JP2008031275A - 吸水防止材 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート等の建材の表面に塗布することにより、該建材の表面を撥水化することができ、高い吸水防止性能を付与し得る吸水防止材を提供すること。
【解決手段】シラン・シロキサン系水性エマルションにシリカ系充填剤、アルミナ系充填剤、シリカ−アルミナ系充填剤、及びゼオライト系充填剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の無機充填剤を配合してなる吸水防止材である。
【選択図】なし

Description

本発明は吸水防止材、詳しくはコンクリート等の建材の表面に塗布することにより、建材の内部に浸透し、建材が吸水することを防止する吸水防止材に関する。

シラン化合物やポリシロキサンなどの有機ケイ素化合物を各種の建材に塗布することで建材表面を疎水化し、建材内部への水の浸透を抑制する方法は従来から知られている。対象となる建材は、コンクリート、モルタル、軽量気泡コンクリート、レンガなどの無機の多孔質建材であり、このような多孔質建材の細孔に有機ケイ素化合物が浸透して表層を疎水化することにより、これら建材の劣化・老朽化が抑制される。さらに、該有機ケイ素化合物によって撥水性も付与されるため、埃の付着やカビの発生が抑制され、汚れが付きにくくなるという効果もある。

上記有機ケイ素化合物は、従来は有機溶剤に希釈して用いられていたが、塗布後に揮発する有機溶剤による環境汚染の懸念、作業環境の悪化の観点から、水性のエマルションとして用いることが望ましい。
しかしながら、従来の有機ケイ素化合物の水性エマルションは多数回の塗布を必要としたり、緻密なコンクリートからなる土木構造物に対して用いた場合に、液ダレを起こしたり、浸透性が十分でないという欠点を有していた。

そこで、特定の構造のアルキルアルコキシシラン、ポリオルガノシロキサン、乳化剤及び水からなるコンクリートの処理用シラン／シロキサン系エマルションが提案されている（特許文献１、特許請求の範囲参照）。
また、コンクリート材料に撥水性を付与するため、アルコキシシランとポリオルガノシロキサンを有効成分とし、これらの有効成分を水系媒体中に６０質量％以上含有するシラン・シロキサン系の下塗剤が提案されている（特許文献２、特許請求の範囲参照）。

特開２００４−３３８９８０号公報 特開２００３−４８７９０号公報

従来のコンクリート処理用シラン／シロキサン系エマルションは、コンクリート等の建材の表面から深さ方向に１〜５ｍｍ程度の防水層を設けることにより、建材の吸水量を低減させ、建材の長期耐久性を向上させるものであるが、建材の表面は必ずしも撥水性を示すものではなく、むしろ親水性を示すものが多かった。このような、従来の防水層でも建材への水の浸入を防止する効果はあるが、より効果的に吸水を防止するために、建材の表面においても撥水性を示す吸水防止材が望まれていた。
また、従来のタイプの吸水防止材では、建材の表面が親水性であるものが多いため、建材の表面に藻やカビ、苔などが生じやすく、建材の外観が著しく損なわれるという問題もあった。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、従来からコンクリート等の吸水防止材として用いられているシラン／シロキサン系エマルションに、特定の充填剤を配合することにより、建材の表面を撥水化することができ、また吸水防止性能が著しく向上することを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、シラン・シロキサン系水性エマルションにシリカ系充填剤、アルミナ系充填剤、シリカ−アルミナ系充填剤、及びゼオライト系充填剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の無機充填剤を配合してなる吸水防止材を提供するものである。

本発明の吸水防止材によれば、コンクリート等の建材の表面に塗布することにより、該建材の表面を撥水化することができ、著しく高い吸水防止性能を得ることができる。

本発明の吸水防止材は、シラン・シロキサン系水性エマルションにシリカ系充填剤、アルミナ系充填剤、シリカ−アルミナ系充填剤、及びゼオライト系充填剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の無機充填剤を配合することを特徴とする。
シラン・シロキサン系水性エマルションとは、アルキルアルコキシシランとポリオルガノシロキサンを水系媒体中に含有するものをいう。

アルキルアルコキシシランは、通常、下記一般式（Ｉ）で表されるものである。
Ｒ¹ _xＳｉ（ＯＲ²）_4-x ・・・（Ｉ）
ここで、R¹は炭素数１〜２０のアルキル基、Ｒ²は炭素数１〜６のアルキル基又は水素原子、ｘは１又は２の整数である。
Ｒ¹の具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ドデシル基などのアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基、４−エチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、ノルボルニル基、メチルシクロヘキシル基のようなシクロアルキル基が挙げられる。これらのうち、特に炭素数４〜１０のアルキル基が好ましい。
なお、複数あるＲ¹は分子中で同一であっても異なっていてもよい。

Ｒ²の具体例としては、水素原子の他に、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基などが挙げられ、これらのなかでも特に炭素数１又は２のアルキル基が好ましい。
なお、複数あるＲ²は分子中で同一であっても異なっていてもよい。

次に、ポリオルガノシロキサンは、通常、下記一般式（II）で表されるものである。
Ｒ³ _a（ＯＲ⁴）_bＳｉ（ＯＨ）_cＯ_(4-a-b-c) ・・・（II）
ここで、R³は炭素数１〜２０のアルキル基、Ｒ⁴は炭素数１〜６のアルキル基、ａ、ｂ及びｃはそれぞれ０．５＜ａ≦２．０、０≦ｂ＜２．０、０≦ｃ＜２、ａ＋ｂ＋ｃ≦３の範囲である。

Ｒ³の具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ドデシル基などのアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基、４−エチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、ノルボルニル基、メチルシクロヘキシル基のようなシクロアルキル基が挙げられる。これらのうち、特に炭素数４〜１０のアルキル基が好ましい。
なお、複数あるＲ³は分子中で同一であっても異なっていてもよい。

Ｒ⁴の具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基などが挙げられ、これらのなかでも特に炭素数１又は２のアルキル基が好ましい。
なお、複数あるＲ⁴は分子中で同一であっても異なっていてもよい。

本発明におけるシラン・シロキサン系水性エマルション中、上記アルキルアルコキシシラン及びポリオルガノシロキサンの合計量（有効成分）は５０〜９０質量％の範囲が好ましい。該合計量（有効成分）が５０質量％以上であると本発明の効果を十分に奏することができ、一方、９０質量％以下であると粘度調整が容易であり、建材等への塗布を容易に行うことができる。以上の観点から、該合計量（有効成分）はさらに６０〜９０質量％の範囲、特には７０〜８５質量％の範囲が好ましい。

また、本発明におけるシラン・シロキサン系水性エマルション中のアルキルアルコキシシランとポリオルガノシロキサンの含有量比（アルキルアルコキシシラン／ポリオルガノシロキサン）は、５０／１〜１０／１の範囲が好ましい。この範囲であると多孔質建材への十分な浸透性が得られる。

本発明におけるシラン・シロキサン系水性エマルションは、通常、乳化剤を用いて乳化されるが、乳化剤としては特に制限はなく、各種の公知の乳化剤を使用することができる。具体的には、アルキルスルフェート、アルキルスルホネート、アルキルアリールスルホネート等のアニオン系乳化剤；ポリビニルアルコール、アルキルポリグリコールエーテル、アルキルアミンのエチレンオキシド又はプロピレンオキシドとの付加生成物等の非イオン系乳化剤などが挙げられ、特に非イオン系乳化剤が好ましい。
乳化剤の含有量としては、シラン・シロキサン系水性エマルションに対して、通常０．１〜１０質量％であり、好ましくは０．１〜５質量％である。

本発明におけるシラン・シロキサン系水性エマルションに用いる水は通常の精製水であればよく、特に制限はない。水の含有量は水性エマルションを構成する有効成分１００質量部に対して、２０００質量部以下の範囲で用いることができるが、水性エマルションの安定性の観点からは、５〜２０００質量部の範囲が好ましい。

次に、本発明で用いる無機充填剤としては、シリカ系充填剤、アルミナ系充填剤、シリカ−アルミナ系充填剤、及びゼオライト系充填剤が挙げられる。これらのうち、その表面が親水性であるものが、シラン・シロキサン系水性エマルション中での安定性が高い点から好ましく、本発明の効果の点から、特にシリカ系充填剤及びアルミナ系充填剤が好ましい。また、無機充填剤は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

シリカ系充填剤としては、例えば溶融シリカ、結晶性シリカ、窒化珪素、コロイダルシリカ、シリカエアロゲル、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカなどが挙げられ、さらにはこれらの表面を鎖状オルガノポリシロキサン、環状オルガノポリシロキサン、ヘキサメチルジシラザン等によってシラン処理したものが挙げられる。市販品としては、日本アエロジル社製「ＡＥＲＯＳＩＬ２００」などが挙げられる。
該シリカ系充填剤の比表面積については特に制限はないが、通常５０ｍ²／ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは１００〜４００ｍ²／ｇの範囲である。

アルミナ系充填剤としては、酸性アルミナ、塩基性アルミナ、中性アルミナなどが挙げられる。市販品としては、日本アエロジル社製「Ａｌｕ−Ｃ」などが挙げられる。
また、シリカ系充填剤とアルミナ系充填剤の混合系として、例えば、日本アエロジル社製「ＣＯＫ８４」などが挙げられる。

本発明で用いる無機充填剤について、その形状は特に制限されないが、通常は球形のものが好適に用いられる。

本発明においては、前記無機充填剤は少なくともその表面が親水性であることが好ましい。該無機充填剤が親水性であるとシラン・シロキサン系水性エマルション中での安定性に優れる。

前記無機充填剤の１次粒子の平均粒子径は５〜５０ｎｍの範囲であることが好ましい。該平均粒子径が５ｎｍ以上であると、溶媒への分散性、取り扱い時のハンドリング性の点で有利であり、一方、５０ｎｍ以下であると、比表面積が高くなるため、溶媒との接触効率が高い点で有利である。以上の観点から、無機充填剤の１次粒子の平均粒子径は７〜２０ｎｍの範囲がさらに好ましい。

前記無機充填剤の配合量は、シラン・シロキサン系水性エマルション中の有効成分１００質量部に対して、０．１〜１０質量部の範囲であることが好ましい。０．１質量部以上であると、エマルションがチクソ性を示し、塗布時の液だれ性を軽減することができ、施工性の点で有利となる。一方１０質量部以下であると、ベース液に対する色相変化が小さく、塗布部の外観が損なわれないという利点がある。以上の観点から、無機充填剤の配合量はシラン・シロキサン系水性エマルション中の有効成分１００質量部に対して１〜９質量部の範囲がさらに好ましく、２〜５質量部の範囲が特に好ましい。

本発明の吸水防止材には、上記成分以外に本発明の効果を損なわない範囲で他の添加剤を含有することができ、例えば、殺カビ剤、殺菌剤、殺藻剤、殺微生物剤、香料、防食剤、消泡剤などを添加することができる。これらの添加剤は、通常、本発明の吸水防止材に対して、０．０１〜２質量％の範囲で添加される。

本発明の吸水防止材の粘度は、液温２５℃において、Ｂ型粘度計で測定した値が０．５〜５Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。この範囲であると液だれがなく、しかも塗布面全体に均一に吸水防止効果を付与することができる。以上の観点から、吸水防止材の粘度はさらに０．８〜４Ｐａ・ｓの範囲が好ましい。
なお、本発明における無機充填剤は、増粘剤としての効果もあるが、吸水防止材の粘度範囲が上記好ましい範囲となるように、無機充填剤以外に増粘剤を配合することもできる。

本発明の吸水防止材は、コンクリート等の建築部材に塗布することによって、該建築部材の表面に撥水性を付与するものであり、具体的には水の接触角で評価することができる。本発明の吸水防止材は、建築部材の表面に塗布した際に水の接触角が１３０度以上を示し、強い表面撥水性を示すものである。
また、本発明の吸水防止材は接触角の経時変化が小さく、長時間経過した後であっても強い表面撥水性を維持する性質を有する。

本発明の吸水防止材は、建築材料、特にコンクリート、モルタル、軽量気泡コンクリート、レンガなどのような無機の多孔質建材に、刷毛塗り又は吹付け塗装により用いることができる。本発明の吸水防止材は、コンクリート等に対して浸透性を有するものである。
また、これら建築材料に対する本発明の吸水防止材の塗布量は、本発明の効果を奏する範囲で特に限定はないが、通常、４００ｇ／ｍ²以下、好ましくは１００〜２５０ｇ／ｍ²である。なお、本発明の吸水防止材は一度の塗装で所要量を塗布することが可能だが、重ね塗りすることもできる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
（評価方法）
（１）施工性；各実施例及び比較例で得られた吸水防止材を土木学会発行の「表面含浸材の試験方法（案）（ＪＳＣＥ−Ｋ５７１−２００４）に準拠して作製したモルタル板（１００×１００×１００ｍｍ）の裁断面（型枠面以外）の１面が、鉛直方向に平行になるように置き、その面に塗布量が２．０ｇ／面となるように刷毛で塗布して、液だれの有無について評価した。評価は以下の基準に従って行った。
○；液だれが生じず良好に塗布ができた。
△；塗布量が所定量に到達する前後で液だれが生じた。
×；塗布量が所定量に到達する前に液だれが生じた。
（２）塗布面の水の接触角（初期）；吸水防止材を塗布した面にイオン交換水をスポイトで滴下し、生じた水滴の接触角を、協和界面科学（株）製接触角計「ＤｒｏｐＭａｓｔｅｒ ３００」を用いて測定した。測定は５点の位置で行い、その平均値で評価した。
（３）水の接触角の経時変化；上記（２）で生じた水滴の３０分後の接触角を上記（２）に記載の方法と同様の方法で測定した。

実施例１
シラン・シロキサン系水性エマルション（シラン・シロキサン系水性エマルションＡ；旭化成ワッカーシリコーン（株）製「ＢＣ７２５１」、有効成分濃度６８質量％）１００ｇに、シリカ系充填剤（日本アエロジル（株）製「ＡＥＲＯＳＩＬ２００」）１．０ｇを配合し、ミキサーを用いて１０００ｒｐｍの条件で２分間攪拌して吸水防止材を調製した。該吸水防止材をモルタル板（前出と同様の方法で作製、１００×１００×１００ｍｍ）の裁断面（型枠面以外）の１面に塗布量が２．０ｇ／面となるように刷毛で塗布し、２３±２℃、相対湿度５０±５％に調節された室内に１０日間放置し、乾燥させた。このときのモルタル板表面の水分率をｋｅｔｔコンクリート・モルタル水分計「ＨＩ−８００」で測定したところ、１．９％であった。
吸水防止材の施工性、吸水防止材を塗布した面における水の接触角及び該水の接触角の経時変化を上記方法で評価した。その結果を第１表に示す。

実施例２
シリカ系充填剤の配合量を２．０ｇとしたこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

実施例３
シリカ系充填剤の配合量を３．０ｇとしたこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

実施例４
シリカ系充填剤に代えて、アルミナ系充填剤（日本アエロジル（株）製「Ａｌｕ−Ｃ」）２．０ｇを用いたこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

実施例５
シリカ系充填剤に代えて、シリカ系充填剤（日本アエロジル（株）製「ＡＥＲＯＳＩＬ２００」）１．０ｇとアルミナ系充填剤（日本アエロジル（株）製「Ａｌｕ−Ｃ」）１．０ｇを混合して用いたこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

実施例６
シラン・シロキサン系水性エマルションとして、有効成分濃度５０質量％のもの（シラン・シロキサン系水性エマルションＢ；旭化成ワッカーシリコーン（株）製「ＢＣ２１０２」）を用い、シリカ系充填剤の配合量を４．５ｇとしたこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。
なお、モルタル板表面の水分率（ｋｅｔｔコンクリート・モルタル水分計「ＨＩ−８００」で測定）は１．８％であった。

比較例１
シリカ系充填剤を配合しなかったこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

比較例２
シリカ系充填剤に代えて、合成マイカ系充填剤（ズードケミー社製「Ｓ−４８２」）２．０ｇを配合したこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

比較例３
シリカ系充填剤に代えて、合成マイカ系充填剤（ズードケミー社製「Ｓ−４８２」）４．０ｇを配合したこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

比較例４
シリカ系充填剤に代えて、有機系充填剤（ズードケミー社製「ＴＶＳ」）２．０ｇを配合したこと以外は実施例１と同様にして吸水防止材を調製し、同様に評価した。その結果を第１表に示す。

比較例５
市販されているコンクリート浸透性吸水防止材（鹿島リノベイト社製「マジカルリペラー」）を吸水防止材として用いて実施例１と同様の評価を行った。その結果を第１表に示す。

本発明の吸水防止材によれば、コンクリート等の建材の表面に塗布することにより、該建材の表面を撥水化することができ、著しく高い吸水防止性能を得ることができる。また、建材の表面においても撥水性を示すため、建材の表面に藻やカビ、苔などが生じにくく、長期間にわたって建材の外観を維持することができる。

Claims (5)

1. シラン・シロキサン系水性エマルションにシリカ系充填剤、アルミナ系充填剤、シリカ−アルミナ系充填剤及びゼオライト系充填剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の無機充填剤を配合してなる吸水防止材。
2. 前記無機充填剤が親水性である請求項１に記載の吸水防止材。
3. 前記無機充填剤の配合量がシラン・シロキサン系水性エマルション中の有効成分１００質量部に対して、０．１〜１０質量部である請求項１又は２に記載の吸水防止材。
4. 前記無機充填剤の１次粒子の平均粒子径が５〜５０ｎｍの範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の吸水防止材。
5. コンクリートに対して浸透性を有する請求項１〜４のいずれかに記載の吸水防止材。