を容易に
得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ０４Ｂ 103:32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリアルキレングリコール鎖を有するモ
   ノエステル又はモノエーテルと、不飽和結合及び燐酸基
   を有する単量体との重合物を主成分とするセメント用分
   散剤。
2. 【請求項２】 分子内に少なくとも（１）式及び（２）
   式で表される構成単位を有する重合物を主成分とする請
   求項１記載のセメント用分散剤。 【化１】 ［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、同一又は異なって水素原
   子、炭素数１〜３のアルキル基、−ＣＯＯＨ又は−ＣＨ
   ₂ＣＯＯＨを示し、ＸはＣＯ又はＣＨ₂を示し、ＡＯは炭
   素数２〜４のオキシアルキレン基を示し、Ｙは水素原
   子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、
   アルキルアンモニウム又は炭素数１〜３のアルキル基を
   示し、ｊは０〜２の整数を示し、ｋは１又は２を示し、
   ｍは０〜５の整数を示し、ｎは５〜２００の整数を示
   し、ｉは３−ｋを示す。］
3. 【請求項３】 分子内に（３）式及び／又は（４）式で
   表される構成単位を有する重合物を主成分とする請求項
   １又は２記載のセメント用分散剤。 【化２】 ［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、同一又は異なって水素原
   子、炭素数１〜３のアルキル基、−ＣＯＯＨ又は−ＣＨ
   ₂ＣＯＯＨを示し、Ｒ⁴は−ＣＨ₂−、−Ｃ₂Ｈ₄−、−Ｃ₆
   Ｈ₄−又は−ＣＨ₂０−Ｃ₆Ｈ₄−を示し、Ｙは水素原子、
   アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、アル
   キルアンモニウム又は炭素数１〜３のアルキル基を示
   す。］
4. 【請求項４】 重合物の重量平均分子量が３０００〜５
   ０００００であることを特徴とする請求項１〜３の何れ
   か記載のセメント用分散剤。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れか記載のセメント用
   分散剤を固型分濃度で０．０１〜１．０重量部と無機系
   水硬性物質１００重量部を含有することを特徴とする水
   硬性組成物。