JPS605057A - 無機組成物とその製造方法および固化方法 - 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】 本発明は、水ガラスと含水珪酸塩粘土鉱物とからなり、
優れた耐水性と曲げ強度をもち、固イヒしたものは更に
耐水性１強度が向上し、無機系塗料あるいは接着剤とし
て利用できる無機組成物とその製造方法および該材料の
固化方法シこ関するものである。

工業的に広く使用されている水ガラスは、二酸化珪素と
アルカリとを融解して得られる珪酸アルカリまたは珪酸
アンモニウムの濃厚な水溶液であり、無色で、粘性の高
い液体である。該水ガワヌを空気中に放置すると水分が
蒸発し、固化する性質により、水ガラスは無機系塗料あ
るし１番よ接着剤等として広く利用している。

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という耐水性の
面で欠点を有している。そのため。

水ガラスを混載の多いところ、あるいは水と直接接触す
るところで使用する製品には使用することができない。

従来、この欠点を補なう目的で、上記水ガラスに加える
添加剤が各種考案されている。これら添加剤としては、
酸化亜鉛等の多価金属酸化物、うてビオライト、アタパ
ルジャイトあるいは、ノ＜ルゴルスカイト等の含水珪酸
塩粘土鉱物、あるし１はマグキシウム、アルミニウム等
の多価金属イオンを吸着あるいは含有した物質等が提案
されている。

しかし、これら添加剤による効果は充分でなく。

例えば常温以下の水に対しては一応の耐水性を有するも
のの、温水あるいは沸騰水により溶解するものが多い。

また、多価金属イオンを硬化剤として水ガラスに添加し
たものは９反応が速し）ため。

使用が不可能であったり、接着強度あるｐｚは付着強度
が不充分である。

本発明の目的は、上記従来の欠点を克服して、　〜接着
強度０曲げ強度がよく、シかも固化せしめたとき、常温
の水にはもちろんのこと温水あるｔ＼シよ沸騰水に長期
間浸漬しても溶解しない非常に優れた耐水性を有する無
機組成物、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（以下第１発明という）は水ガ
ラスと珪酸質の少ない含水珪酸塩粘土鉱物との混合物で
あることを特徴とする無機組成物である。

本第１発明にかかる無機組成物を乾燥させた固化物は、
沸騰水中に長時間浸漬しても溶解しない優れた耐水性、
耐沸騰水性を有する。

本願にかかる第２の発明（以下第２発明という）は含水
珪酸塩粘土鉱物をアルカリ性溶液に浸漬して珪酸質の少
ない含水珪酸塩粘土鉱物とするアルカリ処理工程と、該
含水珪酸塩粘土鉱物と水ガヲヌとを混練して無機組成物
とする混練工程とからなることを特徴とする無機組成物
の製造方法である。

本第２発明によれば、・含水珪酸塩粘土鉱物をアルカリ
処理することにより、含水珪酸塩粘土鉱物中のシリカ等
の珪酸質の一部が溶離・除去する。

この珪酸質の減少により、含水珪酸塩粘土鉱物中のマグ
ネシウムやアルミニウム等の多価イオンと水ガラスとの
反応が充分に進行して、優れた耐水性、耐沸騰水性を有
する。

程と、−含水珪酸塩粘土鉱物と水ガラスとを混練して無
機組成物とする混練工程と、該無機組成物を８０〜６０
０℃の温度に加熱して固化せしめる加熱工程とからなる
ことを特徴とする無機組成物の固化方法である。

本第８発明によれば、上記無機組成物を高温状態で固化
せしめることにより、水に不溶の物質がより多量に生成
されるので、得られる固化物は常温で固化したものｔよ
り、より優れた耐水性、耐熱性を有する。

また珈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、該固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。

以下１本願にがかる′発明（以下本願発明としｚう）を
、より詳細に説明する。

本願発明における水ガラスは９通常、珪酸アルカリ塩１
０〜７０重景パーセント（ｗＬ％）水溶液が望ましい。

該珪酸アルカリ塩はＮａｚＯｌ　ｎ５ｉ０２（ｎ＝１−
４）で表わされるものが一般的であるが、Ｎ幻Ｏはに２
０　、Ｌ　ｉ　２０あるいは（ＮＨ４）　２０であって
もよい。また水ガラスとして、市販されているＪＩＳの
水ガラスト３号であってもよい。

本願発明における含水珪酸塩粘土鉱物は、該鉱物の鉱石
を粉砕したもので、その粒径は均一な無轡組成物を得る
上で１〜５Ｑ７ｚｍの範囲内が望ましい。

該鉱石は、具体的にセビオフィ）　（５ｅｐｉｏｌｉＬ
ｅ）。

アタパルジャイト（ＡＬ、ｔａｐｕ、Ｉｇｉｔｅ　）　
＊モンモリナイト（Ｍｏｎｔｍｏｒｉ＋１ｏｎｉｔｓ）
ｅカオリナイト（Ｋａｏｌｉｎｔｔａ）＋ハロイサイト
（Ｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　Ｌバーミキユライト（Ｖｅｒ
ｍｉｏｕｌｉｔｅ　）あるいはタルク（Ｔａｌｅ’）の
繊維状あるいは層状物質である。

上記セビオライト、アタパルジャイト及びタルクは、含
水マグネシウム珪酸塩、含水アルミニウム珪酸塩を主成
分とする鉱物で、その構造は、−辺が約０．１　ｐ　ｍ
の四辺形断面を有する長繊維の集合体で、該集合体内に
は、繊維の長さ方向に多数の孔を有しているものである
。

また上記パーミキーライト等の層状物質は、珪酸マグネ
シウム、珪酸アルミニウムを主成分とする薄膜の層状構
造を有するものである。

本願発明におけるアルカリ処理工程は、上記含水珪酸塩
粘土鉱物をアルカリ性溶液に浸漬して。

一定時間放置して本願発明にかかる珪酸質の少ない含水
珪酸塩粘土鉱物（以下ローシリカ粘土鉱物という）を得
る工程である。

上記アルカリ処理により、含水珪酸塩粘土鉱物に含有す
る珪酸質の一部はアルカリ性溶液の塩基と反応して溶液
中に溶出し、非晶質部が形成される。

その後、該アルカリ性溶液を水洗等により除去し。

乾燥させることによって、非晶質部を有するローシリカ
粘土鉱物を得る。

上記アルカリ性溶液としては、ＭＯＨ（Ｍはカリウム、
ナトリウム等のアルカリ金属、あるいはアンモニア等の
塩基である）で示される物質の水溶液、アルコール性溶
液または水溶性有機溶媒溶液等の一種、あるいは二種以
上混合して使用する。

該アルカリ性溶液のアルカリ濃度は０．１−１０規定の
範囲が望ましい。アルカ＋１１）度が０．１規定未満の
場合にはアルカリの作用が弱く９反応が充分進行しない
ため、処理に長時間を要する。一方。

アルカリ濃度が１０規定以上の場合には、珪酸質とアル
カリとの反応が促進され、珪酸質分の調整が困難である
とともに、処理後のアルカリの除去。

中和処理等の処理を必要とする。また、アルカリ濃度が
上記範囲内であっても粘土鉱物中の珪酸質の一部が溶液
中に溶離する量が小さい場合には。

珪酸質とアルカリとの反応を促進するため、粘土鉱物を
アルカリ性溶液に浸漬した後、該アルカリ性溶液を攪拌
あるいは環流してもよく、さらに該アルカリ性溶液を加
温してもよい。

上記浸漬時間は、アルカリ性溶液の濃度、＠度によって
一部に決まらないが、たとえば常温で１時間〜６日間が
望ましい。浸漬が１時間未満では反応が充分に進行せず
、また６日間を越えて浸漬した場合には、粘土鉱物に含
まれる珪酸質がすべ〜溶離し、別の沈澱物を生じる。

次に、該ローシリカ粘土鉱物をアルカリ溶液から濾過等
の方法により取り出す。このあと、さらに該ローシリカ
粘土鉱物を水で洗滌するのがよし＼。

ローシリカ粘土鉱物中にアｌレカリが残存すると。

後工程中において、粘土鉱物に含まれる珪酸質と反応し
て１本発明にかかる無機組成物の成分を制御することが
困難となる場合には、アルカリ処理を行なったローシリ
カ粘土鉱物からアルカリ分を除去するため、充分水で洗
滌する。

また、該ローシリカ粘土鉱物に含まれる余分な付着水を
除去したい場合には、アルカリ処理後に乾燥処理を施し
てもよい。この乾燥処理工程は。

ｐ−シリカ粘土鉱物中の付着−水を除去するのみである
から、空気または不活性ガスの雰囲気中で。

室温−／６００℃の範囲の温度で、８〜１２０時間加熱
保持するのがよい。

上記の処理工程を施して得た該ローシリカ粘土鉱物の粉
末を前記水ガラスに添加、混練する混線工程を行ない、
第１発明にかかる無機組成物を得る。

該混線工程は、該ローシリカ粘土鉱物を水ガラスに均質
分散させるための工程で９通常のミキサー、ボールミル
、あるいは乳鉢等を使用して行なりことができる。

この場合、上記アルカリ処理を施したために。

ローシリカ粘土鉱物と水ガラスとが結合しやすくなり、
混線時に粘性が小さくなり、混練が容易となる。上記ロ
ーシリカ粘土鉱物と水ガラスの混合割合は、水ガラスの
固型成分】００ｆに対して。

５〜２００ｇの割合がよい。該ローシリカ粘土鉱物の混
合割合が上記範囲より少ない場合には、得られる無機、
ｌｌｉ成物は、乾燥固化時にクラックが生じやすいと同
時に固化後の耐水性が不充分である。

一方、上記範囲以上の該ローシリカ粘土鉱物を混合する
と、混練が困難になるばかりでなく、乾燥固化時にクワ
ツクが生じやすくなり、固化後充分な強度が得られ難い
。

次に、第８発明である該無機組成物の固化方法について
説明する。

まず、上記混練工程を施した無機組成物を所望の形状に
するため成形したり、あるいは該無機組成物を被塗物に
塗験するため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り、隙
間をつくって注入したりして固化せしめ。

基材の結合材としてもよい。

上記成型においては金型、木型、プラスチックの型を使
用する方法あるいは２枚のフィルムの間に入れて圧着す
る方法等で成型する。また塗布する場合には、通常の届
１１毛、コデ塗り、あるいはスプレーにより各椋基材に
塗布する。

上記成型または塗布を施した無機組成物は室温に放置す
るだけで乾燥面イヒし、充分な耐水性および接着強度が
得られる。この室温で自然乾燥する放置時間は３時間以
上が望ましい。

しかし１強度および耐水性をさらに数倍する目的で上記
無機組成物の固化処理を加熱状態で行なう。この加熱工
程において、該ローシリカ粘土鉱物中の過剰のマグネシ
ウムまたはアルミニウム等の多価イオンと核水ガラス中
のナトリウム、男すウ五等のアルカリ金属イオンとの交
換反応が進行し、水に不溶の物質が充分に生成し、常温
固化の場合よりも優れた耐水性、耐渇水性さらには耐沸
騰水性を保有すると同時に珪酸質が少ないため強度が向
上する。

該加熱工程における％理条件は、空気雰囲剣または不活
性ガス雰囲気中で８ｏ〜ａｏｏｂの範囲内の温度で１〜
１０時間加熱するのがよい。該加熱温度が上記範囲より
小さい場合には、該無機組成物は、常温で自然乾燥した
ものと同じような耐水性しか有さす、一方、上記範囲以
上の加熱温度で乾燥固化せしめた場合、無機組成物が固
化時に発泡してしまう可能性がある。また、加熱時間は
加熱温度によって異なるが、上記範囲の加熱時間で、無
機組成物が発泡しないようｔこ、比峻的低い昇温速度で
所定温度に到達せしめ、所定時間保持するのがよシ１６
なお、室温付近の温度で乾燥固化せしめたものを、上記
の温度範囲内の温度に加熱保持してもよい。この場合で
も、昇温しなし）ものに比べて、より優れた耐温水性、
耐沸騰水性を有している。

なお９本発明において、乾燥固化させる加熱工程で、ロ
ーシリカ粘土鉱物と水ガラスを混練してできた無機組成
物は、乾燥時、水の減少に伴なシ１゜収縮が５〜ｌＯ％
あり、これを防止するため、雲母、ひる石等の層状の鉱
物、アルミナ等の酸化物粉末を増量材として添加しても
よし）。これらの添加物により、固化時に該無機組成物
の収縮率が小さくなり、き裂の発生を防止することがで
き・さらに可撓性も現われる。

以下本願発明の詳細な説明する。

実施例１゜ スペイン原産セピオフィトを粒度が数μとなるように微
粉砕し２本願にかかる該鉱物としてのセピオライトの粉
末を得た。該粘土鉱物の主成分をよ（ｉｓ！、Ｑｗｔ％
の二酸化ケイ素（Ｓｉｎｓ）と２４．１！２ｗｔ％の酸
化マグネシウムである。該粉末１００ｆをアルカリ濃度
６規定の水酸化ナトリウム水溶液に加え、冷却管を具備
したフラスコ中で、】０９℃の温度で１０時間環流した
のち、８０分間放置した。その後、該水溶液を濾過し、
水道水に再分散して、再濾過した。この分散、濾過の操
作を５回くり返してから、濾過して得た物質なｓｏｂで
４８時間加熱、乾燥し、該物質に残留しているアルカリ
分を除去した。このアルカリ処理工程によって、上記セ
ビオライトの主成分はＳ　ｉ　０２が３０．１ｗｔ％に
、ＭｇＯが２４．２　ｗｔ　％ニ変化り。

本願発明にかかるローシリカ粘土鉱物を得た。

次に上記ローシリカ粘土鉱物を乳鉢と乳棒を用いて粉砕
して粉末とした。該粉末８０ｇにナトリウム型水ガラス
３号１００Ｆを添加し、乳鉢と乳棒を用いて混練した後
、鋼製の成形型を用い、厚さ２覇の円板状トこ成形した
。この成形体を大きさ５０１１ｍＸＩＱｓｍ、厚さ２ｆ
ｌの板状に切り出し、室温で２４時間乾燥固化後、さら
にイナートオーブンを用いて１２０ｔで４時間加熱し９
本発明にかかる無機組成物の固化物を得た。該固化物は
、上記乾燥、加熱操作により１寸法が約２％収縮した。

また、比較のため、アルカリ処理をしない原料粉末を上
記と同様な方法２割合で、混合、成型。

乾燥および熱処理して比較用固化物を製作した。

次に、耐沸騰水性を碇かめるために上記二種類の固化物
を沸騰水中に１５時間浸漬した。この浸漬により９本発
明における無機固化物および比較用固化物とも形状およ
び表面状部に全く変化が観測されなかった。しかし、該
浸漬後、固化物を取り出し、固化物からのＮａ２Ｏ成分
の溶出量を塩酸による滴定によりめると、比較用固化物
からのＮａｎｏの溶出量は１５０＃であったのに対し２
本発明の固化物からの溶出量は１０りであり１本発明の
無機固化物の耐沸騰水性が優れていることがわかる。

また１強度の面においても、比較用固化物の３点曲げ強
さが９　ｋｇ　／　ｆ１２であったのに対し１本発明の
固化物は１８に９／ｌｚ’で・あり９本発明品が優れて
いることがわかる。

実施例２ ヌペイン原産セビオライトを実施例１と同様に耐熱性を
有していることがわかる。

これに比べ、比較例の場合、温水中、高温中に保持する
ことにより１強度は著しく低下することがわかる。

実施例３゜ トルコ原産セビオフィトを実施例１と１ｉｌｉｌｌ１％
ニフルカリ処理を行い、乾燥後、微粉砕した粉末２Ｏｆ
にナトリウム型水ガラス８号１００ｇを添加した。さら
に中国産ひる石を加熱発泡して得られた膨張ひる石を乾
式粉砕した粉末５ｇを添加した。

これを実施例１．と同様な方法で混合、成型、乾燥した
後、２５０℃の湯度で８時間熱処理して１本発明にかか
る無機組成物の固化物を得た。また比較のため、上記固
化物のひる石を添加しない無機組成物の固化物を上記と
同様な処理により製作した。

上記乾燥・加熱の熱処理による固化物の寸法・変化は、
ひる石を添加１７たものは２％であったのに対し、ひる
石を添加しなかったものは８％であり、ひる石添加によ
り乾燥収縮が小さくなる効果があることが確認された。

次に、上記ひる石添加の固化物を沸騰水中に１．′５時
間浸漬したところ、固化物からのＮａＯ溶出量は０．６
　Ｑであり、優れた耐水性を示した。また３点曲げ強さ
は、　８．８ｋｔｉ／ｍ”であった。

実施例４ 米国原産アタパルジャイト粉末５０１７をアルカリ濃度
２規定の水酸化リチウム水溶液に加え、２日間浸漬した
。これを実施例１と同様な方法で水洗、乾燥して得たロ
ーシリカ粘土鉱物２０ｇとリチウム型水ガラス１００ｆ
とを混練し、実施例１と同様な方法で成型、乾燥した。

次に１２０℃で５時間の熱処理を行い１本発明にかかる
固化物を得た。

また、比較のため、上記アルカリ処理しない粉末につい
ても同様な割合、方法で混合９成型、乾燥および熱処理
を行い、比較用固化物を製作した。

上記二種類の固化物を５０℃の温水に２時間浸漬したが
、この浸漬によりいずれの固化物の形状。

表面状態とも大きな変化は観測されなかった。

しかし、固化物からのＬ　ｉ　ｔ　Ｏの溶出量は比較用
固化物からは４５ｆｆ１ｇであったのに対して１本発明
の固化物からは！Ｉｔ、　Ｑ　ｍ９であり、優れた耐温
水性を示した。

実施例５ 実施例１と同様な方法でアルカリ処理し、水洗・乾燥し
たトルコ原産セピオライト粉末１０ＦＩに実施例２と同
様な方法で調製したひる石粉末１゜ダさらにアルミナ粉
末ｉｏｐ、ナトリウム型水ガラス３号１ｏｏ９おＪ：び
水道水１．　ＯＯｃ　ｃを混練し、′＋発明にかかる無
機組成物のペーストを調製し、これをＥ１１毛を用い、
泡ガラス断熱材表面に塗布した。この塗布面を室温で５
時間乾燥後、さらに８０℃で２４時間加熱乾燥した。こ
の処理により塗膜のはかれば全く観？ηすされなかった
。

該表面処理された泡ガラスを４５℃の温水に２４時間浸
漬しても塗膜面は全く変質しなかった。

出願人 株式会社　豊田中央研究所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌｌ　水ガフヌと珪酸質の少ない含水珪酸塩粘土鉱物
   との混合物であることを特徴とする無機肴瀧成物。 （２）含水珪酸塩粘土鉱物をアルカリ性溶液に浸漬して
   、珪酸質の少ない含水珪酸塩粘土鉱物とするアルカリ処
   理工程と該含水珪酸塩粘土鉱物と水ガラスとを混練して
   無機組成物とする混線工程とからなることを特徴とする
   無機組成物の製造方法。 （８）ト上記含水珪酸塩粘土鉱物はセビオライト。 アタパルジャイト、モンモリナイト、カオリナイト、ハ
   ・ロイサイト、パーミキニライト、りｐりであることを
   特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載の無機組成
   物の製造方法。　・ （４）上記アルカリ性溶液はアルカリ濃度がＯ１〜１０
   規定の溶液であることを特徴とする特許請求の範囲第（
   ２）項に記載の無機組成物の製造方法。 （６）上記混練工程は水ガラスに、該水ガラスの固形分
   に対して乾燥重量で０１〜２００重量％の珪酸質の少な
   い含水珪酸塩粘土鉱物を添加、混練することを特徴とす
   る特許請求の範囲第（２）項一こ記載の無機組成物の製
   造方法。 （６）含水珪酸塩粘土鉱物をアルカリ性溶液ｔこ浸漬し
   て珪酸質の少ない含水珪酸塩粘土鉱物とするアルカリ処
   理工程と、＃含水珪酸塩粘土鉱物と水ガラヌとを混練し
   て無機組成物とする混線工程と。 該無機組成物を８０〜６００℃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徴とする無機組成物
   の固化方法。 （７）　上記アルカリ性溶液はアルカリ濃度が０．１〜
   ｌＯ規定の溶液であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（６）項に記載の無機組成物の製造方法。 （８）上記混練工程は水ガラヌに、該水ガラスの固形分
   に対して乾燥重量で０．１〜２００重量％の珪酸質の少
   ない含水珪酸塩粘土鉱物を添加、混練することを特徴と
   する特許請求の範囲第（６）項に記載の無機組成物の製
   造方法。