(57)【要約】【課題】高い接着強度及び靱性を有しており、建築物の内装材や外装材等の用途に好適に使用でき、セメントやアスファルトが抱える欠点を改良することが可能な無機系接着剤及びこれを用いた構造材料を提供すること。【解決手段】無機系の合成樹脂を、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させた後、更に太さ１〜２μｍの繊維に再吸着させてなることを特徴とする無機系接着剤及びこれを用いた構造材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機系の合成樹脂を、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させた後、更に太さ１〜２μｍの繊維に再吸着させてなることを特徴とする無機系接着剤。
【請求項２】
前記粉状繊維の配合量が、前記無機系の合成樹脂に対して３〜８重量％であり、前記再吸着させるための繊維の配合量が、前記無機系の合成樹脂に対して５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１記載の無機系接着剤。
【請求項３】
前記粉状繊維及び再吸着させるための繊維のうち少なくともいずれか一方の繊維が、炭素繊維であることを特徴とする請求項１記載の無機系接着剤。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、
骨材同士を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料。
【請求項５】
請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、
セメントに前記無機系接着剤が混練又は混合されたセメントコンクリートからなることを特徴とする構造材料。
【請求項６】
請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、
アスファルトに前記無機系接着剤が混練又は混合されたアスファルトコンクリートからなることを特徴とする構造材料。
【請求項７】
道路舗装材であることを特徴とする請求項３乃至５いずれかに記載の構造材料。
【請求項８】
前記骨材が遠赤外線及び／又はマイナスイオンを発生する材料からなり、
該骨材の表面の一部のみを被覆するように前記無機系接着剤を付着させ、該接着剤が付着された骨材同士を接着することにより成形されてなることを特徴とする請求項４記載の構造材料。
【請求項９】
建築物の壁材であることを特徴とする請求項３記載の構造材料。
【請求項１０】
請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、
木片を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料。
【請求項１１】
請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、
紙片を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料。
【請求項１２】
請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、
ガラス片を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い接着強度を有しており、建築物の内装材や外装材等の用途に好適に使用できる無機系接着剤及びこれを用いた構造材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント及びアスファルトは、道路や建築物等の我々の社会基盤となる構造物を構築するための構造材料として広く使用されてきた。
しかしながら、セメントは、耐衝撃性が低く強アルカリを排出するという欠点があり、アスファルトは、熱溶隔性に基づく接着力の不足と油性分を排出するという欠点がある。
そこで、セメントやアスファルトの補強剤として、熱硬化性の液状合成樹脂が使用されるようになってきた。
【０００３】
しかしながら、従来のエチレンを原料とした有機質の合成樹脂と比較して、無機質の合成樹脂は接着力が弱いため、その用途は「塗料」に集中し、いわゆる「構造材料」としての用途に使用されることは困難であった。
【０００４】
一方、特許文献１には、液体合成樹脂を、太さ１〜５０μｍ、長さ１〜１０ｍｍのシリカ短繊維、シリカとアルミナの合成短繊維、ジルコニア短繊維の少なくとも１種類の短繊維に吸着させたものを、太さ１０〜７０μｍ、長さ２〜５０ｍｍの二酸化チタン短繊維、石英短繊維、チタン酸バリウム短繊維、合成樹脂素材短繊維の少なくとも１種類の短繊維に絡めてなる繊維重合粘着剤が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された粘着剤は、液状合成樹脂を吸着させるために用いる短繊維が大きいために、液状合成樹脂が短繊維に充分に吸着されにくい。そのため、液状合成樹脂の接着作用が液状のままで作用し、その結果、接着面での破壊が生じ易く、高い接着強度が得られないという問題があった。
更に、液状合成樹脂を短繊維に吸着させたものを絡めるために用いられる短繊維が太く、繊維の表面積が小さいために、液状合成樹脂が液状のままで残留してしまい、靱性が低くなるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、高い接着強度及び靱性を有しており、建築物の内装材や外装材等の用途に好適に使用でき、セメントやアスファルトが抱える欠点を改良することが可能な無機系接着剤及びこれを用いた構造材料を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、無機系の合成樹脂を、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させた後、更に太さ１〜２μｍの繊維に再吸着させてなることを特徴とする無機系接着剤に関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記粉状繊維の配合量が、前記無機系の合成樹脂に対して３〜８重量％であり、前記再吸着させるための繊維の配合量が、前記無機系の合成樹脂に対して５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１記載の無機系接着剤に関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記粉状繊維及び再吸着させるための繊維のうち少なくともいずれか一方の繊維が、炭素繊維であることを特徴とする請求項１記載の無機系接着剤に関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、骨材同士を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料に関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、セメントに前記無機系接着剤が混練又は混合されたセメントコンクリートからなることを特徴とする構造材料に関する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、アスファルトに前記無機系接着剤が混練又は混合されたアスファルトコンクリートからなることを特徴とする構造材料に関する。
【００１４】
請求項７に係る発明は、道路舗装材であることを特徴とする請求項３乃至５いずれかに記載の構造材料に関する。
【００１５】
請求項８に係る発明は、前記骨材が遠赤外線及び／又はマイナスイオンを発生する材料からなり、該骨材の表面の一部のみを被覆するように前記無機系接着剤を付着させ、該接着剤が付着された骨材同士を接着することにより成形されてなることを特徴とする請求項４記載の構造材料に関する。
【００１６】
請求項９に係る発明は、建築物の壁材であることを特徴とする請求項３記載の構造材料に関する。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、木片を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料に関する。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、紙片を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料に関する。
【００１９】
請求項１２に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の無機系接着剤を用いた構造材料であって、ガラス片を前記無機系接着剤により接着し硬化してなることを特徴とする構造材料に関する。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、無機系合成樹脂を、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状の繊維に吸着重合させているので、無機系合成樹脂が繊維に充分に吸着され、無機系合成樹脂の接着作用が液状のままで作用することがなく、接着面での破壊が生じにくいため、高い接着力を発揮することができる。
また、粉状繊維に吸着させた無機系合成樹脂を、太さ１〜２μｍの極細の繊維に再吸着させてなることにより、無機系合成樹脂が液状のままで残留してしまうことがなく、高い靱性と接着力を発揮することができる。
更に、無機系合成樹脂を、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させた後に、太さ１〜２μｍの極細の繊維に再吸着させているため、通常のＦＲＰに比べて極めて緻密な構造をもつ、空気や水以外は透過し得ない繊維構造の接着剤となる。
しかも、ＦＲＰの構造と類似する構造であって且つＦＲＰよりも緻密な構造を有しているため、ＦＲＰの代替材料としての使用も可能となる。
また、空気や水以外は透過し得ない緻密な構造をもつ接着剤となることから、有害物の溶出や浸透を完全に遮断することができる構造物を得ることができ、汚染土を有する工場跡地の改良、焼却灰やヘドロ等の産業廃棄物の処理及びリサイクルへの用途に利用することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、粉状繊維の配合量が、無機系の合成樹脂に対して３〜８重量％であり、再吸着させるための繊維の配合量が、無機系の合成樹脂に対して５〜１０重量％であることから、無機系の合成樹脂に対する繊維の量が過不足なく適量となり、緻密に繊維構造化された接着剤が得られ、接着力及び靱性を最大限に発揮することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、粉状繊維及び短繊維のうち少なくともいずれか一方の繊維が炭素繊維であることにより、軽量であって強度及び耐熱性に優れた構造材料を得ることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、高い接着力と靱性を有する無機系接着剤により骨材同士が接着されるため、骨材に対する接着剤の使用量を従来に比べて大幅に削減することができ、高い強度を有しつつ透水性や保水性を有する構造材料を得ることが可能となる。
また、砂防ダムや擁壁等の構造物の構築に利用した場合に、土砂の流出は確実に止めるが、排水は目詰まりすることない構造物が得られ、土砂崩れ、崖崩れ、トンネル崩落、地下道・地下街の水害等の災害を防ぐことができる。また、舗装や建築物の内壁板にも好適に使用することができる。
また、上水、下水のフィルター、透水性を一部に有するヒューム管の製造や、湿気を吸収して下方に排水することができるパイルの製造にも利用することにより、軟弱地盤の改良はもとより従来有効に活用することができなかった広大な土地を活用することができるようになる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、耐衝撃性が低い、強アルカリ性を排出する、というセメントコンクリートの欠点を改良することができ、また耐摩耗性を高めることもできる。
【００２５】
請求項６に係る発明によれば、完全な硬化ができない、油を排出する、というアスファルトコンクリートの欠点を改良することができ、また耐摩耗性を高めることもできる。
【００２６】
請求項７に係る発明によれば、骨材に対する接着剤の使用量が少なくても充分な強度を確保することができるため、舗装に要する材料費や施工コストを従来に比べて大幅に削減することが可能となり、施工時間も大幅に短縮することができる。
また、舗装厚についても、従来に比べて薄くしても充分な強度を確保することができる。
【００２７】
請求項８に係る発明によれば、骨材表面を完全に被覆しない程度の少量でも強靭な接着を得ることができるため、遠赤外線やマイナスイオンの発生効果を有する建材等を製造することが可能となる。
【００２８】
請求項９に係る発明によれば、建築物の壁面等に静電気の発生防止機能を付与することができ、住居や職場における静電気の被害を防止することができる。
【００２９】
請求項１０に係る発明によれば、強度が高く且つ難燃性の木製構造材を得ることができ、建築物用の構造材料として好適に利用可能な構造材料が得られる。
【００３０】
請求項１１に係る発明によれば、強度が高く且つ軽量で難燃性を有する紙製構造材を得ることができる。
【００３１】
請求項１２に係る発明によれば、強度が非常に高く且つ難燃性に優れているガラス製の構造材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る無機系接着剤及びこれを用いた構造材料の好適な実施形態について説明する。
本発明に係る無機系接着剤（以下、単に接着剤という）は、無機系合成樹脂を、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させた後、更に太さ１〜２μｍの繊維に再吸着させてフレーム化してなるものである。以下、再吸着させる繊維を再吸着繊維と称する場合がある。
【００３３】
無機系合成樹脂の種類は、初期粘度が２５℃において１５００〜２００００ｃｐｓの無機系合成樹脂が好適に使用される。
具体的には、エマルジョン系無機質のいわゆる水性のものが好適に使用される。
【００３４】
本発明では、上記した無機系合成樹脂を硬化重合させる前に、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させる。
使用する粉状繊維は、有機質繊維であっても無機質繊維であってもよい。
有機質繊維としては、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール系繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維等が使用される。
無機質繊維としては、ガラス繊維、ロックウール、炭素繊維、金属繊維等が使用される。
本発明においては、上記した繊維の１種又は２種以上を選択して使用することができる。
太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維は、例えば、繊維マット（水溶性フェノール樹脂等を主成分とする結合剤によって繊維同士が固定されマット状に成形されたもの）を切断した繊維マット片として得ることができる。また、市販の長繊維を切断して得ることもできる。尚、繊維マット片を構成する繊維の種類としては、ガラス繊維、ロックウール、炭素繊維等が挙げられる。
【００３５】
本発明では、上記した如く、無機系合成樹脂を吸着重合させる繊維として、太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状のものを使用したことを特徴とする。このような粉状の微小繊維は単位量当たりの表面積が非常に大きいため、無機系合成樹脂が繊維に充分に吸着されて、無機系合成樹脂の接着作用が液状のままで作用することがなく、繊維と一体的に接着作用を発揮するようになる。従って、強い接着力と強靭さを発揮することができる。
【００３６】
本発明では、上記したように太さ及び長さが共に１〜２μｍの粉状繊維に吸着重合させた無機系合成樹脂は、太さ１〜２μｍの繊維に再吸着されることによりフレーム化（繊維状構造化）される。
再吸着させる繊維としては、長さ１〜３ｍｍのものが好適に使用されるが、１００ｍｍ以下のものであれば他の長さのものでもよい。
使用する再吸着繊維は、有機質繊維であっても無機質繊維であってもよい。
有機質繊維としては、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール系繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維等が使用される。
無機質繊維としては、ガラス繊維、ロックウール、炭素繊維、金属繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維、シリカとアルミナの合成繊維、二酸化チタン繊維、石英繊維、チタン酸バリウム繊維等が使用される。
【００３７】
本発明に係る接着剤は、上記したように粉状繊維に充分に吸着された無機系合成樹脂が、更に太さ１〜２μｍの極細の繊維に再吸着させてフレーム化（繊維状構造化）されることにより、無機系合成樹脂が液状のままで残留してしまうことがなく、繊維と無機系合成樹脂の構造的・機能的な一体化が高められるとともに、繊維構造を呈することによる高靱性化が図られるため、非常に高い靱性と接着力が得られるようになる。
【００３８】
本発明において、粉状繊維の配合量は無機系の合成樹脂に対して３〜８重量％、再吸着させるための繊維の配合量は無機系の合成樹脂に対して５〜１０重量％とすることが好ましい。
このような配合量とすることにより、無機系の合成樹脂に対する繊維の量が過不足なく適量となり、緻密に繊維構造化された接着剤が得られ、接着力及び靱性を最大限に発揮することができる。
また、無機系の合成樹脂としてシリカ系無機バインダーを使用する場合、シリカ系無機バインダー３１％以上、添加剤１５％以上とし、これに加える水分の割合が５０％以上となるときは、硬化促進のためにセメントを配合してもよい。
【００３９】
次に、上記した接着剤を用いて得られる本発明に係る構造材料について例を挙げて説明する。
先ず、骨材同士を上記接着剤により接着して硬化してなる構造材料が例示できる。
かかる構造材料では、高い接着力と靱性を有する接着剤により骨材同士が接着されるため、骨材に対する接着剤の使用量を従来に比べて大幅に削減することができ、高い強度を有しつつ透水性や保水性を有する構造材料を得ることが可能となる。
このような効果は、骨材（砕石や砂等）に対する接着剤の配合量を７〜１５重量％とすることによって最も顕著に発揮される。
【００４０】
また、従来のセメントと骨材を主成分とするセメントコンクリートにおいて、セメントに上記接着剤を混練又は混合して得られるコンクリート（合材）からなる構造材料が例示できる。
このように、セメントに上記接着剤を混練又は混合することにより、耐衝撃性が低い、強アルカリ性を排出する、というセメントコンクリートの欠点を改良することができ、また耐摩耗性を高めることもできる。
【００４１】
また、従来のアスファルトと骨材を主成分とするアスファルトコンクリートにおいて、アスファルトに上記接着剤を混練又は混合して得られるコンクリート（合材）からなる構造材料が例示できる。
このように、アスファルトに上記接着剤を混練又は混合することにより、完全な硬化ができない、油を排出する、というアスファルトコンクリートの欠点を改良することができ、また耐摩耗性を高めることもできる。
【００４２】
上記したような本発明に係る接着剤を使用した構造材料の具体例としては、道路舗装材、透水性ブロック、砂防ダムや擁壁等の構造物、建築物の外壁板や内壁板、上水、下水のフィルター、透水性を一部に有するヒューム管、湿気を吸収して下方に排水することができるパイル等、列車の枕木等を例示することができる。列車の枕木として使用した場合、振動が緩和されて走行音を低減することができるという効果も得られる。
【００４３】
上記した構造材料に用いられる骨材として、遠赤外線及び／又はマイナスイオンを発生する材料を使用することもできる。
この場合、接着剤が高い接着強度を有するため、骨材の表面の一部のみを被覆するように接着剤を付着させて、該接着剤が付着された骨材同士を接着することにより構造材料を成形することができる。
このように形成された構造材料は、遠赤外線やマイナスイオンの発生効果を有する建材となり、人体に対して好影響を与えることが可能となる。
【００４４】
更に、上記した構造材料は、無機系合成樹脂と繊維とが緻密に一体化した構造を有しているため、静電気が発生しにくい繊維を選択することにより、非常に優れた静電気の発生防止機能を発揮することができる。そのため、構造材料を建築物の壁材として形成した場合、建築物の壁面等に静電気の発生防止機能を付与することができ、住居や職場における静電気の被害を防止することができる。
また、絶縁性の高い繊維を選択することによって、優れた絶縁性を発揮することも可能となり、絶縁材料としての用途にも供することができる。
【００４５】
また、上記接着剤により多数の木片（木屑等）を接着して硬化させた構造材料も例示できる。
このような構造材料は、強度が高く且つ難燃性の木製構造材となるから、例えば建築物用の構造材料として好適に利用可能である。
【００４６】
また、上記接着剤により多数の紙片を接着して硬化させた構造材料も例示できる。
このような構造材料は、強度が高く且つ軽量で難燃性を有する紙製構造材となり、建築物や航空分野等の幅広い分野で利用可能な構造材料となる。
【００４７】
上記したような木片や紙片を用いた構造材料の場合、木片又は紙片に対する接着剤の配合量は１０〜２０重量％とすることが好ましい。
このように接着剤の配合量を多めにするのは、木片又は紙片は接着剤を吸収するため、これを見込んだ配合量とするためである。
【００４８】
また、上記接着剤により多数のガラス片を接着して硬化させた構造材料も例示できる。
このような構造材料は、強度が非常に高く且つ難燃性に優れているガラス製の構造材となり、例えば建築物用の構造材料として好適に利用可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の実施例を示す。
（実施例１）
無機系合成樹脂（シリカ系樹脂３１．５％、添加剤１５．５％、水５３％）を、太さ長さともに１〜２μｍのガラスの粉状繊維（日本ガラス繊維社製）に吸着重合させた後、太さ１〜２μｍ、長さ１〜３ｍｍのガラス繊維に再吸着させて、本発明に係る接着剤を得た。
【００５０】
（実施例２）
無機系合成樹脂２０ｋｇと、太さ長さともに２μｍの粉状繊維１．２ｋｇを、オムニミキサー３０Ｌ（千代田技研社製）に投入して３分間混練した後、更に太さ２μｍ、長さ２ｍｍのガラス繊維４００ｇを加えて２分間混練して、本発明に係る接着剤２２．４ｋｇを得た。
【００５１】
実施例１及び２で得られた接着剤を使用して本発明に係る構造材料（実施例３〜５）を製造した。
（実施例３）
実施例２で得られた接着剤２．８ｋｇと、密粒配合骨材（アスファルト舗装規格骨材）４０ｋｇを平形ミキサーに投入して５分間混練して合材化し、これを３００ｍｍ×３００ｍｍ×４５ｍｍの金型に入れて油圧で圧縮した後、４０分間養生して脱型し、平板ブロック３枚を得た。
【００５２】
（実施例４）
実施例２で得られた接着剤２．８ｋｇと、単粒で骨材安定度が特に悪い粒度２〜３ｍｍの珪砂４０ｋｇを平形ミキサーに投入して５分間混練して合材化し、これを３００ｍｍ×３００ｍｍ×４５ｍｍの金型に入れて油圧で圧縮した後、４０分間養生して脱型し、平板ブロック３枚を得た。
【００５３】
（実施例５）
木材の廃材を約３０ｍｍにクラッシングしたものとおがくずを混合したもの３ｋｇと、実施例２で得られた接着剤４８０ｇ（混練比１６．６％）を平形ミキサーに投入して５分間混練した後、無機系の硬化剤（ユニオンペイント社製）を加えて更に混練して、これを３００ｍｍ×３００ｍｍ×４５ｍｍの金型に入れて油圧で締め固めて平板ブロック３枚を得た。
【００５４】
（実施例６）
実施例２で得られた接着剤と、セメントコンクリート用骨材と、硬化剤とを混練して合材化し、３００ｍｍ×３００ｍｍ×４５ｍｍの平板ブロック３枚を製作した。骨材に対する接着剤の配合量は５重量％（５５０ｇ）、接着剤に対する硬化剤の配合量は４０重量％（２２０ｇ）とした。
製作したブロックについて、製作後３日目（６５時間後）に曲げ強度試験を行ったところ、１８．０ｋＮの曲げ強度（曲げ破壊荷重）を示した。
【００５５】
（実施例７）
実施例２で得られた接着剤と、セメントコンクリート用骨材（粒度１０ｍｍ以下）と、硬化剤とを混練して合材化し、直径５０ｍｍ×高さ１００ｍｍの円柱ブロック３枚を製作した。骨材に対する接着剤の配合量は５重量％、接着剤に対する硬化剤の配合量は４０重量％とした。
製作したブロックについて、製作後３日目（６５時間後）に圧縮強度試験を行ったところ、２８．９Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度を示した。
【００５６】
本発明に係る接着剤は、従来の無機系合成樹脂接着剤のように液状樹脂の作用により接着するのではなく、縦横無尽にフレーム化（繊維状構造化）した構造により、無機系合成樹脂が繊維と一体化して作用することができるようになった。そのため、従来は化学的な反応作用のみにより得られていた性能や機能に、繊維状構造化という物理的な作用が加わって高い接着力と靱性が得られた。
そのため、この接着剤を用いて得られた本発明に係る構造材料は、曲げ、圧縮、衝撃力に対して高い強度が得られ、難燃性の点でも優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る接着剤及び構造材料は、舗装道路や建築物などに代表される土木や建築等の幅広い用途に使用される。