液体ガラスの存在が世に知られるようになってきています。液体ガラスは、土木や建築の現場で、耐候性や劣化防止という角度からイノベーションを起こすのではないかと期待されています。

それでは、まず基本知識として液体ガラスとは一体何なのか?を解説します。液体ガラスは多くの誤解があることも事実です。

液体ガラスの実体を、他の似ているものとの比較で明らかにしてゆきます。

常温安定ガラスの発見

 石英ガラスは自然界では2 0 0 0 ℃の温度で溶解し冷却にともない硬化しガラス化します。

1970年、ゾル· ゲル法の考案により、 シリカゲルを1 0 0 0 ℃以下の温度で溶解しガラスとして硬化させる技術が発達しました。

これは人類にとって省エネという大きな技術革新でした。

シリカゲルを1 0 0 0 ℃以下の温度で溶解しガラスとして硬化させる技術は、それでも1000 ℃近い高温を必要としました。

そしてついに、20世紀末に人類は、液状化した石英ガラスを私達の生活している温度で安定化、 硬化させる方法を見つけたのです。 常温領域でのガラス生成が可能となったのです。

 

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石英ガラス(Quartz)

石英ガラスは石英 (SiO2) から作成されるガラスで、SiO2 純度が高いものをいいます。

溶融石英、溶融シリカ、シリカガラスなどとも呼ばれます。耐食性、耐熱性にすぐれ、非常に透明なことから、ビーカーやフラスコなど理化学用途や光ファイバーの材料などに幅広く用いられています。

石英ガラスは非晶質( アモルファス=後述)な固体で、 結晶体と同程度の大きな剛性を持ちながら、粘性は極端に高いのです。

この特性が、常温安定ガラスのメリットを生み出しています。また結晶化したSiO2( シリコン) は水晶( クリスタルCrystal) と呼ばれます。

アモルファス(Amorphous)

結晶とは、 分子が強固な結合で規則正しく配列した固体です。アモルファスとは規則正しくはないが、結晶と同程度の強固な結合の固体です。

不安定でありながら、 結晶と同程度の結合の強さを持ち、 結晶の格子欠陥のような部分的弱さがないなどの利点があります。

なお自然界において、アモルファス構造をとる物質は限られています。代表的なものに石英ガラスがあげられます。

水ガラス(高濃度ケイ酸ナトリウム水溶液)

よく液体ガラスと誤解してしまうものに、『水ガラス』があります。

通常はメタケイ酸のナトリウム塩 Na2SiO3 を言いますが、その他に Na4SiO4, Na2Si2O5, Na2Si4O9 などがあります。

水溶性で、水溶液は加水分解されてアルカリ性を示します。メリットはコンクリートの急激な乾燥を防止する、接着剤として使える効果などがあります。

水溶性があるのはデメリットで、液体ガラスの特徴である、コンクリートの改質効果は望めません。

シリコーン塗料(Silicone)

液体ガラスと似て非なるものとして、シリコーン塗料があげられます。世間ではシリコーン塗料が液体ガラス塗料と同じ性質をもつものだと思っている人も多くいます。

シリコーンは、 有機ケイ素化合物Si-O結合( シロキサン結合)を骨格としますが、

その周囲を有機基( 炭素Cと水素Hの化合物)が覆う構造Si-Oの無機の性質とC-Hの有機の性質を併せ持ちます。

有機基が紫外線劣化します。

シラン系含浸材(silane、 水素化ケイ素)

シランとはケイ素の水素化物で化学式SiH4です。

シラン系含浸材は主成分がシラン· シロキサン系化合物を使った有機結合による含浸材です。

公共工事のコンクリート改質剤はシラン系がその多くを占めます。そのメリットは含浸部において、撥水するのが特徴です。

しかし有機化合物であるため、シラン系含浸材は紫外線劣化する欠点を持ちます。

工場床 防塵1

無機と有機

一般に有機と言われるものは、内蔵を指すオーガンという言葉からとって、オーガニック「有機」と呼ばれます。

それに対して、 石ころや砂のようなものが「無機物」といった言葉で日常に使われています。 要するに有機は【生き物】無機は【無生物】というカテゴリーで分けることが理解しやすいでしょう。

無機化学と有機化学

有機化学とは炭素化合物を扱った化学です。 反応性に富み、 アルコールやたんぱく質など、人間生活とは切つても切れない関係にあります。

有機野菜などいい意味合いも持っていますが、藻、カビ、 細菌が繁殖し、 劣化・腐食など、デメリットがあります。

無機化学は、有機化学以外の、 鉄、 水、 砂など自然界に安定して存在する元素を主に対象とする化学です。

化学的に安定しているため、劣化・腐食が少なく、耐菌性に優れるなど、 無機物ならではのメリットがあります。

液体ガラスは完全無機ということになります。

ちなみに 無機物の中で人体に必要不可欠な物質がミネラルです。

有機塗料と無機塗料

現在では、石油から人工的に種々の有機物が作られます。これをレジンつまり、有機樹脂と呼びます。

この有機樹脂を加工して製造された塗料を有機塗料といいます。原料として有機樹脂を使用していない塗料を無期塗料といいます。

有機塗料と無機塗料の物質特性は、それぞれが相反する性質を持ちます。

有機塗料は、紫外線や水による変化があります。 即ち変化しやすい不安定な物性でなのです。

一方、 無機塗料は加工し難い反面、 紫外線や水に変化し難い安定した物性を持ちます。

無期塗料が求められている理由

もう取り返しのつかない、地球環境問題は解決できるのでしょうか?

地球温暖化は有機溶剤の燃焼処理も一つの原因であることが、明らかになってきました。

ですから、塗料や建材などについても、環境、安全、健康への配慮がされているか、人々の関心が高まっています。
 

塗装業界も手をこまねいているわけではなく、「 環境配慮型塗料」無溶剤、長期耐久塗料の開発に力をいれています。

ライフサイクルコストの低減、 環境負荷低減に繋がる「 無機塗料」 はそのような問題の一つの解答になると考えています。

液体ガラスのメリット

ここまで、液体ガラスとは一体どんなものなのかを明らかにしてきました。では液体ガラスを使うとどんなメリットがあるのかを書いてゆきたいと思います。

液体ガラスは大きく分けて、基材に浸透する含侵系と塗膜を形成する塗料系に分かれます。今回はこの二つに共通する一般的なメリットについて述べます。

モルタル目地耐薬品性付与

耐久性(強度・防塵)がすごいことになる。

液体ガラスの塗膜や含侵は、不溶性結晶体を形成するので、防水性及び表面強度の増大が図られます。

耐候性向上・劣化・腐食防止が本気。

耐候性が向上し、紫外線による劣化を制御します。また水分の浸透を防止して、凍結融解サイクルによって発生するクラックを防止します。

またUVテスターによる耐候性試験では、なんと表面光度が14000時間以上(約300年相当)という信じられない試験結果を出しています。

耐汚染性、排気ガスやPM2.5も怖くない。

無機質の塗膜は有機汚染物質との相溶性がありません。排気ガスやラッカスプレー等の落書きに対しても被膜と汚れの一体化がないため、洗浄が容易になります。

密着性がすごい。

無機の基材に関しては、無機と無機の相性がよく、含侵にしても塗膜にしても、基材と一体化します。有機物の上でも、専用プライマーを使用することにより、大きな密着性を保ちます。

カビ・菌類の抑制

無機質で形成される液体ガラスは、カビや菌のエサとなる有機物が含まれていないため、カビや菌類の繁殖を抑制します。生物汚染に対する効果も実証されています。

コストの削減

メンテナンスフリーで高耐久性のため、抜群の経済性を誇ります。

安全性

液体ガラスは完全無機質であるため、ホルムアルデヒド、キシレン、ベンジン、トルエン、シンナー、鉛などの有害物質とは相いれません。かた完全硬化後の被膜も無機質以外の物質を含みません。

科学的・生理的に安定しており、不活性で人体・動物など生命体に影響を与えません。

 

どうでしょうか?液体ガラスのことがよくわかるようになりましたでしょうか?

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