JP2004315343A - Silica-dispersed liquid - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of preparing a silica-dispersed liquid having an excellent film-formability and giving an excellent water-resistant coating film. <P>SOLUTION: The silica-dispersed liquid has SiO<SB>2</SB>/M<SB>2</SB>O mole ratio (SiO<SB>2</SB>/M<SB>2</SB>O) of 3-10, the total content of SiO<SB>2</SB>and M<SB>2</SB>O of 1-60 wt.%, and the area ratio of Q<SB>3</SB>structure signal vs. Q<SB>2</SB>structure signal in the<SP>29</SP>Si-NMR spectrum of 1.5≤Q<SB>3</SB>/Q<SB>2</SB>≤10 and is prepared by dealkalizing an alkali silicate solution. The silica component of the silica-dispersed liquid comprises Si forming an Si-C bond and Si not forming an Si-C bond, where the mole ratio of SiO<SB>2</SB>in the SiO<SB>2</SB>component vs. M<SB>2</SB>O (SiO<SB>2</SB>/M<SB>2</SB>O) is 3-10, the content of Si forming the Si-C bond in the total Si is 0.1-30 mol%, and the total content of SiO<SB>2</SB>and M<SB>2</SB>O is 1-60 wt.%. The silica-dispersed liquid is prepared by mixing a condensation reaction product of an alkylsilane and/or an alkylsiliconate and an alkali silicate and then dealkalizing. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、種々の基材表面のコーティング剤に使用されるシリカ分散液に関する。   The present invention relates to a silica dispersion used for a coating agent for various substrate surfaces.

コンクリートの打ち放し面またはモルタル仕上げ面は水を吸いやすい、汚れやすい、あるいは日光や風雨にさらされると風化しやすいなどの性質があるために種々のコーティング剤を塗布することが行われている。また空気中の炭酸ガスや酸性雨によるコンクリートの中性化を防止する目的でコンクリート用コーティング剤が用いられている。例えば、アクリル系、ウレタン系、シリコン系、フッ素系などの樹脂コーティング剤が上市されているが、コンクリート面との接着性不良による剥離や酸性雨等の雨水による劣化が生じやすい等の問題がある。   Various types of coating agents have been applied to the exposed surface or mortar-finished surface of concrete because it has a property of easily absorbing water, being easily stained, or being easily weathered when exposed to sunlight or wind and rain. In addition, a concrete coating agent is used for the purpose of preventing carbonation of concrete due to carbon dioxide gas or acid rain in the air. For example, acrylic, urethane, silicon, and fluorine resin coating agents are on the market, but there are problems such as peeling due to poor adhesion to concrete surfaces and deterioration due to rainwater such as acid rain. .

また、近年は、コンクリート廃材を再利用するシステム開発が積極的に行われている。従来はコンクリート廃材の利用先は路盤材や埋め戻し材が大部分であったが、今後路盤材需要の伸びは期待できない。そこで、コンクリート廃材を破砕して再生骨材とし、再度コンクリートに再生する利用方法が検討されている。しかし、このような再生骨材は、吸水率が大きく、その骨材を用いたコンクリートは、強度、変形特性、収縮特性、耐久性などの品質が低くなる。そこで、再生骨材を高品質化する処理方法が検討され始めた。その一つに、加熱すりもみ法による処理方法が提案されているが、大掛かりな処理プラントの建設や運転コスト面から、汎用的でない(例えば、非特許文献1参照)。   In recent years, a system for recycling concrete waste has been actively developed. Conventionally, most of the waste concrete materials are used for roadbed materials and backfill materials, but demand for roadbed materials is not expected to grow in the future. Therefore, a method of crushing waste concrete to obtain recycled aggregate and regenerating it into concrete has been studied. However, such recycled aggregate has a large water absorption rate, and concrete using the aggregate has low quality such as strength, deformation characteristics, shrinkage characteristics, and durability. Therefore, a treatment method for improving the quality of the recycled aggregate has begun to be studied. As one of them, a treatment method using a heated milling method has been proposed, but is not versatile in view of the construction and operation cost of a large-scale treatment plant (for example, see Non-Patent Document 1).

水ガラスは、乾燥するとガラス質コーティング膜を形成することから、無機質塗料、接着剤、バインダー等として利用されてきた。しかしながら、該コーティング膜は、水溶性で湿気に対しても抵抗性がないなど耐水性に問題があった。かかる問題点に対処するため、コーティング膜の表面を酸やアルカリで処理する方法が種々提案されているが、作業時に塗膜面が損傷しやすく、水洗を必要とするなど作業性や性能面に問題があった。また、水ガラスへの金属、金属酸化物、金属水酸化物などの硬化剤の添加も試みられているが、急速なゲル化を生じ、作業性、実用性の点で問題があった(例えば、特許文献1参照)。   Since water glass forms a vitreous coating film when dried, it has been used as an inorganic paint, an adhesive, a binder, and the like. However, the coating film has a problem in water resistance such as being water-soluble and not resistant to moisture. In order to cope with such a problem, various methods of treating the surface of the coating film with an acid or an alkali have been proposed. However, the coating film surface is easily damaged at the time of work, and the workability and performance are required such as washing with water. There was a problem. Attempts have also been made to add hardeners such as metals, metal oxides, and metal hydroxides to water glass, but they cause rapid gelation and have problems in workability and practicality (for example, And Patent Document 1).

再生骨材の高品質化には、コンクリートまたはモルタル表面の保護強化と同様、その表面にコーティング膜を形成し得る処理剤の利用が考えられる。かかる処理剤によれば、簡便かつ安価に再生骨材を高品質化できるものと思われる。そのような処理剤としては、前記水ガラスや、その他コロイダルシリカ分散液の使用が考えられるが、前記するように耐水性に乏しく、また、骨材表面での成膜性が悪いといった欠点もあり、実用レベルの効果が得られない。   In order to improve the quality of the recycled aggregate, it is conceivable to use a treatment agent capable of forming a coating film on the surface of the concrete or mortar as well as the protection and reinforcement of the surface. According to such a treating agent, it is considered that the quality of the recycled aggregate can be easily and inexpensively increased. As such a treating agent, the use of the above-mentioned water glass or other colloidal silica dispersion is conceivable, but as described above, it has poor water resistance and also has a drawback that film formability on the aggregate surface is poor. , The effect of a practical level cannot be obtained.

また、水ガラスを脱アルカリ処理して得られるシリカ溶液からなる地盤注入用材が提案されているが、通常この用途に供されるシリカ溶液は、耐水性には優れるものの、成膜性や骨材浸透性に劣り、また、長期保存にも適さないなど、コーティング剤や再生骨材の処理剤としては不十分なものであった(例えば、特許文献2、3参照)。   In addition, a ground injection material comprising a silica solution obtained by subjecting water glass to a dealkalization treatment has been proposed. Usually, a silica solution used for this purpose is excellent in water resistance, but has a film forming property and an aggregate. It was inadequate as a coating agent or a treating agent for recycled aggregate, for example, because of poor permeability and not suitable for long-term storage (for example, see Patent Documents 2 and 3).

一方、石材、石造物、コンクリートなどを処理するための撥水剤、防水剤としてシラン、特にアルコキシシランが有用であることが広く知られている。かかるシランを利用した技術としては、例えば、シランをアルコール等に溶解してなる処理剤や、加水分解したシラン水溶液を使用する方法、水性シラン化合物を使用する方法等が知られている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、これらの方法では、厚膜化が困難であり、コンクリートとの接着性も不充分であるため、基材に施された撥水性能、防水性能の持続性に欠ける問題がある。
特許第2705756号公報 特許第3216878号公報 特許第2987620号公報 特開平6-248259号公報 友津 史紀、「セラミックス」、日本セラミックス協会、2002年、第37巻、第12号、p946-951
On the other hand, it is widely known that silanes, particularly alkoxysilanes, are useful as a water repellent and a waterproofing agent for treating stones, masonry, concrete and the like. As a technique using such a silane, for example, a treatment agent obtained by dissolving silane in alcohol or the like, a method using an aqueous solution of hydrolyzed silane, a method using an aqueous silane compound, and the like are known (for example, Patent Document 4). However, in these methods, it is difficult to increase the thickness of the film, and the adhesiveness to concrete is insufficient. Therefore, there is a problem that the water repellency and the waterproofness of the base material are not maintained.
Patent No. 2705756 Patent No. 3216878 Japanese Patent No. 2987620 JP-A-6-248259 Fumino Tomitsu, "Ceramics", The Ceramic Society of Japan, 2002, Vol. 37, No. 12, p946-951

本発明は、種々の基材表面のコーティング剤に好適に使用される、成膜性、および形成されたコーティング膜の耐水性(以下、単に耐水性という)に優れたシリカ分散液、ならびに該シリカ分散液の製造方法を提供することを課題とする。   The present invention relates to a silica dispersion which is preferably used as a coating agent for various substrate surfaces and has excellent film-forming properties and excellent water resistance (hereinafter, simply referred to as water resistance) of the formed coating film, and the silica dispersion. It is an object to provide a method for producing a dispersion.

即ち、本発明は、
〔1〕 少なくともシリカ成分とアルカリ金属含有成分とを水に分散してなるシリカ分散液であって、シリカ成分をSiO2で表し、アルカリ金属含有成分をM20(Mはアルカリ金属原子)で表したとき、SiO2とM20のモル比(SiO2/M20)が3〜10であり、かつSiO2とM20との合計含有量が1〜60重量%であり、ならびに、シリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=O〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積との比が1.5≦Q3/Q2≦10である、シリカ分散液、
〔2〕 アルカリケイ酸溶液を脱アルカリ処理する工程を含む前記〔1〕記載のシリカ分散液の製造方法、
〔3〕 ケイ砂、水およびアルカリ金属含有化合物を含んでなる混合物を水熱処理し、前記ケイ砂を溶解する工程を含む前記〔1〕記載のシリカ分散液の製造方法、
〔4〕 少なくともシリカ成分とアルカリ金属含有成分とを水に分散してなるシリカ分散液であって、該シリカ成分がSi-C結合を形成するSi及びSi-C結合を形成しないSiを含有してなるものであり、アルカリ金属含有成分をM2O(Mはアルカリ金属原子)で表したとき、シリカ成分中のSiO2で表される成分とM2Oのモル比(SiO2/M20)が3〜10であり、Si-C結合を形成するSiの含有量が全Si中の0.1〜30モル%であり、かつSiO2とM20との合計含有量が1〜60重量%である、シリカ分散液、
〔5〕 シリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=O〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積との比が1.5≦Q3/Q2≦10である、前記〔4〕記載のシリカ分散液、
〔6〕 アルキルシランの縮合反応物および/またはアルキルシリコネートと、アルカリケイ酸溶液とを混合後、脱アルカリ処理する工程を含むシリカ分散液の製造方法、
〔7〕 前記〔1〕、〔4〕または〔5〕記載のシリカ分散液を含有してなるコーティング剤、
〔8〕 前記〔1〕、〔4〕または〔5〕記載のシリカ分散液を含有してなるコンクリート表面塗装剤、ならびに
〔9〕 前記〔1〕、〔4〕または〔5〕記載のシリカ分散液を含有してなる骨材処理剤、
に関する。
That is, the present invention
[1] A silica dispersion obtained by dispersing at least a silica component and an alkali metal-containing component in water, wherein the silica component is represented by SiO 2 and the alkali metal-containing component is represented by M 20 (M is an alkali metal atom). when expressed, the molar ratio of SiO 2 and M 2 0 (SiO 2 / M 2 0) from 3 to 10, and the total content of SiO 2 and M 2 0 is 1 to 60 wt%, and In the assignment of the spectrum of the silica component by 29 Si-NMR, the ratio of the area of the signal showing the Q 3 structure to the area of the signal showing the Q 2 structure in the signal showing the Q n (n = O to 4) structure was 1.5. ≦ Q 3 / Q 2 ≦ 10, silica dispersion,
(2) The method for producing a silica dispersion according to the above (1), which comprises a step of dealkalizing the alkali silicic acid solution,
(3) a method for producing a silica dispersion according to the above (1), comprising hydrothermally treating a mixture comprising silica sand, water and an alkali metal-containing compound, and dissolving the silica sand.
(4) a silica dispersion obtained by dispersing at least a silica component and an alkali metal-containing component in water, wherein the silica component contains Si that forms a Si-C bond and Si that does not form a Si-C bond. When the alkali metal-containing component is represented by M 2 O (M is an alkali metal atom), the molar ratio of the component represented by SiO 2 in the silica component to M 2 O (SiO 2 / M 2 0) is 3 to 10, the content of Si to form a Si-C bond is 0.1 to 30 mol% of the total Si, and the total content of SiO 2 and M 2 0 1 to 60 weight % Silica dispersion,
[5] In the assignment of the spectrum of the silica component by 29 Si-NMR, the ratio of the area of the signal showing the Q 3 structure to the area of the signal showing the Q 2 structure in the signal showing the Q n (n = O to 4) structure Is 1.5 ≦ Q 3 / Q 2 ≦ 10, the silica dispersion according to the above [4],
[6] a method for producing a silica dispersion comprising a step of mixing an alkylsilane condensation reaction product and / or an alkylsiliconate with an alkali silicic acid solution and then subjecting the mixture to a dealkalization treatment;
(7) The coating agent comprising the silica dispersion according to (1), (4) or (5),
[8] The concrete surface coating agent comprising the silica dispersion according to [1], [4] or [5], and [9] the silica dispersion according to [1], [4] or [5]. Aggregate treatment agent containing liquid,
About.

本発明により、成膜性および耐水性に優れたシリカ分散液が提供される。当該シリカ分散液は種々の基材表面のコーティング剤に好適に使用される。該コーティング剤により形成されるコーティング膜は、基材の耐水性の向上に寄与する。   According to the present invention, a silica dispersion having excellent film-forming properties and water resistance is provided. The silica dispersion is suitably used as a coating agent for various substrate surfaces. The coating film formed by the coating agent contributes to improving the water resistance of the substrate.

本発明のシリカ分散液は、少なくともシリカ成分とアルカリ金属含有成分とを水に分散してなるシリカ分散液であり、大きく2つの態様からなる。   The silica dispersion of the present invention is a silica dispersion obtained by dispersing at least a silica component and an alkali metal-containing component in water, and has two major modes.

第1の態様のシリカ分散液は、シリカ成分がSiO2で表される成分からなり、アルカリ金属含有成分をM20(Mはアルカリ金属原子)で表したときの、SiO2とM20のモル比(本明細書において、単にSiO2/M20比という場合がある)、SiO2とM20の合計含有量、およびシリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=0〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積との比(本明細書において、単にQ3/Q2という場合がある)が特定の範囲であることを1つの大きな特徴とする。 Silica dispersion of the first aspect is made from components which silica component is represented by SiO 2, when (the M an alkali metal atom) M 2 0 an alkali metal-containing component expressed in, SiO 2 and M 2 0 (In the present specification, sometimes simply referred to as SiO 2 / M 20 ratio), the total content of SiO 2 and M 20 , and the assignment of the spectrum of the silica component by 29 Si-NMR, Q n (in this specification, simply referred to Q 3 / Q 2) (n = 0~4) the ratio of the area of the signal indicative of the area of the signal, Q 2 structure showing Q 3 structure in the signal showing the structure One particular feature is that it is in a specific range.

第2の態様のシリカ分散液は、シリカ成分がSi-C結合を形成するSi及びSi-C結合を形成しないSiを含有してなるものであり、アルカリ金属含有成分をM20(Mはアルカリ金属原子)で表したとき、シリカ成分中のSiO2で表される成分とM2Oとのモル比(本明細書において、単にSiO2/M20比という場合がある)、シリカ分散液に含まれる全Si中のSi-C結合を形成するSiの含有量、およびSiO2とM20との合計含有量が特定の範囲であることを1つの大きな特徴とする。 The silica dispersion of the second embodiment is one in which the silica component contains Si that forms a Si—C bond and Si that does not form a Si—C bond, and the alkali metal-containing component is M 20 (M is When represented by an alkali metal atom), the molar ratio of the component represented by SiO 2 in the silica component to M 2 O (in this specification, sometimes simply referred to as SiO 2 / M 20 ratio), silica dispersion One of the major features is that the content of Si forming the Si—C bond in the total Si contained in the liquid and the total content of SiO 2 and M 20 are in specific ranges.

本発明のシリカ分散液は、以上の構成を有することから、無機系基材、有機系基材、金属材などの種々の基材表面への成膜性および該表面に形成された膜の耐水性(本明細書において、単に耐水性という場合がある)に優れる。また、第2の態様のシリカ分散液にあっては、さらに、形成された膜が、膜形成後の初期の一時期に撥水性を発揮し得る。よって、本明細書において「耐水性」には、当該撥水性を含む場合がある。   Since the silica dispersion of the present invention has the above constitution, it is possible to form a film on various substrate surfaces such as an inorganic substrate, an organic substrate, and a metal material, and water resistance of the film formed on the surface. (In this specification, simply referred to as water resistance). Further, in the silica dispersion of the second aspect, the formed film can exhibit water repellency at an early stage after the film is formed. Therefore, in this specification, “water resistance” may include the water repellency in some cases.

なお、本明細書におけるアルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子および3B族に属する金属原子とは、周期表においてそれぞれ1A族、IIA族およびIIIB族に属する元素をいう。   In this specification, the term “alkali metal atom, alkaline earth metal atom and metal atom belonging to Group 3B” means an element belonging to Group 1A, IIA and IIIB in the periodic table, respectively.

以下、第1の態様および第2の態様のシリカ分散液をそれぞれ説明する。   Hereinafter, the silica dispersions of the first embodiment and the second embodiment will be described respectively.

第1の態様において、SiO2/M20比およびSiO2とM20の合計含有量を記載する場合、前記するようにSiO2はシリカ成分を、M20はアルカリ金属含有成分を表す。 In the first embodiment, when describing the SiO 2 / M 20 ratio and the total content of SiO 2 and M 20, as described above, SiO 2 represents a silica component and M 20 represents an alkali metal-containing component. .

シリカ成分とは、ケイ素の存在状態に関わらず、SiO2で表し得るSiを含む成分をいう。該成分は塩の形のものであってもよい。シリカ成分としては、例えば、ケイ酸塩、ケイ酸、二酸化ケイ素などが挙げられる。シリカ成分は、単独の成分からなってもよく、2種以上の成分からなってもよい。 The silica component refers to a component containing Si that can be represented by SiO 2 irrespective of the state of silicon. The component may be in the form of a salt. Examples of the silica component include silicate, silicic acid, and silicon dioxide. The silica component may be composed of a single component, or may be composed of two or more components.

本明細書にいうアルカリ金属含有成分とは、アルカリ金属原子(M)を含む成分をいう。Mは、例えば、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子などである。汎用性の観点から、ナトリウム原子が好ましい。アルカリ金属含有成分としては、例えば、酸化ナトリウム、酸化リチウム、酸化カリウムなどが挙げられる。アルカリ金属含有成分は、単独の成分からなってもよく、2種以上の成分からなってもよい。   As used herein, the term “alkali metal-containing component” refers to a component containing an alkali metal atom (M). M is, for example, a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, or the like. From the viewpoint of versatility, a sodium atom is preferred. Examples of the alkali metal-containing component include sodium oxide, lithium oxide, potassium oxide, and the like. The alkali metal-containing component may be composed of a single component, or may be composed of two or more components.

本発明のシリカ分散液中のSiO2/M20比は、3〜10であり、好ましくは3.2〜8、より好ましくは4.2〜6.6である。SiO2/M20比が3未満であると耐水性に劣り、一方、10を超えると成膜性に劣る。 The SiO 2 / M 20 ratio in the silica dispersion of the present invention is 3 to 10, preferably 3.2 to 8, more preferably 4.2 to 6.6. When the SiO 2 / M 20 ratio is less than 3, the water resistance is poor, and when it exceeds 10, the film formability is poor.

しかしながら、後述するように、シリカ分散液の製造においてコロイダルシリカを用いた場合、SiO2/M20比が10を超えても、該シリカ分散液は充分な成膜性を発揮し得る。すなわち、本発明のシリカ分散液においてSiO2/M20比の上限は、充分な成膜性の発現およびコロイダルシリカを用いないことによるコスト削減の両方を満足させる観点から10であるが、一方、充分な成膜性の発現のみを満足させる観点からは後述のように100であってもよい。 However, as described below, when colloidal silica is used in the production of a silica dispersion, the silica dispersion can exhibit sufficient film-forming properties even when the SiO 2 / M 20 ratio exceeds 10. That is, the upper limit of the SiO 2 / M 20 ratio in the silica dispersion of the present invention is 10 from the viewpoint of satisfying both the expression of sufficient film-forming properties and the cost reduction by not using colloidal silica. From the viewpoint of satisfying only the expression of sufficient film-forming properties, it may be 100 as described later.

本発明のシリカ分散液中のSiO2とM20の合計含有量は、1〜60重量%であり、好ましくは5〜40重量%であり、より好ましくは10〜30重量%である。SiO2とM2Oの合計含有量が1重量%未満では、例えば、かかるシリカ分散液で骨材をコーティングした場合、コーティングした骨材の吸水率の低下が見込まれず、一方、60重量%を超えると骨材への浸透性が低下する。 The total content of SiO 2 and M 20 in the silica dispersion of the present invention is 1 to 60% by weight, preferably 5 to 40% by weight, and more preferably 10 to 30% by weight. When the total content of SiO 2 and M 2 O is less than 1% by weight, for example, when the aggregate is coated with such a silica dispersion, a decrease in the water absorption of the coated aggregate is not expected. If it exceeds, the permeability to the aggregate decreases.

また、本発明のシリカ分散液に含まれるシリカ成分は、特定の化学構造を有するものである。かかるシリカ成分を含んでなることも、本発明のシリカ分散液に優れた成膜性および耐水性を付与する上で必要である。具体的には、29Si-NMR測定を行った場合、シリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=O〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積(ただし、両シグナルの一部が重なるときは、両シグナルをガウス型関数とローレンツ型関数の線形和で近似する手法による両シグナルの面積)との比が1.5≦Q3/Q2≦10であり、好ましくは1.5≦Q3/Q2≦9.0であり、より好ましくは2.0≦Q3/Q2≦5.5である化学構造を有する。なお、29Si-NMR測定は、シリカ分散液の乾燥物(25℃で72時間維持して水を除去したもの)を用いて行う。 The silica component contained in the silica dispersion of the present invention has a specific chemical structure. It is also necessary to include such a silica component in order to impart excellent film formability and water resistance to the silica dispersion of the present invention. Specifically, when 29 Si-NMR measurement is performed, in the assignment of the spectrum of the silica component by 29 Si-NMR, the area of the signal indicating the Q 3 structure in the signal indicating the Q n (n = O to 4) structure and Q 2 area signal showing the structure (however, when the part of both signals overlap, both the area of the signal by a technique for approximating the two signals in linear sum of Gaussian functions and Lorentz functions) ratio of 1.5 ≦ Q 3 / Q 2 ≦ 10, preferably 1.5 ≦ Q 3 / Q 2 ≦ 9.0, and more preferably 2.0 ≦ Q 3 / Q 2 ≦ 5.5. The 29 Si-NMR measurement is performed using a dried product of the silica dispersion (water removed at 25 ° C. for 72 hours).

ここで、Q構造とは、シリカの構成単位であるSiO4四面体単位の酸素原子のうちの架橋酸素原子(二つのSiと結合している酸素原子)の数に応じて決まる化学的構造をいい、QのnはSiO4単位の結合度であり、架橋酸素原子の数である。29Si-NMR測定によるかかる構造を示すシグナルの化学シフトは、結合度Qによって変化することが知られている。Q構造を示すシグナルの化学シフト(TMS基準)は液体と固体、化合物種によって幅があるが概ね次のように帰属されている〔「ガラス科学の基礎と応用」作花済夫著、出版社:内田老鶴圃、1997年〕。 Here, Q and n-structural, chemical structure depends on the number of bridging oxygen atoms of the oxygen atom of the SiO 4 tetrahedral units is a structural unit of the silica (oxygen atom bonded to two Si) Wherein n of Qn is the degree of bonding of SiO 4 units and is the number of bridging oxygen atoms. Chemical shifts of the signal indicating such a structure by 29 Si-NMR measurements are known to vary with the degree of coupling Q n. Q n chemical shift (TMS standard) of the signal indicative of the structure a liquid and a solid, "Fundamentals and Applications of glass science" [There is wide by compound classes are assigned roughly as follows Sumio Sakka al, published Company: Uchida Lao Tsuru Farm, 1997].

構造 化学シフト
Q0: -65 〜 -75ppm
Q1: -76 〜 -84ppm
Q2: -85 〜 -90ppm
Q3: -92 〜 -100ppm
Q4:-105 〜 -115ppm
Structure chemical shift
Q 0 : -65 to -75ppm
Q 1 : -76 to -84ppm
Q 2 : -85 to -90ppm
Q 3 : -92 to -100ppm
Q 4 : -105 to -115ppm

良好な成膜性および耐水性を得るためにはSiO2が適度なネットワーク構造を形成することが必要である。Q0、Q1、Q2構造は点または線状の結合であり、ネットワーク構造の形成に寄与しないが、ネットワーク構造間を弱く結合させるバインダー的な役割を果たし、膜の形成に関連する。従って、これらは成膜性のパラメータとなる。また、これらの構造の比率が高くなるにつれて水に溶解する傾向にある。Q3、Q4構造はネットワーク構造を形成し、耐水性のパラメータとなる。Q3、Q4構造のみでは構造が剛直化する傾向にあり、成膜性および耐水性の向上の両方の観点から前者構造と後者構造のバランスが重要になる。 In order to obtain good film forming properties and water resistance, it is necessary that SiO 2 forms an appropriate network structure. The Q 0 , Q 1 , and Q 2 structures are point or linear bonds and do not contribute to the formation of a network structure, but serve as a binder for weakly connecting the network structures, and are related to the formation of a film. Therefore, these are parameters of the film forming property. Also, as the ratio of these structures increases, the structure tends to be dissolved in water. The Q 3 and Q 4 structures form a network structure and are parameters of water resistance. Only the Q 3 and Q 4 structures tend to be rigid, and the balance between the former structure and the latter structure becomes important from the viewpoint of both improving film forming properties and water resistance.

すなわち、シリカ成分によるネットワーク構造の形成による耐水性の向上の観点から、Q0、Q1およびQ2構造は少ないことが好ましい。また、シリカ成分間の長距離ネットワーク構造形成による成膜性の向上の観点から、Q3、Q4構造が過剰な割合で存在しないことが好ましい。本発明のシリカ分散液においては、Q0、Q1、Q2構造の中では、一般にQ2構造が多く存在するので、主構造はQ2、Q3およびQ4構造である。本発明のシリカ分散液の成膜性および耐水性の向上の両方の観点から、Q3/Q2とQ4/Q2の組み合わせより、SiO2/M20比に対する変化量が特に大きいQ3/Q2を選択し、Q3/Q2の最適条件を見出した。 That is, from the viewpoint of improving the water resistance by forming a network structure by the silica component, it is preferable that the Q 0 , Q 1 and Q 2 structures are small. Further, from the viewpoint of improving the film-forming property by forming a long-distance network structure between the silica components, it is preferable that the Q 3 and Q 4 structures do not exist in an excessive ratio. In the silica dispersion of the present invention, among the Q 0 , Q 1 , and Q 2 structures, there are generally many Q 2 structures, and thus the main structures are Q 2 , Q 3, and Q 4 structures. From the viewpoint of improving both the film formability and the water resistance of the silica dispersion of the present invention, the amount of change with respect to the SiO 2 / M 20 ratio is particularly large compared to the combination of Q 3 / Q 2 and Q 4 / Q 2. 3 / Q 2 was selected, and the optimum conditions of Q 3 / Q 2 were found.

また、本発明のシリカ分散液のpHは、保存安定性および乾燥固形物の耐水性の向上の 両方の観点から、好ましくは9〜11.5である。   The pH of the silica dispersion of the present invention is preferably 9 to 11.5 from the viewpoints of both storage stability and improvement of the water resistance of the dried solid.

本発明のシリカ分散液は、水に固形分粒子が均一に分散したゾルからなるものが好ましいが、白濁する程度に微粒子が存在していても均一に分散していればよい。媒質となる水には、本発明の効果に影響ない範囲で、有機溶剤などの他の溶剤を含有させてもよい。ここで、分散とは、媒質中に固形分粒子の凝集に由来するゲル状物が存在しない状態をいい、シリカ分散液を1mmメッシュの篩に供し、当該分散液の90重量%以上が篩を通過した場合、該分散液は分散状態にあると判断する。   The silica dispersion of the present invention is preferably composed of a sol in which solid particles are uniformly dispersed in water. However, even if fine particles are present to such an extent that the particles become cloudy, the dispersion may be uniform. Water serving as a medium may contain another solvent such as an organic solvent as long as the effect of the present invention is not affected. Here, the term “dispersion” refers to a state in which a gel-like substance derived from the aggregation of solid particles does not exist in a medium. A silica dispersion is subjected to a 1 mm mesh sieve, and 90% by weight or more of the dispersion is sieved. If it has passed, it is determined that the dispersion is in a dispersed state.

また、本発明のシリカ分散液には、例えば、ケイ酸エチル、ケイ酸メチルなどのアルコキシシランなどのその他の成分がさらに含まれていてもよい。   Further, the silica dispersion of the present invention may further contain other components such as an alkoxysilane such as ethyl silicate and methyl silicate.

本発明のシリカ分散液は、例えば、(1)アルカリケイ酸溶液(アルカリケイ酸水溶液)を脱アルカリ処理して得られ得るか、または(2)ケイ砂、水およびアルカリ金属含有化合物を含む混合物を水熱処理して該ケイ砂を溶解させて得られ得る。   The silica dispersion of the present invention can be obtained, for example, by (1) dealkalizing an alkali silicic acid solution (aqueous alkali silicic acid solution), or (2) a mixture containing silica sand, water and an alkali metal-containing compound. Can be obtained by hydrothermal treatment to dissolve the silica sand.

前記(1)の態様による、本発明のシリカ分散液の製造方法としては、アルカリケイ酸溶液を脱アルカリ処理する工程を含む製造方法が挙げられる。   Examples of the method for producing the silica dispersion of the present invention according to the aspect (1) include a production method including a step of subjecting an alkali silicic acid solution to a dealkalization treatment.

本明細書にいうアルカリケイ酸溶液とは、主としてアルカリ−ケイ酸系ガラスの濃厚水溶液をいう。アルカリ−ケイ酸系ガラスの濃厚水溶液のアルカリイオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどの陽イオンが挙げられる。   The alkali silicate solution referred to in this specification mainly refers to a concentrated aqueous solution of alkali-silicate glass. Examples of the alkali ions in the concentrated aqueous solution of alkali-silicate glass include cations such as lithium ions, sodium ions, and potassium ions.

本発明において使用される脱アルカリ処理前のアルカリケイ酸溶液は、特に限定されるものではなく、市販のものであっても、公知の方法により製造したものであってもよい。   The alkali silicic acid solution before the dealkalization treatment used in the present invention is not particularly limited, and may be a commercially available product or a product produced by a known method.

具体的には、例えば、ケイ酸ナトリウム溶液(JIS規格1号水ガラス、2号水ガラス、3号水ガラスまたは4号水ガラス)、ケイ酸リチウム溶液(ケイ酸リチウム35、ケイ酸リチウム45またはケイ酸リチウム75)、ケイ酸カリウム溶液(1Kケイ酸カリ、Cケイ酸カリ、Bケイ酸カリ、Aケイ酸カリまたは2Kケイ酸カリ)などが挙げられる。   Specifically, for example, sodium silicate solution (JIS standard No. 1 water glass, No. 2 water glass, No. 3 water glass or No. 4 water glass), lithium silicate solution (lithium silicate 35, lithium silicate 45 or Lithium silicate 75), potassium silicate solution (1K potassium silicate, C silicate, B silicate, A silicate or 2K potassium silicate) and the like.

本明細書にいう脱アルカリ処理とは、アルカリケイ酸溶液中のアルカリイオン(特に、ナトリウムイオン)を除去する処理をいう。当該処理は、例えば、陽イオン交換樹脂による処理または電解透析処理により行うことができる。簡便性の観点から、陽イオン交換樹脂による処理が好適である。   The dealkalization treatment referred to in this specification refers to a treatment for removing alkali ions (particularly sodium ions) in an alkali silicic acid solution. The treatment can be performed by, for example, treatment with a cation exchange resin or electrolytic dialysis treatment. From the viewpoint of simplicity, treatment with a cation exchange resin is preferable.

陽イオン交換樹脂による処理は、例えば、アルカリイオンを除去しようとするアルカリケイ酸溶液を撹拌しながら該アルカリケイ酸溶液に陽イオン交換樹脂を添加し、アルカリケイ酸溶液と樹脂とを接触させて、アルカリケイ酸溶液中のアルカリイオンを除去することにより行うことができる。その他円柱状のカラム中に陽イオン交換樹脂を充填して、この中へ溶液を通過させる方式、さらに加圧空気の圧入などにより樹脂との接触を促進する方式などをとることもできる。   The treatment with the cation exchange resin is performed, for example, by adding the cation exchange resin to the alkali silicic acid solution while stirring the alkali silicic acid solution to remove alkali ions, and bringing the alkali silicic acid solution into contact with the resin. The removal can be performed by removing alkali ions in the alkali silicic acid solution. In addition, a method in which a column is filled with a cation exchange resin and a solution is passed through the column, or a method in which contact with the resin is promoted by press-in of pressurized air or the like can be adopted.

電解透析処理は、陰、陽イオン交換膜が交互に配列された、両端に一対の電極を挿入した電解透析層にアルカリケイ酸溶液を充填し、直流電流を通電することによりアルカリケイ酸溶液中のアルカリイオンを除去する処理をいう。当該処理は、例えば、市販の電解透析処理装置を使用して行うことができる。   In the electrodialysis treatment, an alkali silicate solution is filled in an electrodialysis layer in which a pair of electrodes are inserted at both ends, in which an anion and a cation exchange membrane are alternately arranged, and a direct current is applied to the electrolytic dialysis treatment. Refers to a treatment for removing alkali ions. The treatment can be performed using, for example, a commercially available electrolytic dialysis treatment device.

例えば、陽イオン交換樹脂による処理によりアルカリケイ酸溶液の脱アルカリ処理を行う場合、陽イオン交換樹脂と処理しようとするアルカリケイ酸溶液との量比は、処理しようとするアルカリケイ酸溶液の組成などにもよるが、一般には、陽イオン交換樹脂100重量部に対し、好ましくはアルカリケイ酸溶液50〜400重量部、より好ましくは80〜320重量部である。また、アルカリケイ酸溶液と陽イオン交換樹脂との接触時間は、好ましくは1〜60分間程度である。両者の接触は、例えば、該樹脂を含んだアルカリケイ酸溶液を濾過して該樹脂を除去することにより終了させることができる。   For example, in the case of performing a dealkalization treatment of an alkali silicate solution by a treatment with a cation exchange resin, the quantitative ratio of the cation exchange resin and the alkali silicate solution to be treated is determined by the composition of the alkali silicate solution to be treated. In general, the amount is preferably 50 to 400 parts by weight, more preferably 80 to 320 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cation exchange resin. The contact time between the alkali silicic acid solution and the cation exchange resin is preferably about 1 to 60 minutes. The contact between the two can be terminated, for example, by filtering the alkali silicic acid solution containing the resin to remove the resin.

一方、電解透析処理によりアルカリケイ酸溶液の脱アルカリ処理を行う場合は、処理開始後、処理されたシリカ分散液の一部を経時的にとり、そのSiO2/M2O比を測定し、所望の値となったところで処理を終了すればよい。 On the other hand, when the alkali silicate solution is subjected to a dealkalization treatment by electrolytic dialysis treatment, after the treatment is started, a part of the treated silica dispersion is taken with time, and the SiO 2 / M 2 O ratio is measured to obtain the desired value. The processing may be ended when the value of.

上記の製造方法は、SiO2/M2O比が3〜10であり、好ましくは3.2〜8であり、より好ましくは4.2〜6.6であり、SiO2とM20の合計含有量およびQ3/Q2が前記範囲であるシリカ分散液を製造するのに好適である。 In the above production method, the ratio of SiO 2 / M 2 O is 3 to 10, preferably 3.2 to 8, more preferably 4.2 to 6.6, and the total content of SiO 2 and M 20 and Q 3 It is suitable for producing a silica dispersion wherein / Q 2 is in the above range.

なお、上記のように製造されたシリカ分散液のSiO2/M20比は、前記アルカリイオンの水酸化物などにより、適宜調整することもできる。 In addition, the SiO 2 / M 20 ratio of the silica dispersion liquid produced as described above can be appropriately adjusted by the hydroxide of the alkali ion or the like.

前記(2)の態様による、本発明のシリカ分散液の製造方法としては、ケイ砂、水およびアルカリ金属含有化合物を含んでなる混合物を水熱処理し、前記ケイ砂を溶解する工程を含む製造方法が挙げられる。本発明のシリカ分散液は、例えば、ケイ砂、アルカリ金属含有化合物および水を混合後、水熱処理によって該ケイ砂を溶解することにより、または、ケイ砂、アルカリ金属含有化合物および水を混合後、水熱処理し、次いで焼成することで得られる無水ケイ酸アルカリを所望により粉砕後、再度水熱処理によって該ケイ砂を溶解することにより得られ得る。使用するケイ砂、水およびアルカリ金属含有化合物の量としては、特に限定されるものではないが、ケイ砂100重量部に対し、水が300〜2800重量部、アルカリ金属含有化合物(酸化物換算)が5〜40重量部が好適である。   The method for producing the silica dispersion of the present invention according to the above aspect (2) includes a step of hydrothermally treating a mixture containing silica sand, water and an alkali metal-containing compound to dissolve the silica sand. Is mentioned. The silica dispersion of the present invention, for example, after mixing silica sand, an alkali metal-containing compound and water, by dissolving the silica sand by hydrothermal treatment, or, after mixing the silica sand, the alkali metal-containing compound and water, It can be obtained by dissolving the silica sand by hydrothermal treatment, after pulverizing the anhydrous alkali silicate obtained by hydrothermal treatment and then calcining as required. The amount of silica sand, water and alkali metal-containing compound used is not particularly limited, but water is 300 to 2800 parts by weight, alkali metal-containing compound (in terms of oxide) per 100 parts by weight of silica sand. But 5 to 40 parts by weight is preferred.

ケイ砂のSiO2含有量は、好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上、特に好ましくは97重量%以上である。ケイ砂の形状、平均粒径などは特に限定されない。ケイ砂としては、例えばオーストラリア産のパールサンドおよびフラッタリーサンド、インドネシア産のサラワクサンド、ケイ石を粉砕したケイ砂などが挙げられる。 The SiO 2 content of the silica sand is preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, particularly preferably at least 97% by weight. The shape and average particle size of the silica sand are not particularly limited. Examples of the silica sand include pearl sand and flattery sand from Australia, Sarawak sand from Indonesia, and silica sand obtained by grinding silica stone.

アルカリ金属含有化合物としては、例えば、アルカリ金属原子の水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩などが挙げられ、アルカリ金属原子としてはナトリウムが好適である。アルカリ金属含有化合物の好適な例としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウムが挙げられる。   Examples of the alkali metal-containing compound include hydroxides, carbonates, nitrates and sulfates of alkali metal atoms, and sodium is preferred as the alkali metal atom. Preferred examples of the alkali metal-containing compound include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium nitrate, and sodium sulfate.

本明細書にいう水熱処理とは、例えば、ニッケル坩堝において、アルカリ水溶液中、加圧下でケイ砂を溶解する操作をいい、圧力条件は、好ましくは0.5〜1.8MPaであり、より好ましくは0.7〜1.7MPaであり、特に好ましくは0.9〜1.7MPaである。処理温度は、好ましくは150〜220℃であり、より好ましくは160〜200℃であり、特に好ましくは170〜200℃であり、処理時間は特に限定されないが、好ましくは1〜24時間である。   The hydrothermal treatment referred to in this specification means, for example, in a nickel crucible, an operation of dissolving silica sand under pressure in an aqueous alkali solution, and the pressure condition is preferably 0.5 to 1.8 MPa, more preferably 0.7 to 1.8 MPa. It is 1.7 MPa, particularly preferably 0.9 to 1.7 MPa. The treatment temperature is preferably from 150 to 220 ° C, more preferably from 160 to 200 ° C, particularly preferably from 170 to 200 ° C, and the treatment time is not particularly limited, but is preferably from 1 to 24 hours.

焼成の方法としては、通常公知の方法が用いられ、好ましくは300〜1500℃、より好ましくは500〜1300℃の範囲で焼成する方法が挙げられる。加熱時間は、通常0.1〜24時間である。このような焼成は、通常、電気炉、ガス炉などの加熱炉で行うことができる。   As a firing method, a known method is generally used, and a method of firing at a temperature of preferably 300 to 1500 ° C, more preferably 500 to 1300 ° C is exemplified. The heating time is usually 0.1 to 24 hours. Such firing can be usually performed in a heating furnace such as an electric furnace or a gas furnace.

焼成後、得られた無水ケイ酸アルカリは所望により粉砕され、所定の粒度に調整される。粉砕には、例えばボールミル、ローラーミルなどの粉砕機が用いられる。   After the calcination, the obtained alkali silicate is optionally pulverized and adjusted to a predetermined particle size. For the pulverization, for example, a pulverizer such as a ball mill and a roller mill is used.

上記の製造方法は、SiO2/M2O比が3〜10であり、好ましくは3.2〜8であり、より好ましくは4.2〜6.6であり、SiO2とM20の合計含有量およびQ3/Q2が前記範囲であるシリカ分散液を製造するのに好適である。 In the above production method, the ratio of SiO 2 / M 2 O is 3 to 10, preferably 3.2 to 8, more preferably 4.2 to 6.6, and the total content of SiO 2 and M 20 and Q 3 It is suitable for producing a silica dispersion wherein / Q 2 is in the above range.

なお、上記のように製造されたシリカ分散液のSiO2/M20比は、前記アルカリイオンの水酸化物などにより、適宜調整することもできる。 In addition, the SiO 2 / M 20 ratio of the silica dispersion liquid produced as described above can be appropriately adjusted by the hydroxide of the alkali ion or the like.

さらに、本発明の前記シリカ分散液とコロイダルシリカを混合することにより、あるいはケイ酸塩、ケイ酸、二酸化ケイ素等のコロイダルシリカ以外のシリカ成分とコロイダルシリカを混合後、脱アルカリ処理することにより、本発明の前記シリカ分散液と同程度の成膜性および耐水性を有するが、SiO2/M20比が3〜100であるシリカ分散液(以下、シリカ分散液(2)という)を得ることができる。なお、シリカ分散液(2)を、本発明の前記シリカ分散液とコロイダルシリカとを混合することにより調製する場合、本発明の前記シリカ分散液にコロイダルシリカを添加、混合するか、またはコロイダルシリカに該シリカ分散液を添加、混合することにより得ることができる。 Furthermore, by mixing the silica dispersion of the present invention and colloidal silica, or by mixing a silica component other than colloidal silica such as silicate, silicic acid, silicon dioxide and colloidal silica, and then performing a dealkalization treatment, A silica dispersion having the same film formability and water resistance as the silica dispersion of the present invention but having a SiO 2 / M 20 ratio of 3 to 100 (hereinafter referred to as silica dispersion (2)) is obtained. be able to. When the silica dispersion (2) is prepared by mixing the silica dispersion of the present invention and colloidal silica, colloidal silica is added to the silica dispersion of the present invention and mixed, or colloidal silica is mixed. Can be obtained by adding and mixing the silica dispersion.

コロイダルシリカとしては、水分散性またはアルコールなどの非水系の有機溶媒分散性コロイダルシリカを使用することができる。かかるコロイダルシリカは一般に固形分としてシリカ(SiO2)を20〜50重量%含有する。 As the colloidal silica, water-dispersible or non-aqueous organic solvent-dispersible colloidal silica such as alcohol can be used. Such colloidal silica is generally silica (SiO 2) containing 20 to 50% by weight solids.

水分散性コロイダルシリカは、通常アルカリケイ酸溶液から作られるが、このようなコロイダルシリカは市販品を容易に入手することができる。また、有機溶媒分散性コロイダルシリカは前記水分散性コロイダルシリカの水を有機溶媒と置換することで容易に調製することができる。このような有機溶媒分散性コロイダルシリカも水分散性コロイダルシリカと同様に市販品として容易に入手することができる。   Water-dispersible colloidal silica is usually prepared from an alkali silicic acid solution, and such a colloidal silica can be easily obtained as a commercial product. The organic solvent-dispersible colloidal silica can be easily prepared by substituting the water of the water-dispersible colloidal silica with an organic solvent. Such an organic solvent-dispersible colloidal silica can be easily obtained as a commercial product similarly to the water-dispersible colloidal silica.

有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノールなどの低級脂肪族アルコール類;エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテルなどのエチレングリコール誘導体;ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのジエチレングリコール誘導体およびジアセトンアルコールなどの親水性有機溶媒が挙げられる。また、これらの有機溶媒と共にトルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトオキシムなどが併用されてもよい。   Examples of the organic solvent include lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol and isobutanol; ethylene glycol derivatives such as ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether and ethylene glycol monoethyl ether acetate; diethylene glycol, diethylene glycol Examples thereof include diethylene glycol derivatives such as monobutyl ether and hydrophilic organic solvents such as diacetone alcohol. Further, toluene, xylene, ethyl acetate, butyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketoxime and the like may be used together with these organic solvents.

前記製造方法によって製造されたシリカ分散液とコロイダルシリカの混合量比としては、通常、該シリカ分散液100重量部に対してコロイダルシリカ50〜1000重量部が好ましい。   The mixing ratio of the silica dispersion and the colloidal silica produced by the production method is usually preferably 50 to 1000 parts by weight of colloidal silica with respect to 100 parts by weight of the silica dispersion.

なお、本発明のシリカ分散液とコロイダルシリカを含むシリカ分散液(2)の、SiO2/M2O比としては、3〜100であり、好ましくは10〜100であり、より好ましくは18〜90であり、特に好ましくは20〜80であり、SiO2とM20の合計含有量およびQ3/Q2としては、本発明の前記シリカ分散液と同様の範囲である。 In addition, the silica dispersion of the present invention and the silica dispersion (2) containing colloidal silica, the SiO 2 / M 2 O ratio is 3 to 100, preferably 10 to 100, more preferably 18 to 100. it is 90, particularly preferably 20 to 80, the total content and Q 3 / Q 2 of SiO 2 and M 2 0, which is the same range as the silica dispersion of the present invention.

また、シリカ分散液(2)は、コロイダルシリカを前記と同様の方法で脱アルカリ処理して得ることもできる。   The silica dispersion (2) can also be obtained by subjecting colloidal silica to a dealkalization treatment in the same manner as described above.

なお、上記のように製造されたシリカ分散液のSiO2/M20比は、前記アルカリイオンの水酸化物などにより、適宜調整することもできる。 In addition, the SiO 2 / M 20 ratio of the silica dispersion liquid produced as described above can be appropriately adjusted by the hydroxide of the alkali ion or the like.

第2の態様のシリカ分散液は、第1の態様のシリカ分散液のシリカ成分にSi-C結合を形成するSiを導入してなるものである。よって、本態様のシリカ分散液中のシリカ成分は、Si-C結合を形成するSi及びSi-C結合を形成しないSiを含有してなる。Si-C結合を形成するSiの導入により、シリカ分散液により形成される膜に、さらに撥水性が付与される。   The silica dispersion of the second embodiment is obtained by introducing Si that forms a Si—C bond into the silica component of the silica dispersion of the first embodiment. Therefore, the silica component in the silica dispersion of the present embodiment contains Si that forms a Si—C bond and Si that does not form a Si—C bond. The introduction of Si that forms a Si—C bond further imparts water repellency to the film formed by the silica dispersion.

本態様における「SiO2/M20比」及び「SiO2とM20との合計含有量」は、第1の態様におけるそれらと同意義を有する。 The “SiO 2 / M 20 ratio” and the “total content of SiO 2 and M 20 ” in this embodiment have the same meanings as those in the first embodiment.

一方、Si-C結合を形成するSiの含有量としては、形成される膜に十分な撥水性を付与する観点から、シリカ分散液に含まれる全Si中の0.1〜30モル%であり、好ましくは1〜20モル%、より好ましくは3〜15モル%である。   On the other hand, the content of Si that forms a Si-C bond is 0.1 to 30 mol% of the total Si contained in the silica dispersion from the viewpoint of imparting sufficient water repellency to the formed film, and is preferably Is 1 to 20 mol%, more preferably 3 to 15 mol%.

全Si中のSi-C結合を形成するSiの含有量は、例えば、後述の実施例に記載される方法により測定することができる。   The content of Si forming a Si—C bond in all Si can be measured, for example, by a method described in Examples described later.

また、本態様のシリカ分散液においては、シリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=0〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積との比は、第1の態様のシリカ分散液の場合と同様の観点より、当該分散液と同様であるのが好ましい。 In the silica dispersion of this embodiment, in the assignment of the spectrum of the silica component by 29 Si-NMR, the area of the signal showing the Q 3 structure and the Q 2 structure in the signal showing the Q n (n = 0 to 4) structure Is preferably the same as that of the dispersion from the same viewpoint as that of the silica dispersion of the first embodiment.

本態様のシリカ分散液は、第1の態様のシリカ分散液に、例えば、親水性基と適度な疎水性を付与するアルキル基とをあわせもつ化合物(Si-C結合を有する化合物)の1種または2種以上を添加することにより製造するのが好適である。また、第1の態様のシリカ分散液の製造方法の前記(1)の態様において、アルカリケイ酸溶液とSi-C結合を有する化合物の1種または2種以上とを混合後、脱アルカリ処理し、該処理の際に同時にアルカリケイ酸と該化合物との間で縮合反応を行わせ、本態様のシリカ分散液を製造することもできる。後者の方法は、製造工程を簡略化でき、低コストであることから、本態様のシリカ分散液の製造方法としては、より好適である。   The silica dispersion of the present embodiment is obtained by adding, to the silica dispersion of the first embodiment, for example, one kind of a compound having a hydrophilic group and an alkyl group imparting appropriate hydrophobicity (a compound having a Si—C bond). Alternatively, it is preferable to produce by adding two or more kinds. In the method (1) of the method for producing a silica dispersion liquid according to the first embodiment, the alkali silicic acid solution is mixed with one or more compounds having a Si—C bond, and then subjected to a dealkalization treatment. During the treatment, a condensation reaction may be simultaneously performed between the alkali silicic acid and the compound to produce the silica dispersion of this embodiment. The latter method is more suitable as a method for producing the silica dispersion of this embodiment because the production process can be simplified and the cost is low.

Si-C結合を有する化合物としては、例えば、アルキルシリコネートやアルキルシラン等が挙げられる。   Examples of the compound having a Si-C bond include alkyl siliconates and alkyl silanes.

例えば、アルキルシリコネートとしては、下記一般式で表される化合物の使用が好適
である。
R-Si-(OM)4-n
式中、nはRのSiとの結合数を示し、1、2または3である。Rはアルキル基を示し、当該アルキル基の炭素数は好ましくは1〜2である。Mは水素原子、アルカリ金属原子のいずれかを示す。具体的に当該化合物を例示すれば、ナトリウムメチルシリコネート〔CH3Si(OH)2(ONa)〕やカリウムエチルシリコネート〔C2H5Si(OH)2(OK)〕が挙げられる。
For example, as the alkylsiliconate, a compound represented by the following general formula is preferably used.
R n -Si- (OM) 4-n
In the formula, n represents the number of bonds of R to Si, and is 1, 2 or 3. R represents an alkyl group, and the alkyl group preferably has 1 to 2 carbon atoms. M represents a hydrogen atom or an alkali metal atom. Specific examples of the compound include sodium methylsiliconate [CH 3 Si (OH) 2 (ONa)] and potassium ethyl siliconate [C 2 H 5 Si (OH) 2 (OK)].

また、アルキルシランとしては、下記一般式で表される化合物の使用が好適である。
R1-Si(OR23
式中、R1とR2は同一または異なるアルキル基を示す。具体的に当該化合物を例示すれば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン等が挙げられる。R1の炭素数は好ましくは1〜3、R2の炭素数は好ましくは1〜2である。
Further, as the alkylsilane, a compound represented by the following general formula is preferably used.
R 1 -Si (OR 2 ) 3
In the formula, R 1 and R 2 represent the same or different alkyl groups. Specific examples of the compound include methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, propyltriethoxysilane, hexyltriethoxysilane, and decyltriethoxysilane. Is mentioned. The carbon number of R 1 is preferably 1-3, and the carbon number of R 2 is preferably 1-2.

本態様のシリカ分散液は、具体的には、アルキルシランの縮合反応物および/またはアルキルシリコネートと、アルカリケイ酸溶液とを混合後、脱アルカリ処理する工程を経て製造することができる。さらに、前記アルキルシリコネートまたは上記縮合反応物を市販の水ガラスと混合後、脱アルカリ処理することによっても本態様のシリカ分散液を製造することができる。アルキルシリコネートまたは縮合反応物の添加量としては、水ガラス100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部である。なお、アルキルシリコネートと縮合反応物とを併用する場合のそれらの添加量としては、両者の添加量を併せていずれか一方の化合物の好適な添加量範囲となる量が好ましい。脱アルカリ処理は、第1の態様のシリカ分散液を調製する場合に準ずる方法で行えばよい。   Specifically, the silica dispersion of this embodiment can be produced through a process of mixing a condensation reaction product of an alkylsilane and / or an alkylsiliconate with an alkali silicic acid solution, followed by a dealkalization treatment. Further, the silica dispersion of this embodiment can also be produced by mixing the above-mentioned alkylsiliconate or the above-mentioned condensation reaction product with a commercially available water glass and then subjecting the mixture to a dealkalization treatment. The addition amount of the alkylsiliconate or the condensation reaction product is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of water glass. When the alkylsiliconate and the condensation reaction product are used in combination, the amount thereof is preferably such that the addition amount of both compounds falls within a suitable addition amount range of one of the compounds. The dealkalization treatment may be performed by a method similar to that for preparing the silica dispersion of the first embodiment.

また、例えば、第1の態様のシリカ分散液の調製時にまたは調製後にアルキルシリコネートを添加して均一に混合することにより本態様のシリカ分散液を製造することができる。アルキルシリコネートの添加量としては、アルキルシリコネート添加前の調製時または調製後のシリカ分散液中のシリカ成分100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部である。また、例えば、アルキルシランを酸(例えば、0.005N塩酸溶液中)もしくはアルカリ(例えば、0.02(v/v)%アンモニア水溶液中)を触媒として縮合反応化後、得られた縮合反応物を、第1の態様のシリカ分散液の調製時にまたは調製後に均一に混合することにより本態様のシリカ分散液を製造することができる。縮合反応物の添加量としては、縮合反応物添加前の調製時または調製後のシリカ分散液中のシリカ成分100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部である。   In addition, for example, at the time of or after the preparation of the silica dispersion of the first embodiment, an alkylsiliconate is added and uniformly mixed to produce the silica dispersion of the present embodiment. The addition amount of the alkyl siliconate is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silica component in the silica dispersion at the time of the preparation before or after the addition of the alkyl siliconate. Department. Further, for example, after the alkylsilane is subjected to a condensation reaction using an acid (for example, in a 0.005N hydrochloric acid solution) or an alkali (for example, in a 0.02 (v / v)% aqueous ammonia solution) as a catalyst, the obtained condensation reaction product is subjected to a second reaction. The silica dispersion of the present embodiment can be produced by mixing uniformly during or after the preparation of the silica dispersion of the first embodiment. The addition amount of the condensation reactant is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silica component in the silica dispersion during the preparation before or after the addition of the condensation reaction product. Department.

Si-C結合を有する化合物としては、本明細書において具体的に例示した前記化合物が好ましく、従って、本態様のシリカ分散液の製造方法としては、アルキルシランの縮合反応物および/またはアルキルシリコネートと、アルカリケイ酸溶液(例えば、前記水ガラス)とを混合後、脱アルカリ処理する工程を含む方法が好ましい。   As the compound having a Si-C bond, the above-mentioned compounds specifically exemplified in the present specification are preferable. Therefore, the method for producing the silica dispersion of this embodiment includes a condensation reaction product of alkylsilane and / or an alkylsiliconate. And an alkali silicic acid solution (for example, the above-mentioned water glass), and then a method including a step of performing a dealkalization treatment is preferable.

なお、特許第2705756号公報に開示されるようなアルコキシシラン類〔一般式:Si-(OR)4;Rはアルキル基を示す〕の縮合反応物を利用しても撥水性を付与することはできない。この原因は明らかでないが、おそらく、Siに結合するアルキル基の全部もしくは大部分が縮合反応により脱離したためと考えられる。 It should be noted that it is not possible to impart water repellency by using a condensation reaction product of alkoxysilanes [general formula: Si- (OR) 4 ; R represents an alkyl group] as disclosed in Japanese Patent No. 2705756. Can not. The reason for this is not clear, but it is probably because all or most of the alkyl groups bonded to Si have been eliminated by the condensation reaction.

本態様のシリカ分散液により形成される膜は、例えば、アルキルシリコネート等に由来するアルキル基により発揮される撥水性により、それが形成された被処理物の表面に、膜形成後の初期の一時期において撥水性を付与する。該撥水性は、おそらく膜形成時には、膜表面に撥水性を担うアルキル基が膜の外側に配向するものの、大量の水と接することで徐々に膜の内側へ配向していくことから、経時的に減少し、最終的には、被処理物の表面は親水性を有するようになる。   The film formed by the silica dispersion liquid of the present embodiment is, for example, by the water repellency exerted by an alkyl group derived from an alkyl siliconate or the like, on the surface of the object on which it is formed, in the initial stage after film formation. Provides water repellency at one time. Although the water repellency is probably due to the fact that the alkyl group responsible for the water repellency on the film surface is oriented to the outside of the film at the time of film formation, it gradually aligns with the large amount of water to the inside of the film. And finally, the surface of the object to be treated becomes hydrophilic.

本態様のシリカ分散液により奏される効果を利用して種々の応用が考えられる。例えば本態様のシリカ分散液は、コンクリート骨材処理剤として有効である。該分散液でコンクリート骨材の表面を処理、例えば、骨材を本発明のシリカ分散液に浸漬後、乾燥処理を施すことで、骨材の表面に撥水性を有するコーティング膜が形成され、骨材の表面が撥水性を有するようになる。その結果、該骨材の吸水率が低下する。かかる骨材を用いれば、例えば、モルタルと共に混練する際、少量の水で十分に混練することができ、作業性が向上する。また、該骨材にモルタルペーストとの強い接着性(反応性)が実現される。それゆえ、もともと吸水率の高い骨材を用いたとしても、少量の水で操作性の高い低粘度フレッシュコンクリートの実現が可能となり、高強度、乾燥収縮率の低いコンクリート体を成型することができる。特に低品質骨材を使用してもスランプ値の高い低粘度フレッシュコンクリートが実現できる点が長所である。低品質骨材としては、微細孔を多く持ち吸水率の高い骨材、一例を挙げれば再生骨材等が挙げられる。   Various applications are conceivable utilizing the effect exerted by the silica dispersion of this embodiment. For example, the silica dispersion of this embodiment is effective as a concrete aggregate treating agent. The surface of the concrete aggregate is treated with the dispersion, for example, by dipping the aggregate in the silica dispersion of the present invention and then performing a drying treatment, a water-repellent coating film is formed on the surface of the aggregate, The surface of the material becomes water repellent. As a result, the water absorption of the aggregate decreases. If such an aggregate is used, for example, when kneading with mortar, it can be sufficiently kneaded with a small amount of water, and workability is improved. In addition, strong adhesion (reactivity) with the mortar paste is realized on the aggregate. Therefore, even if an aggregate having a high water absorption rate is used, a low-viscosity fresh concrete with high operability can be realized with a small amount of water, and a high-strength, low-shrinkage concrete body can be molded. . Particularly, there is an advantage in that a low-viscosity fresh concrete having a high slump value can be realized even when using low-quality aggregate. Examples of the low-quality aggregate include an aggregate having many micropores and a high water absorption, and, for example, a recycled aggregate.

また、本態様のシリカ分散液をコンクリート表面に塗布することで、吸水防止効果をコンクリートに付与でき、塩害、凍害、中性化による劣化防止、白華防止などに優れた効果を発揮する。   Further, by applying the silica dispersion of this embodiment to the concrete surface, a water absorption preventing effect can be imparted to the concrete, and excellent effects such as salt damage, freezing damage, prevention of deterioration due to neutralization, and prevention of bleaching can be exhibited.

以上の本発明のシリカ分散液(以下、シリカ分散液(2)を含む)に、さらに任意の界面活性剤を添加することにより、該分散液の基材(例えば、コンクリート)への浸透性を向上させた組成物(以下、界面活性剤含有組成物という)が得られる。   By further adding an arbitrary surfactant to the above silica dispersion of the present invention (hereinafter, including the silica dispersion (2)), the permeability of the dispersion to a substrate (for example, concrete) is increased. An improved composition (hereinafter, referred to as a surfactant-containing composition) is obtained.

界面活性剤としては、陽イオン型界面活性剤、陰イオン型界面活性剤、両性型界面活性剤、非イオン型界面活性剤が挙げられるが、これらの中でも、特に非イオン型界面活性剤を用いるのが好ましい。   Examples of the surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. Among these, a nonionic surfactant is particularly used. Is preferred.

陽イオン型界面活性剤としては、例えば、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレン付加アルコール硫酸塩、硫酸アルキル塩が挙げられる。   Examples of the cationic surfactant include a linear alkylbenzene sulfonate, a polyoxyethylene addition alcohol sulfate, and an alkyl sulfate.

陰イオン型界面活性剤としては、例えば、アルキルエーテル硫酸ナトリウム塩、アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩などが挙げられる。   Examples of the anionic surfactant include sodium alkyl ether sulfate, alkyltrimethylammonium salt, and alkylpyridinium salt.

両性型界面活性剤としては、例えば、アルキルカルボキシベタイン、アルキルスルホベタインなどが挙げられる。   Examples of the amphoteric surfactant include alkyl carboxy betaine, alkyl sulfo betaine and the like.

非イオン型界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、脂肪酸ジエタノールアミドなどが挙げられる。   Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, and fatty acid diethanolamide.

なお、前記アルキル基は、好ましくは炭素数6〜22のものであり、より好ましくは炭素数8〜14のものである。また、該アルキル基は直鎖であっても分枝鎖であってもよい。   The alkyl group preferably has 6 to 22 carbon atoms, and more preferably has 8 to 14 carbon atoms. Further, the alkyl group may be linear or branched.

界面活性剤含有組成物中における界面活性剤の含有量は、好ましくは0.01〜10重量%、より好ましくは0.1〜5重量%である。   The surfactant content in the surfactant-containing composition is preferably from 0.01 to 10% by weight, more preferably from 0.1 to 5% by weight.

界面活性剤含有組成物の調製方法としては、例えば、前記シリカ分散液を調製する際に、またはその調製後に、界面活性剤を添加して混合する方法が挙げられる。   Examples of the method for preparing the surfactant-containing composition include a method of adding and mixing a surfactant when preparing the silica dispersion or after the preparation.

また、本発明のシリカ分散液、または前記界面活性剤含有組成物に、さらに任意の増粘剤を添加することにより、優れた二酸化炭素遮蔽性をも発揮しうる、より厚いコーティング膜を基材表面に形成することができる組成物(以下、増粘剤含有組成物という)が得られる。   Further, the silica dispersion of the present invention, or the surfactant-containing composition, by further adding an optional thickener, can also exhibit excellent carbon dioxide shielding properties, a thicker coating film substrate A composition that can be formed on the surface (hereinafter, referred to as a thickener-containing composition) is obtained.

増粘剤としては、例えば、ポリオキシエチレングリコール脂肪酸エステル(例えば花王(株)製エマノーン3299R)などの非イオン性増粘剤、4級アンモニウム型のコポリマー(例えばISP社製GAFQUART(登録商標)シリーズ)などのカチオン性増粘剤、アクリル樹脂(例えば、BASF社製アクロナール(登録商標)シリーズ)などが挙げられる。   Examples of the thickener include nonionic thickeners such as polyoxyethylene glycol fatty acid ester (for example, Emanone 3299R manufactured by Kao Corporation) and quaternary ammonium-type copolymers (for example, GAFQUART (registered trademark) series manufactured by ISP) ), Acrylic resins (for example, Acronal (registered trademark) series manufactured by BASF) and the like.

増粘剤含有組成物中における増粘剤の含有量は、好ましくは0.01〜10重量%、より好ましくは0.1〜5重量%である。   The content of the thickener in the thickener-containing composition is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight.

増粘剤含有組成物の調製方法としては、例えば、本発明のシリカ分散液、または前記界面活性剤含有組成物を調製する際に、あるいはその調製後に、増粘剤を添加して混合する方法が挙げられる。   As a method for preparing the thickener-containing composition, for example, a method of adding and mixing a thickener when preparing the silica dispersion of the present invention or the surfactant-containing composition or after the preparation. Is mentioned.

また、本発明のシリカ分散液、前記界面活性剤含有組成物または前記増粘剤含有組成物に安定化剤として金属イオンに対するキレート能を有する化合物を添加することにより、安定性を向上させた組成物(以下、安定化剤含有組成物という)が得られる。   Further, a composition having improved stability by adding a compound having a chelating ability to metal ions as a stabilizer to the silica dispersion of the present invention, the surfactant-containing composition or the thickener-containing composition. (Hereinafter referred to as a stabilizer-containing composition).

安定化剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、ビス(2−ヒドロキシフェニル酢酸)エチレンジアミン、およびこれらの塩類、脂肪族オキシカルボン酸、縮合リン酸塩などが挙げられる。脂肪族オキシカルボン酸としては、酒石酸、クエン酸、コハク酸、グルコン酸、ジヒドロキシエチルグリシンなどが挙げられる。縮合リン酸塩としては、ピロリン酸、トリリン酸、トリメタリン酸、テトラメタリン酸などのポリリン酸の塩が挙げられ、具体的にはピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸ナトリウムまたはこれらのカリウム塩などが挙げられる。   Examples of the stabilizer include ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, propylenediaminetetraacetic acid, bis (2-hydroxyphenylacetic acid) ethylenediamine, and salts thereof, and aliphatic oxycarboxylic acids. And condensed phosphates. Examples of the aliphatic oxycarboxylic acid include tartaric acid, citric acid, succinic acid, gluconic acid, dihydroxyethylglycine and the like. Examples of the condensed phosphate include salts of polyphosphoric acid such as pyrophosphoric acid, triphosphoric acid, trimetaphosphoric acid, and tetrametaphosphoric acid. Specific examples thereof include sodium pyrophosphate, sodium acid pyrophosphate, sodium tripolyphosphate, and sodium tetrapolyphosphate. , Sodium hexametaphosphate, sodium acid hexametaphosphate or potassium salts thereof.

安定化剤含有組成物中における安定化剤の含有量は、好ましくは0.01〜5重量%、より好ましくは0.5〜1重量%である。   The content of the stabilizer in the stabilizer-containing composition is preferably 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.5 to 1% by weight.

さらに、本発明のシリカ分散液、前記界面活性剤含有組成物、前記増粘剤含有組成物または前記安定化剤含有組成物に硬化促進剤として、アルカリ土類金属または3B族に属する金属原子を含有する化合物(以下、それぞれアルカリ土類金属含有化合物または3B族金属含有化合物という)を添加して、硬化速度を向上させた組成物(以下、硬化促進剤含有組成物という)が得られる。   Further, the silica dispersion of the present invention, the surfactant-containing composition, the thickener-containing composition or the stabilizer-containing composition, as a curing accelerator, an alkaline earth metal or a metal atom belonging to Group 3B. A compound (hereinafter, referred to as a curing accelerator-containing composition) having an improved curing rate by adding a contained compound (hereinafter, referred to as an alkaline earth metal-containing compound or a group 3B metal-containing compound, respectively) is obtained.

アルカリ土類金属含有化合物としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムなどが挙げられ、3B族金属含有化合物としては、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硝酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、ホウ酸アルミニウムなどが挙げられる。   Examples of the alkaline earth metal-containing compound include calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, magnesium oxide, calcium chloride, magnesium chloride, calcium nitrate, magnesium nitrate, calcium sulfate, magnesium sulfate, and the like. Examples of the metal-containing compound include aluminum chloride, aluminum hydroxide, aluminum nitrate, aluminum phosphate, and aluminum borate.

硬化促進剤含有組成物中における硬化促進剤の含有量は、好ましくは0.01〜10重量%、より好ましくは0.1〜1重量%である。   The content of the curing accelerator in the composition containing the curing accelerator is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 1% by weight.

本発明において提供されるシリカ分散液、ならびに界面活性剤含有組成物、増粘剤含有組成物、安定化剤含有組成物および硬化促進剤含有組成物は、成膜性および耐水性に非常に優れたものであり、種々の基材表面のコーティング剤に好適に使用される。これらは、いずれも本発明のシリカ分散液を主成分とするものである。従って、本発明はさらに、本発明のシリカ分散液を含んでなるコーティング剤を提供する。   The silica dispersion provided in the present invention, and the surfactant-containing composition, the thickener-containing composition, the stabilizer-containing composition and the curing accelerator-containing composition are extremely excellent in film formability and water resistance. It is suitably used as a coating agent for various substrate surfaces. All of these contain the silica dispersion of the present invention as a main component. Accordingly, the present invention further provides a coating agent comprising the silica dispersion of the present invention.

本発明のコーティング剤は、本発明のシリカ分散液、あるいは界面活性剤含有組成物、増粘剤含有組成物、安定化剤含有組成物または硬化促進剤含有組成物そのものであってもよく、また、本発明のシリカ分散液、あるいは界面活性剤含有組成物、増粘剤含有組成物、安定化剤含有組成物または硬化促進剤含有組成物と所望により適宜その他のさらなる成分とを混合することにより調製することができる。その他の成分としては、例えば、アルキルシラン類化合物などが挙げられ、本発明の所望の効果の発現を阻害しない限り、その添加量は特に限定されるものではない。   The coating agent of the present invention may be the silica dispersion of the present invention, or a surfactant-containing composition, a thickener-containing composition, a stabilizer-containing composition or a curing accelerator-containing composition itself, By mixing the silica dispersion of the present invention, or a surfactant-containing composition, a thickener-containing composition, a stabilizer-containing composition, or a curing accelerator-containing composition with other additional components as required. Can be prepared. Other components include, for example, alkylsilane compounds, and the amount thereof is not particularly limited as long as the desired effects of the present invention are not inhibited.

本発明のコーティング剤は、無機系基材、有機系基材、金属材などの種々の基材表面のコーティングのための表面塗布剤または浸漬剤として優れたものであり、酸性雨等の雨水による劣化の防止等に使用できる。本発明のコーティング剤は、基材表面に塗工して、または基材を該剤に浸漬して使用される。無機系基材としては、例えば、コンクリートまたはガラスが、有機系基材としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂またはシリコン樹脂が、金属材としては、例えば、メッキ鋼板が挙げられる。   The coating agent of the present invention is excellent as a surface coating agent or an immersion agent for coating various substrate surfaces such as an inorganic base material, an organic base material, and a metal material. It can be used to prevent deterioration. The coating agent of the present invention is used by coating on the surface of a substrate or immersing the substrate in the agent. As the inorganic base material, for example, concrete or glass, for the organic base material, for example, acrylic resin, urethane resin, epoxy resin, polyester resin or silicone resin, and as the metal material, for example, a plated steel plate Can be

本発明のコーティング剤の基材表面へのコーティング方法としては、刷毛塗り法、ローラー法、噴霧法、吹き付け法、浸漬法、充填法などの公知の方法が挙げられる。コーティングは、用途に応じた好適な方法により施工可能である。施工後、適宜乾燥、養生することにより、基材表面に良好なコーティング膜を形成することができる。コーティング膜の形成は、基材表面の、および/または基材中に一部含浸したコーティング剤の乾燥に伴って形成される主としてシリカ成分によるネットワーク構造の発達により生ずる。   Examples of the method for coating the surface of the substrate with the coating agent of the present invention include known methods such as a brush coating method, a roller method, a spray method, a spraying method, a dipping method, and a filling method. The coating can be applied by a suitable method according to the application. After the application, by appropriately drying and curing, a good coating film can be formed on the substrate surface. The formation of the coating film is caused by the development of a network structure mainly formed by a silica component formed on the surface of the substrate and / or as the coating agent partially impregnated in the substrate is dried.

本発明のコーティング剤に使用される、本発明のシリカ分散液などは、成膜性および耐水性に優れたものである。よって、例えば、本発明のコーティング剤によって形成されたコーティング膜は高耐水性を発揮しえ、例えば、表面にコーティング膜の形成されたコンクリートの硫酸化防止、塩害防止が可能である。また、コーティング膜はガスバリアー能をも発揮し得、例えば、コンクリート表面にコーティング膜が形成された場合、二酸化炭素などの防ガス効果により、当該コンクリートの中性化防止が可能である。従って、本発明のコーティング剤の一態様として、上記のような効果を発揮するコーティング膜を形成しうるコンクリート表面塗装剤が提供される。   The silica dispersion of the present invention used in the coating agent of the present invention has excellent film-forming properties and water resistance. Therefore, for example, a coating film formed by the coating agent of the present invention can exhibit high water resistance, and can prevent, for example, sulfation and salt damage of concrete having a coating film formed on the surface. In addition, the coating film can also exhibit a gas barrier function. For example, when a coating film is formed on the concrete surface, the concrete can be prevented from being neutralized by a gas-proof effect of carbon dioxide or the like. Accordingly, as one embodiment of the coating agent of the present invention, a concrete surface coating agent capable of forming a coating film exhibiting the above-described effects is provided.

また、本発明のコーティング剤により形成されるコーティング膜は、その耐水性により、無機多孔体の吸水率抑制効果をも発揮する。すなわち、無機多孔体表面へのコーティング膜の形成により、無機多孔体への水の浸透を防ぐことができる。無機多孔体としては、例えば、コンクリート、モルタル、骨材などが挙げられる。中でも、骨材、特に再生骨材に対しての使用が効果的であり、簡便性の観点から、浸漬法または散布法によりコーティングするのが好適である。コーティング膜の形成により、該骨材の吸水量が低下する。従って、本発明のコーティング剤の一態様として、上記のような効果を発揮するコーティング膜を形成しうる骨材処理剤が提供される。   Further, the coating film formed by the coating agent of the present invention also exhibits an effect of suppressing the water absorption of the inorganic porous material due to its water resistance. That is, the formation of the coating film on the surface of the inorganic porous body can prevent the permeation of water into the inorganic porous body. Examples of the inorganic porous body include concrete, mortar, aggregate, and the like. Among them, the use of aggregates, particularly recycled aggregates, is effective, and from the viewpoint of simplicity, it is preferable to coat by an immersion method or a spraying method. The formation of the coating film reduces the water absorption of the aggregate. Therefore, as one embodiment of the coating agent of the present invention, an aggregate treating agent capable of forming a coating film exhibiting the above-described effects is provided.

本発明のコーティング剤により形成されるコーティング膜は、以上のような優れた効果を発揮しうるので、コーティング膜の形成は、基材の耐水性の向上に寄与する。従って、本発明のコーティング剤によりコーティングされた基材(例えば、骨材)は優れた耐水性を発揮する。   Since the coating film formed by the coating agent of the present invention can exhibit the above-described excellent effects, the formation of the coating film contributes to the improvement of the water resistance of the base material. Therefore, the substrate (eg, aggregate) coated with the coating agent of the present invention exhibits excellent water resistance.

以下に、実施例、参考例および比較例における元素分析方法、全Si中におけるSi-C結合を形成するSiの定量方法、および成膜性・耐水性の評価方法をまとめて示す。   The elemental analysis methods in Examples, Reference Examples and Comparative Examples, the method for quantifying Si forming Si—C bonds in all Si, and the methods for evaluating film formability and water resistance are summarized below.

元素分析
シリカ分散液中のケイ素原子およびアルカリ(例えばナトリウム)イオンの存在量は、JIS R2216に従って(「X線分析の進歩21」、アグネ技術センター、1990年3月31日初版、p93)、ガラスビード法による測定試料の前処理後、蛍光X線分析装置(リガク電機社製、型番:ZSX-100e)を用いて測定した。ケイ素原子とアルカリイオンに対応するSiKαピークとMKαピークの強度を、対応する元素を既知濃度で含む標準試料を測定した際に得られる強度と比較することで、シリカ分散液中のケイ素原子濃度とアルカリイオン濃度とを求めた。また、ケイ素原子とアルカリイオンを酸化物に換算してそれらの含有量を表し、シリカ分散液中のSiO2/M2O比を求めた。
Elemental analysis The abundance of silicon atoms and alkali (eg, sodium) ions in the silica dispersion was determined in accordance with JIS R2216 ("Advancement in X-ray analysis 21", Agne Technology Center, March 31, 1990, first edition, p93), glass After pretreatment of the measurement sample by the bead method, measurement was performed using a fluorescent X-ray analyzer (manufactured by Rigaku Corporation, model number: ZSX-100e). By comparing the intensity of the SiKα peak and the MKα peak corresponding to silicon atoms and alkali ions with the intensity obtained when measuring a standard sample containing the corresponding element at a known concentration, the silicon atom concentration in the silica dispersion liquid and The alkali ion concentration was determined. In addition, silicon atoms and alkali ions were converted to oxides to represent their contents, and the SiO 2 / M 2 O ratio in the silica dispersion was determined.

全Si中におけるSi-C結合を形成するSiの定量
シリカ分散液を25℃で72時間維持して媒質を除去した乾燥物を29Si-NMR測定に供した。ここで、29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Si-C結合を形成するSi(R-SiO3;Rはアルキル基を示す)の化学シフトは-40〜-70ppmの範囲にあり、Si-O結合のみを形成するSi(SiO4)の化学シフトは-65〜-115ppmの範囲にあり、両ピークは分離して帰属が可能である〔Encyclopedia of nuclear magnetic resonance,Vol.7,pp4386-4398;John Wiley &Sons Ltd.(1996)〕。そこで、両Siに帰属されるシグナルの総面積(全Siに帰属されるシグナルの面積)の内の、Si-C結合を形成するSiに帰属されるシグナルの面積の割合(P)を以下の式:
Determination of Si forming Si—C bond in all Si The silica dispersion was maintained at 25 ° C. for 72 hours, and the dried product from which the medium was removed was subjected to 29 Si-NMR measurement. Here, in the assignment of spectra by 29 Si-NMR, the chemical shift of Si (R—SiO 3 ; R represents an alkyl group) forming a Si—C bond is in the range of −40 to −70 ppm, The chemical shift of Si (SiO 4 ) forming only O bonds is in the range of −65 to −115 ppm, and both peaks can be assigned separately [Encyclopedia of nuclear magnetic resonance, Vol. 7, pp. 4386-4398. John Wiley & Sons Ltd. (1996)]. Therefore, the ratio (P) of the area of the signal belonging to Si forming the Si-C bond to the total area of the signal belonging to both Sis (the area of the signal belonging to all Si) is as follows. formula:

Figure 2004315343
Figure 2004315343

により求めた。Pの値は、全Siを100モル%とした場合の、全Si中のSi-C結合を形成するSiの割合(モル%)の値に相当するので、Pを求めることにより全Si中のSi-C結合を形成するSiの含有量(モル%)が得られる。 Determined by Since the value of P corresponds to the value of the proportion (mol%) of Si forming the Si-C bond in the total Si when the total Si is 100 mol%, the P in the total Si The content (mol%) of Si forming the Si-C bond is obtained.

成膜性試験
シリカ分散液を100ml ビーカーに約100ml入れ、76mm×26mm×1.5mmの板ガラス(マツナミ社製、スライドグラスS-1214)の長さ方向の1/2〜2/3の部分を約3秒間浸漬後、引き上げ、76mm×26mmの面を水平面から約45゜に傾けた状態で1日室温で放置して乾燥させた。その後、形成されたコーティング膜について、光学顕微鏡(50倍)(ニコン社製、型番:OPTIPHOT-100)による観察下、目視により成膜状態を以下の評価基準に従って評価し、シリカ分散液の成膜性を評価した。
Film formation test 100 ml of silica dispersion was put into a beaker and about 100 ml of a glass plate of 76 mm x 26 mm x 1.5 mm (slide glass S-1214 manufactured by Matsunami Co., Ltd.) was cut in a length of 1/2 to 2/3. After immersion for 3 seconds, the substrate was lifted up, and left to dry at room temperature for 1 day with the surface of 76 mm × 26 mm inclined at about 45 ° from the horizontal plane. Thereafter, the formed coating film was visually observed under an optical microscope (50 ×) (manufactured by Nikon Corporation, model number: OPTIHOT-100) to evaluate the film formation state according to the following evaluation criteria, and formed a silica dispersion liquid. The sex was evaluated.

(評価基準)
◎:十分な成膜性を示し、亀裂なし
○:成膜性はあるが、亀裂あり
△:成膜性がない
(Evaluation criteria)
◎: Sufficient film-forming properties, no cracks ○: Film-forming properties, but cracks △: No film-forming properties

耐水性試験
シリカ分散液5gをガラスシャーレ(フラットシャーレ、品番:70、直径75mm)に入れ、乾燥機(ADVANTEC社製、型番:FC-410)中で50℃にて1日乾燥することで、乾燥硬化体を得た。この硬化体の重量(g)を電子天秤(METTLER社製、型番:AB204-S)を用いて測定(W1)した後、イオン交換水50mlに12時間浸漬した。その後、イオン交換水をスポイドで除去し、再度乾燥機(ADVANTEC社製、型番:FC-410)中で50℃にて1日乾燥し、この硬化体の重量を測定(W2)した。その後、溶解残存率(%)〔(W2/W1)×100〕を算出し、以下の評価基準に従ってシリカ分散液の耐水性を評価した。
Water resistance test 5 g of a silica dispersion liquid was placed in a glass Petri dish (flat petri dish, product number: 70, diameter: 75 mm), and dried at 50 ° C for 1 day in a drier (ADVANTEC, model number: FC-410). A dried cured product was obtained. The weight (g) of the cured product was measured (W1) using an electronic balance (manufactured by METTLER, model number: AB204-S), and then immersed in 50 ml of ion-exchanged water for 12 hours. Thereafter, the ion-exchanged water was removed with a spoid, dried again at 50 ° C. for 1 day in a drier (manufactured by ADVANTEC, model number: FC-410), and the weight of the cured product was measured (W2). Thereafter, the residual dissolution rate (%) [(W2 / W1) × 100] was calculated, and the water resistance of the silica dispersion was evaluated according to the following evaluation criteria.

(評価基準)
◎:溶解残存率が50%を超えるもの
○:溶解残存率が10%〜50%のもの
△:溶解残存率が10%未満のもの
(Evaluation criteria)
◎: Residual dissolution rate exceeding 50% ○: Dissolution residual rate 10% to 50% △: Dissolution residual rate less than 10%

実施例1
市販の3号水ガラス(日本化学工業(株)製)250gとイオン交換水750gとを混合、撹拌した溶液に、陽イオン交換樹脂(オルガノ(株)製、品番:アンバーライトIR120B(H))160gを少量ずつ撹拌しながら徐々に添加していった。全量添加後、さらに10分間撹拌を続けた。この混合液から陽イオン交換樹脂をSUS製メッシュ(目開き0.075mm)で濾過分離して、脱アルカリ処理されたシリカ分散液を得た。得られたシリカ分散液のpHを20℃でpH測定器(METTLER社製、型番:MP-100)を用いて測定したところ、10.94であった。SiO2/M20比、pH、SiO2とM20の合計含有量、Q3/Q2および成膜性・耐水性の評価結果を表1に示す。図1に、本実施例のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)を示す。
Example 1
A solution obtained by mixing and stirring 250 g of commercially available No. 3 water glass (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and 750 g of ion-exchanged water was added to a cation exchange resin (manufactured by Organo Corporation, product number: Amberlite IR120B (H)). 160 g was gradually added while stirring little by little. After addition of the whole amount, stirring was continued for another 10 minutes. The cation exchange resin was separated by filtration from the mixed solution through a SUS mesh (mesh size: 0.075 mm) to obtain a dealkalized silica dispersion. When the pH of the obtained silica dispersion was measured at 20 ° C. using a pH meter (manufactured by METTLER, model number: MP-100), it was 10.94. Table 1 shows the evaluation results of the SiO 2 / M 20 ratio, pH, the total content of SiO 2 and M 20 , Q 3 / Q 2, and film formability and water resistance. FIG. 1 shows an optical electron micrograph (× 50) of a coating film formed on a sheet glass using the silica dispersion liquid of this example.

実施例2〜6
3号水ガラスまたは1号水ガラス(日本化学工業(株)製)を用い、イオン交換水、陽イオン交換樹脂の使用量を変更した以外は、実施例1に準ずる方法で脱アルカリ処理されたシリカ分散液を調製した。それぞれの使用量ならびにシリカ分散液のSiO2/M20比、pH、SiO2とM20の合計含有量、Q3/Q2および成膜性・耐水性の評価結果を表1に示す。図2に、実施例3のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)を示す。
Examples 2 to 6
Using No. 3 water glass or No. 1 water glass (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.), the alkali removal treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the amounts of ion exchange water and cation exchange resin were changed. A silica dispersion was prepared. Table 1 shows the amounts used, the SiO 2 / M 20 ratio of the silica dispersion, the pH, the total content of SiO 2 and M 20 , Q 3 / Q 2, and the evaluation results of film formability and water resistance. . FIG. 2 shows an optical electron micrograph (× 50) of a coating film formed on a plate glass using the silica dispersion liquid of Example 3.

比較例1〜4
3号水ガラスまたは1号水ガラスを用い、イオン交換水、陽イオン交換樹脂の使用量を変更した以外は、実施例1に準ずる方法で脱アルカリ処理されたシリカ分散液を調製した。それぞれの使用量ならびにシリカ分散液のSiO2/M20比、pH、SiO2とM20の合計含有量、Q3/Q2および成膜性・耐水性の評価結果を表1に示す。図3および4に、比較例1および2のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)をそれぞれ示す。
Comparative Examples 1-4
Using a No. 3 water glass or a No. 1 water glass, a dealkalized silica dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amounts of ion-exchanged water and cation-exchange resin were changed. Table 1 shows the amounts used, the SiO 2 / M 20 ratio of the silica dispersion, the pH, the total content of SiO 2 and M 20 , Q 3 / Q 2, and the evaluation results of film formability and water resistance. . FIGS. 3 and 4 show optical electron micrographs (× 50) of the coating films formed on the plate glass using the silica dispersions of Comparative Examples 1 and 2, respectively.

Figure 2004315343
Figure 2004315343

表1の結果から分かるように、実施例1〜6のシリカ分散液は、SiO2/M20比は3〜10であり、SiO2とM20の合計含有量は1〜60重量%であり、Q3/Q2は1.5≦Q3/Q2≦10であり、成膜性、耐水性ともにすぐれるものである。一方、このような範囲から1つでもはずれる比較例1〜4のシリカ分散液は、成膜性または耐水性のいずれかで劣るものである。 As can be seen from the results in Table 1, the silica dispersions of Examples 1 to 6 had a SiO 2 / M 20 ratio of 3 to 10, and the total content of SiO 2 and M 20 was 1 to 60% by weight. And Q 3 / Q 2 satisfies 1.5 ≦ Q 3 / Q 2 ≦ 10, which is excellent in both film formability and water resistance. On the other hand, the silica dispersions of Comparative Examples 1 to 4, which deviate even one from such a range, are inferior in either film formability or water resistance.

実施例7
ケイ砂(オーストラリア産フラッタリーサンド、SiO2含有量99.8重量%、平均粒径150μm)22.0g、NaOH水溶液(48重量%濃度)14.4g、イオン交換水293.3gを混合後、ニッケル坩堝中で1.4MPa、180℃で4時間水熱処理することで、シリカ分散液を調製した。このシリカ分散液のSiO2/M2O比、pH、SiO2とM20の合計含有量、Q3/Q2および成膜性・耐水性の評価結果を表2に示す。
Example 7
After mixing 22.0 g of silica sand (Australia's flattery sand, SiO 2 content 99.8 wt%, average particle size 150 μm), 14.4 g of NaOH aqueous solution (48 wt% concentration), and 293.3 g of ion-exchanged water, the mixture was mixed in a nickel crucible to 1.4 g. Hydrothermal treatment was performed at 180 ° C. for 4 hours at MPa to prepare a silica dispersion. Table 2 shows the SiO 2 / M 2 O ratio, the pH, the total content of SiO 2 and M 20 , the Q 3 / Q 2, and the evaluation results of film formability and water resistance of this silica dispersion.

実施例8
上記ケイ砂44.0g、上記NaOH水溶液23.3g、イオン交換水339.0gを混合後、ニッケル坩堝中で1.7MPa、200℃で8時間水熱処理することで、シリカ分散液を調製した。このシリカ分散液のSiO2/M20比、pH、SiO2とM20の合計含有量、Q3/Q2および成膜性・耐水性の評価結果を表2に示す。
Example 8
After mixing 44.0 g of the above silica sand, 23.3 g of the above NaOH aqueous solution, and 339.0 g of ion-exchanged water, the mixture was subjected to hydrothermal treatment at 1.7 MPa and 200 ° C. for 8 hours in a nickel crucible to prepare a silica dispersion. Table 2 shows the evaluation results of the SiO 2 / M 20 ratio, pH, total content of SiO 2 and M 20 , Q 3 / Q 2, film formability and water resistance of this silica dispersion.

Figure 2004315343
Figure 2004315343

表2の結果から分かるように、実施例7および8のシリカ分散液は、成膜性・耐水性ともに優れるものである。   As can be seen from the results in Table 2, the silica dispersions of Examples 7 and 8 are excellent in both film formability and water resistance.

参考例1
コロイダルシリカ(スノーテック20L(日産化学工業(株)製)、SiO2含有量20重量%)900gを撹拌しながら、このコロイダルシリカに実施例4の脱アルカリ処理されたシリカ分散液200gを室温にて徐々に添加して混合し、シリカ分散液(シリカ分散液(2))を調製した。
Reference Example 1
While stirring 900 g of colloidal silica (Snowtec 20L (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., SiO 2 content 20% by weight)), 200 g of the alkali-treated silica dispersion of Example 4 was added to this colloidal silica at room temperature. The mixture was gradually added and mixed to prepare a silica dispersion (silica dispersion (2)).

得られたシリカ分散液(2)の成膜性は、コロイダルシリカと混合する前の実施例4の脱アルカリ処理されたシリカ分散液と同等であった。一方、耐水性試験において、浸漬時間を96時間とすると、実施例4の脱アルカリ処理されたシリカ分散液の溶解残存率は50%程度であるが、参考例1のシリカ分散液(2)の溶解残存率は90%を超えた。なお、参考例1のシリカ分散液(2)のSiO2/M20比は37.7、pHは11.07、SiO2とM20の合計含有量は19.5重量%、Q3/Q2は8.3であった。 The film formability of the obtained silica dispersion (2) was equivalent to that of the dealkalized silica dispersion of Example 4 before mixing with colloidal silica. On the other hand, in the water resistance test, assuming that the immersion time is 96 hours, the dissolution residual ratio of the dealkalized silica dispersion of Example 4 is about 50%, but the silica dispersion (2) of Reference Example 1 The residual dissolution rate exceeded 90%. The SiO 2 / M 20 ratio of the silica dispersion liquid (2) of Reference Example 1 was 37.7, the pH was 11.07, the total content of SiO 2 and M 20 was 19.5% by weight, and Q 3 / Q 2 was 8.3. there were.

実施例9
実施例1〜8、参考例1および比較例1のシリカ分散液をそれぞれ用いてコーティングした再生細骨材(粒径5mm以下)の吸水率を調べた。
Example 9
The water absorption of the regenerated fine aggregate (particle size: 5 mm or less) coated with each of the silica dispersions of Examples 1 to 8, Reference Example 1, and Comparative Example 1 was examined.

シリカ分散液2000mlを容器(径240mm×高さ230mm)に入れ、再生細骨材2kgを1時間室温で浸漬させた後、篩(目開き0.25mm)を通して、シリカ分散液と再生細骨材とを分離した。濡れた状態にある再生細骨材を室温にて24時間乾燥させた。乾燥後の細骨材およびシリカ分散液に浸漬していない細骨材(未処理細骨材)の吸水率をJIS A1109に従って求めた。結果を表3に示す。   Put 2000 ml of silica dispersion in a container (240 mm diameter x 230 mm height), immerse 2 kg of recycled fine aggregate at room temperature for 1 hour, pass through a sieve (opening 0.25 mm), and mix silica dispersion and recycled fine aggregate. Was isolated. The regenerated fine aggregate in a wet state was dried at room temperature for 24 hours. The water absorption of the dried fine aggregate and the fine aggregate not immersed in the silica dispersion (untreated fine aggregate) was determined in accordance with JIS A1109. Table 3 shows the results.

Figure 2004315343
Figure 2004315343

表3の結果から、実施例1〜8および参考例1のシリカ分散液で処理された骨材の吸水率が低下することが確認された。   From the results in Table 3, it was confirmed that the water absorption of the aggregates treated with the silica dispersions of Examples 1 to 8 and Reference Example 1 was reduced.

実施例10
Si-C結合を有する化合物としてナトリウムメチルシリコネート(化学式:CH5NaO3Si)を使用した。3号水ガラス(日本化学工業(株)製)250gとイオン交換水250gとの混合液に該化合物の30(w/v)%水溶液15.5gを撹伴しながら添加した。次いで、混合液に、陽イオン交換樹脂〔オルガノ(株)製、品番:アンバーライトIR120B(H)〕100gを少量ずつ撹拌しながら徐々に添加していった。全量添加後、さらに10分間撹拌を続けた。この混合液から陽イオン交換樹脂をSUS製メッシュ(目開き0.075mm)で濾過分離し、ナトリウムメチルシリコネートと水ガラスとの混合液を脱アルカリ処理してなるシリカ分散液を得た。得られたシリカ分散液のpHを20℃でpH測定器(METTLER社製、型番:MP-100)を用いて測定したところ、11.10であった。また、SiO2/M2O比は5.5、SiO2とM2Oの合計含有量は16.2重量%、Q3/Q2は4.3、全Si中におけるSi-C結合を形成するSiの量は3モル%であった。さらに、ガラス板上での成膜性や、耐水性も良好であった。また、コーティング膜は、表4(膜形成直後からの塗膜と水との接触角の経時変化)に示すように、膜の形成後の初期(約60分間)に持続的に撥水性を示した。撥水性は、成膜性試験と同じ条件で得られたガラス板上のコーティング膜と水との接触角を接触角測定装置(協和界面科学(株)製)により測定して評価した。接触角が大きいほど撥水性に優れる。なお、比較例4のシリカ分散液を用いて同様にして形成したコーティング膜についても接触角を測定した。結果を表4に併せて示す。
Example 10
Sodium methylsiliconate (chemical formula: CH 5 NaO 3 Si) was used as a compound having a Si—C bond. To a mixed solution of 250 g of No. 3 water glass (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and 250 g of ion-exchanged water, 15.5 g of a 30 (w / v)% aqueous solution of the compound was added with stirring. Next, 100 g of a cation exchange resin [manufactured by Organo Corporation, product number: Amberlite IR120B (H)] 100 g was gradually added to the mixed solution little by little while stirring. After addition of the whole amount, stirring was continued for another 10 minutes. The cation exchange resin was separated by filtration through a SUS mesh (mesh opening: 0.075 mm) from the mixture, and a silica dispersion obtained by subjecting a mixture of sodium methylsiliconate and water glass to a dealkalization treatment was obtained. The pH of the obtained silica dispersion was measured using a pH meter (manufactured by METTLER, model number: MP-100) at 20 ° C. and found to be 11.10. The ratio of SiO 2 / M 2 O is 5.5, the total content of SiO 2 and M 2 O is 16.2% by weight, Q 3 / Q 2 is 4.3, and the amount of Si forming a Si—C bond in all Si is 3 mol%. Furthermore, the film-forming property on a glass plate and the water resistance were also good. In addition, as shown in Table 4 (time-dependent changes in the contact angle between the coating film and water immediately after the film formation), the coating film shows water repellency continuously in the early stage (about 60 minutes) after the film formation. Was. The water repellency was evaluated by measuring a contact angle between a coating film on a glass plate and water obtained under the same conditions as in the film-forming property test using a contact angle measuring device (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The larger the contact angle, the better the water repellency. The contact angle was also measured for a coating film formed in the same manner using the silica dispersion of Comparative Example 4. The results are shown in Table 4.

実施例11
プロピルトリエトキシシラン50gと水50gを撹伴しながら0.1規定塩酸を3g滴下し、さらに60分間撹拌を続けて、均一な透明溶液を得た。3号水ガラス(日本化学工業(株)製)250gとイオン交換水250gとの混合液に上記溶液12.5gを少量ずつ撹拌しながら徐々に添加した。その後、陽イオン交換樹脂〔オルガノ(株)製、品番:アンバーライトIR120B(H)〕100gを少量ずつ撹拌しながら徐々に添加していった。全量添加後、さらに10分間撹拌を続けた。この混合液から陽イオン交換樹脂をSUS製メッシュ(目開き0.075mm)で濾過分離して、脱アルカリ処理してなるシリカ分散液を得た。得られたシリカ分散液のpHを20℃でpH測定器(METTLER社製、型番:MP-100)を用いて測定したところ、10.98であった。また、SiO2/M2O比は5.5、SiO2とM2Oの合計含有量は17重量%、Q3/Q2は4.4、全Si中におけるSi-C結合を形成するSiの量は3モル%であった。さらに、ガラス板上での成膜性や、耐水性も良好であった。また、コーティング膜は、表4に示すように、膜形成後の初期(約60分間)に持続的に撥水性を示した。撥水性は、実施例10と同様にして評価した。
Example 11
3 g of 0.1 N hydrochloric acid was added dropwise while stirring 50 g of propyltriethoxysilane and 50 g of water, and stirring was further continued for 60 minutes to obtain a uniform transparent solution. 12.5 g of the above solution was gradually added to a mixed solution of 250 g of No. 3 water glass (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and 250 g of ion-exchanged water while stirring little by little. Thereafter, 100 g of a cation exchange resin (manufactured by Organo Co., Ltd., product number: Amberlite IR120B (H)) was gradually added while stirring little by little. After addition of the whole amount, stirring was continued for another 10 minutes. The cation exchange resin was separated by filtration from the mixed solution through a SUS mesh (mesh opening: 0.075 mm) to obtain a silica dispersion obtained by dealkalization. When the pH of the obtained silica dispersion was measured at 20 ° C. using a pH meter (manufactured by METTLER, model number: MP-100), it was 10.98. Further, the SiO 2 / M 2 O ratio is 5.5, the total content of SiO 2 and M 2 O is 17% by weight, Q 3 / Q 2 is 4.4, and the amount of Si forming a Si—C bond in all Si is 3 mol%. Furthermore, the film-forming property on a glass plate and the water resistance were also good. Further, as shown in Table 4, the coating film exhibited water repellency continuously in the initial stage (about 60 minutes) after the film formation. The water repellency was evaluated in the same manner as in Example 10.

Figure 2004315343
Figure 2004315343

表4の結果より、実施例10および11のシリカ分散液により形成されたコーティング膜は、それぞれ前記の通りの撥水性を示すことが分かる。この結果より、コーティング膜の撥水性により、膜形成直後の初期の一時期には、該膜が形成された部分は明白な疎水性を有するものの、経時的には疎水性の効果が薄れ、次第に親水的性質を帯びてくることが確認された。   From the results in Table 4, it can be seen that the coating films formed by the silica dispersions of Examples 10 and 11 each exhibit the water repellency as described above. According to this result, due to the water repellency of the coating film, in the initial stage immediately after the film formation, the portion where the film was formed has a clear hydrophobic property, but the hydrophobic effect gradually weakens over time and gradually becomes hydrophilic. It was confirmed that it took on a characteristic.

モルタル混練試験
骨材(平均粒径:5mm以下)を実施例10のシリカ分散液中に1時間浸漬後、篩(目開き0.25mm)を通してシリカ分散液と骨材とを分離し、骨材を室温で1日乾燥させた(処理骨材)。また、比較として、骨材に対し、シリカ分散液のかわりに水を用いて同様の操作を行った(未処理骨材)。
Mortar kneading test After the aggregate (average particle size: 5 mm or less) was immersed in the silica dispersion of Example 10 for 1 hour, the silica dispersion and the aggregate were separated through a sieve (opening 0.25 mm), and the aggregate was separated. Dry for 1 day at room temperature (treated aggregate). For comparison, the same operation was performed on the aggregate using water instead of the silica dispersion (untreated aggregate).

乾燥後の骨材1000g、普通ポルトランドセメント(太平洋セメント社製)665g、減水剤(花王(株)製、商品名「マイティ」)6.3gおよび水300gをモルタルミキサーにて3分間混練後、スランプ値を測定した。モルタルを成形(4cm×4cm×16cmの四角柱状)し、24時間気中養生後、水中養生28日後に曲げ強度試験を、24時間気中養生後、水中養生7日後から30日後の間の、温度20℃、湿度60%条件下における長さ変化率の測定を行った。スランプ値は、モルタルコーン(上部内径70φmm、下部内径100φmm、高さ60mm)、JIS R5201により測定した。曲げ強度試験は、オートグラフDCS-5000型(島津製作所製)により行った。長さ変化率の測定は、コンタクトゲージ法(JIS A1129)により行った。結果を表5に示す。   1000 g of dried aggregate, 665 g of ordinary Portland cement (manufactured by Taiheiyo Cement Co.), 6.3 g of water reducing agent (manufactured by Kao Corporation, trade name "Mighty") and 300 g of water are kneaded with a mortar mixer for 3 minutes, and the slump value is obtained. Was measured. Mortar was formed (4cm x 4cm x 16cm square pillar), and after 24 hours aerial curing, bending strength test after 28 days in water curing, 24 hours aerial curing, 7 days to 30 days after water curing, The length change rate was measured under the conditions of a temperature of 20 ° C. and a humidity of 60%. The slump value was measured by a mortar cone (upper inner diameter 70φmm, lower inner diameter 100φmm, height 60mm) and JIS R5201. The bending strength test was performed using an Autograph DCS-5000 (manufactured by Shimadzu Corporation). The length change rate was measured by a contact gauge method (JIS A1129). Table 5 shows the results.

Figure 2004315343
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表5の結果より、本発明のシリカ分散液を用いた骨材処理により、フレッシュコンクリートの低粘度化(スランプ値)を実現できることが分かる。また、当該処理は、コンクリートの強度向上、収縮低減に有効であることが分かる。なお、撥水剤として知られるメチルトリメトキシシランの20(v/v)%溶液(溶媒:イソプロピルアルコール)を処理液に用いて別途同様の試験を行ったところ、骨材の場合、その曲げ強度は5.66 N/mm2であり、著しく低下した。 From the results shown in Table 5, it can be seen that the viscosity reduction (slump value) of fresh concrete can be realized by the aggregate treatment using the silica dispersion of the present invention. In addition, it can be seen that the treatment is effective for improving the strength and reducing shrinkage of concrete. A similar test was separately performed using a 20% (v / v)% solution (solvent: isopropyl alcohol) of methyltrimethoxysilane known as a water repellent as a treatment liquid. Was 5.66 N / mm 2 , which was remarkably reduced.

本発明により、成膜性および耐水性に優れたシリカ分散液が提供される。当該シリカ分散液は種々の基材表面のコーティング剤に好適に使用される。   According to the present invention, a silica dispersion having excellent film-forming properties and water resistance is provided. The silica dispersion is suitably used as a coating agent for various substrate surfaces.

図1は、実施例1のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)である。FIG. 1 is an optical electron micrograph (× 50) of a coating film formed on a plate glass using the silica dispersion liquid of Example 1. 図2は、実施例3のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)である。FIG. 2 is an optical electron micrograph (× 50) of a coating film formed on a glass sheet using the silica dispersion liquid of Example 3. 図3は、比較例1のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)である。FIG. 3 is an optical electron micrograph (× 50) of a coating film formed on a plate glass using the silica dispersion liquid of Comparative Example 1. 図4は、比較例2のシリカ分散液により板ガラス上に形成されたコーティング膜の光学電子顕微鏡写真(50倍)である。FIG. 4 is an optical electron micrograph (× 50) of a coating film formed on a plate glass using the silica dispersion liquid of Comparative Example 2.

Claims (9)

少なくともシリカ成分とアルカリ金属含有成分とを水に分散してなるシリカ分散液であって、シリカ成分をSiO2で表し、アルカリ金属含有成分をM20(Mはアルカリ金属原子)で表したとき、SiO2とM2Oのモル比(SiO2/M2O)が3〜10であり、かつSiO2とM2Oとの合計含有量が1〜60重量%であり、ならびに、シリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=0〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積との比が1.5≦Q3/Q2≦10である、シリカ分散液。 A silica dispersion obtained by dispersing at least a silica component and an alkali metal-containing component in water, wherein the silica component is represented by SiO 2 and the alkali metal-containing component is represented by M 20 (M is an alkali metal atom). The molar ratio of SiO 2 to M 2 O (SiO 2 / M 2 O) is 3 to 10 and the total content of SiO 2 and M 2 O is 1 to 60% by weight; In the assignment of spectra by 29 Si-NMR, the ratio of the area of the signal showing the Q 3 structure to the area of the signal showing the Q 2 structure in the signal showing the Q n (n = 0 to 4) structure was 1.5 ≦ Q 3 A silica dispersion wherein / Q 2 ≦ 10. アルカリケイ酸溶液を脱アルカリ処理する工程を含む請求項1記載のシリカ分散液の製造方法。   The method for producing a silica dispersion according to claim 1, comprising a step of subjecting the alkali silicic acid solution to a dealkalization treatment. ケイ砂、水およびアルカリ金属含有化合物を含んでなる混合物を水熱処理し、前記ケイ砂を溶解する工程を含む請求項1記載のシリカ分散液の製造方法。   The method for producing a silica dispersion according to claim 1, further comprising a step of hydrothermally treating a mixture containing silica sand, water and an alkali metal-containing compound to dissolve the silica sand. 少なくともシリカ成分とアルカリ金属含有成分とを水に分散してなるシリカ分散液であって、該シリカ成分がSi-C結合を形成するSiおよびSi-C結合を形成しないSiを含有してなるものであり、アルカリ金属含有成分をM20(Mはアルカリ金属原子)で表したとき、シリカ成分中のSiO2で表される成分とM20のモル比(SiO2/M20)が3〜10であり、Si-C結合を形成するSiの含有量が全Si中の0.1〜30モル%であり、かつSiO2とM20との合計含有量が1〜60重量%である、シリカ分散液。 A silica dispersion obtained by dispersing at least a silica component and an alkali metal-containing component in water, wherein the silica component contains Si forming a Si-C bond and Si not forming a Si-C bond. When the alkali metal-containing component is represented by M 20 (M is an alkali metal atom), the molar ratio (SiO 2 / M 20 ) of the component represented by SiO 2 in the silica component to M 20 is 3 to 10, 0.1 to 30 mol% content in the whole Si of Si to form a Si-C bond, and the total content of SiO 2 and M 2 0 is 1 to 60 wt% , Silica dispersion. シリカ成分の29Si-NMRによるスペクトルの帰属において、Q(n=0〜4)構造を示すシグナルにおけるQ3構造を示すシグナルの面積とQ2構造を示すシグナルの面積との比が1.5≦Q3/Q2≦10である、請求項4記載のシリカ分散液。 In the assignment of the spectrum by 29 Si-NMR of the silica component, the ratio of the area of the signal showing the Q 3 structure to the area of the signal showing the Q 2 structure in the signal showing the Q n (n = 0 to 4) structure was 1.5 ≦. The silica dispersion according to claim 4, wherein Q 3 / Q 2 ≦ 10. アルキルシランの縮合反応物および/またはアルキルシリコネートと、アルカリケイ酸溶液とを混合後、脱アルカリ処理する工程を含むシリカ分散液の製造方法。   A method for producing a silica dispersion, comprising a step of mixing a condensation reaction product of an alkylsilane and / or an alkylsiliconate with an alkali silicic acid solution, followed by a dealkalization treatment. 請求項1、4または5記載のシリカ分散液を含有してなるコーティング剤。   A coating agent comprising the silica dispersion according to claim 1, 4 or 5. 請求項1、4または5記載のシリカ分散液を含有してなるコンクリート表面塗装剤。   A concrete surface coating agent comprising the silica dispersion according to claim 1, 4 or 5. 請求項1、4または5記載のシリカ分散液を含有してなる骨材処理剤。
An aggregate treating agent comprising the silica dispersion according to claim 1, 4 or 5.
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