JP2000226243A - 着色セメント成形体 - Google Patents

着色セメント成形体

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JP2000226243A
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Hiroaki Arai
啓哲 新井
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/022Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/21Efflorescence resistance

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
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  • Civil Engineering (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 親水性の官能基量が多いカーボンブラックを
黒色着色剤として用い、着色性に優れ、エフロレッセン
スの発生を抑制した着色セメント成形体を提供する。 【解決手段】 黒色系着色剤として、表面に存在するカ
ルボキシル基とヒドロキシル基の和が2μeq/m2以上の
カーボンブラックが、セメント成分に添加、混合されて
なる着色セメント成形体。及び、黒色系着色剤として、
表面に存在するカルボキシル基とヒドロキシル基の和が
2μeq/m2以上のカーボンブラックを着色剤として含む
黒色被膜が、セメント成形品の表面に被覆されてなる着
色セメント成形体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、黒色系に着色され
たセメント成形体に関する。
【0002】家屋の屋根材や外壁材などの建築用の各種
セメント成形体を着色する着色剤には、従来から無機系
や有機系の顔料が使用されており、このうち黒色系の顔
料としてはカーボンブラックや酸化鉄などが用いられて
いる。
【0003】黒色系に着色されたセメント成形体は、こ
れらの黒色系着色剤をセメント成分に配合したセメント
成形材料を成形してセメント成形体を黒色に着色する方
法、あるいは黒色系着色剤を含有する塗料などをセメン
ト成形品の表面に塗布や噴霧して黒色被膜を形成被覆す
る方法、などによって製作されている。
【0004】例えば、特開平3−60483号公報には
黒色系着色剤を配合したセメント成形材料を成形して得
られる成形品の表面に、黒色系塗膜が被覆されてなるセ
メント成形品が開示されている。これはセメント成形品
そのものを黒色化した上に、更にその表面に黒色系塗膜
を被覆したものである。
【0005】また、建築用のセメント成形体は風雨に曝
される環境下に使用される場合が多いため耐蝕性の高い
ことが要求される。しかしながら、酸化鉄は酸性雨など
に対する耐候性が低く、セメント成形体が褪色し易い欠
点がある。更に、黒色度を上げるためには多量に配合す
る必要があり、例えば酸化鉄分散液をセメントスラリー
中に混合する場合には、混合する水量も増大するために
セメント成形体の強度低下を招く難点がある。一方、カ
ーボンブラックは酸化鉄のように酸性雨などによる褪色
は少ない上に着色性も高いのでセメント成分中への混合
量も少量ですむ利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンブラックはその表面性状から水中への分散性が極めて
低いために、例えばセメント成分を含んだセメントスラ
リー中に混合したり、被膜形成用の塗料を調製する際
に、均一、安定に高濃度で分散させることは非常に困難
である。これは、カーボンブラック表面に存在する水分
子との親水性が高い官能基が少ないことに起因する。
【0007】そこで、カーボンブラックを改質して、カ
ーボンブラック表面に親水性の官能基量を多く存在させ
れば水中への分散性能の向上を図ることが可能となる。
本発明は、このような観点から水中への分散性能を高め
るために酸化改質して表面に存在する親水性の官能基量
が多いカーボンブラックを着色剤として用いることによ
り、黒色系に着色されたセメント成形体、特に、黒色度
に優れるとともに褪色性が小さく、エフロレッセンス
(白華)の発生を抑制したセメント成形体を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による着色セメント成形体は、黒色系着色剤
として、表面に存在するカルボキシル基とヒドロキシル
基の和が2μeq/m2以上のカーボンブラックが、セメン
ト成分に添加、混合されてなることを構成上の特徴とす
る。
【0009】また、別の態様として本発明の着色セメン
ト成形体は、黒色系着色剤として、表面に存在するカル
ボキシル基とヒドロキシル基の和が2μeq/m2以上のカ
ーボンブラックを着色剤として含む黒色被膜が、セメン
ト成形品の表面に被覆されてなることを構成上の特徴と
する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に適用されるカーボンブラ
ックは特に限定されるものではないが、実用上はオイル
ファーネス法により製造されるファーネスブラックが用
いられ、粒子性状としては比較的粒子径の大きいHAF
級以下のカーボンブラックが好ましく用いられ、特に好
ましくはFEF級以下のカーボンブラックが適用され
る。
【0011】本発明は、これらのカーボンブラックの粒
子表面に存在する水分子との親和性が大きい官能基とし
て活性水素を含むカルボキシル基及びヒドロキシル基に
着目し、その和を2μeq/m2以上の値に設定することに
より水中への分散性能の向上を図るものである。この値
が2μeq/m2を下回る場合には親水性の官能基量が少な
いために分散性の向上を図ることが困難となる。
【0012】このカルボキシル基及びヒドロキシル基
は、カーボンブラックを適宜な手段により酸化処理する
ことにより形成することができる。酸化処理は、例えば
硝酸、硫酸、次亜ハロゲン酸塩、ハロゲン酸塩、あるい
はハロゲン酸塩と酸など常用の酸化剤水溶液中にカーボ
ンブラックを入れて攪拌し、酸化剤濃度、カーボンブラ
ック処理量、反応温度、反応時間などを適宜に設定して
酸化反応させ、次いで濾過分離して洗浄したのち乾燥す
ることにより行われる。なお、これらのカーボンブラッ
クを黒色着色剤として、セメント成分を含むセメントス
ラリー中に添加、混合する場合あるいは黒色被膜の被覆
用の塗料を調製する場合に、乾燥を省略して、洗浄によ
り残塩を除去したのち水中に分散させた分散液を、その
まま使用することも可能である。
【0013】本発明における官能基は下記の方法により
測定した値が用いられる。 カルボキシル基量;0.976N炭酸水素ナトリウム
50ml中にカーボンブラック2〜5g を添加して6時間
振盪した後、カーボンブラックを反応液から濾別し、濾
液に0.05N塩酸水溶液を加えたのち、pHが7.0
になるまで0.05N水酸化ナトリウム水溶液にて中和
滴定試験を行ってカルボキシル基を測定する。この測定
値をカーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA;m2/g)
で除した値を、カーボンブラックの単位表面積当たりに
形成されたカルボキシル基量(μeq/m2)とする。
【0014】ヒドロキシル基量;2、2′-Diphenyl-
1-Picrylhydrazyl(DPPH)を四塩化炭素中に溶解して濃度
5×10-4mol/l の溶液を作成し、該溶液にカーボンブ
ラックを0.1〜0.6g添加し、60℃の恒温槽中で
6時間攪拌する。その後、反応液からカーボンブラック
を濾別し、濾液を紫外線吸光光度計によりヒドロキシル
基を測定する。このようにして測定した値をカーボンブ
ラックの窒素吸着比表面積(N2SA;m2/g) で除した値を、
カーボンブラックの単位表面積当たりに形成されたヒド
ロキシル基量(μeq/m2)とする。
【0015】本発明の着色セメント成形体は、このよう
にして酸化処理により表面に存在するカルボキシル基及
びヒドロキシル基の官能基量が2μeq/m2以上に変性さ
れたカーボンブラックを黒色系着色剤として用い、カー
ボンブラックをセメント成分に添加混合する、または、
カーボンブラックを含む塗料などの黒色被膜が被覆され
たものである。
【0016】セメント成形品は、普通ポルトランドセメ
ント、早強ポルトランドセメント、高炉セメント等のセ
メント成分に骨材、混和材などを加え、水と混練してセ
メントスラリーを作成し、所定の成形型に流し込み、硬
化したものであり、骨材には川砂、川砂利、砕砂、砕
石、人工軽量骨材などが用いられ、混和材には減水剤、
AE減水剤、セメント混和剤ポリマーなどが使用され
る。
【0017】セメント成分へのカーボンブラックの添
加、混合は、上記のセメントスラリー中にカーボンブラ
ックを水に分散させた水懸濁液を添加して混合する方法
ばかりでなく、セメントスラリー中に直接カーボンブラ
ックを添加して混合することも可能である。
【0018】すなわち、上記の各材料成分を所定の量比
で水と混練して得たセメントスラリー中に、表面に存在
するカルボキシル基とヒドロキシル基の和が2μeq/m2
以上のカーボンブラックを水に分散させた水懸濁液を所
定の量比で添加して混合することによりカーボンブラッ
ク分散セメントスラリーを作製し、常法にしたがって成
型、養生を行うことにより着色セメント成形体が得られ
る。あるいは、カーボンブラックを水に分散させること
なく、セメントスラリー中に所定の量比で直接添加、混
合することもできる。
【0019】なお、カーボンブラックの添加量は、目標
とするセメント成形体の黒さなどにより設定されるが、
セメントスラリーにカーボンブラックの水懸濁液を添加
する場合には、スラリーの濃度が懸濁液の添加量により
希釈されることになるので、スラリー濃度及び懸濁液濃
度を相対的に高く設定することが必要となる。なお、カ
ーボンブラックの添加量は、例えばセメントスラリー中
の固形分に対して、カーボンブラックを外割で0.01
〜30重量%の割合で添加、混合することが好ましく、
0.01重量%未満では充分な着色効果が得られず、一
方30重量%を越えると成形することが困難となり、ま
たセメント成形品の強度低下を招くこととなる。
【0020】また、本発明の着色セメント成形体は、上
記のようにセメント成形体そのものが黒色に着色された
ものばかりでなく、セメントスラリーを成形、硬化した
セメント成形品の表面に、カーボンブラックを着色剤と
する黒色塗料による黒色被膜が被覆されたものでもよ
い。黒色塗料は、目標とするセメント成形体の黒色度に
応じて適宜濃度に調製し、セメント成形品の表面に塗布
や噴霧などの方法により黒色被膜が形成被覆される。
【0021】このように、本発明の着色セメント成形体
は、水中への分散性能に優れたカーボンブラックを黒色
系着色剤として用い、このカーボンブラックを水懸濁
液、あるいはそのまま直接に、セメントスラリー中に添
加、混合してセメント成形体そのものを着色するもので
あるから、カーボンブラックの高着色性により漆黒度が
極めて高く、また褪色性の少ない着色セメント成形体と
することが可能となる。更に、カーボンブラック表面に
存在するカルボキシル基及びヒドロキシル基の表面官能
基がエフロレッセンス(白華)の原因とされるカルシウ
ムとキレート結合することによりエフロレッセンス(白
華)の発生を抑制することができる。
【0022】また、このカーボンブラックを黒色系着色
剤として含む黒色被膜がセメント成形品の表面に被覆さ
れた着色セメント成形体は、水分散性能の高いカーボン
ブラックにより高濃度の黒色塗料が作成できるので、漆
黒性に優れた黒色被膜の形成が可能であり、また、これ
らの官能基がカルシウムとキレート結合することにより
エフロレッセンス(白華)の発生も抑制される。
【0023】このように、本発明の着色セメント成形体
は、水中への分散性に優れたカーボンブラックを黒色系
着色剤として用いたものであるから、酸化鉄のように酸
性雨による褪色もなく、セメント成形品の耐候性を低下
させることもない。更に、カーボンブラックの添加量を
調節することによりセメント成形体の黒色度の調整も容
易に行うことができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
【0025】〔黒色系着色剤の調製〕カーボンブラック
としてはFEF級カーボンブラック〔東海カーボン
(株)製シーストSO〕を使用した。 (1)酸化カーボンブラック(試料) 塩素酸ナトリウム0.5Nに硫酸を添加し1Nにした溶
液3000ml中にカーボンブラック300g を入れ、6
0℃の温度で10時間攪拌して酸化処理した。濾別後、
カーボンブラックを水中に分散して水酸化ナトリウムで
pH12に調整し、電気透析により残塩を抽出除去して
精製した。 (2)フミン酸/カーボンブラック(試料) フミン酸Na〔(株)テルナイト製、CH-O2 〕の20重
量%水溶液にカーボンブラックを所定量添加し、乾燥後
ホモジナイザーにより水中に混合分散させて、フミン酸
吸着カーボンブラックの分散液を調製した。 (3)アクリルエマルジョン/カーボンブラック(試料
) アクリルエマルジョンにカーボンブラックを所定の濃度
になるように添加し、ホモジナイザーにより水中に混合
分散させて、アクリルエマルジョン吸着カーボンブラッ
クの分散液を調製した。 (4)未処理カーボンブラック(試料) アルコールにカーボンブラックを所定量添加し、ホモジ
ナイザーにより混合分散した。
【0026】実施例1〜4、比較例1〜5 セメント成分50重量部のセメントスラリー中に上記の
黒色系着色剤(試料〜)300重量部を加えて成形
し、一次養生後、オートクレーブで二次養生したのち、
アクリル樹脂系塗料によって化粧塗装した。
【0027】実施例5〜8、比較例6〜10 ハチェック方式により厚さ20mmのセメント板を作製
し、一次養生して硬化した。このセメント板の表面に上
記の黒色系着色剤(試料〜)を塗布、乾燥した後、
二次養生し、アクリル樹脂系塗料によって化粧塗装し
た。
【0028】得られた着色セメント成形体を、下記の方
法により評価試験を行った。 エフロレッセンス(白華)防止性 4人の目視観察によって評価した。 ブロッキング防止性 一次養生後のセメント板に黒色系着色剤を塗布し、生乾
きの状態で積載し、その状態で二次養生する。この時の
セメント板相互のブロッキングの有無を目視確認した。 塗膜初期密着性 表面塗装した24時間後に塗装全面に幅約50mmのガム
テープを貼り、これを引き剥がす。この時のセメント成
形板の表面状態を評価した。 耐温水性 表面塗装後24時間経過後に、対流している温水(60
℃)中に表面塗装後のサンプルを立てかけて水没させ、
24時間放置する。その後、取り出しアクリル樹脂塗膜
の膨れ、剥離などの発生を確認した。 耐酸性雨模擬試験 化粧塗装をしないサンプル及び押出し成形サンプルをp
H1の溶液に浸漬し、1ヶ月後の色味変化を観察した。 黒色度 黒色度合いを目視評価した。
【0029】このようにして得られた結果について、押
出し成形による着色セメント成形体(実施例1〜4、比
較例1〜5)を表1に、黒色被膜を被覆した着色セメン
ト成形体(実施例5〜8、比較例6〜10)を表2に、
それぞれ示した。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】表1、2の結果から、実施例の着色セメン
ト成形体は、比較例の着色セメント成形体に比べて、エ
フロレッセンス(白華)の発生が抑制されており、耐酸
性や着色性などにも優れていることが認められる。
【0033】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の着色セメント成
形体によれば、黒色系の着色剤としてカーボンブラック
を改質してカーボンブラック粒子表面に存在する親水性
の官能基であるカルボキシル基及びヒドロキシル基の和
が2μeq/m2のカーボンブラックを適用して、セメント
成形体そのものが黒色に着色され、あるいは、セメント
成形品表面に黒色被膜が被覆されたものであるから、黒
色度に優れるとともに褪色性が小さく、エフロレッセン
ス(白華)の発生も抑制されたセメント成形体を提供す
ることが可能となる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 黒色系着色剤として、表面に存在するカ
    ルボキシル基とヒドロキシル基の和が2μeq/m2以上の
    カーボンブラックが、セメント成分に添加、混合されて
    なることを特徴とする着色セメント成形体。
  2. 【請求項2】 黒色系着色剤として、表面に存在するカ
    ルボキシル基とヒドロキシル基の和が2μeq/m2以上の
    カーボンブラックを着色剤として含む黒色被膜が、セメ
    ント成形品の表面に被覆されてなることを特徴とする着
    色セメント成形体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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