JPH02311582A - 水ガラス―イソシアネート系接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

に産業上の利用分野１ 本発明は水ガラス−イソシアネート系接着剤に係り、と
くに水ガラスから成る接着剤の耐水性を強化し、各種の
被着体に対応できるように、増量剤、充填剤、接着助剤
等を用いて接着力を高めるようにしたものであって、塗
工性に優れるとともに、初期接着力および常態接着力が
大きく、とくに天然物系接着剤に配合すると著しく耐水
性と接着力とを向上させることが可能なものであって、
木工用、パーティクルボード用、段ボール用、無機材料
用、陶磁器質タイル用、木材と異種材料との接着用等の
各種の用途に使用可能な接着剤に関する。 Ｋ従来の技術】 従来より水ガラス系の接着剤が耐火ボードや炉材、ねじ
材用の接着剤として使用されている。このように一部の
用途にしか水ガラスが用いられていないのは耐水性が悪
いからである。水ガラスの耐水性を上げるために、酸化
カルシウムやケイフッ化ナトリウム、リン酸アルミニウ
ム等の硬化剤を添加し、約５５０℃の高温で水をとばす
方法がある。またｒｊ４磁器質タイル用接着剤としては
、モルタル類や合成ゴム系接着剤、合成樹脂エマルジョ
ン系接着剤、ラテックス系接着剤等が用いられている。

【発明が解決しようとする問題点１ 水ガラス系接着剤の耐水性を改善するために高温で水を
とばす方法は、一般的な接着剤としては使用できない。 これは熱をかけるのが困難だからである。また陶磁器質
タイル用の接着剤として用いられるモルタル類は接着硬
化時間が長い欠点がある。水性エマルジョン接着剤は耐
熱性が悪く、約８０℃で常態時の約２０〜５０％程度の
強度低下が見られる。 木工用接着剤や段ポール用接着剤としては、カゼインや
ニカワのような蛋白質系接着剤、あるいは澱粉系接着剤
が用いられるが何れも耐水性に乏しい欠点を有している
。パーティクルボード用接着剤としては、フェノール樹
脂、ユリア樹脂等が使用されているが、ホルマリン臭の
問題が存在する。特公昭５１−３０５７６号公報に開示
されている水性ビニルウレタン接着剤は脱ホルマリン接
着剤であるが、可使用時間が短く、主剤がＰＶＡやエチ
レン酢酸ビニル重合体などになっているために、耐熱性
が悪い。従ってこのような接着剤は木材以外の用途して
はあまり使用されていない。 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、耐熱性に優れる水ガラスにイソシアネート化合物を
混入し、好ましくは微粒子シリカと石灰粉と水ガラスと
の反応によって不溶性結晶を生成させ、さらに増量剤や
充填剤、場合によっては水性高分子や水性高分子分散体
、ラテックス類、シランカップリング剤、チタンカップ
リング剤、各種熱硬化性樹脂、あるいはそれらを組合わ
せるようにしたものであって、接着力を高めることによ
り、とくに陶磁器質タイル、木工、パーティクルボード
、木材と異種材料、スレート板の接着剤として用いるの
に好適な水ガラス−イソシアネート系接着剤を提供する
ことを目的とするものである。 Ｋ問題点を解決するための手段】 本発明は、イソシアネート系化合物またはその重合物あ
るいはイソシアネート基を有するプライマ等のイソシア
ネート化合物を予め溶剤に溶解せしめたものを水ガラス
と混練するとともに、その中にさらに微粒子シリカや石
灰粉、増量剤、セルロースエーテル類、ポリビニルアル
コールを含む水溶液、ラテックス類、またはそれらを組
合わせたものを接着助剤として混入するようにしたもの
であって、少なくともイソシアネート基を有する化合物
と水ガラスと、そして増量剤とを必須不可欠の成分とし
て有する組成物から成る接着剤に関するものである。 本発明における接着剤の基剤を成す水ガラスは、ケイ酸
ソーダ、ケイ酸カリウム、ケイ酸犬トリウムを主成分と
する３種類のものが存在する。一般的に入手可能な水ガ
ラスとしては濃度が５０％のケイ酸ソーダ１号、濃度が
４０〜４５％のケイ酸ソーダ２号、濃度が３０〜３５％
のケイ酸ソーダ３号が存在する。 また本発明において用いられるイソシアネート化合物ま
たはインシアネート重合物とは、分子中に２個以上のイ
ソシアネート基を有するものなら何でもよく、例えばト
リレジンイソシアネート（ＴＤ　Ｉ　）　、水素化ＴＤ
Ｉ、トリフェニルメタントリイソシアネート（ＴＴＪ）
、第１０図に示されるメチレンビスシフ１ニルイソシア
ネート（ＭＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート、
キシレンジイソシアネート等が代表的なイソシアネート
化合物またはイソシアネート系重合物である。 本発明で言うイソシアネート基を有するプライマとは、
カップリング剤に使用しているものである。 これにはシリコン分が約１５％含まれており、有機質材
料と無機質材料とを化学的に結合する性質がある。本発
明において使用したシランカップリング剤はＫＢＰ−４
４（信越化学株式会社製）である。第１１図はに８Ｐ−
４４の分子構造を示している。 またイソシアネート化合物を溶解する溶剤とは、常態に
おいて液体であり、脂肪族や芳香族の炭化水素およびこ
れらを主成分とする混合液体、例えばトルエン、キシレ
ン、ベンゼン、ガソリン、また各種グリコール類、例え
ばプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プ
ロピレンカーボネートである。またハロゲン化炭化水素
やケトン類、アセトン、エーテル類、各種マレイン酸エ
ステル、各種ステアリン酸エステル、各種クエン酸エス
テル、各種リノール酸エステル、各種シリコンオイル、
各種含フツ素化合物、さらに高級脂肪酸等も使用可能で
ある。また分散剤や界面活性剤、例えばステアリン酸カ
ルシウム、トリポリン酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ
、リグニンスルホン酸塩類、ヘキサメタリン酸ソーダ、
またシランカップリング剤、チタンカップリング剤を溶
剤に加えることが好ましい。 また増量剤とともに必要に応じて加えられる微粒子シリ
カとしては、例えば日産化学工業株式会社製のシリカゾ
ル（商品名スノーテックス）がある。この他にオルガノ
シリカゾル（日産化学工業株式会社製）、フライアッシ
ュ等を添加してもよい。これらの微粒子シリカと石灰と
水とを混合して水ガラスに混入する。 微粒子シリカと石灰が水ガラスと反応することにより、
不溶性結晶が生成すると考えられる。その反応は ３Ｃａ　　（ＯＨ）２　　＋Ｎａ　　２０　・　２３！
　　０２＋Ｈ２０→３Ｃａ　０　・　２Ｓｉ　Ｏ２・　
３Ｈ２０＋２Ｎａ　　ＯＨ となる。３Ｃａ０・２Ｓｉ０２・３Ｈ２０は不溶性結晶
である。そして２Ｎａ　ＯＨは微粒子シリカＳ！　０２
とさらに反応し、 ２Ｓｆ　Ｏｚ＋２Ｎａ　ＯＨ →Ｎａ　２０・２Ｓｉ　０２　＋Ｈ２０ここで生成した
Ｎａｚｏ・２Ｓｔ　０２が再びＣａ　　（ＯＨ）ｚと反
応し３Ｃ−２８−３Ｈの生成を行なう。 １２０℃のホットプレスで行なうときにはこの不溶性結
晶が生成し易くなると推定されるが、通常のコールドプ
レスでは生成しないと考えられる。 すなわち１２０℃で水分がとぶことにより結晶が生成す
ると考えられる。またオルガノシリカゾルでは、シラノ
ール基をもつために、イソシアネート基や他の活性水素
等と反応して接着強度を向上させる。 また本発明における増り剤とは、小麦粉や澱粉粉、ヤシ
ガラ粉、木粉等が好ましく、充填剤としてはクレー、カ
オリン、タルク、炭酸カルシウム、ケイソウ土等が使用
できる。また増量剤とともに充填剤としてモミガラ粉や
マイカ、雲母等が使用できる。また接着助剤としてはセ
ルロースエーテル類、ＰＶＡ　（ポルビニルアルコール
）、酢酸ビニルエマルジョン、エチレン−酢酸ビニル共
重合体エマルジョン等である。ＰＶＡは粉末の状態で水
に分散するケン化度が８８位のものが扱い易い。 また水ガラスは強アルカリのため、ＰＶＡを添加する前
に硫酸カルシウム等でＰＨを下げてやると好ましい。 また必要に応じて添加されるセルロースエーテルとして
は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシ
ブチルメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース
、カルボキシメチルセルロース等が存在する。 さらに必要に応じて添加されるラテックスとしては、主
としてＳＢＲ系を使用する。このようなラテックスは水
ガラス１００重量部に対して５〜２０重量部の範囲で添
加することにより、接着層を可塑化してもろさを改善す
る効果がある。 本発明の接着剤の一般的な製造方法はつぎのようなもの
である。水ガラスと小麦粉や澱粉粉などの増量剤に必要
に応じて消石灰やシリカゾルを配合するとともに最後に
水を加え、粘度調整を行なう。増量剤が水では分散し難
いときは、約６０℃に加温してやるとよく分散する。そ
して予め溶剤によって溶解しておいたイソシアネート基
を有する化合物を上記の混合物に適当に添加する。この
ような方法によって原則的に２液性の接着剤が得られる
ことになる。 このような接着剤は１１０〜１３０℃の温度でホットプ
レスによって使用した方が、耐水性および接着強度は増
加するが、コールドプレスの方法によっても使用可能で
ある。Ｘｌｌｌｌ整一１〜２時間囲内で使用すればよい
。それ以上の時間を経過するとゲル化する。塗布量は平
方尺当り２０〜２５ｇ程度が適当である。 コールドプレスによって使用する場合には、例えばケイ
酸ソーダ３号を１００部に対して小麦粉を１０〜１００
部、好ましくは３０〜５０部、イソシアネート化合物を
５〜１００部、好ましくは１５〜２０部、石灰を３〜２
０部、好ましくは５〜８部、微粒子シリカを０．５〜１
０部、好ましくは１〜２部用いる。 また本発明の接着剤を熱圧して接着する場合は、圧締温
度を１１０〜１３０℃とするとともに、圧締時間を１〜
１０分とすることが好ましく、耐水性および接着力を向
上することが可能になる。またＰＶＡ　（ポリビニルア
ルコール）水溶液を加えるとさらに耐水性と接着力が向
上するが、ＰＶＡとしては一般に市販されている重合度
が３００〜２５００、ケン化度が８０〜１００モル％の
ものが好ましい。ＰＶＡを溶解する方法としては熱水に
溶解してもよいし、可溶性のＰＶＡを使用する場合には
直接増量剤および充填剤とともに水に溶解してもよい。 ＰＶＡ水溶液淵度は好ましくは１５〜３０％がよく、Ｐ
ＶＡの粉末を直接水ガラス中に入れる場合には濃度に注
意することが好ましい。

【作用】

本発明に用いられる溶剤は、イソシアネート基と水との
接触を乳化作用によって少なくし、イソシアネート基を
水から保護する作用をする。とくにＰＶＡはセルロース
エーテル類、あるいは酢酸ビニル系エマルジョン重合体
になどに含まれているＯＨ基とイソシアネート基がウレ
タン結合を生成し、耐水性を付与する。さらにイソシア
ネート基は水ガラスの水分と反応して接着層を強化する
作用をする。また微粒子シリカ、例えばコロイダルシリ
カやシリカゾル、フライアッシュ等と石灰粉とを水ガラ
スに混入することにより、不溶性結晶が生ずる。シリカ
ゾルではシラノール基とイソシアネート基が反応するた
めに接着力を向上させることが可能になる。

【実施例】

実施例１ ケイ酸ソーダ３号（旭電化株式会社製）１００部、小麦
粉（日清製粉株式会社製）５０部、石灰粉８部、シリカ
ゾル（日産化学株式会社製）１．５部とし、イソシアネ
ート化合物の部数を５部、１０部、１５部、２０部とし
て接着剤を調整した。ここでイソシアネート化合物とし
ては、日本ポリウレタン株式会社のＭＲ−１００を使用
し、予めＭＲ−１００とトルエンを３対１の割合に溶解
しておいた。 このようにして得た接着剤を、スレート板（２０Ｘ５０
Ｘ０．３１１１　／ｍ　＞に０．６ｇ／１０ｃぜとして
塗布した。このようなボードを貼合わせて１週間自然養
生した後に、水中で浸漬試験をして剥離常態までの日数
を調べたところ、つぎのようなデータが得られた。すな
わちイソシアネートが０部では約３時間後に剥離したの
に対して、イソシアネートが５部のときには２日後に剥
離した。イソシアネートが１５部以上では２週間浸漬し
ても剥離しなかった。 上記の組成のＡ剤にさらに硫酸カルシウム３部を加えた
後に、ポリビニルアルコールを５部加えた接着剤と１０
部加えた接着剤をそれぞれＢ剤およびＣ剤として、第１
図に示すようにカバ材の板に０．６ｇ／３．５ｘ３．５
ｃｄの塗布量をそれぞれ塗布し、圧縮せん断強さの試験
を行なったところ、第２図に示す結果が得られている。 ここでポリビニルアルコールとしては信越化学株式会社
製のケン化度が８８で重合度が約１５００のポリビニル
アルコールの粉末を用いた。またＡ剤の場合と同様にＢ
剤およびＣ剤についても、スレート板を接着して、水中
で浸漬試験をしたところ、Ｂ剤においては、イソシアネ
ートが０部では１６時間後に剥離したのに対して、イソ
シアネートが５部の場合には４日間、イソシアネートが
１０部の場合には２週間経っても剥離しなかった。 このように本実施例に係る水ガラス−イソシアネート系
接着剤が耐水性を有するのは、第３図に示すように溶剤
によってイソシアネート基と水との接触を乳化作用によ
り少なくし、イソシアネート基を水から保護すると同時
に、イソシアネート基と増量剤や接着助剤に含有する水
酸基の活性水素とウレタン結合を生成するからであると
考えられる。 実施例２ ケイ酸ソーダ１号１００部、澱粉２０部、シリカゾル（
スノーテックス）１部、消石灰５部、水１０ｃｃ、メト
ローズ（ダイセル株式会社！１１）０．５部を用意し、
ケイ酸ソーダから成る水ガラスと３９１とをよく攪拌し
ておき、その中ヘシリカゾルと消石灰とメトローズと水
とを混ぜたものを混入してさらに攪拌した。一方イソシ
アネート（ＭＲ−１００）を０〜５０部添加した。ＭＲ
−１００はトルエンと３対１の割合で溶解して上記の混
合物に加えた。このときのＭＲ−１００の割合に対する
圧縮せん断強度を調べたところ第４図においてＡ剤で示
すデータが得られた。 また上記の配合割合にざらにケン化度が８８で重合度が
１５００のＰＶＡを５重量部加えたものをＢ剤として試
験を行なったところ第４図においてＢ剤として示すよう
な結果が得られている。 衷１」しト 水ガラスとしてケイ酸ソーダ１号１００部、シリカゾル
（日産化学株式会社製スノーテックス）１部、消石灰５
部、水１０部の混合物に対して日本ポリウレタンサービ
ス株式会社製イソシアネート（ＭＲ−１００＞をＯ〜５
０重恐部添加した。 なおＭＲ−１００をトルエンと３対１の割合で予め溶解
して調整しておいた。 このようにして得られた接着剤を第５図に示すカバの柾
目材１１のクロスラップ部分に０．０６０／ｃｊとして
１　ｃｄ塗布し、２４時間室内放置した後にホットプレ
スで１０ｋｇ／ｉで圧締し、１週間後に引張り試験機に
よって圧縮せん断強さを測定した。測定条件は圧締温度
１２０℃、圧締時間１０分とした。また２４時間室内放
置では仮圧締（２５０（＋／ｃぜ）としている。結果は
第６図においてＡ剤で示されている。また比較のために
ケン化度が８８で重合度が１５００のＰＶＡを加えたも
のについて測定したところ、第６図においてＢ剤のデー
タが得られている。また上記Ａ剤に旭化成株式会社製Ｓ
ＢＲＤＬ６１２のラテックスを１０部加えたものについ
て測定を行なったところ、第６図においてＣ剤として示
すデータが得られている。なおこの実施例の接着剤の接
着力が大きくなるのは、第７図に示すようにイソシアネ
ート基が水ガラスと結合するためと考えられる。またＣ
剤においては、ＳＢＲの添加が接着層を可塑化するため
接着力が低下したと考えられる。 実施例４ 上記実施例３におけるイソシアネート（ＭＲ−１００）
に代えて、イソシアネート基を有するプライマを用いた
ものである。すなわち信越化学工業株式会社製のシラン
カップリング剤ＫＢＰ−４４を使用した。なおその他は
上記実施例３と同じ条件である。シランカップリング剤
３に対してトルエン１の割合で溶解して用いた。 このような接着剤について上記実施例と同様の強度試験
を行なったところ、第８図に示すようなデータが得られ
ている。なお第８図は宮内放置のデータとともに、比較
のために吸湿下で放置したデータを示している。すなわ
ち第５図に示すように一対の柾目材１１をクロスラップ
した状態でデシケータ内に入れて２週間吸湿させたもの
について測定した結果を示している。なおシランカップ
リング剤によって水ガラスの耐水性が向上する原理は第
９図に示されている。すなわちこのシランカップリング
剤は、水ガラスと結合する基とシラノール基と結合する
イソシアネート基の２つの基を有しているために接着力
も向上すると考えられる。 Ｋ発明の効果】 本発明の接着剤は水ガラスに添加されるイソシアネート
化合物の部数を増大させることによって耐水性を向上さ
せることが可能になり、小麦粉やＰＶＡ等の増量剤が接
着剤を耐水化するように接着助剤的に用いることができ
る。従って本発明の接着剤は、水ガラス本来の耐熱性を
生かしながら、しかも水ガラスに耐水性を与えることが
可能になり、陶磁器質タイルや木工、スレート板、パー
ティクルボード、段ボール等の接着剤として有効に利用
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る接着剤の強度の測
定を行なうためのボードの接合状態の斜視図、第２図は
強度試験結果のグラフ、第３図は接着剤の水ガラスの分
子の耐水化の構造を示す拡大正面図、第４図は第２の実
施例の接着剤の強度試験の結果を示すグラフ、第５図は
第３の実施例に係る接着剤の強度測定を行なうための柾
目材の接合状態の斜視図、第６図は同強度試験の結果を
示すグラフ、第７図はこの接着剤の水ガラスの耐水性の
原理を示す分子の拡大正面図、第８図は第４の実施例の
接着剤の強度の測定結果を示すグラフ、第９図は同接着
剤の水ガラスの耐水性の構造を示す分子の拡大正面図、
第１０図はＭＲ−１００の分子構造の平面図、第１１図
はシランカップリング剤の分子構造の平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、イソシアネート基を有する化合物を溶剤に溶解して
   水ガラスに混練するとともに、増量剤を添加して成るこ
   とを特徴とする水ガラス−イソシアネート系接着剤。