JP2003238227A

JP2003238227A - 石膏組成物

Info

Publication number: JP2003238227A
Application number: JP2002042538A
Authority: JP
Inventors: Naoki Fujiwara; 直樹藤原; Kenji Kikuchi; 憲次菊地; Takuji Okaya; 卓司岡谷
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】石膏ボードの製造に際して石膏コアとボード
用原紙との接着性が高く、得られる石膏系成形物が均質
でかつ強度が高く、さらには生産性にも優れる石膏組成
物を提供すること。【解決手段】重合度が２００〜２８００、けん化度が
７５．０〜９９．９９モル％であり、かつ分子末端にカ
ルボン酸およびラクトン環を合わせて０．０２０〜０．
６０モル％含有するビニルアルコール系重合体（Ａ）お
よび石膏（Ｂ）からなり、石膏（Ｂ）１００重量部に対
してビニルアルコール系重合体（Ａ）が０．００５〜３
重量部配合された石膏組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建材用などに使用さ
れる石膏ボード、各種型枠および彫刻などの石膏系成形
物を得るための石膏組成物に関する。さらには、重合
度、けん化度、ならびに分子末端のカルボン酸およびラ
クトン環量により特定されるビニルアルコール系重合体
と石膏とからなる石膏組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】石膏を主成分とする粉末を硬化して得ら
れる石膏系成形物は、防火性、遮音性、断熱性、施工
性、経済性などに優れた特性を有するため、石膏ボード
に代表されるように広く建材分野で使用されている。石
膏ボードは一般に、半水石膏（焼石膏）を主成分とする
粉体、硬化促進剤、接着助成剤およびその他添加剤を水
と混合し、得られたスラリーを石膏ボード用表原紙と裏
原紙との間に流して板状に成形した後、硬化、乾燥工程
を経て製品寸法に切断され最終製品となる。すなわち、
石膏ボードは、流し込み成形法により得られる石膏芯
（コア）を石膏ボード用原紙で被覆してなる板状構造体
であって、半水石膏が水和して硬化した生石膏ボードの
余剰水を強制乾燥して得られる。

【０００３】一般に石膏ボードには、幅、長さおよび厚
さの寸法が均質であり、表面が平滑で十分な強度を有す
ること、また、ボード用原紙と石膏コアが接着していて
剥がれのないことなどが要求される。また、施工に際し
て、石膏ボードは下地材に釘やビスなどで固定されるの
で、その際に割れが発生しない程度の強度は当然必要で
あり、また特に縁部の均質性が重要である。石膏ボード
は上述の特徴を持つため広範に使用されているが、近年
の建築技術の進歩により、更なる軽量化や強度の高い石
膏ボードが求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、石膏
ボードの製造に際してボード用原紙と石膏コアとの接着
性が高く、得られる石膏系成形物が均質でかつ強度が高
く、さらには生産性にも優れる石膏組成物を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、重合度が２００
〜２８００、けん化度が７５．０〜９９．９９モル％で
あり、かつ分子末端にカルボン酸およびラクトン環を合
わせて０．０２０〜０．６０モル％含有するビニルアル
コール系重合体（Ａ）および石膏（Ｂ）からなり、石膏
（Ｂ）１００重量部に対してビニルアルコール系重合体
（Ａ）が０．００５〜３重量部配合された石膏組成物が
特異的に好ましい性質を有することを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の石膏組成物においては、
重合度、けん化度ならびに分子末端のカルボン酸および
ラクトン環含有量で規定される特定のビニルアルコール
系重合体（以下、ＰＶＡと略記する）を用いることが必
須である。ＰＶＡ（Ａ）の粘度平均重合度（以下、重合
度と略記する）は２００〜２８００であり、２５０〜２
４００が好ましく、３００〜２２００がさらに好まし
く、４００〜２０００が特に好ましい。ＰＶＡ（Ａ）の
重合度が２００未満の場合には、ＰＶＡの石膏に対する
バインダー力が小さいために得られる成形物の強度が小
さいほか、石膏とボード用原紙との接着力が小さく剥が
れやすいなど、石膏組成物の特徴が損なわれる。ＰＶＡ
（Ａ）の重合度が２８００を越えるとＰＶＡの溶解性が
小さいため、石膏スラリーの製造に際してＰＶＡを粉体
で添加する場合、石膏スラリーをボード用原紙間に流し
込んでから石膏が硬化するまでに、ＰＶＡの溶解が不十
分となり均質なバインダー力が発現しない。また、ＰＶ
Ａを水溶液で添加する場合においても、水溶液粘度が高
くなるか、使用する水が増えるため、作業性や成形性が
悪くなると同時に均質性などの点で満足な石膏成形物を
得ることができない。ＰＶＡ（Ａ）の重合度Ｐは、ＪＩ
Ｓ−Ｋ６７２６に準じて測定される。すなわち、ＰＶＡ
を再けん化し、精製した後、３０℃の水中で測定した極
限粘度［η］から次式により求められるものである。Ｐ＝(［η］×１０^３／８．２９）^{（１／０．６２）}

【０００７】本発明におけるＰＶＡ（Ａ）のけん化度は
７５．０〜９９．９９モル％であり、８０．０〜９９．
９モル％が好ましく、８３．０〜９９．５モル％がより
好ましく、８５．０〜９９．０モル％が特に好ましい。
けん化度が７５．０モル％未満の場合には、ＰＶＡの結
晶性が極度に低下し本発明の意図する高い接着性やバイ
ンダー力が得られない。一方、けん化度が９９．９９モ
ル％よりも大きいＰＶＡは安定に製造することができな
い。また、上述した粉体での使用時においては溶解性が
悪く、満足な性能を有する石膏成形物が得られない。

【０００８】本発明を構成するＰＶＡ（Ａ）の最大の特
徴は、分子末端に特定量のカルボン酸およびラクトン環
を含有することにある。その含有量はカルボン酸とラク
トン環を合わせて０．０２０〜０．６０モル％であり、
０．０３０〜０．５０モル％が好ましく、０．０４０〜
０．４５モル％がより好ましく、０．０５０〜０．４０
モル％が特に好ましい。本発明におけるＰＶＡ末端のカ
ルボン酸はそのアルカリ金属塩を包含し、アルカリ金属
としてはカリウム、ナトリウムなどが挙げられる。ＰＶ
Ａ末端のカルボン酸およびラクトン環の含有量と得られ
る石膏成形物の物性との因果関係については不明である
が、分子末端のカルボン酸およびラクトン環の含有量が
前述の特定範囲内にある場合に、ＰＶＡの使用量が少量
でも、ボード用原紙との接着力が高くかつ均質で強度の
高い石膏コアが得られる。これはＰＶＡの分子末端にの
み特定の構造を有する官能基が存在することにより、Ｐ
ＶＡと石膏とのバインダー力が高く、石膏コアと原紙と
の接着力が大きいためであると推定される。

【０００９】分子末端に特定量のカルボン酸およびラク
トン環を有するＰＶＡ（Ａ）の製法としては、（１）メ
ルカプト酢酸、３−メルカプトプロピオン酸などのカル
ボン酸を含有するチオール化合物の存在下で、ビニルエ
ステル系単量体を重合した後、得られた重合体をけん化
する方法、（２）酢酸ビニルなどのビニルエステル系単
量体を重合する際に、ビニルエステル系単量体およびビ
ニルエステル系重合体のアルキル基への連鎖移動反応を
起こし、高分岐ビニルエステル系重合体を得た後にけん
化する方法などが挙げられる。

【００１０】ビニルエステル系単量体としては、ギ酸ビ
ニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビ
ニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリ
ン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニルおよび
バーサティック酸ビニルなどが挙げられ、これらの中で
もＰＶＡを得る点からは酢酸ビニルが好ましい。

【００１１】ＰＶＡ（Ａ）中のカルボン酸およびラクト
ン環の含有量はプロトンＮＭＲ測定により求めることが
できる。測定対象のＰＶＡは、けん化度９９．９５モル
％以上に完全にけん化した後、十分にメタノール洗浄を
行い、次いで９０℃で２日間減圧乾燥して分析用試料に
用いる。前記（１）の製法で得られるＰＶＡ（Ａ）の場
合、分子末端のカルボン酸およびラクトン環の含有量
は、硫黄原子に結合するメチレンに由来するピーク
（２．８ｐｐｍ）を用いて算出することができる。前記
（２）の製法で得られるＰＶＡ（Ａ）の場合、分析用試
料をメタノール−ｄ４／Ｄ_２Ｏ＝２／８に溶解し、５０
０ＭＨｚのプロトンＮＭＲ（ＪＥＯＬＧＸ−５００）
を用いて８０℃で測定する。分子末端のカルボン酸また
はそのアルカリ金属塩に結合するメチレン（下記の化１
および化２における下線部）に由来するピークは２．２
ｐｐｍ（積分値Ａ）および２．３ｐｐｍ（積分値Ｂ）に
帰属され、分子末端のラクトン環のメチレン（下記の化
３における下線部）に由来するピークは２．６ｐｐｍ
（積分値Ｃ）、ビニルアルコール単位のメチンに由来す
るピークは３．５〜４．１５ｐｐｍ（積分値Ｄ）に帰属
され、分子末端のカルボン酸およびラクトン環の含有量
は次式により算出される。分子末端のカルボン酸およびラクトン環の含有量（モル％）＝５０×（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）×（１００−△)／（１００×Ｄ）（ここで、△はＰＶＡの変性量（モル％）を表す）

【００１２】

【化１】

【化２】

【化３】

【００１３】本発明の効果を損なわない範囲であれば、
ＰＶＡ（Ａ）はビニルアルコール単位、ビニルエステル
単位以外の公知の単量体単位を含有していてもよい。こ
のような単位としては、エチレン、プロピレンなどのα
−オレフィン類；アクリルアミド、Ｎ−メチルアクリル
アミド、Ｎ−エチルアクリルアミドなどのアクリルアミ
ド誘導体；メタクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルア
ミド、Ｎ−エチルメタクリルアミドなどのメタクリルア
ミド誘導体などの単量体単位が挙げられる。これらの単
量体単位の含有量は、使用される目的によって異なるが
通常５モル％以下、好ましくは２モル％以下である。

【００１４】ＰＶＡの使用方法によって異なるが、ＰＶ
Ａ（Ａ）の粒子径も重要である。石膏ボードは一般に、
石膏を主成分とした水スラリーを石膏ボード用原紙の間
に流し込み、硬化、乾燥させて製造される。この製法で
ＰＶＡが特徴を発現するには、石膏と水とを混和した
後、硬化するまでの間にＰＶＡが溶解して均一にバイン
ダー力を発現することが必要である。よって、ＰＶＡの
溶解性の点から、ＰＶＡ（Ａ）のけん化度が９０〜９
９．９９モル％の場合には、粒子径は１４メッシュパス
が好適であり、３０メッシュパスがより好ましく、６０
メッシュパスが更に好ましく、１００メッシュパスが特
に好ましい。ＰＶＡ（Ａ）のけん化度が７５〜９０モル
％の場合には、粒子径は６メッシュパスが好適であり、
１０メッシュパスがより好ましく、１４メッシュパスが
更に好ましく、３０メッシュパスが特に好ましい。

【００１５】石膏としては工業用に多用される半水石膏
および２型無水石膏が使用できるが、半水石膏が好適で
ある。ＰＶＡ（Ａ）および石膏（Ｂ）の配合割合につい
ては、石膏（Ｂ）１００重量部に対してＰＶＡ（Ａ）が
０．００５〜３重量部であり、０．００７〜２重量部が
好ましく、０．０１０〜１．５重量部が更に好ましく、
０．０１５〜１重量部が特に好ましい。石膏（Ｂ）１０
０重量部に対するＰＶＡ（Ａ）の配合割合が３重量部よ
り多い場合には、石膏成形物の耐水性や寸法安定性が低
下するなど石膏成形物の特性が低下すると同時に、コス
トが高くなり経済性に問題がある。一方、ＰＶＡ（Ａ）
の配合割合が０．００５重量部より小さい場合には、Ｐ
ＶＡを配合する効果がほとんどみられない。

【００１６】本発明の石膏組成物は、所定量の石膏、Ｐ
ＶＡ（Ａ）粉体および水を混合してスラリー化する；石
膏の水スラリー中にＰＶＡ（Ａ）粉体を添加、混合して
スラリー化する；あるいは、石膏の水スラリー中にＰＶ
Ａ（Ａ）水溶液を添加、混合してスラリー化することに
より調製される。該スラリーを常法に従ってボード用原
紙間に流し込んだ後に硬化、乾燥させることにより、石
膏ボードを製造することができる。

【００１７】また、本発明の石膏組成物には、本発明の
目的や効果を損なわない範囲で、必要に応じて、公知の
各種添加剤を配合することも可能である。具体的には、
減水剤、石膏硬化調整剤、補強繊維、軽量骨材、泡剤、
バインダーなどが挙げられる。減水剤としては、例え
ば、スルホン化メラミン樹脂、リグニンスルホン酸塩、
β−ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物などの
公知の化合物、石膏硬化調整剤としては、硫酸アルミニ
ウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリ
ウム、硫酸カリウム、硫酸鉄、二水石膏などの公知の化
合物が挙げられる。また、補強繊維としては、新聞紙な
どの古紙パルプ、バジンパルプなどの有機繊維、ガラス
繊維、ロックウールなどの無機繊維が、軽量骨材として
は、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーン、
発泡スチロールなどの公知の物質が、軽量化のための泡
剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル
硫酸塩などの公知の化合物が挙げられる。さらに、バイ
ンダーとしては、本発明の効果を損なわない範囲であれ
ば、ＰＶＡ（Ａ）の他に汎用のＰＶＡおよびＣＭＣを添
加しても差し支えないが、生澱粉などの澱粉類は後述の
安全性に問題がある可能性があるため、本発明の石膏組
成物では使用しない方が好ましい。

【００１８】菊地、岡谷らは日本化学会誌、２００１、
Ｎｏ．１２、ｐ７０５にて安定型最終処分地における高
濃度硫化水素発生機構として、高濃度硫化水素の発生に
必要な硫酸イオンの供給源は主に石膏ボードであるとし
ており、さらには嫌気的条件下でピルビン酸、乳酸や硫
酸イオンがあると硫酸塩還元菌は、硫酸イオンを硫化水
素に還元することを明らかにしている。また、その中で
硫化水素が一気に発生する場合は、地上での硫化水素濃
度が高くなる傾向にあることも示唆している。本説に従
うと、地上での硫化水素濃度を低下する手法として、石
膏ボード中に使用されている生分解性の高い有機物に関
して、該有機物の使用量を減らす、および生分解速度の
小さい有機物を使用することは効果があると思われる。
本発明の石膏組成物はＰＶＡと石膏のバインダー力が高
いため、ＰＶＡの使用量が少量で済むこと、また、ＰＶ
Ａは土壌に埋めておくと分解されて水と二酸化炭素にな
り、硫化水素の発生源となるピルビン酸、乳酸が発生し
ないなどの利点が想定される。

【００１９】

【実施例】以下、実施例および比較例により本発明をさ
らに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限
定されるものではない。なお、以下の実施例および比較
例において「部」および「％」は、特に断らない限り重
量基準を意味する。また、試験体の作製方法および得ら
れた試験体の接着性、曲げ強度、均質性の試験方法は下
記の通りである。

【００２０】［試験体の作製］表１に示すＰＶＡを用い
た特定の石膏組成物と混練水とを混和したスラリーを、
予め石膏ボード用原紙を敷き詰めた幅１０ｃｍ、厚み２
ｃｍ、長さ２０ｃｍの成形用の型枠に流し込み、その直
後に表用の石膏ボード用原紙を配し手で加重をかけた。
水和硬化後に脱型し温度２０℃の水を張ったデシケータ
ー中に７日間養生した後、取り出して５０℃の乾燥機中
にて恒量になるまで乾燥し、評価用の試験体とした。

【００２１】［接着性の測定］石膏コアから表原紙また
は裏原紙を剥離し、石膏コアが露出しない部分の面積比
率を接着率として表す。剥離試験方法はＪＩＳＡ６
９０１−１９８３に準拠した。

【００２２】［曲げ強度の測定］石膏ボード用原紙を用
いないこと以外は上記の試験体の作製方法に従って試験
体を作製し、ＪＩＳ６９０４に準拠して曲げ強度を測
定した。

【００２３】［均質性の測定］試験体の幅方向の中心部
および端部から１０ｍｍの両点について、表原紙の接着
面の下、約１ｍｍの所の石膏を約２ｇ採取する。試料約
２ｇを重量既知の秤量瓶に量り採り化学天秤にて精秤
し、２５０℃に調整した電気炉で２時間焼成した後、硫
酸デシケーター中で３０分間冷却し、化学天秤でその減
量を測定して次式により化合水の割合を求め、化合水の
各部位における均質性を評価した。化合水（％）＝１００×（焼成前の試料重量（ｇ）−焼
成後の試料重量（ｇ））／焼成前の試料重量(g)

【００２４】実施例１重合度１７００、けん化度９８．０モル％で分子末端の
カルボン酸およびラクトン環を合わせて０．０６０モル
％含有する粒径が６０メッシュパスのＰＶＡを０．５重
量部、半水石膏を１００重量部、混練水を４０重量部用
いてスラリーを作製し、上述の試験体の作製方法に従っ
て試験体を作製した。試験体の評価結果を表２に示す。
石膏とボード用原紙との間に全く剥離はなく高い接着力
を示し、曲げ強度も１０１ｋｇ／ｃｍ^２と大きく、また
石膏ボードの両端部および中心部の化合水も同一で均質
なものであった。

【００２５】実施例２〜６および比較例１〜７ＰＶＡを表１および表２に示すように変更した以外は実
施例１と全く同様にして石膏ボードを作製した。試験体
の評価結果を表２に示す。実施例２〜６で得られた石膏
ボードは均質で、石膏とボード用原紙との接着性および
曲げ強度に優れるものであった。本発明における重合
度、けん化度ならびに分子末端のカルボン酸およびラク
トン環含有量で規定される特定のＰＶＡから外れたＰＶ
Ａを用いた比較例１〜７では、何れの場合も石膏からボ
ード用原紙を剥離した際に一部材破が認められ、接着性
に劣るものであった。また、ＰＶＡの種類によっては曲
げ強度が小さかったり、不均質なものであった。

【００２６】実施例７、８および比較例８、９半水石膏１００重量部に対するＰＶＡの使用量を実施例
７では０．１重量部に、実施例８では０．０１重量部
に、比較例８では０．００２重量部に、比較例９では５
重量部にそれぞれ変更した以外は実施例１と全く同様に
して石膏ボードを作製した。試験体の評価結果を表２に
示す。ＰＶＡの使用量を減らすと曲げ強度が低くなる傾
向にあったが、ＰＶＡの使用量が本発明に規定する配合
量の範囲内にある実施例７および実施例８の場合には十
分な曲げ強度を保持していたのに対して、本発明の規定
配合量を下回る比較例８では顕著に曲げ強度が低下し
た。また、ＰＶＡの使用量の多い比較例９では、石膏ボ
ードの部位による化合水の変動が大きく不均質なもので
あった。

【００２７】実施例９実施例１で使用したＰＶＡ−１０．５重量部を水７重
量部に別途溶解したＰＶＡ水溶液７．５重量部、半水石
膏１００重量部および混練水３３重量部を用いてスラリ
ーを作製し、実施例１と同様にして試験体を得た。試験
体の評価結果を表２に示す。得られた試験体は、スラリ
ーの調製方法の違いに関わらず実施例１と同様に均質な
石膏ボードであり、石膏とボード用原紙との接着性およ
び曲げ強度に優れるものであった。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】本発明の石膏組成物は、石膏ボードの製
造に際してボード用原紙と石膏コアとの接着性が高く、
得られる石膏系成形物が均質でかつ強度が高く、さらに
生産性にも優れていることから、建材用石膏ボードや各
種型枠などの各種用途に好適に使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 29/04 Ｃ０８Ｌ 29/04 Ａ // Ｃ０４Ｂ 111:20 Ｃ０４Ｂ 111:20 Ｆターム(参考） 4G012 PB29 PC01 PC12 PE04 4J002 BB221 BE021 BE031 DG056 FA040 FD010 FD200 FD320 GL00 4J011 AA05 NA25 NA26 NB05 4J100 AA02Q AA03Q AG02P AG03P AG04P AG05P AG08P AM15Q AM21Q BA03H BA11H BC43P BC53H CA01 CA03 CA31 HA08 HA17 HB39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重合度が２００〜２８００、けん化度が
７５．０〜９９．９９モル％であり、分子末端にカルボ
ン酸およびラクトン環を合わせて０．０２０〜０．６０
モル％含有するビニルアルコール系重合体（Ａ）および
石膏（Ｂ）からなり、石膏（Ｂ）１００重量部に対して
ビニルアルコール系重合体（Ａ）が０．００５〜３重量
部であることを特徴とする石膏組成物。
【請求項２】石膏（Ｂ）が半水石膏である請求項１に
記載の石膏組成物。