JPH0513890B2

JPH0513890B2 -

Info

Publication number: JPH0513890B2
Application number: JP59119125A
Authority: JP
Inventors: Takeo Shimada; Shiro Harafuji; Eiichi Handa; Kuniaki Maejima
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1993-02-23
Also published as: JPS60264321A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は耐火材料及び建築、土木、塗料材料の
配合剤として有用な易水溶性粉状珪酸アルカリ組
成物に関し、さらに詳述すると破砕した粉末珪酸
アルカリに固結防止剤を配合することにより得ら
れ、水に溶解し易く、固結し難い長期保存が可能
な粉状珪酸アルカリ組成物に関するものである。［従来の技術］従来から周知の如く、粉末珪酸アルカリはバイ
ンダーとしてアルミナやマグネシアのような耐火
材料に配合して用いられ、またセメント製品に配
合したり、施工現場で混合して建築・土木・塗材
として用いられ、セメントミルク・モルタル・コ
ンクリートのブリージング防止剤、急結剤、アル
カリ刺激剤、中性化防止剤などの効果を有するた
め広い分野で使用されている。この様な従来の一般に粉末珪酸アルカリと呼ば
れる製品は珪酸アルカリ水溶液を噴霧乾燥する事
により製造されている。この粉体は第７図及び第
８図に示す様な粒径20〜300μの中空球形をして
おり、球の殻に当たる部分が和水珪酸アルカリで
あり、水に溶解して珪酸アルカリ水溶液になる。
現在、市販されている粉末珪酸ソーダの成分例を
示すと第１表のとおりである。

【表】［本発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来の粉末珪酸アルカリを配合
した配合物を水と混練して用いるとき、該粉末珪
酸アルカリの溶解が不充分であるために成形体の
強度不足などの性能上の欠点を生じやすい問題点
があつた。その原因としては粉末珪酸アルカリ粒子が球形
であるために表面積が最少となり、溶解速度が遅
くなることがあげられる。また、中空部分は完全
には密閉されておらず殻のポアやクラツクから中
空部分の中へ水が入るため、粉末珪酸アルカリ配
合物を水と混練し流動性のある泥漿物をつくる場
合、中空部分に捕捉された水の分だけ多くの水量
が必要となり、成形体の強度が低下し、乾燥等に
は余分のエネルギーが必要となる。また、この中空体に包含された水分が乾燥によ
り放出された後には成形体内に空孔が残る事とな
る。更に、水に置換されずに残つた中空部分の空
気や置換によつて追い出された気泡も成形体内に
空孔を形成する。このため成形体は多孔質なもの
となり、強度低下等の欠陥を生じる。特に、このような粉末珪酸アルカリを塗料用ビ
ヒクルとして用いた場合には気泡は致命的欠陥と
なる等の欠点があつた。［問題点を解決するための手段］本発明者等はこの様な従来技術に鑑みて研究を
行つた結果、従来の粉末珪酸アルカリを破砕して
球形の粒子構造を破壊することにより、易水溶性
にすると共に中空部分への水の捕捉を排除し、又
該破砕した粉末珪酸アルカリに固結防止剤を配合
することにより破砕による緻密化に基因する固結
を防止した諸特性を有する粉状珪酸アルカリ組成
物が得られることを知見し本発明を完成したもの
である。即ち、本発明は破砕した粉末珪酸アルカリと固
結防止剤からなることを特徴とする易水溶性粉状
珪酸アルカリ組成物である。本発明における破砕した粉末珪酸アルカリは原
料の粉末珪酸アルカリを破砕した粉末であるが、
珪酸アルカリとしては一般的で安価な珪酸ソー
ダ、珪酸カリが用いられる。又、破砕した粉末珪酸アルカリは原料粉末珪酸
アルカリの球形の粒子構造が破壊されて元の中空
球形を保持していない程度に破砕されていればよ
く、好ましくは原料粉末珪酸アルカリの粒子数の
50％以上が破壊され、平均粒子径について説明す
れば原料粉末珪酸アルカリの平均粒子径の1/3〜
３／４に破砕したものが好ましい。具体例を示すと、破砕前の粉末珪酸アルカリの
形状、粒径は特に限定するものではないが、一般
に20〜300μの中空球状粒子より成つており平均
径で50〜150μ程度であり、殻の厚さは５〜10μ程
度である。これを破砕した後の粉末珪酸アルカリ
の好ましい平均径は20〜70μ程度であり、品質の
一定化のため更に限定すれば40〜50μ程度であ
る。もちろん、更に破砕をすれば破断面の増大に
より溶解はより速くなるが、過度の破砕はいたず
らに破砕コストを高め、粉体の粉塵発生など別の
欠点もあらわれてくるために前記の範囲が好まし
い。次に、本発明における破砕した粉末珪酸アルカ
リの破砕状態を第１図乃至第８図に示す電子顕微
鏡写真（倍率は100倍）により説明すると、第７
図及び第８図は従来の破砕前の粉末珪酸ソーダ
で、こまかい粒子は大粒子の下にかくれて見えに
くいが、20〜300μ（平均粒子径70μ）の粒子であ
る。第１図は振動ミルで破砕したもので、平均粒子
径は44μで、微粒子は破砕されていないものが残
つているが、大粒子はほとんど破砕されている。
元の平均粒子径の44／70＝0.63である。第２図はボールミルで破砕したもので、平均粒
子径は41μであり、元の平均粒子径の41／70＝0.59である。第３図乃至第６図はパルベライザーで破砕（実
施例１の方法）したもので、平均粒子径は各々
51μ（第３図）、43μ（第４図）、33μ（第５図）、25
μ
（第６図）で、それぞれ元の平均粒子径の各々
0.73，0.61，0.47，0.36である。この場合51μ（0.73）のものは球状を保つている
（未破砕）ものが多く破砕の効果は十分でないが
用途に応じては充分使用可能である。従つて、破砕には各種の破砕機が使用できる
が、破砕品の粒径は元の平均粒子径の3/4（0.75）
以下であることが好ましい。また、25μ（0.36）のものはほとんど全ての粒子
が破砕されており、破砕品の径が元の平均粒子径
の1/3（0.33）より細かくなる必要はない。本発明における破砕した粉末珪酸アルカリは破
砕することにより微細となり水への溶解性が増大
するために、そのモル比SiO₂／M₂Ｏ（ＭはNa又
はＫを示す）は特にグレートの限定をすることな
く、低モル比乃至高モル比のものでも用いること
ができるが、好ましくはモル比2.5〜3.0の範囲が
望ましい。その理由としては2.5未満ではアルカ
リ分が多くなるためゲル化硬化させるための硬化
剤の使用量が多くなり不経済であり、耐火材用途
では耐火度の低下がおこり、また建築材用途では
耐水性の悪いものしか得られずエフロレツセンス
（白華）の原因となり、又3.0をこえると溶解速さ
が極度に低下し好ましくないことがあるためであ
る。破砕した粉末珪酸アルカリのモル比を2.5〜3.0
の範囲に調製するには、モル比2.5〜3.0の珪酸ア
ルカリ水溶液を噴霧乾燥して得られる粉末珪酸ア
ルカリを使用できるが、低モル比と高モル比の粉
末珪酸アルカリを混合してモル比2.5〜3.0として
もよい。この場合低モル比の珪酸アルカリとして
は溶解の速いモル比2.0〜2.7のものが使用でき
る。高モル比の珪酸アルカリとしてはアルカリ分
が少ないモル比2.7〜3.3のものが使用できる。こ
の場合単独では溶解性の悪い高モル比珪酸アルカ
リも低モル比珪酸アルカリと併用することにより
溶解性が向上し、同じモル比の混合によらないも
のよりも溶解が速くなる傾向がある。これは低モ
ル比の珪酸アルカリが先に溶解して生じたアルカ
リが高モル比の珪酸アルカリの溶解を促進させる
ためと考えられる。本発明において、固結防止剤は破砕した粉末珪
酸アルカリの固結防止の目的で使用するために、
珪酸アルカリと反応性を有しない微細粉末であれ
ば如何なるものでも使用でき、好ましい固結防止
剤の具体例を示すと、タルク、カオリン、マイカ
などの粘土鉱物、水不溶性の金属酸化物・金属水
酸化物・金属炭酸塩、例えばZrO₂、SiO₂、Ａ₂
O₃、ZnO、TiO₂、Zr（OH）₄、Ａ（OH）₃、
CaCO₃など及びガラスカレツトのうちから選ば
れた一種又は二種以上のものが挙げられる。これ
等の中で特に好ましいものは平板状のＡ₂O₃又
はＡ（OH）₃などのような平板状金属酸化物又
は水酸化物である。固結防止剤の粒径は原料粉末珪酸アルカリと共
に固結防止剤を破砕して使用する時には、同時に
微細になれば始めの粒径は特に限定されないが、
破砕した粉末珪酸アルカリに配合して使用する場
合には平均粒子径0.5〜30μの粒径のものが好まし
く、0.5μ未満では粉体の濡れに必要な水量が増大
し、粉状珪酸アルカリ配合物の泥漿化に必要な水
量が多くなり、30μをこえると固結防止の効果が
減少し好ましくない。固結防止剤の形状は球状の粒子でもよいが、板
状の粒子の方が固結防止効果が大きく好ましい。
又、多孔質の粒子は水量の増大をまねき好ましく
ない。本発明の易水溶性粉状珪酸アルカリ組成物は上
記の破砕した粉末珪酸アルカリと固結防止剤から
なる組成物であり、特定の粒径に調製した破砕し
た粉末珪酸アルカリと固結防止剤を配合するか、
或いは原料粉末珪酸アルカリに固結防止剤を混合
し破砕して特定の粒径に調製することにより容易
に得ることができる。又、本発明の前記組成物中の固結防止剤の配合
割合は破砕した粉末珪酸アルカリに対して５〜15
重量％、好ましくは７〜10重量％が望ましく、５
重量％未満では固結防止効果が低く、又15重量％
をこえて配合しても効果の増大は認められず不経
済である。［作用］本発明において破砕した粉末珪酸アルカリは原
料の粉末珪酸アルカリを破砕した微細かつ中空球
状の内面が露出した粒子からなつているために表
面積が増加し水への溶解性が増大する。例えば１
個の粒子を２個に割るだけで中空内面が表面にで
るため溶解に有効な表面積は２倍以上になり溶解
は速くなる。また殻外表面と内表面では含水率がわずかにち
がい、内表面の方がわずかに水分が多く溶解性が
よい内表面の露出によつても溶解は速くなる。又、原料の粉末珪酸アルカリの中空球状粒子が
破壊されているために中空部分への水の捕捉が起
こらず、泥漿化に必要な水量を低減することがで
きると共に泥漿内に球内空気を持込むことがな
く、その成形体には気泡の生成がなくなり緻密な
ものとなる。さらに、本発明の易水溶性粉状珪酸
アルカリ組成物には固結防止剤が配合されている
ために、破砕した粉末珪酸アルカリの緻密化によ
る固結を防止することができる。［実施例］以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説
明する。尚％は重量％である。実施例１，２及び比較例１，２第１表に示した組成を有する粉末珪酸ソーダ２
号50Kg（平均粒子径90μ）、粉末珪酸ソーダ３号
50Kg（平均粒子径130μ）、乾燥水酸化アルミニウ
ム（日本軽金属(株)製）11.1Kg（平均粒子径50μ）
を300のＶ型ミキサーを用いて充分混合し（こ
れを試料３とする。）、ホソカワACM−10型破砕
機（ホソカワミクロン(株)製）を用いて破砕し、約
100Kgの破砕物を得た。このものは平均粒子径
43μであり、顕微鏡観察によると粉末珪酸ソーダ
粒子の50％以上が破壊されており、乾燥水酸化ア
ルミニウムのほぼ100％が20μ以下に微破砕され
ていた。またこのものの化学分析値はSiO₂＝
51.34％、Na₂Ｏ＝18.53％、（SiO₂／Na₂Ｏ）モル
比＝2.86、Ａ（OH）₃＝10.27％であつた。これ
を試料１とする。別にモル比2.80の珪酸ソーダ水溶液を調製し
て、これを噴霧乾燥してモル比2.80の粉末珪酸ソ
ーダを製造し、Ａ（OH）₃を混合した。これを
試料４とする。前記と同様に破砕して平均粒子径
43μの10％Ａ（OH）₃含有粉状珪酸ソーダを得
た。これを試料２とする。本発明の実施例として
試料１（実施例１）、試料２（実施例２）、比較例と
して試料３（比較例１）、試料４（比較例２）の粉
末珪酸ソーダ組成物の各試料20gを10℃の水50ml
に攪拌下で溶解させたときの溶解時間と溶解率の
関係より、溶解速さを測定したところ第９図のグ
ラフに示した特性となつた。このように試料１は
約３分で50％が溶解し、試料２は３分でその半分
の約25％が溶解した。試料３，４に比較して極め
て溶解が速い事が認められる。試験例１実施例１，２及び比較例１，２で製造した試料
１〜４を耐火物にバインダーとして用いた例を示
す。骨材として焼結アルミナを第２表の配合で使
用し、該焼結アルミナ3000gに対して試料１〜４
をそれぞれ90g、更に珪弗化ソーダを15g添加し
充分混合した後、10℃の水270gを加えホバート
ミキサーで混練した。本発明の実施例の試料１は
２分、試料２は３分で泥漿となつたが、比較例の
試料３，４は泥漿化に５分以上必要であつた。次に、各試料を３分間の混練で泥漿状に出来る
最小量の水量（10℃）を求め、この水量を用いて
JIS−Ｒ−2553（耐火物試験法）の方法で成形体を
つくり強度試験を行なつた。なお養生は密閉養生
を10℃で１日行なつた。また乾燥は110℃で16時
間行ない、焼成は第３表に示す各温度で３時間行
ない、冷却後に強度試験を行つた。その結果を第
３表に示した。

【表】

【表】第３表に示したように本発明品は低水量で成形
が出来、強度試験データも高いものになつた。実施例３及び比較例３第１表に示した組成を有する粉末珪酸ソーダ２
号100Kg（平均粒子径90μ）、粉末珪酸ソーダ３号
100Kg（平均粒子径130μ）、セリサイト粉末（絹
雲母；村上粘土鉱業(株)製；平均粒子径3μ）22.2Kg
を500のボールミル（珪石張り、珪石製ボール
使用）に入れ、３時間破砕して、平均粒子径
41μ、モル比2.8の破砕物を得た。このものを試料
５（実施例３）とする。比較例として同じ配合で
破砕せずに混合しただけの混合物をつくり試料６
（比較例３）とした。試料５の粉状珪酸ソーダ組成物と試料６の粉末
珪酸ソーダ組成物の各試料200gを２℃の水300ml
に攪拌下溶解させたときの溶解時間と溶解率の関
係より、２℃に保つた冷水への溶解速さを測定
し、その結果を第１０図のグラフに示した。本発
明の実施例の試料５が比較例の試料６に比べて良
好な溶解性を示すことが認められる。試験例２実施例３及び比較例３で製造した試料５（実施
例３）と試料６（比較例３）をセメント混和剤と
して用いた例を示す。ボルトランドセメント1000gに試料５，６を
200g添加混合してセメント組成物を調製した。
これをそれぞれ10℃の水800gに加え５分間攪拌
してスラリー状にした。このスラリーを直径40×
高さ80mmの型枠中に流し込み静置して硬化させ
た。試料５を用いたセメント組成物は均質な硬化
体が得られたが、試料６は上面より４mmが空気泡
を含んだ多孔質になり、均質な硬化体は得られな
かつた。実施例４及び試験例３（SiO₂＋K₂Ｏ）固形分79％、（SiO₂／K₂Ｏ）
モル比3.0の組成を有する粉末珪酸カリ（平均粒
子径70μ）100Kg、乾燥水酸化アルミニウム（日
本軽金属(株)製）11Kgを300のＶ型ミキサーを用
いて充分混合し、この一部を採り試料８とした。
残りの混合物はボールミルに入れ、３時間破砕し
て平均粒子径40μの破砕物を得た。このものを試
料７とする。試料７と試料８の組成はいずれも（SiO₂＋K₂
Ｏ）固形分71.1％、（SiO₂／K₂Ｏ）モル比3.0、Ａ
（OH）₃9.9％であつた。試料７（実施例４）と試料８（比較例４）を無機
質耐火コーテイング材のビヒクルとして用いた例
を示す。試料７又は８をそれぞれ80g、珪弗化ソーダ
8g、第４表に示す配合の骨材1000gを充分混合し
た後、水270gを加え３分間混合した後、鉄板に
２mmの厚さに塗布し、速やかに110℃で16時間乾
燥した。試料７を用いた施工品のコーテイング表
面は平滑であつたが、試料８を用いた施工品のコ
ーテイング表面は気泡の抜け出た跡がクレーター
状を形成し平滑面は得られなかつた。

【表】実施例５〜７及び比較例４〜６固結防止剤の効果についての例を示す。表１に示した組成を有する粉末珪酸ソーダ２号
50Kg（平均粒子径90μ）、粉末珪酸ソーダ３号50
Kg（平均粒子径130μ）を300のＶ型ミキサーを
用いて充分混合した。これを試料９とする。試料
９を実施例１と同様に破砕し、平均粒子径44μの
破砕物を得た。これを試料10とする。別に乾燥水酸化アルミを破砕し、5μの破砕品
を得た。試料10に乾燥水酸化アルミ破砕品を、固
結防止剤として、種々の量添加混合して固結試験
を行なつた。別に固結防止剤として平均粒子径
40μの珪酸カルシウムガラス粉末を添加した。試
験結果を第５表に示した。

【表】なお、試験は、各試料100gを100×100mmのポ
リ袋（２重）に密封し、25Kgの加重をかけ40℃雰
囲気中で７日静置した後硬さを調べた。参考例粉状珪酸ソーダを珪弗化ソーダで硬化させる場
合の粉状珪酸ソーダのモル比の影響の例を示す。５号珪砂70gと珪石微粉（商品名K1クレー、丸
恵寿合資会社製）30gを混合し、骨材を調製し
た。骨材100gに破砕した粉状珪酸ソーダ（平均
粒子径40〜45μ）3g、硬化剤として珪弗化ソーダ
（Na₂SiF₆）1gを加え十分混合し、更に泥漿化に
必要な水を加え、３分間混練し、直径30×高さ50
mmの型枠に突き込みフタをして密閉した。この未
硬化物は10℃又は20℃の雰囲気に24時間静置して
硬化させ、型枠より抜き取り110℃で16時間乾燥
し強度試験に供した。また混練物の一部をポリ袋
に採取密閉し、同じ温度に静置し、時々指で押し
て硬化するまでの時間を測定した。測定結果を第
６表に示したが、モル比が2.4以下では10℃で硬
化時間が長く、施工の効果の判定に半日を要し実
用的ではない。またモル比が3.0より大きいと、
乾燥強度が低く実用的でない。

【表】［発明の効果］本発明の粉状珪酸アルカリ組成物は球形の粒子
構造が破砕された微粉末であるために易水溶性で
あると共に緻密化による固結が防止されているの
で、従来の粉末珪酸アルカリに比較して溶解が速
く、以下に示すような各種の用途に有用である。耐火物バインダーとして用いる場合には、例え
ば塩基性吹付キヤスタブルのように水との混練が
短時間に行なわれるとき、混練水量が本発明品の
使用により削減できるため、施工体の強度を増大
し、水の蒸発によるエネルギーロスを低減する。
又、酸性、中性キヤスタブルにおいても短時間に
泥奬状になるため水配合が的確に行なわれ、過剰
の水を使用しないですむ事はもとより施工作業も
容易に行なわれる。セメント混和剤やグラウト剤として用いる場合
には、施工に冷水を使用する事が可能となり、従
来より問題となつていた寒冷地での作業を容易に
行なう事ができる。市販の珪酸アルカリ水溶液が
低温において粘度上昇し、ほとんど流動性を失な
うため使用し難い環境においても、本発明品を溶
解使用するときには速やかなる溶解のため溶解熱
の発生により液温が上昇し、十分に流動性のある
水溶液を得ることができる。また粉体であらかじ
めセメントと混合しておく場合にも同様の効果を
発揮する。粉状珪酸アルカリがセメント製品に配合された
り、又は施工現場で混合して用いられる場合にお
いても、本発明品の使用により未溶解成分による
強度欠陥や空気泡の内蔵もなく、安定した施工を
行なうことができる。同様に無機塗料用ビヒクル
としても気泡の発生がなく、欠陥のない施工を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は各々本発明における破砕し
た粉状珪酸ソーダの粒子構造を示す電子顕微鏡写
真、第７図及び第８図は各々従来の破砕前の粉末
珪酸ソーダの粒子構造を示す電子顕微鏡写真、第
９図は試料１乃至試料４の溶解速さを示すグラフ
及び第１０図は試料５及び試料６の溶解速さを示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１破砕した粉末珪酸アルカリと固結防止剤から
なることを特徴とする易水溶性粉状珪酸アルカリ
組成物。２破砕した粉末珪酸アルカリがモル比SiO₂／
M₂Ｏ（ＭはNa又はＫを示す）2.5〜3.0でかつ原料
粉末珪酸アルカリの平均粒子径を1/3〜3/4に破砕
したものである特許請求の範囲第１項記載の易水
溶性粉状珪酸アルカリ組成物。３固結防止剤がそれぞれ平均粒子径0.5〜30μの
粘土鉱物、水不溶性の金属酸化物・金属水酸化
物・金属炭酸塩及びガラスカレツトのうちから選
ばれた一種又は二種以上である特許請求の範囲第
１項又は第２項記載の易水溶性粉状珪酸アルカリ
組成物。４破砕した粉末珪酸アルカリに対して５〜15重
量％の固結防止剤からなる特許請求の範囲第１項
〜第３項記載のうちいずれか１項記載の易水溶性
粉状珪酸アルカリ組成物。