JP3522885B2 - 注入材用硬化性組成物 - Google Patents

注入材用硬化性組成物

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JP3522885B2 JP07767595A JP7767595A JP3522885B2 JP 3522885 B2 JP3522885 B2 JP 3522885B2 JP 07767595 A JP07767595 A JP 07767595A JP 7767595 A JP7767595 A JP 7767595A JP 3522885 B2 JP3522885 B2 JP 3522885B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、硬化性組成物、特に、
隙間を充填したり、不要なイソシアネートの廃棄処理に
使用する薬液注入工法用の硬化性組成物に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来、土木工事用として使用
されるウレタン系注入材は、主に、トンネル掘削を安全
に、かつ、順調に進行させるための補助工法に使用され
ている(薬液注入工法の調査設計から施工まで 土質工
学学会 平成元年10月発行、山岳トンネルの新技術 土
木工学社 平成3年11月発行)。即ち、ウレタン系注入
材を注入すると、地山内でウレタンが発泡硬化し、強固
な地盤に改良することが可能となり、地山の崩落を防止
し、さらには、止水効果も発揮される。このようなウレ
タン系注入材は、ポリオール類とイソシアネート類の二
液型が主流となっているが、その硬化体は有機物であ
り、非常に燃えやすく、また、セメント系注入材に比
べ、非常に高価であるという課題があった(特開昭63-84
77号公報等)。
【0003】近年、これら課題の解決のために、ポリオ
ール類の代わりに水ガラスを使用した二液型ウレタン系
注入材が提案されている(特開平4-73313号公報、特開平
6-287558号公報、特開平4-318096号公報)。これらのウ
レタン系注入材は、地山に注入すると、従来と同様に発
泡硬化し、ケイ酸塩由来のシラノール基とイソシアネー
ト基が反応に関与するために難燃性が付与されるもので
ある。また、二液型ウレタン系注入材は、二液とも液体
であり、ポンプで圧送混合して地山内に注入するのが通
常である。
【0004】しかしながら、ポンプを使用するまでもな
い、使用量が少ないちょっとした隙間を埋めたり、ボル
ト等を固定したりする場合や、ポンプを持ち込むことが
できない狭い場所で作業しなければならない場合など
は、この二液型ウレタン系注入材を使用することが困難
であった。また、ポリオールは界面活性作用があるた
め、トンネル内の湧水で二液型ウレタン系注入材が流さ
れると発泡し、環境上好ましくないという課題があっ
た。さらに、イソシアネート類はタンパク質変性作用が
あり、使用後のイソシアネート類の空缶の処分の際、あ
やまって皮膚に接触すると、皮膚が茶色に変色するなど
の危険がある等の課題があった。そのため、ポリオール
類を混合して硬化させることも考えられるが、ポリオー
ル類そのものが高価であるなどの課題があった。
【0005】本発明者は種々検討した結果、特定の材料
を使用することによって、前記の無機系の注入材や有機
系の注入材のもつ課題が解決できる知見を得て本発明を
完成するに至った。
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、リチウ
ム、ナトリウム、カリウム、及びホウ素からなる群より
選ばれる金属の、水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩、
アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩からなる群より
選ばれる一種又は二種以上の無機化合物とイソシアネー
ト類、及びテトラメチルヘキサメチレンジアミンを含有
する薬液注入工法用の注入材用硬化性組成物であり、界
面活性剤を含有する該注入材用硬化性組成物である。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。
【0007】本発明では、リチウム、ナトリウム、カリ
ウム、及びホウ素からなる群より選ばれる金属の、水酸
化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸
塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれる一種又は二種
以上の無機化合物(以下、単に「無機化合物」という)
とイソシアネート類、反応触媒としてテトラメチルヘキ
サメチレンジアミンを使用するものであり、さらに、界
面活性剤を併用するものである。
【0008】本発明で使用する無機化合物とは、リチウ
ム、ナトリウム、カリウム、及びホウ素からなる群より
選ばれる金属の、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、アルミン
酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれた
一種または二種以上である。具体的には、水酸化物とし
て、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カ
リウムが、酸化物として、酸化ナトリウム、酸化カリウ
、及び酸化ホウ素が、硫酸塩として、硫酸ナトリウ
ム、硫酸カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸水素ナトリ
ウム、及び硫酸水素カリウム、その他亜硫酸塩やピロ硫
酸塩が、硝酸塩として、硝酸ナトリウムや硝酸カリウ
ム、その他亜硝酸塩等が、アルミン酸塩として、アルミ
ン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムが、ホウ酸塩とし
てホウ酸ナトリウムが、並びに、リン酸塩として、リン
酸ナトリウムやトリポリリン酸ナトリウム等が挙げられ
る。また、これらの複塩や錯塩、そして、粘土鉱物も本
発明で使用可能である。これらの無機化合物のでは
水酸化ナトリウムやアルミン酸ナトリウムの使用が好ま
しい。
【0009】無機化合物の粉末度は、特に限定されるも
のではないが、粒状あるいはブレーン比表面積で数千cm
2/gまでの粉末状であれば問題なく使用可能である。
【0010】無機化合物とイソシアネート類との混合方
法は、特に限定されるものではなく、例えば、撹拌中
に、イソシアネート類に無機化合物を所定量添加する方
法が可能である。
【0011】無機化合物の使用量は、イソシアネート類
100重量部に対して、1〜500重量部が好ましく、10〜20
0重量部がより好ましい。1重量部未満では硬化反応が
遅すぎる場合があり、500重量部を越えると無機化合物
とイソシアネート類の混合物の流動性が失われる場合が
ある。
【0012】本発明で使用するイソシアネート類として
は、特に限定されるものではないが、4-4'-ジフェニ
ルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4-トリレンジイ
ソシアネート(TDI)、1,3-キシリレンジイソシアネー
ト(XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMD
I)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポ
リメリックMDI)、及び1,5-ナフタレンジイソシアネ
ート(NDI)等、これらポリイソシアネートを水や低
級1価ないし多価アルコールで変性したもの、これら
ポリイソシアネートと各種ポリオールとを反応させた末
端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマー、これ
ら末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーを水
や低級1価ないし多価アルコールで変性したもの、並び
に、これら末端イソシアネート基含有ウレタンプレポ
リマーと各種ポリイソシアネートの一種又は二種以上の
混合物の使用が可能であり、さらに、〜のうちの一
種又は二種以上の使用が可能である。これらの中で、安
全性や経済性の面からポリメリックMDIの使用がより
好ましい。
【0013】本発明で使用する界面活性剤とは、無機化
合物とイソシアネート類の反応で得られる硬化体の強度
を増加し、また、反応性を高めるものである。
【0014】界面活性剤には、陽イオン性、陰イオン
性、非イオン性、及び両イオン性の界面活性剤がある
が、非イオン性の界面活性剤が、その構造上、イソシア
ネート類との反応性に富み、硬化体の強度発現が最も高
く好ましい。具体的には、陽イオン性の界面活性剤とし
ては、ジアルキルアンモニウムクロライド、トリアルキ
ルアンモニウムクロライド、及びテトラアルキルアンモ
ニウムメトサルフェート等のアンモニウム塩が挙げられ
る。また、陰イオン性の界面活性剤としては、アルキ
ルサルフェート、アルキルベンゼンスルホネート、エト
キシアルキルサルフェート、及びエトキシアルキルベン
ゼンサルフェート等のナトリウム塩、アンモニウム塩、
及びアルキルリン酸塩等が挙げられる。さらに、非イオ
ン性の界面活性剤としては、ポリプロピレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、トリメチロールエタン、
トリメチロールプロパン、ヘキサメチレングリコール、
及びヒマシ油等のアルキレングリコール、グリセリ
ン、ソルビトール、及び蔗糖にエチレンオキサイドやプ
ロピレンオキサイドを付加した付加物等、エチレンオ
キサイド−プロピレンオキサイド共重合物、並びに、
エチレンジアミン、ジエタノールアミン、トリエタノー
ルアミン、及びトリエチレンジアミン等のアミン類にエ
チレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加した付
加物等が挙げられる。本発明ではこれらの界面活性剤の
一種又は二種以上の混合物の使用が可能であり、両イオ
ン性界面活性剤の使用も可能である。これらの中で、ポ
リプロピレングリコールまたはエチレンジアミンにプロ
ピレンオキサイドを付加した付加物の使用が好ましい。
【0015】界面活性剤の使用量は、イソシアネート10
0重量部に対して、5〜100重量部が好ましく、10〜50重
量部がより好ましい。5重量部未満では硬化体が脆くな
る場合があり、100重量部を越えると難燃性が低下する
傾向がある。
【0016】本発明で使用する反応触媒とは、イソシア
ネート基が反応し硬化体を得るのを促進させる作用のあ
る物質である。本発明では、環境保全の面からアミン系
触媒を用いるものであり、このような反応触媒としてテ
トラメチルヘキサメチレンジアミンを用いる。
【0017】反応触媒としてのテトラメチルヘキサメチ
レンジアミンの使用量は、特に制限されるものではない
が、無機化合物100重量部に対して、0.1〜10重量部が好
ましく、0.5〜5重量部がより好ましい。0.1重量部未満
では反応速度が遅く実用的でなく、10重量部を越えると
反応速度が速すぎて得られる硬化体の強度発現性を阻害
する恐れがある。
【0018】さらに、有機酸又はその塩類等の脱臭作用
のある物質、メチルセルロース等の増粘作用のある物
質、プロピレンカーボネート、アセトンのような粘度低
下、又は、反応性改善作用のある物質等を一種又は二種
以上併用することも、反応特性や硬化体特性を調整する
上で好ましい。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明
する。
【0020】実施例1 イソシアネート類100重量部に対して、表1に示すよう
に無機化合物を配合し、その硬化状況を観察した。結果
を表1に併記する。
【0021】<使用材料> イソシアネート類:市販ポリメリックMDI 無機化合物a:市販アルミン酸ナトリウム 無機化合物b:市販水酸化ナトリウム
【0022】<測定方法> 硬化状況 :混合して5日以内に硬化すれば○、硬化す
るが軟らかい場合は△、硬化しない場合は×とした。
【0023】
【表1】 無機化合物はイソシアネート類100重量部に対する重量
【0024】実施例2 イソシアネート類100重量部に対して、表2に示すよう
に無機化合物100重量部配合したこと以外は実施例1と
同様に行った。結果を表2に併記する。
【0025】<使用材料> 無機化合物c:市販水酸化リチウム 無機化合物d:市販硫酸アルミニウム 無機化合物e:市販酸化ホウ素 無機化合物f:市販アルミナ 無機化合物g:市販炭酸カリウム 無機化合物h:市販硫酸ナトリウム 無機化合物i:市販硝酸ナトリウム 無機化合物j:市販メタホウ酸ナトリウム 無機化合物k:市販リン酸一ナトリウム
【0026】
【表2】
【0027】実施例3 イソシアネート類100重量部に対して、無機化合物a50
重量部と、表3に示すように反応触媒と界面活性剤とを
配合したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表
3に併記する。
【0028】<使用材料> 界面活性剤:市販ポリプロピレングリコール 反応触媒 :市販テトラメチルヘキサメチレンジアミン
【0029】<測定方法> 硬化時間 :混合して、発泡硬化反応が終了するまでの
時間。
【0030】
【表3】 界面活性剤と反応触媒はイソシアネート類100重量部に
対する重量部
【0031】
【発明の効果】本発明の無機化合物とイソシアネート類
が接触すると数日以内に固化し、ポリオール類の代わり
に無機化合物を使用するため、従来のウレタン系注入材
に比べ、湧水に流されても泡の発生がほとんどない。ま
た、無機化合物をイソシアネート類の使用後の空缶に加
えておけば硬化するため液だれ等がなく、作業の衛生安
全性を高めることができる。また、ポリオール類の代わ
りに無機化合物を使用するので低価格な材料とすること
ができる。そして、反応で有機−無機複合体を形成する
ことができ、形成される硬化体は難燃性であるため、火
災に対しても問題はほとんどみられない。さらに、界面
活性剤及び/又は反応触媒を併用することで、固化時間
をさらに短縮できる等の効果を奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09K 17/30 C09K 17/30 P // C09K 103:00 103:00 (56)参考文献 特開 昭49−9011(JP,A) 特開 平3−293424(JP,A) 特開 平6−1977(JP,A) 特開 平8−92555(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 18/00 - 18/87 C08L 75/00 C09K 17/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム、ナトリウム、カリウム、及び
    ホウ素からなる群より選ばれる金属の、水酸化物、酸化
    物、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリ
    ン酸塩からなる群より選ばれる一種又は二種以上の無機
    化合物とイソシアネート類、及びテトラメチルヘキサメ
    チレンジアミンを含有する薬液注入工法用の注入材用硬
    化性組成物。
  2. 【請求項2】 界面活性剤を含有する請求項1記載の
    液注入工法用の注入材用硬化性組成物。
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