JPH04106184A

JPH04106184A - 表面処理剤

Info

Publication number: JPH04106184A
Application number: JP2224819A
Authority: JP
Inventors: Akira Umigami; 暁海上
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1992-04-08
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JP2509378B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は建築・土木分野、繊維分野、鉄鋼分野などにお
いて用いられる表面処理剤に関する。

［従来の技術］建築・土木分野、繊維分野、鉄鋼分野などにおいては、
部材に防水性を付与したり、部材の耐候性の向上を図る
ことを目的として表面処理剤が使用されている。

特に建築・土木分野においては、近年、コンクリートの
緻密性が低く、外部からコンクリート内部に水が浸透す
ることにより、コンクリートの劣化が生じ、社会問題化
している。

緻密なコンクリートが得られない一つの原因としては、
コンクリート建造物が高層化し、ポンプ輸送などの施工
方法が導入されたのに伴ない、流動性向上のため含水率
を高めたコンクリートが打設されるようになったことに
ある。

そこで、緻密なコンクリートを得るために、流動性を損
なわずに含水率を下げることのできる減水剤等の開発が
行なわれてきており、ある程度の成果を収めるに至って
いる。

しかし、これとは別に、最近では種々のトラブルの原因
となる、外部から浸透する水を遮断するために、コンク
リートの表面に塗布するだけで、コンクリートの内部に
浸透し、防水性を付与することのできる表面処理剤の開
発が活発化している。

ところで、コンクリートの防水処理に従来より用いられ
てきたものの一つである塗膜タイプの防水剤としては一
般にウレタンゴム系またはエマルジョン系防水剤が知ら
れているが、これらは、塗膜を形成するためには多量に
塗布しなければならない。またこれらは水を遮断するあ
まり水蒸気までも遮断してしまい、結露などの問題が発
生しやすいという欠点がある。さらに、塗膜であるが故
にいずれも紫外線の影響を強く受は易く耐候性が充分で
はないという問題もある。

そこで、特に耐候性の向上を図るうえで有利であると考
えられる浸透型の防水剤の開発が盛んに行われるに至っ
ている。

そして、この浸透型の防水剤としては、たとえばアクリ
ルエマルジョン系、シリコーン系、シラン系などの種々
のものが市販されている。

しかしながら、これらにおいてはいずれも一長一短があ
り、防水性を付与することはできても結露防止に充分な
透湿性を備えているものではない。

［発明の目的コ従って本発明は、上記従来の表面処理剤の欠点を解消し
、防水性、透湿性および耐候性を兼備した表面処理剤を
提供することにある。

［目的を達成するための手段］上記目的は、コロイドシリカ粒子の表面をアルキル置換
シランで撥水化してなる撥水性シリカゾルを必須成分と
して含むことを特徴とする表面処理剤によって達成され
た。

以下本発明の表面処理剤について詳細に説明する。

本発明の表面処理剤は、コロイドシリカ粒子の表面をア
ルキル置換シランで撥水化してなる撥水性シリカゾルを
必須成分として含むものである。

ここに撥水化のためのアルキル置換シランとしては、メ
チルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリ
メチルクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ジエチ
ルジクロロシラン、トリエチルクロロシラン、ビニルト
リクロロシラン、ステアリルトリクロロシラン、ジヘキ
ジルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、トリ
フェニルクロロシラン、ｎ−アミルトリクロロシラン等
のクロロシラン類；ジメチルジメトキシシラン、ジメチ
ルジェトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエ
チルジェトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシ
シラン、オクタデシルメチルジェトキシシラン、ジアリ
ルジメトキシシラン、ジアリルジェトキシシラン、ブテ
ニルメチルジメトキシシラン、ブテニルメチルジェトキ
シシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニル
メチルジェトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメ
チルジメトキシシラン、ヘプタデカフルロデシルメチル
ジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチル
トリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ｎ−
アミルトリエトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラ
ン等のアルコキシシラン類；ヘキサメチルジシラザン等
のシラザン類やこれらを加水分解して得られるヒドロキ
シシラン類が挙げられる。本発明の表面処理剤の必須成
分である撥水性シリカゾルにおいてコロイドシリカ表面
の撥水化は、コロイドシリカ粒子の表面の水酸基（−〇
Ｈ）が、上記アルキル置換シランと反応し、コロイドシ
リカ粒子の表面に撥水性アルキルシリル基（−３ｉ−Ｒ
）が結合して、これらが−〇−８ｉ−Ｒ基を形成するこ
とにより達成される。撥水性の尺度である疎水化率は、
式％式％（式中、Ｎｏ、（はコロイドシリカ粒子表面の全水酸基
数を、ＮＲ５１はコロイドシリカ粒子表面の水酸基に結
合したアルキルシリル基数を示す）によって評価される
が、この疎水化率は好ましくは１％以上である。その理
由は、１％未満であると、十分な撥水性が得られないか
らである。疎水化率は、より好ましくは３％以上、特に
好ましくは５０％以上である。上記撥水性シリカゾルは
、上述のようにコロイドシリカ粒子表面に撥水性の−０
−８ｉ−Ｒ基が形成されているので、撥水性に優れ、こ
れを含む本発明の表面処理剤に優れた防水性を与える。

本発明の表面処理剤において必須成分である撥水性シリ
カゾルは、上記アルキル置換シランて表面を撥水化した
コロイドシリカ粒子が極性有機溶媒および／または非極
性有機溶媒中に分散したものである。ここに極性有機溶
媒としては、メタノール、エタノール、プロパツール、
イソプロパツールあるいはこれらの混合物などが挙げら
れるが、これらに限定されるものではない。また非極性
有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エ
チルベンゼン、クメン、シクロヘキサン、エチルシクロ
ヘキサン、デカリン、ペンタン、ヘプタン、オクタンな
どの炭化水素、ミネラルスピリットなどの工業ガソリン
、灯油などの石油系溶剤、石油化学系溶剤あるいはこれ
らの溶剤の混合物が挙げられるが、これらに限定される
ものではない。

これらの有機溶媒を媒体とする撥水性シリカゾル中のシ
リカ濃度は好ましくは０．１重量％以上、より好ましく
は０．５重量％以上である。また撥水性シリカゾルにお
いてコロイドシリカ粒子の粒径は１１００ｎ以下である
のが好ましい。

次に本発明の表面処理剤において必須成分である撥水性
シリカゾルを製造するだめの好ましい方法について説明
する。

この方法によれは、非極性有機溶媒に分散されたシリカ
コロイドをアルキル置換シランと反応させ、コロイドシ
リカ粒子の表面をアルキル置換シランで撥水化すること
により撥水性シリカゾルが得られる。出発材料として用
いる、非極性有機溶媒に分散されたシリカコロイドは、
例えば、以下のような方法で得られる。

方法（ａ）：水分散シリカコロイドにｐＨｇ整剤を加え
てｐＨを１〜５に調整した後、非極性有機溶媒と界面活
性剤を加えてエマルジョン化後、共沸脱水することによ
り、非極性有機溶媒に分散されたシリカコロイドを得る
。

方法（ｂ）：アルコール分散シリカゾルに非極性有機溶
媒を添加した後、溶媒置換を行なうことにより、非極性
有機溶媒に分散されたシリカコロイドを得る。

先ず方法（ａ）について説明する。この方法（ａ）にお
いて用いられる水分散シリカコロイドとしては、特に制
限はなく、例えば水ガラスを用いた酸分解電解透析法、
解膠法、イオン交換法、ケイ酸エチルを用いた加水分解
法などの方法により得られたものをいずれも好適に用い
ることができる。

この水分散シリカコロイドにｐＨｎ整剤を加えて、ｐＨ
を１〜５に調整する。このｐＨａ整剤としては、硫酸、
硝酸、塩酸などの無機酸、酢酸などの有機酸のいずれを
用いても良いが、コンクリート用の表面処理用途に用い
る場合は硫酸が望ましい。用いられるｐＨ調整剤の量は
、１ｇのシリカ（Ｓ　ｉ　０２　）に対して０．００５
〜０．１０ｇである。

次に、ｐＨＭ整後の水分散シリカコロイドに非極性有機
溶媒と界面活性剤を添加してエマルジョン化する。非極
性有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、
エチルベンゼン、クメン、シクロヘキサン、エチルシク
ロヘキサン、デカリン、ペンタン、ヘプタン、オクタン
等の炭化水素、ミネラルスピリット等の工業ガソリン、
灯油等の石油系溶剤、石油化学系溶剤あるいは上記溶剤
の混合物などが挙げられる。非極性有機溶媒は、水分散
シリカコロイド中の水１ｇに対して３〜３０ｇ添加する
のが好ましい。また界面活性剤としては、例えば、アニ
オン界面活性剤、カチオン界面活性剤、エーテル型非イ
オン界面活性剤、エーテルエステル型非イオン界面活性
剤、エステル型非イオン界面活性剤、ブロックポリマー
型非イオン界面活性剤、含窒素型非イオン界面活性剤等
のノニオン界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤は、
１ｇの水分散シリカコロイドに対してｏ、　　ｏｏ。

０１〜０．１ｇ添加するのが好ましい。エマルジョン化
は、ホモジナイザー等を用いる高速攪拌により行われる
。

エマルジョン化後、エマルジョン溶液を常法により共沸
脱水することにより、非極性有機溶媒に分散されたシリ
カコロイドを得る。

次に、非極性有機溶媒分散シリカコロイドを得るための
他の方法である方法（ｂ）について説明する。この方法
（ｂ）において用いられるアルコール分散シリカゾルと
しては、市販のアルコール分散シリカゾル（特に分散媒
としてメタノール、エタノール、イソプロパツール等の
低級アルコールを用い、５ｉ０２濃度が２０重量％以上
のものが好ましい）をそのまま用いても良い。また水分
散シリカコロイドに、無機酸や有機酸などのｐＨＦ］節
剤を加えてｐＨを１〜５に調整した後、メタノール、エ
タノール、プロパツール、イソプロパツールなどの低級
アルコールを、水分散シリカコロイド１ｇ当り１０〜５
０ｇの割合で加え、次いで常法により共沸脱水して得ら
れるアルコール分散シリカゾルを用いても良い。

このアルコール分散シリカゾルに非極性有機溶媒を添加
した後、例えば共沸蒸留等により溶媒置換を行なうこと
により、非極性有機溶媒に分散されたシリカコロイドを
得る。

本発明の表面処理剤の必須成分である撥水性シリカゾル
の製造においては、上記方法（ａ）または（ｂ）で得ら
れた、非極性有機溶媒分散シリカゾルを、次いでアルキ
ル置換シランを反応させる。反応試薬として用いられる
アルキル置換シランとしては、既に記載したように、メ
チルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリ
メチルクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ジエチ
ルジクロロシラン、トリエチルクロロシラン、ビニルト
リクロロシラン、ステアリルトリクロロシラン、ジヘキ
ジルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、トリ
フェニルクロロシラン、ｎ−アミルトリクロロシラン等
のタロロシラン類；ジメチルジメトキシシラン、ジメチ
ルジェトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエ
チルジェトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシ
シラン、オクタデシルメチルジェトキシシラン、ジアリ
ルジメトキシシラン、ジアリルジェトキシシラン、ブテ
ニルメチルジメトキシシラン、ブテニルメチルジェトキ
シシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニル
メチルジェトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメ
チルジメトキシシラン、ヘプタデカルオロデシルメチル
ジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチル
トリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ｎ−
アミルトリエトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラ
ン等のアルコキシシラン類；ヘキサメチルジシラザン等
のシラザン類やこれらを加水分解して得られるヒドロキ
シシラン類が挙げられる。

このシリカコロイドとアルキル置換シランとの反応は、
反応温度を非極性有機溶媒の沸点にして加熱還流下に行
なうのが好ましい。加熱還流時間は、通常１〜８時間で
ある。この加熱還流により、コロイドシリカ粒子の表面
の水酸基（−ＯＨ）が、上記アルキル置換シランと反応
し、シリカ粒子の表面に撥水性アルキルシリル基（−３
ｉ−Ｒ）が結合して、−０−３ｉ−Ｒ基を形成すること
により、コロイドシリカ粒子の表面が撥水化される。

上述の方法により得られた撥水性シリカゾルは、非極性
有機溶媒を用いて得られたものであるので、非極性有機
溶媒を分散媒とするものである。分散媒が極性有機溶媒
である撥水性シリカゾルを得ようとする場合には、上記
非極性有機溶媒を分散媒とする撥水性シリカゾルに次の
ような処理を行なえば良い。すなわち、非極性有機溶媒
を分散媒とする撥水性シリカゾルを加熱して非極性有機
溶媒を揮発させた後、極性有機溶媒を加えて極性有機溶
媒を分散媒とする撥水性シリカゾルを得る。

また分散媒が非極性有機溶媒と極性有機溶媒との混合物
である撥水性シリカゾルを得ようとする場合には、上記
非極性有機溶媒を分散媒とする撥水性シリカゾルに、メ
タノール、エタノール、プロパツール、イソプロパツー
ルなどの極性有機溶媒を添加すれば良い。

本発明の表面処理剤は、上記の撥水性シリカゾルに、必
要に応じて希釈溶剤、樹脂、ろう状物質等を添加するこ
とができる。

稀釈溶剤としては、エタノール、イソプロパツールなど
のアルコール類、酢酸エチルなどのエステル類、メチル
エチルエーテルなどのエーテル類、トルエンなどの芳香
族炭化水素類、石油系溶剤、水などが挙げられるが特に
限定されるものではない。希釈溶剤の添加量はシリカ（
Ｓ　ｉ　Ｏ１＋）に対して０．　１重量％以上、好まし
くは１重量％以上である。水を希釈溶剤として用いると
きは界面活性剤で乳化して用いるのが好ましい。

また樹脂としては、アクリル系、ポリエステル系、塩化
ビニル系、ブタジェン系樹脂などが挙げられるが特に限
定されるものではない。樹脂の添加量はシリカ（Ｓ　ｉ
　０２　）に対して０．１重量％以上、好ましくは１重
量％以上である。

さらにろう状物質としては、ワックスなどに用いられる
ものであれば、特に限定されるものでない。ろう状物質
の添加量は、シリカ（Ｓ　ｉ　Ｏ２）に対して０．１重
量％以上、好ましくは１重量％以上である。

本発明の表面処理剤が適用される部材としては、コンク
リ−１・、モルタル、木材、繊維、鋼材等が挙げられる
が、これらに限定されるものではない。

本発明の表面処理剤は特にコンクリート用の表面処理剤
として使用するのが好ましい。

本発明の表面処理剤の部材への適用は、ローラハケ、ス
プレーなどを用いて行なうのが好ましいが、これらの方
法に限定されるものではなく、例えば浸漬法を採用して
も良い。

後述の実施例からも明らかなように、本発明の表面処理
剤は、優れた防水性、透湿性および耐候性を兼備するも
のである。

［実施例］以下、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例１）表面処理剤の製造市販の水分散シリカコロイド（触媒化成製５２０Ｌ、５
ｉ０２濃度２０％）５０ｇに濃硫酸０゜１ｇを滴下混合
し、ｐＨ３に調整した。この溶液にポリエチレングリコ
ールモノセチルエーテル０゜１ｇ、ｎ−へブタン３７０
ｇを加え、ホモジナイザーで１０分間攪拌混合してエマ
ルジョン溶液を調製した。このエマルジョン溶液を攪拌
機と蒸留装置付きの１１の三ロフラスコに入れ、連続攪
拌下で共沸脱水を行なった。ｎ−へブタンの沸点（９８
，４°Ｃ）になった時点で蒸留を止め、ｎ　−ヘプタン
分散シリカゾル溶液を得た。この時の水分を測定したと
ころ０．　５ｗｔ％であった。

この溶液に反応試薬であるオクタデシルメチルジメトキ
シシラン６．５ｇを添加し、連続攪拌下で加熱還流を４
時間行なうことにより、シリカ粒子の表面の水酸基と反
応試薬とを反応させて、撥水性シリカゾル１５０ｇを得
た。得られた撥水性シリカゾルの５ｉ０２濃度は６．７
重量％、疎水化率は９５％、光散乱法で測定したシリカ
粒径は４０ｎｍであった。この撥水性シリカゾルの１ｇ
をＪＩＳ　　１−３モルタル板に塗布し乾燥後、０．０
３ｃｃの水を垂らしたところ、水をはじき優れた撥水性
を示した。

上で得られた撥水性シリカゾルｌ１ｇにイソプロパツー
ル４９．５ｇを加え、表面処理剤を得た。

この表面処理剤中の有効成分（撥水性シリカ）濃度は２
重量％であった。

防水性試験上で得られた表面処理剤をＪＩＳ　　ケイ酸カルシウム
板（１００Ｘ１００ｘ６ｍｍ）に、塗布量が０．５．１
．０．２．０．３．０．５．０ｇとなるようにそれぞれ
塗布し、２４時間乾燥後、ＪＩＳ　　Ａ　　６９１０に
従って透水率を測定し、防水性を評価した。

なお、対照として、表面処理剤を塗布しないＪＩＳ　　
ケイ酸カルシルム板についても同様に透水率を測定した
。結果は表−１に示す。

表−１表−１より、本発明の表面処理剤を塗布することにより
、透水率が大幅に減少し防水性に優れていることが確認
された。

透湿性試験上で得られた表面処理剤をＪＩＳ　　１−３モルタル板
（８０φＸ２０ｍｍ）に、塗布量が０．５．１．０．２
．０．３．０および５．０ｇとなるようにそれぞれ塗布
し、２４時間乾燥後、ＪＩＳＺ　２０８に従って透湿率
を測定し、透湿性を評価した。

なお、対照として、表面処理剤を塗布しないＪＩＳ　１
−３モルタル板についても同様に透水率を測定した。結
果は表−２に示す。

表−２示す”。

表−３表−２より、本発明の表面処理剤を塗布しても透湿率は
わずかに低下するだけであり、透湿性が保持されている
ことが確認された。

促進耐候性試験上で得られた表面処理剤をＪＩＳ　　ケイ酸カルシウム
板（１００Ｘ１００Ｘ６ｍｍ）に、３ｇ塗布し、２４時
間乾燥後、ＪＩＳ　　Ｋ　　１４１５に従って促進耐候
性試験を行なった。結果は表−３に表−３より、試、験
時間か１５０時間の時点では、透水率が試験時間が０時
間の時と全く変わらず、試験時間が５００時間および１
０００時間でも透水性がわずかに上昇するのみで、耐候
性に優れていることが確認された。

接触角測定上記の促進耐候性試験後の試験板に０．０３ｃｃの水を
垂らし、その接触角を写真撮影法により測定した。なお
、対照として表面処理剤を塗布しないＪＩＳ　　ケイ酸
カルシウム板に同様に０．０３ＣＣの水を垂らしその接
触角を測定した。結果は表４に示す。

表−４表−４より、促進耐候性試験後においても接触角の急激
な低下はなく、撥水性が長期間保持されることが確認さ
れた。

（実施例２）市販のイソプロパツール分散シリカコロイド（触媒化成
製０８ＣＡＬ　　１４３２．５ｉ０２濃度３０％）３：
３．３ｇにトルエン３００ｇを加え共沸蒸留により溶媒
置換を行ない、トルエンの沸点（１１０℃）になった時
点で蒸留を止めトルエン分散シリカゾルを得た。

この溶液に水０．８ｇ、反応試薬であるオクタデシルメ
チルジメトキシシラン６．５ｇを添加し、連続攪拌下で
加熱還流を４時間行なうことにより、シリカ粒子の表面
の水酸基と反応試薬とを反応させて、撥水性シリカゾル
１５０ｇを得た。得られた撥水性シリカゾルの５ｉ０２
濃度は６．７重量％、疎水化率は９７％、光散乱法で測
定したシリカ粒径は４５％ｍであった。この撥水性シリ
カゾルの１ｇをＪＩＳ　　１−３モルタル板に塗布し乾
燥後、０．０３ｃｃの水を垂らしたところ、水をはじき
優れた撥水性を示した。

この表面処理剤中の有効成分（撥水性シリカ）濃度は２
重量％であり、た。

得られた表面処理剤について、実施例１と同様に防水性
試験、透湿性試験および促進耐候性試験並びに接触角測
定を行ない、実施例１と同様の優れた結果が得られた。

（実施例３）市販の水分散シリカコロイド（触媒化成製Ｓ−２ＱＬ、
５ｉ０２濃度２０％）５０ｇに濃硫酸０゜１ｇを滴下混
合し、ｐＨ３に調整した。この溶液にイソプロパツール
３０ｏｇを加え、連続攪拌下で共沸脱水を行なった。２
００ｇ留出した時点てイソプロパツール２００ｇを加え
再び共沸蒸留を行なうという操作を３回繰り返しイソプ
ロパツール分散シリカゾル１５０ｇを得た。この溶液に
トルエン３００ｇを加え共沸蒸留により溶媒置換を行な
い、トルエンの沸点（１１０°Ｃ）になった時点て蒸留
を止めトルエン分散シリカゾル溶液を得た。この溶液の
水分を測定したところ０．　４ｗｔ％であった。

この溶液に反応試薬であるオクタデシルメチルジメトキ
シシラン６．５ｇを添加し、連続攪拌下で加熱還流を４
時間行なうことにより、シリカ粒子の表面の水酸基と反
応試薬とを反応させて、撥水性シリカゾル１５０ｇを得
た。得られた撥水性シリカゾルの５ｉ０２濃度は６．７
重量％、疎水化率は９６％、光散乱法で測定したシリカ
粒径は４１ｎｍであった。この撥水性シリカゾルの１ｇ
をＪＩＳ　　１−３モルタル板に塗布し乾燥後、０．０
３ｃｃの水を垂らしたところ、水をはじき優れた撥水性
を示した。

この表面処理剤中の有効成分（撥水性シリカ）濃度は２
重量％てあった。

得られた表面処理剤について、実施例］と同様に防水性
試験、透湿性試験および促進耐候性試験並びに接触角測
定を行ない、実施例１と同様の優れた結果が得られた。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、優れた防水性、透湿
性および耐候性を兼備する表面処理剤が提供された。本
発明の表面処理剤は、建築・土木分野、繊維分野、鉄鋼
分野などにおいて、部材の表面処理のために好適に用い
られる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コロイドシリカ粒子の表面をアルキル置換シラン
で撥水化してなる撥水性シリカゾルを必須成分として含
むことを特徴とする表面処理剤。
（２）撥水性シリカゾルが、非極性有機溶媒に分散され
たシリカコロイドをアルキル置換シランと反応させ、コ
ロイドシリカ粒子の表面をアルキル置換シランで撥水化
することにより得られたものである、請求項（１）に記
載の表面処理剤。