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課題

床材不燃ボードトンネル内装板打ち放し面等に使用されているモルタルコンクリート等のセメント系基材透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水塩基性を低下させる。

解決手段

セメント系基材の表面保護材として、少なくともアルカリ金属珪酸塩アルキルアルコキシシラン燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られる特定の無機質組成物を得る。上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含む。

概要

背景

従来、床材不燃ボードトンネル内装板打ち放し面等に使用されているモルタルコンクリート等のセメント系基材は、荷重摩擦化学的侵食作用等によって経時的に劣化するおそれがある。
このような劣化を防止する方法として、エポキシ樹脂アクリル樹脂ウレタン樹脂等の表面保護材基材塗付する方法が知られている。このような方法では、基材表面に塗膜を形成し表面を保護するため、基材劣化の進行を防止することはできるが、塗膜の劣化や剥離が懸念される場合もあった。

一方、水ガラスなどの珪酸塩を基材に塗付する方法も知られている。このような方法では、基材中に珪酸塩が浸透し、遊離カルシウムマグネシウムアルミニウム等の多価金属イオンと反応して不溶性ゲルを生成して硬化(珪酸塩の硬化体を形成)するため、基材と一体化し、剥離等の問題が生じにくい。
しかし、珪酸塩と多価金属イオンの反応が不十分な状態では十分な撥水性が得られず、水がかかると珪酸塩の未反応物溶出しやすいという問題があった。また、珪酸塩はアルカリ性が強いため、基材表面の溜まり水や流水強塩基となるおそれがあった。
このような問題に対して、例えば、特許文献1では、珪酸ソーダメチル珪酸カリウムを配合することによって、透水を抑制して撥水性を向上させることが記載されている。

しかしながら、特許文献1のように、メチル珪酸カリウムを配合したのみでは、撥水性の持続が不十分な場合がある。また、反応不十分な珪酸塩が溶出する可能性も高く、溜まり水が強塩基性になる場合もある。

概要

床材、不燃ボード、トンネル内装板、打ち放し面等に使用されているモルタル、コンクリート等のセメント系基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させる。セメント系基材の表面保護材として、少なくともアルカリ金属珪酸塩アルキルアルコキシシラン燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られる特定の無機質組成物を得る。上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含む。なし

目的

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、モルタル、コンクリート等のセメント系基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

少なくとも、アルカリ金属珪酸塩アルキルアルコキシシラン燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られることを特徴とする無機質組成物

請求項2

上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項1に記載の無機質組成物

請求項3

上記アルキルアルコキシシランが、3官能アルキルアルコキシシランを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無機質組成物

技術分野

0001

本発明は、新規無機質組成物に関するものである。

背景技術

0002

従来、床材不燃ボードトンネル内装板打ち放し面等に使用されているモルタルコンクリート等のセメント系基材は、荷重摩擦化学的侵食作用等によって経時的に劣化するおそれがある。
このような劣化を防止する方法として、エポキシ樹脂アクリル樹脂ウレタン樹脂等の表面保護材基材塗付する方法が知られている。このような方法では、基材表面に塗膜を形成し表面を保護するため、基材劣化の進行を防止することはできるが、塗膜の劣化や剥離が懸念される場合もあった。

0003

一方、水ガラスなどの珪酸塩を基材に塗付する方法も知られている。このような方法では、基材中に珪酸塩が浸透し、遊離カルシウムマグネシウムアルミニウム等の多価金属イオンと反応して不溶性ゲルを生成して硬化(珪酸塩の硬化体を形成)するため、基材と一体化し、剥離等の問題が生じにくい。
しかし、珪酸塩と多価金属イオンの反応が不十分な状態では十分な撥水性が得られず、水がかかると珪酸塩の未反応物溶出しやすいという問題があった。また、珪酸塩はアルカリ性が強いため、基材表面の溜まり水や流水強塩基となるおそれがあった。
このような問題に対して、例えば、特許文献1では、珪酸ソーダメチル珪酸カリウムを配合することによって、透水を抑制して撥水性を向上させることが記載されている。

0004

しかしながら、特許文献1のように、メチル珪酸カリウムを配合したのみでは、撥水性の持続が不十分な場合がある。また、反応不十分な珪酸塩が溶出する可能性も高く、溜まり水が強塩基性になる場合もある。

先行技術

0005

特許第4462474号

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、モルタル、コンクリート等のセメント系基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させることを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行なった結果、少なくともアルカリ金属珪酸塩アルキルアルコキシシラン燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られる特定の無機質組成物に想到し、本発明を完成させた。

0008

すなわち、本発明の無機質組成物は、下記の特徴を有するものである。
1.少なくとも、アルカリ金属珪酸塩、アルキルアルコキシシラン、燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られることを特徴とする無機質組成物
2.上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含むことを特徴とする1.に記載の無機質組成物
3.上記アルキルアルコキシシランが、3官能アルキルアルコキシシランを含むことを特徴とする1.または2.に記載の無機質組成物

発明の効果

0009

本発明の無機質組成物は、モルタル、コンクリート等のセメント系基材に浸透し、硬化体を形成することにより、基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させるものである。特に、本発明の無機質組成物は、特定の成分を併用して含むことにより、基材の撥水持続性を高めることができるものである。

0010

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

0011

本発明は、モルタル、コンクリート等のセメント系基材に適用される無機質組成物に関するものであり、上記基材の透水性を低下させ、撥水性、表面強度等を向上させるものである。このような無機質組成物は、少なくとも、(A)アルカリ金属珪酸塩、(B)アルキルアルコキシシラン、(C)燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られるものである。なお、本発明における撥水性とは、基材への水分の吸い込みを防止する性能をいい、撥水持続性とは、長期にわたり上記撥水性が持続することをいう。

0012

本発明の(A)アルカリ金属珪酸塩(以下「(A)成分」ともいう)としては、一般式:M2 O・nSiO2 (MはLi、K、Na,Csから選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属)で表される水溶性のアルカリ金属珪酸塩(「水ガラス」ともいう)であればいずれも使用できる。このような(A)成分としては、例えば、珪酸ナトリウム、オルト珪酸ナトリウムメタ珪酸ナトリウム珪酸リチウム珪酸カリウム等が挙げられる。また、アルカリ金属珪酸塩の水溶液として市販されている水ガラスを使用することもできる。上記のアルカリ金属珪酸塩は、単独で用いられてもよく、または2種以上が混合されて用いられてもよい。

0013

本発明では、(A)成分として、少なくともSiO2 /Na2 O(モル比)が5/1〜2/1(より好ましくは4/1〜3/1)の珪酸ナトリウムを含むことが好ましい。このような場合、溜まり水や流水の塩基性をより一層低下させることができる。
さらに、本発明では、SiO2 /K2 O(モル比)が5/1〜1/1(より好ましくは4/1〜1/1)の珪酸カリウムを混合して使用することが好ましい。これによって、基材へ(A)成分がより一層浸透しやすくなり、緻密な硬化体を形成することができる。これによって、基材の透水性を低下させ、撥水性を高めるとともに、溜まり水や流水の塩基性を十分に低下させることができる。また、アルカリ金属が溶出しにくく、基材表面の白化を防止することができる。

0014

珪酸ナトリウムと珪酸カリウムの混合比率は、SiO2 /(Na2 O+K2 O)(モル比)が、5/1〜1/1(好ましくは4/1〜2/1)であり、無機質組成物全体に対しSiO2の含有量が5〜30重量%(より好ましくは10〜20重量%)と成るように調整することが好ましい。このような範囲である場合、優れた撥水性を発揮することができるとともに、塗付ムラ等が抑制され良好な仕上りとなる。

0015

本発明の(B)アルキルアルコキシシラン(以下「(B)成分」ともいう)としては、例えば、テトラエトキシシランテトラメトキシシランテトラn−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラsec−ブトキシシラン、テトラt−ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン、等の4官能アルコキシシラン類;
メチルトリメトキシシランメチルトリエトキシシランメチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシランエチルトリメトキシシランエチルトリエトキシシランエチルトリプロポキシシラン、エチルトリブトキシシラン、プロピルトリメトキシシランプロピルトリエトキシシランプロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリブトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリプロポキシシラン、ブチルトリブトキシシラン、フェニルトリメトキシシランフェニルトリエトキシシランフェニルトリブトキシシラン等の3官能アルキルアルコキシシラン類
ジメチルジメトキシシランジメチルジエトキシシラン、ジメチルジブトキシシランジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジエチルジプロポキシシランジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシランジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジブトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン等の2官能アルキルアルコキシシラン類;等が挙げられる。
これらは単独で用いられてもよく、または2種以上が混合されて用いられてもよい。

0016

本発明では、特に3官能アルキルアルコキシシランを含むことが好ましい。さらには、アルキル基炭素数が1〜3のものが好ましい。このような(B)成分としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。

0017

本発明の、(C)燐酸または燐酸塩(以下「(C)成分」ともいう)としては、燐酸、オルト燐酸燐酸アンモニウム燐酸水素アンモニウム、燐酸ヒドロキシアンモニウム、アルカリ金属の燐酸塩等が挙げられる。本発明では特に、燐酸、オルト燐酸、燐酸アンモニウム、燐酸水素アンモニウムから選ばれる1種以上を含むことが好ましい。さらには、燐酸アンモニウムを含むことが好ましい。

0018

本発明の無機質組成物は、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分を併用して使用することにより、基材に浸透した場合、緻密な硬化体を形成することができ、基材の透水性を低下させ、撥水持続性、表面強化に優れた効果を発揮することができる。その作用機構は明らかではないが、(A)成分及び(B)成分が、基材に浸透し、基材から遊離されるカルシウム、マグネシウム、アルミニウム等の多価金属イオンと反応して不溶性のゲルを生成、硬化体を形成する際に、(C)成分により、硬化性が高まり、緻密な硬化体を形成することができる。これにより長期にわたり基材の透水性を低下させることができ、その結果、撥水持続性、表面強化作用を高めることができるとともに、(A)成分の未反応物や反応後に残ったアルカリ金属の溶出を抑制することができ、基材表面の溜まり水や流水の強塩基を低下させることができるものと考えられる。さらに、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分を併用して使用することにより、基材の撥油性を高めることもできる。

0019

上記(A)成分に含まれるSiO2の固形分100重量部に対し、(B)成分は、好ましくは2〜50重量部、さらに好ましくは5〜40重量部、(C)成分は、好ましくは0.1〜10重量部、さらに好ましくは0.2〜5重量部である。このような範囲で併用することにより、基材の撥水・撥油性、表面強化作用をさらに高めることができるとともに、(A)成分の未反応物の溶出を抑制することができ、基材表面の溜まり水の強塩基をよりいっそう低下させることができる。

0020

本発明の無機質組成物は、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分に加えて、水を混合して得られるものである。本発明無機組成物の水の量は、無機質組成物全体に対し好ましくは50〜98重量%、より好ましくは70〜95重量%である。このような範囲であることにより、基材への浸透性に優れ、本発明の効果を十分に発揮することができる。
なお、本発明における水には、(A)成分、(C)成分の媒体等として用いられる水も含有するものである。

0021

本発明の無機質組成物の製造方法は、特に限定されないが、例えば以下の方法により製造することができる。
(1)(A)成分、(B)成分及び水を混合して混合溶液(I)を得た後、次いで、該混合溶液(I)に、(C)成分を添加・攪拌する方法。
(2)(B)成分、(C)成分及び水を混合して混合溶液(II)を得た後、次いで、該混合溶液(II)に、(A)成分を添加・攪拌する方法。
(3)(A)成分、(C)成分及び水を混合して混合溶液(III)を得た後、次いで、該混合溶液(III)に、(B)成分を添加・攪拌する方法。

0022

上記(1)〜(3)において、(A)成分または(A)成分を含む混合溶液と(C)成分または(C)成分を含む混合溶液とを混合する場合、後者はpH4以上(好ましくはpH5以上11以下)に調整されていることが好ましい。これによって、本発明の無機質組成物が安定して製造でき、本発明の効果を十分に発現することができる。

0023

例えば、上記(1)では、混合溶液(I)にpH4以上に調整された(C)成分を添加することが好ましい。
また、上記(2)では、(B)成分にpH4以上に調整された(C)成分を添加し混合溶液(II)とするか、あるいは、(B)成分、pH未調整の(C)成分及び水を含む混合溶液(II)を得た後、混合溶液(II)をpH4以上に調整することが好ましい。

0024

さらに、上記(3)において混合溶液(III)は、予め(A)成分と水を混合した溶液にpH4以上に調整した(C)成分を混合して得るか、または予め(C)成分と水を混合しpH4以上に調整した溶液に(A)成分を混合して得ることが好ましい。

0025

上記における各溶液のpH調整には、アンモニアアルキルアミンアルカノールアミンアルカリ金属塩等が使用できる。本発明では特に、アンモニア、アルキルアミン、アルカノールアミンから選ばれる1種以上を用いることが好ましく、この場合、撥水性をより一層高めることができる。このうち、アルキルアミンとしては、例えば、モノエチルアミンジエチルアミントリエチルアミンイソプロピルアミンジイソプロピルアミン等が挙げられる。アルカノールアミンとしては、例えば、アミノエタノールアミノプロパノール、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミンN−メチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン等が挙げられる。

0026

なお、(C)成分として燐酸アンモニウム、燐酸水素アンモニウム、燐酸ヒドロキシアンモニウム、アルカリ金属の燐酸塩を使用する場合は、上記pH調整剤を使用しなくてもpH4以上に調整することができる。

0027

本発明の無機質組成物は、本発明の効果を著しく損なわない限り、必要に応じ、公知の添加剤を含むことができる。このような添加剤としては、例えば、増粘剤造膜助剤レベリング剤湿潤剤可塑剤凍結防止剤防腐剤防黴剤防藻剤抗菌剤消臭剤分散剤消泡剤吸着剤難燃剤着色顔料体質顔料、繊維、撥水剤架橋剤、紫外線吸収剤酸化防止剤触媒等が挙げられる。

0028

本発明の無機質組成物は、セメント系基材に対して公知の塗装方法塗装することができ、スプレーコーターローラー刷毛等の塗装器具を使用することができる。

0029

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

0030

原料としては以下のものを使用した。
(A)成分
(A1)珪酸ナトリウム溶液
有効成分:SiO2 26%、Na2O 7.0%
SiO2/Na2O(モル比)=3.83
(A2)珪酸カリウム溶液
有効成分:SiO2 28%、K2O 22.0%
SiO2/K2O(モル比)=1.99
(A3)珪酸リチウム溶液
有効成分:SiO2 20.4%、Li2 O2.9%
SiO2/Li2O(モル比)=3.50
(B)成分
(B1)メチルトリエトキシシラン
(B2)プロピルトリメトキシシラン
(B3)ジメチルジメトキシシラン
(C)成分
(C1)燐酸アンモニウム水溶液(濃度16.7%、pH=7.0)
(C2)燐酸水溶液(濃度5%、pH=1.0)
(C3)燐酸ナトリウム水溶液(濃度8.4%、pH=11.5)

0031

(無機質組成物1)
表1に示す配合に従い、(C1)燐酸アンモニウム水溶液と水を混合した後、(A1)珪酸ナトリウムを添加・攪拌し、次いで、(B1)メチルトリエトキシシランを添加・攪拌することによって無機質組成物1を得た。

0032

(無機質組成物2〜6、9〜13)
表1に示す配合に従い、無機質組成物1と同様にして無機質組成物2〜6、無機質組成物9〜13を得た。

0033

(無機質組成物7)
表1に示す配合に従い、(B1)メチルトリエトキシシラン、(C2)燐酸水溶液、及び水を混合した混合溶液を、アンモニア水を用いてpH7に調整した。次いで、(A1)珪酸ナトリウムを添加・攪拌し無機質組成物7を得た。

0034

(無機質組成物8)
表1に示す配合に従い、(B1)メチルトリエトキシシラン、(C2)燐酸水溶液、及び水を混合した混合溶液を、2アミノ−1プロパノールを用いてpH7に調整した。次いで、(A1)珪酸ナトリウムを添加・攪拌し無機質組成物8を得た。

0035

試験体
基材(スレート板:L100×W100×T3mm)に無機質組成物1を塗付け量0.2kg/m2で刷毛塗りし、30分間静置した。静置後、無機質組成物の余剰分を除去した後、水拭きし、常温(23℃)で7日間養生したものを試験体1Aとした。また、基材として、標準モルタル:L75×W75×T20mmを用いた以外は上記試験体1Aと同様にして試験体1Bを作製した。
無機質組成物2〜13についても同様にして、それぞれ試験体2A〜13A、試験体2B〜13Bを作製した。

0036

試験例1]
(試験例1−1〜試験例1−13)
得られた各試験体は、いずれも塗付ムラ等が目立たず良好な仕上りであった。特に、無機質組成物5を用いた試験体5A及び5Bにおいて、良好な仕上りであった。
さらに、各試験体について以下の評価を実施した。結果を表2に示す。
耐摩耗性(表面強度)評価>
試験体1A〜13Aについて、JIS K5600 5.9耐摩耗性(摩耗輪法)に準じ、テーバー式試験機、摩耗輪CS−17、荷重1000gで500回転後の摩耗減量観測した。未処理のスレート板の摩耗減量と比較し、評価した。基準を以下に示す。
○:未処理品より良好
△:未処理品よりやや良好、
×:未処理品と同等、またはそれ以下

0037

<撥水性評価>
試験体1B〜13Bに水30μLをスポットし、30秒後に拭き取った。目視でスポット部に水分の吸い込み(染み込み)がない場合、撥水性ありと判定した。評価基準を以下に示す。
○:吸い込みなし
△:染み跡が残る程度
×:吸い込みあり
撥油性評価
試験体1B〜13Bに流動パラフィン30μLをスポットし、30秒後に拭き取った。目視でスポット部に油分の吸い込み(染み込み)がない場合、撥油性ありと判定した。評価基準を以下に示す。
○:吸い込みなし
△:染み跡が残る程度
×:吸い込みあり

0038

<溜まり水のpH評価>
試験体1B〜13Bの上に水100μLをスポットし、10分後にスポット液のpHを測定した。

0039

無機質組成物1〜11を用いた試験例1−1〜試験例1−11においては、耐摩耗性(表面強度)、撥水性、撥油性において良好な結果であった。また、試験例1−1〜試験例1−10では、溜まり水のpHも中性弱塩基性を示し良好であった。

0040

[試験例2]
(試験例2−1〜試験例2−11)
次いで、無機組成物1〜11について、水に浸漬後の撥水性、撥油性の持続性を評価した。
<水に浸漬後の撥水性、撥油性評価>
試験体1B〜11Bの裏側面をエポキシ樹脂でシールし、1日水に浸漬させた後、乾燥させ、試験例1と同様にして撥水性、撥油性を確認した。また、2日水に浸漬させた後についても同様に評価した。結果を表3に示す。

0041

試験例2−1〜試験例2−9において良好な結果であった。

0042

0043

実施例

0044

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