JP2001089127A - 無機共縮合ゾルおよびそれを用いた被覆、接着剤 - Google Patents

無機共縮合ゾルおよびそれを用いた被覆、接着剤

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JP2001089127A JP26572499A JP26572499A JP2001089127A JP 2001089127 A JP2001089127 A JP 2001089127A JP 26572499 A JP26572499 A JP 26572499A JP 26572499 A JP26572499 A JP 26572499A JP 2001089127 A JP2001089127 A JP 2001089127A
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良和 藤
Shunichi Unno
俊一 海野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】被覆、接剤剤に多様性をもたせ、ホルマリンフ
リーで耐水性に優れ、安全性の高い、かつ安価な無機被
覆、接着剤の提供。 【解決手段】水ガラスに一定量のポリリン酸アルミニウ
ムまたはポリリン酸ホウ素とを反応させて得られる無機
共縮合ゾルが前記課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水ガラスに特定量
のポリリン酸アルミニウムまたはポリリン酸ホウ素を反
応させてなる新規な無機共縮合ゾルおよびこの無機共縮
合ゾル用いた被覆、接着剤に関する。
【0002】
【従来の技術】水ガラスは珪酸アルカリの濃厚水溶液
で、M O・nSiO(Mはアルカリ金属、nは
モル比)の式で表すことができる物質である。前記式に
おけるnが2.0〜2.1、2.3〜2.5および3.
0〜3.4のものをそれぞれ1号水ガラス、2号水ガラ
スおよび3号水ガラスなどと呼ぶことがある。ところで
水ガラスは粘稠な液体であって、固結してゲルになると
いう性質を有しているので、この性質を利用してこれま
で多孔質材料、ガラス、金属、セラミックス、紙等の接
着剤として使用されてきた。この水ガラスを成分とする
接着剤は、合成有機接着剤においてしばしば問題となる
ホルマリン等の有害物質を揮散することがなく、また不
燃性という特長を有している。しかし水ガラスは、単独
では固結体が通常不溶、不融のものとはならないので、
土木建築工事、窯業等の工業用用途に使用する際には、
アスベスト、珪藻土、シリカゲル等の珪酸または珪酸
塩、アルミン酸アルカリ等のアルカリ性無機塩、アルミ
ナ、亜鉛華などの金属酸化物、ホルマリン、グリオキザ
ール、ギ酸エステル、酢酸エステル等の潜伏性酸、ポリ
アクリル酸ナトリウム、リグニンスルホン酸ナトリウム
等のアニオン型樹脂等の固結安定剤を添加するという工
夫がなされてきた。通常水ガラスは、これら固結安定剤
を配合した後の接着剤としての可使時間の調節が困難で
あるうえ、固結体は耐湿性において不充分であり、木
材、特に桐材に対する接着力は弱く実用強度に達しない
という問題点がある。また、人口の壁材や床材等は石材
の屑などを不飽和ポリエステル樹脂で固めたものである
が、タバコの火などで樹脂分に焦げ目ができたり、火災
が発生した時スチレン臭がすると共に黒煙を出すので避
難時の視界が失われて最悪の場合死亡事故に繋がること
もある。そこで焦げ目ができず、ガスやススを出さない
で、しかも無機石材屑によく接着し、耐水性にも優れた
合成石材用の接着剤の開発が要望されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は無機接
着材に多様性をもたせ、耐水性に優れたホルマリンフリ
ーで安全性の高い、かつ安価な接着剤を開発することに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、段ボール
や木材の接着剤として安価な水ガラスが利用されていた
ことに着目し、水ガラスとポリリン酸アルミニウム又は
ポリリン酸硼素を特定の割合で反応させて得られる共縮
合物が常温で安定なゾルを形成し、これを木材、紙、ガ
ラス、金属、セラミックあるいは一部を除く合成樹脂の
接着剤として用いると、比較的ゆるやかに固結して、非
可逆性の不溶、不融の固結体を形成することを見いだ
し、この知見を基にさらに研究を重ねて本発明を完成し
た。すなわち本発明は、(1)ポリリン酸アルミニウム
およびポリリン酸ホウ素から選ばれた共縮合物と水ガラ
スを、〔図1〕に示すSiO2、M3 23(M3はアルミニ
ウムまたはホウ素原子)およびP25の重量比が(a)
ゾーンおよび(b)ゾーンにあり、且つ〔図2〕に示す
1 2O(M1はアルカリ金属原子)、H2OおよびSiO
、M (Mは前記と同義)とPの合計
量の重量比が、(c)ゾーンおよび(d)ゾーンにある
組成比において反応させて得られる無機共縮合ゾル、
(2)各成分の重量比が、〔図1〕における(b)ゾー
ン、〔図2〕における(d)ゾーンにある前記(1)記
載の無機共縮合ゾル、(3)前記(1)または(2)の
共縮合ゾルからなる被覆、接着剤、(4)さらに水ガラ
スを含有してなる前記(3)記載の被覆、接着剤、
(5)木材用である前記(3)または(4)記載の被
覆、接着剤、および(6)石材用である前記(3)また
は(4)記載の被覆、接着剤、である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の原料として用いられるポ
リリン酸アルミニウムは、ポリリン酸とアルミン酸が共
縮合した形のものである。ポリリン酸は縮合度が3以上
のものが好ましく、その例として、トリポリリン酸、ト
リメタリン酸、ヘキサメタリン酸などが挙げられる。こ
のポリリン酸アルミニウムは、たとえばポリリン酸とポ
リ塩化アルミニウムなどのアルミン酸塩とを反応させる
ことにより得ることができる。ポリリン酸ホウ素は、ポ
リリン酸とホウ酸とが共縮合した形のもので、ポリリン
酸の例としては、前述と同じものが挙げられる。ポリリ
ン酸ホウ素は、たとえばトリポリリン酸ナトリウムなど
のポリリン酸アルカリとホウ酸またはホウ砂とを反応さ
せることにより得ることができる。本発明のもう一つの
原料として用いられる水ガラスは先に述べたように式M
O・nSiO(Mはアルカリ金属、nはモル
比)で表される珪酸アルカリの濃厚水溶液であり、アル
カリは通常ナトリウムおよびカリウムである。市場で入
手することができる水ガラスは、約50%の水溶液でア
ルカリ性を示す。水ガラスは構成成分であるアルカリ金
属酸化物と無水珪酸とのモル比により、前述のごとく1
号、2号および3号水ガラスなどと呼ばれる。
【0006】次に本発明の無機共縮合ゾルの製造法につ
いて説明する。まず、水ガラスにポリリン酸アルミニウ
ムまたはポリリン酸ホウ素の粉末を少量ずつ徐々に加え
る。反応は発熱反応であるので、反応温度が100℃を
越えないよう注意しながら加える。反応温度は通常50
〜100℃、好ましくは70〜90℃である。反応が完
結すると安定なゾルが得られる。本発明のゾルを得るた
めには、水ガラスとポリリン酸アルミニウムまたはポリ
リン酸ホウ素の重量割合が、SiO2、M3 23およびP
2の比において〔図1〕の(a)および(b)ゾー
ンにあり、且つM O、HOおよび〔SiO+M
+P 〕の比において〔図2〕の(c)ゾ
ーンおよび(d)ゾーン内にあることが必要であり、
〔図1〕における(b)ゾーンおよび〔図2〕における
(d)ゾーン内である場合はさらに安定したゾルを得る
ことができる。得られた無機共縮合ゾルは、つぎのよう
な特徴を有している。 1. 水ガラス単独に加えた場合直ちにゲル化が起こる
硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸
鉄、ポリ塩化鉄を加えてもゲル化することがなく、むし
ろ粘度が低下する。したがってこれらは本発明のゾルの
粘度調節剤として使用される。 2. エタノールやメタノールなどのアルコールを加え
ると脱水して固体となり粉末とすることができるが、こ
れに水を加えると再び元のゲルに戻る。 3. 金属製、ガラス製容器中では10日以内に固化す
るが、ポリエチレンやポリプロピレン容器中ではゾルの
まま安定である。 4. 次の固結剤により固結して、水に不溶の固結体と
なる。 (1)砂糖等の糖類、セルロース、デンプン、キトサ
ン、キチン (2)MgO,CaO,Al,などの金属酸化物 (3)Fe,Zn,Sn,Pbなどの金属 (4)グリオキザール、酢酸エステル等の潜伏性酸 (5)アルミナゲル、シリカゲルなどの固体酸 (6)ベーマイトゾル、ジルコニアゾル、チタニアゾル
などの金属酸化物ゾル 5. スレート、木材、砂、石材、セラミックス、金
属、ガラス、紙、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹
脂によく接着する。
【0007】本発明のゾルはこれらの性質を利用して、
合板、集成材の接着剤、鉱物・砂用結合剤、窯業製品の
接着剤、スレートの被覆剤、壁材の接着剤、繊維の不燃
化剤等の被覆剤または接着剤として用いることができ
る。特に本発明のゾルは、水ガラス単独では接着強度が
不充分なため用いることができなかった桐材の接着に威
力を発揮する。後述の試験例でも示されているように、
桐板を本発明のゾルで張り合わせた場合、乾燥状態では
勿論のこと、1週間水に浸した後も強力な接着力を保持
している。したがってホリマリンフリーで、耐水性、不
燃性等の性質を備えた無機接着剤として極めて有用であ
る。本発明のゾルは、必要によりさらに各種水ガラスや
硫酸バンド(硫酸アルミニウム水溶液)を添加して粘度
を調節して使用に供することができる。添加剤の使用量
は通常ゾルに対し50重量%以内、好ましくは30重量
%以内である。使用法は、一般の被覆剤や接着剤と同様
であり、塗布または接着後、1〜数日間室温で放置すれ
ば実用強度に達する。
【0008】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。 実施例1 撹拌翼を備えた反応容器にJIS規格の1号珪酸ナトリ
ウム(1号水ガラス)10kgを入れ、撹拌下に結晶状
のトリポリリン酸アルミニウム(御弊島化学社製)2k
gを少量ずつ加えた。添加と共に多少発熱するので、反
応温度が100℃を越えないように注意しながら加え、
全量を添加した後さらに2時間、約80℃で撹拌を続け
ると粘度3,000cpsの透明で粘稠なゾルが得られ
た。このゾルを分析したところ次の結果が得られた。 Na2O 14.3重量% SiO2 28.6重量% Al2O3 2.6重量% P2O5 11.5重量% H2O 43.0重量% 得られたゾルをキャップ付きのポリエチレン性容器に入
れ、常温で10日間放置したがゾルは安定であった。 溶出試験 このゾルを5cm×10cmの各種の板またはシート上
に厚さ約0.5mmで塗布し、室温で1日放置した。そ
の後この板またはシートを水に約1時間浸漬し、塗布物
の水への溶出の有無を調べた。結果を〔表1〕に示す。
【0009】
【表1】 〔表1〕に示す通り本発明のゾルは、スレート、木材、
ガラス、セラミックス、金属、紙、ビニロンの板または
シート上では溶出せず水に不溶性となったが、塩化ビニ
ルシート上では塗布物の一部が溶出し不充分な固結を示
した。ポリプロピレンシート上では塗布物が溶出し固結
しないことが判明した。 耐水性試験 10cm×5mmの桐の板を2枚作成した。1枚の板の
片面に実施例1で得られたゾルを10g塗布し、もう1
枚を重ね合わせて四隅を小型万力で加圧して、余分のゾ
ルを周囲にはみ出させ、1週間常温で乾燥して試験片を
得た。得られた試験片に重しをつけて水中に浸漬し1週
間放置した。1週間後試験片を取り出して合わせた板を
剥がそうとしたが、剥がれなかった。
【0010】実施例2 3号水ガラス(n=3.1)1kgを実施例1と同様の
撹拌翼付反応容器に入れた。これにトリポリリン酸ナト
リウム100gと硼酸15gの均一な混合物を少量ずつ
約20分かけて加え、反応液を80℃に保ちながら、さ
らに約2時間撹拌を続けると、透明な粘度3,000c
psのゾルが得られた。これをキャップ付きのポリエチ
レン製容器に収容したところ10日経てもゾル状態に変
化はなかった。このゾル100gに硫酸バンド(30%
硫酸アルミニウム水溶液)30mlを撹拌下に加えてい
くと、粘度は400cpsに低下し、ゾルは保たれてい
た。このゾルを分析したところ次の結果が得られた。 Na2O 9.3重量% SiO2 28.0重量% B2O3 1.4重量% P2O5 5.4重量% H2O 55.9重量% このゾル15gと鋳型用砂100gとをよく混合し、1
0cm×10cm×1cmのポリエチレン製の型に流し
込んで、常温で1日放置したちころ不溶・不融の成形物
が得られた。なお、3号水ガラス100gに撹拌下で硫
酸バンド30mlを加えると直ちにゲル化して混合でき
なかった。
【0011】実施例3 ヘキサメタリン酸ソーダ100gを水80mlに溶か
し、これに塩化アルミニウム・6水和物15gを加えて
よく撹拌した。これにエタノール70mlを加えると脱
水反応が起こり、半透明のゴム状塊が分離してきた。実
施例1で用いたと同様の反応容器に1号珪酸カリウム1
50gに上記で得られたゴム状塊を入れて撹拌を続ける
と塊は次第に水ガラスと融和して均一な透明のゾルが得
られた。これをさらに80℃で約1時間撹拌し続けると
粘度約4,000cpsのゾルが得られた。このゾルを
分析したところ次の結果が得られた。 K2O 15.2重量% SiO2 30.5重量% Al2O3 6.3重量% P2O3 13.5重量% H2O 34.5重量% 得られたゾル15gと寒水石100gをよく混合し、1
0cm×10cm×1cmのポリエチレン製の型に流し
込み常温で1日放置したところ不溶の白色成形物が得ら
れた。
【0012】
【発明の効果】本発明の無機共縮合ゾルはポリオレフィ
ン系樹脂容器中では長期に亙り安定したゾルを保持し、
木材、金属、ガラス、セラミックス、紙等の被覆剤、接
着剤としてホルマリンフリーで優れた接着性、耐水性お
よび不燃性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明ゾルの成分組成図
【図2】本発明ゾルの成分組成図
【符号の説明】
(a):ゾル形成の範囲 (b):より好ましいゾル形成の範囲 (c):ゾル形成の範囲 (d):より好ましいゾル形成の範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海野 俊一 大阪府茨木市沢良宜浜2丁目24番13号 Fターム(参考) 4G072 AA28 AA35 AA36 CC01 GG01 GG02 HH21 JJ34 LL06 MM01 MM02 RR06 UU30 4J038 AA011 HA156 HA216 HA426 HA446 HA486 NA04 NA12 PB05 PC02 PC03 PC06 PC08 PC11 4J040 AA011 HA281 HA282 HA311 HA312 HA321 HA322 LA07 MA02 MA04 MA05 MA08 MA09 MA10 NA12

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリリン酸アルミニウムおよびポリリン酸
    ホウ素から選ばれた共縮合物と水ガラスを、〔図1〕に
    示すSiO2、M3 23(M3はアルミニウムまたはホウ素
    原子)およびP25の重量比が(a)ゾーンおよび
    (b)ゾーンにあり、且つ〔図2〕に示すM1 2O(M1
    はアルカリ金属原子)、H2OおよびSiO、M
    (Mは前記と同義)とPの合計量の重量比
    が、(c)ゾーンおよび(d)ゾーンにある組成比にお
    いて反応させて得られる無機共縮合ゾル。
  2. 【請求項2】各成分の重量比が、〔図1〕における
    (b)ゾーン、〔図2〕における(d)ゾーンにある請
    求項1記載の無機共縮合ゾル。
  3. 【請求項3】請求項1または2の共縮合ゾルからなる被
    覆、接着剤。
  4. 【請求項4】さらに水ガラスを含有してなる請求項3記
    載の被覆、接着剤。
  5. 【請求項5】木材用である請求項3または4記載の被
    覆、接着剤。
  6. 【請求項6】石材用である請求項3または4記載の被
    覆、接着剤。
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