JPH09132633A - 土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物、及び該組成物を用いた土壌安定化方法 - Google Patents

土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物、及び該組成物を用いた土壌安定化方法

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JPH09132633A
JPH09132633A JP8156271A JP15627196A JPH09132633A JP H09132633 A JPH09132633 A JP H09132633A JP 8156271 A JP8156271 A JP 8156271A JP 15627196 A JP15627196 A JP 15627196A JP H09132633 A JPH09132633 A JP H09132633A
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一幸 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物、及
び該組成物を用いた土壌安定化方法に関するものであ
る。 【解決手段】 有機ポリイソシアネートとしてヘキサメ
チレンジイソシアネートの三量体、又はヘキサメチレン
ジイソシアネートの二量体と三量体を用い、特定の活性
水素基含有化合物と必要に応じてモノアルコールからな
るNCO基末端プレポリマー成分に粘度調整剤を加えた
有機層液、珪酸塩水溶液とを主成分とする無機層液とか
ら成る土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物、及び土
壌安定化方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、NCO基末端プレ
ポリマーとケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカゾルと
を主成分とする土壌安定化ポリウレタン系発泡樹脂用組
成物、及び該組成物を用いた土壌安定化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液か
ら、酸又は潜在的酸の作用によって、無機質のシリカゲ
ルプラスチックを製造出来ることが知られている。水ガ
ラスからは軽量フォームプラスチックも製造される。こ
れらの製品は加熱時に高い寸法安定性を有し、完全に不
燃性であるが、砕け易く、強度は小さく、且つ完全に固
化するまでは耐水性に乏しい。一方、有機ポリイソシア
ネートと活性水素基含有化合物とからポリウレタン樹脂
やポリ尿素樹脂が製造できることは公知である。これら
は、発泡性土壌安定化樹脂として広く使用されており、
硬化速度、樹脂密度、物理的特性等を広く変化させるこ
とが可能である。例えば、特開平7−97566号公報
には、止水用薬剤としてジイソシアネートとポリエーテ
ルグリコールとを反応させて得られるNCO基含有プレ
ポリマーを、硬化促進剤を含有する金属塩水溶液と混合
して用いる発明が開示されている。しかし、無機プラス
チックに比較すると極めてコスト高になり、外気温によ
る原材料の粘度変化が大きく、作業性が劣っている。そ
こで、これらの無機質のプラスチックと有機質の樹脂の
欠点を互いに改善する技術が種々提案されている。例え
ば、特公昭62−21039号公報には、親水性ポリオ
キシアルキレンポリオールと有機ポリイソシアネートと
を反応させた末端NCO基含有ウレタンプレポリマーを
含有する主剤と、ケイ酸ソーダ又はポルトランドセメン
ト類の希薄水溶液を含有する硬化剤を使用する地盤安定
処理工法が開示されている。また、特開平4−2832
90号公報には、ケイ酸ソーダ水溶液とポリイソシアネ
ート及び反応性希釈剤等とから成る土質等の安定化用注
入薬液組成物、並びにこれを使用した地盤の安定強化止
水工法が記載されている。これに類似した発明として、
特公平7−72271号公報、特開平4−283290
号公報の発明において、ポリイソシアネート及び反応性
希釈剤のかわりに、有機ポリイソシアネートとポリオキ
シアルキレンモノ又はポリオールを反応させたNCO基
含有親水性ウレタンプレポリマーを使用した技術が開示
されている。更に、特開平5−78667号公報には、
ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液とNCO基末端プレポリ
マーを主成分とする岩盤固結用薬液が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来公知の無機−有機複合系においては、固結の際に大
きな内部発熱が生じ、生成する(発熱)固結体は不均
質、不安定であり、その物性も不十分である。本発明者
等は、従来の問題点を改善するため土壌安定化ポリウレ
タン発泡樹脂組成物を得るに際し、NCO基末端プレポ
リマーからなる有機系成分と無機系成分を複合使用する
ことによって土壌安定化樹脂として要求される特性を満
足させる樹脂について鋭意研究検討した結果、有機ポリ
イソシアネートと活性水素基含有化合物とを使用して得
たNCO基末端プレポリマー、とケイ酸塩水溶液、カッ
プリング剤とアミン系触媒、発泡剤必要に応じて界面活
性剤を使用することにより、優れた性能を発揮すること
を見出し、本発明を完成するに至った。
【0004】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、(A)有
機ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とを反応
させて得られるNCO基末端プレポリマー及び粘度調整
剤からなる有機系混合物と、(B)ケイ酸塩水溶液及び
/又は水性シリカゾル、カップリング剤、アミン系触
媒、発泡剤からなる無機系混合物、とから成る土壌安定
化ポリウレタン発泡樹脂組成物であって、NCO基末端
プレポリマー成分に使用する有機ポリイソシアネートが
ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート環
状三量体、又はヘキサメチレンジジイソシアネートのウ
レトジオン二量体とヘキサメチレンジイソシアネートの
イソシアヌレート環状三量体であることを特徴とする土
壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物である。
【0005】本発明は、(A)有機ポリイソシアネート
と活性水素基含有化合物とを反応させて得られるNCO
基末端プレポリマー、粘度調整剤及び界面活性剤からな
る有機系混合物と、(B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水
性シリカゾル、カップリング剤、アミン系触媒、発泡剤
からなる無機系混合物、とから成る土壌安定化ポリウレ
タン発泡樹脂組成物であって、NCO基末端プレポリマ
ー成分に使用する有機ポリイソシアネートがヘキサメチ
レンジイソシアネートのイソシアヌレート環状三量体、
又はヘキサメチレンジジイソシアネートのウレトジオン
二量体とヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌ
レート環状三量体であることを特徴とする土壌安定化ポ
リウレタン発泡樹脂組成物である。
【0006】本発明は、(A)有機ポリイソシアネート
と活性水素基含有化合物とを反応させて得られるNCO
基末端プレポリマー、粘度調整剤からなる有機系混合物
と、(B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカゾル、
カップリング剤、アミン系触媒、発泡剤及び界面活性剤
かからなる無機系混合物、とから成る土壌安定化ポリウ
レタン発泡樹脂組成物であって、NCO基末端プレポリ
マー成分に使用する有機ポリイソシアネートがヘキサメ
チレンジイソシアネートのイソシアヌレート環状三量
体、又はヘキサメチレンジジイソシアネートのウレトジ
オン二量体とヘキサメチレンジイソシアネートのイソシ
アヌレート環状三量体であることを特徴とする土壌安定
化ポリウレタン発泡樹脂組成物である。
【0007】本発明は、(A)有機ポリイソシアネート
と活性水素基含有化合物とを反応させて得られるNCO
基末端プレポリマー、粘度調整剤及び界面活性剤からな
る有機系混合物と、(B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水
性シリカゾル、カップリング剤、アミン系触媒、発泡剤
及び界面活性剤かからなる無機系混合物、とから成る土
壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物であって、NCO
基末端プレポリマー成分に使用する有機ポリイソシアネ
ートがヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレ
ート環状三量体、又はヘキサメチレンジジイソシアネー
トのウレトジオン二量体とヘキサメチレンジイソシアネ
ートのイソシアヌレート環状三量体であることを特徴と
する土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物である。
【0008】本発明は、活性水素基含有化合物が、エチ
レンオキシドユニットを60〜95重量%含有する官能
基数2〜8で分子量500〜5000のポリエーテルグ
リコール又は、エチレンオキシドユニットを60〜95
重量%含有する官能基数2〜8で分子量500〜500
0のポリエーテルグリコールと炭素数4〜50のモノア
ルコールとを併用することを特徴とする請求項1〜4に
記載の土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物である。
【0009】本発明は、前記の土壌安定化ポリウレタン
発泡樹脂組成物を土壌に注入して固結させることを特徴
とする土壌安定化方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の(A)成分であるNCO
基末端プレポリマーに使用する有機ポリイソシアネート
としては、ヘキサメチレンジイソシアネート(以下HD
Iと略す)のイソシアヌレート環状三量体、又はHDI
のウレトジオン二量体とHDIのイソシアヌレート環状
三量体との併用である。本発明に用いられるHDIのイ
ソシアヌレート環状三量体は、HDI又は、HDIのN
CO基の一部をポリオール付加体とした後イソシアヌレ
ート化して得られる。このHDIのポリオール付加体
は、全NCO基の一部(15重量%以下) をポリオール付
加体とした後、イソシアヌレート化したものである。ポ
リオール付加体を得るためのポリオールとしては、分子
量3000以下の2〜3官能のポリオールが用いられ
る。2官能のポリオールとしては、例えば、エチレング
リコール、ジエチレングリコール、1,3−ブタンジオ
ール(以下、1,3−BDと略す)、1,4−ブタンジ
オール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコー
ル、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオー
ル(以下、1,6−HDと略す)、3−メチル−1,5
−ペンタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロ
パンジオール、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−
プロパンジオール(以下、2BEPDと略す)等のジオ
ールや2価のポリエステルポリオール、またはポリエー
テルポリオール等が挙げられる。
【0011】3官能のポリオールとしては、例えば、グ
リセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロ
パン等のトリオールや3価のポリエーテルポリオール等
が挙げられる。更に、2官能以上のポリエステルポリオ
ールが挙げられる。これらポリオールは1種または2種
以上の混合物として使用することができる。このような
ポリオール類の好ましい分子量は、62〜1000であ
る。
【0012】このウレタン化率は、全NCO基に対して
15重量%以下が好ましい。15重量%以上になると、その
後生成するイソシアヌレート三量体の特徴を十分発揮す
ることができなくなる。更に好ましくは、1〜11重量
%である。
【0013】得られたHDIのポリオール付加体、又は
HDIに、触媒として一般式Cn2n+1COOHで示さ
れる有機酸のカリウム又はナトリウム塩を単独又は併用
し、必要に応じて助触媒を使用し、100℃以下で反応
を行なうことができる。触媒としては、例えばプロピオ
ン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリ
ル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸及びこ
れらの脂肪酸のカリウム又はナトリウム塩が挙げられ
る。
【0014】これらの触媒と同時に、助触媒を用いると
反応は更に容易に進行する。助触媒としては、例えば、
フェノール性ヒドロキシ化合物、アルコール性ヒドロキ
シ化合物、または第三級アミン類等である。HDIのイ
ソシアヌレート化反応は、40〜80℃で3〜5時間で
行うことができる。HDIのイソシアヌレート環状三量
体のNCO含量は、16.5〜23.5重量%である。
また反応は、HDIにポリオールと三量化触媒を同時に
加えて、ポリオール付加体と環状三量体を同時に得るこ
ともできる。
【0015】本発明に用いられるHDIのウレトジオン
二量体とHDIのイソシアヌレート環状三量体の混合物
は、HDIのNCO基の一部を必要に応じてポリオール
付加体とした後イソシアヌレート化させて得られる。こ
のHDIのポリオール付加体は、全NCO基の一部(15
重量%以下) をポリオール付加体とした後、イソシアヌ
レート化したものである。このポリオールは、HDIの
イソシアヌレート環状三量体を得るときに使用したポリ
オールを用いることができる。HDIのウレトジオン二
量体とHDIのイソシアヌレート環状三量体を得るため
の効果的な触媒としては、トリエチルホスフィン、ジブ
チルエチルホスフィン、トリ−n−プロピルホスフィ
ン、トリオクチルホスフィン、トリアミルホスフィン等
のホスフィン類が挙げられる。反応は、三量体を得ると
きと同様にして行うことができる。このようにして得た
反応混合物は、例えば薄膜蒸留により未反応のHDI
(モノマー)を除去することができる。ウレトジオン二
量体とイソシアヌレート環状三量体は、該二量体20〜
60重量%に対して環状三量体は11〜40重量%の比
率である。このNCO含量は、17〜25重量%であ
る。
【0016】本発明の(A)成分であるNCO基末端プ
レポリマーを得るための活性水素基含有化合物として
は、エチレンオキシドユニットを60〜95重量%含有
する官能基数2〜8で分子量500〜5000のポリエ
ーテルグリコール、炭素数4〜50のモノアルコール等
が挙げられる。該分子量500〜5000のポリエーテ
ルグリコールとしては、例えば、エチレングリコール、
プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコ
ール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコー
ル、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコ
ール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコー
ル、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、グリセリ
ン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、
シュクローズ、グルコース、フラクトースソルビトール
等の単独又は2種以上の混合物、及びエチレンジアミ
ン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トル
エンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメ
タンジアミン、キシリレンジアミン等のようなアミン類
の単独又は2種以上の混合物あるいは、これらの化合物
の2種以上を開始剤として、エチレンオキシド、プロピ
レンオキシド、ブチレンオキシド、アミレンオキシド、
グリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、tー
ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテ
ル等のモノマーの一種又はそれ以上を公知の方法により
付加重合することによって得られたものが挙げられる。
好ましいエチレンオキシドユニット含量は、80〜95
重量%で、分子量は、1000〜4000である。この
場合、使用量は、有機ポリイソシアネート100重量部
に対して活性水素基含有化合物は、0.1〜15重量部
である。好ましくは、2〜10重量部である。
【0017】本発明のNCO基末端プレポリマー成分を
得るための活性水素基含有化合物としては、炭素数4〜
50のモノアルコールがある。このモノアルコールに
は、直鎖状モノアルコールと分岐状モノアルコールとが
ある。炭素数5〜50の直鎖状モノアルコールとして
は、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチル
アルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、
デシルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルア
ルコール、テトラデシルアルコール、ペンタデシルアル
コール、ヘプタデシルアルコール、オクタデシルアルコ
ール(ステアリルアルコール)、ノナデシルアルコー
ル、エイコシルアルコール、セリルアルコール、メリシ
ルアルコール等が挙げらる。好ましい直鎖状モノアルコ
ールは、炭素数5〜40である。
【0018】炭素数4〜50の分岐状モノアルコールと
しては、2−エチルヘキサノール、メチル−1−ノナノ
ール、ジメチル−1−オクタノール、テトラメチル−1
−ヘキサノール、3−エチル4,5,6−トリメチルオ
クタノール、4,5,6,7−テトラメチルノナノー
ル、4,5,8−トリメチルデエノール、4,7,8−
トリメチルトリデカノール、トリデカノール、テトラデ
カノール、2−ヘキシルドデカノール、2−ヘキサデシ
ルオクタノール等が挙げらる。好ましい分岐状モノアル
コールは炭素数4〜35である。モノアルコールの使用
量は、ポリオール100重量部に対して0.5〜10重
量部である。
【0019】本発明におけるNCO基末端プレポリマー
のNCO含量は20〜30重量%が好ましく、24〜2
9重量%が更に好ましく、25〜28重量%が最も好ま
しい。
【0020】本発明の粘度調整剤としては、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボ
ネート等のカーボネート類や脂肪族カルボン酸類等が挙
げられるが、特にカーボネート類が好ましい。これらは
単独又は2種以上の混合物として使用することができ
る。このような粘度調整剤は、NCO基末端プレポリマ
ー100重量部に対して1〜15重量部使用するのが好
ましい。
【0021】本発明に使用される(B)成分のケイ酸塩
水溶液について、例えばケイ酸塩水溶液は一般に水ガラ
スと呼ばれているもので、二酸化ケイ素を20〜40重
量%、酸化ナトリウムを5〜20重量%含有する水溶液
が好ましい。本発明に最も適したものは二酸化ケイ素を
28〜32重量%、酸化ナトリウムを11〜13重量%
含有する水ガラスである。水性シリカゾルとしては、固
形分としてシリカを例えば15〜20重量%含有し水を
分散媒とする透明性の膠質液である。本発明において
は、水性シリカゾル単独あるいはこれとケイ酸塩水溶液
の併用より、ケイ酸塩水溶液、特にケイ酸ソーダ水溶液
を単独で使用する方が生成発泡樹脂の物性上好ましい。
【0022】本発明に使用されるカップリング剤として
は、チタネート系カップリング剤、シラン系カップリン
グ剤等が挙げられ、これにより(A)有機系混合物と
(B)無機系混合物との相溶性を向上させて、土壌への
浸透性や充填性に優れた均質な発泡性樹脂を形成しう
る。このうちシラン系カップリング剤が特に好ましい。
これらは単独又は2種以上の混合物として使用すること
ができる。カップリング剤の使用量は、NCO基末端プ
レポリマー100重量部に対して0.05〜10.0重
量部が好ましく、更に好適には0.1〜5.0重量部で
ある。
【0023】チタネート系カップリング剤としては、例
えばテトラ−n−ブトキシチタン、テトライソプロポキ
シチタン、イソプロピルトリイソステアロイルチタネー
ト、イソプロピル−n−ドデシルベンゼンスルホニルチ
タネート、イソプロピルトリス(ジオクチルピロホスフ
ェート)チタネート、テトライソプロピルビス(ジオク
チルホスファイトチタネート、テトラオクチルビス(ジ
トリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2
−ジアルキルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジ−ト
リデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチル
ピロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス
(ジオクチルピロホスフェート)エチレンチタネート、
イソプロピルトリオクチノイルチタネート、イソピロピ
ルジメタアクリロイルイソステアロイルチタネート、イ
ソピロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イ
ソピロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネー
ト、イソピロピルトリクミルフェニルチタネート、イソ
ピロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタ
ネート等が挙げられる。具体的には例えば、味の素製の
プレンアクトKR TTS、KR 46B、 KR 5
5、KR 41B、KR 38S、KR 138S、K
R 238S、338X、KR 12、KR44、KR
9SA、KR 34S等が挙げられる。
【0024】シラン系カップリング剤としては、例えば
γ−メタクリロキシプリピルトリメトキシシラン、ビニ
ルトリエトキシシランなどのビニルシラン化合物やβ−
(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキ
シシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ンなどのエポキシシラン化合物やγ−アミノプロピルト
リエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノ
プロピルメチルジメキシシランなどのアミノシラン化合
物やγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどの
メルカプトシラン化合物等が挙げられる。具体的には例
えば、日本ユニカー製のA−174、A−187等が好
ましい。カップリング剤を使用することにより(B)成
分の相溶性が良くなり、(A)成分と(B)成分の混合
が良好となって土壌等へ注入後は、密着性が良く、発泡
倍率の良い安定したポリウレタン発泡体となる。
【0025】本発明に用いられるアミン系触媒として
は、好適には、長鎖のアミン類、イミダゾール類を例示
することができる。長鎖のアミン類としては、例えばn
−ブチルアミン、n−オクチルアミン、n−ドデシルア
ミン、n−ヘキサメチルアミン等があり、三級アミンと
して、N,N−ジメチル−n−ドデシルアミン、N,N
−ジメチル−n−テトラデシルアミン、N,N−ジメチ
ル−n−ヘキサデシルアミン、N,N−ジメチル−n−
オクタデシルアミン等が挙げられる。また、イミダゾー
ル類としては例えば、1ーメチルイミダゾール、2−メ
チルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2
−エチル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2
−メチルイミダゾール、1−イソブチル−2−メチルイ
ミダゾール等が挙げられる。これらは単独又は2種以上
の混合物として使用することができる。これらのアミン
系触媒の使用量は、ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリ
カゾル100重量部に対して0.1〜10重量部が好ま
しくい。
【0026】発泡剤としては、水のほかに、アセトン、
イソヘプタン、ヘキサン、メチレンクロライド、尿素、
ホウ砂、ホウ酸、ニトロエタン等が挙げられる。環境保
護の目的からは、水が最も好ましい。この使用量は、ケ
イ酸塩水溶液及び/又は水性シリカゾル100重量部に
対して0.1〜10重量部が好ましい。
【0027】本発明に用いられる界面活性剤としては、
(A)有機系混合物と(B)無機系混合物との混合操作
において、分散や発泡のための整泡剤等としての性能も
有している。このような界面活性剤は、例えば、プロピ
レンオキシド、ブチレンオキシド、好ましくはエチレン
オキシドのようなアルキレンオキシドの必要な数を含有
するポリグリコールエーテルと、少なくとも1個の反応
性水素原子を含有する有機化合物とを縮合することによ
って得られる。このような少なくととも1個の反応性水
素原子を含有する有機化合物としてはアルコール、フェ
ノール、チオール、第一又は第二アミン、カルボン酸又
はスルホン酸、それらのアミドである非イオン性界面活
性剤、また、1個以上のアルキル置換基を有するフェノ
ール系化合物のポリアルキレンオキシド誘導体である界
面活性剤等を挙げることができる。
【0028】好ましい界面活性剤としては、プルロニッ
ク型界面活性剤を挙げることができ、これは一般には、
ブチレンオキシド、アミレンオキシド、フェニルエチレ
ンオキシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレンオキ
シド、又はそれらの混合物のような、1,2−アルキレ
ンオキシドまたは置換アルキレンオキシドをアルカリ触
媒の存在下で重合させて、対応する水に不溶性のポリア
ルキレングリコールを製造し、同条件下でエチレンオキ
シドの必要なモル数と縮合して得られる非イオン性界面
活性剤等を挙げることができる。更に、トリプロピレ
ン、テトラプロピレン、ペンタプロピレン、ジトリブチ
レン、トリイソブチレン、テトラブチレン、プロピレン
イソブチレン及びトリブテン等のようなポリオレフィン
と一酸化炭素及び水素との触媒反応によって生成するア
ルデヒドを還元して得られるアルコールに、必要なモル
数のエチレンオキシドを反応させて得られる非イオン性
界面活性剤等を挙げることができる。
【0029】また、シリコーン系界面活性剤があり、こ
れには、活性水素基を有するものと含有しないものがあ
る。好ましいのは活性水素基を含有しないものである。
例えば、日本ユニカー製のL−5340、テー・ゴール
ドシュミット製のB−8451、B−8407等を挙げ
ることができる。界面活性剤の使用量は、NCO基末端
プレポリマー100重量部に対して0.05〜5重量部
が好ましい。また界面活性剤は、(A)有機系混合物、
(B)無機系混合物のいずれか一方、又は双方に添加す
ることができる。整泡剤としての効果のあるものとして
は、各種のシロキサンポリアルキレンオキサイドブロッ
ク共重合体が挙げられ、水に分散又は溶解可能なものが
選択され、その選択は配合処方によって決定される。添
加することによって発泡倍率の良い良好な発泡体を得る
ことができる。
【0030】本発明においては、(B)無機系混合物中
にさらに分散剤、増粘剤、老化防止剤、耐熱性付与剤、
坑酸化剤等を添加しりことがせきる。
【0031】本発明において(A)有機系混合物と
(B)無機系混合物とは、有機系混合物中のNCO基末
端プレポリマーのNCO含量が無機系混合物中の活性水
素基に対して当量以下となる割合で使用するが、具体的
には、容量比で(A)/(B)=0.8〜1.2の範囲
で使用するのが好ましい。
【0032】ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液を、HDI
のイソシアヌレート環状三量体(以下、HDIの三量体
と略す)、又はHDIのウレトジオン二量体(以下、H
DIの二量体と略す)とHDIの三量体の混合物と反応
させると、イソシアネート相が水と反応し、生成した二
酸化炭素が、物質中で発泡に寄与し、二酸化炭素の一部
は、周囲のケイ酸塩水性相と反応して界面をゲル化す
る。得られた発泡体は、発泡したポリ尿素の非凝集帯を
含有するケイ酸発泡体の性質を有しており、砕け易く、
強度は小さい。また、量的に大過剰のジイソシアネート
を使用した場合は、得られる生成物はポリ尿素発泡体で
あり、その中に非凝集性の珪ケイ酸塩層が分散すること
になる。従ってこの生成物はシリカを充填したポリ尿素
発泡体の性質を示し、砕け易く、無機質としての耐火性
も乏しい。
【0033】本発明における特徴は、2種の相のコロイ
ド状分布と相互浸透にあり、それがキセロゾルの特性で
ある強度な特有の表面相互作用又は界面相互作用を可能
にすることにある。このコロイド状の形態は、ケイ酸塩
水溶液と混合される物質が、末端基がNCO基の水分散
型プレポリマーであれば得ることが出来る。プレポリマ
ーの使用は、有機及び水性無機相の均質な分布を生じ、
その結果、化学的相互作用が増加し、新しい型の複合材
料が得られるのである。末端基がNCO基の水分散型プ
レポリマーは、コロイド繊維構造を生成するという特別
な効果をもち、その結果、2種の相は凝集相として存在
することが出来る。すなわち均質な複合物質が得られる
ことになり、そのことが有機質及び無機質各々の利点を
併有することになる。
【0034】本発明による土壌安定化ポリウレタン系発
泡樹脂は、(A)有機系混合物と(B)無機系水性混合
物とを公知の攪拌・混合装置を使用し、強制混合するこ
とにより得られる。これら2相関の反応性を調整する目
的で、ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカゾルには、
水溶性、微臭且つ無機系混合物中で安定性の良いアミン
系触媒を併用する。
【0035】本発明においては、(A)有機系混合物と
(B)無機系水性混合物の混和性を向上させ、でき得る
限り両層の接触面積を大きくする目的で、有機ポリイソ
シアネートを活性水素基含有化合物で変性してNCO基
末端水分散型プレポリマーとし、且つ、有機相の粘度調
整、無機相との混和性の向上、混合後の液安定性の向上
等ため、活性水素基含有化合物として好適には両末端封
鎖型ポリエーテルグリコールが用いられ、好適には、分
岐状モノアルコールが併用される。一般的に非反応型の
添加剤は樹脂中に取り込まれた後、僅かづつ樹脂外へし
み出してくるのが通例であるので、土壌安定化という目
的の本発明においては好ましくない。しかし、本発明に
おいて、活性水素基含有化合物として好適な両末端封鎖
型ポリエーテルグリコールと、好適な分岐状モノアルコ
ールの併用で、樹脂外へのしみ出しはほとんど観察され
ない。本発明で得られる組成物は発泡性であり、且つ無
機及び有機の双方の良好な特性を併せ持っている。
【0036】例えば、ケイ酸アルカリ金属塩の水溶液
を、MDIのような低分子量イソシアネートと反応させ
ると、イソシアネート基が水と反応し、生成した二酸化
炭素が物質中で発泡に寄与し、二酸化炭素の一部は周囲
のケイ酸塩水性相と反応して界面をゲル化する。この様
にして得られた発泡体は、発泡したポリ尿素の非凝集帯
を含有するケイ酸発泡体の性質を有しており、砕け易
く、強度は小さい。また、量的に大過剰のジイソシアネ
ートを使用した場合は、得られる生成物はポリ尿素発泡
体であり、その中に非凝集性のケイ酸塩層が分散するこ
とになる。そのため、この生成物はシリカを充填したポ
リ尿素発泡体の性質を示し、砕け易く、無機質としての
耐火性も乏しい。
【0037】本発明の特徴は、2種の相のコロイド状分
布と相互浸透にあり、それがキセロゾルの特性である強
度な特有の表面相互作用又は界面相互作用を可能にす
る。このコロイド状の形態は、ケイ酸塩水溶液及び/又
は水性シリカゾルと混合される物質が、カップリング剤
と末端基がNCO基の水分散型プレポリマーであっては
じめて得ることが出来るのである。このようなNCO基
末端プレポリマーとカップリング剤等との併用によっ
て、水性無機相と有機相が均質に分布し、その結果、化
学的相互作用が増加し、新しい複合材料が得られる。こ
れらの併用によって、コロイド繊維構造を生成し、その
結果、2種の相は凝集相として存在することができ、均
質な複合物質が得られることになり、無機質及び有機質
各々の利点が充分に発揮されることになる。
【0038】粘度調整剤は、強制混合される2液の混和
性を向上させることを目的として、2液の粘度を出来う
る限り接近させる様選択使用される。水性無機相には必
要に応じてカルボキシルメチルセルロースのような水溶
性の増粘剤類が添加され、有機相には粘度調整剤が粘度
を低下させ浸透性を改善するために添加される。
【0039】本発明の(A)有機系混合物と(B)無機
系水性混合物からなる土壌安定化ポリウレタン系発泡樹
脂用組成物は、空隙やクラックの多い軟質ないし不安定
な地盤、岩盤、破砕帯層等の土壌に注入し固結させる
が、注入固結する方法については特に限定はなく、公知
の方法はいずれも採用できる。例えば、(A)有機系混
合物及び(B)無機系混合物の注入量、圧力、配合比等
をコントロールしうる比例配合ポンプを用い、(A)有
機系混合物と(B)無機系混合物とを別々のタンクに入
れ、岩盤等の所定箇所(例えば、所定間隔で穿設された
複数の孔)に、予め固定されたスタチックミキサーや逆
止弁等を内装した有孔のロックボルトや注入ロッドを通
して、この中に前記タンク内の各成分を加圧注入し、ス
タチックミキサーを通して、所定量の各成分を均一に混
合し、不安定な岩盤や地盤等の所定の土壌に注入浸透、
硬化させて固結安定化する方法を挙げることができる。
例えば、トンネルの天盤部に注入する場合には、注入に
先立ち、例えば所定の間隔でレッグオーガー等を用いて
削孔し、所定の深さ、削孔角度の注入孔を設け、この注
入孔にスタチックミキサー及びロックボルトを挿入し、
このロックボルトの口元を、注入薬液の逆流を防ぐため
に、急結セメントや発泡硬質ポリウレタン樹脂を予め含
浸させたウエス等を用いてシールし、前記組成物を前記
と同様の方法で注入する。一般に、注入孔1個あたり前
記組成物は30〜200kg注入される。
【0040】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、従来
公知の有機−無機複合系の土壌安定化のための薬液にお
いて生じ易い欠点、すなわち発泡体としての不均質化、
不安定化、砕け易さや、不必要な内部発熱等を容易に解
決することが可能になり、更に、粘度や反応速度が適当
で土壌への浸透性や充填性に優れかつ難燃性(有機、無
機双方の特性)を有する発泡性樹脂を得ることができ
る。また、本発明の土壌安定化工法により、山岳トンネ
ル、大断面トンネル堀削工事、大深度地下土木工事等に
おいて、土壌を広範囲に確実にしかも高強度に安定化し
止水することができる。
【0041】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。特にことわりのない限り、実施例及び比較例中の
「部」及び「%」はそれぞれ「重量部」及び「重量%」
を示す。
【0042】〔HDIの三量体、又はHDIの二量体と
HDIの三量体の製造〕 HDIの三量体(A−1)の製造 温度計、攪拌機、窒素シール管を備えた 500mlセパラブ
ルフラスコにHDI 300部を入れ、次に触媒としてカプ
リン酸カリウム0.06部、助触媒としてフェノール 0.3部
を加え、60℃で 4.5時間反応させ、イソシアヌレート化
反応を行なった。この反応液に停止剤としてリン酸を
0.042部加え、60℃で1時間攪拌後、分子蒸留装置によ
り遊離HDIを除去した。得られた液は、淡黄色透明液
体でNCO含量22.0%、粘度 2100mPa・ s/25℃、遊離H
DI含量 0.4%であった。このHDIの三量体をA−1
とする。
【0043】HDIの三量体(A−2)の製造 温度計、攪拌機、窒素シール管を備えた 500mlセパラブ
ルフラスコにHDI 300部、ポリオールとして1,3−
BD 2.4部を入れ、フラスコ中の空気を窒素で置換し、
攪拌しながら反応温度80℃に加温し、同温度で2時間反
応しNCO含量を測定したところ48.8%であった。次に
触媒としてカプリン酸カリウム0.06部、助触媒としてフ
ェノール 0.3部を加え、60℃で 4.5時間イソシアヌレー
ト化反応を行なった。この反応液に停止剤としてリン酸
を 0.042部加え、80℃で1時間攪拌後、分子蒸留装置に
より遊離HDIを除去した。得られた液は、淡黄色透明
液体でNCO含量21.0%、粘度 2200mPa・ s/25℃、遊離
HDI含量 0.4%であった。このHDIの三量体をA−
2とする。
【0044】HDIの三量体(A−3)の製造 A−1と同様の装置を用いてHDI 300部、1,3−B
D10.2部、触媒としてプロピオン酸カリウム0.06部、フ
ェノール 0.3部、リン酸 0.072部を用いてA−2と同様
に反応を行った。HDIにポリオールを反応後はNCO
含量は45.3%であった。蒸留後は、NCO含量19.2%、
粘度 2800mPa・ s/25℃、遊離HDI含量0.3 %であっ
た。この変性体をA−3とする。
【0045】HDIの三量体(A−4)の製造 A−2と同様の装置を用いてHDI 300部、1,6−H
D 3.3部、ウンデシル酸ナトリウム0.03部、リン酸 0.1
98部を用いてA−2と同様に反応を行った。HDIにポ
リオールを反応後はNCO含量48.6%であった。蒸留後
は、NCO含量20.5%、粘度 3000mPa・ s/25℃、遊離H
DI含量0.4 %であった。このHDIの三量体をA−4
とする。
【0046】HDIの二量体とHDIの三量体(A−
5)の製造 A−2と同様の装置を用いてHDI 300部、NPG6.4
部、トリブチルホスフィン0.4 部、リン酸 0.6部を用い
てA−2と同様に反応を行った。反応後はNCO含量3
7.1%であった。蒸留後は、NCO含量21.2%、粘度 21
5mPa ・ s/25℃、遊離HDI含量0.2 %であった。この
HDIの二量体は32%、HDIの三量体は28%であ
った。このHDIの二量体とHDIの三量体をA−5と
する。なお、遊離HDIは、ガスクロマトグラフィー分
析により求めた。またHDIの二量体とHDIの三量体
の含量は、示差屈折率計検出によるゲルパーミエーショ
ンクロマトグラフィーによって得られる各ピークの面積
百分率をもとに検量線から求めた。
【0047】HDIの二量体とHDIの三量体(A−
6)の製造 A−5と同様の装置を用いてHDI 300部、2−BEP
D 6.0 部、トリブチルホスフィン0.3 部、パラトルエ
ンスルホン酸メチル 0.33 部を用いてA−5と同様に反
応を行った。反応後はNCO含量39.0%であった。蒸留
後は、NCO含量21.9%、粘度 170mPa ・ s/25℃、遊離
HDI含量0.2 %であった。HDIの二量体43%、H
DIの三量体31%であった。このHDIの二量体とH
DIの三量体をA−6とする。
【0048】実施例1〜14、比較例1〜3 表1〜3に示す有機ポリイソシアネート(HDIの三量
体又はHDIの二量体とHDIの三量体)と活性水素基
含有化合物を80℃まで昇温したのち、3時間反応させ
てNCO基末端プレポリマーを得た。これに粘度調整
剤、必要に応じて界面活性剤を加えて(A)有機系混合
物を調整した。一方、表1〜3に示すケイ酸ソーダ50
%、水、アミン系触媒、カップリング剤、必要に応じて
界面活性剤を加えて15分間高速混合して、(B)無機
系混合物の水溶液を得た。この水溶液を5℃又は25℃
雰囲気下に24時間放置したが、液分離はみられなかっ
た。次に(A)有機系混合物と(B)成分無機系混合物
の水溶液を注入機のマシンタンクにそれぞれ所定量仕込
み、送液ポンプ及びスタティックミキサーを通して一定
量500mlのビーカーに吐出し固化させて発泡体を得
た。このときの反応性及び発泡体の物性試験結果を表1
〜3に示す。なお表1〜3における各種成分の使用量
は、重量部である。
【0049】〔発泡体の物性試験方法〕 (1)発泡倍率及び発泡体外観 JIS A 9514に準じて行った。 発泡体外観の評価基準 ○:良好 ×:柔らかく不良 (2)一軸圧縮強度 JSF T511(土壌工学会基準の土の一軸圧縮試験
方法)に準じて行った。 (3)燃焼性 ASTM−D−1692に準じて行った。
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
【表3】
【0053】本発明は、(A)有機系混合物の粘度が低
いので、作業性が良く、また土壌への浸透性や充填性が
良好であり、土壌の固結安定化範囲が広い。また本発明
の組成物によって得られた発泡体はいずれも均質で一軸
圧縮強度が高く、更に、発泡倍率が大きく適当であるの
で土壌の止水効果も優れている。
【0054】 〔使用した原料の説明〕 HDI(1):HDIと1,3−BDとを反応させたNCO含量45.3%品 PPG(1):官能基数2、分子量3500、EO含量65% PPG(2):官能基数2、分子量3000、EO含量85% PPG(3):官能基数2、分子量2000、EO含量95% PPG(4):官能基数2、分子量400、EO含量80% モノアルコール(1) :オクチルアルコール モノアルコール(2) :2−エチル−1,3−ヘキサノール ケイ酸塩水溶液 :東曹産業製、2号(N5)100部に水5部の溶液 3級アミン触媒(1):N,N−ジメチル−n−ドデシルアミン 3級アミン触媒(2):N,N−ジメチル−n−テトラデシルアミン イミダゾール系触媒 :2−メチルイミダゾール カップリング剤 :日本ユニカー製、A−174 カップリング剤 :日本ユニカー製、A−187 界面活性剤 :テー・ゴールドシュミット製、B8541
【0055】実施例15 破砕帯を有するトンネル天盤部に、42mmφビットの
レッグオーガーにより2m間隔で削孔角度25〜35°
(トンネル堀削方向に対しての角度)で5個削孔し、こ
の孔に炭素鋼製の注入ボルト(外径27.2mm、内径
15mm、長さ3m、静止ミキサー及び逆止弁内蔵)を
挿入し、口元部分30cmに2液硬質発泡ポリウレタン
樹脂を含浸させたメリヤス製ウエスを鉄棒で押し込みシ
ールした。次いで、この固定した各注入口に、実施例1
で調整した(A)有機系混合物と(B)無機系混合物の
水溶液を表1に示す比率で、注入圧20〜50kg/c
2 で1孔あたり80〜120kg注入した。注入して
から50分後に、堀進によりトンネル地盤の状態を調査
したところ、半径5mの半球状で、固結安定化してお
り、この範囲からは漏水は全く認められなかった。注入
固結部分をサンプラーで5cmφ×10cmの円柱形状
にサンプリングし、一軸圧縮強度を測定したところ、1
80kg/cm2 であつた。なお、未改良部は破砕帯の
ためサンプリングが不可能であった。
【0056】比較例4 破砕帯を有するトンネル天盤部に42mmφビットのレ
ッグオーガーにより2m間隔で削孔角度25〜35°
(トンネル堀削方向に対しての角度)で5個削孔し、こ
の孔に炭素鋼製の注入ボルト(外径27.2mm、内径
15mm、長さ3m、静止ミキサー及び逆止弁内蔵)を
挿入し、口元部分30cmに2液硬質発泡ポリウレタン
樹脂を含浸させたメリヤス製ウエスを鉄棒で押し込みシ
ールした。次いで、この固定した各注入口に、比較例1
で調整した(A)無機系混合物の水溶液と(B)有機系
混合物を表3に示す比率で、注入圧20〜50kg/c
2 で1孔あたり80〜120kg注入した。注入して
から50分後に、堀進によりトンネル地盤の状態を調査
したところ、半径1.5mの半球状で、固結安定化して
いたが、僅かに漏水が認められた。注入固結部分をサン
プラーで5cmφ×10cmの円柱形状にサンプリング
し、一軸圧縮強度を測定したところ、100kg/cm
2 であつた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08G 101:00) C09K 103:00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)有機ポリイソシアネートと活性水
    素基含有化合物とを反応させて得られるNCO基末端プ
    レポリマー及び粘度調整剤からなる有機系混合物と、
    (B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカゾル、カッ
    プリング剤、アミン系触媒、発泡剤からなる無機系混合
    物、とから成る土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物
    であって、 NCO基末端プレポリマー成分に使用する有機ポリイソ
    シアネートがヘキサメチレンジイソシアネートのイソシ
    アヌレート環状三量体、又はヘキサメチレンジジイソシ
    アネートのウレトジオン二量体とヘキサメチレンジイソ
    シアネートのイソシアヌレート環状三量体であることを
    特徴とする土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 (A)有機ポリイソシアネートと活性水
    素基含有化合物とを反応させて得られるNCO基末端プ
    レポリマー、粘度調整剤及び界面活性剤からなる有機系
    混合物と、(B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカ
    ゾル、カップリング剤、アミン系触媒、発泡剤からなる
    無機系混合物、とから成る土壌安定化ポリウレタン発泡
    樹脂組成物であって、 NCO基末端プレポリマー成分に使用する有機ポリイソ
    シアネートがヘキサメチレンジイソシアネートのイソシ
    アヌレート環状三量体、又はヘキサメチレンジジイソシ
    アネートのウレトジオン二量体とヘキサメチレンジイソ
    シアネートのイソシアヌレート環状三量体であることを
    特徴とする土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 (A)有機ポリイソシアネートと活性水
    素基含有化合物とを反応させて得られるNCO基末端プ
    レポリマー、粘度調整剤からなる有機系混合物物と、
    (B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカゾル、カッ
    プリング剤、アミン系触媒、発泡剤及び界面活性剤かか
    らなる無機系混合物、とから成る土壌安定化ポリウレタ
    ン発泡樹脂組成物であって、 NCO基末端プレポリマー成分に使用する有機ポリイソ
    シアネートがヘキサメチレンジイソシアネートのイソシ
    アヌレート環状三量体、又はヘキサメチレンジジイソシ
    アネートのウレトジオン二量体とヘキサメチレンジイソ
    シアネートのイソシアヌレート環状三量体であることを
    特徴とする土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 (A)有機ポリイソシアネートと活性水
    素基含有化合物とを反応させて得られるNCO基末端プ
    レポリマー、粘度調整剤及び界面活性剤からなる有機系
    混合物と、(B)ケイ酸塩水溶液及び/又は水性シリカ
    ゾル、カップリング剤、アミン系触媒、発泡剤及び界面
    活性剤かからなる無機系混合物、とから成る土壌安定化
    ポリウレタン発泡樹脂組成物であって、 NCO基末端プレポリマー成分に使用する有機ポリイソ
    シアネートがヘキサメチレンジイソシアネートのイソシ
    アヌレート環状三量体、又はヘキサメチレンジジイソシ
    アネートのウレトジオン二量体とヘキサメチレンジイソ
    シアネートのイソシアヌレート環状三量体であることを
    特徴とする土壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 活性水素基含有化合物が、エチレンオキ
    シドユニットを60〜95重量%含有する官能基数2〜
    8で分子量500〜5000のポリエーテルグリコール
    又は、エチレンオキシドユニットを60〜95重量%含
    有する官能基数2〜8で分子量500〜5000のポリ
    エーテルグリコールと炭素数4〜50のモノアルコール
    とを併用することを特徴とする請求項1〜4に記載の土
    壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一項に記載の土
    壌安定化ポリウレタン発泡樹脂組成物を土壌に注入して
    固結させることを特徴とする土壌安定化方法。
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