JP2012106910A - 無機質組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】床材、不燃ボード、トンネル内装板、打ち放し面等に使用されているモルタル、コンクリート等のセメント系基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させる。
【解決手段】セメント系基材の表面保護材として、少なくともアルカリ金属珪酸塩、アルキルアルコキシシラン、燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られる特定の無機質組成物を得る。上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な無機質組成物に関するものである。

従来、床材、不燃ボード、トンネル内装板、打ち放し面等に使用されているモルタル、コンクリート等のセメント系基材は、荷重、摩擦、化学的な侵食作用等によって経時的に劣化するおそれがある。
このような劣化を防止する方法として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の表面保護材を基材に塗付する方法が知られている。このような方法では、基材表面に塗膜を形成し表面を保護するため、基材劣化の進行を防止することはできるが、塗膜の劣化や剥離が懸念される場合もあった。

一方、水ガラスなどの珪酸塩を基材に塗付する方法も知られている。このような方法では、基材中に珪酸塩が浸透し、遊離カルシウム、マグネシウム、アルミニウム等の多価金属イオンと反応して不溶性のゲルを生成して硬化（珪酸塩の硬化体を形成）するため、基材と一体化し、剥離等の問題が生じにくい。
しかし、珪酸塩と多価金属イオンの反応が不十分な状態では十分な撥水性が得られず、水がかかると珪酸塩の未反応物が溶出しやすいという問題があった。また、珪酸塩はアルカリ性が強いため、基材表面の溜まり水や流水が強塩基となるおそれがあった。
このような問題に対して、例えば、特許文献１では、珪酸ソーダにメチル珪酸カリウムを配合することによって、透水を抑制して撥水性を向上させることが記載されている。

しかしながら、特許文献１のように、メチル珪酸カリウムを配合したのみでは、撥水性の持続が不十分な場合がある。また、反応不十分な珪酸塩が溶出する可能性も高く、溜まり水が強塩基性になる場合もある。

特許第４４６２４７４号

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、モルタル、コンクリート等のセメント系基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させることを目的とするものである。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行なった結果、少なくともアルカリ金属珪酸塩、アルキルアルコキシシラン、燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られる特定の無機質組成物に想到し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の無機質組成物は、下記の特徴を有するものである。
１．少なくとも、アルカリ金属珪酸塩、アルキルアルコキシシラン、燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られることを特徴とする無機質組成物
２．上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含むことを特徴とする１．に記載の無機質組成物
３．上記アルキルアルコキシシランが、３官能アルキルアルコキシシランを含むことを特徴とする１．または２．に記載の無機質組成物

本発明の無機質組成物は、モルタル、コンクリート等のセメント系基材に浸透し、硬化体を形成することにより、基材の透水性を低下させ撥水性を高めるとともに、珪酸塩の溶出を抑制し、基材表面の溜まり水や流水の塩基性を低下させるものである。特に、本発明の無機質組成物は、特定の成分を併用して含むことにより、基材の撥水持続性を高めることができるものである。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明は、モルタル、コンクリート等のセメント系基材に適用される無機質組成物に関するものであり、上記基材の透水性を低下させ、撥水性、表面強度等を向上させるものである。このような無機質組成物は、少なくとも、（Ａ）アルカリ金属珪酸塩、（Ｂ）アルキルアルコキシシラン、（Ｃ）燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られるものである。なお、本発明における撥水性とは、基材への水分の吸い込みを防止する性能をいい、撥水持続性とは、長期にわたり上記撥水性が持続することをいう。

本発明の（Ａ）アルカリ金属珪酸塩（以下「（Ａ）成分」ともいう）としては、一般式：Ｍ₂ Ｏ・ｎＳｉＯ₂ （ＭはＬｉ、Ｋ、Ｎａ，Ｃｓから選ばれる少なくとも１種のアルカリ金属）で表される水溶性のアルカリ金属珪酸塩（「水ガラス」ともいう）であればいずれも使用できる。このような（Ａ）成分としては、例えば、珪酸ナトリウム、オルト珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、珪酸リチウム、珪酸カリウム等が挙げられる。また、アルカリ金属珪酸塩の水溶液として市販されている水ガラスを使用することもできる。上記のアルカリ金属珪酸塩は、単独で用いられてもよく、または２種以上が混合されて用いられてもよい。

本発明では、（Ａ）成分として、少なくともＳｉＯ₂ ／Ｎａ₂ Ｏ（モル比）が５／１〜２／１（より好ましくは４／１〜３／１）の珪酸ナトリウムを含むことが好ましい。このような場合、溜まり水や流水の塩基性をより一層低下させることができる。
さらに、本発明では、ＳｉＯ₂ ／Ｋ₂ Ｏ（モル比）が５／１〜１／１（より好ましくは４／１〜１／１）の珪酸カリウムを混合して使用することが好ましい。これによって、基材へ（Ａ）成分がより一層浸透しやすくなり、緻密な硬化体を形成することができる。これによって、基材の透水性を低下させ、撥水性を高めるとともに、溜まり水や流水の塩基性を十分に低下させることができる。また、アルカリ金属が溶出しにくく、基材表面の白化を防止することができる。

珪酸ナトリウムと珪酸カリウムの混合比率は、ＳｉＯ₂ ／（Ｎａ₂ Ｏ＋Ｋ₂ Ｏ）（モル比）が、５／１〜１／１（好ましくは４／１〜２／１）であり、無機質組成物全体に対しＳｉＯ_２の含有量が５〜３０重量％（より好ましくは１０〜２０重量％）と成るように調整することが好ましい。このような範囲である場合、優れた撥水性を発揮することができるとともに、塗付ムラ等が抑制され良好な仕上りとなる。

本発明の（Ｂ）アルキルアルコキシシラン（以下「（Ｂ）成分」ともいう）としては、例えば、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラｓｅｃ−ブトキシシラン、テトラｔ−ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン、等の４官能アルコキシシラン類；
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリブトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリブトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリプロポキシシラン、ブチルトリブトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリブトキシシラン等の３官能アルキルアルコキシシラン類；
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジブトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン等の２官能アルキルアルコキシシラン類；等が挙げられる。
これらは単独で用いられてもよく、または２種以上が混合されて用いられてもよい。

本発明では、特に３官能アルキルアルコキシシランを含むことが好ましい。さらには、アルキル基の炭素数が１〜３のものが好ましい。このような（Ｂ）成分としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。

本発明の、（Ｃ）燐酸または燐酸塩（以下「（Ｃ）成分」ともいう）としては、燐酸、オルト燐酸、燐酸アンモニウム、燐酸水素アンモニウム、燐酸ヒドロキシアンモニウム、アルカリ金属の燐酸塩等が挙げられる。本発明では特に、燐酸、オルト燐酸、燐酸アンモニウム、燐酸水素アンモニウムから選ばれる１種以上を含むことが好ましい。さらには、燐酸アンモニウムを含むことが好ましい。

本発明の無機質組成物は、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分を併用して使用することにより、基材に浸透した場合、緻密な硬化体を形成することができ、基材の透水性を低下させ、撥水持続性、表面強化に優れた効果を発揮することができる。その作用機構は明らかではないが、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分が、基材に浸透し、基材から遊離されるカルシウム、マグネシウム、アルミニウム等の多価金属イオンと反応して不溶性のゲルを生成、硬化体を形成する際に、（Ｃ）成分により、硬化性が高まり、緻密な硬化体を形成することができる。これにより長期にわたり基材の透水性を低下させることができ、その結果、撥水持続性、表面強化作用を高めることができるとともに、（Ａ）成分の未反応物や反応後に残ったアルカリ金属の溶出を抑制することができ、基材表面の溜まり水や流水の強塩基を低下させることができるものと考えられる。さらに、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分を併用して使用することにより、基材の撥油性を高めることもできる。

上記（Ａ）成分に含まれるＳｉＯ_２の固形分１００重量部に対し、（Ｂ）成分は、好ましくは２〜５０重量部、さらに好ましくは５〜４０重量部、（Ｃ）成分は、好ましくは０．１〜１０重量部、さらに好ましくは０．２〜５重量部である。このような範囲で併用することにより、基材の撥水・撥油性、表面強化作用をさらに高めることができるとともに、（Ａ）成分の未反応物の溶出を抑制することができ、基材表面の溜まり水の強塩基をよりいっそう低下させることができる。

本発明の無機質組成物は、上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分に加えて、水を混合して得られるものである。本発明無機組成物の水の量は、無機質組成物全体に対し好ましくは５０〜９８重量％、より好ましくは７０〜９５重量％である。このような範囲であることにより、基材への浸透性に優れ、本発明の効果を十分に発揮することができる。
なお、本発明における水には、（Ａ）成分、（Ｃ）成分の媒体等として用いられる水も含有するものである。

本発明の無機質組成物の製造方法は、特に限定されないが、例えば以下の方法により製造することができる。
（１）（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び水を混合して混合溶液（Ｉ）を得た後、次いで、該混合溶液（Ｉ）に、（Ｃ）成分を添加・攪拌する方法。
（２）（Ｂ）成分、（Ｃ）成分及び水を混合して混合溶液（ＩＩ）を得た後、次いで、該混合溶液（ＩＩ）に、（Ａ）成分を添加・攪拌する方法。
（３）（Ａ）成分、（Ｃ）成分及び水を混合して混合溶液（ＩＩＩ）を得た後、次いで、該混合溶液（ＩＩＩ）に、（Ｂ）成分を添加・攪拌する方法。

上記（１）〜（３）において、（Ａ）成分または（Ａ）成分を含む混合溶液と（Ｃ）成分または（Ｃ）成分を含む混合溶液とを混合する場合、後者はｐＨ４以上（好ましくはｐＨ５以上１１以下）に調整されていることが好ましい。これによって、本発明の無機質組成物が安定して製造でき、本発明の効果を十分に発現することができる。

例えば、上記（１）では、混合溶液（Ｉ）にｐＨ４以上に調整された（Ｃ）成分を添加することが好ましい。
また、上記（２）では、（Ｂ）成分にｐＨ４以上に調整された（Ｃ）成分を添加し混合溶液（ＩＩ）とするか、あるいは、（Ｂ）成分、ｐＨ未調整の（Ｃ）成分及び水を含む混合溶液（ＩＩ）を得た後、混合溶液（ＩＩ）をｐＨ４以上に調整することが好ましい。

さらに、上記（３）において混合溶液（ＩＩＩ）は、予め（Ａ）成分と水を混合した溶液にｐＨ４以上に調整した（Ｃ）成分を混合して得るか、または予め（Ｃ）成分と水を混合しｐＨ４以上に調整した溶液に（Ａ）成分を混合して得ることが好ましい。

上記における各溶液のｐＨ調整には、アンモニア、アルキルアミン、アルカノールアミン、アルカリ金属塩等が使用できる。本発明では特に、アンモニア、アルキルアミン、アルカノールアミンから選ばれる１種以上を用いることが好ましく、この場合、撥水性をより一層高めることができる。このうち、アルキルアミンとしては、例えば、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン等が挙げられる。アルカノールアミンとしては、例えば、アミノエタノール、アミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等が挙げられる。

なお、（Ｃ）成分として燐酸アンモニウム、燐酸水素アンモニウム、燐酸ヒドロキシアンモニウム、アルカリ金属の燐酸塩を使用する場合は、上記ｐＨ調整剤を使用しなくてもｐＨ４以上に調整することができる。

本発明の無機質組成物は、本発明の効果を著しく損なわない限り、必要に応じ、公知の添加剤を含むことができる。このような添加剤としては、例えば、増粘剤、造膜助剤、レベリング剤、湿潤剤、可塑剤、凍結防止剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、抗菌剤、消臭剤、分散剤、消泡剤、吸着剤、難燃剤、着色顔料、体質顔料、繊維、撥水剤、架橋剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、触媒等が挙げられる。

本発明の無機質組成物は、セメント系基材に対して公知の塗装方法で塗装することができ、スプレー、コーター、ローラー、刷毛等の塗装器具を使用することができる。

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

原料としては以下のものを使用した。
（Ａ）成分
（Ａ１）珪酸ナトリウム溶液
有効成分：ＳｉＯ_２ ２６％、Ｎａ_２Ｏ ７．０％
ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏ（モル比）＝３．８３
（Ａ２）珪酸カリウム溶液
有効成分：ＳｉＯ_２ ２８％、Ｋ_２Ｏ ２２．０％
ＳｉＯ_２／Ｋ_２Ｏ（モル比）＝１．９９
（Ａ３）珪酸リチウム溶液
有効成分：ＳｉＯ_２ ２０．４％、Ｌｉ_２ Ｏ２．９％
ＳｉＯ_２／Ｌｉ_２Ｏ（モル比）＝３．５０
（Ｂ）成分
（Ｂ１）メチルトリエトキシシラン
（Ｂ２）プロピルトリメトキシシラン
（Ｂ３）ジメチルジメトキシシラン
（Ｃ）成分
（Ｃ１）燐酸アンモニウム水溶液（濃度１６．７％、ｐＨ＝７．０）
（Ｃ２）燐酸水溶液（濃度５％、ｐＨ＝１．０）
（Ｃ３）燐酸ナトリウム水溶液（濃度８．４％、ｐＨ＝１１．５）

（無機質組成物１）
表１に示す配合に従い、（Ｃ１）燐酸アンモニウム水溶液と水を混合した後、（Ａ１）珪酸ナトリウムを添加・攪拌し、次いで、（Ｂ１）メチルトリエトキシシランを添加・攪拌することによって無機質組成物１を得た。

（無機質組成物２〜６、９〜１３）
表１に示す配合に従い、無機質組成物１と同様にして無機質組成物２〜６、無機質組成物９〜１３を得た。

（無機質組成物７）
表１に示す配合に従い、（Ｂ１）メチルトリエトキシシラン、（Ｃ２）燐酸水溶液、及び水を混合した混合溶液を、アンモニア水を用いてｐＨ７に調整した。次いで、（Ａ１）珪酸ナトリウムを添加・攪拌し無機質組成物７を得た。

（無機質組成物８）
表１に示す配合に従い、（Ｂ１）メチルトリエトキシシラン、（Ｃ２）燐酸水溶液、及び水を混合した混合溶液を、２アミノ−１プロパノールを用いてｐＨ７に調整した。次いで、（Ａ１）珪酸ナトリウムを添加・攪拌し無機質組成物８を得た。

＜試験体＞
基材（スレート板：Ｌ１００×Ｗ１００×Ｔ３ｍｍ）に無機質組成物１を塗付け量０．２ｋｇ／ｍ^２で刷毛塗りし、３０分間静置した。静置後、無機質組成物の余剰分を除去した後、水拭きし、常温（２３℃）で７日間養生したものを試験体１Ａとした。また、基材として、標準モルタル：Ｌ７５×Ｗ７５×Ｔ２０ｍｍを用いた以外は上記試験体１Ａと同様にして試験体１Ｂを作製した。
無機質組成物２〜１３についても同様にして、それぞれ試験体２Ａ〜１３Ａ、試験体２Ｂ〜１３Ｂを作製した。

［試験例１］
（試験例１−１〜試験例１−１３）
得られた各試験体は、いずれも塗付ムラ等が目立たず良好な仕上りであった。特に、無機質組成物５を用いた試験体５Ａ及び５Ｂにおいて、良好な仕上りであった。
さらに、各試験体について以下の評価を実施した。結果を表２に示す。
＜耐摩耗性（表面強度）評価＞
試験体１Ａ〜１３Ａについて、ＪＩＳ Ｋ５６００ ５．９耐摩耗性（摩耗輪法）に準じ、テーバー式試験機、摩耗輪ＣＳ−１７、荷重１０００ｇで５００回転後の摩耗減量を観測した。未処理のスレート板の摩耗減量と比較し、評価した。基準を以下に示す。
○：未処理品より良好
△：未処理品よりやや良好、
×：未処理品と同等、またはそれ以下

＜撥水性評価＞
試験体１Ｂ〜１３Ｂに水３０μＬをスポットし、３０秒後に拭き取った。目視でスポット部に水分の吸い込み（染み込み）がない場合、撥水性ありと判定した。評価基準を以下に示す。
○：吸い込みなし
△：染み跡が残る程度
×：吸い込みあり
＜撥油性評価＞
試験体１Ｂ〜１３Ｂに流動パラフィン３０μＬをスポットし、３０秒後に拭き取った。目視でスポット部に油分の吸い込み（染み込み）がない場合、撥油性ありと判定した。評価基準を以下に示す。
○：吸い込みなし
△：染み跡が残る程度
×：吸い込みあり

＜溜まり水のｐＨ評価＞
試験体１Ｂ〜１３Ｂの上に水１００μＬをスポットし、１０分後にスポット液のｐＨを測定した。

無機質組成物１〜１１を用いた試験例１−１〜試験例１−１１においては、耐摩耗性（表面強度）、撥水性、撥油性において良好な結果であった。また、試験例１−１〜試験例１−１０では、溜まり水のｐＨも中性〜弱塩基性を示し良好であった。

［試験例２］
（試験例２−１〜試験例２−１１）
次いで、無機組成物１〜１１について、水に浸漬後の撥水性、撥油性の持続性を評価した。
＜水に浸漬後の撥水性、撥油性評価＞
試験体１Ｂ〜１１Ｂの裏側面をエポキシ樹脂でシールし、１日水に浸漬させた後、乾燥させ、試験例１と同様にして撥水性、撥油性を確認した。また、２日水に浸漬させた後についても同様に評価した。結果を表３に示す。

試験例２−１〜試験例２−９において良好な結果であった。

Claims (3)

1. 少なくとも、アルカリ金属珪酸塩、アルキルアルコキシシラン、燐酸または燐酸塩、及び水を混合して得られることを特徴とする無機質組成物
2. 上記アルカリ金属珪酸塩が、少なくとも珪酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の無機質組成物
3. 上記アルキルアルコキシシランが、３官能アルキルアルコキシシランを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無機質組成物