JPH0797244A

JPH0797244A - 水ガラス組成物

Info

Publication number: JPH0797244A
Application number: JP24147193A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Hayashi; 鍵三林; Kozo Hayashi; 宏三林; Kyoichi Fujimoto; 恭一藤本
Original assignee: Tokiwa Electric Co Ltd
Current assignee: Tokiwa Electric Co Ltd
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【目的】硬化反応速度の調整を容易とし、また１液型
への調整を可能とする。【構成】アルカリ金属珪酸塩を主成分とする水ガラス
組成物において、その硬化剤としてホウ酸亜鉛を用い
る。【効果】ホウ酸亜鉛は反応性が高いので、その添加量
を調整することによって水ガラスの反応速度を広い範囲
で調整することができる。また、添加量を少なくするこ
とによって、水ガラスを１液型とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルカリ金属珪酸塩を主
成分とする水ガラス組成物に関するものであり、特に、
その硬化剤としてホウ酸亜鉛を用いた水ガラス組成物に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ金属珪酸塩の水溶液、すなわち
水ガラスは、粘性のある溶液であり、硬化してガラス質
のシリケートポリマーを形成する。このような水ガラス
は、安価であり、セラミックス、金属等への接着性に優
れ、また不燃性であることから、無機質塗料あるいは無
機接着剤のバインダ（結合剤）として、また不燃性パネ
ルやボードの製造の際のバインダとしてなど、幅広く利
用されている。

【０００３】この水ガラスはそのままでも乾燥によって
硬化する。しかし、その硬化に要する時間は比較的長
く、またそのように硬化した水ガラスは、水不溶性、耐
熱性がなお十分ではないこと、炭酸ガスと反応して炭酸
ソーダなどのアルカリ金属炭酸塩を析出すること、など
の問題点がある。そのため、水ガラス組成物には硬化剤
を併用することが一般的である。そしてそのような硬化
剤として、従来より種々の硬化剤が使用され、また開発
もなされてきた。

【０００４】代表的な硬化剤は多価金属の酸化物であ
り、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化カルシウムＣａＯ、酸化マグ
ネシウムＭｇＯ、酸化鉛ＰｂＯ、三酸化アルミニウムＡ
ｌ₂Ｏ₃などである。また、珪酸カルシウムＣａＳｉＯ
₃などの珪化物、珪弗化ナトリウムＮａ₂ＳｉＦ₆、珪
弗化カリウムＫ₂ＳｉＦ₆のような珪弗化物もよく用い
られている。更に、リン酸アルミニウムＡｌ（ＰＯ₃）
₃等のリン酸塩、またリン酸と金属酸化物との混合焼成
物、あるいはその複塩、例えばＺｎＯ・Ｐ₂Ｏ₅，ＭＯ
・ｎＡｌ₂Ｏ₃・ｍＰ₂Ｏ₅なども知られている。

【０００５】これらの硬化剤は、ほとんどの場合固体の
粉末である。したがって、硬化反応はその粒子表面での
不均一反応として起こり、水ガラスのアルカリ金属イオ
ンがその硬化剤と反応してそれに固定され、それによっ
てアルカリ金属を失った珪酸はゲルとしてその粒子表面
に析出し、次いでこれが次第に拡大して全体がゲル化す
るものと、一般に考えられている。

【０００６】他方、硬化剤としてホウ酸あるいはホウ酸
塩の使用も一般に知られている。この場合、ホウ酸また
はホウ酸塩は酸として機能し、リン酸等の他の酸の使用
の場合と同様に、完全な２液型として使用直前に混合さ
れる。したがって、そのホウ酸塩は水溶液中で完全に解
離するように、ナトリウムあるいはカリウムの塩とされ
ている。なお、ホウ酸またはその塩については、リン酸
など他の酸の塩及び金属酸化物または水酸化物との混合
焼成物として用いることも提案されている（例えば、特
開昭５０−５４６２１号公報、参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、水ガラ
ス、すなわちアルカリ金属珪酸塩の硬化剤としては種々
のものが知られ、また用いられている。しかし、これら
の硬化剤は、一般に硬化の反応速度が比較的遅いか、ま
たは逆に早すぎるという問題があった。そのため、添加
量の加減だけでは反応速度を広い範囲で調整することが
できず、場合によっては、用途または使用の態様に応じ
た反応速度を得るために、それらの硬化剤の複数を適切
に組合わせて用いることが必要であった。しかしそのよ
うに硬化剤の反応速度を用途または使用の態様が変わる
度毎に調整することは、大変困難なことであった。ま
た、これらの硬化剤では、水ガラス組成物を１液型とす
ることも困難であった。

【０００８】従来ではこのような問題点があったが、本
発明者等は、難燃剤として一般に使用されているホウ酸
亜鉛が水ガラスの硬化剤として有用であることを偶然に
も発見した。そして更に、このホウ酸亜鉛が、その添加
量を加減するだけで硬化の反応速度を広い範囲で容易に
調整することができ、しかもその添加量によって１液型
への調整も容易に行なうことができるものであって、そ
のような従来の問題点を有利に解決する硬化剤であるこ
とを見出した。

【０００９】よって本発明は、反応速度の調整と１液型
への調整を容易に行うことができる硬化剤を使用した水
ガラス組成物の提供をその課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の水ガラス組成物
は、アルカリ金属珪酸塩を主成分とするものであって、
その硬化剤としてホウ酸亜鉛を含むものである。

【００１１】このホウ酸亜鉛は、古くから塗料やプラス
チック成形品の難燃剤として利用されているもので、特
にＰＶＡなどのビニル系高分子に、単独あるいは酸化ア
ンチモンなどの他の難燃剤と混合して添加されている。
またこのホウ酸亜鉛は、一般的には２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ
₃・３．５Ｈ₂Ｏの組成で示される水和物であるが、加
熱によって容易に無水和物となる。本発明においては、
ホウ酸亜鉛はこれらの水和物及び無水和物のいずれの形
態でも同等に使用することができる。また、使用するホ
ウ酸亜鉛の粒子径は任意であるが、比較的小さい方が反
応性及び分散性の点から好ましく、一般に平均粒子径１
〜１００μｍのものが特に好ましい。したがってホウ酸
亜鉛としては、難燃剤として市販されているものをその
まま好適に用いることができる。

【００１２】図１はホウ酸亜鉛の添加量と反応速度（反
応完了時間、ゲル化時間）との関係を示す試験結果であ
る。この試験は、ホウ酸亜鉛を予め２０重量部の水に加
えて分散させ、この分散液を珪酸ソーダＪＩＳ３号（珪
酸ナトリウムの固形分３８．５％）１００重量部に混合
し、反応が完了するまでの時間を測定することによって
行った（温度条件、２５±２℃）。そしてこの操作を、
ホウ酸亜鉛の添加量を変えて繰返した。なお、使用した
ホウ酸亜鉛は水沢化学（株）製のアルカネックスFRC-50
0 で、その組成及び物理的特性は以下のとおりである。

【００１３】ＺｎＯ３３〜３６Ｂ₂Ｏ₃ ４２〜４４結晶水１５〜１７水分０．６以下カサ比重０．２７±０．０５平均粒径２〜３μｍ図１に示されるように、ホウ酸亜鉛の添加量が多くなる
程反応速度は急激に高くなり、これらの関係は、直線的
ではなく、対数曲線のような曲線を描く。そして、その
曲線上の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは反応状態の代表的な段階を
示しており、この試験において、ホウ酸亜鉛の添加量を
それぞれ２，４，１０，２０重量部とした場合である。

【００１４】ホウ酸亜鉛の添加量が２重量部（珪酸ナト
リウム１００重量部に対して５．２重量部）であるＡの
場合、僅かずつ粘度が増加し、反応が進行するのが認め
られたが、約１２時間後にその反応は停止した。そし
て、外見上ゲル化は見られない粘稠な溶液が形成された
が、この溶液は安定であり、また水に可溶である。ホウ
酸亜鉛の添加量が４重量部（珪酸ナトリウム１００重量
部に対して１０．４重量部）であるＢの場合は、粘度が
緩やかに上昇して、約３時間後にゲル化した。しかしこ
のゲル化した溶液は、水に可溶なものである。ホウ酸亜
鉛の添加量が１０重量部（珪酸ナトリウム１００重量部
に対して２６重量部）であるＣの場合には、速やかに硬
化反応が進行し、約１時間でゲル化した。このゲル化し
た溶液は、水に不溶性である。そしてホウ酸亜鉛の添加
量が２０重量部（珪酸ナトリウム１００重量部に対して
５２重量部）であるＤの場合は、約５分で硬化して、水
に不溶な完全なゲルが形成された。

【００１５】このように、ホウ酸亜鉛の添加量が少ない
場合、形成される溶液は水に可溶性である。したがって
この場合の溶液は１液型のバインダ（結合剤）として利
用することができる。これに対して、ホウ酸亜鉛の添加
量が水ガラス１００部に対して一般に約６重量部（珪酸
塩１００部に対して１５重量部）以上になると、形成さ
れる溶液は水に不溶性となり、この場合は２液型として
利用されることになる。またこの場合、急速な硬化も、
比較的少ないホウ酸亜鉛の添加によって達成することが
できる。

【００１６】そして本発明の水ガラス組成物において、
主要成分としてのアルカリ金属珪酸塩は一般式Ｍ₂Ｏ・
ｎＳｉＯ₂で表され、ＭはナトリウムＮａ、カリウム
Ｋ、またはリチウムＬｉであり、また、Ｍ₂ＯとＳｉＯ
₂とのモル比であるｎは一般に１．６〜４．５である。
このようなアルカリ金属珪酸塩としては、安価で、また
ＪＩＳ規格品として容易に入手可能な珪酸ナトリウムの
水ガラスを、特に好適に用いることができる。またこの
珪酸ナトリウムの水ガラスに、珪酸リチウムの水ガラス
を混合して用いることもより好ましい。それによって硬
化後の耐水性をより高めることができる。また、本発明
においては、この結合剤成分としてのアルカリ金属珪酸
塩に加えて、同様の無機ポリマーを形成するリン酸塩、
あるいはシリカゾルを併用することもできる。

【００１７】硬化剤としてのホウ酸亜鉛は、望まれる硬
化の状態または反応速度に応じて、一般に、水ガラス１
００重量部に対して０．４〜３０重量部（アルカリ金属
珪酸塩１００重量部に対して１〜８０重量部）の範囲で
使用することができる。そしてそれによって、１液型に
調整することも、またあるいは硬化時間を５分程度の超
速度に調整することも可能である。また、ホウ酸亜鉛に
加えて他の硬化剤を併用することもできる。しかしその
ような場合は、硬化速度の遅い硬化剤が、硬化剤として
よりはむしろ充填剤あるいは耐食性などの改善剤とし
て、用いられるべきである。

【００１８】そして、ホウ酸亜鉛を含む本発明の水ガラ
ス組成物は、バインダ（結合剤）として種々の用途に適
用することができる。例えば、無機質充填剤及び他の補
助剤等を添加して、無機接着剤として構成することがで
きる。そしてそのような接着剤は、不燃の接着剤とし
て、珪酸カルシウム板などの無機質成形体、鋼板などの
金属体、また石材、木材、ガラス材等の接着に広く利用
することができる。また、適当な顔料、骨材等と混合し
て、一般塗料、建築物の吹付け仕上げ用塗材、ジンクリ
ッチペイント、あるいは耐火被覆等の無機質塗料として
構成することができる。更に、不燃性パネルやボードな
ど、種々の無機質骨材からなる建材等の成形品の製造に
際して、そのバインダとして使用することができる。更
にまた、特殊な用途として、地盤強化のための注入材と
しての適用も挙げることができる（なお、それらの技術
的詳細は、当業技術分野においてよく知られたことであ
るので、ここでは言及されない。）。

【００１９】

【作用】図１に示されるように、ホウ酸亜鉛は水ガラ
ス、すなわちアルカリ金属珪酸塩の硬化剤として作用す
る。この作用は、次のように考えられる。

【００２０】１）アルカリ金属珪酸塩の水溶液（ＰＨ
＝１２）にホウ酸亜鉛の微粉末を添加すると、化学結合
していたホウ酸と亜鉛がその粒子表面において溶解す
る。

【００２１】２）珪酸塩のアルカリ金属と溶解したホウ
酸と亜鉛が反応して、新たな化合物を形成し、これによ
ってアルカリ金属が固定化される。

【００２２】３）アルカリ金属を失った珪酸塩はゲル化
して、ホウ酸亜鉛の微粉末の表面に析出し、ガラス状の
固体となる。

【００２３】４）このようにして珪酸ゲルの析出が進行
し、拡大した珪酸ゲルは隣接するホウ酸亜鉛の微粉末の
表面に析出した珪酸ゲルと一体化し、全体がゲル化す
る。この場合、ホウ酸亜鉛の量が少ないとその一体化ま
でには至らないが、乾燥によって一体化する。

【００２４】そして、この硬化作用はホウ酸亜鉛の比較
的少ない添加量によって生じるので、硬化の反応速度
は、その添加量を変えることによって、幅広い範囲で容
易に調整することができる。また、添加量の調整によっ
て、１液型への調整も容易に行うことができる。

【００２５】また、珪酸ナトリウムは６００℃の雰囲気
では急速に劣化し接着力を失うが、ホウ酸亜鉛は６００
〜８００℃で急速にガラス化するので、それによって高
温による劣化は少なくすることができる。また、ホウ酸
亜鉛は水ガラスと反応してそれを高融点化するので、耐
熱性を高めることができる。

【００２６】

【実施例】

＜実施例１＞次の配合を混合機で十分混練し、接着剤を
調合した。

【００２７】ここで、バインダは、珪酸ソーダＪＩＳ３号５９．９
重量部と、珪酸リチウム45 ３０．０重量部と、予め混
合した硬化剤分散液１０．２重量部との混合物（全１０
０重量部）からなり、この硬化剤分散液は更に、１．２
重量部のホウ酸亜鉛（水沢化学（株）製のアルカネック
スFRC-500 ）及び９．０重量部の水とからなる（ホウ酸
亜鉛は、水ガラス１００重量部に対して１．４重量部、
アルカリ金属珪酸塩１００重量部に対して約３．６重量
部の割合である。）。

【００２８】この接着剤は完全な１液型であり、これを
密封した容器に入れてその性状変化を観察したが、すく
なくとも４週間の間には何等の変化も見られなかった。

【００２９】そして、本実施例の接着剤の性能を調べる
ために、次の試験を行った。２５×３５×５mmの鋼板を
２枚用意し、これらを予め清浄にした後、一方の鋼板の
一端から２５mmの範囲にその接着剤を約６０mg／cm²の
量で塗布し、これに他方の鋼板を圧着し、接合した。そ
して、この接合した鋼板を１００℃で６０分加熱乾燥し
た後、ＪＩＳＫ−６８５２に準じて圧縮剪断接着強度を
測定した。

【００３０】その接着強度は２４kg／cm²であった。こ
れに対して、硬化剤としてのホウ酸亜鉛を添加しない以
外はその接着剤と全く同じに形成した比較接着剤につい
て、同様に圧縮剪断接着強度を測定したところ、その値
は１８kg／cm²であった。

【００３１】また、本実施例の接着剤によって接着した
上記の鋼板を、６０℃の温水中に５時間浸漬した後、同
様に圧縮剪断接着強度を測定した。接着強度は１８kg／
cm²に低下し、接着強度保持率は７５％であった。しか
し、これは、比較接着剤の同じ試験による接着強度保持
率４５％に比べて、十分に満足される耐水性を示すもの
であった。

【００３２】更に、本実施例の接着剤は、８００℃の高
温にも十分な耐性を有することが確認された。

【００３３】＜実施例２＞次の配合を十分混合し、一般
装飾用塗料を調合した。

【００３４】ここで、バインダは、珪酸ソーダＪＩＳ３号５８．７
重量部と、珪酸リチウム45 ２９．２重量部と、予め混
合した硬化剤分散液１２．１重量部との混合物（全１０
０重量部）からなり、この硬化剤分散液は更に、２．８
重量部のホウ酸亜鉛（水沢化学（株）製のアルカネック
スFRC-500 ）及び９．３重量部の水とからなる（ホウ酸
亜鉛は、水ガラス１００重量部に対して３．２重量部、
アルカリ金属珪酸塩１００重量部に対して約８．３重量
部の割合である。）。

【００３５】この塗料は１液型ではあるが、長時間放置
するとゲル化の様相を示すものであった。

【００３６】そして、この実施例の塗料を、予め清浄に
した鋼板に２回塗布し、室外に１週間放置して自然乾燥
した。セラミック様の艶のある外観を有する赤色の塗膜
が得られ、その厚みは約３０μｍであった、この塗膜
は、平滑性に優れたものであり、また、その硬度は９Ｈ
以上であった。

【００３７】また、この塗膜の密着性を調べるために、
ゴバン目試験を行った。その結果は、１００／１００で
あり、良好な密着性を示した。更に、この実施例の塗料
を塗装した鋼板を、６０℃の温水中に５時間浸漬し、そ
の塗膜状態を観察した。外見上の変化は何等見られなか
った。

【００３８】＜実施例３＞次の配合により、耐火成形体
を製造した。

【００３９】具体的には、シラスバルーンと水ガラスとを混合機内で
混合しつつ、これに予め水に分散させたホウ酸亜鉛を少
しずつ加え、均一に混合した。なお、ホウ酸亜鉛として
は、水沢化学（株）製のアルカネックスFRC-500 を使用
した（ホウ酸亜鉛は、水ガラス１００重量部に対して１
５重量部、アルカリ金属珪酸塩１００部に対して約３９
重量部の割合である。）。

【００４０】得られた混合物を成形皿内に充填し、２kg
／cm² 程度の圧力で押圧して厚さ１５mmの板状体を成形
した。この成形体を成形皿から取出し、室内に放置し
た。なおこれらの操作は、水ガラスのゲル化が進行して
いるため、素早く行った。この成形体は、水ガラスにホ
ウ酸亜鉛を添加してから、約３０分でゲル化が完了し
た。そしてこの成形体は、十分な保形性を有するもので
あった。次いでこの成形体を乾燥炉に入れ、８０℃１時
間の加熱乾燥を行った。乾燥した成形体は、厚さが１２
mmに収縮し、強靭な板状体であった。

【００４１】この成形体は約８０kg／cm² の圧縮強度を
有する強固なものであるにもかかわらず、みかけ比重は
約０．３５であった。また、熱伝導率も小さく、０．０
８〜０．１０kcal／mhr ℃であった。

【００４２】また、この成形体は、１０００℃での耐熱
性を示し、更に、５時間の沸騰水試験によっても異状は
認められず、良好な耐水性も示した。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明の水ガラス組成物
は、アルカリ金属珪酸塩を主成分とし、その硬化剤とし
てホウ酸亜鉛を用いるものである。したがって、ホウ酸
亜鉛は比較的硬化作用が高いので、その添加量を調整す
るだけで、水ガラスの硬化の反応速度を広い範囲で容易
に調整することができる。また、ホウ酸亜鉛の添加量を
調整することによって、可使時間を気にする必要のない
１液型への調整も容易に行うことができる。更に、ホウ
酸亜鉛は難燃剤として一般に用いられ、容易に、また比
較的安価に入手可能なものであるから、本発明の水ガラ
ス組成物は、容易に、また安価に調合することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はホウ酸亜鉛の添加量と水ガラスの硬化反
応速度との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属珪酸塩を主成分とする水ガ
ラス組成物において、硬化剤としてホウ酸亜鉛を含むこ
とを特徴とする水ガラス組成物。