JP2008189737A - 水膨潤性組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 外力による変形や破損を防ぐと共に、水膨潤性組成物の他材料による補強を必要とせず、様々な形状に加工容易な水膨潤性組成物を提供する。
【解決手段】 水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部、アスファルト５〜３０質量部、弾性付与剤３〜３０質量部、および可塑剤５〜４０質量部からなる水膨潤性組成物で、上記水膨潤性粘土鉱物がベントナイト、スメクタイト、および膨潤性雲母から選ばれ、上記弾性付与剤が、熱可塑性エラストマーであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、水膨潤性組成物に関し、さらに詳しくは伸縮性（弾性）、形状安定性、経時安定性、自己シール性を有し、漏水防止のために用いられる止水材に好適な水膨潤性組成物に関する。

従来、建築・土木分野における止水材は、コンクリート打継部、コンクリートと他部材との接触面、コンクリート２次製品同士の接合面など漏水部位となる箇所へ用いられてきた。その材料として（１）ゴムを板状に加工し、打継部へ埋没させゴム板により漏水経路を封鎖する止水板や打継部に埋没させたゴムがコンクリート硬化反応と共にイオン反応を起こし、ゴムとコンクリートが化学結合することで漏水経路を封鎖するゴム系止水材、（２）樹脂やゴムに水膨潤性高分子を混合し、水膨潤性機能を有し、その膨潤機能による膨張圧による接面応力を利用した止水効果を発揮する有機材料系水膨潤性止水材、および（３）ベントナイトやスメクタイトの水膨潤性粘土を粉末または粒状物を段ボールや不織布等に充填もしくは挟持させた止水パネルや止水ロープや水膨潤性粘土とゲル化基油もしくはアスファルト等を用いた粘着性組成物と混練・成形した無機系水膨潤性止水材、が広く知られている。

これらの止水材のうち、（１）については、止水材自体は不透水性を示すがコンクリート硬化の際にコンクリートが収縮することによって生じる空隙を充填することが出来ず、単にコンクリート打継部の漏水経路を長期化、複雑化したに過ぎないため、満足のいく止水効果を期待することは出来なかった。また、化学反応でコンクリートと結合することで、収縮時に生じる空隙からの漏水を効果を期待することは出来る。しかし、収縮や外力によりコンクリートが変形、移動した際にコンクリートとゴムが剥離し、漏水してしまう問題があった。
（２）の止水材では水を吸収し膨張することでコンクリート収縮による空隙を充填する効果は期待出来るが、その膨張圧が高いため、コンクリートの亀裂・剥離や管等の破損を起こす問題があった。
（３）の止水材では、過剰な膨潤圧が発生しないため、コンクリートへの亀裂や管の破損という問題は解決出来た。しかし、止水パネルや止水ロープと呼ばれる止水材はベントナイトの欠落、偏在が起こり長期にわたり、安定的に止水効果を発揮することが出来なかった。また、膨潤速度が早く、コンクリート打設前に降雨や地下水等の浸水が起こると完全に膨潤してしまい、止水効果が大きく低下する問題があった。
また、（１）、（２）は有機材料であるため、その置かれる環境により劣化し、また土中のバクテリアにより分解される等、経時的に止水性能が低下し、長期にわたり初期の止水効果を保持することは材質的に問題があった。

また、ゲル化基油やアスファルト等を用いた粘着性組成物（特許文献１、２参照）と混練・成形した止水材組成物は、膨潤速度が調整され、降雨や地下水等の浸水の際にも完全に膨潤することなく、止水効果を維持することが可能となった。しかし、外力により容易に変形、断裂し易い、伸縮性に乏しいため、様々な形状に加工した際に破断し易く、必要に応じ補強用芯材等で強度を補わなければならない等の問題があったため、用途が限られていた。
特開２００３−２１３２６０号公報 特開平１０−３３８８１２号公報

本発明は、外圧等により容易に変形、断裂、破損が生じることなく、他材料による補強を必要とせず、様々な形状に加工容易で、形状安定性に優れた水膨潤性組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、水膨潤性粘土、アスファルト、弾性付与剤、可塑剤を特定の比率で配合することで、水膨潤組成物にゴムを用いなくとも弾性が付与され、芯材等による補強等を必要としなくとも形状安定性に優れた無機物を主体とする水膨潤性組成物を得ることが可能であることを見出した。本発明は、これらの知見に基づき完成されるに至ったものである。

すなわち本発明は、
（１）水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部、アスファルト５〜３０質量部、弾性付与剤３〜３０質量部、および可塑剤５〜４０質量部からなることを特徴とする水膨潤性組成物、
（２）前記水膨潤性粘土鉱物がベントナイト、スメクタイト、および膨潤性雲母から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする（１）項記載の水膨潤性組成物、および
（３）前記弾性付与剤が熱可塑性エラストマーであることを特徴とする（１）または（２）項記載の水膨潤性組成物
を提供するものである。

本発明の水膨潤性組成物は、高い伸縮性と高弾性性、形状安定性を備え、かつ従来の水膨潤性組成物と同等の膨潤性による自己修復機能と止水性能を有することができる。
そのため、この水膨潤性組成物を用いることによりこれまで出来なかった複雑な形状の止水材を得ることが可能となり、リング状等に加工した際、外力等により容易に破損・断裂することなく形状を保つ止水材を得ることが可能となる。

次に本発明を詳細に説明する。
本発明の水膨潤性組成物は、水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部（好ましくは５〜８０質量部）、アスファルト５〜３０質量部（好ましくは５〜２０質量部）、弾性付与剤３〜３０質量部（好ましくは５〜２５質量部）、および可塑剤５〜４０質量部（好ましくは１０〜３５質量部）を含有してなる。

本発明の水膨潤性組成物には、天然もしくは合成の水膨潤性粘土鉱物から選ばれた少なくとも１種類の粘土鉱物が用いられる。このような粘土鉱物としては、未変性のものでも変性したものでもよいが、ベントナイト、ヘクトライト等スメクタイト系粘土鉱物、および膨潤性雲母から選ばれた少なくとも１種が好ましい。このうち、ベントナイトは天然に産出する無機系の粘土鉱物であるため安全性に優れ、かつ土中の微生物に分解されることがなく長期的に安定で、高い止水効果を保持でき、また、安価に入手可能であるため、特に好ましい粘土鉱物である。

本発明の水膨潤性組成物においては、水膨潤性粘土鉱物を１種単独で用いても良いし、または２種以上を用いても良い。本発明の水膨潤性組成物には前記水膨潤性粘土鉱物を５〜９０質量部、好ましくは５〜８０質量部、より好ましくは２５〜７０質量部、さらに好ましくは４５〜６０質量部を用いる。水膨潤性粘土鉱物の含有量が少なすぎると充分な膨潤倍率を得難く、自己修復性と止水性能を低下させる。逆に多すぎると、水膨潤性組成物の柔軟性等の物性が損なわれ作業性が著しく低下する場合がある。

本発明に用いられるアスファルトとしては、レーキアスファルト、アスファルタイト、ロックアスファルト等の天然アスファルト、ストレートアスファルト、ブローンアスファルト等の石油アスファルトのいずれでもよく、また、アスファルトコンパウンドやゴム化アスファルト等の改質アスファルトを用いることもできる。本発明においては前記アスファルトを２種以上併用してもよい。本発明の水膨潤性組成物には、前記アスファルトを、前記水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部に対して、５〜３０質量部、好ましくは５〜２０質量部、さらに好ましくは５〜１５質量部を用いる。アスファルトの含有量が少なすぎると成形安定性が低下する恐れがある。逆に多すぎると、十分な弾性を得難く、伸縮性が低下する恐れがある。

弾性付与剤は感温性改質材として作用する、熱可塑性樹脂である。具体的には、一般的にアスファルト改質材として用いられるものが好ましく、それに限定されるものではないが、熱可塑性エラストマーである、スチレン・ブタジエンブロック（ＳＢＳ）共重合体、スチレン・イソプレンブロック共重合体、スチレン・エチレン・ブタジエンブロック共重合体等が挙げられる。本発明の水膨潤性組成物においては、弾性付与剤を１種単独で用いても良いし、または２種以上を用いても良い。本発明の水膨潤性組成物には前記弾性付与剤を、前記水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部に対して、３〜３０質量部、好ましくは５〜２５質量部、さらに好ましくは１０〜１５質量部を用いる。弾性付与剤が少なすぎると充分な弾性を得難く、伸縮性と形状安定性を低下させる。逆に多すぎると、水膨潤性組成物の柔軟性等の物性が損なわれ作業性が著しく低下し好ましくない。

可塑剤は一般的にプロセスオイルと呼ばれるもので、石油から精製し得られるオイルであることが好ましい。プロセスオイルの種類は特に限定されるものではなく、使用する弾性付与剤との相溶性等の相性により決めら、水膨潤性組成物に柔軟性を付与する目的で用いる。本発明の水膨潤性組成物においては、可塑剤を１種単独で用いても良いし、または２種以上を用いても良い。本発明の水膨潤性組成物には前記可塑剤を、前記水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部に対して、５〜４０質量部、好ましくは１０〜３５質量部、さらに好ましくは１５〜２５質量部を用いる。可塑剤が少なすぎると充分な柔軟性を得難く、伸縮性を低下させる。逆に多すぎると、水膨潤性組成物の弾性等の物性が損なわれ、形状安定性と弾性が低下し好ましくない。

また、本発明の水膨潤性組成物は上記必須成分の他に、本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じ従来止水材に用いられている種々の添加剤を任意成分として配合することが出来る。この添加剤としては、例えば軟化剤（例えば合成油、脂肪性油等の油）、安定剤（例えばアニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等）、消泡剤、凍結防止剤、酸化防止剤、充填剤、着色剤などを挙げることが出来る。これら任意成分の添加剤の添加量は、本発明の水膨潤性組成物１００質量部中に、好ましくは３０質量部以下、より好ましくは２０質量部以下である。

本発明の水膨潤性組成物を製造するにあたり、各成分を添加、混合する順序、方法について特に制限はない。本発明の水膨潤性組成物は、水膨潤性粘土鉱物、アスファルト、弾性付与剤、可塑剤を充分混合することにより均一な混合物として得られる。この際加熱を行えば容易に混合することが出来る。通常７０℃〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃で加熱しながら均一になるまで充分に混合を行う。この際高温で長時間加熱を行うと、品質低下が生じる場合があるため、上記の温度範囲で加熱することが好ましい。

本発明の水膨潤性組成物は、高い伸縮性（弾性）を有する。本発明の組成物のＪＩＳ Ｋ ６３０１の加硫ゴム物理試験方法に基づき測定した、引張強さは、好ましくは０．１ＭＰａ以上、さらに好ましくは０．１５ＭＰａ以上である。また、同じくＪＩＳ Ｋ ６３０１に基づく伸びは、好ましくは２００％以上、さらに好ましくは３００％以上である。ＪＩＳ Ｋ ６３０１に基づく圧縮永久ひずみは、好ましくは６５％以下、さらに好ましくは５０％以下である。ＪＩＳ Ｋ ６３０１に基づく反ぱつ弾性は、好ましくは１０％以上、さらに好ましくは２０％以上である。圧縮永久ひずみと反ぱつ弾性が上記の好ましい範囲内にあることで、リング状等に加工した際、外力等により容易に破損・断裂することなく形状を保つことができる。

次に、本発明を下記の実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、上述した説明と下記の開示から容易に想到する様々な態様は、本発明の特許請求の範囲に包含されるべきものである。

実施例１
ベントナイト（クニミネ工業株式会社製；商品名クニゲルＶＡ）５５質量部、針入度６０／８０ストレートアスファルト５質量部、ＳＢＳ共重合体１０質量部、プロセスオイル３０質量部を加熱ジャケット付きニーダーを用いて１７０℃に加熱しながら十分に混合し、粘着性を有する水膨潤組成物を調製し、これを試料１とした。

実施例２
ベントナイト（クニミネ工業株式会社製；商品名クニゲルＶＡ）６０質量部、針入度６０／８０ストレートアスファルト１５質量部、ＳＢＳ共重合体１０質量部、プロセスオイル１５質量部を加熱ジャケット付きニーダーを用いて１７０℃に加熱しながら十分に混合し、粘着性を有する水膨潤組成物を調製し、これを試料２とした。

実施例３
ベントナイト（クニミネ工業株式会社製；商品名クニゲルＶＡ）５５質量部、針入度６０／８０ストレートアスファルト９質量部、ＳＢＳ共重合体６．７５質量部、プロセスオイル２９．２５質量部を加熱ジャケット付きニーダーを用いて１７０℃に加熱しながら十分に混合し、粘着性を有する水膨潤組成物を調製し、これを試料３とした。

比較例１
ベントナイト（クニミネ工業株式会社製；商品名クニゲルＶＡ）６０質量部、針入度６０／８０ストレートアスファルト２８質量部、ＳＢＳ共重合体２質量部、プロセスオイル１０質量部を加熱ジャケット付きニーダーを用いて１７０℃に加熱しながら十分に混合し、粘着性を有する水膨潤組成物を調製し、これを試料４とした。

試験例１
上記試料１〜４について、下記の方法により、軟化点、膨潤倍率、引張試験、伸び、圧縮永久ひずみ試験、反ぱつ弾性試験の測定および試験を行った。
「軟化点」はＪＩＳ Ｋ ２２０７の石油アスファルトの軟化点試験方法（環球式）に基づき測定を行った。測定結果は表１に示す。
「膨潤倍率」はＪＩＳ Ｋ ６２５８の加硫ゴムの浸せき試験方法に基づき測定を行った。測定結果は図１に示す。
「引張試験」、「伸び」、「圧縮永久ひずみ試験」、「反ぱつ弾性試験」はＪＩＳ Ｋ ６３０１の加硫ゴム物理試験方法に基づき測定を行った。測定結果は表１に示す。

表１の結果より、本発明品は高い伸び性と高弾性を持つ組成物であることが確認された。図１の結果より、高伸縮、高弾性を有し且つ膨潤性能が損なわれていないことが確認出来た。

試験例２
〈止水性能確認試験〉
高伸縮性、高弾性を有し且つ膨潤性能を有した試料１〜３について、図２に概略平面図、図３に概略断面図を示す透明アクリル製の止水試験装置を用いて、下記に示す方法により止水性と耐流失性を確認した。
試料１を下部アクリル板２（長さ２８０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）に設けた試料充填溝３（長さ２０ｍｍ、幅６０ｍｍ、深さ１０ｍｍ）に設置した。この時、試料の高さは試料充填溝の深さと同じにし、表面に段差が出来ないように均した。下部アクリル板２と同じサイズの上部アクリル板４（但し、厚さ１０ｍｍ、溝無し）とシリコンゴムパッキン５を挟み、水みち８（長さ２５０ｍｍ、幅６０ｍｍ）としてクリアランスＬを２ｍｍ確保するように、上部アクリル板を設置した。上部アクリル板に穿孔した注水口６より一定の流量（５００ｃｃ／ｍｉｎ）となるように調整して通水を開始し、放置した。図中７は排水口である。試料の膨潤状況と流失状況を目視により確認し、止水までの時間と止水時の水圧を確認した。結果を表２に示す。

表２の結果より、本発明品は膨潤による自己修復性を有していることが確認された。さらに、流水により膨潤した不透水層が流失しない優れた組成物である。

実施例の膨潤倍率の測定結果を示すグラフである。 試験例２の止水性能確認試験を行うための装置の概略平面図である。 試験例２の止水性能確認試験を行うための装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 試料
２ 下部アクリル板
３ 試料充填溝
４ 上部アクリル板
５ シリコンゴムパッキン
６ 注水口
７ 排水口
８ 水みち

Claims (3)

1. 水膨潤性粘土鉱物５〜９０質量部、アスファルト５〜３０質量部、弾性付与剤３〜３０質量部、および可塑剤５〜４０質量部からなることを特徴とする水膨潤性組成物。
2. 前記水膨潤性粘土鉱物がベントナイト、スメクタイト、および膨潤性雲母から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の水膨潤性組成物。
3. 前記弾性付与剤が熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項１または２記載の水膨潤性組成物。

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