JP3543277B2 - 硬化性組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、軟弱な地盤に注入して、強固な地盤に改善する硬化性組成物及び隙間充填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、トンネルなどを掘削する際に、その周辺の軟弱な地盤に注入してこれを強固にする薬液としては、水ガラス系や速硬性セメント系などの無機系と、アクリルアミド系やウレタン系などの有機系など、種々の薬液が提案されている（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）。
しかしながら、無機系の薬液は、安全性の面で優れているが、硬化物の初期強度が低く、その後の強度発現に時間がかかり、有機系の薬液は、初期強度が高いものが得られるが、安全性の面で取扱い上注意を要するものであるなど、いずれも一長一短があり、初期並びに長期にわたって、安定した強度発現が得られ、環境汚染等がないなどの安全性が高いという、地盤安定化処理工事で要求される条件を全て満足する性能は得られていないのが現状である。
【０００３】
一方、一般にトンネルのように密閉化された場所での地盤安定化処理工事で最も恐ろしいことは坑内火災である。
【０００４】
無機系の薬液はこのような火災に対する問題は全く無いが、注入工事に手間がかかり、かつ、注入後の硬化時間が長く、強度の発生に時間がかかるので現場の工事を長期間停止しなければならない等の課題があり、それを改良したものとしてポリオール液とイソシアネート液の２液型ウレタン系薬液が提案されている（特開昭６３−８４７７号公報や特開平４−７３３１３号公報等）。
この２液型ウレタン系薬液は、硬化時間が短く、注入工事も簡単で工事の進行にも余り障害にならない極めて優れた岩盤硬化用薬液として知られている。
【０００５】
しかしながら、ウレタン系薬液は、多価アルコールとイソシアネートとが反応し硬化物としてポリウレタンフォームを形成する、主成分が有機物のものであり、坑内火災が発生した場合、その硬化物は同時に燃焼して状況をますます悪化させるおそれがあった。
また、ポリウレタンは高価な樹脂であり、これを多量に地盤中に注入することは経済的にも実用性を欠くものであった。
【０００６】
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、前記の無機系の薬液や有機系の薬液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。
【０００７】
【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、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類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水とイソシアネート類とからなる硬化性組成物であり、さらに、ポリオール、整泡剤、及び反応触媒からなる群より選ばれた一種又は二種以上を含有してなる硬化性組成物であり、これら硬化性組成物と、溶剤及び／又は界面活性剤とを含有してなる硬化性組成物であり、さらに、これら硬化性組成物と、脱臭剤及び／又は難燃剤とを含有してなる硬化性組成物である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明では、通常、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類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の水溶液又はスラリーを含有してなるＡ液と、イソシアネート類を含有してなるＢ液を使用するものである。
Ａ液とＢ液は接触すると固化する。例えば、地盤中で使用する場合、Ａ液とＢ液が接触すると、速やかに、例えば、５分以内に硬化反応を生起し、強固な難燃性硬化物を地盤中に形成し、軟弱地盤を安定化するものである。
特に、この反応によって地盤中に形成した硬化物は、難然性であるため、坑内火災に対しても問題はほとんどみられないものである。
【００１０】
本発明で使用する無機化合物（以下無機物という）とは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類からなる群より選ばれた一種又は二種以上である。
具体的には、酸化物として、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素、及び酸化アルミニウムが、炭酸塩類として、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムが、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が、硝酸塩として、硝酸ナトリウムや硝酸カリウムが、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や粘土鉱物も、本発明で使用が可能である。
これらの中、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びホウ酸ナトリウムの使用が好ましく、中でも、溶解性、作業性、及び経済性の面から炭酸カリウムの使用がより好ましい。
【００１１】
また、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムの酸化物、及び炭酸塩類等の無機塩類は、一般に水への溶解速度や溶解度の面から水溶液の場合もあるが、スラリー状態になることもある。
水溶液の場合、無機物の水和したイオンが互いに、又は、水分子と水素結合で結ばれるため高粘度溶液になることもある。
無機物は、水と混合して、水溶液又はスラリーとしてイソシアネート類に混合するが、イソシアネート類と接触することにより反応が開始される。
【００１２】
無機物を、水溶液又はスラリーとして使用する場合の水の使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、５０〜４００重量部が好ましく、１００〜２００重量部がより好ましい。５０重量部未満では作業性が悪く、４００重量部を越えると十分な強度の硬化物が得られにくい傾向がある。
【００１３】
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、▲１▼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（ＨＭＤＩ）、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、▲２▼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、▲３▼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、▲４▼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、▲５▼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、▲１▼〜▲５▼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。
【００１４】
イソシアネート類の使用量は、無水物換算の無機物１重量部に対して、０．８〜１０重量部が好ましく、１〜６重量部がより好ましい。０．８重量部未満では硬化物の強度が低下する傾向があり、１０重量部を越えるとイソシアネート類が過剰になり、未反応イソシアネートによって、硬化物の強度が低下するおそれがある。
一般に、無機物のイソシアネート類に対する割合が増加すると、難燃性は増加するが硬化物の強度はもろくなり、逆に無機物の割合が減少すると、難燃性が低下する傾向がある。
【００１５】
本発明で使用するポリオールとは、無機物とイソシアネート類との反応によって生成する硬化物の強度を増加するもので、具体的には、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、ソルビトールもしくは庶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や、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合物なら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ある。これらのうちで、ポリプロピレングリコール又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。
【００１６】
ポリオールの使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、５〜１００重量部が好ましく、得られる硬化物の強度発現性の面から１０〜６０重量部が好ましい。５重量部未満では硬化物の強度が脆くなる傾向があり、１００重量部を越えると難燃性が低下する傾向がある。
【００１７】
本発明で使用する整泡剤とは、無機物とイソシアネート類との反応によって生成する硬化物を発泡させる場合、その泡を均一安定化し、それによって、発泡倍率を増大するものである。整泡剤を併用しないとウレタン反応によって生成した泡は次々に破壊され、発泡倍率の低い硬化物しか得られない傾向がある。整泡剤、例えば、少量のシリコーン系整泡剤の併用によって、１０倍以上の発泡倍率を得ることが可能となる。
具体的には、ジメチルポリシロキ酸、並びに、ポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、カルボキシル変性シリコーン、メタクリル変性シリコーン、及びカルビノール変性シリコーン等の各種の変性シリコーンオイルがあり、いずれも使用が可能であるが、これらのうち、気泡サイズをコントロールしやすいジメチルポリシロキサン及び／又はジメチルポリシロキサン−ポリオキシプロピレン共重合体のようなポリエーテル変性シリコーンオイルの使用が好ましい。
【００１８】
整泡剤の使用量は、無機物と水の合計１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部が好ましく、０．０５〜４重量部がより好ましい。０．０１重量部未満では発泡倍率が低下し、１０重量部を越えると発泡と硬化のバランスがくずれる傾向がある。
【００１９】
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物を得るのを促進させる作用のある物質である。
反応触媒としては、アミン系触媒、有機金属系触媒、及び無機系触媒等各種があり、それぞれ使用が可能であるが、有機金属系触媒の活性が比較的小さいため、また、環境保全の面からアミン系触媒の使用が好ましい。
【００２０】
アミン系触媒としては、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、及びヘキサメチレンジアミン若しくはこれらの誘導体又は溶剤との混合物等が挙げられる。
有機金属系触媒としては、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、及び酢酸カリウム等が挙げられる。
無機系触媒としては、塩化スズ等が挙げられる。
【００２１】
反応触媒の使用量は、特に制限されるものではないが、無水物換算の無機物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物の強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２２】
本発明で使用する溶剤とは、イソシアネート類の粘度を低下させたり、発泡倍率をコントロールしたり、反応性を改良したりするもので、具体的には、トルエン、キシレン、及びアセトン等の単なる粘度低下を目的とした有機溶剤、塩化メチレンやフロン１２のなどの発泡を目的としたハロゲン化物、テトラヒドロフラン等のエーテル類、メチルセロソルブやアクリル酸エステルなどエステル類、並びに、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート類等がある。
【００２３】
溶剤の使用量は、イソシアネート類１００重量部に対して、５〜９０重量部が好ましく、１０〜５０重量部がより好ましい。５重量部未満では粘度低下作用が効果的でなく、９０重量部を越えると粘度低下効果が大きすぎて、無機物との混合性が悪くなるおそれがある。
【００２４】
本発明で使用する界面活性剤とは、無機物、水、及びイソシアネート類の混合性を改良し、得られる硬化物の強度発現性を向上させるものである。
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、硬化物の強度発現が最も高く好ましい。
非イオン性の界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系、ポリオキシエチレンラウリルエーテル系、及びポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル系等が挙げられる。
【００２５】
界面活性剤の使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、５〜４０重量部が好ましく、７〜２０重量部がより好ましい。５重量部未満ではイソシアネート類と水が分離するおそれがあり、４０重量部を越えると難燃性が低下する傾向がある。
【００２６】
本発明で使用する脱臭剤とは、本発明の硬化性組成物から発生する臭気を吸着したり、反応したりして臭気を発生させない物質をいう。具体的には、エステル類、無機酸、及び水溶性カルボキシル基含有化合物等が挙げられ、これらのうち、発泡硬化反応を阻害しにくい、水溶性カルボキシル基含有化合物の使用が好ましい。
【００２７】
ここで水溶性カルボキシル基含有化合物としては、低分子化合物や高分子化合物があり、いずれも使用が可能であり、併用することも可能である。
低分子化合物としては、酢酸やプロピオン酸等の脂肪族カルボン酸、安息香酸等の芳香族カルボン酸、並びに、クエン酸、酒石酸、及びグルコン酸等のオキシカルボン酸等又はこれらのナトリウム塩やカリウム塩の使用が可能である。
高分子化合物としては、アルギン酸やポリアクリル酸又はこれらのナトリウム塩やカリウム塩等の使用が可能である。
これらのうち、Ａ液とＢ液の反応のコントロールや溶解性の面から、オキシカルボン酸塩やアルギン酸塩の使用が好ましく、増粘効果や脱臭効果をもつアルギン酸塩の使用がより好ましい。
【００２８】
ここでアルギン酸塩とは、コンブやアラメなどのカッ藻類に含まれるマンヌロンの重合体であり、遊離のカルボキシル基を持つものである。
具体的には、アルギン酸の誘導体であるアルギン酸プロピレングリコールエステル、さらに、アルギン酸の、ナトリウム、カリウム、及びカルシウム等の各種の塩の使用が可能である。このうち、アルギン酸ナトリウム塩の使用が好ましく、これらの併用も可能である。
アルギン酸塩は、Ａ液の粘度をＢ液の粘度と同程度まで上昇する。そして、この粘度上昇と共に、Ａ液とＢ液の混合安定性が増大し、反応の再現性が良好となり、さらには、アルギン酸塩等に含有しているカルボキシル基の存在によって、反応時に発生するアミン系臭気の脱臭も可能とするものである。
【００２９】
脱臭剤の使用方法は、特に限定されるものではないが、無機物の水溶液又はスラリーに混合する方法、無機物とともに水溶液又はスラリーとする方法などのいずれも可能である。
【００３０】
脱臭剤の使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、０．１〜２０重量部が好ましく、０．５〜１０重量部がより好ましい。０．１重量部未満では脱臭効果が期待できず、２０重量部を越えると発泡硬化反応を阻害するおそれがある。
【００３１】
本発明で使用する難燃剤とは、硬化性組成物の難燃性をさらに向上させるものであり、具体的には、リン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、及びトリポリリン酸ナトリウム等のリン酸塩やコロイダルシリカなどが挙げられる。
【００３２】
難燃剤の使用量は、イソシアネート類１００重量部に対して、１〜２０重量部が好ましく、５〜１０重量部がより好ましい。１重量部未満では難燃性の向上は期待できず、２０重量部を越えると発泡硬化反応を阻害するおそれがある。
【００３３】
本発明では、さらに、硬化性組成物の硬化時間を調整する材料としてライズアップタイム調整剤を、また、無機物の水溶液又はスラリーの粘性を増加させる材料として増粘剤を使用することが可能である。
【００３４】
ライズアップタイム調整剤としては、硬化性組成物の硬化時間を遅くする場合は、メタノールやエタノールなどの一価アルコール、アルギン酸ナトリウム等のエステル、及び塩酸や硫酸などの無機酸等の使用が可能であり、速くする場合は、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン類があり、これらの一種又は二種以上の併用も可能である。
ライズアップタイム調整剤の使用量は、無機物と水の合計１００重量部に対して、０．１〜２０重量部が好ましく、０．５〜５重量部がより好ましい。０．１重量部未満では硬化時間の調整効果が期待できず、２０重量部を越えると反応が速すぎたり、遅すぎたりして良好な硬化物を得にくい傾向がある。
【００３５】
また、増粘剤としては、水溶性多糖類の使用が可能である。具体的には、カルボキシメチルセルロース又はそのナトリウム塩やカリウム塩などのメチルセルロース類が挙げられる。
また、脱臭剤の水溶性カルボキシル基含有化合物は、そのカルボキシル基がゲル化作用をもち、増粘剤としても使用が可能である。
増粘剤の使用量は、無機物と水の合計１００重量部に対して、０．１〜５重量部が好ましく、０．５〜２重量部がより好ましい。０．１重量部未満だと増粘効果が期待できず、イソシアネート類との混合性を良好にすることが困難であり、５重量部を越えると粘性が増加しすぎて発泡倍率の調整が難しくなるおそれがある。
【００３６】
本発明で使用する無機物と水とイソシアネート類、並びに、必要に応じて併用するポリオール、整泡剤、反応触媒、溶剤、界面活性剤、脱臭剤、難燃剤、ライズアップタイム調整剤、及び増粘剤等の混合方法は、特に限定されるものではないが、通常、水と無機物をよく混合攪拌し、無機物の水溶液又はスラリーのＡ液を調製し、ポリオール、整泡剤、及び／又は反応触媒を、さらには、脱臭剤、ライズアップタイム調整剤、及び／又は増粘剤を混合してよく攪拌してＡ液とし、イソシアネート類のＢ液と混合することが可能である。
また、溶剤や界面活性剤は無機物と混合することも可能であり、イソシアネート類と混合することも可能である。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明する。
【００３８】
実施例１
表１に示す無機物１００重量部に、水を表１に示すように配合してＡ液とし、Ａ液１００重量部とイソシアネート類ＡからなるＢ液１００重量部とを混合し、その難燃性と硬化状況を測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
＜使用材料＞
無機物ａ ：炭酸カリウム、旭ガラス社製工業用
無機物ｂ ：アルミン酸ナトリウム、昭和電工社製工業用
無機物ｃ ：ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）、関東化学社製試薬一級
イソシアネート類Ａ：ポリメリックＭＤＩ、市販品
【００４０】
＜測定方法＞
難燃性：Ａ液とＢ液とを混合し、ＪＩＳ Ｋ ７２０１に基づき、３ｍｍ厚みのシートを作成し、混合５日後に測定した酸素指数が、３５以上の場合を◎、２８以上の場合を○、２８未満の場合を×とした。
硬化状況 ：Ａ液とＢ液の混合５日後に得た硬化物を測定し、硬化している場合は○、硬化しているが柔らかい場合は△、硬化していない場合は×とした。
【００４１】
【表１】
【００４２】
実施例２
表２に示す無機物５０重量部と水５０重量部に、ポリオールと反応触媒αを表２に示すように配合してＡ液と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。
【００４３】
＜使用材料＞
ポリオール：エチレンジアミンのプロピレンオキサイド付加物、市販品
反応触媒α：市販３級アミン、主成分ヘキサメチレンジアミン誘導体
【００４４】
【表２】
【００４５】
実施例３
無機物ａ５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、及び反応触媒α１重量部に、整泡剤を表３に示すように配合してＡ液とし、発泡倍率と硬化状況を測定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。
【００４６】
＜使用材料＞
整泡剤 ：シリコーン系高弾性フォーム用、日本ユニカー社製
【００４７】
＜測定方法＞
発泡倍率：Ａ液とＢ液の合計の容積に対する最大発泡時の容積
【００４８】
【表３】
【００４９】
実施例４
無機物ａ５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、整泡剤１重量部、及び反応触媒α１重量部に、界面活性剤▲１▼を表４に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類Ａに、溶剤を表４に示すように配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００５０】
＜使用材料＞
界面活性剤▲１▼：ポリオキシエチレンノニルエーテル、花王社製
溶剤 ：プロピレンカーボネート、昭和電工社製工業用
【００５１】
【表４】
【００５２】
実施例５
表５に示す無機物５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、整泡剤１重量部、及び反応触媒α１重量部に、界面活性剤▲１▼と脱臭剤イを表５に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類Ａに、溶剤を表５に示すように配合してＢ液とし、臭気、難燃性、及び硬化状況を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００５３】
＜使用材料＞
脱臭剤 イ：アルギン酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
【００５４】
＜測定方法＞
臭気 ：臭気の評価の判断は、試験員１０人が臭気をかいで、脱臭剤無添加のＡ液を使用して反応させたときの臭気と比較して、８人以上が臭気が少ないと感じれば良好、臭気が多いと感じれば不良とした。
【００５５】
【表５】
【００５６】
実施例６
表６に示す無機物５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、整泡剤１重量部、反応触媒α１重量部、及び脱臭剤イ１重量部に、界面活性剤▲１▼を表６に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類Ａに、難燃剤を表６に示すように配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５７】
＜使用材料＞
難燃剤 ：リン酸系難燃剤、燐化学工業社製
【００５８】
【表６】
【００５９】
実施例７
無機物ａ５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、及び反応触媒α１重量部に、界面活性剤▲１▼と増粘剤を表７に示すように配合してＡ液とし、粘度と硬化状況を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００６０】
＜使用材料＞
増粘剤 ：アルギン酸ナトリウム、富士化学社製、工業用
【００６１】
【表７】
【００６２】
実施例８
表８に示すように無機物、水、ポリオール、反応触媒α、及び増粘剤を配合したＡ液と、表８に示すイソシアネート類ＢからなるＢ液を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００６３】
＜使用材料＞
イソシアネート類Ｂ：プレポリマー、三井東圧化学社製カルボジイミド変性ＭＤＩ
【００６４】
【表８】
【００６５】
実施例９
無機物の種類と使用量を表９に示すように変化し、無機物と脱臭剤イ１重量部に、水、ポリオール、整泡剤、反応触媒α、及び界面活性剤▲１▼を表９に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類に、溶剤を表９に示すように配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表９に併記する。
【００６６】
＜使用材料＞
無機物ｄ ：炭酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｅ ：硫酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
【００６７】
【表９】
【００６８】
実施例１０
表１０に示す無機物１００重量部と反応触媒α２重量部に、ポリオールを表１０に示すように配合してＡ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表１０に併記する。
【００６９】
＜使用材料＞
無機物ｆ ：炭酸リチウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｇ ：酸化アルミニウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｈ ：硝酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｉ ：トリポリリン酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｊ ：水酸化ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｋ ：炭酸カリウム／アルミン酸ナトリウム＝５０／５０重量比の混合物
【００７０】
【表１０】
【００７１】
実施例１１
表１１に示す無機物１００重量部、反応触媒α４重量部、及び界面活性剤▲２▼１０重量部に、表１１に示すように水を配合してＡ液とし、Ａ液１００重量部に対して、イソシアネート液であるＢ液１００重量部を配合し、その硬化時間、発泡倍率、圧縮強度、酸素指数、及び難燃性を測定した。結果を表１１に併記する。
【００７２】
＜使用材料＞
界面活性剤▲２▼：第一工業製薬社製、主成分ポリエチレンアルキルフェニルエーテル
【００７３】
＜測定方法＞
硬化時間：Ａ液とＢ液を混合してから、最大に発泡した時点までの時間
圧縮強度：縦２ｃｍ×横２ｃｍ×高さ２ｃｍの型枠にＡ液とＢ液の混合物を入れ、成形２４時間後強度を測定した。
酸素指数：ＪＩＳ Ｋ ７２０１に基づき、３ｍｍ厚みのシートを作成して測定
【００７４】
【表１１】
【００７５】
実施例１２
クラックの多い不安定な岩盤を有するトンネル切羽の天端に、３ｍの注入ボルトを２５度の角度で１ｍピッチで１０本挿入した。
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α４重量部、及び界面活性剤▲２▼１０重量部からなるＡ液と、イソシアネート類ＢからなるＢ液とを、等量圧送できるギヤーポンプで、毎分２リットル、圧力１０ｋｇ／ｃｍ２で圧送して、ボルトの口元にセットしたスタティックミキサーを通し、Ａ液とＢ液を混合しながら、ボルト１本当たり３０リットル、合計３００リットルを注入した。
注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の薬液の注入効果が十分に確認された。
【００７６】
実施例１３
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α４重量部、及び界面活性剤▲２▼１０重量部からなるＡ液を使用したこと以外は、実施例１２と同様に行った。
注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の薬液の注入効果が十分に確認された。
【００７７】
実施例１４
表１２に示す無機物１００重量部、水１００重量部、及び反応触媒α４重量部に、表１２に示すように界面活性剤の種類と量を変えて配合してＡ液としたこと以外は実施例１１と同様に行った。結果を表１２に併記する。
【００７８】
＜使用材料＞
界面活性剤▲３▼：ポリプロピレン系ポリオール、三井東圧化学社製
界面活性剤▲４▼：ヒマシ油系ポリオール、伊藤製油社製
【００７９】
【表１２】
【００８０】
実施例１５
表１３に示す無機物１００重量部、水１００重量部、及び反応触媒α４重量部に、表１３に示すように界面活性剤の種類を変えて１０重量部配合してＡ液とし、硬化時間、発泡倍率、及び圧縮強度を測定したこと以外は実施例１１と同様に行った。結果を表１３に併記する。
【００８１】
＜使用材料＞
界面活性剤▲５▼：花王社製、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤
界面活性剤▲６▼：花王社製、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド系
【００８２】
【表１３】
【００８３】
実施例１６
無機物ａ１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、水１００重量部に、脱臭剤を表１４に示すように配合してＡ液とし、Ａ液１００重量部に対して、イソシアネート液ＡであるＢ液１００重量部を混合し、そのライズアップタイム、発泡倍率、圧縮強度、酸素指数、難燃性、及び臭気の測定を行った。結果を表１４に併記する。
【００８４】
＜使用材料＞
脱臭剤 ロ：アルギン酸、和光純薬工業社製試薬一級品
脱臭剤 ハ：アルギン酸ナトリウム／アルギン酸重量比１の混合物
脱臭剤 ニ：クエン酸ナトリウム、和光純薬工業社製試薬一級
【００８５】
＜測定方法＞
ライズアップタイム：Ａ液とＢ液を混合して反応させ、発泡して反応液が盛り上がって止まるまでの時間
【００８６】
【表１４】
【００８７】
実施例１７
無機物として無機物ｅを使用したこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１５に示す。
【００８８】
【表１５】
【００８９】
実施例１８
表１６に示す無機物１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部に、水を表１６に示すように配合してＡ液としたこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１６に併記する。
【００９０】
【表１６】
【００９１】
実施例１９
表１７に示す無機物１００重量部、水１００重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部に、表１７に示すように反応触媒の種類と量を変えて配合してＡ液としたこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１７に併記する。
【００９２】
＜使用材料＞
反応触媒β：市販３級アミン、主成分ジメチルアミン誘導体
【００９３】
【表１７】
【００９４】
実施例２０
表１８に示す無機物１００重量部、水１００重量部、反応触媒α１重量部、脱臭剤イ２重量部に、表１８に示すように界面活性剤の種類と量を変えて配合してＡ液としたこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１８に併記する。
【００９５】
【表１８】
【００９６】
実施例２１
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部を配合してＡ液とし、そのＡ液１００重量部に対して、表１９に示すようにイソシアネート類の種類と量を変えたＢ液を配合して混合したこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１９に併記する。
【００９７】
【表１９】
【００９８】
実施例２２
クラックの多い不安定な岩盤を有するトンネル切羽の天端に、３ｍの注入ボルトを２５度の角度で１ｍピッチで１０本挿入した。
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部を混合してＡ液を、また、イソシアネート類Ａを用いてＢ液を調整した。
このＡ液とＢ液とを等量圧送できるギアポンプで毎分２リットル、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２で圧送し、ボルトの口元にセットしたスタティックミキサーを通し、Ａ液とＢ液を混合しながら、ボルト１本当たり３０リットル、合計３００リットル注入した。注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の注入効果が十分に確認された。
【００９９】
実施例２３
無機物ｅ１００重量部を配合してＡ液を調製したこと以外は実施例２２と同様に行った。
注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の薬液の注入効果が十分に確認された。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の硬化性組成物の無機物とイソシアネート類を使用することにより有機−無機複合体を形成し、難燃性発泡硬化物を得ることができた。
また、反応中に発生するアミン系臭気もかなり低減することができ、十分な安全性や作業性を考慮した優れた材料とすることができた。
さらに、ライズアップタイム調整剤を用いることにより硬化速度をコントロールすることができ、現場におけるコントロールが容易に可能となった。
また、整泡剤を使用することで、発泡倍率のコントロールが容易となった。
そして、増粘剤を使用することで、イソシアネート類との混合性をよくすることができた。
さらに、従来使用されているＡ液の成分であるポリオールに比べ、本発明品は安価な材料で構成されるために低コストな材料である。
などの効果を奏する。
【産業上の利用分野】
本発明は、軟弱な地盤に注入して、強固な地盤に改善する硬化性組成物及び隙間充填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、トンネルなどを掘削する際に、その周辺の軟弱な地盤に注入してこれを強固にする薬液としては、水ガラス系や速硬性セメント系などの無機系と、アクリルアミド系やウレタン系などの有機系など、種々の薬液が提案されている（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）。
しかしながら、無機系の薬液は、安全性の面で優れているが、硬化物の初期強度が低く、その後の強度発現に時間がかかり、有機系の薬液は、初期強度が高いものが得られるが、安全性の面で取扱い上注意を要するものであるなど、いずれも一長一短があり、初期並びに長期にわたって、安定した強度発現が得られ、環境汚染等がないなどの安全性が高いという、地盤安定化処理工事で要求される条件を全て満足する性能は得られていないのが現状である。
【０００３】
一方、一般にトンネルのように密閉化された場所での地盤安定化処理工事で最も恐ろしいことは坑内火災である。
【０００４】
無機系の薬液はこのような火災に対する問題は全く無いが、注入工事に手間がかかり、かつ、注入後の硬化時間が長く、強度の発生に時間がかかるので現場の工事を長期間停止しなければならない等の課題があり、それを改良したものとしてポリオール液とイソシアネート液の２液型ウレタン系薬液が提案されている（特開昭６３−８４７７号公報や特開平４−７３３１３号公報等）。
この２液型ウレタン系薬液は、硬化時間が短く、注入工事も簡単で工事の進行にも余り障害にならない極めて優れた岩盤硬化用薬液として知られている。
【０００５】
しかしながら、ウレタン系薬液は、多価アルコールとイソシアネートとが反応し硬化物としてポリウレタンフォームを形成する、主成分が有機物のものであり、坑内火災が発生した場合、その硬化物は同時に燃焼して状況をますます悪化させるおそれがあった。
また、ポリウレタンは高価な樹脂であり、これを多量に地盤中に注入することは経済的にも実用性を欠くものであった。
【０００６】
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、前記の無機系の薬液や有機系の薬液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。
【０００７】
【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、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類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水とイソシアネート類とからなる硬化性組成物であり、さらに、ポリオール、整泡剤、及び反応触媒からなる群より選ばれた一種又は二種以上を含有してなる硬化性組成物であり、これら硬化性組成物と、溶剤及び／又は界面活性剤とを含有してなる硬化性組成物であり、さらに、これら硬化性組成物と、脱臭剤及び／又は難燃剤とを含有してなる硬化性組成物である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明では、通常、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類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の水溶液又はスラリーを含有してなるＡ液と、イソシアネート類を含有してなるＢ液を使用するものである。
Ａ液とＢ液は接触すると固化する。例えば、地盤中で使用する場合、Ａ液とＢ液が接触すると、速やかに、例えば、５分以内に硬化反応を生起し、強固な難燃性硬化物を地盤中に形成し、軟弱地盤を安定化するものである。
特に、この反応によって地盤中に形成した硬化物は、難然性であるため、坑内火災に対しても問題はほとんどみられないものである。
【００１０】
本発明で使用する無機化合物（以下無機物という）とは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類からなる群より選ばれた一種又は二種以上である。
具体的には、酸化物として、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ホウ素、及び酸化アルミニウムが、炭酸塩類として、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムが、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が、硝酸塩として、硝酸ナトリウムや硝酸カリウムが、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や粘土鉱物も、本発明で使用が可能である。
これらの中、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びホウ酸ナトリウムの使用が好ましく、中でも、溶解性、作業性、及び経済性の面から炭酸カリウムの使用がより好ましい。
【００１１】
また、リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムの酸化物、及び炭酸塩類等の無機塩類は、一般に水への溶解速度や溶解度の面から水溶液の場合もあるが、スラリー状態になることもある。
水溶液の場合、無機物の水和したイオンが互いに、又は、水分子と水素結合で結ばれるため高粘度溶液になることもある。
無機物は、水と混合して、水溶液又はスラリーとしてイソシアネート類に混合するが、イソシアネート類と接触することにより反応が開始される。
【００１２】
無機物を、水溶液又はスラリーとして使用する場合の水の使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、５０〜４００重量部が好ましく、１００〜２００重量部がより好ましい。５０重量部未満では作業性が悪く、４００重量部を越えると十分な強度の硬化物が得られにくい傾向がある。
【００１３】
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、▲１▼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（ＨＭＤＩ）、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、▲２▼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、▲３▼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、▲４▼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、▲５▼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、▲１▼〜▲５▼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。
【００１４】
イソシアネート類の使用量は、無水物換算の無機物１重量部に対して、０．８〜１０重量部が好ましく、１〜６重量部がより好ましい。０．８重量部未満では硬化物の強度が低下する傾向があり、１０重量部を越えるとイソシアネート類が過剰になり、未反応イソシアネートによって、硬化物の強度が低下するおそれがある。
一般に、無機物のイソシアネート類に対する割合が増加すると、難燃性は増加するが硬化物の強度はもろくなり、逆に無機物の割合が減少すると、難燃性が低下する傾向がある。
【００１５】
本発明で使用するポリオールとは、無機物とイソシアネート類との反応によって生成する硬化物の強度を増加するもので、具体的には、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、ソルビトールもしくは庶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や、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合物なら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ある。これらのうちで、ポリプロピレングリコール又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。
【００１６】
ポリオールの使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、５〜１００重量部が好ましく、得られる硬化物の強度発現性の面から１０〜６０重量部が好ましい。５重量部未満では硬化物の強度が脆くなる傾向があり、１００重量部を越えると難燃性が低下する傾向がある。
【００１７】
本発明で使用する整泡剤とは、無機物とイソシアネート類との反応によって生成する硬化物を発泡させる場合、その泡を均一安定化し、それによって、発泡倍率を増大するものである。整泡剤を併用しないとウレタン反応によって生成した泡は次々に破壊され、発泡倍率の低い硬化物しか得られない傾向がある。整泡剤、例えば、少量のシリコーン系整泡剤の併用によって、１０倍以上の発泡倍率を得ることが可能となる。
具体的には、ジメチルポリシロキ酸、並びに、ポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、カルボキシル変性シリコーン、メタクリル変性シリコーン、及びカルビノール変性シリコーン等の各種の変性シリコーンオイルがあり、いずれも使用が可能であるが、これらのうち、気泡サイズをコントロールしやすいジメチルポリシロキサン及び／又はジメチルポリシロキサン−ポリオキシプロピレン共重合体のようなポリエーテル変性シリコーンオイルの使用が好ましい。
【００１８】
整泡剤の使用量は、無機物と水の合計１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部が好ましく、０．０５〜４重量部がより好ましい。０．０１重量部未満では発泡倍率が低下し、１０重量部を越えると発泡と硬化のバランスがくずれる傾向がある。
【００１９】
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物を得るのを促進させる作用のある物質である。
反応触媒としては、アミン系触媒、有機金属系触媒、及び無機系触媒等各種があり、それぞれ使用が可能であるが、有機金属系触媒の活性が比較的小さいため、また、環境保全の面からアミン系触媒の使用が好ましい。
【００２０】
アミン系触媒としては、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、及びヘキサメチレンジアミン若しくはこれらの誘導体又は溶剤との混合物等が挙げられる。
有機金属系触媒としては、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、及び酢酸カリウム等が挙げられる。
無機系触媒としては、塩化スズ等が挙げられる。
【００２１】
反応触媒の使用量は、特に制限されるものではないが、無水物換算の無機物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物の強度発現性を阻害するおそれがある。
【００２２】
本発明で使用する溶剤とは、イソシアネート類の粘度を低下させたり、発泡倍率をコントロールしたり、反応性を改良したりするもので、具体的には、トルエン、キシレン、及びアセトン等の単なる粘度低下を目的とした有機溶剤、塩化メチレンやフロン１２のなどの発泡を目的としたハロゲン化物、テトラヒドロフラン等のエーテル類、メチルセロソルブやアクリル酸エステルなどエステル類、並びに、プロピレンカーボネート等のアルキレンカーボネート類等がある。
【００２３】
溶剤の使用量は、イソシアネート類１００重量部に対して、５〜９０重量部が好ましく、１０〜５０重量部がより好ましい。５重量部未満では粘度低下作用が効果的でなく、９０重量部を越えると粘度低下効果が大きすぎて、無機物との混合性が悪くなるおそれがある。
【００２４】
本発明で使用する界面活性剤とは、無機物、水、及びイソシアネート類の混合性を改良し、得られる硬化物の強度発現性を向上させるものである。
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、硬化物の強度発現が最も高く好ましい。
非イオン性の界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系、ポリオキシエチレンラウリルエーテル系、及びポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル系等が挙げられる。
【００２５】
界面活性剤の使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、５〜４０重量部が好ましく、７〜２０重量部がより好ましい。５重量部未満ではイソシアネート類と水が分離するおそれがあり、４０重量部を越えると難燃性が低下する傾向がある。
【００２６】
本発明で使用する脱臭剤とは、本発明の硬化性組成物から発生する臭気を吸着したり、反応したりして臭気を発生させない物質をいう。具体的には、エステル類、無機酸、及び水溶性カルボキシル基含有化合物等が挙げられ、これらのうち、発泡硬化反応を阻害しにくい、水溶性カルボキシル基含有化合物の使用が好ましい。
【００２７】
ここで水溶性カルボキシル基含有化合物としては、低分子化合物や高分子化合物があり、いずれも使用が可能であり、併用することも可能である。
低分子化合物としては、酢酸やプロピオン酸等の脂肪族カルボン酸、安息香酸等の芳香族カルボン酸、並びに、クエン酸、酒石酸、及びグルコン酸等のオキシカルボン酸等又はこれらのナトリウム塩やカリウム塩の使用が可能である。
高分子化合物としては、アルギン酸やポリアクリル酸又はこれらのナトリウム塩やカリウム塩等の使用が可能である。
これらのうち、Ａ液とＢ液の反応のコントロールや溶解性の面から、オキシカルボン酸塩やアルギン酸塩の使用が好ましく、増粘効果や脱臭効果をもつアルギン酸塩の使用がより好ましい。
【００２８】
ここでアルギン酸塩とは、コンブやアラメなどのカッ藻類に含まれるマンヌロンの重合体であり、遊離のカルボキシル基を持つものである。
具体的には、アルギン酸の誘導体であるアルギン酸プロピレングリコールエステル、さらに、アルギン酸の、ナトリウム、カリウム、及びカルシウム等の各種の塩の使用が可能である。このうち、アルギン酸ナトリウム塩の使用が好ましく、これらの併用も可能である。
アルギン酸塩は、Ａ液の粘度をＢ液の粘度と同程度まで上昇する。そして、この粘度上昇と共に、Ａ液とＢ液の混合安定性が増大し、反応の再現性が良好となり、さらには、アルギン酸塩等に含有しているカルボキシル基の存在によって、反応時に発生するアミン系臭気の脱臭も可能とするものである。
【００２９】
脱臭剤の使用方法は、特に限定されるものではないが、無機物の水溶液又はスラリーに混合する方法、無機物とともに水溶液又はスラリーとする方法などのいずれも可能である。
【００３０】
脱臭剤の使用量は、無水物換算の無機物１００重量部に対して、０．１〜２０重量部が好ましく、０．５〜１０重量部がより好ましい。０．１重量部未満では脱臭効果が期待できず、２０重量部を越えると発泡硬化反応を阻害するおそれがある。
【００３１】
本発明で使用する難燃剤とは、硬化性組成物の難燃性をさらに向上させるものであり、具体的には、リン酸一ナトリウム、リン酸二ナトリウム、及びトリポリリン酸ナトリウム等のリン酸塩やコロイダルシリカなどが挙げられる。
【００３２】
難燃剤の使用量は、イソシアネート類１００重量部に対して、１〜２０重量部が好ましく、５〜１０重量部がより好ましい。１重量部未満では難燃性の向上は期待できず、２０重量部を越えると発泡硬化反応を阻害するおそれがある。
【００３３】
本発明では、さらに、硬化性組成物の硬化時間を調整する材料としてライズアップタイム調整剤を、また、無機物の水溶液又はスラリーの粘性を増加させる材料として増粘剤を使用することが可能である。
【００３４】
ライズアップタイム調整剤としては、硬化性組成物の硬化時間を遅くする場合は、メタノールやエタノールなどの一価アルコール、アルギン酸ナトリウム等のエステル、及び塩酸や硫酸などの無機酸等の使用が可能であり、速くする場合は、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン類があり、これらの一種又は二種以上の併用も可能である。
ライズアップタイム調整剤の使用量は、無機物と水の合計１００重量部に対して、０．１〜２０重量部が好ましく、０．５〜５重量部がより好ましい。０．１重量部未満では硬化時間の調整効果が期待できず、２０重量部を越えると反応が速すぎたり、遅すぎたりして良好な硬化物を得にくい傾向がある。
【００３５】
また、増粘剤としては、水溶性多糖類の使用が可能である。具体的には、カルボキシメチルセルロース又はそのナトリウム塩やカリウム塩などのメチルセルロース類が挙げられる。
また、脱臭剤の水溶性カルボキシル基含有化合物は、そのカルボキシル基がゲル化作用をもち、増粘剤としても使用が可能である。
増粘剤の使用量は、無機物と水の合計１００重量部に対して、０．１〜５重量部が好ましく、０．５〜２重量部がより好ましい。０．１重量部未満だと増粘効果が期待できず、イソシアネート類との混合性を良好にすることが困難であり、５重量部を越えると粘性が増加しすぎて発泡倍率の調整が難しくなるおそれがある。
【００３６】
本発明で使用する無機物と水とイソシアネート類、並びに、必要に応じて併用するポリオール、整泡剤、反応触媒、溶剤、界面活性剤、脱臭剤、難燃剤、ライズアップタイム調整剤、及び増粘剤等の混合方法は、特に限定されるものではないが、通常、水と無機物をよく混合攪拌し、無機物の水溶液又はスラリーのＡ液を調製し、ポリオール、整泡剤、及び／又は反応触媒を、さらには、脱臭剤、ライズアップタイム調整剤、及び／又は増粘剤を混合してよく攪拌してＡ液とし、イソシアネート類のＢ液と混合することが可能である。
また、溶剤や界面活性剤は無機物と混合することも可能であり、イソシアネート類と混合することも可能である。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明する。
【００３８】
実施例１
表１に示す無機物１００重量部に、水を表１に示すように配合してＡ液とし、Ａ液１００重量部とイソシアネート類ＡからなるＢ液１００重量部とを混合し、その難燃性と硬化状況を測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
＜使用材料＞
無機物ａ ：炭酸カリウム、旭ガラス社製工業用
無機物ｂ ：アルミン酸ナトリウム、昭和電工社製工業用
無機物ｃ ：ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）、関東化学社製試薬一級
イソシアネート類Ａ：ポリメリックＭＤＩ、市販品
【００４０】
＜測定方法＞
難燃性：Ａ液とＢ液とを混合し、ＪＩＳ Ｋ ７２０１に基づき、３ｍｍ厚みのシートを作成し、混合５日後に測定した酸素指数が、３５以上の場合を◎、２８以上の場合を○、２８未満の場合を×とした。
硬化状況 ：Ａ液とＢ液の混合５日後に得た硬化物を測定し、硬化している場合は○、硬化しているが柔らかい場合は△、硬化していない場合は×とした。
【００４１】
【表１】
実施例２
表２に示す無機物５０重量部と水５０重量部に、ポリオールと反応触媒αを表２に示すように配合してＡ液と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。
【００４３】
＜使用材料＞
ポリオール：エチレンジアミンのプロピレンオキサイド付加物、市販品
反応触媒α：市販３級アミン、主成分ヘキサメチレンジアミン誘導体
【００４４】
【表２】
実施例３
無機物ａ５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、及び反応触媒α１重量部に、整泡剤を表３に示すように配合してＡ液とし、発泡倍率と硬化状況を測定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。
【００４６】
＜使用材料＞
整泡剤 ：シリコーン系高弾性フォーム用、日本ユニカー社製
【００４７】
＜測定方法＞
発泡倍率：Ａ液とＢ液の合計の容積に対する最大発泡時の容積
【００４８】
【表３】
実施例４
無機物ａ５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、整泡剤１重量部、及び反応触媒α１重量部に、界面活性剤▲１▼を表４に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類Ａに、溶剤を表４に示すように配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表４に併記する。
【００５０】
＜使用材料＞
界面活性剤▲１▼：ポリオキシエチレンノニルエーテル、花王社製
溶剤 ：プロピレンカーボネート、昭和電工社製工業用
【００５１】
【表４】
実施例５
表５に示す無機物５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、整泡剤１重量部、及び反応触媒α１重量部に、界面活性剤▲１▼と脱臭剤イを表５に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類Ａに、溶剤を表５に示すように配合してＢ液とし、臭気、難燃性、及び硬化状況を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表５に併記する。
【００５３】
＜使用材料＞
脱臭剤 イ：アルギン酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
【００５４】
＜測定方法＞
臭気 ：臭気の評価の判断は、試験員１０人が臭気をかいで、脱臭剤無添加のＡ液を使用して反応させたときの臭気と比較して、８人以上が臭気が少ないと感じれば良好、臭気が多いと感じれば不良とした。
【００５５】
【表５】
実施例６
表６に示す無機物５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、整泡剤１重量部、反応触媒α１重量部、及び脱臭剤イ１重量部に、界面活性剤▲１▼を表６に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類Ａに、難燃剤を表６に示すように配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表６に併記する。
【００５７】
＜使用材料＞
難燃剤 ：リン酸系難燃剤、燐化学工業社製
【００５８】
【表６】
実施例７
無機物ａ５０重量部、水５０重量部、ポリオール２５重量部、及び反応触媒α１重量部に、界面活性剤▲１▼と増粘剤を表７に示すように配合してＡ液とし、粘度と硬化状況を測定したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表７に併記する。
【００６０】
＜使用材料＞
増粘剤 ：アルギン酸ナトリウム、富士化学社製、工業用
【００６１】
【表７】
実施例８
表８に示すように無機物、水、ポリオール、反応触媒α、及び増粘剤を配合したＡ液と、表８に示すイソシアネート類ＢからなるＢ液を使用したこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表８に併記する。
【００６３】
＜使用材料＞
イソシアネート類Ｂ：プレポリマー、三井東圧化学社製カルボジイミド変性ＭＤＩ
【００６４】
【表８】
実施例９
無機物の種類と使用量を表９に示すように変化し、無機物と脱臭剤イ１重量部に、水、ポリオール、整泡剤、反応触媒α、及び界面活性剤▲１▼を表９に示すように配合してＡ液とし、イソシアネート類に、溶剤を表９に示すように配合してＢ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表９に併記する。
【００６６】
＜使用材料＞
無機物ｄ ：炭酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｅ ：硫酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
【００６７】
【表９】
実施例１０
表１０に示す無機物１００重量部と反応触媒α２重量部に、ポリオールを表１０に示すように配合してＡ液としたこと以外は実施例１と同様に行った。結果を表１０に併記する。
【００６９】
＜使用材料＞
無機物ｆ ：炭酸リチウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｇ ：酸化アルミニウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｈ ：硝酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｉ ：トリポリリン酸ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｊ ：水酸化ナトリウム、関東化学社製試薬一級
無機物ｋ ：炭酸カリウム／アルミン酸ナトリウム＝５０／５０重量比の混合物
【００７０】
【表１０】
実施例１１
表１１に示す無機物１００重量部、反応触媒α４重量部、及び界面活性剤▲２▼１０重量部に、表１１に示すように水を配合してＡ液とし、Ａ液１００重量部に対して、イソシアネート液であるＢ液１００重量部を配合し、その硬化時間、発泡倍率、圧縮強度、酸素指数、及び難燃性を測定した。結果を表１１に併記する。
【００７２】
＜使用材料＞
界面活性剤▲２▼：第一工業製薬社製、主成分ポリエチレンアルキルフェニルエーテル
【００７３】
＜測定方法＞
硬化時間：Ａ液とＢ液を混合してから、最大に発泡した時点までの時間
圧縮強度：縦２ｃｍ×横２ｃｍ×高さ２ｃｍの型枠にＡ液とＢ液の混合物を入れ、成形２４時間後強度を測定した。
酸素指数：ＪＩＳ Ｋ ７２０１に基づき、３ｍｍ厚みのシートを作成して測定
【００７４】
【表１１】
実施例１２
クラックの多い不安定な岩盤を有するトンネル切羽の天端に、３ｍの注入ボルトを２５度の角度で１ｍピッチで１０本挿入した。
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α４重量部、及び界面活性剤▲２▼１０重量部からなるＡ液と、イソシアネート類ＢからなるＢ液とを、等量圧送できるギヤーポンプで、毎分２リットル、圧力１０ｋｇ／ｃｍ２で圧送して、ボルトの口元にセットしたスタティックミキサーを通し、Ａ液とＢ液を混合しながら、ボルト１本当たり３０リットル、合計３００リットルを注入した。
注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の薬液の注入効果が十分に確認された。
【００７６】
実施例１３
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α４重量部、及び界面活性剤▲２▼１０重量部からなるＡ液を使用したこと以外は、実施例１２と同様に行った。
注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の薬液の注入効果が十分に確認された。
【００７７】
実施例１４
表１２に示す無機物１００重量部、水１００重量部、及び反応触媒α４重量部に、表１２に示すように界面活性剤の種類と量を変えて配合してＡ液としたこと以外は実施例１１と同様に行った。結果を表１２に併記する。
【００７８】
＜使用材料＞
界面活性剤▲３▼：ポリプロピレン系ポリオール、三井東圧化学社製
界面活性剤▲４▼：ヒマシ油系ポリオール、伊藤製油社製
【００７９】
【表１２】
実施例１５
表１３に示す無機物１００重量部、水１００重量部、及び反応触媒α４重量部に、表１３に示すように界面活性剤の種類を変えて１０重量部配合してＡ液とし、硬化時間、発泡倍率、及び圧縮強度を測定したこと以外は実施例１１と同様に行った。結果を表１３に併記する。
【００８１】
＜使用材料＞
界面活性剤▲５▼：花王社製、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤
界面活性剤▲６▼：花王社製、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド系
【００８２】
【表１３】
実施例１６
無機物ａ１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、水１００重量部に、脱臭剤を表１４に示すように配合してＡ液とし、Ａ液１００重量部に対して、イソシアネート液ＡであるＢ液１００重量部を混合し、そのライズアップタイム、発泡倍率、圧縮強度、酸素指数、難燃性、及び臭気の測定を行った。結果を表１４に併記する。
【００８４】
＜使用材料＞
脱臭剤 ロ：アルギン酸、和光純薬工業社製試薬一級品
脱臭剤 ハ：アルギン酸ナトリウム／アルギン酸重量比１の混合物
脱臭剤 ニ：クエン酸ナトリウム、和光純薬工業社製試薬一級
【００８５】
＜測定方法＞
ライズアップタイム：Ａ液とＢ液を混合して反応させ、発泡して反応液が盛り上がって止まるまでの時間
【００８６】
【表１４】
実施例１７
無機物として無機物ｅを使用したこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１５に示す。
【００８８】
【表１５】
実施例１８
表１６に示す無機物１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部に、水を表１６に示すように配合してＡ液としたこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１６に併記する。
【００９０】
【表１６】
実施例１９
表１７に示す無機物１００重量部、水１００重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部に、表１７に示すように反応触媒の種類と量を変えて配合してＡ液としたこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１７に併記する。
【００９２】
＜使用材料＞
反応触媒β：市販３級アミン、主成分ジメチルアミン誘導体
【００９３】
【表１７】
実施例２０
表１８に示す無機物１００重量部、水１００重量部、反応触媒α１重量部、脱臭剤イ２重量部に、表１８に示すように界面活性剤の種類と量を変えて配合してＡ液としたこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１８に併記する。
【００９５】
【表１８】
実施例２１
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部を配合してＡ液とし、そのＡ液１００重量部に対して、表１９に示すようにイソシアネート類の種類と量を変えたＢ液を配合して混合したこと以外は実施例１６と同様に行った。結果を表１９に併記する。
【００９７】
【表１９】
実施例２２
クラックの多い不安定な岩盤を有するトンネル切羽の天端に、３ｍの注入ボルトを２５度の角度で１ｍピッチで１０本挿入した。
無機物ａ１００重量部、水１００重量部、反応触媒α１重量部、界面活性剤▲３▼１０重量部、及び脱臭剤イ２重量部を混合してＡ液を、また、イソシアネート類Ａを用いてＢ液を調整した。
このＡ液とＢ液とを等量圧送できるギアポンプで毎分２リットル、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２で圧送し、ボルトの口元にセットしたスタティックミキサーを通し、Ａ液とＢ液を混合しながら、ボルト１本当たり３０リットル、合計３００リットル注入した。注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の注入効果が十分に確認された。
【００９９】
実施例２３
無機物ｅ１００重量部を配合してＡ液を調製したこと以外は実施例２２と同様に行った。
注入１時間後に掘削した結果、天端の崩壊もなく、本発明の薬液の注入効果が十分に確認された。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の硬化性組成物の無機物とイソシアネート類を使用することにより有機−無機複合体を形成し、難燃性発泡硬化物を得ることができた。
また、反応中に発生するアミン系臭気もかなり低減することができ、十分な安全性や作業性を考慮した優れた材料とすることができた。
さらに、ライズアップタイム調整剤を用いることにより硬化速度をコントロールすることができ、現場におけるコントロールが容易に可能となった。
また、整泡剤を使用することで、発泡倍率のコントロールが容易となった。
そして、増粘剤を使用することで、イソシアネート類との混合性をよくすることができた。
さらに、従来使用されているＡ液の成分であるポリオールに比べ、本発明品は安価な材料で構成されるために低コストな材料である。
などの効果を奏する。
Claims (5)
- リチウム、ナトリウム、カリウム、ホウ素、及びアルミニウムからなる群より選ばれる金属の、酸化物、炭酸塩類、硫酸塩、硝酸塩、アルミン酸塩、ホウ酸塩、及びリン酸塩類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水とイソシアネート類とからなる硬化性組成物。
- 請求項１記載の硬化性組成物と、ポリオール、整泡剤、及び反応触媒からなる群より選ばれた一種又は二種以上とを含有してなる硬化性組成物。
- 請求項１又は請求項２記載の硬化性組成物と、溶剤及び／又は界面活性剤とを含有してなる硬化性組成物。
- 請求項１〜３のうちの１項記載の硬化性組成物と、脱臭剤とを含有してなる硬化性組成物。
- 請求項１〜４のうちの１項記載の硬化性組成物と、難燃剤とを含有してなる硬化性組成物。
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