JPS635347B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水ガラスと含水珪酸マグネシウム質
物質の粉末とからなり、良好な作業性をもち、固
化したものは耐温水性、耐沸騰水性を有する無機
質材料とその製造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、水ガラ
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カリ塩を濃厚な
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、ある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。すなわ
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、該水ガラ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、
水ガラスに、含水珪酸マグネシウム質鉱物の粉末
を添加して、揺変性を持たせたペースト状組成物
とし、該組成物を成形あるいは塗布して固化させ
るものがある。この方法によつて得られる固化物
は、常温の水に対して、一応の耐水性を有するも
のの、長期間屋外に放置したり、温水あるいは沸
騰水に徐々に溶解する欠点を有する。

本願にかかる発明の目的は、成形、塗布等の作
業に際し、作業性がよく、そ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いは沸
騰水に長期間浸漬しても溶解しない特長を有する
無機質材料およびその製造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）は水ガラスと非晶質部を有する含水珪酸マグ
ネシウム質物質の粉末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、常温の水中にはもちろんのこと、沸騰
水中に長期間浸漬しても溶解しない。すなわち該
固化物は優れた耐水性、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）は含水珪酸マグネシウム質鉱物の粉末を酸性
溶液に浸漬して非晶質部を有する含水珪酸マグネ
シウム質物質とする酸処理工程と、該含水珪酸マ
グネシウム質物質の粉末を水ガラスに添加、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、含水珪酸マグネシウム質鉱物に酸
処理工程を施したために、混合工程が容易とな
る。

以下、本願にかかる発明（以下本願発明とい
う）を、より詳細に説明する。

本願発明における水ガラスは通常珪酸アルカリ
塩の10〜70重量パーセント（wt％）水溶液が使
用できる。該珪酸アルカリ塩はNa₂OnSiO₂（ｎ＝
１〜４）で表わされるものが一般的であるが、
Na₂OはK₂O、LiO₂あるいは（NH₄）Ｏであつて
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１〜３号であつてもよい。

本願発明における含水珪酸マグネシウム質鉱物
の粉末は該鉱物の鉱石を粉砕したもので、その大
きさは0.1μｍ〜５mmの範囲内が均一な無機質材料
を得る上で望ましい。

該鉱石は、一辺が0.01〜0.1μｍ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。また、該繊
維は、その表面に反応性に富む水酸基を有してお
り、該鉱石は、その自身多量の水を吸収、吸着す
る性質を持つ。

該鉱石は、通称でマウンテンコルク
（Mountain cork）、マウンテンレザー
（Mountain leather）マウンテンウツド
（Mountain wood）等とも呼ばれるもので、含水
珪酸マグネシウムを主成分とするものである。な
お、マグネシウムの一部はアルミニウム、鉄等に
置換されている場合もある。

具体的には、セピオライト（Sepiolite）、アタ
パルジヤイト（Attapulgite）、パリゴルスカイト
（palygorskite）あるいは海泡石（Meerschaum）
等がある。

本願発明における酸処理工程は、上記該鉱物の
粉末を酸性溶液に浸漬して、一定時間放置して本
願発明における含水珪酸マグネシウム質物質（以
下該物質という）を得る工程である。該鉱物は該
酸処理工程によつて、マグネシウム成分が少なく
なり、しかも結晶の一部が崩壊して非晶質部が形
成され、該物質に変性する。上記鉱物を該水溶液
に浸漬することによつて、該鉱物が上記変性を受
けると同時に、該鉱物中に含まれる不純物として
の炭酸カルシウムやドロマイトが分解除去され
る。本願発明における酸性溶液は、塩酸、硫酸、
硝酸等の無機酸、蟻酸、酢酸等の有機酸の水溶液
が使用できる。該水溶液の酸濃度は0.01〜10規定
の範囲が望ましい。酸濃度が10規定以上の場合で
は、該鉱物の処理が促進され、適度の変性を与え
ることが困難となるばかりでなく、処理後の酸の
除去、中和処理等の処理を必要とする。0.01規定
以下では、酸の作用が弱く、該鉱物を処理するこ
とができない。

上記浸漬時間は、酸性溶液の濃度、温度によつ
て一概に決まらないが、たとえば常温で0.05〜10
時間程度の範囲が望ましい。酸濃度および浸漬時
間が上記範囲外の場合には、酸処理の効果が得ら
れなかつたり、該鉱物が溶解し、別の沈澱物を生
じる。

また上記浸漬処理は、該酸性溶液をそのまま静
置して行なつてもよいが、撹拌機で撹拌してもよ
い。酸性溶液が低濃度の場合には、処理時間を短
かくするために、該酸性溶液を加温してもよい。

次に、該物質粉末を酸性溶液から過等の方法
により取り出す。このあと、さらに該物質の粉末
を水で洗滌するのがよい。なお、上記不純物等を
溶解した酸性溶液が水ガラスと反応しい場合や、
反応しても該物質と水ガラスとを混合後比較的短
時間のうちに成形する場合、すなわち、得られる
無機質材料の可使時間が短かくてもよい場合に
は、上記洗滌を施さなくてもよい。また、該物質
の粉末に含まれる水の量を多くしたくない場合に
は、酸処理後に乾燥処理を施してもよい。酸性溶
液が塩酸や酢酸のような気化しやすい酸の水溶液
の場合には、上記乾燥処理で残存する酸成分を除
去することが可能である。また、可使時間を長く
したい等、酸成分の残存をきらう場合は、金属水
酸化物等で中和処理してもよい。

上記の処理工程を施して得た該物質の粉末を前
記水ガラスに添加、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。

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

この場合、上記酸処理工程を施したために、該
物質の粉末と水ガラスとの混合時に、粘性が小さ
くなる。その結果、混合が容易となる。上記該物
質の粉末と水ガラスの混合割合は、水ガラスの固
形分100ｇに対して該物質の乾燥重量で５〜200ｇ
の割合がよい。該物質の粉末の混合割合が、上記
範囲より少ない場合には、該無機質材料は、固化
後も耐水性を有さず、しかも乾燥固化時にき裂が
発生する。一方、上記範囲以上の該物質を添加す
ると、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。また、乾燥固化時にき裂が
生じやすく、固化後充分な強度が得られない。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。なお、該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。

また、上記により製造した無機質材料を固化さ
せるのには次のようにするのがよい。

まず、上記無機質材料を使用目的に応じて所定
の形状に成形したり、型に注入成形したり、ま
た、ボール紙、木材、金属、セラミツク等からな
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り、
〓間をつくつ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。

上記固化は、室温付近での自然乾燥でもよい
が、該無機質材料を100〜400℃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
は、該無機質材料が発泡しないように、比較的低
い昇温速度で所定温度に到達せしめ、所定時間保
持するのがよい。しかし、加熱温度が100〜200℃
の範囲の場合には、発泡することがないという利
点がある。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。加熱工程を施すことによつて、
該物質の非晶質部が反応性に富み、水ガラスのア
ルカリ金属イオンの固定、マグネシウム成分とア
ルカリ金属との交換反応が充分に進行するので、
該無機質材料は、常温固化の場合よりも優れた耐
水性、耐温水性さらには耐沸騰水性を保有する。

特に、100〜400℃の高温状態で固化せしめた場
合には、水ガラスと酸処理した含水珪酸マグネシ
ウム質鉱物の粉末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り、
より優れた耐水性、耐沸騰水性を有する。

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、該固化物は常温固化せし
めたものより強力な接着力を発揮する。

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、より優れた耐温水性、耐
沸騰水性を有している。

なお、本願発明において、水ガラスと酸処理工
程を施して得た該物質の粉末の他に、水ガラスの
諸性質に悪影響を与えない添加物を増量材として
適宜加えてもよい。該添加物としては、たとえば
珪砂、ガラス粉、ガラス繊維、雲母、ベントナイ
ト、タルク、アスベスト等の無機質物質、天然ゴ
ム、クロロプレンゴム、NBR、酢酸ビニール等
のエマルジヨン、ポリビニールアルコール等の水
性高分子セルロース繊維等の有機質物質が使用で
きる。これらの添加物を添加すると、増量材とな
る以外に、固化時に該無機質材料の収縮率が小さ
くなり、き裂の発生を防止することが可能とな
る。また可撓性も現われる。

以下本願発明の実施例を説明する。

実施例 １ スペイン原産のセピオライトを粒度が数ミクロ
ンの粒子になるようにボールミルで破砕し、本願
にかかる該鉱物としてのセピオライト粉末を得
た。該粉末には、不純分としての炭酸カルシウム
が含まれている。該粉末の主成分は、酸化珪素
（SiO₂）と酸化マグネシウム（MgO）で、その含
有量は、それぞれ61.8wt％、24.2wt％である。該
粉末20ｇを酸濃度0.1規定の塩酸水溶液に30分間
浸漬し、本願発明における該物質を得た。その
後、該物質を過し、水道水に再分散して、再
過した。この分散、過の操作を、さらに数回く
り返した。過して得た該物質を170℃で16時間
加熱、乾燥し、該物質に残留している塩酸を除去
した。この酸処理工程によつて、上該鉱物に含ま
れていた炭酸カルシウムは、Ｘ線回折法による分
折を行なつたが、検出できない程度に減少してい
た。それ故、該物質の粉末のMgO含有量は
21.8wt％に低下した。さらに、Ｘ線回折法による
分析の結果、セピオライトの回析格子面（１１
０）、（０６０）、（１３１）（２６０）に相当する
回折強度曲線のピーク強度も弱くなつた。このこ
とは上記酸処理工程によりセピオライトのMgO
が溶出した結果、該セピオライトの結晶構造がわ
ずかに変性し非晶質になつたものと考えられる。

次に、上記酸処理工程を施した該物質の粉末15
ｇと、水ガラス３号50ｇとを乳鉢に入れ、乳棒で
混練し、無機質材料を得た。なお、混練時、該物
質の粉末は容易に水ガラス中に分散した。該無機
質材料を鋼製の成形型に注入し、室温で48時間乾
燥固化せしめ、大きさ55mm×11mm、厚さ２mmの板
状無機質材料固化物を得た。

また、上記成形型に注入したもののうち、常温
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200℃の温度に昇温速度1.0℃／分で昇
温し、４時間保持の乾燥を施し、別の無機質材料
固化物を得た。この無機質材料固化物は、該加熱
によつて寸法が約10％収縮した。

さらに、前記該物質の粉末を酸処理工程を施さ
ずに、上記と同様の混合割合で水ガラス３号に混
合、成形、乾燥、加熱して、比較用固化物を製作
した。なお、混合、混練時には、該物質の粉末
は、一部塊状になつて残留しやすく、混練に時間
を必要とした。

次に、耐沸騰水性を確めるために上記二種類の
本願発明における無機質材料固化物と二種類の比
較用固化物を、それぞれ１の水に浸し、1.5時
間煮沸した。

その結果、本願発明における無機質材料固化物
および加熱処理した比較用固化物は形状、表面状
態に目視では変化がなかつた。加熱処理を施さな
かつた比較用固化物は表面が溶けて、湯から引き
上げて手で触れると「ぬるぬる」し、表面が溶解
していることを確めた。

さらに、上記煮沸水に含まれているNa₂Oの量
をHClにより滴定した。その結果、比較用固化物
から溶出したNa₂O量は60mgであつた。一方、加
熱処理を施した無機質材料固化物では0.6mg、加
熱処理を施さなかつた無機質材料固化物では1.2
mgであつた。以上の結果から明らかなように、本
願発明における酸処理工程を施したセピオライト
粉末を使い、および加熱処理を施すことによつ
て、得られる無機質材料固化物は、優れた耐沸騰
水性を有していることがわかる。

実施例 ２ トルコ原産のセピオライトを粉砕し、粒度が数
ミクロンの粉末とし、該粉末を濃度が１規定の硝
酸水溶液に浸漬した。その後実施例１と同様の方
法で、過、乾燥を行なつて、本発明における該
物質の粉末を得た。

この様にして得た該物質の粉末に含まれる
MgOは20.0wt％であり、不純物として含まれて
いたドロマイトはＸ線回折では検出されなかつ
た。また、実施例１と同様、回折パターンの変化
が観測された。該物質粉末10ｇとLi₂Oをアルカ
リ金属成分とし、固型分が40wt％の水ガラス50
ｇとを乳鉢中で混合し、本願発明にかかる無機質
材料を得た。該無機質材料を別に用意した棒状の
泡ガラス成形体（寸法：50mm×20mm×200mm、見
掛け比重0.2）の一面に塗布し、もう一つの該成
形体をつき合せて接着した。その後、常温で48時
間、乾燥、固化せしめ、該無機質材料で接着した
泡ガラス成形体を得た。該泡ガラス成形体の接着
部の耐沸騰水性を調べるために、該成形体を２
の沸騰水中に1.5時間放置したのち、取り出した。
接着剤は見かけ上何らの変化もしていなかつた。
そのあと、沸騰水中に溶けているNa₂O量を測定
した。

その結果、Na₂Oの溶出は測定誤差以下であ
り、検出不可能なほど少量であつた。

このことから、本願発明にかかる無機質材料は
固化後耐沸騰水性を有する接着剤としての機能を
発揮することがわかる。

実施例 ３ 実施例２において得たのと同様の無機質材料
に、中国産ひる石を加熱、発泡、粉砕して得た膨
張ひる石粉末（粒度60〜100メツシユ）を水ガラ
ス３号50ｇに対して10ｇ添加した。その後、この
無機質材料を実施例１と同様の方法で成形し、温
度150℃で固化せしめ、本願発明における無機質
材料固化物を得た。該固化物は、乾燥、加熱処理
工程によつて寸法が約３％収縮した。

ひる石の添加によつて、乾燥、固化時の寸法収
縮が小さくなつていることがわかる。

該固化物の耐沸騰水性を調べるために、該固化
物を１の沸騰水中に1.5時間煮沸し、Na₂Oの溶
出量を測定した。その結果、Na₂Oの溶出量は0.4
mgであり、ひる石粉末を加えた場合にも、該固化
物は優れた耐沸騰水性を有していることがわか
る。

実施例 ４ タンザニア原産のセピオライト粉末20ｇを２規
定の塩酸水溶液に３時間浸漬したのち、該粉末を
実施例１と同様の方法で過、水洗、乾燥し、残
存塩酸を除去し、該物質の粉末を得た。

該物質の粉末の結晶状態および化学成分を調べ
るため、該物質のＸ線回折曲線を観察した。その
結果、結晶を反映するＸ線回折ピークは酸処理工
程前に比べて大巾に減少し、ガラス状態に起因す
ると思われる回折曲線が得られた。さらにMgO
成分量は、酸処理前の約60％に減少し、約13wt
％となつた。

次に、上記該物質の粉末20ｇをNa型水ガラス
３号100ｇに添加、混合し、実施例１と同様の条
件で型を使わずに成形、常温固化せしめて、大き
さが約50cm×50cm、厚さ２mmの無機質材料固化物
を得た。該固化物の上に、大きさ50cm×50cm、厚
さ１mmのステンレス鋼板を乗せ、これを電気炉中
で360℃、３時間保持の加熱を施した。

この加熱処理により該固化物は厚さ５mmに均一
に発泡膨張し、直径が約0.5mmの気泡を含有する
発泡成形体を得た。

該発泡成形体は50℃の温水に５時間浸漬しても
その表面状態、形状には全く変化はなかつた。

以上のように、無機質材料固化物を加熱して、
発泡させても、優れた耐温水性を有していること
がわかる。

実施例 ５ 米国原産のアタパルジヤイト粉末を実施例と同
様な方法で酸処理、水洗、乾燥して、該物質の粉
末を得た。該物質の粉末10ｇをNa型水ガラス３
号50ｇに添加混合し、さらに実施例３で得たのと
同数のひる石粉末を５ｇおよび粒度が60〜100番
のアルミナ粉末５ｇを水道水50c.c.とともに加え、
よく混合し、本願発明における無機質材料を得
た。該無機質材料を実施例２で使用したのと同一
ロツトの泡ガラス成形体（寸法：30cm×60cm×５
cm）の表面に、約１mmの厚さで刷毛により塗布し
た。これを室温で５時間乾燥したのち、熱風炉中
で80℃、20時間保持の加熱を施し、表面に無機質
材料固化物の被覆層を有する泡ガラス成形体を得
た。該被覆層にはき裂、はがれ等の欠陥は発生し
ていなかつた。

次に、該泡ガラスを43℃の温水に24時間浸漬し
たが、被覆層は全く変質しなかつた。

以上の結果から明らかなように、ひる石粉末、
アルミナ粉末を該無機質材料に加えると、固化時
の収縮率が小さくなり、しかも固化後の耐温水性
にも悪影響を及ぼさないことがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水ガラスと非晶質部を有する含水珪酸マグネ
   シウム質物質の粉末との混合物であることを特徴
   とする無機質材料。 ２ 含水珪酸マグネシウム質鉱物の粉末を酸性溶
   液に浸漬して非晶質部を有する含水珪酸マグネシ
   ウム質物質とする酸処理工程と、該含水珪酸マグ
   ネシウム質物質の粉末を水ガラスに添加、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。 ３ 含水珪酸マグネシウム質鉱物はセピオライ
   ト、アタパルジヤイト、パリゴルスカイトである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   無機質材料の製造方法。 ４ 酸性溶液は酸濃度が0.01〜10規定の水溶液で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の無機質材料の製造方法。 ５ 混合工程は水ガラスに、該水ガラスの固形分
   100ｇに対して乾燥重量で５〜200ｇの含水珪酸マ
   グネシウム質物質の粉末を添加、混合することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の無機質
   材料の製造方法。