説明

水硬結合剤を含有する高い初期強度の製品の製造方法

水硬結合剤、水、及び水硬結合剤に対して0.1〜5質量%の微粉二酸化チタンを、撹拌しながら、及びあらゆる所望の順序で混合する混合する、水硬結合剤を含有する高い初期強度の製品の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水硬結合剤を含有する製品の初期強度を増加するための方法に関する。
【0002】
セメント混合物において、二酸化チタンの光触媒特性を利用することが公知である。
【0003】
WO 98/05601号において、二酸化チタンは、特殊なコンクリートから色及び明るさを得るために使用される。コンクリートの圧縮強度は、二酸化チタンによって影響されないことが、特に挙げられている。
【0004】
WO 01/00541号において、同様の状況が開示され、その際、得られたコンクリートの特性は影響しないことが挙げられている。
【0005】
JP 2000117117号において、セメント100質量部及び二酸化チタン10〜150質量部を含有する混合物が開示されている。
【0006】
GB−A−849175号において、白色セメント及び3質量%までの二酸化チタンからなる、コンクリートのための塗料組成物が開示されている。
【0007】
要約すると、先行技術においては、二酸化チタンが、セメント混合物において、光触媒活性物質としてのみ開示されていることが言える。
【0008】
水硬結合剤を含有する製品の初期強度を、二酸化チタンの存在下で増加することができることが、現在驚くべきことに判明している。
【0009】
従って、本発明は、水硬結合剤を含有する高い初期強度の製品の製造方法に関し、その際、水硬結合剤、水、及び水硬結合剤に対して0.1〜5質量%の微粉二酸化チタンを、撹拌しながら、及びあらゆる所望の順序で混合する。
【0010】
5質量%より多い二酸化チタンの含有率は、通常、水硬結合剤を含有するまだ硬化されていない配合物のより劣った加工性(例えば、生コンクリートの低い程度の広がり)を導き、0.1質量%未満の含有率での初期強度は、ほんのわずかしか増加されない。
【0011】
有利には、二酸化チタンの含有率は、0.1〜2質量%であり、その際、含有率0.25〜1質量%が特に好ましい。
【0012】
水硬結合剤を含有する高い初期強度を有する製品は、本明細書では、あらゆる所望の点で、製品の硬化の最初の48時間での時間において、二酸化チタンを有さない製品の基準値よりも、少なくとも30%高い強度に達する製品を意味するとして理解されるべきである。
【0013】
水硬結合剤を含有する本発明による製品は、硬化された製品である。
【0014】
本発明による方法において、骨材が添加されてもよい。骨材は、砕かれていない又は砕かれた粒子(例えば石、砂利)、天然鉱物質(例えば砂)又は人工鉱物質からなる不活性物質である。
【0015】
従って、水硬結合剤を含有する製品は、水硬結合剤ペースト(すなわち、骨材を有さない水硬結合剤及び水)と集成物(すなわち、水硬結合剤、骨材及び水の混合物)との双方を含む。
【0016】
集成物の例は、水硬性モルタル(水硬結合剤、水及び細骨材の混合物)及びコンクリート(水硬結合剤、水、粗骨材及び細骨材の混合物)である。
【0017】
挙げられる水硬結合剤を含有する製品の例は、コンクリート完成品(例えば、結合部品、トラス、スラブ、梁、支柱、壁板、ファサード板)及びコンクリート製品(例えば、パイプ、敷石)である。
【0018】
水硬結合剤は、自発的に加水によって硬化される結合剤を意味するとして理解されるべきである。該結合剤は、例えば、セメント及び水硬性石灰である。
【0019】
微粉二酸化チタンは、BET表面積20〜400m2/gを有するものを意味するとして理解されるべきである。有利には、BET表面積40〜120m2/gを有する二酸化チタンを使用することができる。
【0020】
さらに、有利には、凝集させた粒子の形で存在する二酸化チタンを使用することが証明されている。
【0021】
このタイプの粒子を、例えば、火炎酸化又は火炎加水分解によって製造することができる。本明細書で、酸化できる及び/又は加水分解できる出発物質は、通常、水素−酸素火炎中で酸化又は加水分解される。好適な出発物質は、有機及び無機物質である。その良好な加工性のために、例えば、四塩化チタンが、特に好適である。従って得られる二酸化チタン粉末の粒子は、表面上で、大部分は孔を有さず、かつヒドロキシル基を有さない。
【0022】
非常に好適な、市販されている二酸化チタン粉末は、例えば、BET表面積50±15m2/gを有する、DegussaのAEROXIDE(登録商標)TiO2 P25である。さらに、WO 2005/054136号で開示されている一次粒子直径の非常に限られた分布を有する二酸化チタンは、有利に使用される。
【0023】
二酸化チタンに加えて、さらに主な構成成分として金属酸化物を含む混合酸化物粉末を使用することも可能である。該粉末は、チタン/ケイ素(例えばDE−A−4235996号から)、チタン/アルミニウム(例えば2004年12月23日の出願番号102004062104.7号を有するドイツ特許出願から)もしくは、例えば2004年12月22日の出願番号102004061702.3号を有するドイツ特許出願からのチタン/ジルコニウム混合酸化物粉末、又はEP−A−1138632号で開示されているようなドープされた二酸化チタン粉末でありうる。
【0024】
二酸化チタン又はチタン混合酸化物の粉末を、表面改質された形で使用することもできる。有利には、次のシランを、個々に又は混合物として、このために使用することができる:
オルガノシラン (RO)3Si(Cn2n+1)及び(RO)3Si(Cn2n-1
[式中、Rは、アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、ブチルであり、かつnは、1〜20である]、
オルガノシラン R’x(RO)ySi(Cn2n+1)及びR’x(RO)ySi(Cn2n-1
[式中、Rは、アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、ブチルであり、R’は、アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、ブチルであり、R’は、シクロアルキルであり、nは1〜20であり、x+yは3であり、xは、1、2であり、yは1、2である]、
ハロオルガノシラン X3Si(Cn2n+1)及びX3Si(Cn2n-1
[その際、XはCl、Brであり、nは1〜20である]、
ハロオルガノシラン X2(R’)Si(Cn2n+1)及びX2(R’)Si(Cn2n-1
[式中、XはCl、Brであり、R’は、アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、ブチル−であり、R’は、シクロアルキルであり、nは1〜20である]、
ハロオルガノシラン X(R’)2Si(Cn2n+1)及びX(R’)2Si(Cn2n-1
[式中、XはCl、Brであり、R’は、アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル−、i−プロピル−、ブチル−であり、R’は、シクロアルキルであり、nは1〜20である]、
オルガノシラン (RO)3Si(CH2m−R’
[式中、Rは、アルキル、例えばメチル−、エチル−、プロピル−であり、mは、0、1〜20であり、R’は、メチル、−C65のようなアリール、置換されたフェニル基、C49、OCF2−CHF−CF3、C613、OCF2CHF2、NH2、N3、SCN、CH=CH2、NH−CH2−CH2−NH2、N−(CH2−CH2−NH22、OOC(CH3)C=CH2、OCH2−CH(O)CH2、NH−CO−N−CO−(CH25、NH−COO−CH3、NH−COO−CH2−CH3、NH−(CH23Si(OR)3、Sx−(CH23Si(OR)3、SH、NR’R’’R’’’であり、その際、R’は、アルキル、アリールであり、R’’は、H、アルキル、アリールであり、R’’’は、H、アルキル、アリール、ベンジル、C24NR’’’’R’’’’’であり、R’’’’はH、アルキルであり、かつR’’’’’は、H、アルキルである]、
オルガノシラン (R’’)x(RO)ySi(CH2m−R’
[式中、R’’は、アルキル、シクロアルキルであり、x+yは3であり、xは1、2であり、yは1、2であり、mは、0、1〜20であり、R’は、メチル、C65のようなアリール、置換されたフェニル基、C49、OCF2−CHF−CF3、C613、OCF2CHF2、NH2、N3、SCN、CH=CH2、NH−CH2−CH2−NH2、N−(CH2−CH2−NH22、OOC(CH3)C=CH2、OCH2−CH(O)CH2、NH−CO−N−CO−(CH25、NH−COO−CH3、NH−COO−CH2−CH3、NH−(CH23Si(OR)3、Sx−(CH23Si(OR)3、SH、NR’R’’R’’’であり、その際、R’は、アルキル、アリールであり、R’’は、H、アルキル、アリールであり、R’’’は、H、アルキル、アリール、ベンジル、C24NR’’’’R’’’’’であり、R’’’’はH、アルキルであり、かつR’’’’’は、H、アルキルである]、
ハロオルガノシラン X3Si(CH2m−R’
[式中、XはCl、Brであり、mは0、1〜20であり、R’は、メチル、C65のようなアリール、置換されたフェニル基、C49、OCF2−CHF−CF3、C613、OCF2−CHF2、NH2、N3、SCN、CH=CH2、NH−CH2−CH2−NH2、N−(CH2−CH2−NH22、−OOC(CH3)C=CH2、OCH2−CH(O)CH2、NH−CO−N−CO−(CH25、NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、−Sx−(CH23Si(OR)3であり、その際、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチルであり、かつxは、1又は2、SHである]、
ハロオルガノシラン RX2Si(CH2mR’
[式中、XはCl、Brであり、mは0、1〜20であり、R’は、メチル、C65のようなアリール、置換されたフェニル基、C49、OCF2−CHF−CF3、C613、OCF2−CHF2、NH2、N3、SCN、CH=CH2、NH−CH2−CH2−NH2、N−(CH2−CH2−NH22、−OOC(CH3)C=CH2、OCH2−CH(O)CH2、NH−CO−N−CO−(CH25、NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、−Sx−(CH23Si(OR)3であり、その際、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチルであり、かつxは、1又は2、SHである]、
ハロオルガノシラン R2XSi(CH2mR’
[式中、XはCl、Brであり、mは0、1〜20であり、R’は、メチル、C65のようなアリール、置換されたフェニル基、C49、OCF2−CHF−CF3、C613、OCF2−CHF2、NH2、N3、SCN、CH=CH2、NH−CH2−CH2−NH2、N−(CH2−CH2−NH22、−OOC(CH3)C=CH2、OCH2−CH(O)CH2、NH−CO−N−CO−(CH25、NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、−Sx−(CH23Si(OR)3であり、その際、Rは、メチル、エチル、プロピル、ブチルであり、かつxは、1又は2、SHである]、
シラザン R’R2SiNHSiR2R’
[式中、R、R’は、アルキル、ビニル、アリールである]、
環状ポリシロキサンD3、D4、D5
その際、D3、D4及びD5は、−O−Si(CH32のタイプの3、4又は5構成単位を有する環状ポリシロキサンを意味すると解され、例えばD4
【化1】

で示されるオクタメチルシクロテトラシロキサン、
【化2】

[式中、Rは、アルキル、アリール、(CH2n−NH2、Hであり、
R’は、アルキル、アリール、(CH2n−NH2、Hであり、
R’’は、アルキル、アリール、(CH2n−NH2、Hであり、
R’’’は、アルキル、アリール、(CH2n−NH2、Hであり、
Yは、CH3、H、Cz2z+1(その際、zは1〜20である)、Si(CH33、Si(CH32H、Si(CH32OH、Si(CH32(OCH3)、Si(CH32(Cz2z+1)であり、
その際、R’又はR’’又はR’’’は、(CH2z−NH2であり、かつ
zは、1〜20であり、
mは、0、1、2、3、・・・∞であり、
nは、0、1、2、3、・・・∞であり、
uは、0、1、2、3、・・・∞である]で示されるタイプのポリシロキサン又はシリコーン油。
【0025】
有利には、表面改質剤として、次の物質を使用することができる:オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、ジメチルポリシロキサン、グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン。
【0026】
特に有利には、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン及びジメチルポリシロキサンが、使用されうる。
【0027】
好適な表面改質された二酸化チタン粉末は、例えば、BET表面積45±10m2/g及び炭素含有率2.7〜3.7質量%を有する、DegussaのAEROXIDE(登録商標)TiO2 T805である。
【0028】
二酸化チタンは、分散液の形でも使用されうる。有利には、小さい粒子サイズを有する、より高く充填させた水性分散液は、本明細書に関係がある。分散液に対して、少なくとも20質量%、非常に特に有利には、少なくとも30質量%の二酸化チタン含有率を有する二酸化チタン分散液が、特に好ましい。さらに、該分散液は、二酸化チタン粒子が、分散液中で2μm以下の平均粒子直径を有することが好ましい。特に有利には、平均凝集物直径300nm未満を有する分散液を、使用することができる。該分散液のpHは、優先的に2〜4又は9〜13である。しかしながら、4〜9の範囲内の分散液も使用されうる。前記pHは、酸又は塩基の添加によって調節される。該分散液は、さらに、沈澱及び再凝集に反して効果的である添加剤を含有しうる。酸、塩基及び/又は添加剤は、反対の相互作用が水硬結合剤の構成成分によって生じないように選択されるべきである。通常、分散液の液相は、水性である。
【0029】
二酸化チタン分散液の使用によって、粉末による粉塵汚染が避けられ、かつその測定能は、単純化される。
【0030】
第1表は、例として好適な分散液を示す。粒子サイズ分布の中央値(d50)は、例えば、動的光散乱法を解析する測定装置(この場合ではHoriba社製のLB−500)を使用して決定されうる。
【0031】
【表1】

【0032】
市販の二酸化チタン分散液は、例えば、VP Disp W 740 X(TiO240質量%、d50<0.2μm、pH6〜9)、及びVP Disp W 2730 X(TiO230質量%、d50<0.1μm、pH6〜8)である。
【0033】
流動剤を、さらに、本発明による方法において使用することができる。有利には、該流動剤は、リグニンスルホネート、ナフタレンスルホネート、メラミンスルホネート、ビニルコポリマー及び/又はポリカルボキシレートからなる群から選択される。特に良好な結果は、ポリカルボキシレートを使用して得られる。
【0034】
実施例
使用される二酸化チタンのタイプ
a)BET表面積50±15m2/g、乾燥減量1.5質量%、及びpH3.5〜4.5を有する粉末の、AEROXIDE(登録商標)TiO2 P25(Degussa AG)。
【0035】
b)TiO2−2:WO 2005/054136号の実施例A7による、BET表面積91m2/gの、二酸化チタン粉末。
【0036】
c)色素性の二酸化チタン粉末:BET表面積<10m2/g、二酸化チタン含有率93質量%の、DuPont社製のTiPure(登録商標)R 706。
【0037】
d)ケイ素−チタン混合酸化物:DE−A−102004001520号の実施例12による、BET表面積43m2/g、二酸化チタン49質量%、二酸化ケイ素51質量%を有する粉末。
【0038】
e)TiO2分散液1(水性):TiO2 BET表面積90m2/g、TiO2含有率30質量%、d50<0.05μm、pH=2〜4、HNO3で安定化。
【0039】
f)TiO2分散液2(水性):TiO2 BET表面積50m2/g、TiO2含有率30質量%、d50<0.30μm、pH=10〜13、NaOHで安定化。
【0040】
実施例1
水−セメント値0.4を有する通常のコンクリートを、セメント(Schwenk Zement KG製のCEM I 52.5)370kgを使用して製造し、そして圧縮強度を、6時間後に、DIN EN 12390−3によって、寸法15×15×15cmの試験体に対して測定する。これと比較して、第2表に挙げられている、セメントに対して0.5質量%の二酸化チタンと二酸化ケイ素との混合酸化物を、該セメントに添加し、そして圧縮強度を、6時間後に、同様に測定する。
【0041】
【表2】

【0042】
第2表は、初期強度における非常に考慮すべき増加が、微粉二酸化チタンの使用によって得られることができることを示す。二酸化チタンの表面積が高くなれば、該初期強度が高くなることが判明する。しかしながら、低い表面積の、色素性の二酸化チタンの使用に関しては、初期強度におけるわずかな増加のみを得る。初期強度は、微粉二酸化チタン含有混合酸化物の使用によって著しく増加させることもできる。
【0043】
実施例2
水−セメント値0.42を有する通常のコンクリートを、セメント(Schwenk Zement KG製のCEM I 52.5)370kgを使用して製造し、そして圧縮強度を、6時間後に、DIN EN 12390−3によって、寸法15×15×15cmの試験体に対して測定する。これと比較して、第3表に挙げられている、発熱性二酸化チタン(Degussa AG製のAeroxide(登録商標)TiO2 P25)の量を、このコンクリートに添加し、そして圧縮強度を、6時間後に同様に測定する。
【0044】
【表3】

【0045】
第3表は、初期強度における増加が、二酸化チタンの含有率と関係があることを示す。初期強度における著しい増加が、二酸化チタンを有さない実施例と比較して、二酸化チタン含有率0.25質量%からは、初期強度30%だけ増加していることが観察されうる。
【0046】
実施例3
DIN EN 196による標準モルタルを、セメント(Schwenk Zement KG製のCEM I 52.5)を使用して製造する。この後、第4表に示される二酸化チタンの量を、それぞれの場合において、分散液の形でモルタルに添加する。ポリカルボキシレートに基づく市販の流動化剤の種々の量を、全てのモルタル混合物のための同等の加工性を保証するために、一定の水/セメント比0.4で、モルタル混合物に添加する。8時間後に、その圧縮強度を、DIN 1164によって、大きさ4×4×16cmのプリズムに対して試験をする。その結果を、第4表において要約する。
【0047】
【表4】

【0048】
第4表は、二酸化チタン分散液を含有する配合物に関してでさえ、初期強度における著しい増加が達成されうることを示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水硬結合剤、水、及び水硬結合剤に対して0.1〜5質量%の微粉二酸化チタンを、撹拌しながら、及びあらゆる所望の順序で混合する、水硬結合剤を含有する高い初期強度の製品の製造方法。
【請求項2】
前記二酸化チタンの粒子のBET表面積が、40〜120m2/gである、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
該二酸化チタンが、分散液の形で添加される、請求項1又は2に記載の方法。

【公表番号】特表2009−536142(P2009−536142A)
【公表日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−508289(P2009−508289)
【出願日】平成19年4月5日(2007.4.5)
【国際出願番号】PCT/EP2007/053378
【国際公開番号】WO2007/128638
【国際公開日】平成19年11月15日(2007.11.15)
【出願人】(503343336)コンストラクション リサーチ アンド テクノロジー ゲーエムベーハー (139)
【氏名又は名称原語表記】Construction Research & Technology GmbH
【住所又は居所原語表記】Dr.−Albert−Frank−Strasse 32, D−83308 Trostberg, Germany
【Fターム(参考)】