JP2009155641A

JP2009155641A - 吸水防止材

Info

Publication number: JP2009155641A
Application number: JP2008310119A
Authority: JP
Inventors: Seishi Horiuchi; 清史堀内
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】吸水防止材をコンクリート等の建材に対して深く浸透させて、十分な厚さの防水層を形成させ、建材に高い吸水防止性能を付与する吸水防止材を提供すること。
【解決手段】（Ａ）アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物及び（Ｂ）シクロデキストリンが水中に分散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。

近年、鉄筋コンクリート構造物は、冬季の凍結融解作用と海からの飛来塩分や凍結防止材として散布される塩分などの複合作用により、著しく劣化することが問題となっており、その対策が要望されている。これらの複合劣化の原因は、コンクリート表面からの塩分を含んだ水分の浸透と凍結融解作用であり、対策としてコンクリート表層部に厚い防水層を設け、コンクリート内部への水及び塩化物イオンの侵入を防止することが検討されている。
具体的には、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コンクリート等の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が従来から行われている。

吸水防止材としては、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有機溶剤で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られることが多くなっている。
例えば、シラン化合物、その加水分解物及びその重縮合物から選ばれる少なくとも１種からなる有機ケイ素成分、乳化剤及び水を特定割合で配合した吸水防止性を有する組成物が提案されている（特許文献１参照）。
また、アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物、無機鉱物、水溶性高分子及び吸水性樹脂のうちの少なくとも１種、及び極性溶媒からなる吸水防止材が提案されている（特許文献２参照)。

ところで、吸水防止材の性能を効果的に発揮させるには、吸水防止材をコンクリート等の建材に深く浸透させることが重要であることが報告されている（非特許文献１参照）。これに対し、上記特許文献１に開示される組成物は、施行開始前に水で希釈、混合して水性組成物とすることを特徴とするが、水での希釈によって、油中水型エマルションから水中油型エマルションに転相するため、油滴粒径が微細化し、建材に深く浸透することができるとされている（特許文献１、［００７６］参照）。しかしながら、特許文献１に開示される施行方法は、塗布前に現場にて水の添加及び転相を行う必要があり、作業が煩雑であるとともに、建材への浸透性についても、必ずしも十分なものとは言えなかった。
また、上記特許文献２に開示される吸水防止材は、アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物が主成分であり、これらの成分は揮発性が高いために、コンクリート等に十分に浸透させることが困難であった。特許文献２では、アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物をコンクリート等に浸透させるために、無機鉱物、水溶性高分子又は吸水性樹脂を配合しているが、必ずしも十分な浸透性を有しているものではなかった。

特開平９−５９６０４号公報特開２００３−２２１５７６号公報コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ．２８（２００６）

本発明の課題は、吸水防止材をコンクリート等の建材に対して深く浸透させ、十分な吸水防止性を建材に付与し得る吸水防止材を提供することにある。

本発明者は、アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物の水性エマルションにシクロデキストリンを分散させた吸水防止材を建材に塗布することで、上記課題を解決し得ることを見出した。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、
（１）（Ａ）アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物及び（Ｂ）シクロデキストリンが水中に分散してなる吸水防止材、
（２）前記（Ｂ）シクロデキストリンの配合量が０．５〜２０質量％である上記（１）に記載の吸水防止材、及び
（３）コンクリートに対して浸透性を有する上記（１）又は（２）に記載の吸水防止材、である。

本発明の吸水防止材によれば、該吸水防止材をコンクリート等の建材に対して深く浸透させることができ、十分な厚さの防水層を形成することができる。この防水層によって、該建材は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、（Ａ）アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物及び（Ｂ）シクロデキストリンが水中に分散してなることを特徴とする。
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。

本発明の吸水防止材における（Ａ）アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物の配合量は５０〜９０質量％であることが好ましい。５０質量％以上であると、建材に対して十分な吸水防止性を付与することができ、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、（Ａ）成分の配合量は６０〜８５質量％の範囲であることがさらに好ましい。

次に、本発明の吸水防止材における必須成分である（Ｂ）シクロデキストリンは環状オリゴ糖とも呼ばれ、α−グルコピラノース基がα−１，４−グリコシド結合によって環状につながったものであり、該グルコピラノース基の個数が６個のα−シクロデキストリン（内孔径：４．５Ａ）、グルコピラノース基の個数が７個のβ−シクロデキストリン（内孔径：７．０Ａ）、グルコピラノース基の個数が８個のγ−シクロデキストリン（内孔径：８．５Ａ）等がある。
この（Ｂ）成分は（Ａ）成分を包接し、本発明の吸水防止材を建材に塗布し、養生するに際し、有効成分である（Ａ）成分の揮散を抑制し、吸水防止材の建材への浸透を促進する機能を果たす。

本発明の吸水防止材における（Ｂ）シクロデキストリンの配合量は、０．５〜２０質量％であることが好ましい。（Ｂ）成分の含有量が０．５質量％以上であると、上述したような（Ａ）成分の揮散の抑制及び建材中への浸透を促進する機能を十分に果たすことができる。一方、（Ｂ）成分の配合量が２０質量％以下であると、吸水防止材の安定性が確保される。以上の観点から、（Ｂ）成分の配合量は１〜１５質量％の範囲がさらに好ましい。
なお、本発明の吸水防止材は水中に上記（Ａ）成分及び（Ｂ）成分が分散してなるが、通常、水性エマルションの形態をとる。

水性エマルションの形成に際しては、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。
乳化剤の配合量としては、水性エマルションである本発明の吸水防止材に対して、通常０．１〜１０質量％であり、好ましくは０．１〜５質量％である。

また、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。水の配合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。

また、本発明の吸水防止材は、さらに（Ｃ）セルロース誘導体を配合してもよい。（Ｃ）セルロース誘導体は水性エマルションである吸水防止材の安定性を向上させる機能を有する。
（Ｃ）セルロース誘導体としては、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース；メチルセルロース、エチルセルロース等のアルキルセルロース；カルボキシメチルセルロース；第４級アンモニウム基を有するカチオン化セルロースなどが挙げられる。
これらのうち、特に、カルボキシメチルセルロース及びヒドロキシメチルセルロースが好適に挙げられる。
なお、上記セルロース誘導体は、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて配合させることができる。

本発明の吸水防止材における（Ｃ）セルロース誘導体の配合量は、（Ａ）成分１００質量部に対して、０．０５質量部以上であることが好ましい。０．０５質量部以上配合すると水性エマルションである本発明の吸水防止材の安定性を十分に向上させることができる。好ましくは０．１質量部以上である。また、（Ｃ）成分の配合量の上限値については、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に制限はないが、（Ａ）成分１００質量部に対して、通常０．５質量部程度である。０．５質量部を超えて配合させても、それ以上の効果はなく、むしろ経済的に不利益となる。

次に、本発明で用いる吸水防止材には、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、又はゼオライト系充填剤を配合することができる。これらのうち、その表面が親水性であるものが、水性エマルションの安定性を向上させることができ好ましい。これらの無機充填剤は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。
また、ベントナイトなどの粘土鉱物を添加することもでき、吸水性防止材の浸透性を向上させることができる。特にγ−シクロデキストリンとベントナイトの組み合わせにおいてその効果が高い。

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。

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、上記（Ａ）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。

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配合することができ、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、上記無機充填剤は、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、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。

本発明の吸水防止材は、建材に塗布し、養生することで防水層が形成される。ここで、防水層とは吸水防止材が建材中に浸透した部分を意味し、従って、防水層の厚さは、吸水防止材の浸透深さと等しい。防水層の厚さ、すなわち、吸水防止材の浸透深さは、浸透防止材の種類、浸透防止材の塗布量、養生の条件等により異なるが、十分な吸水防止性を付与するためには、３ｍｍ以上であることが好ましく、特に６ｍｍ以上であることが好ましい。

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）浸透深さ
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面に塗布量が２．０ｇ／面（２００ｇ／ｍ²）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１４日間放置して養生させ、防水層を形成した。該防水層を形成した試験体について、吸水防止材の塗布面を２分割するように割裂し、水洗して割裂面の撥水している部分の厚さを浸透深さとして測定した。
（２）水性エマルションの安定性
各実施例及び比較例により調製された吸水防止材を室温下で２週間放置し、以下の基準で安定性を評価した。
◎；目視による油水相の分離がなく、かつ著しい粘度の増減がない。
○；目視による油水相の分離がない。
△；目視による油水相の分離がわずかにある。
×；目視による油水相の分離がある。

実施例１
（Ａ）成分として、旭化成ワッカーシリコーン（株）製コンクリートモルタル向け吸水防止塗料「ＳＬＪ７２５１／６」（オクチルトリエトキシシラン；６０〜６５質量％、シリコーン；１〜５質量％、水性エマルション）を用いた。（Ａ）成分１００質量部に対して、（Ｂ）成分であるα−シクロデキストリン（純正化学（株）製、試薬）０．６質量部を配合し、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。該吸水防止材について、上記方法にて評価した結果を第１表に示す。

実施例２〜１８
（Ｂ）成分として、第１表に示すシクロデキストリンを第１表に示す配合量で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、実施例１と同様に評価した。結果を第１表に示す。

実施例１９〜２１
（Ｂ）成分として、第１表に示すシクロデキストリンを第１表に示す配合量で配合し、かつ、第１表に示す（Ｃ）成分又はその他成分を第１表に示す配合量で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、実施例１と同様に評価した。結果を第１表に示す。

比較例１
実施例１において、（Ｂ）成分を配合させ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、実施例１と同様に評価した。結果を第１表に示す。

＊１カルボキシメチルセルロース；ダイセル化学工業（株）製「ＣＭＣ１２９０」
＊２ヒドロキシエチルセルロース；ダイセル化学工業（株）製「ＨＥＣＳＰ６００」
＊３ベントナイト；（株）ホージュン製「Ｓ−ＢＥＮ」

本発明の吸水防止材によれば、（Ｂ）シクロデキストリンの添加効果により、吸水防止材の建材に対する高い浸透性を得ることができる。従って、該建材に高い吸水防止性を付与することができる。
また、（Ｃ）セルロース誘導体を配合した系では、さらに、水性エマルションの安定性が向上するために、吸水防止材の調製後の保存安定性も向上し、塗工性も良好となる。

本発明の吸水防止材によれば、該吸水防止材をコンクリート等の建材に対して深く浸透させることができ、十分な厚さの防水層を形成することができる。この防水層によって、建材は著しく高い吸水防止性能を得ることができる。

Claims

（Ａ）アルキルアルコキシシラン及び／又はその縮合物及び（Ｂ）シクロデキストリンが水中に分散してなる吸水防止材。
前記（Ｂ）シクロデキストリンの配合量が０．５〜２０質量％である請求項１に記載の吸水防止材。
コンクリートに対して浸透性を有する請求項１又は２に記載の吸水防止材。