JP4554165B2 - ポリマーコンクリート組成物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマーコンクリート組成物、該組成物から得られる成形体、及び成形体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリマーコンクリートは、セメントを使用せずに、ポリマーからなる結合剤、微粒子無機充填材、骨材を含有するものであり、かかるポリマーコンクリートから得られた成形体は、その優れた強靭性、化学的安定性、防振性等の特性から、各種機械部品、工作機械部品などに利用されている。
【0003】
しかし、ポリマーコンクリートでは、通常、結合剤に対して比較的多量の骨材が配合されることから(特許文献1〜3)、成型時の型への充填性が悪く、強靭性や防振性、外観が不十分となる。
【0004】
そのため、流動性付与剤の添加などの技術が提案され(特許文献4)、ある程度の効果を得ているが、さらなる改善が望まれている。
【0005】
【特許文献1】
特開昭55−160056号公報
【特許文献2】
特開昭61−183159号公報
【特許文献3】
特開昭61−158854号公報
【特許文献4】
特開平7−101762号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、充填性に優れたポリマーコンクリート組成物を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硬化性樹脂と硬化剤を含有する25℃における粘度が100〜700mPa・sの結合剤(A)と、円形度0.80〜1.0で平均粒径5〜50μmの微粒子充填材(B)と、粒径45μm以下の粒子の重量分率が5%以下である骨材(C)とを含有し、結合剤(A)、微粒子充填材(B)、骨材(C)の重量比率が、(A)/(B)/(C)=5〜20/5〜30/90〜50である、ポリマーコンクリート組成物に関する。
【0008】
また、本発明は、上記本発明のポリマーコンクリート組成物を硬化して得られるポリマーコンクリート成形体に関する。
【0009】
また、本発明は、硬化性樹脂と円形度0.80〜1.0で平均粒径5〜50μmの微粒子充填材(B)とを混合後、粒径45μm以下の粒子の重量分率が5%以下である骨材(C)を混合する工程を有するポリマーコンクリート成形体の製造方法であって、前記硬化性樹脂とその硬化剤とを含有する結合剤(A)の25℃における粘度が100〜700mPa・sであるポリマーコンクリート成形体の製造方法に関する。
【0010】
本発明者等は、比較的多量の骨材が互いに接触し緊密に充填された状態となるポリマーコンクリート組成物では、結合剤がその微細な隙間に充填される際の充填抵抗が充填性や流動性の低下の主原因であることを見いだし、その充填抵抗を極力低下させる方法について検討した。
【0011】
その結果、結合剤の粘度が適正である必要があることを見いだした。すなわち、結合剤の粘度が高すぎると充填抵抗が増加し、一方、低すぎると微粒子充填材の沈降等により不均一化したり、低分子量品であることから硬化に時間がかかる。一般には、結合剤と微粒子充填材の配合物の粘度が重要であると考えられるが、予期に反し、充填性との相関は見いだされなかった。これは、充填時、振動を加えるため、2次凝集構造が壊れるためと思われる。
【0012】
また、更に、微粒子充填材の形状が重要であることを見いだした。すなわち、微粒子充填材の円形度は、粒子形状が円に近いものほど微細空間を移動しやすく、骨材間の空隙への充填性がよい。また、充填時、コロの作用により骨材が最密充填構造に移行し易い。ただし、微粒子充填材の平均粒径が大きすぎると充填抵抗が増加し、小さすぎると結合剤との混合が困難かつ増粘につながり、取扱困難となる。また、表面積の増加による結合剤との密着不良による成形体の強靭性低下も生じる。
【0013】
また、更に、骨材中の微粒子分は、表面積が大きいため、結合剤と濡れ性が悪く、大きな充填抵抗となることが判明した。微粒子充填材は微粒子分が多いとはいえ、前もって結合剤と混合できるため影響は小さいと考えられるが、ポリマーコンクリート組成物の施工現場の実態からは、骨材を前もって結合剤と混合することは困難であり、骨材中の微粒子分の比率は重要なポイントとなる。
【0014】
このような観点から、本発明では、ポリマーコンクリート組成物に配合される結合剤、微粒子充填材及び骨材について、それぞれの適正な物性を検討し、具体的に上記の範囲とすることで、優れた充填性を有するポリマーコンクリート組成物を得たものである。以下、本発明の各成分について詳述する。
【0015】
【発明の実施の形態】
結合剤(A)は、硬化性樹脂、硬化剤、要すれば希釈剤などを含有するものであり、本発明のポリマーコンクリート組成物中の固形物を除いた液状組成物である。
【0016】
硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、不飽和ウレタン樹脂、メタクリル酸エステル樹脂、ポリオールとポリイソシアネートからなるポリウレタン樹脂などがあげられ、硬化性、骨材との密着性の観点からエポキシ樹脂が好ましい。かかる硬化性樹脂は、市販品を適宜使用することができる。
【0017】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA、ビスフェノールFの如きジフェノール類のジグリシジルエーテルや、前記ジフェノール類とエピクロルヒドリン等の初期縮合物が挙げられ、好ましくは、ビスフェノールA系エポキシ樹脂である。
【0018】
エポキシ樹脂の硬化剤としては、m−キシリレンジアミン、2,3,5−トリ(ジメチルアミノメチル)フェノール等の芳香族ポリアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミンなどの脂肪族ポリアミンが挙げられる。かかるポリアミン等を含有する市販硬化剤を適宜用いればよい。硬化剤は、硬化性樹脂100重量部に対して10〜100重量部、好ましくは30〜70重量部の比率で用いられることが好ましい。
【0019】
また、結合剤(A)に使用できる希釈剤としては、芳香族系モノエポキシ化合物、例えばクレゾールグリシジルエーテルなどが硬化物の強度の向上にも繋がり好ましい。添加量は硬化性樹脂100重量部に対し、30重量部以下が好ましい。
【0020】
結合剤(A)は、25℃における粘度が100〜700mPa・s、好ましくは200〜500mPa・s、より好ましくは300〜500mPa・sである。結合剤の粘度は、硬化性樹脂の分子量や希釈剤の配合量などで調整できる。
【0021】
微粒子充填材(B)は、無機充填材が好ましく、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、アルミナ、ムライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリカ、ガラス、フライアッシュ等があげられ、これらのうち円形度の高い充填材、具体的には溶融シリカ、ガラスビーズ、フライアッシュが特に好ましい。これらの混合物を使用してもよい。
【0022】
微粒子充填材(B)の円形度は0.80〜1.0であり、充填性の観点から、好ましくは0.90〜1.0、より好ましくは0.95〜0.98である。円形度は、微粒子を研磨や加熱溶融処理、好ましくは加熱溶融処理により調整できる。また、微粒子の表面をシランカッブリング剤などで処理してもよい。
【0023】
円形度は、粒子を走査型電子顕微鏡にて撮影し各粒子の粒子投影図について投影面積と輪郭の長さ(周長)を測定し次式で算出する。
【0024】
円形度=(粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周長)/(粒子投影図の輪郭の長さ)
【0025】
また、微粒子充填材(B)の平均粒径は5〜50μmであり、充填性の観点から、好ましくは10〜30μm、より好ましくは10〜25μmである。ここで、粒径は、粒子の長軸長と短軸長の相加平均、すなわち(長軸長+短軸長)/2である(以下同様)。
【0026】
骨材(C)は、砂、砂利、大理石や花崗岩等の天然石、硝子片などが挙げられ、製品に求められる性質(高剛性、低熱膨張率、低コストなど)に応じ選択すればよいが、充填性の点から、大理石、花崗岩が好ましい。また、骨材(C)の形状は、接触骨材が咬合し強度保持の観点より多角形が好ましく、破砕品が好ましい。
【0027】
また、骨材(C)は、充填性の点から、粒径45μm以下の粒子の重量分率が5%以下である。粒径の調整の容易さを加味すれば、当該粒子の重量分率は、1〜5%、特には2〜4%が好ましい。粒径分布の測定は、目開き45μmのJIS標準フルイで行う。骨材(C)中の微粒子分の調整は、前もって篩処理などにより行えばよい。また、骨材(C)の平均粒径は製品の壁厚に応じて適宜決定すればよいが、1〜30mmが好ましく、また最大粒子径は、壁厚の1/2以下が好ましい。
【0028】
本発明において、結合剤(A)、微粒子充填材(B)、骨材(C)の重量比率は、(A)/(B)/(C)=5〜20/5〜30/90〜50、好ましくは5〜15/5〜20/85〜70である。この重量比率では、(A)+(B)+(C)が100となることが好ましい。
【0029】
本発明のポリマーコンクリート組成物には、強度の改善のために繊維、着色剤、流動性向上剤などが添加されていてもよい。
【0030】
本発明のポリマーコンクリート組成物から成形体を製造するには、まず、微粒子充填材(B)を硬化性樹脂、要すれば希釈剤と混合後、骨材(C)と混合する。尚、硬化剤は、本発明の製造方法の何れの工程において添加してもよく、具体的には、(i)硬化性樹脂に予め添加する、(ii)硬化性樹脂と無機充填材(B)の混合時又は混合後に添加する、(iii)硬化性樹脂と微粒子充填材(B)と骨材(C)との混合時又は混合後に添加する、(iv)これらの組み合わせにより添加する等を採用することができるが、硬化性樹脂の安定性の観点からは、当該樹脂と微粒子充填材(B)を十分に混合した後に添加するのが好ましい。すなわち、本発明の製造方法は、硬化性樹脂と微粒子充填材(B)の混合物に硬化剤を添加する工程を有することが好ましい。
【0031】
このようにして得られたポリマーコンクリート組成物を、離型剤を塗布した鉄板、アルミ板、木型、合成樹脂型等の型枠内に充填する。その際、型を激しく振動させることが好ましく、具体的には、0.5〜5mmの振動を360〜3600回/分与えることが好ましい。その間、全体を減圧にすることが出来れば、脱泡が進み、表面平滑性が向上し、より好ましい。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、充填性に優れたポリマーコンクリート組成物が提供される。
本発明のポリマーコンクリート組成物から得られた成形体は、強靭性、化学的安定性、防振性等に優れており、各種機械部品、工作機械部品などとして極めて有用である。
【0033】
【実施例】
実施例1〜5及び比較例1〜4
表1の硬化性樹脂と希釈剤(クレゾールグリシジルエーテル)の混合物に、表1の微粒子充填材を添加混合した後、硬化剤(変性脂肪族ポリアミン等からなる混合物、アミン価440mgKOH/g、粘度100mPa・s/25℃)を表1記載の比率で混合し、最後に骨材として花崗岩破砕物(平均粒径10mm以下)を添加し、ポリマーコンクリート組成物を100g調製した。この組成物を、振動(2mmの振動を2000回/分)をかけながら直径60mmの円筒状の型に充填しその充填性を評価した。充填性は、骨材と結合剤間に隙間が見られず且つ表面が非常にきれいであるものを「◎」、骨材と結合剤間に隙間は見られないが、表面がやや粗いものを「○」、骨材と結合剤間にやや隙間が見られるものを「△」、骨材と結合剤間に多くの隙間が見られるものを「×」とした。結果を表1に示す。
【0034】
また、表1中の結合剤の粘度は、25℃において株式会社東京計器B型粘度計(形式BM型:ローターNo.3で1分後の値を原則とし、目盛りが10〜90を外れる場合はローターを変更)を用いて測定したものである。
【0035】
【表1】
【0036】
(注)表中の記号は以下の意味である。
・樹脂A:ビスフェノールA系エポキシ樹脂(エポキシ当量190g/eq、粘度12200mPa・s/25℃)
・樹脂B:ビスフェノールF系エポキシ樹脂(エポキシ当量170g/eq、粘度3500mPa・s/25℃)
・樹脂C:ビスフェノールF系エポキシ樹脂(分子蒸留品、エポキシ当量160g/eq、粘度1200mPa・s/25℃)
【0037】
実施例1〜5では、いずれも型内に隙間なく充填でき、優れた充填性が得られた。また、平均粒径が同等でも微粒子充填材の形状が丸味を帯びるものほど良好な充填性を示すことがわかる。
【0038】
一方、比較例1のように、角張った形状のシリカ破砕品を用いた場合は、型内の隙間を完全に埋めることはできず、充填性が著しく悪くなる。また、球状の微粒子充填材を用いても、比較例2に示すようにその粒径が大きいと、この結合剤量においては型内の隙間を完全に埋めることはできず、優れた充填性を得ることはできなかった。比較例3及び4では比較例1、2に比べれば多少充填性は向上するが、比較例3では、脱泡が困難で、また、比較例4では、充填途中で混合物が粘度の高い団子状となり、型内の隙間を埋めるために長い時間振動を与える必要があった。
【0039】
実施例6及び比較例5
結合剤(A)、微粒子充填材(B)及び骨材(C)の種類と重量比を表2のように変更し、実施例1等と同様の方法でポリマーコンクリート組成物を調製し、その充填性を実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
【0040】
【表2】
【0041】
実施例6と比較例5では、微粒子充填材含量を高めたため、結合剤と微粒子充填材の配合物の粘度は大きく上昇したが、結果は実施例2と比較例1の関係と同様であった。

Claims (1)

  1. エポキシ樹脂と硬化剤を含有する25℃における粘度が100〜700mPa・sの結合剤(A)と、円形度0.95〜0.98で平均粒径5〜50μmの微粒子充填材(B)であるガラスビーズと、粒径45μm以下の粒子の重量分率が5%以下である骨材(C)とを含有し、結合剤(A)、微粒子充填材(B)、骨材(C)の重量比率が、(A)/(B)/(C)=5〜10/5〜20/85〜70で、合計で100である、ポリマーコンクリート組成物。
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