(57)【要約】コンクリート等のセメント質建材を着色する方法を開示する。本方法は、一次エトリンガイト形成に実質的に影響を及ぼさない選択された被配合物を用いて調製された、無機顔料の、流動性の噴霧乾燥させた粒子状配合物を使用する。配合物の量は、セメントと水とのスラリー中に、重量法または体積法によって都合よく分配することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合状態の１種以上の無機顔料、ポリ（エチレングリコール）、水酸化アミンおよびポリカルボン酸を含む、セメント質建材の着色に使用するのに適した流動性の噴霧乾燥させた粒子状配合物。
【請求項２】
本質的に１種以上の無機顔料、ポリ（エチレングリコール）、水酸化アミンおよびポリカルボン酸の混合物からなる、セメント質建材の着色に使用するのに適した流動性の噴霧乾燥させた粒子状配合物。
【請求項３】
前記配合物の前記１種以上の顔料は、合成酸化鉄（黒、褐色、赤色および黄色）、天然鉄酸化物、酸化クロム、コバルトブルー、コバルトグリーン、二酸化チタンおよびカーボンブラック（コンクリートグレード）のうちから選択される無機顔料である請求項１又は２に記載の配合物。
【請求項４】
前記配合物は、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンを２〜６：２〜６：１の重量比で含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項５】
前記配合物は、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンを２〜４：４〜６：１の重量比で含む、請求項４に記載の配合物。
【請求項６】
前記配合物は、混合状態のポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンを３：５：１の重量比で含む、請求項５に記載の配合物。
【請求項７】
ポリ（エチレングリコール）は７，０００〜９，０００（ＰＥＧ８０００）の範囲のメジアン分子量を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項８】
水酸化アミンは２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項９】
ポリカルボン酸はカルボキシル化アクリルコポリマーである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項１０】
ポリカルボン酸は前記配合物の５重量％未満である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項１１】
前記配合物は本質的に、４５〜１６０：２〜６：２〜６：１の重量比の１種以上の無機顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項１２】
前記配合物は本質的に、４５〜１２５：２〜６：２〜６：１の重量比の１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる、請求項１１に記載の配合物。
【請求項１３】
前記配合物は本質的に、４５〜１１０：２〜６：２〜６：１の重量比の１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる、請求項１２に記載の配合物。
【請求項１４】
前記配合物の粒子は、２０〜１５０μｍの範囲のメジアン径を有する中空ドーナツ形態のものである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の配合物。
【請求項１５】
前記配合物の粒子は、３０〜５０μｍの範囲のメジアン径を有する中空ドーナツ形態のものである、請求項１４に記載の配合物。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の配合物をセメントプレミックスと混合する工程を含む、セメント質建材を着色する方法。
【請求項１７】
前記セメントプレミックスは、前記配合物をセメントプレミックスと混合する工程の直前に水和される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記セメントプレミックスは床用のレベリング材または補修材である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、水酸化アミンおよびポリカルボン酸を含む一体的に着色されたセメント質建材。
【請求項２０】
前記セメント質建材がコンクリートである、請求項１９に記載のセメント質建材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート等のセメント質建材を着色する方法、及びこれらの方法に使用するための配合物に関する。特に、本発明は、床のレベリングおよび補修に使用されるコンクリートを着色する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート等のセメント質建材は、世界中で大量に使用されている。セメントプレミックスに使用される材料の割合を変えることによって、多種類のコンクリートが得られる。これらは、床用のレベリング材および補修材を含む。このような製品は、例えば、カーペットやビニール等の被覆物を敷設する前に床を下準備するのに使用される。これらの製品は、３ｍｍ以上の厚さで設置されたときに然るべき位置に落ち着くように設計されている。ひとたび水和され流し込まれると、セメント混合物は迅速に硬化して、僅か２〜３時間のうちに、その上を歩くことができるほどに急速に固まる。色を導入することによって建築材料の審美的品質を改善することがしばしば要求される。これを適えるため、建築材料の形成中に材料の表面に対し、染色が施されるかまたは顔料が添加されることがある（ここでは「一体的着色」と称する）。
【０００３】
Ｈｅｒｔｚら（２０１２）の刊行物で論じられているように、コンクリート表面を染色するいくつかの方法が知られている。第１の方法は、金属塩を含む酸性溶液で表面を洗浄することを含む。色が発色した後、中和剤を、続いて透明な保護ポリマー封止コーティングを施す。第２の方法は、表面を酸性溶液で洗浄して、表面を粗面化またはエッチングしてからポリマー系着色剤または塗料で表面を着色し、透明なコーティングで仕上げることを含む。第３の方法は、表面をエッチングまたは研削してからセメント質オーバーレイを適用することを含む。その後、金属塩を含有する酸性溶液でセメント質オーバーレイを染色する。これらの方法は、取扱いが危険な腐食性の高い酸性溶液を用いるため、一般的には不利である。
【０００４】
歴史的に、コンクリートの一体的着色は、酸化鉄等の無機顔料の配合物を水和プレミックスに添加することによってなされてきた。これにより、色々なアーストーンが得られる。セメントプレミックスに使用される材料、例えば、一体的な色を付与するため、又は床用のレベリング材や補修材に不可欠な「セルフレベリング」特性を付与するために添加される材料は、形成される建材の耐久性および強度に悪影響を与えてはならない。さらに、色を付与するためにセメントプレミックスに添加される材料は、例えば「セルフレベリング」特性を付与するために含められる添加剤の機能を妨げてはならない。例として、酸化鉄等の無機顔料は、床用のレベリング材および補修材に使用される収縮補償添加剤の性能を阻害し、ひび割れを生じさせることがある。セメント質建材、特にコンクリートの一体的着色のために、多数の様々な顔料配合物が提案されている。
【０００５】
Ｔｏｍｋｉｎｓｏｎ（１９７１）の刊行物には、沈殿によって得られた酸化鉄粒子上に沈着した着色材料が開示されている。好ましい着色材料には、カーボンブラック、アゾ着色材料、バット染料（アントラキノイドおよびインジゴイド）およびフタロシアニン着色材料が含まれる。それによって提供される顔料は、コンクリート、タイルおよびレンガの着色への用途が提案されている。
【０００６】
Ｂｏｗｅｎ（１９８０）の刊行物は、混合物全体にわたり均一な色を実現するために、粉末を湿式セメント混合物中に十分に完全に混合することは困難であると述べている。この刊行物は、顔料、少なくとも１種の安定剤、分散剤および水を含むコンクリートを着色するための安定化チキソトロピックスラリーを開示している。
【０００７】
Ｊｕｎｇｋ（１９９０）の刊行物には、１種以上の顔料と、コンクリート中の顔料の分散を促進するための１種以上のバインダーとからなるコンクリート着色用顆粒が開示されている。結合剤としてアンモニウムリグニンスルホン化粉末が使用される。
【０００８】
ＫｒｏｅｃｋｅｒｔとＬｉｎｄｅ（１９９３）の刊行物は、建材を着色する方法を開示している。この方法は、顆粒として調合された無機顔料（酸化鉄、酸化チタン）を使用する。顆粒は、３８〜５５重量％の無機顔料および０．３〜１．３重量％の可溶性塩の水性懸濁液を噴霧乾燥することによって調製される。顆粒は、少なくとも満足できる流動挙動とコンクリート中の迅速な分散性を有するとされている。
【０００９】
ＬｉｎｄｅとＥｉｔｅｌ（１９９６）の刊行物は、顆粒化された無機顔料によるコンクリート等の建材の着色方法を開示している。市販の無機顔料配合物（Ｂａｙｅｒ  ＡＧ）を少量の機械油または植物油と混合し、圧縮し、次いで顆粒化して粒径０．２〜２ｍｍの材料を得る。
【００１０】
Ｋｏｅｈｌｅｒら（１９９８）の刊行物は、取扱いに対して安定な酸化鉄黒色顔料顆粒の調製方法を開示している。この方法は、不活性窒素雰囲気中、間接的に加熱された６５℃以下の温度のロータリーキルン中で酸化鉄黒色顔料の噴霧乾燥顆粒を約３０〜６０分間焼き戻す工程を含む。この顆粒は、高い強度、分散性および酸化に対する安定性を有するとされている。
【００１１】
Ｗｉｌｌ（１９９８）の刊行物は、金属酸化物等の無機顔料のどれほど多くがセメント系に十分に分散しないかを論じている。この刊行物は、圧縮された無機顆粒を用いてセメント系を着色する方法を開示している。圧縮された無機顆粒は、無機顔料および分散剤を含む。
【００１２】
Ｊｏｈａｎｓｅｎら（１９９９）の刊行物は、セメント系組成物を着色するための、水、顔料、懸濁助剤およびラテックスポリマー固形分を含む水性組成物を開示している。所定量のセメント系成分と水性組成物との混合物は、一貫して再生可能な均一かつ標準化された色のセメント系組成物を提供するとされている。
【００１３】
Ｓｕｐｐｌｅｅ（２００３）の刊行物は、コンクリートを着色するための組成物を開示している。着色剤に加えて、組成物は、疎水性白華抑制剤としてステアリン酸、その塩または誘導体を含む。この組成物はまた、粒子状ポリマーおよびコポリマーを含む。組成物は、着色コンクリートの耐久性を改善するとされている。
【００１４】
ＤｕｎｎｏｕｓとＹｏｃｕｍ（２００４）の刊行物は、コンクリートの着色に使用するための顔料含有顆粒を開示している。この刊行物は、可溶性有機結合剤を用いて噴霧乾燥によって顆粒を形成することは、使用される高温の空気流に起因して問題となり得ると述べている。可溶性有機結合剤の炭化が生じた場合、それはもはや水に容易に溶解しないであろうと主張されている。この技術的問題は、開示された方法において、不溶性のポゾラン粘土（ケイ酸アルミニウム）凝集剤を用いることで回避される。
【００１５】
ＮｏａｃｋとＨｅｒｒｍａｎｎ（２００４）の刊行物は、着色用顔料顆粒を開示している。顆粒は、結合剤、乳化剤、界面活性剤、分散剤および防腐剤をいずれも含有しない顆粒状コアを含む。顆粒コアは、ポリビニルアルコール等の材料でできた分解可能な包囲層に包囲される。結合剤および他の補助剤が存在しないので、シェル包囲材料が分解されれば迅速な解凝集が確実になるとされている。
【００１６】
Ｓｕｐｐｌｅｅ（２００７年）の刊行物は、一体的な適用時、または面振れの適用時にコンクリートを着色するための組成物を開示している。この組成物は、噴霧乾燥されたスチレンアクリルポリマーカプセル化着色剤と、カプセル化着色剤の分散に使用するための第２のポリマーとを含む。
【００１７】
Ａｎｏｎ（２０１０）の規格は、セメントの１０重量％の最大投与量で着色した着色コンクリートは、２８日目の圧縮強度が９０％を下回らず、水対セメント比が、対照のそれの１１０％を超えてはならないと規定している。この基準はさらに、最大投与量でコンクリートに添加した時、顔料は初期固化または最終固化を１時間以上早めることも、初期固化または最終固化を１時間半以上遅らせることもなく、空気含有量を対照と比較して１％以上変化させないものと規定している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、Ａｎｏｎ（２０１０）の基準の要件を満たすことができるコンクリートの着色方法を提供することにある。本発明の目的は、この方法に使用するための着色剤を提供することにある。これらの目的は、セメント質建材の着色に少なくとも有用な選択肢を提供する目的と共に選言的に読み取られるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
発明の説明
第１の態様において、本発明は、混合状態の１種以上の無機顔料、ポリ（エチレングリコール）、水酸化アミンおよびポリカルボン酸を含む、セメント質建材の着色に使用するのに適した流動性の噴霧乾燥させた粒子状配合物を提供する。
【００２０】
好ましくは、配合物の上記１種以上の顔料は、合成酸化鉄（黒、褐色、赤色および黄色）、天然鉄酸化物、酸化クロム、コバルトブルー、コバルトグリーン、二酸化チタンおよびカーボンブラック（コンクリートグレード）のうちから選択される無機顔料である。
【００２１】
好ましくは、本発明の上記第１の態様は、本質的に１種以上の無機顔料、ポリ（エチレングリコール）、水酸化アミンおよびポリカルボン酸の混合物からなる、流動性の噴霧乾燥させた粒子状配合物を提供する。
【００２２】
好ましくは、上記配合物は、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンを２〜６：２〜６：１の重量比で含む。より好ましくは、上記配合物は、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンを２〜４：４〜６：１の重量比で含む。最も好ましくは、上記配合物は、混合状態のポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンを３：５：１の重量比で含む。
【００２３】
好ましくは、ポリ（エチレングリコール）は７，０００〜９，０００（ＰＥＧ８０００）の範囲のメジアン分子量を有する。
好ましくは、水酸化アミンは２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールである。好ましい２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールは、ＡＭＰ９５（商標）（ＣＡＳ＃１２４−６８−５）の商品名で供給されている。
【００２４】
好ましくは、ポリカルボン酸分散剤はカルボキシル化アクリルコポリマーである。好ましいアクリル酸ポリマーは、ＲＨＯＤＯＬＩＮＥ２２６／４０（商標）（ＣＡＳ＃９００３−０４−７）の商品名で供給されている。
【００２５】
好ましくは、ポリカルボン酸は配合物の５重量％未満である。
好ましくは、上記配合物は本質的に、４５〜１６０：２〜６：２〜６：１の重量比の１種以上の無機顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる。より好ましくは、上記配合物は本質的に、４５〜１２５：２〜６：２〜６：１の重量比の１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる。より一層好ましくは、上記配合物は本質的に、４５〜１１０：２〜６：２〜６：１の重量比の１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる。最も好ましくは、上記配合物は本質的に、４５〜１１０：３：５：１の重量比の１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸分散剤および水酸化アミンからなる。
【００２６】
好ましくは、上記配合物の粒子は、２０〜１５０μｍの範囲のメジアン径を有する中空ドーナツ形態のものである。より好ましくは、上記配合物の粒子は、３０〜５０μｍの範囲のメジアン径を有する中空ドーナツ形態のものである。
【００２７】
第１の態様の好ましい実施形態では、本発明は流動性の噴霧乾燥させた粒子状配合物である着色剤を提供し、これは本質的に、８５〜９５重量％の１種以上の無機顔料、３〜７重量％の７，０００〜９，０００の範囲のメジアン分子量を有するポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ８０００）、３〜６重量％のカルボキシル化アクリル系コポリマー分散剤、および０．５〜２．０重量％の水酸化アミンからなる。
【００２８】
第２の態様において、本発明は、本発明の第１の態様の配合物をセメントプレミックスと混合する工程を含むセメント質建材を着色する方法を提供する。
好ましくは、セメントプレミックスは、配合物をセメントプレミックスと混合する工程の直前に水和される。より好ましくは、上記セメントプレミックスは床用のレベリング材または補修材である。
【００２９】
好ましくは、セメント質建材は、コンクリート、モルタルおよびプラスターのうちから選択される。
第３の態様では、本発明は、１種以上の顔料、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸および水酸化アミンを含む一体的に着色されたセメント質建材を提供する。
【００３０】
好ましくは、セメント質建材は、コンクリート、モルタルおよびプラスターのうちから選択される。より好ましくは、建材はコンクリートである。最も好ましくは、建材は、レベリングまたは補修されたコンクリート床である。
【００３１】
本明細書の説明および特許請求の範囲において、以下の略語、用語および語句は、提示された意味を有する：「混合状態」は、２つ以上の成分の均質で均一な混合物を意味する；「建材」とは、コンクリート、モルタルおよびプラスターを含む硬化セメント質材料を意味する；「か焼」とは、焙焼または強い熱による還元、酸化または乾燥を意味する；「セメント」とは、モルタルやコンクリートの製造に使用される、石灰および粘土をか焼して作った粉末状の物質を意味する；「セメント質建材」とは、骨材や砂を添加して、または添加せずにセメントと水とを混合して調製された建材を意味する；「セメントプレミックス」は、コンクリート、モルタルまたはプラスターなどの建材の形成に使用されるセメントと水との混合物を意味する；「着色剤」とは、セメント質建材などの着色されたベース媒体を調製する際に使用される１種以上の顔料の一次粒子を含む配合物を意味する；「着色する」は、建材全体に１種以上の顔料を均一に分散させることを意味し、「着色された」は対応する意味を有する；「含む」とは、追加の要素、材料または工程を「含む」、「含有する」または「特徴とする」ことを意味し、それらを排除しないことを意味する；「コンクリート」とは、硬化時に石のような塊を形成する砂利、砂、セメントおよび水を含む材料の混合物から作られた建材を意味する；「〜からなる」は、不純物およびその他の付随物を除いて特定されていない要素、材料または工程を除外することを意味する；「本質的に〜からなる」とは、物質的限定であるあらゆる要素、材料または工程を排除することを意味する；「コポリマー」は、２種以上の異なるモノマーの重合によって形成されるポリマーを意味する；「流動性」とは、容器またはパッケージから注ぐことができることを意味する；「処方」とは、配合物を調製する際に用いられる、材料のリストを意味する；「被配合物」は、配合物の調製に使用される材料を意味する；「配合物」は、処方に従って調製された物質または混合物を意味する；「親水性」とは、水に混和され、溶解し、または濡れる傾向を有することを意味する；「疎水性」とは、水に対し反発するか、または混和されない傾向を有することを意味する；「一体的に着色された」とは、顔料の粒子が物質の本体全体に分布していることを意味する；「モルタル」とは、レンガや石を結合するために建築に使用されるセメントと水の混合物を意味する；「顔料」は、着色のために使用される材料または物質を意味する。「プラスター」とは、砂とセメント、時には石灰と水との混合物であって、壁や天井などの構造物に広げて乾燥させると滑らかな硬質表面を形成する混合物を意味する；「複数」は２以上を意味する。「プレミックス」は、水との混合（水和）前の、建材の調製に使用される流動性混合物を意味する；「一次粒子」とは、粉砕された材料または物質の最小粒子を意味する；「製品」とは、特定の用途のために包装され識別された配合物を意味する；「合成」は、化学合成によって調製されることを意味する。
【００３２】
発明の説明および特許請求の範囲において定義された主題の要素、特徴または整数を参照して、または本発明の代替の実施形態を参照して使用される場合、用語「第１」、「第２」、「第３」などは、優先順位を示唆することを意図するものではない。
【００３３】
材料の存在、濃度または比率が特定されている場合、特定された存在、濃度または比率は、初期の存在、濃度である。値が小数点以下１桁以上の場合、標準丸めが適用される。例えば、１．７は１．６５０（循環小数）から１．７４９９（循環小数）を包含する。
【００３４】
以下、本発明を、実施形態または実施例および添付図面の図を参照して説明する。以下の説明の全体を通して、用語「着色剤」は、実施例の配合物を参照するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ゴールデンベイ（Ｇｏｌｄｅｎ  Ｂａｙ）（プロット２および４）またはホルシム（Ｈｏｌｃｉｍ）（プロット１および３）から供給されたセメントを、２％（ｗ／ｗ）の高性能減水剤（ＣＤ３１）を添加して（プロット１および２）または添加せずに（プロット３および４）使用して調製されたモルタルの熱出力曲線。
【図２】入口（２）、出口（３）、および回転噴霧器（４）を備える、記載された方法において使用されるタイプの噴霧乾燥機（１）の単一点排出構成の概略図である。
【図３】非調合顔料、および、本発明に従って調製された対応する配合物を用いて調製された着色モルタルの熱出力曲線。熱出力曲線は、純粋なセメント（対照）の熱出力曲線上に重ねて示されている。すべてのモルタルは、ゴールデンベイから供給されたセメントを使用して調製された。
【図４】非調合顔料および対応する配合物を用いて調製された着色モルタルの熱出力曲線。熱出力曲線は、純粋なセメント（対照）の熱出力曲線上に重ねて示されている。すべてのモルタルは、ホルシムから供給されたセメントを使用して調製された。
【図５】非調合顔料、および、本発明に従って調製された対応する配合物を使用して調製された着色モルタルの熱出力曲線。熱出力曲線は、純粋なセメント（対照）の熱出力曲線上に重ねて示されている。すべてのモルタルは、ドリコン（Ｄｒｉｃｏｎ）から供給されたセメントを用いて調製された。
【図６】硬化したセメント質床用レベリング材ＳＩＫＡ（登録商標）ＬＥＶＥＬ３０（シーカ（Ｓｉｋａ）社（ニュージーランド））の、着色剤の添加あり（Ａ）となし（Ｂ）のサンプルの写真。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
詳細な説明
水の添加によるセメントプレミックスの水和は、エトリンガイト形成を開始する。この一次エトリンガイトの形成は、コンクリートの硬化および固化において重要であり、硬化したコンクリートの損傷に関連する遅延エトリンガイト形成とは区別される。水和の最初の数時間の間に、エトリンガイト結晶の形状および大きさは、結晶がその中で形成されるアルカリ溶液の組成に影響される。コンクリートの硬化および固化は、熱量法によってモニタリングすることができる。
【００３７】
コンクリートの着色に使用する被配合物の選択は、無機顔料の一次粒子を効果的に分散させる能力に加えて、アルカリ溶液中の被配合物の存在が一次エトリンガイト形成に及ぼす潜在的に有害な影響も考慮しなければならない。セメント質建材に使用される被配合物は、しばしば、一次エトリンガイト形成の特性に影響を及ぼすことが観察されている（図１）。
【００３８】
一次エトリンガイト形成に対する有害な影響は、速硬性の床用レベリング材および補修材として使用するために配合されたセメントプレミックスを着色する際に激化し易い。これらの製品は、３ｍｍ以上の厚さで設置されたときに然るべき位置に落ち着くように設計されている。ひとたび水和され流し込まれると、セメント混合物は迅速に硬化して、僅か２〜３時間のうちに、その上を歩くことができるほどに急速に固まる。床のレベリングおよび補修に使用されるセメントプレミックスは、これらの性能特性を提供するために特別に選択されたポリマーから調合される。
【００３９】
本発明は、部分的には、水和セメントプレミックスと混合した時に、セメント質建材の硬化および固化に著しい有害な影響を及ぼさない被配合物の組合せの選択にある。本発明はまた、部分的には、セメント質建材の着色に使用される無機顔料の水性配合物の噴霧乾燥に適合する被配合物のこの組合せにある。本発明は、様々なこれらの顔料を、重量法または体積法で分配することができる均一な密度の流動性顆粒として配合することを可能にし、それによりセメント質建材を着色する際のこれらの顔料の使用を容易にする。
【００４０】
本発明は、水和セメントプレミックスに添加されると容易に分散する流動性の噴霧乾燥された無機顔料の粒子状配合物の調製における、ポリ（エチレングリコール）、ポリカルボン酸および水酸化アミンの組合せの使用を参照して説明される。この被配合物の組合せの使用は、建材の硬化および固化に対し有害な影響が観察されないことによって裏付けられるように、一次エトリンガイト形成に悪影響を及ぼさない。
【００４１】
着色剤の調製
流動性の噴霧乾燥された粒子状配合物は、被配合物の水溶液中に顔料を分散させることによって調製される。所望であれば、噴霧乾燥の前に、異なる顔料の分散液をブレンドしてもよい。回転式噴霧器を備えた噴霧乾燥機の単一点吐出構成の概略図を図２に示す。
【００４２】
実施例
実施例１
９００ｇの水に９０ｇのポリ（エチレングリコール）［８，０００ｇ／ｍｏｌ］（ＰＥＧ８０００）を穏やかに撹拌しながら溶解させることにより、ＰＥＧ８０００の水溶液を１０％（ｗ／ｗ）の割合で調製した。次いで、この溶液を１５０ｇのポリカルボン酸分散剤（ＲＨＯＤＯＬＩＮＥ２２６／４０）および３０ｇの水酸化アミン（ＡＭＰ９５）とブレンドした。高速分散機を使用してブレンドした混合物を均質化した後、３，０００ｇの緑色酸化物顔料を、最大３，０００ｒｐｍで連続撹拌しながら合計で８０分間ゆっくりと添加して均質な分散液を得た。次いで、均一分散液を、単一点吐出構成の回転式アトマイザ（チャンネルホイール、２０，０００ｒｐｍ）を備えたＧＥＡ  Ｎｉｒｏ  ＭＯＢＩＬＥ  ＭＩＮＯＲ（商標）（ＧＥＡプロセスエンジニアリング）を用いて、入口温度１８５℃および出口温度９５℃で作動させて噴霧乾燥させた。メジアン粒径３０μｍの中空ドーナツ形態の粒子状配合物が、１．９ｋｇ／時間（含水率１．２％ｗ／ｗ）の量、５２％の収率で得られた。
【００４３】
実施例２
１２５０ｇの水に７５ｇのポリ（エチレングリコール）［８，０００ｇ／ｍｏｌ］（ＰＥＧ８０００）を穏やかに撹拌しながら溶解させることにより、ＰＥＧ８０００の水中選択物を６％（ｗ／ｗ）の割合で調製した。次いで、この溶液を１２５ｇのポリカルボン酸分散剤（ＲＨＯＤＯＬＩＮＥ（商標）２２６／４０）および２５ｇの水酸化アミン（ＡＭＰ９５）とブレンドした。高速分散機を使用してブレンドした混合物を均質化した後、２，５００ｇの赤黄色顔料をゆっくりと添加して均質な粗製分散液を得た。次いで、この粗製分散液をボールミルで合計１２時間粉砕して最終粉砕均一分散液とした。次いで、この均一分散液を、単一点吐出構成の回転式アトマイザ（チャンネルホイール、２０，０００ｒｐｍ）を備えたＧＥＡ  Ｎｉｒｏ  ＭＯＢＩＬＥ  ＭＩＮＯＲ（商標）（ＧＥＡプロセスエンジニアリング）を用いて、入口温度１８５℃および出口温度９５℃で作動させて噴霧乾燥させた。メジアン粒径３０μｍの中空ドーナツ形態の粒子状配合物が、１．９ｋｇ／時間（含水率１．２％ｗ／ｗ）の量、５２％の収率で得られた。
【００４４】
同様の量の着色剤（実施例３〜６）を、実施例１および実施例２の着色剤の調製に採用したのと同様の方法で調製した。より大量の着色剤（実施例７〜９）を、ＧＥＡ  Ｎｉｒｏ  ＶＥＲＳＡＴＩＬＥ−ＳＤ（商標）６．３Ｎ（ＧＥＡプロセスエンジニアリング）を使用して調製した。
【００４５】
実施例７の着色剤は、入口温度２３０℃および出口温度８５℃で噴霧乾燥させ、圧力ノズル構成を用いて２３ｋｇ／ｈの製造速度、１．５％未満の最終含水率であった。
実施例８の着色剤は、入口温度２３０℃および出口温度９５℃で噴霧乾燥させ、圧力ノズル構成を用いて５５ｋｇ／ｈの製造速度、１．５％未満の最終含水率であった。
【００４６】
実施例９の着色剤は、入口温度２２０℃および出口温度９０℃で噴霧乾燥させ、圧力ノズル構成を用いて６０ｋｇ／ｈの製造速度、１．５％未満の最終含水率であった。
実施例３
【００４７】
【表１】
2017516739.tif 000003
【００４８】
実施例４
【００４９】
【表２】
2017516739.tif 000004
【００５０】
実施例５
【００５１】
【表３】
2017516739.tif 000005
【００５２】
実施例６
【００５３】
【表４】
2017516739.tif 000006
【００５４】
実施例７
【００５５】
【表５】
2017516739.tif 000007
【００５６】
実施例８
【００５７】
【表６】
2017516739.tif 000008
【００５８】
実施例９
【００５９】
【表７】
2017516739.tif 000009
【００６０】
比較例
材料の濃度および比の変動が性能に及ぼす効果を評価するために、一連の噴霧乾燥着色剤を以下の組成で調製した：
【００６１】
【表８】
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【００６２】
一連の噴霧乾燥着色剤の各々を、２２５ｇの水、５００ｇの乾燥砂および１，０００ｇの普通のポルトランドセメントからなるセメント質建材のスラリーと２％（ｗ／ｗ）の割合で混合することによって評価した。
【００６３】
着色剤Ｇ４から調製された着色建材の表面の黄色化は、ＲＨＯＤＯＬＩＮＥ２２６／４０材料の含有量の上限が５重量％であることを示した。着色剤Ｇ１およびＧ５において最良の取扱いおよび性能特性が観察され、これはＲＨＯＤＯＬＩＮＥ２２６／４０対ＡＭＰ−９５の好ましい重量比が約１であることを示す。
【００６４】
他の材料は、被配合物としてのポリ（エチレングリコール）の使用の代替として評価された。前述のように、試験配合物のバッチを、ＧＥＡ  Ｎｉｒｏ  ＭＯＢＩＬＥ  ＭＩＮＯＲ（商標）（ＧＥＡプロセスエンジニアリング）またはＭｉｎｉ  Ｓｐｒａｙ  Ｄｒｙｅｒ  Ｂ−２９０（ビュッヒ（Ｂｕｃｈｉ））のいずれかを用いて噴霧乾燥させた。噴霧乾燥パラメータは、各試験配合物に対して最適化された。これらの他の配合物に用いられる材料および噴霧乾燥生成物の性能に関する観察は、比較例としてのみ提供され、本発明の実施形態ではない。
【００６５】
比較例１
【００６６】
【表９】
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【００６７】
この配合物を、Ｍｉｎｉ  Ｓｐｒａｙ  Ｄｒｙｅｒ  Ｂ−２９０（ビュッヒ）を用いて、入口温度１８０℃および出口温度１０５℃で噴霧乾燥させた。噴霧乾燥生成物は、コンクリートの水性スラリーに添加してもどうにも分散しなかった。これは、顔料の一次粒子を放出するように十分な速さで水和しないケイ酸ナトリウムの表面層に起因するものであった。
【００６８】
比較例２
【００６９】
【表１０】
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【００７０】
この配合物を、ＧＥＡ  Ｎｉｒｏ  ＭＯＢＩＬＥ  ＭＩＮＯＲ（商標）を用いて、入口温度１８０℃、出口温度９５℃、スピンドル速度１５，０００ｒｐｍで噴霧乾燥させた。噴霧乾燥の生成物を、凝集物を含まないセメント（１：２（ｗ／ｗ）水−セメント）のスラリーと３％（ｗ／ｗ）の割合で混合した。セメント混合物の水和はいつまでも妨害されることが判明した。
【００７１】
比較例３
【００７２】
【表１１】
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【００７３】
この配合物を、Ｍｉｎｉ  Ｓｐｒａｙ  Ｄｒｙｅｒ  Ｂ−２９０（ビュッヒ）を用いて、入口温度１８０℃および出口温度１０５℃で噴霧乾燥させた。噴霧乾燥生成物をセメントスラリー（１：２（ｗ／ｗ）水−セメント）と４％（ｗ／ｗ）の割合で混合した。商品名ＭＯＮＯＳＯＬ（商標）８９００またはＭＯＮＯＳＯＬ（商標）ＢＰ−３のいずれかを用いて製造された製品は両方とも、泡の発生および混合物中での滞留を伴う不十分な取扱い特性を示した。
【００７４】
着色剤の評価
実施例３、実施例４、実施例５および実施例６の着色剤を、３つの異なる供給源（ゴールデンベイ、ホルシムおよびドリコン）からのセメントを用いて調製したコンクリートまたはモルタルの着色用途について評価した。着色剤を、それらの対応する非調合顔料（粉砕酸化鉄）に対して、ヒュームドシリカを添加して（実施例４、実施例５および実施例６）または添加せずに（実施例３）評価した。着色剤を、得られたセメント質建材の硬化および固化特性への悪影響について評価した。セメント質建材の初期水和反応を評価するのに熱量測定を用いた。セメントモルタル５０ｍｍ立方体の圧縮強さを、４８時間後、７日目および２８日目に測定した。
【００７５】
熱量測定
異なるセメント源を使用して調製した着色モルタルの熱出力曲線は、図３（ゴールデンベイ）、図４（ホルシム）および図５（ドリコン）に示されている。測定された熱流の間に大きな変化がないことにより、着色剤とセメント質建材との親和性が確認される。対照的に、一般的に使用される減水剤（２重量％のＤＣ３１）の添加による熱流への影響を図１に示す。
【００７６】
圧縮強度
着色剤を、セメントのスラリー（０．４（ｗ／ｗ）水−セメント）に３重量％の割合で添加し、硬化したブロック（５０×５０×５０ｍｍ）の圧縮強度を測定した。スラリーは、ゴールデンベイまたはホルシムから供給されたセメントを用いて調製した。これら２つのセメント源を使用して調製した着色硬化ブロックについて測定された圧縮強度を表２（ゴールデンベイ）および表３（ドリコン）に示す。セメントと砂のスラリー（０．４（ｗ／ｗ）水−セメントおよび１．５（ｗ／ｗ）砂−セメント）に着色剤を３重量％の割合で添加して調製した着色硬化ブロックについても圧縮強度を測定した。着色硬化ブロックについて測定された圧縮強度を表４（ゴールデンベイ）および表５（ドリコン）に示す。強度の中程度の低下（約１０％）は、プレミックスへのセメントの添加によって容易に補うことができる。
【００７７】
【表１２】
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【００７８】
【表１３】
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【００７９】
【表１４】
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【００８０】
【表１５】
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【００８１】
セルフレベリングセメント質床材の着色
セメント質床用レベリング材ＳＩＫＡ（登録商標）ＬＥＶＥＬ  ３０（シーカ社（ニュージーランド））を注ぐ前に、供給者の指示に従って床土台の囲い込まれた領域の表面を洗浄し、下準備した。製品の２％（ｗ／ｗ）の割合で製品との混合に用いた水に、着色剤を加えた。この着色されたコンクリートを、清浄し下準備した床土台の表面に適用した。商業的に入手可能な酸化鉄の配合物とは対照的に、着色剤の添加は、空気混入、加工性、または硬化および固化時間に大きな影響を及ぼさなかった。着色セメントおよび無着色の白色セメントの試料の写真を図６に示す。グレースケールで提供されるが、写真は硬化したコンクリートの全体にわたる顔料の均一な分布を示す。
【００８２】
本発明を実施形態または実施例を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなくこれらの実施形態または実施例に変更および修正を加えることができることを理解されたい。既知の均等物が特定の要素、特徴または整数に存在する場合、そのような均等物は、本明細書において具体的に言及されているかのように組み込まれる。特に、参照刊行物に開示され、そこから選択される要素、特徴または整数を含む実施形態または実施例の変更および修正は、特に断らない限り、本発明の範囲内である。本発明によって提供され、明細書において説明される各利点は、本発明のこれらの異なる実施形態において選択的にまたは一緒に提供され得る。
【００８３】
参照刊行物
Ａｎｏｎ（２０１０）“一体的着色コンクリート用顔料の標準仕様”（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｉｇｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ  Ｃｏｌｏｕｒｅｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）（Ｃ９５９／Ｃ９５９Ｍ）ＡＳＴＭインターナショナル、１００バー・ハーバードライブ、私書箱Ｃ７００、ウェスト・コンショホッケン、ＰＡ１９４２８−２９５９、合衆国．
Ｂｏｗｅｎ（１９８０）“セメント着色組成物およびその製造方法”米国特許第４，２０４，８７６号．
ＤｕｎｎｏｕｓおよびＹｏｃｕｍ（２００４）“コンクリートの着色のための製品および方法”米国特許第６，６９５，９９０号．
Ｈｅｒｔｚら（２０１２）“コンクリート着色組成物および方法”米国特許出願第１３／３４５，２００号（公開番号ＵＳ２０１２／０２４７３７２Ａ１）．
Ｊｏｈａｎｓｅｎら（１９９９）“コンクリートベースの組成物に着色組成物を使用する方法”米国特許第５，９５１，７５２号．
Ｊｕｎｇｋ（１９９０）“コンクリート染色のための方法”米国特許第４，９４６，５０５号．
Ｋｏｅｈｌｅｒら（１９９８）“酸化鉄黒色顔料顆粒の調製および使用”米国特許第５，７１８，７５５号．
ＫｒｏｅｃｋｅｒｔおよびＬｉｎｄｅ（１９９３）“建築材料を着色するための方法”米国特許第５，２１５，５８３号．
ＬｉｎｄｅおよびＥｉｔｅｌ（１９９６）“建築材料の着色のための方法”米国特許第５，４８４，４８１号．
ＮｏａｃｋおよびＨｅｒｒｍａｎｎ（２００４）“粒子状着色顔料およびそれを製造する方法”米国特許第６，８２４，６０４号．
Ｓｕｐｐｌｅｅ（２００３）“高弾力性の着色剤を含有する改善された耐久性および白華抑制性を有するコンクリート混合物”米国特許第６，５３７，３６６号．
Ｓｕｐｐｌｅｅ（２００７）“有機または酸化物の性質の高弾力性着色剤を使用した、コンクリートおよび他のセメント系における改善された色耐久性を有する一体型またはシェイクオン型着色剤混合物”米国特許出願第１１／７６０，４２１号（公開番号ＵＳ２００７／０２９４８４３Ａ１）．
Ｔｏｍｋｉｎｓｏｎ（１９７１）“酸化鉄顔料”米国特許第３，６１９，２２７号．
Ｗｉｌｌ（１９９８）“圧縮された無機顆粒を用いたコンクリートの着色方法”米国特許第５，８５３，４７６号．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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