JP2004051379A - 珪酸カルシウム成形体の製造方法および珪酸カルシウム成形体 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、原料コストの低減を可能とし、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法を提供することにある。
【解決手段】本発明にかかる珪酸カルシウム成形体の製造方法は、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分から珪酸カルシウム成形体を製造する珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する種晶生成工程（Ｓ２０）と、種晶生成工程の水熱合成中に、固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する圧入工程（Ｓ３０）と、圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥する成形工程（Ｓ４０）とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明にかかる珪酸カルシウム成形体の製造方法は、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分から珪酸カルシウム成形体を製造する珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する種晶生成工程（Ｓ２０）と、種晶生成工程の水熱合成中に、固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する圧入工程（Ｓ３０）と、圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥する成形工程（Ｓ４０）とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪酸カルシウム成形体の製造方法および珪酸カルシウム成形体に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、住宅の壁や床の建材として、珪酸カルシウム成形体が用いられている。この珪酸カルシウム成形体には、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、耐腐巧性、寸法安定性、調湿性及び加工性の性能を有することが要求されている。
従来この種の珪酸カルシウム成形体の製造方法としては、１）成形に先立ち珪酸原料と石灰原料を水中煮沸混合し、一旦嵩高い珪酸カルシウムゲル粒子を含むスラリーとなした後、成形し、オートクレーブ養生する方法、２）珪酸カルシウム成形体への成形前に珪酸カルシウム水和物の結晶を造り、成形後直ちに乾燥する方法等がある。
【０００３】
前記１）の場合、珪酸原料としては一般的に非晶質珪酸が採用されている。この方法では、常圧下でゲル化する必要があるので、常圧下でゲル化することが困難である結晶質珪酸は採用できない。そのため、非晶質珪酸よりも安価である結晶質珪酸を採用できないので、原料コストの低減ができないという問題がある。さらに、保温、断熱用途の珪酸カルシウム成形体は、軽量化が要求されている。この軽量化の一定の指標となる嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３以下の珪酸カルシウム成形体を製造する場合は、前記１）の方法では、製造することが困難である。
【０００４】
この嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３以下の珪酸カルシウム成形体を製造する場合は、前記２）の方法が好適である。その際、石灰原料としては、嵩の高いスラリーが有利である。そのため、消石灰粉末を水と混合したスラリーならば、製品嵩密度が大きくなるので、石灰原料として、生石灰を多量の水で湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）を用いる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記２）の方法において、前記の石灰乳を使用した場合は、軽量の成形体の成形は可能であるが、成形後の乾燥工程での収縮が非常に大きいため反りが生じ、商品化できないという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、原料コストの低減を可能とし、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法および珪酸カルシウム成形体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明の珪酸カルシウム成形体の製造方法は、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分から珪酸カルシウム成形体を製造する珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する種晶生成工程と、前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する圧入工程と、前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥する成形工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、結晶質珪酸原料としては、珪石または珪砂等を使用すれば良い。
石灰原料としては、生石灰を多量の水で湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）が、嵩が高いので好適である。
【０００９】
以上において、前記固形分に対して１０〜５０倍重量の水を加えることが好ましく、より好ましくは、加える水の量は１５〜３０倍重量である。
ここで、前記固形分に対して１０倍重量未満の水を加えると、固形分を水に溶解させるのに困難である場合がある。前記固形分に対して５０倍重量を超える水を加えると、固形分収量が少ないので、不適当である。
【００１０】
また、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．６０〜１．２０の範囲内とすることが好ましい。
このようにすれば、耐熱性等を備えた実用的な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００１１】
また、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内とすることが好ましい。
ここで、固形分の組成を上記の範囲内にすると、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を得ることができる。このゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）は、珪酸カルシウム水和物の中でも、一層耐熱性に優れており、断熱保温材としてのみならず、耐火被覆材等の用途にまで使用することができる。
【００１２】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．９５〜１．２０の範囲内とすれば、確実にゾノトライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００１３】
さらに、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．６０〜０．９５の範囲内とすることが好ましい。
ここで、固形分の組成を上記の範囲内にすると、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）を得ることができる。このトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）は、ゾノトライト同様、耐熱性に優れている。
【００１４】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜０．９５の範囲内とすれば、確実にトバモライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００１５】
種晶生成工程は、前述したように、前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する。
この種晶生成工程では、混合・撹拌、水熱合成のために、撹拌式オートクレーブを用いる方法等を採用できる。この種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０〜２３０℃であることが好ましい。ここで、前記種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０℃未満であると、珪酸カルシウム水和物の生成に長時間を要するため実用的でない場合がある。前記種晶生成工程における水熱合成温度は、２３０℃を超えると、飽和水蒸気圧が高くなりすぎ、装置面などにおいて経済的に不利となる場合がある。
【００１６】
また、水熱合成させる時間は、１〜１２時間程度であることが好ましい。水熱合成させる時間が、１時間未満であると、結晶化が十分でない場合がある。水熱合成させる時間が１２時間を超えると、珪酸カルシウム水和物の生成に要するエネルギーが大きすぎて、製造コストが必要以上に、大きくなる場合がある。
【００１７】
圧入工程は、前述したように、前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する。
具体的には、高圧ポンプを用いて、種晶Ａの水熱合成をさせたままの状態で、撹拌式オートクレーブ等の内部にスラリーＢを圧入させ、所定の温度、時間を保持することにより、種晶ＡとスラリーＢを合わせた全量を珪酸カルシウム水和物とする。
【００１８】
ここで、スラリーＢの圧入量が多いほど、珪酸カルシウム水和物の嵩は低くなるが、珪酸カルシウム水和物を成形して得られた成形体の乾燥収縮は小さくなる傾向にある。
また、種晶生成工程で水を加えて得られるスラリーおよび圧入工程のスラリーＢのそれぞれのスラリー中に占める固形分の濃度は同じでなくてもよい。スラリーＢのスラリー中に占める固形分の濃度が高い方が、スラリーＢの圧入後の温度低下が少ないので、エネルギーを有効に活用することができる。さらに、圧入工程のスラリーＢを圧入する前に、常圧下で加温しておいてもよい。
【００１９】
成形工程は、前述したように、前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形する。
ここで、合成終了した前記珪酸カルシウム水和物を成形する際には、補強繊維、ポリマーエマルジョン及び凝集剤を添加してもよい。
【００２０】
この補強繊維としては、例えば、ガラス繊維、パルプ繊維、カーボン繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等を使用すればよく、補給繊維の添加量は、珪酸カルシウム水和物１００重量％に対して固形分１〜１０重量％が好ましく、固形分１重量％未満では補強効果が小さく、固形分１０重量％を越えれば、繊維が塊状になり易く均一に分散されないため、逆に強度を低下させるおそれがある。
【００２１】
ポリマーエマルジョンとしては、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用すればよく、ポリマーエマルジョンの添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分５〜３０重量％が好ましく、固形分３０重量％を越えれば、珪酸カルシウム成形体の不燃性が損なわれる。
【００２２】
凝集剤としては、ポリアクリルアミド系のカチオン高分子凝集剤等が挙げられる。また、必要に応じて硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等の無機系の凝集剤を併用してもよい。凝集剤の添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分０．１〜５重量％添加するのが好ましく、凝集剤の添加量が固形分０．１重量％未満ではポリマーエマルジョンの珪酸カルシウム水和物及び補強繊維への定着が悪くなり、固形分５重量％を越えると珪酸カルシウム水和物の流動性が失われ、珪酸カルシウム水和物中の補強材の均一な分散・混合及びプレス型枠への投入が困難となる。
【００２３】
珪酸カルシウム成形体の成形方法は、珪酸カルシウム水和物に各種補強材を添加、混合してプレス型枠に投入充填した後、脱水加圧するプレス成形法によればよい。その他にも、珪酸カルシウム成形体の使用目的及び用途に応じて押出成形法や抄造成形法を適用することができる。また、珪酸カルシウム成形体の乾燥温度は１００〜１８０℃であり、好ましくは１０５〜１６０℃である。
【００２４】
このような本発明によれば、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、珪酸原料として結晶質珪酸原料を使用していることにより、結晶質珪酸原料は、今まで一般的に用いられてきた非晶質珪酸原料よりも安価であるので、原料コストの削減を可能とすることができる。
また、種晶生成工程と、圧入工程とを備えることにより、成形後の乾燥収縮が少ないので、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法とすることができる。
【００２５】
本発明の珪酸カルシウム成形体は、前述の珪酸カルシウム成形体の製造方法によって得られたことを特徴とする。
このような本発明によれば、前述と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る珪酸カルシウム成形体の製造方法のフローチャートが示されている。珪酸カルシウム成形体の製造方法は、準備工程（Ｓ１０）と、種晶生成工程（Ｓ２０）と、圧入工程（Ｓ３０）と、成形工程（Ｓ４０）とを備えている。
【００２７】
準備工程（Ｓ１０）は、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分を固形分全体の５０〜８０重量％と２０〜５０重量％とに分割する。具体的には以下の通りである。
【００２８】
まず、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分を用意する（Ｓ１１）。ここで、結晶質珪酸原料としては、珪石または珪砂等を使用する。石灰原料としては、生石灰を多量の水で湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）を使用する。
また、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜１．２０の範囲内である。このようにすれば、耐熱性等を備えた実用的な珪酸カルシウム水和物を得ることができる。
【００２９】
ここで、得ようとする珪酸カルシウム水和物がゾノトライトであるから、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内とする。ここで、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）は、珪酸カルシウム水和物の中でも、一層耐熱性に優れており、断熱保温材としてのみならず、耐火被覆材等の用途にまで使用することができる。
【００３０】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．９５〜１．２０の範囲内とすれば、確実にゾノトライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム水和物を得ることができる。
そして、この固形分の固形分全体の５０〜８０重量％（Ｓ１２）と２０〜５０重量％（Ｓ１３）とに分割する。
【００３１】
次に、種晶生成工程（Ｓ２０）は、前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する。具体的には以下の通りである。
まず、前記５０〜８０重量％に分割した固形分に対して１０〜５０倍重量の水を加える。より好ましくは、加える水の量は１５〜３０倍重量である（Ｓ２１）。
ここで、前記固形分に対して１０倍重量未満の水を加えると、固形分を水に溶解させるのに困難である場合がある。前記固形分に対して５０倍重量を超える水を加えると、固形分収量が少ないので、不適当である。
【００３２】
この種晶生成工程では、混合・撹拌、水熱合成のために、撹拌式オートクレーブを用いる方法等を使用している。
次に、１０〜５０倍重量の水を加えた固形分を撹拌式オートクレーブ内で、混合・撹拌してスラリーとする（Ｓ２２）。
その後、撹拌式オートクレーブ内でスラリーの混合・撹拌を行いながら、加温することにより水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する（Ｓ２３）。
【００３３】
この種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０〜２３０℃であることが好ましい。ここで、前記種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０℃未満であると、珪酸カルシウム水和物の生成に長時間を要するため実用的でない場合がある。この水熱合成温度は、２３０℃を超えると、飽和水蒸気圧が高くなりすぎ、装置面などにおいて経済的に不利となる場合がある。
【００３４】
また、水熱合成させる時間は、１〜１２時間程度であることが好ましい。水熱合成させる時間が、１時間未満であると、結晶化が十分でない場合がある。水熱合成させる時間が１２時間を超えると、珪酸カルシウム水和物の生成に要するエネルギーが大きすぎて、製造コストが必要以上に、大きくなる場合がある。
【００３５】
圧入工程（Ｓ３０）は、前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する。具体的には以下の通りである。
【００３６】
まず、前記２０〜５０重量％に分割した固形分に対して、（Ｓ２１）と同様にして、１０〜５０倍重量の水を加える。より好ましくは、加える水の量は１５〜３０倍重量である（Ｓ３１）。
次に、種晶生成工程で用いている撹拌式オートクレーブとは、別の装置で、１０〜５０倍重量の水を加えた固形分を混合・撹拌し、懸濁させてスラリーＢを得る（Ｓ３２）。
その後、高圧ポンプを用いて、種晶Ａの水熱合成をさせたままの状態で、撹拌式オートクレーブ内部にスラリーＢを圧入する（Ｓ３３）。
【００３７】
ここで、スラリーＢの圧入量が多いほど、珪酸カルシウム水和物の嵩は低くなるが、珪酸カルシウム水和物を成形して得られた成形体の乾燥収縮は小さくなる傾向にある。
【００３８】
また、種晶生成工程で水を加えて得られるスラリー、および圧入工程のスラリーＢのそれぞれの固形分の濃度は同じでなくてもよい。
ここで、スラリーＢのスラリー中に占める固形分の濃度が高い方が、スラリーＢの圧入後の温度低下が少ないので、エネルギーを有効に活用することができる。さらに、圧入工程のスラリーＢを圧入する前に、常圧下で加温しておいてもよい。
【００３９】
以上の水熱合成の前述した所定の温度、時間を保持することにより、種晶ＡとスラリーＢを合わせた全量が珪酸カルシウム水和物となる（Ｓ３４）。
【００４０】
成形工程（Ｓ４０）は、前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥して珪酸カルシウム成形体を得るものである。具体的には、以下の通りである。
なお、珪酸カルシウム水和物の固形分の成分分析を適宜行ってもよい。成分分析の方法としては、粉末Ｘ線回折等が挙げられる。本実施形態では、珪酸カルシウム水和物の固形分の成分分析を粉末Ｘ線回折により行ったところ、ゾノトライトであることが同定できた。
【００４１】
珪酸カルシウム水和物の固形分１００重量％に対して、補強繊維を添加し（Ｓ４１）、攪拌・混合する（Ｓ４２）。
ここで、補強繊維としては、例えば、ガラス繊維、パルプ繊維、カーボン繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等を使用すればよく、補給繊維の添加量は、珪酸カルシウム水和物１００重量％に対して固形分１〜１０重量％が好ましく、固形分１重量％未満では補強効果が小さく、固形分１０重量％を越えれば、繊維が塊状になり易く均一に分散されないため、逆に強度を低下させるおそれがある。
【００４２】
攪拌・混合後、珪酸カルシウム水和物の固形分を２５０ｍｍ×２５０ｍｍの型枠に流し込んで目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３として、脱水プレス成形する（Ｓ４３）。この後、温度１２０℃で１３時間乾燥させて珪酸カルシウム成形体を得る（Ｓ４４）。この時、乾燥前に標線を珪酸カルシウム成形体に引いておき、乾燥後の収縮率を測定する。
【００４３】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、しかも、珪酸原料として結晶質珪酸原料を使用していることにより、結晶質珪酸原料は、今まで一般的に用いられてきた非晶質珪酸原料よりも安価であるので、原料コストの削減を可能とすることができる。
【００４４】
（２）種晶生成工程（Ｓ２０）と、圧入工程（Ｓ３０）とを備えることにより、成形後の乾燥収縮が少ないので、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法とすることができる。
【００４５】
なお、本発明は前記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、得ようとする珪酸カルシウム水和物がゾノトライトであり、固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内としていたが、これに限られず、この他にも、得ようとする珪酸カルシウム水和物がトバモライトである場合には、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜０．９５の範囲内とする。ここで、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）は、ゾノトライト同様、耐熱性に優れている。
【００４６】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜０．９５の範囲内とすれば、トバモライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００４７】
また、前記一実施形態では、珪酸カルシウム水和物の固形分１００重量％に対して、補強繊維を添加していた（Ｓ４１）が、これに限られず、ポリマーエマルジョンや凝集剤等を添加してもよい。
ポリマーエマルジョンとしては、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用すればよい。
ポリマーエマルジョンの添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分５〜３０重量％が好ましく、固形分３０重量％を越えれば、珪酸カルシウム成形体の不燃性が損なわれる。
【００４８】
凝集剤としては、ポリアクリルアミド系のカチオン高分子凝集剤等が挙げられる。また、必要に応じて硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等の無機系の凝集剤を併用してもよい。
凝集剤の添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分０．１〜５重量％添加するのが好ましく、凝集剤の添加量が固形分０．１重量％未満ではポリマーエマルジョンの珪酸カルシウム水和物及び補強繊維への定着が悪くなり、固形分５重量％を越えると珪酸カルシウム水和物の流動性が失われ、珪酸カルシウム水和物中の補強材の均一な分散・混合及びプレス型枠への投入が困難となる。
その他、本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
［実施例１］
前記実施形態において、具体的条件を下記の通りとして珪酸カルシウム水和物および珪酸カルシウム成形体を得た。
【００５０】
結晶質珪酸原料としては、珪石粉末（ＳｉＯ２：９７．４％）を使用した。石灰原料としては、生石灰を温水で消化した石灰乳を使用した。原料の固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１．０になるように珪石粉末と石灰乳を配合した。
【００５１】
種晶生成工程に用いる固形分として、原料固形分１００重量％のうち、固形分の８０重量％を分割して、この固形分に２５重量倍の水を加えて混合・攪拌しスラリーを調整した。続いて、このスラリーを攪拌式オートクレーブ中で、攪拌数１００ｒｐｍで攪拌しながら２０５℃で２．５時間保持し、種晶Ａを得る。
【００５２】
圧入工程に用いる固形分として、前記原料固形分の残り２０重量％に２０重量倍の水を加えて混合・攪拌しスラリーＢを調整した。その後、高圧ポンプにより攪拌式オートクレーブ内に圧入した。スラリーＢを種晶Ａに圧入後、２０５℃で１．５時間保持後、降温し、珪酸カルシウム水和物のスラリーを得た。
【００５３】
以上のようにして合成した珪酸カルシウム水和物を真空濾過後、温度１１０℃で１２時間乾燥させた生成物について、粉末Ｘ線回折により測定したところ、ゾノトライトであることが同定できた。
【００５４】
次に、前記珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して、Ｅガラス繊維固形分４重量％を添加し、攪拌混合した後、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの型枠に流し込んで目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３に脱水プレス成形し、この後、温度１２０℃で１３時間乾燥させて珪酸カルシウム成形体を得た。この時、乾燥前に標線を成形体に引いておき、乾燥後の収縮率を測定した。
【００５５】
［実施例２］
実施例２における種晶生成工程に用いる固形分としては固形分の６５重量％とし、圧入工程に用いる固形分としては３５重量％とした以外は、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体を得た。
なお、粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物はゾノトライトであった。
【００５６】
［実施例３］
実施例３における種晶生成工程に用いる固形分としては固形分の５０重量％とし、圧入工程に用いる固形分としては５０重量％とした以外は、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体を得た。
なお、粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物はゾノトライトであった。
【００５７】
［比較例１］
比較例１における種晶生成工程に用いる固形分としては固形分の３５重量％とし、圧入工程に用いる固形分としては６５重量％とした以外は、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体を得た。
しかしながら、珪酸カルシウム水和物スラリーの嵩が低く、目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３ではハンドリングできず、目標嵩密度１７０ｋｇ／ｍ３として珪酸カルシウム成形体を得た。
粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物は、ゾノトライトとＣＳＨ（非晶質ケイ酸カルシウム水和物：ケイ酸カルシウム水和物が水和反応する際に生成する中間体、準結晶）が混在していた。
【００５８】
［比較例２］
比較例２では、実施例１と同様の成分である原料固形分１００重量％を２５重量倍の水に混合攪拌しスラリーを調整した。続いて、このスラリーを攪拌式オートクレーブ中で、攪拌数１００ｒｐｍで攪拌しながら２０５℃で４．０時間保持した。保持後、降温し珪酸カルシウム水和物のスラリーを得た。
次に、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体の成形を行い、乾燥を行ったが乾燥収縮が大きいため、成形体は得られなかった。
粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物はゾノトライトであった。
【００５９】
［比較例３］
比較例３では、珪石粉末（ＳｉＯ２：９７．４％）と消石灰粉末（７３．５％）とをＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１．０になるように配合し原料固形分を用意した。この原料固形分１００重量％に対して、２５重量倍の水を加えて原料スラリーを調整した。
続いて、この原料スラリーを攪拌式オートクレーブ中で、攪拌数１００ｒｐｍで攪拌しながら２０５℃で４．０時間保持した。保持後、降温し珪酸カルシウム水和物スラリーを得た。
【００６０】
次に、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム水和物スラリーを脱水プレス成形したが、珪酸カルシウム水和物スラリーの嵩が低く、目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３ではハンドリングできず、目標嵩密度２００ｋｇ／ｍ３として珪酸カルシウム成形体を得た。
粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物は、ゾノトライトであった。
【００６１】
実施例１〜３及び比較例１、３の各成形体について、嵩密度、曲げ強度、比強度、乾燥収縮率、珪酸カルシウム水和物の成分を測定または評価した。
なお、嵩密度（ｋｇ／ｍ３）は、珪酸カルシウム成形体の試験体の絶乾重量（ｋｇ）／試験体の体積（ｍ３）により算出した。
曲げ強度（Ｎ／ｃｍ２）は、ＪＩＳ Ａ１４０８に準拠した方法により測定した。
【００６２】
比強度は、曲げ強度／（嵩密度）２×１０００より算出した。
乾燥収縮率は、乾燥前の珪酸カルシウム成形体の標線の長さをＬ１、乾燥後の珪酸カルシウム成形体の標線の長さをＬ２とし、式（１）によって求めた。
乾燥収縮率（％）＝（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１×１００・・・・（１）
各実施例、比較例の製造条件、評価結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
乾燥収縮率の面では、実施例１〜３と、比較例１を比較すると、実施例１〜３のほうが乾燥収縮率が小さいことがわかる。従って、乾燥収縮率の面で、実施例１〜３のほうが優れていることがわかる。なお、比較例２は、反りが生じ、実施例１〜３とは、比較できない程、乾燥収縮率が大きかった。比較例３は、乾燥収縮率が小さく、乾燥収縮率の面では優れていることがわかる。
【００６５】
嵩密度の面では、実施例１〜３と比較例１〜３とを比較すると、軽量化の一定の指標となる嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３を、実施例１〜３は、略満足している。しかし、比較例１〜３は、大幅に嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３を上回っている。従って、比較例１〜３の方法では、軽量化を進めることが難しいことがわかる。
【００６６】
曲げ強度および比強度の面では、特に比強度では、実施例１〜３は、比較例１〜３を上回っており、軽量化を実現しつつ、強度を保持していることがわかる。さらに、各実施例、比較例の珪酸カルシウム水和物の成分分析によれば、比較例１で、ゾノトライト以外のＣＳＨ（非晶質ケイ酸カルシウム水和物：ケイ酸カルシウム水和物が水和反応する際に生成する中間体、準結晶）が混在していた。従って、比較例１の条件では、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム水和物を得ることができないことがわかる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、珪酸原料として結晶質珪酸原料を使用していることにより、結晶質珪酸原料は、今まで一般的に用いられてきた非晶質珪酸原料よりも安価であるので、原料コストの削減を可能とすることができる。
また、種晶生成工程と、圧入工程とを備えることにより、成形後の乾燥収縮が少ないので、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る珪酸カルシウム成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｓ２０ 種晶生成工程
Ｓ３０ 圧入工程
Ｓ４０ 成形工程
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪酸カルシウム成形体の製造方法および珪酸カルシウム成形体に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、住宅の壁や床の建材として、珪酸カルシウム成形体が用いられている。この珪酸カルシウム成形体には、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、耐腐巧性、寸法安定性、調湿性及び加工性の性能を有することが要求されている。
従来この種の珪酸カルシウム成形体の製造方法としては、１）成形に先立ち珪酸原料と石灰原料を水中煮沸混合し、一旦嵩高い珪酸カルシウムゲル粒子を含むスラリーとなした後、成形し、オートクレーブ養生する方法、２）珪酸カルシウム成形体への成形前に珪酸カルシウム水和物の結晶を造り、成形後直ちに乾燥する方法等がある。
【０００３】
前記１）の場合、珪酸原料としては一般的に非晶質珪酸が採用されている。この方法では、常圧下でゲル化する必要があるので、常圧下でゲル化することが困難である結晶質珪酸は採用できない。そのため、非晶質珪酸よりも安価である結晶質珪酸を採用できないので、原料コストの低減ができないという問題がある。さらに、保温、断熱用途の珪酸カルシウム成形体は、軽量化が要求されている。この軽量化の一定の指標となる嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３以下の珪酸カルシウム成形体を製造する場合は、前記１）の方法では、製造することが困難である。
【０００４】
この嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３以下の珪酸カルシウム成形体を製造する場合は、前記２）の方法が好適である。その際、石灰原料としては、嵩の高いスラリーが有利である。そのため、消石灰粉末を水と混合したスラリーならば、製品嵩密度が大きくなるので、石灰原料として、生石灰を多量の水で湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）を用いる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記２）の方法において、前記の石灰乳を使用した場合は、軽量の成形体の成形は可能であるが、成形後の乾燥工程での収縮が非常に大きいため反りが生じ、商品化できないという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、原料コストの低減を可能とし、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法および珪酸カルシウム成形体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明の珪酸カルシウム成形体の製造方法は、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分から珪酸カルシウム成形体を製造する珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する種晶生成工程と、前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する圧入工程と、前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥する成形工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、結晶質珪酸原料としては、珪石または珪砂等を使用すれば良い。
石灰原料としては、生石灰を多量の水で湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）が、嵩が高いので好適である。
【０００９】
以上において、前記固形分に対して１０〜５０倍重量の水を加えることが好ましく、より好ましくは、加える水の量は１５〜３０倍重量である。
ここで、前記固形分に対して１０倍重量未満の水を加えると、固形分を水に溶解させるのに困難である場合がある。前記固形分に対して５０倍重量を超える水を加えると、固形分収量が少ないので、不適当である。
【００１０】
また、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．６０〜１．２０の範囲内とすることが好ましい。
このようにすれば、耐熱性等を備えた実用的な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００１１】
また、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内とすることが好ましい。
ここで、固形分の組成を上記の範囲内にすると、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を得ることができる。このゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）は、珪酸カルシウム水和物の中でも、一層耐熱性に優れており、断熱保温材としてのみならず、耐火被覆材等の用途にまで使用することができる。
【００１２】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．９５〜１．２０の範囲内とすれば、確実にゾノトライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００１３】
さらに、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．６０〜０．９５の範囲内とすることが好ましい。
ここで、固形分の組成を上記の範囲内にすると、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）を得ることができる。このトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）は、ゾノトライト同様、耐熱性に優れている。
【００１４】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜０．９５の範囲内とすれば、確実にトバモライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００１５】
種晶生成工程は、前述したように、前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する。
この種晶生成工程では、混合・撹拌、水熱合成のために、撹拌式オートクレーブを用いる方法等を採用できる。この種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０〜２３０℃であることが好ましい。ここで、前記種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０℃未満であると、珪酸カルシウム水和物の生成に長時間を要するため実用的でない場合がある。前記種晶生成工程における水熱合成温度は、２３０℃を超えると、飽和水蒸気圧が高くなりすぎ、装置面などにおいて経済的に不利となる場合がある。
【００１６】
また、水熱合成させる時間は、１〜１２時間程度であることが好ましい。水熱合成させる時間が、１時間未満であると、結晶化が十分でない場合がある。水熱合成させる時間が１２時間を超えると、珪酸カルシウム水和物の生成に要するエネルギーが大きすぎて、製造コストが必要以上に、大きくなる場合がある。
【００１７】
圧入工程は、前述したように、前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する。
具体的には、高圧ポンプを用いて、種晶Ａの水熱合成をさせたままの状態で、撹拌式オートクレーブ等の内部にスラリーＢを圧入させ、所定の温度、時間を保持することにより、種晶ＡとスラリーＢを合わせた全量を珪酸カルシウム水和物とする。
【００１８】
ここで、スラリーＢの圧入量が多いほど、珪酸カルシウム水和物の嵩は低くなるが、珪酸カルシウム水和物を成形して得られた成形体の乾燥収縮は小さくなる傾向にある。
また、種晶生成工程で水を加えて得られるスラリーおよび圧入工程のスラリーＢのそれぞれのスラリー中に占める固形分の濃度は同じでなくてもよい。スラリーＢのスラリー中に占める固形分の濃度が高い方が、スラリーＢの圧入後の温度低下が少ないので、エネルギーを有効に活用することができる。さらに、圧入工程のスラリーＢを圧入する前に、常圧下で加温しておいてもよい。
【００１９】
成形工程は、前述したように、前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形する。
ここで、合成終了した前記珪酸カルシウム水和物を成形する際には、補強繊維、ポリマーエマルジョン及び凝集剤を添加してもよい。
【００２０】
この補強繊維としては、例えば、ガラス繊維、パルプ繊維、カーボン繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等を使用すればよく、補給繊維の添加量は、珪酸カルシウム水和物１００重量％に対して固形分１〜１０重量％が好ましく、固形分１重量％未満では補強効果が小さく、固形分１０重量％を越えれば、繊維が塊状になり易く均一に分散されないため、逆に強度を低下させるおそれがある。
【００２１】
ポリマーエマルジョンとしては、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用すればよく、ポリマーエマルジョンの添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分５〜３０重量％が好ましく、固形分３０重量％を越えれば、珪酸カルシウム成形体の不燃性が損なわれる。
【００２２】
凝集剤としては、ポリアクリルアミド系のカチオン高分子凝集剤等が挙げられる。また、必要に応じて硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等の無機系の凝集剤を併用してもよい。凝集剤の添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分０．１〜５重量％添加するのが好ましく、凝集剤の添加量が固形分０．１重量％未満ではポリマーエマルジョンの珪酸カルシウム水和物及び補強繊維への定着が悪くなり、固形分５重量％を越えると珪酸カルシウム水和物の流動性が失われ、珪酸カルシウム水和物中の補強材の均一な分散・混合及びプレス型枠への投入が困難となる。
【００２３】
珪酸カルシウム成形体の成形方法は、珪酸カルシウム水和物に各種補強材を添加、混合してプレス型枠に投入充填した後、脱水加圧するプレス成形法によればよい。その他にも、珪酸カルシウム成形体の使用目的及び用途に応じて押出成形法や抄造成形法を適用することができる。また、珪酸カルシウム成形体の乾燥温度は１００〜１８０℃であり、好ましくは１０５〜１６０℃である。
【００２４】
このような本発明によれば、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、珪酸原料として結晶質珪酸原料を使用していることにより、結晶質珪酸原料は、今まで一般的に用いられてきた非晶質珪酸原料よりも安価であるので、原料コストの削減を可能とすることができる。
また、種晶生成工程と、圧入工程とを備えることにより、成形後の乾燥収縮が少ないので、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法とすることができる。
【００２５】
本発明の珪酸カルシウム成形体は、前述の珪酸カルシウム成形体の製造方法によって得られたことを特徴とする。
このような本発明によれば、前述と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る珪酸カルシウム成形体の製造方法のフローチャートが示されている。珪酸カルシウム成形体の製造方法は、準備工程（Ｓ１０）と、種晶生成工程（Ｓ２０）と、圧入工程（Ｓ３０）と、成形工程（Ｓ４０）とを備えている。
【００２７】
準備工程（Ｓ１０）は、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分を固形分全体の５０〜８０重量％と２０〜５０重量％とに分割する。具体的には以下の通りである。
【００２８】
まず、結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分を用意する（Ｓ１１）。ここで、結晶質珪酸原料としては、珪石または珪砂等を使用する。石灰原料としては、生石灰を多量の水で湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）を使用する。
また、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜１．２０の範囲内である。このようにすれば、耐熱性等を備えた実用的な珪酸カルシウム水和物を得ることができる。
【００２９】
ここで、得ようとする珪酸カルシウム水和物がゾノトライトであるから、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内とする。ここで、ゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）は、珪酸カルシウム水和物の中でも、一層耐熱性に優れており、断熱保温材としてのみならず、耐火被覆材等の用途にまで使用することができる。
【００３０】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．９５〜１．２０の範囲内とすれば、確実にゾノトライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム水和物を得ることができる。
そして、この固形分の固形分全体の５０〜８０重量％（Ｓ１２）と２０〜５０重量％（Ｓ１３）とに分割する。
【００３１】
次に、種晶生成工程（Ｓ２０）は、前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する。具体的には以下の通りである。
まず、前記５０〜８０重量％に分割した固形分に対して１０〜５０倍重量の水を加える。より好ましくは、加える水の量は１５〜３０倍重量である（Ｓ２１）。
ここで、前記固形分に対して１０倍重量未満の水を加えると、固形分を水に溶解させるのに困難である場合がある。前記固形分に対して５０倍重量を超える水を加えると、固形分収量が少ないので、不適当である。
【００３２】
この種晶生成工程では、混合・撹拌、水熱合成のために、撹拌式オートクレーブを用いる方法等を使用している。
次に、１０〜５０倍重量の水を加えた固形分を撹拌式オートクレーブ内で、混合・撹拌してスラリーとする（Ｓ２２）。
その後、撹拌式オートクレーブ内でスラリーの混合・撹拌を行いながら、加温することにより水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する（Ｓ２３）。
【００３３】
この種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０〜２３０℃であることが好ましい。ここで、前記種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０℃未満であると、珪酸カルシウム水和物の生成に長時間を要するため実用的でない場合がある。この水熱合成温度は、２３０℃を超えると、飽和水蒸気圧が高くなりすぎ、装置面などにおいて経済的に不利となる場合がある。
【００３４】
また、水熱合成させる時間は、１〜１２時間程度であることが好ましい。水熱合成させる時間が、１時間未満であると、結晶化が十分でない場合がある。水熱合成させる時間が１２時間を超えると、珪酸カルシウム水和物の生成に要するエネルギーが大きすぎて、製造コストが必要以上に、大きくなる場合がある。
【００３５】
圧入工程（Ｓ３０）は、前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する。具体的には以下の通りである。
【００３６】
まず、前記２０〜５０重量％に分割した固形分に対して、（Ｓ２１）と同様にして、１０〜５０倍重量の水を加える。より好ましくは、加える水の量は１５〜３０倍重量である（Ｓ３１）。
次に、種晶生成工程で用いている撹拌式オートクレーブとは、別の装置で、１０〜５０倍重量の水を加えた固形分を混合・撹拌し、懸濁させてスラリーＢを得る（Ｓ３２）。
その後、高圧ポンプを用いて、種晶Ａの水熱合成をさせたままの状態で、撹拌式オートクレーブ内部にスラリーＢを圧入する（Ｓ３３）。
【００３７】
ここで、スラリーＢの圧入量が多いほど、珪酸カルシウム水和物の嵩は低くなるが、珪酸カルシウム水和物を成形して得られた成形体の乾燥収縮は小さくなる傾向にある。
【００３８】
また、種晶生成工程で水を加えて得られるスラリー、および圧入工程のスラリーＢのそれぞれの固形分の濃度は同じでなくてもよい。
ここで、スラリーＢのスラリー中に占める固形分の濃度が高い方が、スラリーＢの圧入後の温度低下が少ないので、エネルギーを有効に活用することができる。さらに、圧入工程のスラリーＢを圧入する前に、常圧下で加温しておいてもよい。
【００３９】
以上の水熱合成の前述した所定の温度、時間を保持することにより、種晶ＡとスラリーＢを合わせた全量が珪酸カルシウム水和物となる（Ｓ３４）。
【００４０】
成形工程（Ｓ４０）は、前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥して珪酸カルシウム成形体を得るものである。具体的には、以下の通りである。
なお、珪酸カルシウム水和物の固形分の成分分析を適宜行ってもよい。成分分析の方法としては、粉末Ｘ線回折等が挙げられる。本実施形態では、珪酸カルシウム水和物の固形分の成分分析を粉末Ｘ線回折により行ったところ、ゾノトライトであることが同定できた。
【００４１】
珪酸カルシウム水和物の固形分１００重量％に対して、補強繊維を添加し（Ｓ４１）、攪拌・混合する（Ｓ４２）。
ここで、補強繊維としては、例えば、ガラス繊維、パルプ繊維、カーボン繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等を使用すればよく、補給繊維の添加量は、珪酸カルシウム水和物１００重量％に対して固形分１〜１０重量％が好ましく、固形分１重量％未満では補強効果が小さく、固形分１０重量％を越えれば、繊維が塊状になり易く均一に分散されないため、逆に強度を低下させるおそれがある。
【００４２】
攪拌・混合後、珪酸カルシウム水和物の固形分を２５０ｍｍ×２５０ｍｍの型枠に流し込んで目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３として、脱水プレス成形する（Ｓ４３）。この後、温度１２０℃で１３時間乾燥させて珪酸カルシウム成形体を得る（Ｓ４４）。この時、乾燥前に標線を珪酸カルシウム成形体に引いておき、乾燥後の収縮率を測定する。
【００４３】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、しかも、珪酸原料として結晶質珪酸原料を使用していることにより、結晶質珪酸原料は、今まで一般的に用いられてきた非晶質珪酸原料よりも安価であるので、原料コストの削減を可能とすることができる。
【００４４】
（２）種晶生成工程（Ｓ２０）と、圧入工程（Ｓ３０）とを備えることにより、成形後の乾燥収縮が少ないので、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法とすることができる。
【００４５】
なお、本発明は前記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、得ようとする珪酸カルシウム水和物がゾノトライトであり、固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内としていたが、これに限られず、この他にも、得ようとする珪酸カルシウム水和物がトバモライトである場合には、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜０．９５の範囲内とする。ここで、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）は、ゾノトライト同様、耐熱性に優れている。
【００４６】
従って、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が、０．６０〜０．９５の範囲内とすれば、トバモライトを得ることができ、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム成形体を得ることができる。
【００４７】
また、前記一実施形態では、珪酸カルシウム水和物の固形分１００重量％に対して、補強繊維を添加していた（Ｓ４１）が、これに限られず、ポリマーエマルジョンや凝集剤等を添加してもよい。
ポリマーエマルジョンとしては、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用すればよい。
ポリマーエマルジョンの添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分５〜３０重量％が好ましく、固形分３０重量％を越えれば、珪酸カルシウム成形体の不燃性が損なわれる。
【００４８】
凝集剤としては、ポリアクリルアミド系のカチオン高分子凝集剤等が挙げられる。また、必要に応じて硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等の無機系の凝集剤を併用してもよい。
凝集剤の添加量は、珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して固形分０．１〜５重量％添加するのが好ましく、凝集剤の添加量が固形分０．１重量％未満ではポリマーエマルジョンの珪酸カルシウム水和物及び補強繊維への定着が悪くなり、固形分５重量％を越えると珪酸カルシウム水和物の流動性が失われ、珪酸カルシウム水和物中の補強材の均一な分散・混合及びプレス型枠への投入が困難となる。
その他、本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
［実施例１］
前記実施形態において、具体的条件を下記の通りとして珪酸カルシウム水和物および珪酸カルシウム成形体を得た。
【００５０】
結晶質珪酸原料としては、珪石粉末（ＳｉＯ２：９７．４％）を使用した。石灰原料としては、生石灰を温水で消化した石灰乳を使用した。原料の固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１．０になるように珪石粉末と石灰乳を配合した。
【００５１】
種晶生成工程に用いる固形分として、原料固形分１００重量％のうち、固形分の８０重量％を分割して、この固形分に２５重量倍の水を加えて混合・攪拌しスラリーを調整した。続いて、このスラリーを攪拌式オートクレーブ中で、攪拌数１００ｒｐｍで攪拌しながら２０５℃で２．５時間保持し、種晶Ａを得る。
【００５２】
圧入工程に用いる固形分として、前記原料固形分の残り２０重量％に２０重量倍の水を加えて混合・攪拌しスラリーＢを調整した。その後、高圧ポンプにより攪拌式オートクレーブ内に圧入した。スラリーＢを種晶Ａに圧入後、２０５℃で１．５時間保持後、降温し、珪酸カルシウム水和物のスラリーを得た。
【００５３】
以上のようにして合成した珪酸カルシウム水和物を真空濾過後、温度１１０℃で１２時間乾燥させた生成物について、粉末Ｘ線回折により測定したところ、ゾノトライトであることが同定できた。
【００５４】
次に、前記珪酸カルシウム水和物固形分１００重量％に対して、Ｅガラス繊維固形分４重量％を添加し、攪拌混合した後、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの型枠に流し込んで目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３に脱水プレス成形し、この後、温度１２０℃で１３時間乾燥させて珪酸カルシウム成形体を得た。この時、乾燥前に標線を成形体に引いておき、乾燥後の収縮率を測定した。
【００５５】
［実施例２］
実施例２における種晶生成工程に用いる固形分としては固形分の６５重量％とし、圧入工程に用いる固形分としては３５重量％とした以外は、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体を得た。
なお、粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物はゾノトライトであった。
【００５６】
［実施例３］
実施例３における種晶生成工程に用いる固形分としては固形分の５０重量％とし、圧入工程に用いる固形分としては５０重量％とした以外は、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体を得た。
なお、粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物はゾノトライトであった。
【００５７】
［比較例１］
比較例１における種晶生成工程に用いる固形分としては固形分の３５重量％とし、圧入工程に用いる固形分としては６５重量％とした以外は、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体を得た。
しかしながら、珪酸カルシウム水和物スラリーの嵩が低く、目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３ではハンドリングできず、目標嵩密度１７０ｋｇ／ｍ３として珪酸カルシウム成形体を得た。
粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物は、ゾノトライトとＣＳＨ（非晶質ケイ酸カルシウム水和物：ケイ酸カルシウム水和物が水和反応する際に生成する中間体、準結晶）が混在していた。
【００５８】
［比較例２］
比較例２では、実施例１と同様の成分である原料固形分１００重量％を２５重量倍の水に混合攪拌しスラリーを調整した。続いて、このスラリーを攪拌式オートクレーブ中で、攪拌数１００ｒｐｍで攪拌しながら２０５℃で４．０時間保持した。保持後、降温し珪酸カルシウム水和物のスラリーを得た。
次に、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム成形体の成形を行い、乾燥を行ったが乾燥収縮が大きいため、成形体は得られなかった。
粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物はゾノトライトであった。
【００５９】
［比較例３］
比較例３では、珪石粉末（ＳｉＯ２：９７．４％）と消石灰粉末（７３．５％）とをＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１．０になるように配合し原料固形分を用意した。この原料固形分１００重量％に対して、２５重量倍の水を加えて原料スラリーを調整した。
続いて、この原料スラリーを攪拌式オートクレーブ中で、攪拌数１００ｒｐｍで攪拌しながら２０５℃で４．０時間保持した。保持後、降温し珪酸カルシウム水和物スラリーを得た。
【００６０】
次に、実施例１と同様の方法により珪酸カルシウム水和物スラリーを脱水プレス成形したが、珪酸カルシウム水和物スラリーの嵩が低く、目標嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３ではハンドリングできず、目標嵩密度２００ｋｇ／ｍ３として珪酸カルシウム成形体を得た。
粉末Ｘ線回折の結果、合成された珪酸カルシウム水和物は、ゾノトライトであった。
【００６１】
実施例１〜３及び比較例１、３の各成形体について、嵩密度、曲げ強度、比強度、乾燥収縮率、珪酸カルシウム水和物の成分を測定または評価した。
なお、嵩密度（ｋｇ／ｍ３）は、珪酸カルシウム成形体の試験体の絶乾重量（ｋｇ）／試験体の体積（ｍ３）により算出した。
曲げ強度（Ｎ／ｃｍ２）は、ＪＩＳ Ａ１４０８に準拠した方法により測定した。
【００６２】
比強度は、曲げ強度／（嵩密度）２×１０００より算出した。
乾燥収縮率は、乾燥前の珪酸カルシウム成形体の標線の長さをＬ１、乾燥後の珪酸カルシウム成形体の標線の長さをＬ２とし、式（１）によって求めた。
乾燥収縮率（％）＝（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ１×１００・・・・（１）
各実施例、比較例の製造条件、評価結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
乾燥収縮率の面では、実施例１〜３と、比較例１を比較すると、実施例１〜３のほうが乾燥収縮率が小さいことがわかる。従って、乾燥収縮率の面で、実施例１〜３のほうが優れていることがわかる。なお、比較例２は、反りが生じ、実施例１〜３とは、比較できない程、乾燥収縮率が大きかった。比較例３は、乾燥収縮率が小さく、乾燥収縮率の面では優れていることがわかる。
【００６５】
嵩密度の面では、実施例１〜３と比較例１〜３とを比較すると、軽量化の一定の指標となる嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３を、実施例１〜３は、略満足している。しかし、比較例１〜３は、大幅に嵩密度１３０ｋｇ／ｍ３を上回っている。従って、比較例１〜３の方法では、軽量化を進めることが難しいことがわかる。
【００６６】
曲げ強度および比強度の面では、特に比強度では、実施例１〜３は、比較例１〜３を上回っており、軽量化を実現しつつ、強度を保持していることがわかる。さらに、各実施例、比較例の珪酸カルシウム水和物の成分分析によれば、比較例１で、ゾノトライト以外のＣＳＨ（非晶質ケイ酸カルシウム水和物：ケイ酸カルシウム水和物が水和反応する際に生成する中間体、準結晶）が混在していた。従って、比較例１の条件では、耐火被覆材等、高熱を遮断する用途に好適な珪酸カルシウム水和物を得ることができないことがわかる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量、高強度、不燃性、耐熱性、断熱性、耐腐巧性、調湿性、加工性の性能を有しつつ、珪酸原料として結晶質珪酸原料を使用していることにより、結晶質珪酸原料は、今まで一般的に用いられてきた非晶質珪酸原料よりも安価であるので、原料コストの削減を可能とすることができる。
また、種晶生成工程と、圧入工程とを備えることにより、成形後の乾燥収縮が少ないので、商品化に問題のない珪酸カルシウム成形体の製造方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る珪酸カルシウム成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｓ２０ 種晶生成工程
Ｓ３０ 圧入工程
Ｓ４０ 成形工程
Claims (7)
- 結晶質珪酸原料と石灰原料とからなる固形分から珪酸カルシウム成形体を製造する珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、
前記固形分全体の５０〜８０重量％の固形分に水を所定量加え、水熱合成して珪酸カルシウム水和物からなる種晶Ａを生成する種晶生成工程と、
前記種晶生成工程の水熱合成中に、前記固形分全体の残りの２０〜５０重量％の固形分に水を所定量加え、懸濁させて得られたスラリーＢを、前記種晶Ａに圧入して、珪酸カルシウム水和物を合成する圧入工程と、
前記圧入工程で得られた珪酸カルシウム水和物を脱水成形して得られた成形体を乾燥する成形工程とを備えることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。 - 請求項１に記載の珪酸カルシウム成形体の製造方法において、前記固形分に対して１０〜５０倍重量の水を加えることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。
- 請求項１または請求項２に記載の珪酸カルシウム成形体の製造方法において、
前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．６０〜１．２０の範囲内とすることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。 - 請求項３に記載の珪酸カルシウム成形体の製造方法において、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．９５〜１．２０の範囲内とすることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。
- 請求項３に記載の珪酸カルシウム成形体の製造方法において、前記固形分のＣａＯ／ＳｉＯ２モル比を、０．６０〜０．９５の範囲内とすることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。
- 請求項１から請求項５のいずれかに記載の珪酸カルシウム成形体の製造方法において、
前記種晶生成工程における水熱合成温度は、１５０〜２３０℃であることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。 - 請求項１から請求項６のいずれかに記載の珪酸カルシウム成形体の製造方法によって得られたことを特徴とする珪酸カルシウム成形体。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010037149A (ja) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Japan Insulation Co Ltd | 結晶質シリカ含有量が低減された珪酸カルシウム及びその製造方法 |
| CN113105148A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-13 | 华南理工大学 | 一种pce复合晶种型早强剂及其制备方法与应用 |
| CN114075084A (zh) * | 2020-08-20 | 2022-02-22 | 四川上锦雅筑绿色科技有限公司 | 一种高钙硅比加气砖的制备方法及其制备的高钙硅比加气砖 |
-
2002
- 2002-07-16 JP JP2002206827A patent/JP2004051379A/ja active Pending
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