JPH09118873A

JPH09118873A - 封止目的に用いる水ガラスを基材とする材料および水ガラス材料を硬化させる方法

Info

Publication number: JPH09118873A
Application number: JP8228162A
Authority: JP
Inventors: Rudolf E Schanze; ルドルフ・エー・シャンツェ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1997-05-06
Also published as: EP0760353A1; US5795104A

Abstract

(57)【要約】【課題】可使時間を容易にコントロールできる水ガラ
スを基材とする材料の提供。【解決手段】２．１〜４のＳｉＯ₂ ／アルカリ金属ケ
イ酸塩のモル比を有するアルカリ金属ケイ酸塩水ガラス
と、即効性有機硬化剤および硬化遅延剤とを含有する材
料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプラインおよ
び容器を封止し、地盤を安定化し、材料および物品を被
覆または含浸し、成形品を製造するための水ガラスを基
材とする材料、水ガラスを基材とする材料を硬化させる
方法ならびに水ガラスを基材とする材料の用途に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】空洞中でダウエル栓などを固定するよう
な材料が、例えば、全体を本願開示に引用例として含め
る欧州特許公開第０６４１７４８号公報に記載されてい
る。この明細書に記載された、パイプラインの漏れを封
止するために用いるこの材料の欠点は、１５分以上の比
較的長い可使時間、さらなる活性の高い反応体、例えば
微粒状シリカ（ＳｉＯ₂ ）もしくはアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）および充填材の存在の必要性、ならびに様々な可使
時間を得ることが困難であり、常に満足に再現できるわ
けではないという事実であることがわかった。そのう
え、水ガラス成分中の、意図的に低く選択され、アルカ
リ金属酸化物に対して１．４〜２の範囲にあるＳｉＯ₂
の比率は、本発明の用途、特に、二段階法による用途に
は不都合である。

【０００３】欧州特許公開第３４５３６４号公報は、地
盤ならびにタンクおよび下水管をはじめとする構造物の
強度および不浸透性を改良する方法を記載している。こ
の特許には、高い水ガラス含量（乾燥物質の約１５〜４
０重量％）を有することに加え、少なくとも部分的に
（少なくとも１０容量％）有機である媒質中に分散し
た、シリカゾル約５〜５０重量％（乾燥物質）を含有す
る水ガラスを基材とする材料を使用している。エステ
ル、ジアセタール、アミドおよび例えば炭酸プロピレン
が有機媒質の例として挙げられている。この発明の欠点
は、とりわけ、どのような手段によって可使時間の予測
しうる変化を達成できるかが決して当業者には明白では
ないということにある。さらには、本発明による、シリ
カゾルの添加が想定されてもしないし望まれてもいな
い。

【０００４】フランス国特許第１，６００，２９８号明
細書は、砂地盤を安定化させ、そのような地盤を水に対
して不浸透性にするための改良された水ガラスを基材と
する組成物を開示している。しかし、この特許には、鉱
酸、例えば塩酸、硫酸またはリン酸と、有機試薬、例え
ばホルムアミド、酢酸イソプロピルもしくはイソブチル
またはグリコールモノクロロヒドリンとの混合物が硬化
剤として使用されている。水ガラス材料の上記使用目
的、ならびに、本発明による、場合によっての、例えば
コンクリートまたは鋳鉄の下水管およびパイプラインを
封止するための水ガラス成分と硬化剤との別個の連続的
使用を考慮すると、このような腐食性の成分の使用は危
険であり、したがって望ましくない。そのうえ、フラン
ス国特許第１，６００，２９８号明細書は、１２分から
３時間超までの長い可使時間を有する水ガラス材料を開
示している。しかし、本発明によると、秒単位の可使時
間が望まれ、必要である。しかし、この教示は、フラン
ス国特許第１，６００，２９８号明細書では伝えられて
いない。

【０００５】米国特許第４，０５６，９３７号明細書
は、地盤または地下水を汚染することなく地盤を安定化
するための注入方法を記載している。従来の適用形態と
は対照的に、まず硬化成分および／またはゲル化変性剤
を用意し、次に水ガラス成分を計量するならば、主にこ
の目的は達成される。これは、pHが強アルカリ性範囲に
陥ることを防ぐ。米国特許第４，０５６，９３７号明細
書はさらに、秒単位から時間単位までの範囲のゲル化時
間が達成される当惑するほどの数の例を示している。し
かし、本発明にしたがって適用した場合の主な欠点は、
米国特許第４，０５６，９３７号の水ガラス材料はすべ
て８０重量％以上の水分含量を有していることにある。
乾燥物質としての水ガラスを基準にすると、水分含量
は、水ガラス１００重量部あたり５００〜７３００重量
部である。このような高い水分含量は、この高い水分含
量によって低い材料粘度がもたらされるため、パイプラ
インの漏れを封止するための利用を事実上不可能にする
か、少なくとも、薬品類の多大な損失を招くと同時に相
当な環境汚染をもたらす。それは明らかに望まれず、し
たがって、本発明において避けようとすることである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】既知の水ガラスを基材
とする材料のこれらの欠点は、今や、本発明の材料の種
々の実施態様により、うまく解消することができる。

【０００７】シリカとアルカリ金属酸化物との適切なモ
ル比の選択により、使用する特定の水ガラスのタイプ、
すなわち、ナトリウム水ガラスか、カリウム水ガラス
か、リチウム水ガラスか、またはそれらの混合物かに依
存して、後続の処理、硬化および耐性化の基礎はすでに
敷かれている。異なるタイプの水ガラスは異なる挙動を
示す。例えば、純粋なナトリウム水ガラスは、本発明に
よる硬化剤混合物の１種を用いると、数秒でゲル化し始
めるが、カリウム水ガラスの場合、同じ硬化剤混合物を
用いても、硬化には数分を要することがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の材料は、本質的
には、水ガラス成分Ａおよび硬化剤成分Ｂからなる二成
分系である。成分Ａは、２．１〜４のＳｉＯ₂ ／アルカ
リ金属酸化物のモル比を有する純粋に無機のアルカリ性
水ガラスを含む。純粋なケイ酸ナトリウム、カリウムも
しくはリチウムを使用してもよいし、それらの成分２種
または３種の混合物を使用してもよい。しかし、価格の
安さ、より急速な硬化および本発明の条件でのより良い
加工性のため、ケイ酸ナトリウムが好ましい。同じく本
発明に必須であることは、特に封止の目的の用途に特に
有利である特徴的な粘着性および良好な流動挙動を本発
明の材料に与える、１０〜６０重量％の比較的低い全水
分含量および７〜４２重量％の範囲の高いシリカ含量で
ある。シリカ含量は、材料の組成および使用目的に依存
して、これらの制限の範囲で異なってもよい。例えば、
所望の効果を達成するのに、添加物を含まない水ガラス
材料の場合には、高めのシリカ含量が一般に有利であ
り、比較的多量の、例えば充填材、潤滑剤などをさらに
含有する水ガラス材料の場合には、一般に低めのシリカ
含量で十分である。

【０００９】しかし、用途によっては、前記範囲内でシ
リカ含量に対してさらなる適合を加える必要があるかも
しれない。これは、例えば、周囲にある水によって希釈
効果が生じるかもしれない用途や、例えば材料の被覆、
成形品の製造または地盤安定化のために二成分系を実用
の直前に混合するような用途でときおり求められるかも
しれない。

【００１０】水ガラス成分（成分Ａ）を、２０〜１００
mPa・s （２０℃）の範囲、例えば封止目的に使用する場
合、有利には約４０〜６０mPa・s 範囲の低い粘度に調節
するならば、材料の加工および使用が容易になる。特に
二段階適用処理において、そのような低い粘度は、Ａ成
分を、微細な亀裂および非常に小さな漏れの中にさえ浸
透させることができる。

【００１１】室温、または例えば下水管の封止の用途に
通常あてはまるような−１０℃〜＋４０℃、好ましくは
＋５℃〜＋２５℃の処理温度範囲での硬化は、硬化剤の
使用によってしか達成することができない。したがっ
て、本発明の材料は、成分Ｂとして、硬化剤として作用
する少なくとも２種の異なる化合物を含有する。これら
の硬化剤のタイプおよび量が、製品および材料の加工品
質に対して決定的な影響を及ぼす。数多くの実質的に経
験的な実験の後のそれらの発見が、以下に開示する本発
明の水ガラス材料の組成に相当に寄与した。

【００１２】目的の用途の場合、少なくとも１種の即効
性硬化剤と、硬化遅延剤の機能を果たす、より遅く作用
する少なくとも１種の他の硬化剤との混合物が最良の結
果をもたらすことが見いだされた。本明細書中「即効性
硬化剤」とは、約５〜約６００秒の間に水ガラスをゲル
化させることができる硬化剤をいい、「より遅く作用す
る硬化剤」または「硬化遅延剤」とは、単独で使用され
た場合、ゲル化過程が始まるのに１０分超を要する硬化
剤をいうものと理解されよう。

【００１３】水ガラスの強アルカリ性作用の下で、シリ
カよりも強い酸を放出し、コロイドシリカを、それらの
アルカリ金属塩を形成しながら沈殿させる塩またはエス
テルが、高い強度を有する生成物をもたらすということ
が既知である。これらのいくつか、特に環式炭酸エステ
ル、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレンおよび炭酸ブ
チレン（炭酸はシリカよりも強い酸である）はまた、本
発明の即効性硬化剤としても好適である。これらは、個
々に使用することもできるし、互いどうしの種々の混合
物として使用することもでき、したがって、特に、ゲル
化が始まるまでの達成可能な反応時間の下限、すなわち
最短の可使時間または硬化相の最速の始まりを決定す
る。しかし、それに加えて、これらはまた、材料の加工
または使用中の気泡の形成に影響したり、気泡を生じさ
せたりして、この点でもまた、即効性硬化剤の選択に少
なからず役割を演じる。

【００１４】しかし、本発明によると、前記および他の
エステルおよび塩に加えて、親構造が炭酸エステルに非
常に類似しているラクトン（例えばγ−ブチロラクト
ン）およびラクタム（例えばε−カプロラクタム）を、
無機または有機酸ならびに無水物、ニトリル、アミドお
よび酸塩化物と同様、即効性硬化剤としてうまく使用す
ることができる。

【００１５】本発明に関して重要であることは、即効性
硬化剤の作用による、ゲル化が始まるまでの非常に短い
反応時間（約１０秒〜数分の範囲）を、制御された再現
可能な方法で延長できることである。このような反応時
間の制御は、主に、即効性硬化剤の作用を減速させる少
なくとも１種の硬化遅延剤の添加によって達成される。

【００１６】原則的に、所望の可使時間の変動または確
立は、単に、即効性硬化剤および硬化遅延剤の適切な選
択によって達成することができるが、選択される即効性
硬化剤と硬化遅延剤との相対量または重量比の所定の変
化がより高い精度および信頼性を与える。水ガラスのタ
イプおよび即効性硬化剤と硬化遅延剤との選択した組み
合わせに依存して、互いの比率を１：０．０５〜１：５
０（硬化剤：硬化遅延剤）の範囲に調節すると、所望の
可使時間を保証することができる。

【００１７】即効性硬化剤が選択されるものと同じ群か
ら選ばれる、より遅く反応する化合物を、好適な硬化遅
延剤としてうまく使用することができる。しかし、ジカ
ルボン酸のジアルキルエステル、例えばコハク酸ジメチ
ル、グルタル酸ジメチルおよび／またはアジピン酸ジメ
チルの使用が、多くの場合に特に有用であることがわか
った。

【００１８】主成分の水ガラス、硬化剤および硬化遅延
剤に加えて、本発明の材料は、さらなる成分、例えば液
化剤、チキソトロープ剤、潤滑剤、充填材、消泡剤など
をさらに含むこともできる。

【００１９】水ガラスを基材とする材料の非常に良好な
流動特性が満足のいく処理のために求められる場合、例
えば、比較的小さな漏れを封止する場合、Ｂ成分も同様
にきわめて低い粘度を有するように本発明の材料の組成
を選択すべきである。そのような場合、１〜１０mPa・s
の範囲の動的粘度がＢ成分に有利であることがわかっ
た。４〜６mPa・s の範囲の動的粘度が、本発明の、硬化
剤と硬化遅延剤との大部分の混合物について所望の成果
につながる。

【００２０】水ガラス材料のゲル化時間を、例えば秒単
位で、特定の場合に最適に調節することには相当な利点
があり、充填材は望ましくないかもしれない。

【００２１】環式炭酸エステル、特に炭酸エチレン、炭
酸プロピレンおよび炭酸ブチレンは、比較的よく知られ
ている反応挙動および入手しやすさのため、多くの用途
で選択される即効性硬化剤であり、単独で、またはそれ
らの炭酸塩の少なくとも２種の混合物として使用され
る。これらは、もっとも即効性の硬化剤のうちに入り、
したがって、特に短い反応時間では、硬化遅延剤（単独
もしくは複数）よりも実質的に高い比率で組成中に存在
する。

【００２２】本発明のさらなる実施態様によると、コハ
ク酸ジメチル１５〜２５重量％、グルタル酸ジメチル５
５〜６５重量％およびアジピン酸ジメチル１２〜２３重
量％を含む、同様に市販されている混合物を硬化遅延剤
として使用する。このカルボン酸ジアルキルの混合物
（以下、ＤＡＣ混合物という。）は、特に、即効性硬化
剤としての炭酸プロピレン単独と組み合わすと、非常に
正確に可使時間を調節可能である点できわめて有利であ
ることがわかった。さらには、ＤＡＣ混合物を炭酸プロ
ピレンと組み合わせて用いると、粘性挙動を容易に制御
し、炭酸エチレンを使用する場合に比べ、気泡の形成を
実質的に少なく抑制することができる。

【００２３】大部分の用途において、水ガラス成分１０
０重量部（pbw ）（固体、すなわち乾燥物質として計
算）を基準にして、水約９０〜３５０pbw と、硬化遅延
剤を含む硬化剤１５〜１２５pbw との組成を有する本発
明の材料が所望の結果につながる。一段階適用の場合、
最良の濃度範囲は、好ましくは、水ガラス乾燥物質１０
０pbw あたり水１５０〜２３０pbw および硬化剤／硬化
遅延剤２５〜７５pbw に限定されうる。

【００２４】また、例えば比較的大きな建築現場の場
合、または、本発明の材料を現場で加工するのに利用で
きる器具のため、Ｂ成分の構成要素、すなわち硬化剤お
よび／または硬化遅延剤を、液体ではなく、粉末形態ま
たは疑似粉末形態で使用することが可能であり、用途に
よっては有利でもある。このためには、液状硬化剤およ
び／または硬化遅延剤を好適な担体物質、例えばSIPERN
AT（登録商標）上にコロイドシリカとして吸着させる。
その場合、当然、硬化剤および／または効果遅延剤の濃
度を選択する際に、追加的に導入される担体物質（希釈
効果がある）の量を適切に考慮しなければならない。担
体物質と硬化剤および／または効果遅延剤との比率は、
例えば５０：５０であってもよく、その場合、所望の量
の硬化剤／効果遅延剤を得るためには、粉末の量の２倍
を使用しなければならない。

【００２５】材料の固体含量を増したり、即効性硬化剤
に対するＤＡＣ混合物の比率を高めたりすることによ
り、通常、混合物の粘度が増大する。したがって、多く
の場合、本発明の材料の最初に述べた粘度および流動特
性を保証するためには、液化剤を加えることが有利であ
ったり、必要であったりすることもある。加えて、液化
剤は、充填材に対する水ガラスの比率を減らすことを保
証する。より高い充填材の含量は、結果的に、収縮を小
さくし（比較的大きな漏れを封止する際に特に有利であ
る）および強度を高める。

【００２６】反対に、他の場合には、現場での加工のた
めに、例えば、平坦でない面の場合の流去もしくは逆流
または滴下を防ぐために、非常に低い粘度に調節してあ
る材料をチキソトロープ剤によって安定化して、所望の
生成物特性を達成することが逆に有利である。しかし、
材料中の液化剤とシンナとの同時の存在が、例えば頭上
作業において有利である用途もある。

【００２７】用途およびさらなる添加物の所望の含量に
依存して、液化剤は、水ガラス（乾燥物質）１００pbw
を基準にして、０〜１１５pbw 、好ましくは約１０〜６
０pbw の量で有利に使用され、必要ならば、チキソトロ
ープ剤を、０〜１１５pbw 、好ましくは約２０〜８５pb
w の量で使用する。必要ならば、消泡剤、潤滑剤、着色
剤および／または充填材のような添加物０〜５７０pbw
を加えてもよい。

【００２８】例えば、同じく市販されているシランエマ
ルション、例えばDegussa 社によってWS 431の商品名の
下で販売されているシランエマルションが液化剤として
有用であることがわかった（シリコーンエマルションは
これほど有利ではない。乾燥特性に劣り、付着性を落と
す）。他方、ベントナイト、好ましくはアルカリ性条件
の下で活性化されたベントナイト、例えば、Sud-Chemie
社（ミュンヘン）によって商品名OPTIGEL （登録商標）
の下で製造されているチキソトロープ性の高いゲル化剤
（白色のさらさらした粉末）が、多くの場合に特に有利
なチキソトロープ剤であることがわかった。

【００２９】さらなる実施態様では、本発明の材料はま
た、潤滑剤約１５〜８５pbw 、好ましくは約４０〜６０
pbw を含有する。今日使用されるグリコールまたは界面
活性剤（液化または粘度低下を促進する）は、完成した
混合物の耐水性を損なうため、不利である。他方、非常
に微細に分散した二酸化チタンの添加が、おそらくは強
アルカリ性媒質中で形成されるチタン酸塩のため、特に
好都合であることがわかった。この添加は、例えばパイ
プライン中の材料の滑動を容易にし、また、完成した混
合物を混合装置、貯蔵容器またはカートリッジから押し
出すことをも容易にする。

【００３０】場合によっては、短めの反応時間に加え
て、例えば地盤安定化のためのより高い強度を達成した
り、建造資材を被覆するための特定の製品性質を達成し
たり、そのような材料から例えば従来のプラスチック加
工法によって製造することができる成形品に特定の物理
的性質を付与したりするために、１種以上の充填材を本
発明の材料に加えることが有利である。このように、押
出し成形または射出成形の際に水ガラス材料中に形成す
る空洞を、比較的粗い、例えば０．４mmの粒径のケイ砂
と、石英微粉末（特に石英粉末W6）との混合物によって
より適切に充填すると、密で中実な、本質的に非発泡の
成形品を製造できるようになる。充填材の量は、有利に
は、水ガラス乾燥物質１００pbw を基準にして約５０〜
５７０pbwの範囲で変動する。

【００３１】また、今日普通に使用される、例えば０．
１〜０．２５mmの粒径を有するケイ砂は、粒径が小さ過
ぎ、収縮する傾向があるが、０．４mmの大きめの粒子な
らば、のりがよくなり、ひいては、圧伸強度が増大す
る。しかし、大きめの粒でさえ、漏れの完全な充填を十
分に保証するわけではないため、それほど適していると
もいえない。

【００３２】粗粒充填材と微粒充填材との比率は、それ
ぞれの用途および使用する水ガラスのタイプに合わせる
べきである。例えば純粋なカリウム水ガラスの場合、ケ
イ砂と石英粉末との７：１の比率がいくつかの用途には
有利であり、ナトリウム／カリウム水ガラスを使用する
場合には、７：５の比率が有利であることがわかってい
る。

【００３３】本発明は、本明細書に記載する材料の調製
および硬化の方法に関する。原則的に、水ガラス材料
は、使用の現場に依存せずに、完全に混合されることが
でき、その後で初めて、原則として可使時間内で、加工
（例えば成形）したり、処理したり、適当な方法で使用
したりすることができ（一段階処理）、あるいは、通常
は使用の現場で直接、二成分系の成分を互いに別々に供
給し、反応させる（二段階処理）。水ガラス成分および
硬化剤成分の別個の導入は、同時に実施することもでき
るし、順次に実施することもできる。順次に導入する場
合、好ましくは、まず水ガラス成分を導入し、次に硬化
剤成分を加える。

【００３４】一段階処理においては、まず、２．１〜４
のＳｉＯ／アルカリ金属酸化物のモル比を有し、好まし
くは２０〜１００mPa・s の粘度（２０℃）を有する、好
ましくは純粋なナトリウム水ガラスである水ガラス成分
Ａを、場合によっては、攪拌しながら、および／または
液化剤および場合によってはさらなる添加物、例えばチ
キソトロープ剤、潤滑剤、充填材、消泡剤および／また
は他の添加物とともに用意し、次に、エステル、ラクト
ン、ラクタム、無機もしくは有機酸、無水物、ニトリ
ル、アミドおよび酸塩化物からなる群より選択される少
なくとも１種の即効性有機硬化剤、好ましくは、炭酸エ
チレン、炭酸プロピレンおよび炭酸ブチレンからなる群
より選択される少なくとも１種の環式炭酸エステルを有
する成分Ｂを加え、場合により、Ｂ成分の一部として、
同じ群より選択される少なくとも１種の他の遅く作用す
る硬化剤、好ましくは少なくとも１種のカルボン酸ジア
ルキル、特にコハク酸ジメチル、グルタル酸ジメチルお
よび／またはアジピン酸ジメチルを、場合によっては、
わずかな過圧下に、および／または比較的激しく攪拌し
ながら、硬化遅延剤として即効性硬化剤に加えて、１０
〜６０重量％の全水分含量および７〜４２重量％、好ま
しくは１２〜２４重量％のシリカ含量が得られ、塊が、
その組成に典型的な反応時間（可使時間）内に、選択し
た反応条件下、特に反応温度下で自然にゲル化し、硬化
するようにする。

【００３５】二段階処理では、一般には攪拌を完全に省
き、代わりに、まず成分Ａを、場合によって前記の添加
物とともに、例えば修復するパイプライン、オイルタン
クもしくは水タンク中に、または多くの地盤安定化用途
において、わずかな過圧下に用意する。次に、Ｂ成分、
すなわち硬化剤および場合によって硬化遅延剤を同じ方
法で、好ましくは再度わずかな過圧下で加えて、Ａおよ
びＢ成分の可能な最高の浸透を可能にし、安定で永久的
な漏れの封止または圧密な地盤の安定化を達成する。

【００３６】驚くべきことに、Ｂ成分とはじめに用意し
たＡ成分との接触の結果、より深い層への硬化剤の浸透
を妨げるかもしれない一番上の層の硬化がすぐには起こ
らず、硬化剤成分が水ガラスの後から「クリープ」し、
それにより、深いところでの所望の作用および安定な漏
れの封止または地盤安定化を可能にすることが見いださ
れた。

【００３７】特に、漏れている下水管パイプもしくは他
のパイプライン、パイプライン接続部および漏れている
容器、特に地盤もしくは石積みと直接的に接しているも
のを封止するために水ガラス材料を調製し、硬化させる
本発明の方法の特別な実施態様は、成分Ａを、場合によ
っては、液化剤および／またはさらなる添加物、例えば
チキソトロープ剤、潤滑剤、充填材および／または他の
添加物とともに、０．５〜２mH₂Oの過圧下で、パイプラ
イン、下水管または容器の、好ましくはその遮断された
領域に導入する工程；所望の待ち時間ののち、過剰の材
料を除去する工程；パイプラインまたは下水管に水を流
して、Ａ成分の望ましくない残渣をパイプライン、下水
管または容器の内面から除去する工程；多くの場合、成
分Ｂ、すなわち硬化剤および場合によっては硬化遅延剤
を、所与の状況および必要性に依存して、０．５〜２mH
₂Oの過圧下で、パイプラインまたは下水管に導入する工
程；所望の待ち時間ののち、過剰の材料を除去する工程
とを含み、材料が、その組成に典型的な反応時間（可使
時間）内に、選択した反応条件下で自然にゲル化し、硬
化し、漏れが、耐薬品性であるような方法で永久的に封
止されるようになる。

【００３８】漏れを封止するためのこの二段階法によ
り、パイプ、下水管または容器から環境への液体の望ま
しくない漏出または、逆に、漏れるパイプまたは容器へ
の環境からの液体の浸透を効果的かつ永久的に防ぐこと
ができる。この処理は、好ましくは、今日既知であるす
べての系を使用できるわけではないところ、特に、約１
５０mm未満の呼称直径（＜ＮＤ）を有するパイプ、屈曲
部、工場ホールの下、工場廃水区域の中などで使用する
ことができる。したがって、すべての公知のパイプ材
料、例えば石器、コンクリート、繊維セメント、ＰＶ
Ｃ、鋳鉄などを封止することが可能である。この処理
は、縦方向および半径方向の亀裂を封止し、漏れるパイ
プ接続部（例えばスリーブ）、封止がなくなっていると
ころおよびパイプ系中の同様な漏れを充填するのに特に
適している。封止材料は、硬化したのちでさえ、一定の
限界までは可撓性を維持し、その結果、比較的小さな機
械的引張りおよび／または圧縮荷重ならびに振動が封止
を損傷することはない。

【００３９】この処理は、地盤または石積みと直接的ま
たは間接的に接し、または一部もしくは全体がその中に
埋め込まれている、漏れる容器、例えばボイラおよびタ
ンク（例えばオイルタンク、水タンク、他の液体容器お
よび場合によってはガス容器）、立て坑、プール、池な
どを修復するのにも同様な方法でうまく使用することが
できる。

【００４０】固体に対する水分含量を減らしたり、硬化
剤および効果遅延剤の濃度を増したり、温度を高めたり
することにより、ゲル化の開始までの反応時間を短縮す
ることができる。このような手段は、例えば、非常に速
やかに完了しなければならない封止処理に非常に有利で
ある。場合によっては、Ａ成分とＢ成分とを混合した際
の化学反応の結果、相当な熱が発生し、反応をさらに促
進するかもしれない。

【００４１】可使時間を変化させる、例えば短縮するた
めの、大部分の場合に適用されるさらに可能な方法は、
すでに上述したように、即効性硬化剤に対する硬化遅延
剤の比率を変化させる、例えば減らすことを含む。この
方法の利点は、主として、実事上わずか１種のパラメー
タ、すなわち硬化剤と効果遅延剤との比率という、理解
しやすく、明白に定義される変動による、可使時間の調
節の信頼性にある。種々の可能性（例えば、温度、硬化
剤の濃度、全固体含量、水分含量、硬化剤と効果遅延剤
との比率）の組み合わせは、特定の状況下で、処理の再
現性の劣化につながるおそれもある。

【００４２】一段階処理または二段階処理の可能な実施
態様の一つにおいて、硬化剤／効果遅延剤成分は、液形
態では使用されず、粉末形態で使用される。これは、好
適な担体とそれぞれ硬化剤および／または効果遅延剤と
の混合物であってもよい。SIPERNAT（登録商標）が、硬
化剤／硬化遅延剤との５０：５０重量％の混合物におい
て担体として有用であることがわかった。

【００４３】さらなる実施態様では、本処理は、水ガラ
ス（乾燥物質）１００pbw を基準として、水１５０〜２
３０pbw 、特に約１８５pbw と、硬化遅延剤を含む硬化
剤２５〜６０pbw 、特に約３２pbw とを含有する材料の
調製に関する。反応時間は、硬化剤と硬化遅延剤との比
率を変えることにより、数秒から１時間超までの範囲で
制御される。

【００４４】本発明はさらに、本明細書に記載する材料
の、上記した漏れの封止の目的の用途に適用することが
できる。例えば、本明細書に明示的または暗示的に開示
される材料１種以上を使用して、特に土木建築、トンネ
ル建設、鉱山（石炭、塩）、埋め立て地封止および堤防
安定化の分野で、耐薬品性の地盤安定化を環境適合的な
方法で実施することができる。

【００４５】加えて、開示された材料１種以上は、物品
および材料、好ましくはコンクリート、石積み、木、石
膏、天然もしくは合成布、絶縁パネルなどを被覆したり
含浸したりするのに支障なくうまく使用することができ
る。その結果、処理される材料のいくつかの物理的強度
のパラメータだけでなく、特にそれらの化学的負荷能力
または耐性をも改善することができる。そのような材料
の耐火性もまた、本発明によって決定的に改善すること
ができ、これは、特に建造物建築の分野で特に有利であ
る。

【００４６】同じことが、本発明の材料１種以上を、発
泡構造部品を、本発明の材料に含浸することによって、
好ましくは、特に減圧法と組み合わせて本発明の材料に
浸漬することによって補強するのに使用する場合にも当
てはまる。

【００４７】最後に、本発明の材料１種以上はまた、耐
火性セメントおよび耐火性接着剤の製造にも使用するこ
とができる。

【００４８】しかし、本発明の材料１種以上を、固形、
非発泡形態または発泡形態の注型成形品、圧縮成形品、
押出し成形品および／または射出成形品の製造に使用す
ることも可能である。このような物品は、従来の方法、
例えば圧縮成形、注型成形、ブロー成形、押出し成形、
射出成形などによって得ることができる。このような物
品はいずれも耐薬品性がきわだっており、したがって、
例えば梱包における充填材としての適性に加えて、特
に、野外での用途（例えば保護カバー、墓地照明、容
器、装飾品など）または薬品工場での、例えば表面積を
増すパッキングとしての用途のために製造し、使用する
ことができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】実施例を参照しながら本発明をさ
らに説明する。この説明は、本発明をより明確に理解す
るためだけのものであり、本発明をいかなるふうにも以
下に記す実施例に限定しようとするものではない。

【００５０】実施例１：本発明の水ガラスベースの基本
組成物以下の表１は、うまく使用することができる本発明の組
成物の例を示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】水ガラスモルタルの１種として一段階塗布
処理に使用する予定の場合（例えば材料の含浸、物品お
よび材料の被覆、建造物に剛性を付与する場合、亀裂、
穴およびパイプ接続部の漏れを外側から封止する場合、
造形品の製造など）、以下のようにして本発明の材料が
調製される。

【００５３】まず、成分Ａ（水ガラス）を、場合によっ
ては、液化剤（例えばシランエマルションWS 431）とと
もに用意する。その後、必要ならば、ベントナイトを加
え、次に成分Ｂ、すなわち硬化剤（例えば、炭酸プロピ
レン、場合によっては炭酸エチレンとの混合物として）
を、硬化遅延剤（例えばＤＡＣ混合物）とともに、激し
く攪拌しながら組み込む。必要ならば、好適な消泡剤を
添加混合してもよい。場合によってはまた、被覆または
造形品の製造の場合、着色剤をＡ成分と混合して、例え
ば特殊な効果を得ることが有利であるかもしれない。調
製は原則として室温で実施する。発熱反応により、４０
〜５０℃を超えない温度上昇が系中で起こるかもしれな
い。

【００５４】そして、材料をその可使時間内で処理し、
上述の目的のために塗布したり成形（例えば、注型成
形、圧縮成形、押出し、射出成形などによる）したりす
ることができる。本発明の材料は、有利には、とりわ
け、以下の製品特性がきわだっている。すなわち、ほと
んど収縮せず、９００℃まで耐熱性であり、不燃性であ
り、耐水性および耐酸性であり、耐アルカリ性である。
特に、材料が硬化したのち連続的に湿気と接触する場合
には、ある程度残留可撓性が保持され、その結果、材料
は、圧力および／または引張り荷重の結果として形成す
ることができる微細な亀裂をそれ自体で充填することが
できる。

【００５５】また、この実施態様で提案される、チキソ
トロープ剤（例えばベントナイト）および液化剤（例え
ばシランエマルション）の同時使用が、上記の性質を達
成するのに役立つが、例えば頭上作業のための処理の間
に特に有利である。

【００５６】表１の第二列の、少量の添加物を含む水ガ
ラス材料または添加物を含まない水ガラス材料はまた、
特に下水管および他のパイプラインの漏れを封止し、地
盤を安定化するための二段階処理における使用に非常に
適している。攪拌処理を省略するならば、通常、消泡剤
の使用は不要である。充填材の添加は、水ガラス封止材
料による漏れの完全な充填を妨げるおそれがあるため、
多くの場合、小さな漏れの封止において障害になるおそ
れがある。他方、周囲の地盤または石積みの場合、下水
管またはパイプラインの外側に十分な充填材が一般に存
在し、その結果、封止材料は、漏れの穴を通過する途
中、そのような充填材と接触し、急激に硬化し、穴の周
囲に外側から封止ビードを形成し、その結果、封止材料
の薬品類の外部へのさらなる不必要な通過を防ぐことが
できる。

【００５７】硬化剤系（Ｂ成分）の構成要素を変えるこ
とにより、使用目的に依存して、１０秒から１時間超ま
での可使時間を得ることができる。これに関しては、表
２を参照すること。

【００５８】実施例２：硬化剤／硬化遅延剤の比率の変
更この実施態様に使用される材料は、以下の組成、すなわ
ち、水ガラス乾燥物質３１．５重量％（シリカ２６．８
重量％を含む）、水５８．５重量％および硬化剤／硬化
遅延剤１０重量％からなる。表２に示す、硬化剤および
硬化遅延剤を含む混合物は、２０℃で、ゲル化が始まる
までに数秒から１時間超の反応時間（可使時間）をもた
らした。

【００５９】

【表２】

【００６０】実施例３：漏れを封止する処理個々の成分（実施例１と同様）系の実際の担体である成分Ａは、高いシリカ含量（２
６．８重量％）および低い粘度（２０℃で約５０mPa・s
）を有する特別に配合された純粋に無機のケイ酸ナト
リウムである。高いシリカ含量は、生成物を非常に粘着
性にする。それにもかかわらず、温度が低過ぎないなら
ば、材料は高い流動性を維持し、その非常に良好なクリ
ープ性を保持する。

【００６１】炭酸プロピレン即効性硬化剤９０重量％お
よび硬化遅延剤（実施例１および２のＤＡＣ混合物）１
０重量％からなる成分Ｂ、すなわち硬化剤は、低い粘度
（２０℃で約５mPa・s ）を有し、適切な温度で、ケイ酸
ナトリウムに対して即効性のクリープ性をもたらすよう
調整される。成分ＡおよびＢを合わせると、系は約３０
秒以内に重合する。＋２０℃を超える温度では、反応は
さらに加速し、温度が＋１０℃未満になると、系はそれ
に対応して反応速度を落とす。

【００６２】作動モード成分Ａは、下水管を封止するのに非常に適したケイ酸塩
である。漏れる下水管部分から水があふれるとしても、
材料は、水のように地盤中に失われることはなく、その
高い粘着性により、漏れの外側に付着したまま残り、漏
れるスリーブおよび／または地盤中の空洞を充填する。
しかし、同時に、ケイ酸塩は非常に流動的であり、良好
なクリープ性を有し、したがって、微細なヘアライン亀
裂を充填するのにも適している。

【００６３】約０．５〜２mH₂Oのわずかな静水過圧下、
ケイ酸塩は、漏れの周囲で均一なクッションを形成す
る。最良の結果を得るためには、最初の浸水処理の際に
成分Ａが十分に長時間あふれた状態になり、漏れの周囲
の含浸区域が、硬化剤（成分Ｂ）をできるだけ完全に吸
収するのに十分な大きさおよび深さを有するようにし、
また、汚染された地盤を固める二次的効果を達成するこ
とを保証することが好ましい。静水過圧の低下ととも
に、または静水過圧を除いたのち、成分Ａ（水ガラス）
が残り（地盤中に付着し）、次の硬化剤（成分Ｂ）を吸
収する準備が整う。

【００６４】即効性硬化剤と硬化遅延剤との混合物（成
分Ｂ）は、きわめて低い粘度（２０℃で約５mPa・s ）に
調節されており、材料をその前に押すことなく、水ガラ
スに直接的に浸透する。即効性硬化剤は、本発明のこの
組成の材料を「高速系」にする。この材料は事実上すぐ
に反応する。

【００６５】実際の封止は、漏れの中またはパイプの周
囲の安定化層のすぐ周囲に存在する、純粋な反応したケ
イ酸塩ゲルによって起こる。水ガラス成分の粘着性が、
パイプの周囲に安定化層をもたらす結果となり、この安
定化層が、硬化したシリカゲルの形態で、漏れのサイズ
に応じて、厚さ数ミリから数センチメートルの固い被覆
を形成する。土／砂／砂利の団塊の存在が、漏れおよび
被覆中の封止材料にとってストッパとして作用する。

【００６６】一定に存在する地中水分またはパイプ中の
水分の結果として、系は、好ましい条件の下で、限られ
た反応性を有し続ける。すなわち、可撓性のゲル様の封
止材料の漏れ出しにより、振動の結果として生じるヘア
ライン亀裂を自己治癒的な方法で充填することができ
る。試験は、亀裂中で凝固した材料および新たに充填さ
れたスリーブが簡単には漏れを起こさず、小さな振動に
付されたときでも無傷のままでいられることを繰り返し
証明した。

【００６７】本「即効系」は、パイプの中で封止処理を
始めるまでに約３０秒を要する。この間に、硬化剤の約
２０％までがＡ成分中に浸透する。すなわち系が硬化の
ために要するよりも１０％までがＡ成分中に浸透する。
第二の浸水処理が求められるとき、過剰分はただちにＡ
成分による反応に使用される。したがって、原則とし
て、硬化剤の二回目の浸水の間にさらなる消費は起こら
ないことが多い。

【００６８】比較的大きな漏れの場合に系が２回以上の
浸水を試みなければならないという事実は、水系が収縮
するという理由からである。このような系が例えば砂ま
たは他の固体によって充填されるならば、収縮は最小限
にまで軽減される。

【００６９】漏れの中には充填材が存在しないため、ケ
イ酸塩ゲルは、材料の温度に依存して、約５〜１０分後
に収縮する。

【００７０】漏れの大きさに応じて、二回目の浸水処理
が必要になるかもしれないが、この場合、この浸水処理
は、収縮の亀裂を充填するだけでよいため、パイプを完
全に封止する。

【００７１】本系は、浸出または化学的分解にきわめて
耐性であり、例えば硫酸にも耐性を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成分ＡおよびＢを含み、少なくとも２種
の異なる硬化剤、および、場合によってはさらなる添加
物を有する、水ガラスを基材とする材料において、以下
の成分：ａ）成分Ａにおける、２．１〜４のＳｉＯ₂ ／アルカリ
金属ケイ酸塩のモル比を有する、好ましくは純粋なナト
リウム水ガラスであるアルカリ金属ケイ酸塩水ガラス；ｂ）成分Ｂにおける、エステル、ラクトン、ラクタム、
無機もしくは有機酸、無水物、ニトリル、アミドおよび
酸塩化物からなる群より選択される少なくとも１種の即
効性有機硬化剤、好ましくは、炭酸エチレン、炭酸プロ
ピレンおよび炭酸ブチレンからなる群より選択される少
なくとも１種の環式炭酸エステル、ならびに、さらに
は、硬化遅延剤としての、同じ群より選択される、より
遅く作用する少なくとも１種の他の硬化剤；ｃ）場合によっては、充填材およびさらなる添加物；お
よびｄ）１０〜６０重量％の全水分含量を含み、７〜４２重量％、好ましくは１２〜２４重量％のシリカ
含量を有し、硬化遅延剤として、少なくとも１種のカル
ボン酸ジアルキル、特にコハク酸ジメチル、グルタル酸
ジメチルおよび／またはアジピン酸ジメチルを含有する
ことを特徴とする材料。
【請求項２】成分Ａが、２０℃で２０〜１００mPa・s
、好ましくは４０〜６０mPa・s の粘度を有し、成分Ｂ
が、２０℃で１〜１０mPa・s 、好ましくは４〜６mPa・s
粘度を有する、請求項１記載の材料。
【請求項３】即効性硬化剤と硬化遅延剤とが１：０．
０５〜１：５０の重量比で存在する、請求項１または２
記載の材料。
【請求項４】硬化遅延剤が、コハク酸ジメチル１５〜
２５重量％と、グルタル酸ジメチル５５〜６５重量％
と、アジピン酸ジメチル１２〜２３重量％との混合物か
らなる、請求項１〜３のいずれか１項記載の材料。
【請求項５】水ガラス１００重量部（乾燥物質として
計算）を基準として、水９０〜３５０重量部、好ましく
は１５０〜２３０重量部と、硬化遅延剤を含む硬化剤１
５〜１２５重量部、好ましくは２５〜７５重量部とを含
有する、請求項１〜４のいずれか１項記載の材料。
【請求項６】成分Ｂ中に、硬化剤および／または硬化
遅延剤が、場合により例えばSipernat（登録商標）（コ
ロイドシリカ）のような好適な担体に吸着した、粉末形
態で存在する、請求項１〜５のいずれか１項記載の材
料。
【請求項７】担体と硬化剤もしくは硬化遅延剤とが、
担体５０重量％に対して硬化剤および／または硬化遅延
剤５０重量％の比率で使用される、請求項６記載の材
料。
【請求項８】水ガラス（乾燥物質として）１００重量
部を基準として、液化剤、特にシランエマルション０〜
１１５重量部、好ましくは約１０〜６０重量部と、場合
によっては、チキソトロープ剤、特に、アルカリで付活
されたベントナイト０〜１１５重量部、好ましくは約２
０〜８５重量部と、場合によっては、さらなる添加物、
好ましくは消泡剤、潤滑剤、着色剤および／または充填
材０〜５７０重量部とをさらに含有する、請求項１〜７
のいずれか１項記載の材料。
【請求項９】水ガラス（乾燥物質として）１００重量
部を基準として、潤滑剤、特に非常に微細に粉砕された
ＴｉＯ₂ 約１５〜８５重量部、好ましくは約４０〜６０
重量部をさらに含有する、請求項１〜８のいずれか１項
記載の材料。
【請求項１０】好ましくはケイ砂と石英粉末との混合
物からなり、純粋なカリウム水ガラスを使用する場合に
は好ましくは７：１の比率でありまたナトリウムカリウ
ム水ガラスを使用する場合には好ましくは約７：５の比
率である、少なくとも１種の充填材をさらに含有する、
請求項１〜９のいずれか１項記載の材料。
【請求項１１】水ガラスを基材とする材料を調製し、
硬化させる方法において、ａ）まず、２．１〜４のＳｉＯ₂ ／アルカリ金属酸化物
のモル比を有し、好ましくは２０〜１００mPa・s 、特に
４０〜６０mPa・s の粘度（２０℃）を有する、好ましく
は純粋なナトリウム水ガラスである水ガラスを、場合に
よっては、わずかな過圧下で、および／または攪拌しな
がら、および／またはさらなる添加物、例えば液化剤、
チキソトロープ剤、潤滑剤、充填材、消泡剤などととも
に、成分Ａとして用意する工程；ｂ）次に、エステル、ラクトン、ラクタム、無機もしく
は有機酸、無水物、ニトリル、アミドおよび酸塩化物か
らなる群より選択される少なくとも１種の即効性有機硬
化剤、好ましくは、炭酸エチレン、炭酸プロピレンおよ
び炭酸ブチレンからなる群より選択される少なくとも１
種の環式炭酸エステルを成分Ｂとして加える工程；およ
び場合によっては、同じ群より選択される、より遅く作
用する少なくとも１種の他の硬化剤、好ましくは少なく
とも１種のカルボン酸ジアルキル、特にコハク酸ジメチ
ル、グルタル酸ジメチルおよび／またはアジピン酸ジメ
チルを、場合によっては、わずかな過圧下で、および／
または比較的激しく攪拌しながら、硬化遅延剤としてさ
らに加える工程を含み、該材料が、１０〜６０重量％の全水分含量および７〜４
２重量％、好ましくは１２〜２４重量％のシリカ含量を
結果的に有し、かつ該材料が、その材料の組成に典型的
な反応時間（可使時間）内に、選択した反応条件下、特
に反応温度下で自然にゲル化し、硬化することを特徴と
する方法。
【請求項１２】特に、パイプライン、下水管および容
器における漏れを封止するために、水ガラスを基材とす
る材料を調製し、硬化させる方法において、ｉ）２．１〜４のＳｉＯ₂ ／アルカリ金属酸化物のモル
比を有し、好ましくは２０〜１００mPa・s 、特に４０〜
６０mPa・s の粘度（２０℃）を有する、好ましくは純粋
なナトリウム水ガラスである水ガラスを、成分Ａとし
て、場合によっては、液化剤および／またはさらなる添
加物、例えばチキソトロープ剤、潤滑剤、充填材および
／または他の添加物とともに、０．５〜２mH₂Oの過圧下
で、パイプラインまたは下水管に導入する工程；ｉｉ）所望の待ち時間ののち、過剰の材料を除去する工
程；ｉｉｉ）パイプラインまたは下水管に水を流して、Ａ成
分の望ましくない残渣をパイプライン、下水管または容
器の内面から除去する工程；ｉｖ）エステル、ラクトン、ラクタム、無機もしくは有
機酸、無水物、ニトリル、アミドおよび酸塩化物からな
る群より選択される、より急速に作用する少なくとも１
種の有機硬化剤、好ましくは、炭酸エチレン、炭酸プロ
ピレンおよび炭酸ブチレンからなる群より選択される少
なくとも１種の環式炭酸エステルを、成分Ｂとして導入
する工程；場合によっては、同じ群より選択される、よ
り遅く作用する少なくとも１種の他の硬化剤、好ましく
は、少なくとも１種のカルボン酸ジアルキル、特にコハ
ク酸ジメチル、グルタル酸ジメチルおよび／またはアジ
ピン酸ジメチルを、硬化遅延剤として、場合によっては
０．５〜２mH₂Oの過圧下で、パイプライン、下水管また
は容器に導入する工程；ｖ）所望の待ち時間ののち、過剰の材料を除去する工
程；およびｖｉ）場合によっては、工程ｉ）〜ｉｉｉ）またはｉ）
〜ｖ）を繰り返す工程を含み、該材料が、その材料の組成に典型的な反応時間（可使時
間）内に、選択した反応条件下で自然にゲル化し、硬化
し、漏れが永久的に封止され、それが耐薬品性になるこ
とを特徴とする方法。
【請求項１３】硬化剤および／または硬化遅延剤を、
場合によっては好適な担体に塗布された、粉末形態で、
特に、硬化剤および／または硬化遅延剤５０重量％と、
担体としてのSipernat（登録商標）５０重量％との混合
物として加える、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】硬化剤と硬化遅延剤とが所与の比率に
ある場合、水の量を減らすこと、および／または硬化剤
および硬化遅延剤の濃度を増すこと、および／または温
度を高めたりすることにより、反応時間を短縮する、請
求項１１〜１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】該材料が、水ガラス（乾燥物質とし
て）１００重量部を基準として、水１５０〜２３０重量
部、好ましくは約１８５重量部と、硬化遅延剤を含む硬
化剤２５〜７５重量部、特に約３２重量部とを含有し、
硬化剤と硬化遅延剤との比率を変化させることにより、
反応時間を数秒から１時間超の範囲で制御する、請求項
１１〜１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】漏れているパイプラインおよび下水管
ならびに容器、特にボイラ、タンク、立て坑(wellshaf
t) 、プールおよび池を永久的かつ耐薬品的に封止し
て、水浸透および／または外界への出現を防ぐための、
請求項１〜１０のいずれか１項記載の材料および／また
は請求項１１〜１５のいずれか１項記載の方法によって
調製される材料の用途。
【請求項１７】特に土木建築、トンネル建設、鉱山
（石炭、塩）、埋め立て地の充填および池安定化の分野
において、環境に適合しかつ耐薬品性を有する地盤に安
定化させるための、請求項１〜１０のいずれか１項記載
の材料および／または請求項１１〜１４のいずれか１項
記載の方法によって調製される材料の用途。
【請求項１８】物品および材料、好ましくはコンクリ
ート、石積み、木、石膏、天然もしくは合成布、絶縁パ
ネルなどを被覆したりおよび／または含浸したりするた
めの、請求項１〜１０のいずれか１項記載の材料および
／または請求項１１〜１４のいずれか１項記載の方法に
よって調製される材料の用途。
【請求項１９】起泡構造部品を、好ましくは該材料に
含浸することによって、特に減圧法と組み合わせて材料
に浸漬することによって補強するための、請求項１〜１
０のいずれか１項記載の材料および／または請求項１１
〜１４のいずれか１項記載の方法によって調製される材
料の用途。
【請求項２０】耐火性セメントおよび耐火性接着剤を
製造するための、請求項１〜１０のいずれか１項記載の
材料および／または請求項１１〜１４のいずれか１項記
載の方法によって調製される材料の用途。
【請求項２１】固形、非発泡形態または発泡形態の注
型成形品、押出し成形品および／または射出成形品を製
造するための、請求項１〜１０のいずれか１項記載の材
料および／または請求項１１〜１４のいずれか１項記載
の方法によって調製される材料の用途。