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混和剤の分析方法
説明

混和剤の分析方法

【課題】 混和剤の性能に対して大きな影響を及ぼす官能基の量を求めるために、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単且つ迅速に前記官能基の量を求めることができる混和剤の分析方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のモル数を個々に求め、該モル数に前記金属の価数をそれぞれ乗じた後に総和し、この総和した値をカルボキシル基及びスルホン酸基のモル数の総量とするようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、混和剤の分析方法に関し、特に混和剤の性能に対して大きな影響を及ぼす官能基の量を求める混和剤の分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
セメント、水及びその他の材料を混練して得られる、ペースト、モルタル、コンクリートのような土木・建築材料等を製造する際には、種々の目的で混和剤と総称される種々の添加剤が用いられる場合が多い。混和剤のうち、セメント粒子に対する分散効果を有し、コンクリートの高流動化、単位水量の低減、水セメント比の低減による高強度化、施工性の改善などを目的として使用される分散剤は、ほとんどのコンクリートに用いられている。また、コンクリート以外の種々のセメント系材料にもこのような分散効果を持つ分散剤が適切な流動性の確保、流動性状の改善などを目的として添加されている。
【0003】
このようなセメントに対する分散効果を持つ分散剤としては、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、アクリル酸とアクリル酸エチレンオキサイドエステルの共重合体など種々の化合物が知られているが、いずれの化合物も分子構造中にスルホン酸基またはカルボキシル基のいずれか一方、あるいはスルホン酸基及びカルボキシル基の両方を有する水溶性のポリマーである。
【0004】
このような分散剤のセメントに対する分散効果は、ポリマー中のモノマーユニットの構造によって変化するが、一方でモノマーユニットの構造が同じであっても、分子中のカルボキシル基やスルホン酸基の量の違いによっても大きく変化する。例えば、アクリル酸とアクリル酸エチレンオキサイドエステルの共重合体では、モノマーユニットの構造が同じでも重合比が変化すれば、ポリマー中に占めるカルボキシル基の総量も変化する。このような場合、ポリマー中に占めるカルボキシル基やスルホン酸基の量の変化によって、コンクリートなどのセメント系材料において所定の流動性を得るための分散剤の添加量が著しく変化したり、所定の流動性を維持できる時間が著しく変化したりする。
【0005】
このため、種々の分散剤を使用した場合の性能の違いを評価したり、あるいは事前に性能を予測しようとする場合、ポリマーの基本構造を解析することはもちろん重要であるが、カルボキシル基やスルホン酸基のような性能に著しく影響を与える官能基の導入割合を測定することも非常に重要である。
【0006】
そこで、カルボキシル基やスルホン酸基のような官能基の導入割合と分散剤の性能の関係を評価するために、該官能基の量が段階的に変化するように、合成段階で各種原料の混合比を制御させて合成したモデルポリマーを数種類用意し、それらを比較検討するなどの方法がとられている。そして、合成したモデルポリマーの構造確認や、成分未知のポリマーの構造解析は、1H−NMR法、13C−NMR法、赤外分光分析法、ゲル浸透クロマトグラフ法(GPC)、光散乱光度計による光散乱法又は熱分解GC/MS法などの分析方法を複数組み合わせて行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した分析方法によれば、原料の種類、混合比及び合成方法などを制御することにより合成されたポリマーについて、その理論分子構造を求めることができる。これにより、カルボキシル基及びスルホン酸基の理論値も求めることができる。しかし、そのためには合成反応が100%理論通りに進んだことが前提であり、何らかの理由で未反応のモノマーが残ったり、予想しなかった副反応が起こった場合、実際のカルボキシル基やスルホン酸基の量は理論値とは異なってくる。このため、合成が予定通りに完了していることの確認が必要になる。
また、成分未知のポリマーについては、混合する前にその成分を特定する構造解析が必要になる。
【0008】
このように、合成したポリマーの構造確認や、成分未知のポリマーの構造を推定するには、上述した分析方法を複数組み合わせて行うことが必要であり、このような各種分析方法を有効に活用することによって、かなり正確にポリマーの構造を決定することができる。
しかし、上述した複数の分析装置を組み合わせて測定を行う分析方法は、測定操作が煩雑で、測定時間が長くなり、さらに、測定結果の解析を行うにはそれぞれの機器に精通した専門的な知識が必要になるという問題がある。
【0009】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、混和剤の性能に対して大きな影響を及ぼす官能基の量を求めるために、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単且つ迅速に前記官能基の量を求めることができる混和剤の分析方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、混和剤の性能に対して大きな影響を及ぼす官能基が、カチオン性元素と塩を形成していることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明に係る混和剤の分析方法は、混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のモル数を個々に求め、該モル数に前記金属の価数をそれぞれ乗じた後に総和し、この総和した値をカルボキシル基及びスルホン酸基のモル数の総量とすることを特徴とする。
【0011】
上記混和剤の分析方法によれば、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のモル数を個々に求め、該モル数に前記金属の価数を乗じた後に総和するようにしたので、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単で迅速な方法により、混和剤の性能に影響を及ぼす官能基の総量を求めることができる。
【0012】
また、本発明に係る混和剤の分析方法は、混和剤中の硫黄元素のモル数を求め、これをスルホン酸基のモル数とすることを特徴とする。スルホン酸基は、混和剤の性能に影響を及ぼす官能基の一種であるので、より簡単且つ迅速な方法によりスルホン酸基の量を求めることができ、混和剤の性能を評価することができる。
【0013】
また、本発明に係る混和剤の分析方法は、混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のモル数を個々に求め、該モル数に前記金属の価数をそれぞれ乗じた後に総和し、さらに、前記混和剤中の硫黄元素のモル数を求めて、これをスルホン酸基のモル数とし、且つ前記総和した値から前記硫黄元素のモル数を差し引いた値をカルボキシル基のモル数とすることを特徴とする。
【0014】
上記混和剤の分析方法によれば、混和剤中の硫黄元素のモル数をスルホン酸基のモル数とし、さらに、前記金属のモル数の総量から硫黄元素のモル数を差し引くことにより、カルボキシル基のモル数を求めることができるので、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単で迅速な方法により、混和剤の性能に影響を及ぼす個々の官能基の量を求めることができる。
【0015】
前記金属は、Na及びCaの少なくともいずれか一方であることが好ましい。すなわち、混和剤中のカルボキシル基やスルホン酸基は、そのほとんどがNa元素、Ca元素と塩を形成していることから、ポリマー中のNa元素,Ca元素のモル数を求めることにより、簡単且つ迅速に各官能基のモル数を求めることができる。
【0016】
また、前記金属及び硫黄元素のモル数は、原子吸光法、誘導結合高周波プラズマ発光分析法又は誘導結合高周波プラズマ質量分析法のいずれかの方法により求めることが好ましい。従来は、複数の分析装置を組み合わせた分析方法により、ポリマーの構造を解析することによって官能基の量を求めていたが、本発明によれば、官能基と塩を形成している元素を定量することにより、各官能基のモル数を求めるようにしたので、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単且つ迅速に官能基毎の定量を行うことができる。
【0017】
また、前記混和剤は、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤又は高性能AE減水剤のいずれかであることが好ましい。これにより、これら分散剤中の官能基の量を簡単且つ迅速に決定することができ、種々の分散剤を添加した場合のコンクリートの性能の違いを評価したり、あるいは分散剤を添加する前に、事前に分散剤の性能を予測することが可能である。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る混和剤の分析方法は、混和剤の性能に影響を及ぼす官能基の量を求めるために、該官能基のカウンターカチオンとなるカチオン性元素のモル数を求めるようにしたので、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単且つ迅速に官能基の量を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
<第一実施形態>
以下に、本発明の第一実施形態に係る混和剤の分析方法について詳細に説明をする。
本発明の混和剤の分析方法は、混和剤の性能に影響を及ぼすカルボキシル基及びスルホン酸基がカウンターカチオンとなるカチオン性元素と塩を形成していることから、該カチオン性元素のそれぞれの量を求めることにより、カルボキシル基及びスルホン酸基の総量を求めるものである。
【0020】
つまり、本実施形態に係る混和剤の分析方法は、混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のカチオン性元素に対し、それぞれのモル数を求める。そして、前記それぞれのカチオン性元素のモル数に金属の価数をそれぞれ乗じる。つまり、アルカリ土類金属の場合は、価数が2であるのでモル数の値を2倍にする。そして、各カチオン性元素のモル数を総和する。この総和した値をカルボキシル基及びスルホン酸基のモル数の総量とする。
【0021】
カチオン性元素のモル数は、以下に例示する分析方法により、まず、測定対象となる個々のカチオン性元素を定量し、さらに定量した値をモル数に換算することにより求めることができる。分析方法としては、例えば、原子に光を照射し、検出される該原子に固有の光吸収を測定することによって、元素の定量を行うことができる原子吸光法を採用することができる。また、それ以外にも、測定対象である元素をプラズマ中で励起させ、そのときに発生する光を分析して、各元素特有の発光強度から定量分析を行う誘導結合高周波プラズマ発光分析(ICP−AES)法や、プラズマ中で生成したイオンを質量分析装置で測定する誘導結合高周波プラズマ質量分析(ICP−MS)法などを採用することができる。
【0022】
本発明の混和剤の分析方法によれば、混和剤の性能に対して大きな影響を及ぼす官能基の量を求めるために、カチオン性元素のそれぞれのモル数を求め、価数をそろえて総量を算出するようにしたので、対比したい個々の混和剤の所定量当たりの官能基のモル数を上記方法により容易に求めることができ、求めた混和剤の所定量当たりの官能基のモル数を混和剤毎に比較することにより、混和剤の性能を評価することができる。また、官能基の量を求めるために、カウンターカチオンとなるカチオン性元素の量を求めるようにしたので、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単且つ迅速に官能基の定量を行うことができる。
【0023】
なお、前記カチオン性元素は、Na又はCaなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属であることが好ましい。カルボキシル基及びスルホン酸基がNa又はCaのいずれかの元素と塩を形成していることから、カウンターカチオンとなるNa元素及びCa元素のモル数を求めることにより、簡単且つ迅速に官能基の量を定量することができる。
【0024】
また、前記混和剤は、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤又は高性能AE減水剤などの分散剤であることが好ましい。分散剤の性能は、官能基であるカルボキシル基又はスルホン酸基の量により変化するので、上述した方法により官能基の量を求めることで、例えば、種々の分散剤を添加した場合のコンクリートの性能の違いを評価したり、あるいは分散剤を添加する前に、事前に分散剤の性能を予測することが可能である。従って、コンクリートを製造する際にセメントの種類により最適な分散剤を選択して添加することができる。
分散剤としては、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、リグニンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、スチレン−マレイン酸エチレンオキサイドエステルの共重合体、アクリル酸とアクリル酸エチレンオキサイドエステルの共重合体、オレフィン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体などを1種又は2種以上使用することができる。
【0025】
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態に係る混和剤の分析方法について、詳細に説明する。
本実施形態に係る混和剤の分析方法は、まず、混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のカチオン性元素のそれぞれのモル数を求め、前記カチオン性元素のモル数に金属の価数をそれぞれ乗じる。そして、各カチオン性元素のモル数を総和する。さらに、前記混和剤中の硫黄元素のモル数を求めて、これをスルホン酸基のモル数とし、且つ前記総和した値から前記硫黄元素のモル数を差し引いた値をカルボキシル基のモル数とする。
【0026】
カチオン性元素及び硫黄元素のモル数の測定方法は、上記第一実施形態の分析方法により測定された定量値を換算して求める方法を採用することができる。
【0027】
本発明の混和剤の分析方法は、混和剤の性能に対して大きな影響を及ぼす官能基の量を求めるために、カチオン性元素のそれぞれのモル数を求め、価数をそろえて総量を算出し、さらに、硫黄元素のモル数を求めて、これをスルホン酸基のモル数として、前記総量から差し引いた値をカルボキシル基のモル数とした。従って、対比したい個々の混和剤の所定量当たりの官能基毎のモル数を上記方法により容易に求めることができ、求めた混和剤の所定量当たりの各官能基毎のモル数を混和剤毎に比較することにより、混和剤の性能をより詳細に評価することができる。また、官能基の量を求めるために、カウンターカチオンとなるカチオン性元素の量を求めるようにしたので、複数の分析装置を組み合わせて分析する必要がなく、簡単且つ迅速に官能基の定量を行うことができる。
【0028】
なお、本実施形態では混和剤中のカルボキシル基及びスルホン酸基のそれぞれの量を求めるようにしたが、混和剤中の硫黄元素のモル数のみを求め、スルホン酸基の量を対比させて、混和剤の性能を評価するようにしても良い。これにより、より簡単且つ迅速に、混和剤の性能に影響を及ぼす官能基の量を求めることができる。
【0029】
また、前記カチオン性元素は、上記第一実施形態と同様の理由から、Na又はCaなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属であることが好ましい。
【0030】
また、前記混和剤は、上記第一実施形態と同様の理由から、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤又は高性能AE減水剤などの分散剤であることが好ましい。また、分散剤としては、上記列記された化合物を使用することができる。
【実施例】
【0031】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0032】
<実施例>
まず、成分未知のセメント用分散剤を三種類用意し(分散剤A,分散剤B,分散剤C)、各分散剤中のNa,Ca、その他のカチオン性元素及び硫黄元素の量を、ICP−AES装置(Optima DV3300、(株)パーキンエルマー製)により定量した。そして、Naの定量値をモル数に換算し、そして、Caなどの2価のカチオン性元素の定量値をモル数に換算した値を2倍し、Na、Ca及びその他のカチオン性元素の換算値の合計量を求めた。次に、硫黄元素の定量値をモル数に換算した。そして、Na、Ca及びその他のカチオン性元素の換算値の合計から硫黄元素の換算値を差し引くことにより、カルボキシル基の量を求めた。また、硫黄元素の量はスルホン酸基の量とした。結果を表1に示す。
【0033】
【表1】

【0034】
<比較例>
上記成分未知の三種のセメント用分散剤(分散剤A,分散剤B,分散剤C)を、1H−NMR装置(JNM−AL400、日本電子(株)製),13C−NMR装置(JNM−AL400、日本電子(株)製),赤外分光分析装置(Nicolet380、サーモエレクトロン(株)製)、GPC装置(HLC−8220GPC、東ソー(株)製),光散乱光度計(DAWN EDS、Wyatt社製)及び熱分解炉(JPS−700、日本分析工業(株)製)、GC/MS装置(5973A、Agilent Technologies社製)を組み合わせて、カルボキシル基及びスルホン酸基の構造を決定させて、これらの官能基の量を求めた。結果を表1に示す。
【0035】
表1に示すように、実施例及び比較例の各官能基の定量値は、共に等しい値を示したことから、本発明の混和剤の分析方法を採用することにより、簡単な測定方法でより正確に官能基の量の測定ができることが分かった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のモル数を個々に求め、該モル数に前記金属の価数をそれぞれ乗じた後に総和し、この総和した値をカルボキシル基及びスルホン酸基のモル数の総量とすることを特徴とする混和剤の分析方法。
【請求項2】
混和剤中の硫黄元素のモル数を求め、これをスルホン酸基のモル数とすることを特徴とする混和剤の分析方法。
【請求項3】
混和剤中の官能基と塩を形成しているアルカリ金属及びアルカリ土類金属のモル数を個々に求め、該モル数に前記金属の価数をそれぞれ乗じた後に総和し、さらに、前記混和剤中の硫黄元素のモル数を求めて、これをスルホン酸基のモル数とし、且つ前記総和した値から前記硫黄元素のモル数を差し引いた値をカルボキシル基のモル数とすることを特徴とする混和剤の分析方法。
【請求項4】
前記金属が、Na及びCaの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項1又は3に記載の混和剤の分析方法。
【請求項5】
前記金属及び硫黄元素のモル数は、原子吸光法、誘導結合高周波プラズマ発光分析法又は誘導結合高周波プラズマ質量分析法のいずれかの方法により求めることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の混和剤の分析方法。
【請求項6】
前記混和剤は、減水剤、AE減水剤、高性能減水剤又は高性能AE減水剤のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の混和剤の分析方法。

【公開番号】特開2006−275732(P2006−275732A)
【公開日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−94560(P2005−94560)
【出願日】平成17年3月29日(2005.3.29)
【出願人】(000183266)住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Fターム(参考)】