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JP2897270B2 - High strength inorganic adhesive - Google Patents

High strength inorganic adhesive

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Publication number
JP2897270B2
JP2897270B2 JP20985689A JP20985689A JP2897270B2 JP 2897270 B2 JP2897270 B2 JP 2897270B2 JP 20985689 A JP20985689 A JP 20985689A JP 20985689 A JP20985689 A JP 20985689A JP 2897270 B2 JP2897270 B2 JP 2897270B2
Authority
JP
Japan
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adhesive
weight
parts
sol
aqueous
Prior art date
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Application number
JP20985689A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0374483A (en
Inventor
憲一 尾首
昭 北嶋
久之 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NITSUSAN KAGAKU KOGYO KK
Original Assignee
NITSUSAN KAGAKU KOGYO KK
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=16579759&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2897270(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by NITSUSAN KAGAKU KOGYO KK filed Critical NITSUSAN KAGAKU KOGYO KK
Priority to JP20985689A priority Critical patent/JP2897270B2/en
Priority to US07/565,236 priority patent/US5238518A/en
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Priority to DE69007707T priority patent/DE69007707T2/en
Priority to EP90115572A priority patent/EP0413304B1/en
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  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、シリカゾルと無機耐火粉末からなる無機接
着剤の改良に関する。本発明の接着剤は、これを硬化さ
せるとその硬化物に格段に高い接着強度が発現し、セラ
ミックス、ガラス、スレート、アルミニウム、ステンレ
ス鋼、鉄材、その他金属材料等の同種、或いは異種材料
間の接着に著しい改良をもたらす。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement of an inorganic adhesive comprising silica sol and an inorganic refractory powder. When the adhesive of the present invention is cured, the cured product exhibits a remarkably high adhesive strength, and is made of the same or different materials such as ceramics, glass, slate, aluminum, stainless steel, iron, and other metal materials. Provides significant improvement in adhesion.

(従来の技術) 特公昭39−8547号公報には、水性シリカゾルと5〜15
0ミクロンのけい石等耐火粉末からなる電気機器用接着
剤の改良として、これらの成分に更に酸化硼素、酸化
鉛、三酸化アンチモン等を加えた接着剤が開示されてい
る。
(Prior Art) JP-B-39-8547 discloses aqueous silica sol and 5-15
As an improvement of an adhesive for electric equipment composed of a refractory powder such as 0 micron silica, an adhesive obtained by further adding boron oxide, lead oxide, antimony trioxide or the like to these components is disclosed.

特公昭51−34861号公報には、粒子径7〜150ミリミク
ロンの酸性シリカゾルにシリケートイオンの状態にある
極めて低重合度のシリカ分散液を加えることにより、或
いはこれに更に耐火粉末を加えることによって接着強度
を向上させた接着剤が得られることが示されている。
Japanese Patent Publication No. 51-34861 discloses a method in which an extremely low polymerization degree silica dispersion in the form of silicate ions is added to an acidic silica sol having a particle diameter of 7 to 150 mm, or a refractory powder is further added thereto. It is shown that an adhesive with improved adhesive strength can be obtained.

(発明が解決しようとする課題) シリカゾルと耐火粉末或いはセラミック繊維からなる
接着剤は、実質的に無機成分のみからなり、しかもガラ
ス化成分を含まないので高温に耐える耐熱性を示すが、
この接着剤は乾燥によって硬化した段階では充分な接着
強度を示さない。
(Problem to be Solved by the Invention) The adhesive composed of silica sol and refractory powder or ceramic fiber is substantially composed of only an inorganic component and does not contain a vitrified component, so that it exhibits heat resistance to withstand high temperatures.
This adhesive does not show sufficient adhesive strength when cured by drying.

特公昭39−8547号公報に記載の濃度2〜40%の水性シ
リカゾル20〜70部と、粒子径5〜15ミクロンのタルク、
けい石、マリカ、シリマナイト、アスベスト、粘土、電
気絶縁用ガラス、合成マイカ、珪酸マグネシウム、珪酸
アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等
30〜95部と、酸化硼素、酸化鉛、三酸化アンチモン等10
〜100部とからなる接着剤は、これを用いて接着させる
際に、常温放置後、100℃、300℃、600℃近辺での段階
的熱処理を必要とし、接着工程が簡易でない。更に、こ
の接着剤は、その硬化物が高温でガラス化するために耐
熱性も充分でない。
20 to 70 parts of an aqueous silica sol having a concentration of 2 to 40% described in JP-B-39-8547 and talc having a particle size of 5 to 15 microns;
Silica, marica, sillimanite, asbestos, clay, glass for electrical insulation, synthetic mica, magnesium silicate, aluminum silicate, magnesium oxide, aluminum oxide, etc.
30 to 95 parts and 10 such as boron oxide, lead oxide, antimony trioxide
An adhesive consisting of 100100 parts requires a stepwise heat treatment at around 100 ° C., 300 ° C., and 600 ° C. after standing at room temperature when bonding using the adhesive, and the bonding process is not simple. Further, this adhesive has insufficient heat resistance because the cured product is vitrified at a high temperature.

特公昭51−34861号公報に記載のシリカゾルと、低重
合度シリカ分散液と、耐火粉末とからなる接着剤は、長
期保存安定性の充分なものが得難い。
An adhesive comprising the silica sol described in JP-B-51-34861, a silica dispersion having a low degree of polymerization, and a refractory powder is difficult to obtain a material having sufficient long-term storage stability.

シリカゾルと耐火粉末を含有する接着剤を種々の被接
着材料間の接着に適用するには、上記の如き、単に接着
強度、長期保存安定性、耐熱性等の課題を解決するのみ
では尚充分ではなく、更に付加的に高い性能が望まれて
いる。例えば、被接着部材間の接着の為に、接着剤自動
注入機を用いて細部間隙まで接着剤を充分に充填するに
は、その接着剤には良好な流動性乃至作業性が望まれる
と共に、その接着剤中の成分が沈降したり、或いは固結
を起すことがない分散安定性が不可欠である。
In order to apply an adhesive containing silica sol and refractory powder to adhesion between various adherends, it is still not enough to simply solve the problems of adhesive strength, long-term storage stability, heat resistance, etc., as described above. In addition, higher performance is desired. For example, in order to sufficiently fill an adhesive to a small gap using an automatic adhesive injection machine for bonding between members to be bonded, the adhesive is required to have good fluidity or workability, Dispersion stability is essential so that the components in the adhesive do not settle or cause caking.

更に、接着剤を乾燥によって硬化させるとき、ヒケと
呼ばれる不均一な収縮が起ったり、クラックが生じた
り、或いは発泡が起ったりすることがないような良好な
硬化性を有することが望まれる。
Further, when the adhesive is cured by drying, it is desired to have good curability such that uneven shrinkage called sink mark does not occur, cracks occur, or foaming occurs. .

更に、接着剤を介して接着された部材が実用の際、昇
温及び降温の温度変化を伴う場合には、特に高い接着強
度と共に、更に硬化接着剤層の熱膨張係数も容易にコン
トロールできる如き接着剤が望まれる。殊に、電球、電
気ヒーター等では、発熱体を覆う電球ガラス或いは外套
ガラスと口金との接着部は、上記温度変化が短時間に起
るために、所謂ヒートショックにさらされるが、度重な
るこのヒートショックによっても接着の破壊が起らない
ような耐ヒートショック性が不可欠である。そしてこれ
ら電球、電気ヒーター等に限られることなく、電気機
器、電気部品等一般に、硬化接着剤層には高い電気絶縁
性も望まれる。
Furthermore, when a member bonded via an adhesive is subjected to temperature changes such as temperature rise and temperature decrease in practical use, it is possible to easily control the thermal expansion coefficient of the cured adhesive layer together with particularly high adhesive strength. An adhesive is desired. In particular, in a light bulb, an electric heater, or the like, the bonding portion between the bulb glass or the outer glass covering the heating element and the base is exposed to a so-called heat shock because the temperature change occurs in a short time. It is essential to have a heat shock resistance so that the bond is not broken even by the heat shock. And not only these light bulbs, electric heaters, etc., but also electric equipment, electric parts and the like, in general, a cured adhesive layer is also desired to have high electric insulation.

更に、被接着部材の少くとも一方が金属材料である場
合には、実用中に硬化接着剤層に原因する腐食がこの金
属材料に起らないような接着剤が望まれる。
Further, when at least one of the members to be bonded is made of a metal material, it is desired to use an adhesive that does not cause corrosion of the cured adhesive layer in the metal material during practical use.

本発明は、これらの課題を解決して、セラミックス、
ガラス、スレート、セメント硬化物、金属材料等の同種
或いは異種材料間の改良された接着を達成させるための
シリカゾルと無機耐火粉末を含有する実質的に無機質の
接着剤を提供しようとするものである。
The present invention solves these problems,
An object of the present invention is to provide a substantially inorganic adhesive containing silica sol and an inorganic refractory powder for achieving improved adhesion between similar or different materials such as glass, slate, hardened cement, and metallic materials. .

(課題を解決するための手段) 本発明の接着剤は、平均粒子径5〜200ミリミクロン
のシリカ水性ゾルをSiO2として100重量部と、加水分解
させたとき分子中に2又は3箇のシラノール基が生成す
る構造を有するカップリング剤又はその加水分解物をカ
ップリング剤の量として0.05〜500重量部と、粒度0.1〜
1000ミクロンの無機耐火粉末50〜10000重量部とを混合
することによって得られる。
(Means for Solving the Problems) The adhesive of the present invention comprises 100 parts by weight of an aqueous silica sol having an average particle diameter of 5 to 200 millimicrons as SiO 2 and two or three parts per molecule when hydrolyzed. A coupling agent having a structure in which a silanol group is generated or a hydrolyzate thereof as a coupling agent in an amount of 0.05 to 500 parts by weight, and a particle size of 0.1 to 500 parts by weight.
It is obtained by mixing 50 to 10,000 parts by weight of a 1000 micron inorganic refractory powder.

本発明に用いられるシリカ水性ゾルは、水を媒体とし
てこれに平均粒子径5〜200、好ましくは10〜150ミリミ
クロンのコロイダルシリカ粒子が安定に分散している液
状物である。このコロイダルシリカ粒子の形状は球状、
非球状のいずれでもよい。このコロイダルシリカ粒子の
形状及び大きさは、シリカ水性ゾルの製造法によって定
められる。このシリカ水性ゾルはアルカリ性、酸性のい
ずれでもよいが、SiO2/M2O(Mはアルカリ金属原子又
はアミン、アンモニウム等の分子を表わす。)モル比が
30以上のアルカリ性のものが好ましく、pHとしては9〜
12程度のものが特に好ましい。粒子径が5〜150ミリミ
クロン程度のシリカ水性ゾルは、既に工業製品として市
販されているから、それらを用いるのが簡便である。粒
子径の異なるシリカ水性ゾルを混合して用いてもよく、
用途によっては、混合ゾルを用いることによって更に好
ましい接着剤を得ることができる。用いられるシリカ水
性ゾルとしては、SiO2濃度1〜50重量%程度のものがよ
く、不純イオンをなるべく含有しないものが好ましい。
The aqueous silica sol used in the present invention is a liquid in which colloidal silica particles having an average particle diameter of 5 to 200, preferably 10 to 150 millimicrons are stably dispersed in water as a medium. The shape of the colloidal silica particles is spherical,
Any non-spherical shape may be used. The shape and size of the colloidal silica particles are determined by a method for producing an aqueous silica sol. This silica aqueous sol may be either alkaline or acidic, but has a SiO 2 / M 2 O (M represents an alkali metal atom or a molecule such as an amine or ammonium) molar ratio.
Alkaline ones having a pH of 30 or more are preferred.
About 12 are particularly preferred. Silica aqueous sols having a particle size of about 5 to 150 millimicrons are already commercially available as industrial products, so that it is convenient to use them. A mixture of silica aqueous sols having different particle sizes may be used,
For some applications, a more preferable adhesive can be obtained by using a mixed sol. The aqueous silica sol to be used preferably has an SiO 2 concentration of about 1 to 50% by weight, and preferably contains as little impurity ions as possible.

本発明に用いられるカップリング剤は、それを加水分
解させたとき分子中に2又は3箇のシラノール基が生成
する構造を有する化合物であり、その好ましい例として
は、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シランCH2
=CHSi(OC2H4OCH3)3、ビニルトリエトキシシランCH2=C
HSi(OC2H5)3、ビニルトリメトキシシランCH2=CHSi(OCH
3)3、ビニルトリアセトキシシラン γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメト
キシシラン γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキ
シシランH2NC2H4NHC3H6Si(OCH3)3、N−β(アミノエチ
ル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン γ−アミノプロピルトリエトキシシランH2NC3H6Si(OC2H
5)3、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シランC6H5NHC3H6Si(OCH3)3、γ−アニリノプロピルト
リメトキシシランC6H5NHC3H6Si(OCH3)3等が挙げられ
る。これらカップリング剤と水とを混合することによっ
て得られるカップリング剤の加水分解物水溶液も用いる
ことができる。
The coupling agent used in the present invention is a compound having a structure in which two or three silanol groups are generated in the molecule when the coupling agent is hydrolyzed. A preferable example thereof is vinyltris (β-methoxyethoxy). Silane CH 2
= CHSi (OC 2 H 4 OCH 3 ) 3 , vinyl triethoxysilane CH 2 = C
HSi (OC 2 H 5 ) 3 , vinyltrimethoxysilane CH 2 = CHSi (OCH
3 ) 3 , vinyltriacetoxysilane γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane N-β (aminoethyl) γ-aminopropyl trimethoxysilane H 2 NC 2 H 4 NHC 3 H 6 Si (OCH 3 ) 3 , N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane γ-aminopropyltriethoxysilane H 2 NC 3 H 6 Si (OC 2 H
5 ) 3 , N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane C 6 H 5 NHC 3 H 6 Si (OCH 3 ) 3 , γ-anilinopropyl trimethoxysilane C 6 H 5 NHC 3 H 6 Si (OCH 3 3 ) and the like. An aqueous solution of the hydrolyzate of the coupling agent obtained by mixing these coupling agents with water can also be used.

本発明に用いられる無機耐火粉末としては、石英、ケ
イ石、長石、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウ
ム、ムライト、ジルコニア、アルミナ、窒化珪素、炭化
珪素、タルク、マイカ等の粉末で粒度0.1〜350ミクロン
程度のもの、ガラス繊維、アルミナ繊維、チタン酸カリ
ウム繊維等の粉末であって長袖の長さ0.1〜1000ミクロ
ン程度、短軸の長さ0.1〜20ミクロン程度のもの等が例
示される。これらの耐火粉末は任意に、或いは所望によ
り混合して用いてもよい。
As the inorganic refractory powder used in the present invention, quartz, silica stone, feldspar, aluminum silicate, zirconium silicate, mullite, zirconia, alumina, silicon nitride, silicon carbide, talc, mica and the like particle size 0.1 to 350 microns Powders such as glass fibers, alumina fibers, potassium titanate fibers, etc., with a long sleeve length of about 0.1 to 1000 microns and a short axis length of about 0.1 to 20 microns. These refractory powders may be used arbitrarily or may be mixed as required.

本発明の接着剤は、上記シリカ水性ゾルをSiO2として
100重量部と、上記カップリング剤又はその加水分解物
をカップリング剤の量として0.05〜500重量部、好まし
くは0.5〜100重量部と、上記無機耐火粉末50〜10000重
量部を均一に混合することにより容易に得られる。本発
明の接着剤としては、本発明の目的が達成される限り、
上記成分の他に更に任意の成分を含有してもよい。この
追加される成分の例としては、増粘剤としてベントナイ
ト等粘土鉱物の粉末、ヒドロキシエチルセルロース等セ
ルロース誘導体、その他合成の有機高分子物質等が、ま
た、着色剤として酸化チタン、ベンガラ、酸化クロム、
その他の無機顔料等が挙げられる。水も接着剤の粘度或
いは固形分濃度調節のために加えることができる。更に
少量のメタノール、エタノール、その他親水性有機溶媒
等を含有してもよい。
The adhesive of the present invention, the silica aqueous sol as SiO 2
100 parts by weight, 0.05 to 500 parts by weight, preferably 0.5 to 100 parts by weight of the coupling agent or the hydrolyzate thereof as a coupling agent, and 50 to 10,000 parts by weight of the inorganic refractory powder are uniformly mixed. Can be easily obtained. As the adhesive of the present invention, as long as the object of the present invention is achieved,
Optional components may be further contained in addition to the above components. Examples of the added components include clay mineral powders such as bentonite as a thickener, cellulose derivatives such as hydroxyethylcellulose, and other synthetic organic polymer substances, and a coloring agent such as titanium oxide, red iron oxide, and chromium oxide.
And other inorganic pigments. Water can also be added to control the viscosity or solids concentration of the adhesive. Further, a small amount of methanol, ethanol, other hydrophilic organic solvents and the like may be contained.

本発明の接着剤調製のための上記混合は、従来から知
られている通常の混合機を用いることにより容易に行う
ことができる。この混合は、上記成分を一時に又は任意
の順序で添加することにより行うことができるが、乾燥
が起らない温度及び圧力下に行うのが好ましく、大気中
では常温〜40℃程度の温度で0.5〜4時間程度混合する
ことにより好ましい接着剤が得られる。
The above-mentioned mixing for preparing the adhesive of the present invention can be easily performed by using a conventionally known ordinary mixer. This mixing can be carried out by adding the above components at once or in any order, but preferably at a temperature and pressure at which drying does not occur. By mixing for about 0.5 to 4 hours, a preferable adhesive can be obtained.

本発明の好ましい接着剤は、固形分として60〜90重量
%程度含有し、20℃の粘度約10〜1000ポイズを示し、室
温及び密閉下の保存では数ケ月以上変質を起さない保存
安定性を有する。
The preferred adhesive of the present invention contains about 60 to 90% by weight as a solid content, exhibits a viscosity of about 10 to 1000 poise at 20 ° C., and has storage stability that does not cause deterioration for several months or more when stored at room temperature and in a closed state. Having.

本発明の接着剤は、乾燥によって硬化するが、この接
着剤で被接着剤部材を硬化させるとき、80〜300℃で硬
化させると特に高い接着強度を発現させることができ
る。
The adhesive of the present invention is cured by drying. When the adhesive is cured with the adhesive at 80 to 300 ° C., particularly high adhesive strength can be exhibited.

(作用) 本発明の接着剤を調製するのに用いられたカップリン
グ剤の作用は完全に解明することは困難であるが、下記
のように考えられる。
(Action) Although it is difficult to completely elucidate the action of the coupling agent used to prepare the adhesive of the present invention, it is considered as follows.

1分子中に2箇又は3箇のアルコキシ基が珪素原子に
結合しているアルキルアルコキシシランは、シリカ水性
ゾルに含まれる水と接触してアルコキシ基がシラノール
基に変わる。そしてこのシラノール基は、シリカ水性ゾ
ル及び無機耐火粉末との混合中に、コロイダルシリカ粒
子表面及び無機耐火粉末粒子表面に化学的又は物理的に
結合を起す。また、カップリング剤の加水分解物水溶液
を用いる場合にも、上記同様の結合が起る。その結果、
混合系において、無機耐火粉末の分散性が格段に向上す
ると共に、接着剤が乾燥による硬化を起す際、コロイダ
ルシリカ粒子と無機耐火粉末粒子表面との結合量が飛躍
的に増大し、接着剤の硬化後には強度が格段に向上した
硬化物が形成される。このようなカップリング剤の加水
分解の結果生じたシラノール基の介在による作用は、被
接着材料表面とコロイダルシリカ粒子との結合において
も上記同様に発現し、その結果、接着剤の硬化後には、
被接着材料表面と硬化接着剤層との結合力が飛躍的に向
上するものと考えられる。すなわち、本発明の接着剤
は、緻密にして著しく強度の向上した硬化接着剤層の形
成と、この硬化接着剤層と被接着材料表面との結合強度
を著しく高める作用をする。
In an alkylalkoxysilane in which two or three alkoxy groups are bonded to a silicon atom in one molecule, the alkoxy group is converted to a silanol group upon contact with water contained in the aqueous silica sol. The silanol group chemically or physically binds to the surface of the colloidal silica particles and the surface of the inorganic refractory powder during mixing with the aqueous silica sol and the inorganic refractory powder. Further, when an aqueous solution of a hydrolyzate of a coupling agent is used, the same bond as described above occurs. as a result,
In the mixed system, the dispersibility of the inorganic refractory powder is remarkably improved, and when the adhesive is cured by drying, the bonding amount between the colloidal silica particles and the surface of the inorganic refractory powder particles increases dramatically, and After curing, a cured product having significantly improved strength is formed. Such an effect due to the interposition of silanol groups generated as a result of hydrolysis of the coupling agent also appears in the bond between the surface of the material to be bonded and the colloidal silica particles, and as a result, after curing of the adhesive,
It is considered that the bonding force between the surface of the material to be bonded and the cured adhesive layer is dramatically improved. That is, the adhesive of the present invention has a function of forming a cured adhesive layer which is dense and has remarkably improved strength, and remarkably increases the bonding strength between the cured adhesive layer and the surface of the material to be bonded.

更に、カップリング剤の加水分解に基いて生じたシラ
ノール基の作用による無機耐火粉末の分散性向上は、接
着剤の流動性、作業性等を向上させる。また、この無機
耐火粉末の分散性向上によって、接着剤中のコロイダル
シリカ量に対する無機耐火粉末の量を増加させることが
でき、これによって、接着剤が硬化する際に起るヒケ、
クラック、発泡等の発生を著しく抑制することができる
と共に、硬化接着剤層の熱膨張率も容易にコントロール
することができる。
Further, the improvement of the dispersibility of the inorganic refractory powder by the action of silanol groups generated based on the hydrolysis of the coupling agent improves the fluidity and workability of the adhesive. Further, by improving the dispersibility of the inorganic refractory powder, it is possible to increase the amount of the inorganic refractory powder with respect to the amount of colloidal silica in the adhesive, and thereby, sink marks when the adhesive is cured,
The generation of cracks, foaming, and the like can be significantly suppressed, and the coefficient of thermal expansion of the cured adhesive layer can be easily controlled.

更に、カップリング剤分子中の珪素原子に炭素原子を
介して結合している有機基は、硬化接着剤層の吸湿性を
著しく低下させ、電気絶縁性を高める作用をする。
Further, the organic group bonded to the silicon atom in the coupling agent molecule via a carbon atom significantly reduces the hygroscopicity of the cured adhesive layer and enhances the electrical insulation.

このような改良された接着剤は、そのための好ましい
調製方法よって得られることが見出された。
It has been found that such an improved adhesive is obtained by a preferred preparation method therefor.

用いられるシリカ水性ゾルのコロイダルシリカ粒子径
が5ミリミクロンより小さいと、このような粒子からな
るシリカ水性ゾルは安定性に乏しく、接着剤を調製する
際、品質一定の接着剤を得難い。反対に、このコロイダ
ルシリカ粒子径が200ミリミクロンより大きいと、この
ような粒子からなる水性ゾルも粒子が沈降し易く、更に
シリカの比表面積が小さくなり、結合力も充分でない。
特に、5〜150ミリミクロン程度の粒子径の市販工業製
品のシリカ水性ゾルは品質が一定していて入手も容易で
あり、本発明の接着剤を調製するのに好ましい。このシ
リカ水性ゾルは、酸性のものよりも、アルカリ性のもの
の方が接着剤により高い接着強度を付与する。また、粒
子径の異なるシリカ水性ゾルを混合して用いると、粒子
の凝集の際充填密度が高まるから、接着強度の高い接着
剤を得るのに好都合である。用いられるシリカ水性ゾル
のSiO2濃度が高過ぎると、そのようなゾルは安定性に乏
しく、増粘乃至ゲル化を起し易い。このような心配のな
いゾルとしては、SiO2濃度50重量%以下のものがよい。
ゾルのSiO2濃度が1重量%以下のゾルも用い得るが、接
着剤の結合力は乏しくなり易く、接着剤を濃縮するのは
効率的でない。
If the colloidal silica particle size of the aqueous silica sol used is less than 5 millimicrons, the aqueous silica sol composed of such particles has poor stability, and when preparing an adhesive, it is difficult to obtain an adhesive of constant quality. On the other hand, if the colloidal silica particle diameter is larger than 200 millimicrons, the particles of the aqueous sol composed of such particles are liable to settle, the specific surface area of silica is reduced, and the bonding strength is not sufficient.
In particular, a commercially available silica aqueous sol having a particle size of about 5 to 150 millimicrons has a constant quality and is easily available, and is preferable for preparing the adhesive of the present invention. In this aqueous silica sol, an alkaline one gives higher adhesive strength to the adhesive than an acidic one. When a mixture of silica aqueous sols having different particle diameters is used, the packing density is increased when the particles are aggregated, which is advantageous for obtaining an adhesive having high adhesive strength. If the SiO 2 concentration of the aqueous silica sol used is too high, such sols have poor stability and tend to thicken or gel. As such a sol free from such a concern, a sol having a SiO 2 concentration of 50% by weight or less is preferable.
Although a sol having a SiO 2 concentration of 1% by weight or less can be used, the bonding strength of the adhesive tends to be poor, and it is not efficient to concentrate the adhesive.

用いられるカップリング剤の量が、シリカ水性ゾルの
SiO2100重量部に対し0.05重量部より少ないと上記改良
された性能の接着剤が得られない。反対に、シリカ水性
ゾルのSiO2100重量部に対し500重量部より多いと、調製
された接着剤は安定性が著しく低下する。特に、シリカ
水性ゾルのSiO2100重量部に対し、0.5〜100重量部のカ
ップリング剤を用いると好ましい接着剤が得られる。
The amount of the coupling agent used is
If the amount is less than 0.05 part by weight with respect to 100 parts by weight of SiO 2, an adhesive having the improved performance cannot be obtained. Conversely, if the amount is more than 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of SiO 2 in the aqueous silica sol, the prepared adhesive will have significantly reduced stability. Particularly, a preferable adhesive can be obtained by using 0.5 to 100 parts by weight of the coupling agent with respect to 100 parts by weight of SiO 2 of the aqueous silica sol.

用いられる耐火粉末の粒度は、接着剤の性能にさ程重
大な影響を及ぼさないが、0.1〜350ミクロン程度の非繊
維状粉末、短軸が0.1〜20ミクロン程度で長軸が1000ミ
クロン以下である繊維状のものが使用に好都合である。
特に、この耐火粉末は、接着剤が硬化した際、充填密度
が高まるように粒度の異なるものを組合せて用いるのが
よい。けれども、この耐火粉末の量がシリカ水性ゾルの
SiO2100重量部に対し50重量部以下では、調製された接
着剤が硬化するとき、収縮率が大きくなり、或いは不均
一な収縮も起り易く、ヒケ、クラック等が生じ易い。反
対に、シリカ水性ゾルのSiO2100重量部に対し10000重量
部より多いと、接着剤の流動性、作業性等が低下し易
く、また、相対的にコロイダルシリカの量が不足するた
めに、高い接着強度を有する接着剤が得られない。
The particle size of the refractory powder used does not significantly affect the performance of the adhesive, but non-fibrous powder of about 0.1 to 350 microns, short axis of about 0.1 to 20 microns and long axis of 1000 microns or less. Certain fibrous forms are convenient for use.
In particular, it is preferable to use a combination of powders having different particle sizes so as to increase the packing density when the adhesive is cured. However, the amount of this refractory powder
When the content of SiO 2 is less than 50 parts by weight, the prepared adhesive hardens, and when it is cured, the shrinkage ratio becomes large, or uneven shrinkage easily occurs, and sink marks, cracks, and the like are liable to occur. Conversely, if the amount is more than 10,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of SiO 2 of the aqueous silica sol, the fluidity of the adhesive, the workability and the like are likely to be reduced, and the amount of colloidal silica is relatively short, so that An adhesive having high adhesive strength cannot be obtained.

上記量のシリカ水性ゾル、カップリング剤及び無機耐
火粉末を混合する際に、余り高い温度で行うと混合物は
ゲル化を起し易いので、約40℃以下の温度、好ましくは
常温で行うのがよい。混合によって得られた接着剤中の
固形分濃度、或いは粘度が高過ぎるときは、水で希釈す
ることにより好ましい接着剤が得られる。
When mixing the above amount of the aqueous silica sol, the coupling agent and the inorganic refractory powder, if the mixture is performed at an excessively high temperature, the mixture is liable to gel, so it is preferably performed at a temperature of about 40 ° C. or lower, preferably at room temperature. Good. When the solid content concentration or viscosity in the adhesive obtained by mixing is too high, a preferable adhesive can be obtained by diluting with water.

(実施例) 下記市販のシリカ水性ゾルA1,A2,A3及びこのA1を水
で希釈することにより得られたA4、市販のカップリング
剤B1,B2,B3,B4及びB5、並びに市販の無機耐火粉末C1
及びC2を用意した。
(Examples) The following commercially available aqueous silica sols A 1 , A 2 , A 3 and A 4 obtained by diluting A 1 with water, commercially available coupling agents B 1 , B 2 , B 3 , B 4 and B 5 , and commercially available inorganic refractory powder C 1
And we were prepared C 2.

A1…コロイダルシリカの平均粒子径10〜20ミリミクロ
ン、SiO2濃度40重量%のアルカリ性水性ゾル。
A 1 ... An alkaline aqueous sol having an average particle size of colloidal silica of 10 to 20 mm and an SiO 2 concentration of 40% by weight.

A2…コロイダルシリカの平均粒子径70〜100ミリミクロ
ン、SiO2濃度40重量%のアルカリ性水性ゾル。
A 2 ... An alkaline aqueous sol having an average particle size of colloidal silica of 70 to 100 mm and an SiO 2 concentration of 40% by weight.

A3…コロイダルシリカの平均粒子径10〜20ミリミクロ
ン、SiO2濃度20重量%の酸性水性ゾル。
A 3 ... An acidic aqueous sol having an average particle size of colloidal silica of 10 to 20 mm and an SiO 2 concentration of 20% by weight.

A4…A1のゾルを水で希釈することにより得られたSiO2
度5重量%のアルカリ性水性ゾル。
A 4 ... An alkaline aqueous sol having a SiO 2 concentration of 5% by weight obtained by diluting the sol of A 1 with water.

B1…γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン。B 1 γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane.

B2…N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン。
B 2 N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane.

B3…ビニルトロアセトキシシラン。B 3 ... vinyl troacetoxysilane.

B4…γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン。B 4 γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane.

B5…γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラ
ン。
B 5 γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane.

C1…粒子径5〜150ミクロンの石英粉末。C 1 … Quartz powder with a particle size of 5 to 150 microns.

C2…粒子径5〜60ミクロンのアルミナ粉末。C 2 … Alumina powder with a particle size of 5 to 60 microns.

実施例1 上記シリカ水性ゾルA1を250重量部と、上記カップリ
ング剤B1を10重量部と、上記耐火粉末C1 370重量部と、
上記耐火粉末C2 370重量部とを混合機中室温で1時間混
合することにより本発明の接着剤Q1を得た。
And Example 1 The silica aqueous sol A 1 250 parts by weight, and the coupling agent B 1 10 parts by weight, and the refractory powder C 1 370 parts by weight,
To obtain an adhesive to Q 1 the invention by mixing 1 hour and the refractory powder C 2 370 parts by weight at room temperature in a mixer.

次いで下記テスト方法に従って、この接着剤Q1の性能
をテストしたところ、第2表記載の結果が得られた。
Then according to the following test method, were tested the performance of the adhesive Q 1, the results in Table 2 described were obtained.

安定性テスト 接着剤をガラス製容器中密閉下20℃で24時間静置した
後、接着剤の流動性の有無を眼視判別する。
Stability test After the adhesive is allowed to stand in a glass container at 20 ° C. for 24 hours in a sealed state, the presence or absence of fluidity of the adhesive is visually determined.

作業性テスト ガラス製容器中に深さ15cmとなる量接着剤を投入後、
20℃で24時間静置した後、径5mmのステンレス製の棒を
接着剤中垂直に差し込み、棒の先端が容器底面に突き当
ったか否かにより、沈降固結分の有無を判別する。
Workability test After putting the amount of adhesive that will be 15 cm deep in a glass container,
After standing at 20 ° C. for 24 hours, a stainless steel rod having a diameter of 5 mm is inserted vertically into the adhesive, and the presence or absence of sedimentation and solidification is determined based on whether or not the tip of the rod has hit the bottom of the container.

硬化性テスト 縦・横20mm角のガラス板上全面に厚さ2mmに接着剤を
塗布した後、乾燥機中110〜150℃で30分間静置して乾燥
させた後取り出し、得られた硬化物にクラックの有無を
眼視判別すると共に、この硬化物表面の鉛筆硬度を測定
し、硬度2H以上を硬とし、これ未満を不足とする。
Curing test After applying an adhesive to a thickness of 2 mm on the entire surface of a 20 mm square glass plate, leaving it in a dryer at 110 to 150 ° C for 30 minutes, drying it, taking it out, and taking out the obtained cured product At the same time, the presence or absence of cracks is visually determined, and the pencil hardness of the surface of the cured product is measured.

電気絶縁性テスト 外径8mm、内径6mm、長さ20mmのガラス管に接着剤を充
填した後、その両端中央部から径0.7mmのリード線を深
さ各5mmに差し込み、次いで110〜150℃で30分間乾燥
し、次いで20℃相対温度90%の室内に24時間放置した
後、電池による直流500Vの電源電圧を印加して電気抵抗
を測定する。
Electrical insulation test After filling the glass tube with an outer diameter of 8 mm, inner diameter of 6 mm and length of 20 mm with adhesive, insert a lead wire of diameter 0.7 mm from the center of both ends into each 5 mm depth, and then at 110 to 150 ° C. After drying for 30 minutes and then standing in a room at 20 ° C. and a relative temperature of 90% for 24 hours, a power supply voltage of 500 V DC by a battery is applied to measure the electric resistance.

接着強度テスト 縦・横20mm角の2枚のガラス板を接着剤を用いて全面
を第1表記載の接着剤厚さで貼り合せた後、110〜150℃
で30分、引き続き200℃で30分加熱乾燥することにより
硬化させ、この2枚のガラス板を接着する。次いで固定
具を市販協力接着剤にてこのガラス板の両側に取り付け
た後、引張り試験機を用いてこのガラス板の直角方向に
1mm/分の速度で張力をかけ、接着が破壊されるときの張
力を測定すると共に、この破壊面を限視観察し、接着剤
層の破壊によるときをLで表わし、接着剤層とガラス板
表面との剥離によるときをSで表わす。
Adhesive strength test Two glass plates of 20 mm square and 20 mm square were bonded to each other with the adhesive thickness shown in Table 1 using an adhesive, and then 110 to 150 ° C.
And then dried by heating at 200 ° C. for 30 minutes, and the two glass plates are bonded. Next, the fixtures were attached to both sides of this glass plate with a commercially available cooperating adhesive, and then, using a tensile tester, in the direction perpendicular to the glass plate.
A tension is applied at a rate of 1 mm / min to measure the tension when the bond is broken, and the broken surface is observed with a small eye. The time due to peeling from the surface is represented by S.

同様にして第1表記載の接着剤Q2〜Q13を調製し上記
テスト方法により接着剤の性能をテストし、第2表記載
の結果を得た。
To test the performance of the adhesive by the above test method to prepare the adhesive Q 2 to Q 13 of Table 1 described in the same manner to obtain the results of Table 2 wherein.

比較例1 第1表記載の混合組成を採用した他は実施例1と同様
にして比較例の接着剤R1〜R5を調製し、上記テスト方法
によりテストしたところ、第2表記載の結果が得られ
た。比較例の接着剤R2は、調製後一夜放置している間に
ゲル化が生じテストされなかった。R3は絶縁性テストが
困難なため測定されなかった。R4は無機耐火粉末の比率
が高過ぎたために調製が困難であった。
Comparative Example 1 except that the mixed composition of Table 1, wherein employed is prepared adhesive R 1 to R 5 of the comparative example in the same manner as in Example 1, was tested by the test method, the results in Table 2, wherein was gotten. Adhesive R 2 of the comparative example, gelation was not tested occurred while allowed to stand overnight after preparation. R 3 were measured for insulation testing is difficult. R 4 is prepared has been difficult for the ratio of the inorganic refractory powder was too high.

上記実施例のテスト結果が全て良好であるのに対し、
カップリング剤を混合しなかった比較例接着剤R5では、
作業性、硬化性、電気抵抗、接着強度のいずれも著しく
低く、カップリング剤の混合量が少ないR1の場合にも、
作業性、硬化性、電気抵抗及び接着強度は改良されない
ことを示している。R3及びR4の接着剤は、耐火粉末の混
合量が不足及び過大であって、作業性、硬化性等の改良
が不充分であることを示している。
While the test results of the above embodiments are all good,
In Comparative Examples adhesive R 5 was not mixed coupling agent,
Workability, curability, electric resistance, adhesive strength are all extremely low, even in the case of R 1 with a small amount of coupling agent,
It shows that workability, curability, electric resistance and adhesive strength are not improved. Adhesive R 3 and R 4 is a mixing amount is insufficient and excessive refractory powder shows that the workability is insufficient improvement of such curable.

実施例2 太さ1mmのステンレス製線材の一端を接続用セラミッ
ク製碍子の接続部に差し込み、この接続部に実施例1で
得られた接着剤Q13を充填した後、乾燥機中110〜150℃
で30分、更に200℃で30分間静置することにより、該線
材と碍子とを接続した。次いで、この碍子とステンレス
線材とに50kgの張力をかけたが、接着の破壊は起らなか
った。
After the end of the stainless steel wire of Example 2 thickness 1mm inserted into the connecting portion of the connecting ceramic insulators, filled with an adhesive Q 13 obtained in Example 1 in the connecting portion, in a dryer 110 to 150 ° C
For 30 minutes and then at 200 ° C. for 30 minutes to connect the wire and the insulator. Next, a tension of 50 kg was applied to the insulator and the stainless steel wire, but no breakage of the bond occurred.

(発明の効果) 本発明の接着剤は簡易に製造することができ、そして
これを硬化させるときにも常温〜300℃の加熱のみで好
ましい硬化物に変わり、セラミックス、ガラス、金属材
料、その他セメント質材料等広範囲にわたって、これら
同種或いは異種材料間の接着に著しい改良をもたらす。
(Effect of the Invention) The adhesive of the present invention can be easily produced, and when it is cured, it is changed into a preferred cured product only by heating at room temperature to 300 ° C., and is made of ceramics, glass, metal materials, and other cements. It provides a significant improvement in the adhesion between these same or different materials over a wide range, such as quality materials.

本発明の接着剤は、安定性、作業性も良好であり、機
械を用いる自動接着剤注入も可能である。そして硬化の
際にはヒケ、クラック等も生じないから、硬化接着剤が
露出するようなことがあっても、外観を損うこともな
い。この接着剤は、格段に高い接着強度を示し、耐ヒー
トショック性及び電気絶縁性も高いので、電気部品、電
子部品或いはこれらの装置における部材の接着に適する
他、金属板とセラミック繊維マットの接着、モルタル板
同志の接着にも用いられる。
The adhesive of the present invention has good stability and workability, and automatic adhesive injection using a machine is also possible. Since no sink marks, cracks, etc. occur during curing, even if the cured adhesive is exposed, the appearance is not impaired. This adhesive has a remarkably high adhesive strength, and has high heat shock resistance and electrical insulation, so it is suitable for bonding electrical parts, electronic parts or members in these devices, as well as bonding metal plates and ceramic fiber mats. Also used for bonding mortar boards.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−219275(JP,A) 特開 昭52−62340(JP,A) 特開 昭64−43570(JP,A) 特開 昭64−69673(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09J 1/00 C09J 11/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-60-219275 (JP, A) JP-A-52-6340 (JP, A) JP-A-64-43570 (JP, A) JP-A 64-64 69673 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C09J 1/00 C09J 11/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】平均粒子径5〜200ミリミクロンのシリカ
水性ゾルをSiO2として100重量部と、加水分解させたと
き分子中に2又は3箇のシラノール基が生成する構造を
有するカップリング剤又はその加水分解物をカップリン
グ剤の量として0.05〜500重量部と、粒度0.1〜1000ミク
ロンの無機耐火粉末50〜10000重量部とを混合してなる
高強度無機接着剤。
1. A coupling agent having a structure in which 100 parts by weight of a silica aqueous sol having an average particle diameter of 5 to 200 millimicrons as SiO 2 and two or three silanol groups are generated in a molecule when hydrolyzed. Alternatively, a high-strength inorganic adhesive obtained by mixing a hydrolyzate thereof in an amount of 0.05 to 500 parts by weight as a coupling agent and 50 to 10,000 parts by weight of an inorganic refractory powder having a particle size of 0.1 to 1000 microns.
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