JP3285665B2 - 発泡性無機質組成物 - Google Patents

発泡性無機質組成物

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祐三 横山
裕之 瀧華
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26Silicates of the alkali metals

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
【0002】
【従来の技術】発泡性無機質組成物として、SiO2
Al2 3 系粉体、アルカリ金属珪酸塩水溶液、充填材
および発泡剤からなるものがあるが、この発泡性無機質
組成物を用いて得られる無機質発泡体の気泡を微細化あ
るいは均一化するため、従来から種々の検討がなされて
いる。
【0003】例えば、特開平4−292482号公報に
は、SiO2 −Al2 3 系粉体、アルカリ金属珪酸塩
水溶液、充填材および発泡剤の混合物に液状のシリコー
ンオイルを所定の割合で添加することにより、気泡サイ
ズが小さく、疎水性を有する無機発泡体を得ることがで
きる発泡性無機質組成物が開示されている。また、特開
昭63−40780号公報には、珪酸質原料、石灰質原
料、発泡剤、水からなるスラリーにポリカルボン酸系分
散剤を添加することにより、均一に細かな気泡をもつ良
質な無機質発泡体を得ることができる発泡性無機質組成
物が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平4−2
92482号公報に開示されている発泡性無機質組成物
では、無機質発泡体が低密度、特に0.2g/cm3
下の密度においては、気泡サイズが1mm以上になり、
また、気泡サイズのばらつきも大きくなるため、強度、
および断熱性の低下が起こるという問題があった。
【0005】一方、特開昭63−40780号公報に開
示されている発泡性無機質組成物では、高発泡にした場
合、硬化に時間がかかるため、気泡が破泡してしまい低
密度の発泡体が成形できないという問題があった。本発
明の目的は上記の課題を解決し、低密度であっても気泡
サイズが小さくかつ均一で、高い強度を有する無機質発
泡体を得ることができる発泡性無機質組成物を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる発泡性無
機質組成物は、このような目的を達成するために、Si
2 −Al2 3 系粉体100重量部、アルカリ金属珪
酸塩水溶液50〜500重量部、発泡剤、脂肪酸金属塩
0.05〜5重量部およびフッ素系界面活性剤0.02
〜2重量部からなるように構成した。
【0007】ここで、SiO2 −Al2 3 系粉体とし
ては、組成が、SiO2 10〜90重量%、Al2 3
90〜10重量%のものが好ましい。このようなSiO
2 −Al2 3 系粉体としては、例えばフライアッシ
ュ、アルミナ系研磨材を製造する際のダスト、メタカオ
リン、粉砕焼成ボーキサイト等が挙げられるが、組成と
粒度とが適当であれば、これらに限定される物ではな
い。
【0008】アルカリ金属珪酸塩水溶液としては、Si
2 /M2 O(M:アルカリ金属)=0.5〜4、望ま
しくは0.8〜2.5のモル比を有するアルカリ金属珪
酸塩の水溶液が好ましい。モル比が0.5より小さいと
硬化体中の結合材成分となるSiO2 分に対するアルカ
リ金属の含有量が多くなり、耐水性が低下する虞があ
り、モル比が4より大きくなると、アルカリ金属珪酸塩
水溶液のpHが低くなり、無機固体成分との反応性が低
下する虞がある。
【0009】アルカリ金属の種類としては、ナトリウ
ム、カリウム、リチウム等が挙げれ、これらが単独また
は混合して含まれるアルカリ金属珪酸塩が使用できる。
アルカリ金属珪酸塩水溶液の配合量としては、SiO2
−Al2 3 系粉体100重量部に対し、50から50
0重量部、好ましくは80〜400重量部とする。50
重量部より少ないと粒子間をつなぐ結合材成分が少なく
なり強度が低下すると共に、混合成形時の作業性が低下
する。500重量部よりも多いとSiO 2 −Al2 3
系粉体と反応しないアルカリ金属珪酸塩が多くなり、耐
水性が低下する。
【0010】アルカリ金属珪酸塩水溶液の濃度は、アル
カリ金属珪酸塩が10〜80重量%が適当である。10
重量%よりも濃度が低いと、アルカリ珪酸塩のpHが低
くなり、SiO2 −Al2 3 系粉体との反応性が低下
すると共に、強度低下も生じる虞がある。一方、80重
量%よりも濃度が高いと、アルカリ金属珪酸塩水溶液の
粘度が高くなり、混合成形時の作業性が低下する虞があ
る。
【0011】発泡剤としては、過酸化水素、過酸化ナト
リウム、過酸化カリウム、過ほう酸ナトリウム等の過酸
化物や金属粉末が挙げられる。過酸化物の添加量は、目
的とする発泡体の密度によって異なるが、0.01〜
4.0重量部程度が好ましい。添加量が多過ぎる場合
は、発泡ガスが過剰となり破泡しやすく、少な過ぎる場
合は、発泡倍率が小さすぎて発泡体の意味を失う虞があ
る。なお、過酸化水素を発泡剤として用いるときは、水
溶液にして用いるのが好ましい。過酸化水素水の濃度
は、0.1〜35%程度が好ましい。過酸化水素水の濃
度が高過ぎる場合は、発泡は速くなりすぎ、安定に発泡
できなくなる虞があるとともに危険である。一方、過酸
化水素水の濃度が低過ぎる場合は、過酸化水素量に対し
水の量が多くなり過ぎて粘度が低下し、発泡が安定しな
くなる虞がある。
【0012】金属粉末としては、Mg,Ca,Cr,M
n,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Al,Ga,S
n,Si,フェロシリコン等の粉末が挙げられる。金属
粉末の添加量は、目的とする発泡体の密度によって異な
るが、0.01〜5.0重量部程度が好ましい。添加量
が多過ぎる場合には、発泡ガスが過剰となり破泡しやす
くなり、少な過ぎる場合には、発泡倍率が小さくなり過
ぎて発泡体の意味を失う虞がある。
【0013】金属粉末の粒径は、平均粒径で1〜200
μm程度が好ましい。粒径が大きすぎる場合、反応性が
低下し、小さすぎる場合、分散性が低下するとともに、
反応性が高くなり発泡が速くなりすぎる虞がある。好ま
しくは、コスト、安全性、入手の容易さ混合のし易さよ
り、過酸化水素、アルミニウム、添加量は目的とする発
泡体の密度で決定される。
【0014】脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸金属
塩、パルミチン酸金属塩などの金属石鹸が挙げられ、特
に好ましくはステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウ
ム、ステアリン酸アルミニウムが挙げられる。脂肪酸金
属塩の添加量としては、0.05〜5重量部、好ましく
は0.3〜3.0重量部で、5重量部より多い場合は粘
度が上昇し、発泡に逆に悪影響を与え、0.05重量部
より少ない場合は破泡を起こし、発泡が安定に出来な
い。
【0015】フッ素系界面活性剤は疎水基としてフルオ
ロカーボン鎖を有し、このフルオロカーボン鎖にアニオ
ン性、カチオン性、非イオン性などの水溶性基、あるい
は高分子鎖を直接または間接につなげたものであり、各
種のものがあるが、例えば、パーフルオロアルキルベタ
イン、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフル
オロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロア
ルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルスルホン酸
塩、パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、
パーフルオロアルキルアミンオキサイド等が挙げられ
る。
【0016】フッ素系界面活性剤の添加量は、SiO2
−Al2 3 系粉体100重量部に対して、0.02〜
2重量部で、2重量部より多い場合は破泡をおこし、均
質な気泡サイズをもつ無機質発泡体を成形できない。一
方、0.02重量部より少ない場合は十分な効果が得ら
れず、密度0.2g/cm3 以下の低密度では気泡は大
きく、不均一になる。
【0017】本発明の発泡性無機質組成物には、上記以
外に、繊維,無機質充填材,増粘剤,水等が必要に応じ
て添加される。繊維は、強度向上、クラック防止のため
に添加され、ビニロン,ポリプロピレン,アラミド,ア
クリル,レーヨン,カーボン,ガラス,チタン酸カリウ
ム,アルミナ,鋼,スラグウール等の各繊維が挙げられ
る。
【0018】繊維の繊維長は1〜15mm程度が好まし
く、繊維径は1〜500μm程度が好ましい。繊維長さ
が長過ぎる場合は分散性が低下し、細すぎる場合は混合
時に再凝集し、ファイバーボールが形成し強度が向上し
なくなる虞がある。また、繊維長が短く、繊維径が太い
場合は補強効果が小さくなる虞がなる。繊維の添加量
は、10重量部以下(対硬化性材料100重量部、以下
同様)が好ましい。繊維の添加量が多い場合は繊維の分
散性低下する虞がある。
【0019】無機質充填材は、硬化時の収縮低減、スラ
リーの流動性向上、セルの緻密化、気泡の安定化などの
目的で添加され、珪砂,珪石粉,フライアッシュ,スラ
グ,シリカヒューム,マイカ,タルク,ウォラストナイ
ト,炭酸カルシウム,エアロジル,シリカゲル,ゼオラ
イト,活性炭,アルミナゲルなどの多孔質粉体が挙げら
れる。
【0020】無機質充填材の粒径は、平均粒径で0.0
1μm以上1mm以下が好ましい。無機質充填材の粒径
が大き過ぎる場合は発泡が安定しなくなる虞があり、小
さ過ぎる場合は、吸着水量の増加によって粘度が上がり
作業性が低下したり、十分発泡しなくなる虞がある。無
機質充填材の添加量は、100重量部以下が好ましい。
無機質充填材の添加量が多い場合は、強度低下を起こす
虞がある。
【0021】増粘剤としては、メチルセルロース,ポリ
アクリルアミド,ポリビニルアルコール(ポバール),
カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。水は粘度
の調製のために必要に応じて添加され、その添加量は、
0〜100重量部が好ましい。添加量が多過ぎると強度
低下を起こしたり、発泡が安定しなくなる虞がある。
【0022】混合は、通常のセメントモルタルを混合す
る機械、例えば、オムニミキサー,ハンドミキサー,ア
イリッヒミキサー,強制練りミキサー,生コンプラント
用可傾式ミキサー,ボルテックスミキサー等を用いるこ
とができる。混合の手順としては、発泡剤を除く固形原
料を全てまず混合し、その後液体原料を混合しペースト
にし、次に、発泡剤を添加混合するのが好ましい。
【0023】このようにして得られた発泡性無機質組成
物は注型または吹き付けによって発泡させたのち、この
発泡体を硬化させることにより得られる。
【0024】
【作用】上記構成によれば、速硬性であるSiO2 −A
2 3 系粉体とアルカリ金属珪酸塩水溶液の混合スラ
リーにフッ素系界面活性剤を添加することにより、気泡
径が小さく、均一な低密度発泡体を得ることができる。
【0025】
【実施例】以下に、本発明を、その実施例を参照しつつ
詳しく説明する。 (実施例1)SiO2 −Al2 3 系粉体(組成がSi
2 32重量%,Al2 3 56重量%,Fe2
3 6.2重量%,TiO2 1.4重量%,その他4.4
重量%からなり、粒度が0.1〜1μmのもの)100
重量部(以下、「部」とのみ記す),アルカリ金属珪酸
塩水溶液としての珪酸カリウム水溶液(組成がモル比
で、SiO2 :K2 O=1.5:1、濃度が52重量%
のもの)65部,タルク(山陽クレー工業(株)製 タ
ルク83 平均粒径 5μm)30部,マイカ(クラレ
(株)製 スゾライトマイカ 325S 平均粒径 4
0μm)20部,ポリプロピレン繊維(大和紡績(株)
製 PZL 2デニール×6mm)0.7部,脂肪酸金属
塩としてのステアリン酸亜鉛(和光純薬(株)製試薬)
1.5部,フッ素系界面活性剤としてのパーフルオロア
ルキルベタイン1.0部をハンドミキサーで混合攪拌
し、均一なペーストとした。次にこのペーストに発泡剤
としての過酸化水素水(三菱ガス化学(株)35%品を
10%に希釈したもの)35部をさらに添加し、約10
秒間混合して発泡性無機質組成物を得た。そして、この
発泡性無機質組成物を容器中に流し込み、放置して於く
と徐々に発泡が起こり、混合攪拌後約3分で完了した。
その後、85℃中の恒温容器中に放置して完全に硬化さ
せて発泡体を得た。
【0026】つぎに、このようにした得られた発泡体の
物性(密度,平均気泡径,気泡径標準偏差,圧縮強度)
を測定した。なお、平均気泡径,気泡径標準偏差,圧縮
強度については、次のような方法で測定した。
【0027】平均気泡径および気泡径標準偏差は顕微鏡
で発泡体の拡大写真を撮影し、50個の気泡径を測定し
算出した。圧縮強度については、温度23℃、湿度50
%中でサンプルサイズ(50×50×50mm)で測定
を行った。
【0028】(実施例2)実施例1において過酸化水素
水を27部に代えた以外は同様にして、発泡体を得たの
ち、発泡体の物性を測定した。 (実施例3)実施例1において過酸化水素水を20部に
代えた以外は同様にして、発泡体を得たのち、発泡体の
物性を測定した。 (実施例4)実施例1においてフッ素系界面活性剤を
0.02部に代えた以外は同様にして発泡体を得たの
ち、発泡体の物性を測定した。
【0029】(実施例5)実施例1におてフッ素系界面
活性剤を2.0部に代えた以外は同様にして発泡体を得
たのち、発泡体の物性を測定した。 (実施例6)実施例1においてフッ素系界面活性剤とし
てパーフルオロアルキルリン酸エステル1.0部に代え
た以外は同様にして発泡体を得たのち、発泡体の物性を
測定した。
【0030】(実施例7)実施例1においてフッ素系界
面活性剤としてパーフルオロアルキルエチレンオキシド
付加物1.0部に代えた以外は同様にして発泡体を得た
のち、発泡体の物性を測定した。各実施例で得られた発
泡体の物性(密度,平均気泡径,気泡径標準偏差,圧縮
強度)の測定結果を各組成の配合割合と合わせて表1に
示した。
【0031】
【表1】
【0032】なお、表1中、Aはパーフルオロアルキル
ベタイン(旭硝子(株)製 商品名サーフロンS−13
2)、Bはパーフルオロアルキルリン酸エステル(旭硝
子(株)製 商品名サーフロンS−112)、Cはパー
フルオロアルキルエチレンオキシド付加物(旭硝子
(株)製 商品名サーフロンS−145)をそれぞれ表
す。
【0033】(比較例1)実施例1において、フッ素系
界面活性剤を無添加に代えた以外は同様にして発泡体を
得たのち、発泡体の物性を測定した。 (比較例2)実施例2において、フッ素系界面活性剤を
無添加に代えた以外は同様にして発泡体を得たのち、発
泡体の物性を測定した。
【0034】(比較例3)実施例3において、フッ素系
界面活性剤を無添加に代えた以外は同様にして発泡体を
得たのち、発泡体の物性を測定した。 (比較例4)実施例1において、フッ素系界面活性剤の
配合割合を0.01部に替えたた以外は、同様にして発
泡体を得たのち、発泡体の物性を測定した。
【0035】(比較例5)実施例1において、フッ素系
界面活性剤の配合割合を3部に代えた以外は同様にして
発泡体を得ようとしたが、発泡途中で破泡を起こし、目
的の低密度の発泡体は得られなかった。
【0036】(比較例6)生石灰粉末21.7部、セメ
ント30部、珪石粉末47.8部、石膏0.5部、水2
7部、パーフルオロアルキルベタイン1.0部を混合攪
拌し均一なペーストとしたのち、得られたペーストに過
酸化水素水35部を添加し、約10秒間混合し、均一な
発泡性無機質組成物を得た。この発泡性無機質組成物を
容器中に流し込み、放置して置くと徐々に発泡が起こ
り、混合攪拌後約3分で完了した。しかしその後、可塑
化するまでに徐々に破泡し、目的の低密度の発泡体を得
ることはできなかった。
【0037】(比較例7)実施例1においてフッ素系界
面活性剤の代わりに、C3 オレフィンマレイン酸共重合
体ナトリウム塩(商品名;ワーク500、日本ゼオン社
製)1.0部に替えた以外は同様にして発泡体を得よう
としたが、発泡途中で破泡を起こし、目的の低密度の発
泡体は得られなかった。
【0038】各比較例で得られた発泡体の物性(密度,
平均気泡径,気泡径標準偏差,圧縮強度)の測定結果
(比較例5〜7は測定できず)を各組成の配合割合と合
わせて表2に示した。
【0039】
【表2】
【0040】なお、表2中、Aはパーフルオロアルキル
ベタイン、DはC3 オレフィンマレイン酸共重合体ナト
リウム塩をそれぞれ表す。表1および表2に示すよう
に、実施例のようにフッ素系界面活性剤を所定量添加す
ることによって、平均気泡径、気泡径標準偏差がともに
小さくなる。したがって、実施例では、比較例のものに
比べて、気泡が小さく均一でそれにともない圧縮強度が
高くなり、強度的に優れた発泡体が得れた。
【0041】一方、比較例1〜3のようにフッ素系界面
活性剤を全く添加しないと実施例と比べ平均気泡径、気
泡標準偏差ともに大きくなり、圧縮強度は低いものとな
った。比較例4のようにフッ素系界面活性剤の添加量が
本発明の範囲外である0.02%より少ない場合は、フ
ッ素系界面活性剤無添加のもの(比較例1)とほとんど
物性は変わらず効果は見られなかった。
【0042】比較例5のようにフッ素系界面活性剤の添
加量が本発明の範囲外である2%より多い場合は、発泡
途中で破泡を起こし発泡体は得られなかった。比較例6
のように無機硬化性物質がセメントのように硬化に時間
がかかる場合は、硬化までに破泡してしまい目的の低密
度発泡体は得られなかった。比較例7のように従来から
知られているフッ素系界面活性剤以外の界面活性剤を添
加しても、発泡途中で破泡してしまい低密度発泡体は得
られなかった。
【0043】
【発明の効果】本発明にかかる発泡性無機質組成物は、
以上のように構成されているので、気泡サイズが小さく
均一で、高い圧縮強度を有する軽量の発泡体を容易に得
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C04B 24:04 C04B 24:04 24:02) 24:02)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiO2 −Al2 3 系粉体100重量
    部、アルカリ金属珪酸塩水溶液50〜500重量部、発
    泡剤、脂肪酸金属塩0.05〜5重量部およびフッ素系
    界面活性剤0.02〜2重量部からなる発泡性無機質組
    成物。
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