JP2002003842A - 地山固結用薬液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低温での浸透性および発泡性に優れ、環境汚染
を防止することができる地山固結用薬液を提供する。 【解決手段】ポリオールを必須成分とするＡ液と、下記
の一般式（１）で表されるイソシアネートからなるＢ液
を組み合わた地山固結用薬液であって、上記ポリオール
が、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよび
トリエチレングリコールからなる群から選ばれた少なく
とも一つの低分子量グリコールをポリオール全体の８０
重量％以上含有し、かつ、上記イソシアネートが、上記
一般式（１）においてｎ＝０の２核体をイソシアネート
全体の２０〜７０重量％含有している。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱な地山（地
盤，岩盤等も含む）を固結安定化するために用いられる
地山固結用薬液に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、軟弱な岩盤等に穴を開けてト
ンネル工事を行う場合、トンネル切羽の天盤の落下防止
のため、トンネル切羽先端の天盤部に、天盤のアーチに
沿って孔を穿設し、この孔内に二液硬化型の薬液を注入
して岩盤に浸透させ硬化させることにより強化すること
が行われている。このような二液硬化型薬液としては、
ポリオールを主成分とするＡ液と、イソシアネートにア
ルキレンカーボネート類等の減粘剤（溶剤）を添加して
なるＢ液とを組み合わせたウレタン系薬液が使用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のウレタン系薬液は、減粘剤を添加して低粘度化を図
っているが、低温（５℃以下）での低粘度化が不充分で
あり、低温での浸透性が悪く、発泡倍率が低いという難
点がある。また、上記減粘剤は反応に関与しないため、
溶剤として流出し、環境汚染が生じる等の問題もある。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、低温での浸透性および発泡性に優れ、環境汚染
を防止することができる地山固結用薬液の提供をその目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の地山固結用薬液は、ポリオールを必須成
分とするＡ液と、下記の一般式（１）で表されるイソシ
アネートからなるＢ液を組み合わせた地山固結用薬液で
あって、上記ポリオールが、エチレングリコール、ジエ
チレングリコールおよびトリエチレングリコールからな
る群から選ばれた少なくとも一つの低分子量グリコール
をポリオール全体の８０重量％以上含有し、かつ、上記
イソシアネートが、上記一般式（１）においてｎ＝０の
２核体をイソシアネート全体の２０〜７０重量％含有し
ているという構成をとる。

【０００６】

【化２】

【０００７】すなわち、本発明者らは、低温での浸透性
および発泡性に優れ、環境汚染を防止することができる
地山固結用薬液を得るため鋭意研究を重ねた。そして、
Ａ液中のポリオールの主成分として、エチレングリコー
ル、ジエチレングリコールおよびトリエチレングリコー
ルからなる群から選ばれた少なくとも一つの低分子量グ
リコールを特定量以上用いると、ポリオール全体の分子
量を小さくでき、Ａ液の粘度が小さくなることを突き止
めた。また、上記一般式（１）において、ｎ＝０の２核
体を特定量含有するイソシアネートを用いると、減粘剤
を用いることなしに低粘度化することができることを突
き止めた。その結果、上記特定のポリオールと、特定の
イソシアネートを併用してなる地山固結用薬液は、低温
での浸透性および発泡性に優れ、環境汚染を防止するこ
とができることを見出し、本発明に到達した。

【０００８】なお、本発明において、低温とは５℃以下
のことをいう。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１０】本発明の地山固結用薬液は、ポリオールを
必須成分とするＡ液と、上記一般式（１）で表されるイ
ソシアネートからなるＢ液を用いて得ることができる。
そして、本発明は、上記ポリオールが、エチレングリコ
ール、ジエチレングリコールおよびトリエチレングリコ
ールからなる群から選ばれた少なくとも一つの低分子量
グリコールをポリオール全体の８０重量％以上含有し、
かつ、上記イソシアネートが、上記一般式（１）におい
てｎ＝０の２核体をイソシアネート全体の２０〜７０重
量％含有していることが最大の特徴である。

【００１１】上記低分子量グリコールとして用いられる
エチレングリコール（ＥＧ）は、構造式ＨＯＣＨ₂ ＣＨ
₂ ＯＨで表され、分子量＝６２、粘度＝１６ｍＰａ・ｓ
／２５℃、ＯＨＶ＝１８１０ｍｇＫＯＨ／ｇである。上
記ジエチレングリコール（ＤＥＧ）は、構造式ＨＯ（Ｃ
Ｈ₂ ＣＨ₂ Ｏ）₂ Ｈで表され、分子量＝１０６、粘度＝
２８ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨＶ＝１０５７ｍｇＫＯＨ
／ｇである。上記トリエチレングリコール（ＴＥＧ）
は、構造式ＨＯ（ＣＨ₂ ＣＨ₂ Ｏ）₃ Ｈで表され、分子
量＝１５０、粘度＝４０ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨＶ＝
７４８ｍｇＫＯＨ／ｇである。

【００１２】上記低分子量グリコールの含有割合は、ポ
リオール全体の８０重量％以上に設定する必要があり、
好ましくは８５〜１００重量％である。すなわち、低分
子量グリコールの割合が８０重量％未満であると、低分
子量グリコール以外のポリオールの割合が増え、Ａ液の
粘度が大きくなる傾向があるからである。

【００１３】上記低分子量グリコールと併用可能である
ポリオールとしては、特に限定はなく、例えば、ポリエ
チレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリ
アルキレングリコールがあげられる。また、水，グリセ
リン，トリメチロールプロパン，トリエタノールアミ
ン，ペンタエリスリトール，エチレンジアミン，ソルビ
トール，砂糖およびトリレンジアミン等の芳香族アミン
等の多官能基の活性水素化合物を基剤として、これらを
単独でもしくは２種以上併せた化合物に、アルキレンオ
キサイドを開環重合させたポリエーテルポリオールがあ
げられる。上記アルキレンオキサイドとしては、エチレ
ンオキサイド，プロピレンオキサイド等があげられる。
さらにこれらアルキレンオキサイドを組み合わせてブロ
ック重合させたり、ランダム重合させたポリエーテルポ
リオールも含まれる。

【００１４】上記低分子量グリコールと併用されるポリ
オールの数平均分子量（Ｍｎ）は、１０００以下が好ま
しく、特に好ましくは４００〜９００である。すなわ
ち、１０００を超えると、ポリオールとイソシアネート
の反応が遅くなり、発泡反応のバランスが悪くなり、強
度発現が悪くなったり、粘度が急激に上がる傾向がある
からである。

【００１５】上記低分子量グリコールと併用されるポリ
オールの水酸基価（ＯＨＶ）は、２００ｍｇＫＯＨ／ｇ
以上が好ましく、特に好ましくは２５０〜４００ｍｇＫ
ＯＨ／ｇである。すなわち、２００ｍｇＫＯＨ／ｇ未満
であると、発泡（泡化）反応と樹脂化反応のバランスが
悪くなり、発泡倍率が低下する傾向があるからである。

【００１６】なお、上記Ａ液には、発泡開始時間を調整
する目的で、アミン触媒を配合しても差し支えない。上
記アミン触媒としては、例えば、トリエチレンジアミ
ン、ビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル、テトラ
メチルヘキサメチレンジアミン、テトラメチルプロパン
−１，３−ジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミ
ン、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、トリメチ
ルアミノエチルピペラジン、１−メチルイミダゾール、
２−メチルイミダゾール、１，２−メチルイミダゾー
ル、１−イソブチル−２−メチルイミダゾール等があげ
られる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いら
れる。

【００１７】上記アミン触媒の配合量は、上記ポリオー
ル（低分子量グリコールを含む）１００重量部（以下
「部」と略す）に対して、０．１〜５部の範囲に設定す
ることが好ましく、特に好ましくは０．１〜２部であ
る。

【００１８】また、上記Ａ液には、整泡剤、難燃剤等を
配合しても差し支えない。上記整泡剤としては、例え
ば、ポリオキシアルキレン・ジメチルポリシロキサンコ
ポリマー、オルガノポリシロキサン、オキシエチル化高
級アルコール等があげられ、これらは単独でもしくは２
種以上併せて用いられる。上記難燃剤としては、例え
ば、トリスクロロプロピルホスフェート、トリス・β−
クロロプロピルホスフェート等があげられ、これらは単
独でもしくは２種以上併せて用いられる。

【００１９】上記Ａ液の粘度は、６０ｍＰａ・ｓ／２５
℃以下に設定することが好ましく、特に好ましくは５０
ｍＰａ・ｓ／２５℃以下である。すなわち、６０ｍＰａ
・ｓ／２５℃を超えると、浸透性が悪く、発泡安定性に
劣る傾向が見られるからである。

【００２０】上記Ａ液と組み合わせて用いられるＢ液中
のイソシアネートは、下記の一般式（１）で表されるも
のであり、ｎ＝０の２核体をイソシアネート全体の２０
〜７０重量％、好ましくは４５〜６５重量％含有したも
のである。すなわち、２核体が全体の２０重量％未満で
あると、イソシアネート自体の粘度が高くなりすぎ、逆
に７０重量％を超えると、低温時結晶化が起こり、凝固
してしまうからである。

【００２１】

【化３】

【００２２】上記２核体は、一般に、メチレン基（−Ｃ
Ｈ₂ −）に対してオルト位またはパラ位にＮＣＯ基が位
置する、下記の３種類の異性体が混在したものである。

【００２３】 下記の構造式（２）で表されるジフェ
ニルメタン−２，４−ジイソシアネート（以下「２，４
体」という）。

【００２４】

【化４】

【００２５】 下記の構造式（３）で表されるジフェ
ニルメタン−２，２′−ジイソシアネート（以下「２，
２体」という）。

【００２６】

【化５】

【００２７】 下記の構造式（４）で表されるジフェ
ニルメタン−４，４′−ジイソシアネート（以下「４，
４体」という）。

【００２８】

【化６】

【００２９】上記２，４体の割合は、２核体全体の２０
〜５０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好
ましくは２０〜３５重量％である。上記２，２体の割合
は、２核体全体の２重量％以下に設定することが好まし
く、特に好ましくは１重量％以下である。上記４，４体
の割合は、２核体全体の５０〜８０重量％の範囲に設定
することが好ましく、特に好ましくは６５〜８０重量％
である。

【００３０】上記Ｂ液の粘度は、６０ｍＰａ・ｓ／２５
℃以下に設定することが好ましい。すなわち、Ｂ液の粘
度が６０ｍＰａ・ｓ／２５℃を超えると、浸透性が悪く
なる傾向がみられるからである。

【００３１】そして、本発明の地山固結用薬液における
Ａ液とＢ液の混合比は、重量比で、Ａ液：Ｂ液＝１：
０．５〜１：６の範囲に設定することが好ましく、特に
好ましくはＡ液：Ｂ液＝１：１〜１：３である。

【００３２】本発明の地山固結用薬液は、得られる発泡
体（発泡ウレタン）の発泡倍率が６倍以上であることが
好ましく、特に好ましくは８倍以上である。

【００３３】なお、本発明の地山固結用薬液は、ＮＣＯ
ＩＮＤＥＸを１．３程度に設定することが好ましく、
例えば、地山内に涌水が存在する場合にも、安定した固
結強度を維持することができる。

【００３４】本発明の地山固結用薬液は、例えば、破砕
帯を有する岩盤や砂礫層等の堆積層に代表される軟弱地
盤、あるいはコンクリート中のクラックや空隙に注入さ
れ、これらを固結安定化するために用いられる。注入方
法については、注入の直前に二液の混合が確実に行われ
る方法であれば特に限定はなく、任意の方法が使用でき
る。典型的な方法は、以下のとおりである。まず、注入
を行うべく岩盤等にあらかじめ所定間隔で孔を穿ち、逆
止弁および静止ミキサーを備えた有孔の注入ボルトまた
は注入ロッドのような注入管を固定する。一方、Ａ液と
Ｂ液をそれぞれタンクに装入し、ホースおよび継手を通
して各液を上記注入管内に所定の圧力で注入する。両液
は、静止ミキサーを通して均一混合され、地盤等の対象
物中に注入される。なお、対象とする地盤等の種類また
は部位に応じて注入方法や注入量は適宜変更される。こ
うした岩盤固結方法の詳細については、例えば、本出願
人の出願にかかる特開昭６２−２８８２１３号公報に記
載されている。

【００３５】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３６】まず、実施例および比較例に先立ち、下記
に示す材料を準備した。

【００３７】〔ポリオール（低分子量グリコール）〕エ
チレングリコール（ＥＧ）〔分子量：６２、粘度：１６
ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨＶ：１８１０ｍｇＫＯＨ／
ｇ〕

【００３８】〔ポリオール（低分子量グリコール）〕ジ
エチレングリコール（ＤＥＧ）〔分子量：１０６、粘
度：２８ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨＶ：１０５７ｍｇＫ
ＯＨ／ｇ〕

【００３９】〔ポリオール（低分子量グリコール）〕ト
リエチレングリコール（ＴＥＧ）〔分子量：１５０、粘
度：４０ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨＶ：７４８ｍｇＫＯ
Ｈ／ｇ〕

【００４０】〔ポリオール〕ポリプロピレングリコール
（武田薬品工業社製、アクトコールＧ−２５０）〔分子
量：６７０、粘度：２５０ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨ
Ｖ：２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ〕

【００４１】〔ポリオール〕トリレンジアミンを基剤と
してプロピレンオキサイドを重合した４官能基のポリエ
ーテルポリオール（武田薬品工業社製、アクトコールＤ
Ｔ−２５０）〔分子量：８８０、粘度：２１００ｍＰａ
・ｓ／２５℃、ＯＨＶ：２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ〕

【００４２】〔ポリオール〕トリエタノールアミン（三
井化学社製、トリエタノールアミン）〔分子量：１４
９、粘度：５００ｍＰａ・ｓ／２５℃、ＯＨＶ：１１２
８ｍｇＫＯＨ／ｇ〕

【００４３】〔ポリオール〕ソルビトールを基剤として
プロピレンオキサイドを重合した６官能基のポリエーテ
ルポリオール（武田薬品工業社製、アクトコールＧＲ−
１７）〔分子量：９１０、粘度：２０００ｍＰａ・ｓ／
２５℃、ＯＨＶ：３７０ｍｇＫＯＨ／ｇ〕

【００４４】〔第三級アミン触媒〕Ｎ，Ｎ，Ｎ′，
Ｎ″，Ｎ″−ペンタメチルジエチレントリアミン（花王
社製、カオライザーNo. ３）

【００４５】〔整泡剤〕ポリオキシアルキレン・ジメチ
ルポリシロキサンコポリマー（日本ユニカー社製、ＳＺ
−１６２７）

【００４６】〔イソシアネート〕下記の表１に示すイソ
シアネート〜を準備した。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【実施例１】〔発泡倍率〕後記の表２に示す各成分を同
表に示す割合で配合してなるＡ液と、低粘度イソシアネ
ートからなるＢ液を所定の混合比（重量比）で混合し、
これらを１リットルのディスカップにとり、攪拌装置
（スリーワンモーター）を用いて、所定の液温（５℃、
２０℃）で１０００ｒｐｍ×１０秒間攪拌し反応させ
た。そして、反応終了後の発泡高さ（ｃｍ）を測定し、
発泡倍率を求めた。

【００４９】また、上記薬液を用いて、下記の基準に従
い、浸透性の評価を行い、その結果を後記の表２に併せ
て示した。

【００５０】〔浸透性〕直径４０ｍｍの筒状の容器に４
号珪砂を２７０ｇ充填し、これに上記Ａ液およびＢ液を
所定の重量比で注型した時の、液温（５℃）における薬
液の浸透距離を測定した。そして、浸透距離が８ｃｍ以
上のものを○、８ｃｍ未満のものを×として表示した。

【００５１】

【実施例２〜２６、比較例１，２】Ａ液の配合組成およ
びＢ液のイソシアネートの種類を下記の表２〜表６に示
すように変更した。それ以外は、上記実施例１と同様に
して発泡倍率および浸透性の評価を行った。これらの結
果を下記の表２〜表６に併せて示した。

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】

【表５】

【００５６】

【表６】

【００５７】上記表２〜表６の結果から、実施例品は、
低分子量グリコールを特定量以上含有する特定のポリオ
ールと、２核体の含有量が特定の範囲に設定された特定
のイソシアネートとを組み合わせたものであるため、低
温時の浸透性に優れていることがわかる。また、低温時
の発泡倍率および２０℃の発泡倍率がいずれも高いこと
から、発泡安定性に優れていることがわかる。

【００５８】これに対して、比較例１，２品は、低分子
量グリコールを特定量以上含有する特定のポリオールを
用いているが、２核体の含有量が特定の範囲から外れた
イソシアネートを用いているため、低温時の浸透性が悪
く、発泡倍率も低いことがわかる。また、比較例２品
は、イソシアネート中の２核体の含有量が高すぎるた
め、低温時（５℃）にイソシアネートの結晶化が起こ
り、凝固した。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明の地山固結用薬液
は、低分子量グリコールを特定量以上含有する特定のポ
リオールと、２核体の含有量が特定の範囲に設定された
特定のイソシアネートとを組み合わせたものであるた
め、低温時の浸透性および発泡性に優れている。また、
減粘剤等の溶剤を使用しないため、環境汚染を防止する
ことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田 信也 愛知県小牧市東三丁目１番地 東海ゴム工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 2D040 AA06 AB01 AC01 AC03 AC05 BB09 CA10 CB03 CD08 4H026 CB08 CC06 4J034 BA02 BA06 BA08 CA04 CA15 CB03 CB07 CC03 DB04 DB07 DC50 DG03 DG04 DG23 HA01 HA02 HA07 HA08 HA09 HC12 HC61 HC63 HC64 HC65 HC67 JA02 JA12 JA14 KA01 KB02 RA10 RA19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリオールを必須成分とするＡ液と、下
   記の一般式（１）で表されるイソシアネートからなるＢ
   液を組み合わせた地山固結用薬液であって、上記ポリオ
   ールが、エチレングリコール、ジエチレングリコールお
   よびトリエチレングリコールからなる群から選ばれた少
   なくとも一つの低分子量グリコールをポリオール全体の
   ８０重量％以上含有し、かつ、上記イソシアネートが、
   上記一般式（１）においてｎ＝０の２核体をイソシアネ
   ート全体の２０〜７０重量％含有していることを特徴と
   する地山固結用薬液。 【化１】
2. 【請求項２】 Ｂ液の粘度が６０ｍＰａ・ｓ／２５℃以
   下である請求項１記載の地山固結用薬液。