JP3281651B2 - 軽量気泡コンクリート用発泡剤組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム粉を含有
する軽量気泡コンクリート用発泡剤組成物に関し、特に
発泡効率を低下させることなく原料モルタルスラリーの
膨張反応をコントロールすることができ、且つ貯蔵安定
性に優れた軽量気泡コンクリート用発泡剤組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、軽量気泡コンクリートは次のよう
に製造される。まず、生石灰、ポルトランドセメントな
どの石灰質材料粉末と、珪石などの珪酸質材料粉末に、
水、及びその他の材料を加えたモルタルスラリーにアル
ミニウム粉を加えた後、成型型枠に流し込み、石灰質材
料の加水分解によって生じる水酸化カルシウムとアルミ
ニウム粉との反応によって生成する水素ガスにより当該
モルタルスラリーを膨張させる。

【０００３】次いで、膨張したモルタルスラリーが珪酸
質材料の水和反応の進行につれて次第に凝固し、内部に
互いに不連続な気泡を有する多泡質の凝固体、すなわち
半硬化体となる。次にこれをオートクレーブ処理して硬
化させて製品とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の製造工程におい
て、水素ガス発生の開始時間及び速度はモルタルスラリ
ーの外的条件、特に温度や原料生石灰の焼成条件の影響
を強く受ける。すなわち、モルタルスラリーの温度が高
くなるとその反応が急激になり、また、一般に重油焼成
の生石灰を使用したモルタルスラリーは、石灰焼成の生
石灰を使用したものより反応が急激になる。そのため例
えば気温の高い夏期などは、モルタルスラリーにアルミ
ニウム粉を混入すると直ちに水素ガスが発生し、成型型
枠に流し込む以前に膨張が始まり、且つ、その膨張は急
激となるから、系外に水素ガスの逸脱が起こり、所望の
発泡凝固体が得られないばかりか、成型型枠への輸送パ
イプ中でモルタルスラリーの膨張凝固反応が進み、パイ
プを詰まらせるなどの製造工程上の種々のトラブルが生
じる。同様のトラブルは消化速度の早い例えば重油焼成
の生石灰を常温で使用した場合にも発生する。これは、
生石灰の消化によって起こる発熱により、アルミニウム
粉と水酸化カルシウムとの反応が促進されることに基ず
く。

【０００５】また、モルタルスラリーが型枠に注入され
る前に急激な膨張反応が開始すると、最終製品の外観品
質が悪化するという問題がある。これらのトラブルの原
因は、いずれもアルミニウム粉とモルタルスラリーとの
反応による水素ガス発生開始時間が短すぎるためであ
る。一方、軽量気泡コンクリートの生産性向上のために
はモルタルスラリーの膨張凝固反応を早める必要があ
る。そこで従来の普通ポルトランドセメントに替えて、
アルミナセメントの早強ポルトランドセメント等を用い
ることによりモルタルスラリーの硬化速度を促進するこ
とが試みられている。この場合、そのような硬化速度に
合わせてアルミニウム粉とモルタルスラリーの反応によ
る水素ガス発生を促進する必要が生じる。しかし従来の
アルミニウム粉では、水素ガスの発生速度が遅すぎるた
め実用に供し得ないのが現状である。

【０００６】従来、軽量気泡コンクリート用発泡剤とし
て使用されるアルミニウム粉は、脂肪酸例えばステアリ
ン酸を粉砕助剤として乾式粉砕されたアルミニウム粉を
更に加熱処理して水分散性を阻害する脂肪酸を除去する
ことにより製造されている。しかしこの方法で製造され
たアルミニウム粉はアルミニウム粉とモルタルスラリー
（水酸化カルシウム）との反応が急激すぎるので、型枠
注入前の水素ガス発生を十分にコントロールすることは
できない。また上記方法において加熱処理の際にアルミ
ニウム粉の発火・爆発の危険性があり取り扱い上の問題
がある。軽量気泡コンクリートの生産性を向上するため
には、アルミニウム粉とモルタルスラリーとの反応によ
る水素ガス発生速度を高めるようにアルミニウム粉を微
粒子化する必要があるが、このような加熱処理工程を経
る製造法では危険性の点で使用の限界がある。

【０００７】一方、石油系溶剤中で脂肪酸もしくはその
誘導体を粉砕助剤として製造する湿式粉砕法により製造
されているアルミニウム粉では、前記の加熱処理工程を
経る製造法より安全に微粒子化できるが、界面活性剤を
添加して水分散性を付与したとしても、石油系溶剤を多
量に含むため充分な水分散性や貯蔵時の安定性に問題が
ある。

【０００８】更に、アルミニウム粉とモルタルスラリー
が型枠注入前に不要な反応することを抑制する目的で、
種々の反応抑制剤をアルミニウム粉へ添加することが知
られている。しかしそのような方法で反応を抑制すると
一般に型枠注入後の膨張反応までが抑制されてしまい満
足な最終製品が得られないという問題がある。そこで本
発明は、従来の軽量気泡コンクリート用発泡剤組成物に
おけるこのような問題点を解決し、アルミニウム粉とモ
ルタルスラリーとの反応をコントロールでき、水分散性
及び貯蔵安定性に優れ、かつ、製造工程上のトラブルも
生じない発泡剤組成物を提供することを課題とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題を達成
するためには、アルミニウム粉の表面に強固に吸着し水
分散時においても脱離せずかつ疎水性を有する表面処理
剤を発泡剤組成物に混合し、それによってアルミニウム
粉を被覆状態とすると共に、分散媒である水に対して悪
影響を及ぼすことなく、個々のアルミニウム粉末粒子が
均一に分散し得るように疎水性表面のぬれ性を改善し水
分散性を付与することの２点が必要である。

【００１０】本発明者等は前記要件を克服するために鋭
意研究した結果、融点が３０℃以上であり且つ少なくと
も酸性ＯＨ基を１個ないし２個含有する有機リン酸エス
テル化合物をアルミニウム粉の表面処理剤として使用
し、かつ、ノニオン系界面活性剤及びアルコール性ＯＨ
基を含有する溶剤を併用することが最も有効であること
を見い出し、本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明の軽量気泡コンクリート
用発泡剤組成物は、アルミニウム粉、及び当該アルミニ
ウム粉１００重量部に対して、融点が３０℃以上であり
かつ少なくとも酸性ＯＨ基を１個または２個有する有機
リン酸エステル化合物０．５〜１５重量部、ノニオン系
界面活性剤１〜１５重量部、アルコール性ＯＨ基を含有
する溶剤５〜７０重量部、炭化水素系溶剤０〜７０重量
部を含有することを特徴とするものである。

【００１２】本発明に使用するアルミニウム粉は、通常
の粉砕方式（湿式および乾式粉砕方法）で粉砕され、従
来から軽量気泡コンクリート用発泡剤として用いられて
いるものであるが、特に、炭化水素系溶剤中で粉砕され
る湿式粉砕法で製造されたアルミニウム粉が適してい
る。このようなアルミニウム粉の粒度としては、平均粒
径が４０μ以下で、最大粒径が１５０μ以下であること
が好ましい。

【００１３】本発明に使用する有機リン酸エステル化合
物は、融点が３０℃以上でありかつ酸性ＯＨ基を１個ま
たは２個有するものである。３０℃未満であると発泡剤
組成物の水分散時またはモルタルスラリーへの混合時に
有機リン酸エステル化合物が脱離し易くなり、型枠注入
前のアルミニウム粉とモルタルスラリーとの反応抑制
（水素ガス発生の抑制）が不十分となり、最終製品の品
質に悪影響を与える。なお融点は夏期の温度を考慮する
と４０℃以上であることがより好ましい。

【００１４】酸性ＯＨ基の数は上記のように１個または
２個であるが、該１個または２個有する化合物の混合物
でも良い。酸性ＯＨ基が３個（リン酸）を有する場合は
疎水性が不十分で反応抑制効果が劣る。他方、酸性ＯＨ
基を有さない場合はアルミニウム粉末の表面に強固な吸
着がなされず反応抑制効果がほとんどない。そのような
有機リン酸エステル化合物としては、例えば炭素数１４
〜２４、好ましく炭素数１８〜２４の飽和アルキルアル
コールのエステルである有機リン酸エステル化合物が使
用できる。具体的には、テトラデシル、セチル、オクタ
デシル、アラキル、ベヘニル、カルナウビルなどの有機
リン酸エステル化合物が挙げられる。これらは、単独で
あっても、それらの混合物であっても良い。

【００１５】さらに、これらの有機リン酸エステル化合
物にアルキレンオキシドを付加することもでき、例えば
有機リン酸エステル化合物１分子当たり０〜１０ｍｏｌ
のエチレンオキシドまたはプロピレノキシドを付加した
ものを挙げることができる。有機リン酸エステル化合物
の添加量は、アルミニウム粉１００重量部に対して０．
５〜１５重量部が好ましく、さらに好ましくは２〜１０
重量部がよい。０．５重量部未満では、アルミニウム粉
の表面を充分に覆うことができず反応抑制効果が劣り、
１５重量部を越えると反応抑制効果はあるが、型枠注入
後も必要以上に反応が抑制されるため膨張反応が遅くな
り、充分に水素ガスが発生しないうちモルタルスラリー
の凝固が起こるため、最終製品の品質が低下するので好
ましくない。

【００１６】本発明の組成物における有機リン酸エステ
ル化合物の作用機構については明確でないが、本発明者
らの研究によれば次のように推定される。すなわち、有
機リン酸エステル化合物はアルミニウム粉の表面に吸着
して疎水性の高い保護膜を形成するが、その際その酸性
ＯＨ基がアルミニウム粉の表面への吸着に寄与する。こ
のように疎水性の高い保護膜を形成しているアルミニウ
ム粉は、モルタルスラリー中でそれに溶解している水酸
化カルシウムとの反応を一時的に抑制する。しかし時間
の経過とともに石灰質材料の加水分解によって液相中の
カルシウムイオン濃度が増加すると共にモルタルスラリ
ーの温度が水和熱により上昇してくると前記保護膜は徐
々に溶解し、遂には完全に破壊する。その結果露出した
アルミニウム粉は水酸化カルシウムと反応が進行し水素
ガスを発生する。したがって、有機リン酸エステル化合
物の疎水性保護膜が溶解し脱離するまでの時間だけアル
ミニウム粉末とモルタルスラリー中の水酸化カルシウム
との反応は抑制されるが、その後は良好な反応に移行す
る。

【００１７】有機リン酸エステル化合物をアルミニウム
粉末に添加する方法に関しては、特に限定されない。一
般に、アルミニウム粉の製造方法は、ボールミルやアト
ライターなどの粉砕機のなかに原料アトマイズ粉やアル
ミニウム箔粉などと共に、粉砕効率を高めるための粉砕
助剤が投入され、例えば、有機溶剤中での湿式粉砕法、
あるいは、窒素雰囲気中での乾式粉砕法などが用いられ
ている。このときの好ましい粉砕助剤としては、ステア
リン酸、パルミチン酸、オレイン酸等の脂肪族カルボン
酸、ステアリルアミン、オレイルアミン等の脂肪族アミ
ン、ステアリルアルコール、ラウリルアルコール等の脂
肪族アルコール、オレイン酸アミド、ステアリル酸アミ
ド、ラウリル酸アミド等の脂肪族アミドなどである。

【００１８】このようにして脂肪族カルボン酸、脂肪族
アミン、脂肪族アルコール、脂肪族アミドなどを添加し
て粉砕処理をすると、それらにより表面処理されたアル
ミニウム粉が得られるが、それに対して、有機リン酸エ
ステル化合物を後添加し、ミキサー等で更に混合し、ア
ルミニウム粉の表面に有機リン酸エステル化合物の保護
膜を形成させることができる。しかし、脂肪族アミド等
と有機リン酸化合物を同時に添加してアルミニウム粉の
粉砕処理をすることもできる。

【００１９】本発明において、水分散性をはかるための
界面活性剤としては、貯蔵安定性の点からノニオン系界
面活性剤を用いるが、具体的にはポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェノー
ルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等
がある。これらは、有機リン酸エステル化合物と共に混
合工程で添加しても良いし、有機リン酸エステル化合物
による処理後に添加混合しても良い。

【００２０】ノニオン系界面活性剤の添加量は１〜１５
重量部であり、好ましくは２〜１０重量部である。１重
量部未満であると望ましい水分散性が得られない。ま
た、１５重量部を越えるとモルタルスラリーの膨張反応
時において型枠中に水素ガス溜りが発生し易くなり、最
終製品の外観を悪くするため好ましくない。好ましいノ
ニオン系界面活性剤のＨＬＢは、６〜１６であり、より
好ましくは８〜１３である。６未満であると界面活性剤
の親油性が高くなり組成物の水分散性が低下してくる。
また、１６を越えると界面活性剤の水溶解性が高くなり
過ぎるため同様に組成物の水分散性が低下してくる。

【００２１】本発明に使用するアルコール性ＯＨ基を含
有する溶剤としては、炭化水素系溶剤および水と適宜の
割合で溶解ないしは分散する性能を有し、かつ、有機リ
ン酸エステル化合物を溶解しないものが好ましい。その
含有量はアルミニウム粉１００重量部に対して、５〜７
０重量部で、好ましくは２０〜５５重量部である。５重
量部未満では水分散性および水分散性の経時安定性の点
で劣り、７０重量部を越えるとモルタルスラリーの膨張
反応を阻害し最終製品に悪影響を与える。また溶剤臭も
強くなり作業環境に問題を残す。

【００２２】アルコール性ＯＨ基を含有する溶剤の具体
的な例としては、ポリオキシエチレングリコール、ポリ
オキシプロピレングリコール、エチルセロソルブ、ブチ
ルセロソルブ、プロピレングリコール・モノメチルエー
テル、ジプロピレングリコール・モノメチルエーテル、
ジエチレングリコール・モノブチルエーテル、トリプロ
ピレングリコール・モノメチルエーテル、エトキシプロ
パノール、イソプロパノール、イソブタノール、イソア
ミルアルコール、エタノール、メチルイソブチルカルビ
ノール等を挙げることができ、これらは混合して使用す
ることもできる。

【００２３】また本発明における炭化水素系溶剤は所望
により使用されるが、例えば一般に湿式粉砕に用いられ
るミネラルスピリット、ソルベントナフサ、ＬＡＷＳ、
ＨＡＷＳ等の脂肪族系あるいは芳香族系の炭化水素等を
適宜用いることができる。その使用量は、アルミニウム
粉１００重量部に対して０〜７０重量部、好ましくは０
〜４０重量部である。７０重量部を越えると組成物の水
分散性ならびに水分散性の経時安定性が悪くなり過ぎる
ため好ましくない。なお炭化水素系溶剤の含有量は、ア
ルコール性ＯＨ基を含有する溶剤の含有量に左右され、
両溶剤の比率によって、組成物の水分散性ならびに水分
散性の経時安定性が維持される。好ましい両溶剤の比率
は、アルコール性ＯＨ基を含有する溶剤の重量をＡ、な
らびに炭化水素系溶剤の重量をＢとしたとき、Ｂ／Ａが
４以下、より好ましくはＢ／Ａが２以下となるようにす
る。Ｂ／Ａが４を越えると組成物の親水性が低下し、そ
の結果、水分散性は悪化し更に水分散性の経時安定性も
劣化する。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明の実施例および比較例を示
す。粒状アルミニウム粉末１０Ｋｇと、５重量％のステ
アリン酸を含むミネラルスピリット１０Ｋｇの混合物を
ボールミル中で８時間粉砕し、次に、ミネラルスピリッ
ト２０Ｋｇを加え希釈した後、スラリータンクに移し、
フィルタープレスで濾過する。このようにして得られた
フィルタープレスケーキは、金属分９０重量％、ミネラ
ルスピリット１０重量％であり、目開き１４９μの準備
篩における篩残分は０．１％以下であった。

【００２５】このフィルタープレスケーキの金属分１０
０重量部に対して、表１に示すように所定の有機リン酸
エステル化合物、ノニオン性界面活性剤、及びアルコー
ル性ＯＨ基含有溶剤を加えて加熱残分が６５％になるよ
うにして、種々の本発明の発泡剤組成物を得た。本発明
と比較するため、表２に示すような組成物を用い、他は
全く同じようにして種々の発泡剤組成物を調製した。

【００２６】得られた実施例および比較例の各発泡剤組
成物について、水分散性、水分散性の経時安定性、並び
に、発泡性を調べ、その結果を表１、表２および図１に
示した。図１中、符号１５、１６及び１７は、それぞ
れ、比較例１、２及び３を示す。行った試験方法は次の
通りである。 （１）水分散性：試料３Ｋｇを５０ｍｌネスラー管に採
取し、少量の水を加えて予備分散する。そののち、５０
ｍｌ標線まで水を追加し、よく振り混ぜたのち静置し５
分経過後のアルミニウム粒子の分散状態から目視判定す
る。

【００２７】◎均一に分散する ○ほぼ均一に分散する △やゝ凝集する ×かなり凝集する （２）水分散性の経時安定性：試料２００ｇを３００ｍ
ｌブリキ缶に入れて密封し、４０℃で１ケ月貯蔵後の水
分散性を調べる。 （３）発泡性：ポルトランドセメント１４０ｇ、珪石２
２０ｇ、生石灰４０ｇ及び水２２０ｇとからなる軽量気
泡コンクリート用モルタルスラリーを、所定温度（表１
参照）に調製後、このモルタルスラリーに、金属分とし
て０．３ｇを含む所定量の発泡剤組成物を、予め少量の
水で分散させた水分散液として添加混合して発泡を開始
させ、モルタルスラリーの上昇する発泡高さを経時的に
測定した。

【００２８】尚、発泡剤組成物をモルタルスラリーに投
入してからモルタルスラリーが上昇を開始するまでの時
間を測定し、「発泡開始時間（分）」とし、膨張前のモ
ルタルスラリー容積に対する３０分後の膨張容積の百分
率を、モルタルスラリーの「膨張率（％）」とした。 「発泡開始時間」 「膨張率」 ◎６分以上 ◎９０％以上 ○２以上〜６分未満 ○８０％以上〜９０％未満 ×２分未満 ×８０％未満 表２及び、図１の結果から、本発明と異なる有機リン酸
エステル化合物を用いた場合には、発泡剤を添加すると
直ちに膨張が始まり発泡開始時間が短かすぎる。一方、
上記有機リン酸エステル化合物の添加量を増加すること
によって発泡開始時間は長くなるが、反面モルタルスラ
リーの発泡効率が著しく低下し膨張率が悪くなる。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上のように、軽量気泡コンクリート用
モルタルスラリーに、本発明の発泡剤組成物を添加する
ことにより、水素ガス発生によるモルタルスラリーの初
期の膨張を抑制することができ、かつ、モルタルスラリ
ーの発泡効率を低下させることなく良好な発泡性を発現
することができる。更に、高温下においても、又、焼成
条件の異なる生石灰や硬化速度の異なるセメントを使用
した場合においても、工業上極めて有効な軽量気泡コン
クリートを製造することができる。

【００３２】加えて、本発明の発泡剤組成物は、モルタ
ルスラリー中の主要な分散媒である水に対して、極めて
容易にかつ均一に分散可能であると同時に、長期にわた
って優れた貯蔵安定性を有し、貯蔵後も初期と同様の良
好な水分散性および発泡性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例及び比較例のモルタルスラリー
の膨張率曲線を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−158202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−166309（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 38/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム粉、及び当該アルミニウム
   粉１００重量部に対して、融点が３０℃以上でかつ酸性
   ＯＨ基を１個または２個有する有機リン酸エステル化合
   物０．５〜１５重量部、ノニオン系界面活性剤１〜１５
   重量部、アルコール性ＯＨ基を含有する溶剤５〜７０重
   量部、炭化水素系溶剤０〜７０重量部を含有することを
   特徴とする軽量気泡コンクリート用発泡剤組成物。