JP2004131332A - 無機バインダー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な２液タイプの無機バインダー及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】第一リン酸アルミニウムとして５０％の溶液を用い、酸性コロイダルシリカとしてシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍでｐＨ＝２〜４のものを用いて、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝１．６で混合反応させた溶液Ｉに、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝２．０で混合した溶液ＩＩを溶液Ｉ／溶液ＩＩ＝１．２５で滴定すると、メタカオリンとの反応性を有しながら耐水性に優れた溶液を製造できる。メタカオリンはカオリナイトを約７００℃で加熱処理して製造した。（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液／メタカオリンを３．５以下の混合比で混合することによって両者が完全に均一に固化して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる。
【選択図】 なし
【解決手段】第一リン酸アルミニウムとして５０％の溶液を用い、酸性コロイダルシリカとしてシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍでｐＨ＝２〜４のものを用いて、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝１．６で混合反応させた溶液Ｉに、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝２．０で混合した溶液ＩＩを溶液Ｉ／溶液ＩＩ＝１．２５で滴定すると、メタカオリンとの反応性を有しながら耐水性に優れた溶液を製造できる。メタカオリンはカオリナイトを約７００℃で加熱処理して製造した。（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液／メタカオリンを３．５以下の混合比で混合することによって両者が完全に均一に固化して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強固な密着性を有するとともに耐水性と耐熱性に優れ、自動車製造、不燃処理剤等の分野に応用することができる２液タイプの酸性の無機バインダー及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開昭５２−１１２６２２号公報
【特許文献２】特開平１０−２２５６４０号公報
例えば、従来、自動車のエンジン周りのフードとしてはグラスウールをフェノール樹脂で成形し加熱硬化したもの等が用いられており、また自動車の成形天井のクッション材としてもパルプ、粗毛等をフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で加熱圧着したもの等が使用されている。このように、従来、バインダーとしてフェノール樹脂等の有機バインダーが用いられている例が多い。
【０００３】
一方、無機バインダーとしては、上記特許文献１に記載されているようなリン酸または水可溶性金属リン酸塩溶液とポリアミンとの活性処理した金属の酸化物を混合攪拌して変性リン酸化合物または変性リン酸塩溶液を得、然る後アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を混合して得た無機質組成物にコロイダルシリカを混合して得られる自硬性無機質組成物がある。この文献には、コロイダルシリカを混合することによって、耐水性が向上することが記載されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、光触媒粒子を水ガラス・コロイダルシリカ・ポリオルガノシロキサン等のケイ素化合物、リン酸塩、セメント等の無機系結着剤を介して基体上に接着して光触媒体を作る技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェノール樹脂等の有機バインダーで成形した前記フードやクッション材等は熱に弱く、高温では焦げたり変形してしまう。また、フェノール樹脂等の有機バインダーの発する気体（臭い）は人体に有害であるため、工場内に大きな脱臭装置を設けなければならず、設備投資にコストがかかっていた。
【０００６】
一方、無機バインダーは一般に熱には強く、また水性であるため有害な臭いを発することもないので防臭装置も必要ない。しかし、無機バインダーに強固な密着性を持たせるには成分の混合比の制御が難しく、また一般に乾燥固化後の耐水性が乏しいという問題点があった。さらに、上記特許文献１及び特許文献２に記載されているように、従来の多くの無機バインダーがアルカリ性であり、光触媒等の酸性触媒を基体上に接着して光触媒体を作る際に反応してゲル化したりするため、酸性の無機バインダーが望まれていた。さらに、アルカリに弱い植物繊維の成形・接着を行うためにも強固な密着性を有する酸性の無機バインダーが求められていた。さらに、カオリナイトを加熱処理して得られるメタカオリンは各種の水溶性アルカリケイ酸塩を添加することで硬化することは知られているが、酸性の添加剤で硬化させて耐水性に優れたものはこれまで知られていなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な酸性の無機バインダー及びその製造方法の提供を課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる無機バインダーは、リン酸アルミニウムと、該リン酸アルミニウムに添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【０００９】
カオリン（鉱物名カオリナイト）を約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。このメタカオリンをリン酸アルミニウムと溶液中で反応させると、次第に粘性が高くなってやがて均一固化する。固化させるための成分比は、リン酸アルミニウム／メタカオリンの比率が約２．０以下であれば良い。このように、カオリンを加熱処理して得られる反応性に富むメタカオリンとすることによって、リン酸アルミニウムと反応して耐水性、耐熱性に優れた皮膜が得られる、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、２液タイプの無機バインダーとなる。
【００１０】
請求項２の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させて得た安定溶液と、該安定溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００１１】
第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超える場合には範囲内であっても不安定な反応速度の速い混合溶液が得られる。反応が完了して得られる安定溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００１２】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００１３】
請求項３の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させた安定溶液に、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させた反応溶液と、該反応溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００１４】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記溶液に添加して反応させると、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００１５】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００１６】
請求項４の発明にかかる無機バインダーは、請求項３の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、無機バインダーとしての使用時におけるこの混合溶液と前記メタカオリンの混合比が混合溶液／メタカオリン≦約３．５で、前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００１７】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００１８】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００１９】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００２０】
このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００２１】
請求項５の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させ安定溶液を得る工程と、前記安定溶液に添加して反応固化させるためにカオリンを加熱処理してメタカオリンとする工程とを具備するものである。
【００２２】
前述の如く、カオリンを約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。また、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると反応完了後に安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超えると範囲内でも不安定で反応速度の速い溶液が得られる。反応が完了して安定した溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。
このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００２３】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００２４】
請求項６の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項５の構成において、前記安定溶液を得る工程と、前記メタカオリンとする工程の間に、前記安定溶液に水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させ反応溶液を得る工程を追加したものである。
【００２５】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合すると混合溶液が反応して安定溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記安定溶液に添加して反応させると、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００２６】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００２７】
請求項７の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項６の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、この混合溶液に添加して反応固化させるために前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００２８】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００２９】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００３０】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００３１】
このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３３】
まず、本発明の実施の形態における無機バインダーの製造方法の一例について説明する。第一リン酸アルミニウムとして５０％の溶液を用い、酸性コロイダルシリカとしてシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍでｐＨ＝２〜４のものを用いて、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝１．６で混合反応させた溶液（混合比が１．６であるから不安定で反応は比較的速く進行する。
）Ｉに、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝２．０で混合した溶液ＩＩを添加すると、上述したように耐水性を向上させることができる。溶液Ｉ／溶液ＩＩ＝１．２５で溶液Ｉに溶液ＩＩを滴定すると、メタカオリンとの反応性を有しながら耐水性に優れた溶液を製造できる。この溶液はｐＨ＝２〜５であり、約１２時間放置後にゲル化するので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。一方、メタカオリンはカオリナイト（カオリン）を約７００℃で加熱処理して製造した。カオリナイトを熱処理によってメタカオリンに変化させる化学式は、次式（１）で表される。
【００３４】
【化１】
Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２２Ｈ２Ｏ → Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ ……（１）
【００３５】
（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液とメタカオリンの反応は全ての範囲で起こるが、溶液の固定（完全に均一な固化）には（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液／メタカオリン≦３．５であることが必要になる。この比率が３．５を超える場合には、メタカオリンと反応できなかった溶液が分離して均一な反応ができない。（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液／メタカオリンを３．５以下の混合比で混合することによって両者が完全に均一に固化して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる皮膜・塗膜・接着層・ブロック・成形体等になる。
【００３６】
このようにして、本実施の形態においては、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる、（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーが製造される。
【００３７】
次に、その他の例について説明する。第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合比１．０または２．０で作製した溶液（Ａ）に、ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合比１．０または２．０で作製した溶液（Ｂ）を添加すると、耐水性に優れた反応溶液を得ることができる。そのときの比率は第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝２．０〜１．０である。その例を［表１］に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
混合比２．０で作製した溶液Ａ（「ＳＴ／０．５」の場合）は不安定で短時間で反応が進行して安定溶液となる。これに対して、混合比１．０で作製した溶液Ａ（「ＳＴ／１．０」の場合）は安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、溶液Ａの反応が完全に終了してから溶液Ｂ（「ＳＴ／０．５」の場合はケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合比が２．０、「ＳＴ／１．０」の場合は混合比が１．０）を添加する。ここでは、［表１］に示されるように、「ＳＴ／０．５」の場合も「ＳＴ／１．０」の場合も溶液Ａ／溶液Ｂの混合比１．２５としている。
【００４０】
一方、カオリナイト（カオリン）を約７００℃で加熱処理してメタカオリンを製造した。このようにして、（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の混合溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーが製造される。ここで、この無機バインダーを使用する際の２液の混合比を変化させて、硬化後の硬さを比較した。両者が完全に均一に固化するのは（溶液Ａ＋溶液Ｂ）／メタカオリン≦３．５のときであるので、この範囲内で混合比を変化させた。（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の混合溶液としては「ＳＴ／０．５」の成分比のものを使用した。結果を［表２］に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
［表２］に示されるように、（溶液Ａ＋溶液Ｂ）／メタカオリンの混合比を実施例１〜実施例５の５種類に変化させた。（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の重量は４０に固定して、メタカオリンの割合を次第に増やしていった。実施例１では混合比３．３と（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の割合が大きく、限界値の３．５に近いが、硬化硬さは「軟」であり、比較的軟らかい固化物が得られた。実施例２では混合比は２．５、実施例３では２．０、実施例４では１．７と次第にメタカオリンの量を増やしていったが、この範囲内では硬化硬さは「中」であり、中程度の硬さの固化物が得られた。そして、実施例５では混合比１．４としてかなりメタカオリンの量を多くしたところ、硬化硬さは「硬」であり、比較的硬い固化物が得られることが分かった。
【００４３】
このように、メタカオリンの割合を大きくするほど２液タイプの無機バインダーは硬く固化することが明らかになった。但し、これらの硬化硬さは密閉容器中で試験したときのものであり、開放雰囲気中では実施例１の固化物も乾燥してより硬くなるので、実施例１〜実施例５の硬化硬さの差はより縮まって、実施例１の混合比でも十分に実用に耐え得るものと思われる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる無機バインダーは、リン酸アルミニウムと、該リン酸アルミニウムに添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００４５】
カオリン（鉱物名カオリナイト）を約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。このメタカオリンをリン酸アルミニウムと溶液中で反応させると、次第に粘性が高くなってやがて均一固化する。固化させるための成分比は、リン酸アルミニウム／メタカオリンの比率が約２．０以下であれば良い。このように、カオリンを加熱処理して得られる反応性に富むメタカオリンとすることによって、リン酸アルミニウムと反応して耐水性、耐熱性に優れた皮膜が得られる、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、２液タイプの無機バインダーとなる。
【００４６】
請求項２の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させて得た安定溶液と、該安定溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００４７】
第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超える場合には範囲内であっても不安定な反応速度の速い混合溶液が得られる。反応が完了して得られる安定溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００４８】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００４９】
請求項３の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させた安定溶液に、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させた反応溶液と、該反応溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００５０】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記溶液に添加して反応させると、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００５１】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００５２】
請求項４の発明にかかる無機バインダーは、請求項３の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、無機バインダーとしての使用時におけるこの混合溶液と前記メタカオリンの混合比が混合溶液／メタカオリン≦約３．５で、前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００５３】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００５４】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００５５】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００５６】
請求項３に記載の効果に加えて、このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００５７】
請求項５の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させ安定溶液を得る工程と、前記安定溶液に添加して反応固化させるためにカオリンを加熱処理してメタカオリンとする工程とを具備するものである。
【００５８】
前述の如く、カオリンを約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。また、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると反応完了後に安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超えると範囲内でも不安定で反応速度の速い溶液が得られる。反応が完了して安定した溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。
このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００５９】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００６０】
請求項６の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項５の構成において、前記安定溶液を得る工程と、前記メタカオリンとする工程の間に、前記安定溶液に水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させ反応溶液を得る工程を追加したものである。
【００６１】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合すると混合溶液が反応して安定溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記安定溶液に添加して反応させると、請求項５に記載の効果に加えて、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００６２】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００６３】
請求項７の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項６の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、この混合溶液に添加して反応固化させるために前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００６４】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００６５】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００６６】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００６７】
請求項６に記載の効果に加えて、このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、強固な密着性を有するとともに耐水性と耐熱性に優れ、自動車製造、不燃処理剤等の分野に応用することができる２液タイプの酸性の無機バインダー及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開昭５２−１１２６２２号公報
【特許文献２】特開平１０−２２５６４０号公報
例えば、従来、自動車のエンジン周りのフードとしてはグラスウールをフェノール樹脂で成形し加熱硬化したもの等が用いられており、また自動車の成形天井のクッション材としてもパルプ、粗毛等をフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で加熱圧着したもの等が使用されている。このように、従来、バインダーとしてフェノール樹脂等の有機バインダーが用いられている例が多い。
【０００３】
一方、無機バインダーとしては、上記特許文献１に記載されているようなリン酸または水可溶性金属リン酸塩溶液とポリアミンとの活性処理した金属の酸化物を混合攪拌して変性リン酸化合物または変性リン酸塩溶液を得、然る後アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を混合して得た無機質組成物にコロイダルシリカを混合して得られる自硬性無機質組成物がある。この文献には、コロイダルシリカを混合することによって、耐水性が向上することが記載されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、光触媒粒子を水ガラス・コロイダルシリカ・ポリオルガノシロキサン等のケイ素化合物、リン酸塩、セメント等の無機系結着剤を介して基体上に接着して光触媒体を作る技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェノール樹脂等の有機バインダーで成形した前記フードやクッション材等は熱に弱く、高温では焦げたり変形してしまう。また、フェノール樹脂等の有機バインダーの発する気体（臭い）は人体に有害であるため、工場内に大きな脱臭装置を設けなければならず、設備投資にコストがかかっていた。
【０００６】
一方、無機バインダーは一般に熱には強く、また水性であるため有害な臭いを発することもないので防臭装置も必要ない。しかし、無機バインダーに強固な密着性を持たせるには成分の混合比の制御が難しく、また一般に乾燥固化後の耐水性が乏しいという問題点があった。さらに、上記特許文献１及び特許文献２に記載されているように、従来の多くの無機バインダーがアルカリ性であり、光触媒等の酸性触媒を基体上に接着して光触媒体を作る際に反応してゲル化したりするため、酸性の無機バインダーが望まれていた。さらに、アルカリに弱い植物繊維の成形・接着を行うためにも強固な密着性を有する酸性の無機バインダーが求められていた。さらに、カオリナイトを加熱処理して得られるメタカオリンは各種の水溶性アルカリケイ酸塩を添加することで硬化することは知られているが、酸性の添加剤で硬化させて耐水性に優れたものはこれまで知られていなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な酸性の無機バインダー及びその製造方法の提供を課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる無機バインダーは、リン酸アルミニウムと、該リン酸アルミニウムに添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【０００９】
カオリン（鉱物名カオリナイト）を約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。このメタカオリンをリン酸アルミニウムと溶液中で反応させると、次第に粘性が高くなってやがて均一固化する。固化させるための成分比は、リン酸アルミニウム／メタカオリンの比率が約２．０以下であれば良い。このように、カオリンを加熱処理して得られる反応性に富むメタカオリンとすることによって、リン酸アルミニウムと反応して耐水性、耐熱性に優れた皮膜が得られる、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、２液タイプの無機バインダーとなる。
【００１０】
請求項２の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させて得た安定溶液と、該安定溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００１１】
第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超える場合には範囲内であっても不安定な反応速度の速い混合溶液が得られる。反応が完了して得られる安定溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００１２】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００１３】
請求項３の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させた安定溶液に、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させた反応溶液と、該反応溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００１４】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記溶液に添加して反応させると、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００１５】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００１６】
請求項４の発明にかかる無機バインダーは、請求項３の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、無機バインダーとしての使用時におけるこの混合溶液と前記メタカオリンの混合比が混合溶液／メタカオリン≦約３．５で、前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００１７】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００１８】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００１９】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００２０】
このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００２１】
請求項５の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させ安定溶液を得る工程と、前記安定溶液に添加して反応固化させるためにカオリンを加熱処理してメタカオリンとする工程とを具備するものである。
【００２２】
前述の如く、カオリンを約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。また、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると反応完了後に安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超えると範囲内でも不安定で反応速度の速い溶液が得られる。反応が完了して安定した溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。
このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００２３】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００２４】
請求項６の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項５の構成において、前記安定溶液を得る工程と、前記メタカオリンとする工程の間に、前記安定溶液に水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させ反応溶液を得る工程を追加したものである。
【００２５】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合すると混合溶液が反応して安定溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記安定溶液に添加して反応させると、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００２６】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００２７】
請求項７の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項６の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、この混合溶液に添加して反応固化させるために前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００２８】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００２９】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００３０】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００３１】
このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３３】
まず、本発明の実施の形態における無機バインダーの製造方法の一例について説明する。第一リン酸アルミニウムとして５０％の溶液を用い、酸性コロイダルシリカとしてシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍでｐＨ＝２〜４のものを用いて、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝１．６で混合反応させた溶液（混合比が１．６であるから不安定で反応は比較的速く進行する。
）Ｉに、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝２．０で混合した溶液ＩＩを添加すると、上述したように耐水性を向上させることができる。溶液Ｉ／溶液ＩＩ＝１．２５で溶液Ｉに溶液ＩＩを滴定すると、メタカオリンとの反応性を有しながら耐水性に優れた溶液を製造できる。この溶液はｐＨ＝２〜５であり、約１２時間放置後にゲル化するので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。一方、メタカオリンはカオリナイト（カオリン）を約７００℃で加熱処理して製造した。カオリナイトを熱処理によってメタカオリンに変化させる化学式は、次式（１）で表される。
【００３４】
【化１】
Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２２Ｈ２Ｏ → Ａｌ２Ｏ３２ＳｉＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ ……（１）
【００３５】
（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液とメタカオリンの反応は全ての範囲で起こるが、溶液の固定（完全に均一な固化）には（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液／メタカオリン≦３．５であることが必要になる。この比率が３．５を超える場合には、メタカオリンと反応できなかった溶液が分離して均一な反応ができない。（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液／メタカオリンを３．５以下の混合比で混合することによって両者が完全に均一に固化して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる皮膜・塗膜・接着層・ブロック・成形体等になる。
【００３６】
このようにして、本実施の形態においては、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる、（Ｉ＋ＩＩ）混合溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーが製造される。
【００３７】
次に、その他の例について説明する。第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合比１．０または２．０で作製した溶液（Ａ）に、ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合比１．０または２．０で作製した溶液（Ｂ）を添加すると、耐水性に優れた反応溶液を得ることができる。そのときの比率は第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝２．０〜１．０である。その例を［表１］に示す。
【００３８】
【表１】
混合比２．０で作製した溶液Ａ（「ＳＴ／０．５」の場合）は不安定で短時間で反応が進行して安定溶液となる。これに対して、混合比１．０で作製した溶液Ａ（「ＳＴ／１．０」の場合）は安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、溶液Ａの反応が完全に終了してから溶液Ｂ（「ＳＴ／０．５」の場合はケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合比が２．０、「ＳＴ／１．０」の場合は混合比が１．０）を添加する。ここでは、［表１］に示されるように、「ＳＴ／０．５」の場合も「ＳＴ／１．０」の場合も溶液Ａ／溶液Ｂの混合比１．２５としている。
【００４０】
一方、カオリナイト（カオリン）を約７００℃で加熱処理してメタカオリンを製造した。このようにして、（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の混合溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーが製造される。ここで、この無機バインダーを使用する際の２液の混合比を変化させて、硬化後の硬さを比較した。両者が完全に均一に固化するのは（溶液Ａ＋溶液Ｂ）／メタカオリン≦３．５のときであるので、この範囲内で混合比を変化させた。（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の混合溶液としては「ＳＴ／０．５」の成分比のものを使用した。結果を［表２］に示す。
【００４１】
【表２】
［表２］に示されるように、（溶液Ａ＋溶液Ｂ）／メタカオリンの混合比を実施例１〜実施例５の５種類に変化させた。（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の重量は４０に固定して、メタカオリンの割合を次第に増やしていった。実施例１では混合比３．３と（溶液Ａ＋溶液Ｂ）の割合が大きく、限界値の３．５に近いが、硬化硬さは「軟」であり、比較的軟らかい固化物が得られた。実施例２では混合比は２．５、実施例３では２．０、実施例４では１．７と次第にメタカオリンの量を増やしていったが、この範囲内では硬化硬さは「中」であり、中程度の硬さの固化物が得られた。そして、実施例５では混合比１．４としてかなりメタカオリンの量を多くしたところ、硬化硬さは「硬」であり、比較的硬い固化物が得られることが分かった。
【００４３】
このように、メタカオリンの割合を大きくするほど２液タイプの無機バインダーは硬く固化することが明らかになった。但し、これらの硬化硬さは密閉容器中で試験したときのものであり、開放雰囲気中では実施例１の固化物も乾燥してより硬くなるので、実施例１〜実施例５の硬化硬さの差はより縮まって、実施例１の混合比でも十分に実用に耐え得るものと思われる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかる無機バインダーは、リン酸アルミニウムと、該リン酸アルミニウムに添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００４５】
カオリン（鉱物名カオリナイト）を約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。このメタカオリンをリン酸アルミニウムと溶液中で反応させると、次第に粘性が高くなってやがて均一固化する。固化させるための成分比は、リン酸アルミニウム／メタカオリンの比率が約２．０以下であれば良い。このように、カオリンを加熱処理して得られる反応性に富むメタカオリンとすることによって、リン酸アルミニウムと反応して耐水性、耐熱性に優れた皮膜が得られる、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、２液タイプの無機バインダーとなる。
【００４６】
請求項２の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させて得た安定溶液と、該安定溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００４７】
第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超える場合には範囲内であっても不安定な反応速度の速い混合溶液が得られる。反応が完了して得られる安定溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００４８】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００４９】
請求項３の発明にかかる無機バインダーは、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させた安定溶液に、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させた反応溶液と、該反応溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなるものである。
【００５０】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると安定な溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記溶液に添加して反応させると、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００５１】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００５２】
請求項４の発明にかかる無機バインダーは、請求項３の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、無機バインダーとしての使用時におけるこの混合溶液と前記メタカオリンの混合比が混合溶液／メタカオリン≦約３．５で、前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００５３】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００５４】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００５５】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００５６】
請求項３に記載の効果に加えて、このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーとなる。
【００５７】
請求項５の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させ安定溶液を得る工程と、前記安定溶液に添加して反応固化させるためにカオリンを加熱処理してメタカオリンとする工程とを具備するものである。
【００５８】
前述の如く、カオリンを約４００℃〜約８００℃で加熱処理することによって、反応性に富むメタカオリンとなる。また、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させると反応完了後に安定な溶液が得られる。このときの成分比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０の範囲内が好ましいが、この比が約１．０を超えると範囲内でも不安定で反応速度の速い溶液が得られる。反応が完了して安定した溶液にメタカオリンを添加すると均一固化して、耐水性・耐熱性に優れた皮膜を得ることができる。
このときの混合比は、安定溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００５９】
このようにして、耐水性と耐熱性に優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、安定溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００６０】
請求項６の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項５の構成において、前記安定溶液を得る工程と、前記メタカオリンとする工程の間に、前記安定溶液に水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させ反応溶液を得る工程を追加したものである。
【００６１】
上述の如く、第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合すると混合溶液が反応して安定溶液が得られる。一方、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合すると、混合比に関わらず安定した溶液が得られる。この溶液を前記安定溶液に添加して反応させると、請求項５に記載の効果に加えて、乾燥したときに非常に耐水性に優れた皮膜となる反応溶液を得ることができる。この反応溶液は約１２時間程度放置すると反応してゲル化してしまうので、無機バインダーとして使用する時を見計らって作製しなければならない。この反応溶液にメタカオリンを添加して反応させると、均一固化して非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れた皮膜を得ることができる。このときの混合比は、反応溶液／メタカオリンが３．５以下であれば良い。
【００６２】
このようにして、非常に耐水性に優れ、耐熱性にも優れ、強固な密着性を得るための成分制御が容易な、反応溶液とメタカオリンとからなる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
【００６３】
請求項７の発明にかかる無機バインダーの製造方法は、請求項６の構成において、前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、この混合溶液に添加して反応固化させるために前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であるものである。
【００６４】
酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍと微細であることによって、電気二重層が形成され、水中で安定分散する。そして、それぞれの混合溶液の混合比は、第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０では、比率約１．０のときは安定であるが、比率約２．０は限界値であり、不安定で短時間で反応が進行する。これに対して、比率約１．０では安定であるが故に反応の進行が遅く、約２〜３日を要する。いずれにせよ、この混合溶液の反応が完了してから水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカの混合溶液を添加しなければならない。
【００６５】
また、水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０、のときが最も安定に均一分散する。また、カオリンを加熱処理してメタカオリンを得る際の処理温度は約４００℃〜約８００℃の範囲内が確実である。
【００６６】
そして、無機バインダーとして使用する際の、第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ・水溶性ケイ酸リチウムの混合溶液とメタカオリンとの混合比は、混合溶液／メタカオリン≦約３．５のときが完全に均一固化する。
【００６７】
請求項６に記載の効果に加えて、このように粒子径と各混合比と処理温度の範囲を定めることによって、反応がスムースに進行して、強固な密着性と非常に優れた耐水性と優れた耐熱性とが確実に得られる２液タイプの無機バインダーの製造方法となる。
Claims (7)
- リン酸アルミニウムと、該リン酸アルミニウムに添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなることを特徴とする無機バインダー。
- 第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させて得た安定溶液と、該安定溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなることを特徴とする無機バインダー。
- 第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させて得た安定溶液に、水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させた反応溶液と、該反応溶液に添加して反応固化させるための、カオリンを加熱処理して得たメタカオリンとからなることを特徴とする無機バインダー。
- 前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、
前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、
前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、
前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、
無機バインダーとしての使用時におけるこの混合溶液と前記メタカオリンの混合比が混合溶液／メタカオリン≦約３．５で、
前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であることを特徴とする請求項３に記載の無機バインダー。 - 第一リン酸アルミニウムと酸性コロイダルシリカを混合して反応させ安定溶液を得る工程と、
前記安定溶液に添加して反応固化させるためにカオリンを加熱処理してメタカオリンとする工程と
を具備することを特徴とする無機バインダーの製造方法。 - 前記安定溶液を得る工程と、前記メタカオリンとする工程の間に、
前記安定溶液に水溶性ケイ酸リチウムと酸性コロイダルシリカを混合した溶液を添加して反応させ反応溶液を得る工程を追加したことを特徴とする請求項５に記載の無機バインダーの製造方法。 - 前記酸性コロイダルシリカのシリカゾルの粒子径が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍで、
前記第一リン酸アルミニウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が第一リン酸アルミニウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、
前記水溶性ケイ酸リチウムと前記酸性コロイダルシリカの混合比が水溶性ケイ酸リチウム／酸性コロイダルシリカ＝約１．０〜約２．０で、
前者の混合溶液と後者の混合溶液の混合比が第一リン酸アルミニウム・酸性コロイダルシリカ／水溶性ケイ酸リチウム・酸性コロイダルシリカ＝約２．０〜約１．０で、
この混合溶液に添加して反応固化させるために前記カオリンを加熱処理して前記メタカオリンを得る際の処理温度が約４００℃〜約８００℃であることを特徴とする請求項６に記載の無機バインダーの製造方法。
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