JPS60204658A

JPS60204658A - 無機質材料とその製造方法および固化方法

Info

Publication number: JPS60204658A
Application number: JP6256684A
Authority: JP
Inventors: 杉浦　正洽; 喜章福嶋; 宏明林; 栗本　孝子
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1985-10-16

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】本発明は、水ガラスとメタカオリンとがらなシ。

良好な作業性を持ち、固化したものは耐水性、耐温水性
＝俳歩峰社報を有する無機質材料とその製造方法および
該材料の同化方法に関するものである、。

工業的に広く使用される材料の一つに、氷カラスがある
。通常、水ガラスは二酸化珪素とアルカリとを融解して
得られる珪酸アルヵり塩を濃厚な水溶液としたもので、
無色で、粘性の高い液体である。該水ガラスを空気中に
放置すると水分が蒸発し、固化する。そこで、水ガラス
は、この性質を利用して人造石、陶磁器、ボール紙等の
接着剤。

その他塗装物、土壌改良剤、成形材Ｉｔ等として広く利
用されている。

しかしながら、該水ガラスは、一旦固化しても水分に接
触すると再び水を吸収して粘性液体に戻る。それ故、該
水ガラスを屋外等の湿気の多いところ、或いは水と直接
接触するところで使用する製品に使用することが不可能
である。即ち、該水ガラスの固形物は、耐水性がないと
いう欠点を有している。

従来よシ、該水ガヲス固形物の耐水性を持たせるための
試みが多くなされ、その中の一方法として、水ガラスを
不溶性にするために加熱縮合型の燐酸質硬化剤を配合し
たり、セメントを配合し１？：。

す、また酸化亜鉛等を添加して固化させたものがある。

しかし、これら組成物は、常温の水に対して成る程度の
耐水性を有するものの、長期問屋外に放置したシ、温水
或いは沸騰水に浸漬した場合。

徐々に溶解するという欠点を有する。

そこで９本発明者等は、上述の如き従来の間６点に鑑み
、これを解決すべく各種の研究を重ねたところ１本発明
を成すに至ったのである。

本発明の目的は、成形、塗布等の作業に際し。

作業性がよく、シかも固化せしめたとき、常温の水には
熱論のこと温水に長時間浸漬しても溶解しない特長を有
する無機質材料、その製造方法およびその固化方法を提
供することにある。

本願にかかる第１の発明〆（以下、第１発明とい２　＞
ｈ、水ガラスとメタカオリンとの混合物で゛あることを
特徴とする無機質材料である。

本第１発明にかかる無機質材料を乾燥して得た固化物は
、水中に長時間浸漬しても溶解せず、耐水性に優れてい
る。

本願にかかる第２の発明（以下、第２発明という）は、
カオリン群粘土鉱物を加熱してメタカオリンに変成する
熱処理下ｆｚと、該メタカオリンと水ガラスとを混合し
て無機質材料とする混合工程とからなることを特徴とす
る無機質材料の製造方法である。

本第２発明によれば、上記熱処理工程によりカオリン群
粘土鉱物中に含棟れる有機物質が除去されると共に核カ
オリン群粘土鉱物中に含まれる親水基間ち水酸基が消失
してメタカオリンに変成され、水ガラスとメタカオリン
の粉末との反応性が高められ、この方法により１棟造さ
れた無機質材料の固化物は優れた耐水性を有する。

本丸ｉ目にかかる第３の発明（以下、第３発明という）
は、カオリン群粘土鉱物を加熱してメタカオ該無機質材
料を８０ないし５００℃の温度に加熱本第６発明によれ
ば、高温状態で固化せしめるために、水ガラスとメタカ
オリンとの反応が充分に進行するので、得られる固化物
は常温で固化したものよシ、よシ優れた耐水性、耐温水
性を有する。

また、接着剤として金属や、無機質の基板に塗布、固化
せしめた場合には、該同化物は常温固化させたものより
強力な接着力を発揮する。

また、塗布、加熱固化した場合、該無機質材料の表面は
、著しく疎水性を示す。

以下９本願にかかる発明（以下１本願発明という）ヲ、
よシ詳細に説明する。

本願発明における水ガラスは９通常、珪酸アルカリ塩の
１０〜７０重景％（重量％）水溶液が使用できる。該珪
酸アルカリ塩は、ＮａｚＯ８ｎｓｉＯｚ　（ｎ≦１〜４
）で表わされるものが一般的である力ｉ。

Ｎａ２Ｏはｔ　Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ或いは（ＮＨ４’　）
　２０であってもよい。また、水ガラ７として市販され
ている、Ｉ　Ｉ　８規格の水ガラスト６号であってもよ
い。

本願におけるカオリン群粘土鉱物は、　Ａ／２８ｉ。

０６（ＯＨ）４　・ｎ　ｆＪ２０　（ｎ、ｆ（２０は層
間水であシ２通常ｎ　＝　Ｑ又は１以上の整数）の組成
を有する。具体的には、ｎ−０の物質として、カオリナ
イト（Ｋａｏ　ｌ　ｉｎ　ｉ　ｔｅ　）＋　ディツカイ
ト（Ｄｉｃｋｉｔｅ）。

ナクツイト（Ｎａｃｒｉｔｅ　）＋メタハロイサイト（
Ｍｅｔａｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　）等があり、ｎ＝１以
上の物質即ち肋間水を持つ物質としてハロイサイト（ｒ
ｉＡＪ］ｏｙｓｉｔｅ　）等がある。

核カオリン群粘土鉱物の形状は一定でなく９例えば、カ
オリナイト、ディツカイト、ナクツイトは六角板状であ
るのに対し、メタハロイサイト。

ハロイサイトは管状または円筒或いは球状である。

該カオリン群粘土鉱物は、　ｉｆｉ称カオリンと呼はれ
１日常的には、「カオリンＪの前に産地の名称を冠して
、Ｍ国産カオリン、ジヨウシアカオリン。

ニューシーラントカオリン、金剛カオリン、伊那カオリ
ン等と呼ばれている。

本願発明におけるメタカオリンは、上記カオリン群粘土
鉱物を加熱したとき、該鉱物が変成して生成する非晶質
物質で、もはやそれ自身多量の水を吸収・吸着しても元
の鉱物に戻らない性質を有してはいるが、該鉱物の構造
を残しているものである。

本願発明における熱処理工程は、カオリン群粘土鉱物を
一定時間加熱して本願発明におけるメタカオリンを得る
工程である。カオリン群粘土鉱物の熱処理温度は６００
〜９００Ｃの温度範囲内であることが好ましい。この温
度範囲内で加熱すると、脱水してメタカオリンに変成す
る。ここで。

該熱処理温度が９００℃を越えた場合には、該メタカオ
リンは再び結晶化して他の物質に変化してしまい、また
、６００ｔ：未満の場合には、メタカオリンに変成され
ないので共に好ましくない。

上記熱処理時間は、熱処理温度によって一概に決らない
が、大略数分ないし５・６時間程度である。熱処理温度
が高い程、熱処理時間は短かくてよい。この熱処理の雰
囲気は、空気中または不活性ガス中で行なうのが好まし
い。その中でも空気中で行なうことがよシ好ましい。

次に、上記の熱処理工程を施して得たメタカオリンと前
記水ガラスとを混合する混合工程を行ない、第１発明に
かかる無機質材料を得る。

この混合に際して、用いるメタカオリンの太き材料が得
られるからである。従って、メタカオリンを該大きさと
するために、カオリン群粘土鉱物を予め粉砕して該大き
さのものを熱処理するか。

または、熱処理されたメタカオリンを粉砕して該大きさ
のものをすることが望ましい。

該混合工程は９通常のミキサー、ボールミル撮動ミル、
或いは乳鉢等を使用して行なうことができる。

上記メタカオリンと水ガラスの混合割合は．水ガラヌの
固形分１００ｇに対してメタカオリンが乾燥重量で１２
５〜２００ｇの割合であることが後も耐水性を有さず，
しかも乾燥固化時に亀裂が発生するためである。また、
上記範囲を越えた場合には，混合工程を容易に実施でき
ないばかりでなく，得られる無機質材料を成形，塗布す
る場合にも作業性が悪くなるからである。寸だ，乾燥固
化時に亀裂が生じ易く，固化後充分な強度が得られない
からである。しかも、基材に塗布した場合には，基材と
の接着力にも欠けるからである。

尚，無機質材料の粘度を調整するために，適当量の水を
加えてもよい。

次に，第３発明である該無機質材料の同化方法について
説明する。先ず，該無機材料を使用目的に応〔て所定の
形状に成形したり，型に注入成形したシ，また．ボール
紙，木材，金属，セヲミックヌ等から成る基材の表面へ
膜状に塗布して固化せしめ．成形体とする。また、二つ
以上の基材を接着したシ，隙間をつくって注入したシし
て固化せしめ、基材の結合材としてもよい。

上記固化は、室温付近で長時間自然乾燥してもよいが、
該無機質材料を８０〜５００℃の温度に加熱した状態で
行なう。この加熱工程における昇温時に、該無機質材料
の構成成分のうち、メタカオリンの混合割合を大きくし
たものは、加熱温度が１８０〜５００℃であっても発泡
しないので。

各種材料の塗料として有用である。また、メタカオリン
の混合割合を小さくしたものは、加熱温度が１８０〜５
００℃で発泡するため発泡体として用いることができ、
また、８０℃以上１８０℃未満の加熱温度では発泡する
ことがないという利点があり、有用である。この温度範
囲の場合、メタカオリンの混合割合を大きくすることが
好ましい。

井扮の温度で乾燥・固化せしめたものを、上記の常温固
化の場合よシも、また、加熱処理を施さな耐温水性を保
有する。それは、加熱工程を施すことによって、非晶質
物質であるメタカオリンがよシ反応性に富み、水ガラス
のアルカリ金属イオンを固定するばかりでなく、メタカ
オリンの非晶質部の５ｉ−０鎖がアルカリにより切断さ
れ、水ガラス固形分の８ｉ　−０鎖と結合してＳｉ　−
０鎖がよシ強固になるためと思われる。

また、常温固化後に加熱・昇温した場合でも。

昇温しないものに比べて、よシ優れた耐水性、耐温水性
を有している。

尚９本願発明において、水ガラスとメタカオリンの他に
、水ガラスの諸性質に悪影響を与えない添加物を、増量
材等として適宜添加してもよい。

該添加物としては９例えば、珪砂、ガラス粉、ガラス繊
維等の無機質物質が使用できる。これらの添加物を添加
すると、増量材となる以外に、加熱時に該無機質材料の
収縮率が小さくな夛、亀裂の発生を防止することが可能
となる。

以下１本願発明の詳細な説明する。

なる様にボールミルンをカンタル炉を用い８００℃で２時間加熱処理し，本
願にかかるメタカオリンの粉末を得た。該メタカオリン
の主成分は．酸化珪素（Ｓｉｎｇ）と酸化７ルミニウム
（ＡｇｚＯｚ　）で、その含有量ハ。

それぞれ４　７　３　Ｗ’ｔ％，３２．８ｗｔ％である
。該メタカオリンの粉末と加熱前のカオリンの粉末を電
子顕微鏡により観，察した結果，両粉末ともに円筒状で
あった。また、この２つの粉末をＸ線回折装置を用いて
分析したところ，加熱前のカオリンはメタハロイサイト
の回折格子面（　０　０　１　）、（０２０）、（００
２）に相当する回折強度曲線のピーク強度を示したのに
対し．メタカオリンは上記メタハロイサイトの回折格子
面（００１　）、（０２０）。

（００２）に相当する回折強度曲線のピーク強度がなく
なり，非晶質物質であることを確かめた。

次に．上記加熱工程を施した該物質の粉末と水ガラス（
水ガラス５号．固形分４０ｗｔ％）とを内容積３ＱＱｃ
ｃのアルミナボッ１に入れ，更に内径１５６のアルミナ
ポー／Ｉ／３０Ｏｆ入れて，ボールミμで２４時間混合
し，無機質材料を得だ。

この際．水ガラスとメタカオリンの混合量は，水ガラス
が１０Ｏｆで，メタカオリンは遺」表に示す如き混合量
であった。尚，混合時，該メタカオリンの粉末は，容易
に水ガラヌ中に分散した。次いで，該無機質材料をプラ
ヌチツク製の成形型に注入し，室温で７２時間乾燥・固
化せしめ，大きさ５　５ｎＸ２　５６，厚さ２ｎの板状
無機質材料固化物を得た（試験番号１〜７，加熱処理条
件：室温　、−）。

また、上記成形型に注入したもののうち，室温で２４時
間乾燥せしめたところで，坩堝型ニクロム炉を用いて，
表に示す温度に昇温速度１．０℃／分で昇温し，５時間
保持の乾燥を施し，無機質材料固化物を得た（試験番号
１〜７，加熱条件：室温を除く表に示す温度）。

得られた無機質材料固化物を１００ｍ１の水道水を入れ
たビーカーに入れ、２５℃で２４時間放置したのち、そ
の外観、形状を目視で調べた。その結果を１表に示す。

表中、Ａは変化がなかったもの、Ｂは形がくずれていた
ものをそれぞれ示す。

尚、比較のために、メタカオリンの混合量が１００ｆの
もの（ＣＩ）、メタカオリンを混合しなかったもの（Ｃ
２）について、Ｌ記と同様の方法で、無機質材料固化物
を得た１、得られた該同化物の耐水性試験を上記と同様
の方法で行った。得られた結果を、肴埠表に併わせて示
す。

実施例２ジヨウシア産のカオリンを粉砕し１粒度が１０数ミクロ
ン以下の粉末とし、該粉末を６００ｂて５時間熱処理し
て本願発明におけるメタカオリンの粉末を得た。該粉末
と熱処理前のカオリンの粉末をＸ線回折装置を用いて分
析したところ９カオリンはカオリナイトが主成分で、該
カオリンを熱処理して得た粉末は非晶質物質即ちメタカ
オリンであることが確認された。

該メタカオリンの粉末３０ｇと固形分が４量ｗｔ％のＮ
ａ型水ガラヌ１００ｆとを３３［］ｃｃのアルミナ製ボ
ールミルかかる無機質材料を得た。

該無機質材料をアルミニウム板（寸法：１５０Ｘ６０Ｘ
１ｔ＊）に刷毛で塗布し，室温で２４時間乾燥固化した
のち，更に１時間３４０℃で加熱した。得られた無機質
材料の固化物（塗膜）は、発泡することがなく，またア
ルミニウム板との接着も良好であった。更に．該固化物
の耐温水性を調べるために，該固化物を含むアルミニウ
ム板を２１の温水中に２時間浸漬・放置したのち，その
外観，形状を目視で調べた。その結果．何の変化も見ら
れなかった。その後，温水中に溶出したＮａ，０量を．
　ＨＣｌ！を用いて滴定した。その結果，　ＮａｔＯの
溶出量は，該同化物（塗膜）に含１れるＮａｐ　Ｏ量の
３．＋ｗｔ％であった。

比較のため，加熱前のカオリンの粉末３０ｇと上述の水
ガラヌ１　００１とを上述と同様の方法で混合し，得ら
れた無機質材料をアルシミニウム仮に塗装し．室温乾燥
，加熱乾燥して固化物を得た。

該同化物の耐温水性試験を，上述と同様の方法で行なっ
た。その結果，ＮａｙＯの溶出量は＋４．７ｗｔ％であ
った。

実施例６粒度が２００ミクロン以下のニューシーラント産のカオ
リンの粉末を６００℃で４時間熱処理して本願発明にお
けるメタカオリンの粉末を得た。

該粉末と熱処理前のカオリンの粉末をＸ線回折装置を用
いて分析したところ．カオリンはメタハロイサイトが主
成分であり，該カオリンを熱処理して得だ粉末は非晶質
物質即ちメタカオリンであることが確認された。

次に，該メタカオリンの粉末１０ｇをＮａ型水ガラス６
号１００ｇに添加・混合し，内寸法で６０Ｘ３０Ｘ５１
ｆｆｉのプラスチック製の容器に流し，室温同化せしめ
て．厚さ１酊の無機質材料固化物を得た。次いで，該同
化物を大きさ６０Ｘ３０ＸＩＵの２枚のヌテンレス鋼板
の間に介装し，重力方向に垂直に置き．電気炉中で３４
０ｂ．２時間保持の加熱を施した。この加熱処理によシ
、該固化物は、厚さ３Ｈに均一に発泡膨張し、直径が約
ＯＢｎの気泡を有する発泡体を得た。該発泡体は、６０
℃の温水中に２時間浸漬しても、その表面状態。

形状には全く変化はなかった。

実施例ｋ。

粒度が１０数ミクロン程度の金剛カオリンの粉末を用意
し、このカオリンをＸ線回折装置を用いて分析したとこ
ろ、カオリナイトの（００１）。

（，００２）、（００３）、（００４）ｆｆｉｉが観測
された。該金剛カオリンの粉末を９００℃で１０分間熱
処理してメタカオリンを得た。

該メタカオリンの粉末２０ｇを固形分４０ｗｔ％含む水
ガヲヌ３号１００ｇに混合して得た本願発明にかかる無
機質材料を６０Ｘ６０Ｘ５ｎの大きさのプラスチック容
器に入れ、加熱乾燥器の中で８０℃で１６８時間加熱・
乾燥して無機質材料固化物を得た。

次に、得られた該固化物の耐水性を調べるために、該固
化物を１１の水中（２５℃）に２４時間浸漬・放置した
。その後、該固化物の形状１表面状態を目視で調べだ結
果、何ら変化はなかった。

比較のために、金剛カオリンの粉末と水ガラスとを用い
、上記の方法と同様の方法で無機質材料固化物を得、耐
水性試験を行なった。その結果。

比較用固化物は１表面が溶けて形状がくずれた。

特許出願人株式会社　豊田中央研究所（外２名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水ガラスとメタカオリンとの混合物であることを
特徴とする無機質材料。
（２）メタカオリンは、カオリン群粘土鉱物を６００　
ないし９００℃の温度で加熱処理したものであることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の無機質材料
。
（３）　カオリン群粘土鉱物を加熱してメタカオリンに
変成する熱処理工程と、該メタカオリンと水ガラスとを
混合して無機質材料とする混合工程とからなることを特
徴とする無機質材料の製造方法。
（４）熱処理工程における加熱温度は、６００ないし９
００℃であることを特徴とする特許請求の範囲第（３）
項記載の無機質材料の製造方法。
（５）カオリン群粘土鉱物は、カオリナイト、ディツカ
イト、ナクフィト、メタハロイサイト、ハロイサイトの
一種または二種以上の混合物を主成分とする粘土鉱物で
あることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の
無機質材料の製造方法。
（６）混合工程における水ガラスとメタカオリンとの混
合割合は、水ガラスの固形分ｉ　ｏｏｙに対してメタカ
オリンが乾燥重量で１２５ないし２００ｆであることを
特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の無機質材料
の製造方法。
（７）　カオリン群粘土鉱物を加熱してメタカオリ該無
機質材料を８０ないし５００℃の温度に加熱して固化せ
しめる加熱工程とからなることを特許とする無機質材料
の同化方法。
（８）混合工程における水ガラスとメタカオリンとの混
合割合は、水ガラスの固形分１００ｆに対してメタカオ
リンが乾燥車量で１２５ないし２００ｆであることを特
徴とする特許請求の範囲第（７）項記載の無機質材料の
固化方法。