JP2004051399A

JP2004051399A - 軽量成形体及びその製造方法

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Publication number: JP2004051399A
Application number: JP2002209082A
Authority: JP
Inventors: Teruzou Murai; 村井　輝造
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】本発明は、軽量で、圧縮強度、耐水性、耐火性、遮音性等に優れるのみでなく、極めて高い曲げ強度を有する成形体、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、及びフッ素樹脂を混合し発泡させながら成形硬化させることを特徴とする軽量成形体の製造方法、並びにその製造方法で得られる軽量成形体に関する。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量成形体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、先に、珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、及び前記２成分の反応系に２成分の合計重量に対し、０．１〜１５重量％のセメントを加えると、軽量かつ機械的強度（圧縮強度）、耐水性等に優れた発泡硬化体が得られることを見出し、特公平６−５３６２５号公報に係る発明を完成した。
【０００３】
しかし、この方法により得られる発泡硬化体は、圧縮強度は強いが、建築物の壁材や床材等に使用する際に要求される柔軟性の指標となる曲げ強度についてはさらに改良の余地があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軽量で、圧縮強度、耐水性、耐火性、遮音性等に優れるのみでなく、極めて高い曲げ強度を有する成形体、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、優れた機能を有する軽量成形体を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は下記の通りである。
【０００７】
項１．　珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、及びフッ素樹脂を混合し発泡させながら成形硬化させることを特徴とする軽量成形体の製造方法。
【０００８】
項２．　珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、フッ素樹脂、及び繊維質補強剤を混合し発泡させながら成形硬化させることを特徴とする軽量成形体の製造方法。
【０００９】
項３．　項１又は２に記載の製造方法で得られる軽量成形体。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の軽量成形体及びその製造方法について、以下詳細に説明する。
【００１１】
本発明において用いられる珪酸アルカリ水溶液としては、珪酸ナトリウム又は珪酸カリウムの水溶液が例示される。好ましくは、ＳｉＯ_２／Ｎａ_２Ｏモル比が２．０：１〜３．７：１程度の珪酸ナトリウム水溶液が挙げられる。珪酸アルカリ水溶液は、単一物質として入手できるもの或いは水ガラスとして入手できるものの何れをも使用できる。
【００１２】
本発明において用いられる金属珪素又はその合金としては、金属珪素、金属珪素と二酸化珪素等との混合物、フェロシリコン等のＦｅ−Ｓｉ合金等が例示される。これらの中でも、フェロシリコンが好ましい。上記金属珪素又はその合金は、微粉末の形態で用いるのが好ましく、特に１００〜２０００メッシュ全通のものを用いるのが好ましい。
【００１３】
珪酸アルカリ水溶液と金属珪素又はその合金との配合割合は、両者が反応し水素ガスを発生しかつ硬化して発泡硬化体を与え得る割合で配合される。この配合割合は、この技術分野において公知であり、公知のすべての配合割合において適用可能であるが、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対し金属珪素及びその合金を１０〜７０重量部程度が好ましく、特に好ましくは１１〜５０重量部程度である。
【００１４】
本発明において用いられるセメントとしては、特に限定はなく、例えば、ポルトランドセメント、アルミナセメント、混合セメント、三成分セメント、ビーライトセメント、超速硬セメント、白色セメント等の公知のセメントを使用できる。中でも、ポルトランドセメントが好ましい。セメントの配合量は、珪酸アルカリ水溶液及び金属珪素又はその合金の合計量１００重量部に対し、１〜３５重量部程度が好ましく、より好ましくは５〜３０重量部程度であり、特に好ましくは１０〜３０重量部程度である。セメント配合量が少なすぎると、発泡の制御が困難となり微細な発泡室（気泡）の構築ができなくなる。一方、セメント配合量が多すぎると、軽量な成形体を得ることができない。
【００１５】
本発明において用いられる粒状無機質発泡体としては、軽量化を促進するために、真珠岩や黒曜石の発砲体であるパーライト、シラスバルーン等が例示される。この場合、粒状無機質発砲体の配合量があまり大きくなると、得られる成形体の強度が低下するため、成形体全重量に対し４０重量％以下、好ましくは５〜３０重量％程度とするのがよい。
【００１６】
本発明において用いられるフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等からなる群から選ばれる少なくとも一種が例示される。この中でもＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰが好ましい。
【００１７】
本発明で使用するフッ素樹脂は、いずれも公知物質であり、その原料、製造方法などは公知の原料、方法を用いればよく特に限定されない。
【００１８】
フッ素樹脂の形状は、繊維状、針状（ウィスカーを含む）、粒状、粉末状、鱗片状など種々の形状のものを任意に選択することができ、フッ素樹脂をそれぞれ単独で使用してもよく、あるいは２種以上を併用してもよい。また、種々の形状のものを混合してもよい。さらに、２種以上のフッ素樹脂を併用する場合であっても、それらの混合割合は特に限定されず、任意に選択することができる。
【００１９】
フッ素樹脂の平均粒子径は通常０．０１〜５０μｍ程度、好ましくは０．１〜３０μｍ程度であればよい。フッ素樹脂の使用量は、珪酸アルカリ水溶液及び金属珪素又はその合金の合計量１００重量部に対し、例えば０．２〜１０重量部程度、好ましくは０．５〜７重量部程度とするのがよい。
【００２０】
本発明の成形体は、フッ素樹脂を添加することにより曲げ強度が飛躍的に向上する。また、フッ素樹脂を添加することにより、より優れた耐水性、耐熱性、耐火性、耐候性が付与される。
【００２１】
本発明においては、上記必須成分に加えて、さらに必要に応じ各種の添加剤を混合時に配合することができる。添加剤としては、例えば、繊維質補強剤、界面活性剤等が挙げられる。
【００２２】
繊維質補強剤としては、本発明の軽量成形体の強度、柔軟性等を向上させうるものであれば特に限定はなく、無機繊維質、有機繊維質等の従来公知の繊維質補強剤のすべてが用いられる。中でも有機繊維質補強剤が好ましい。
【００２３】
有機繊維質補強剤としては、例えば、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等のオレフィン繊維；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維；ポリエーテルアミド繊維；アクリロニトリル系繊維；セルロース繊維；アラミド繊維等が例示される。そして、従来産業廃棄物として廃棄、焼却等されていた古新聞紙、古雑誌、裁断紙、段ボール箱等の紙類、古衣類、ボロ布、麻繊維等をも好適に用いることができる。これらの有機繊維質補強剤は、適度に粉砕されたものが好ましい。有機繊維質補強剤の長手方向の長さは、例えば０．２〜１００ｍｍ程度であればよく、１〜６０ｍｍ程度が好ましい。
【００２４】
有機繊維質補強剤の使用量は、軽量成形体の柔軟性を向上させうる範囲であれば特に限定はなく、その有機繊維質補強剤の材質、形状、大きさ等に応じ適宜選択できる。例えば、成形体の強度、発泡度合い、軽量化の観点より、珪酸アルカリ水溶液１００重量部に対し３〜６０重量部程度であればよく、好ましくは、５〜５０重量部程度である。使用量が多すぎると軽量成形体の耐水性が低下する場合があり好ましくない。
【００２５】
無機繊維質補強剤としては、ガラスウール、ロックウール、スチールファイバー、炭素繊維等が例示される。
【００２６】
本発明の軽量成形体に繊維質補強剤を加えることにより、成形体に対し、より優れた曲げ強度が付与されると共に、曲げ方向へ破壊荷重を超える応力を加えても一気に破断しないという特性が付与される。
【００２７】
界面活性剤は、必要に応じ、主として上記フッ素樹脂を添加した場合の水溶液中のフッ素樹脂の分散助剤として用いることができる。界面活性剤としては、例えば、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の公知のものが使用でき、例えば、脂肪族又は芳香族炭化水素基を含むカルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、第三アンモニウム塩、第四アンモニウム塩、第二アミン類、第三アミン類等が挙げられる。特に、分散性やコストの点より脂肪族炭化水素基を含む硫酸塩（ドデシル硫酸ナトリウム等）が好ましい。
【００２８】
本発明の成形体は、上記珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、及びフッ素樹脂の配合物、或いはこれに必要に応じ添加剤を配合した配合物を均一に撹拌し、発泡させつつ成形硬化させることにより得られる。配合物を撹拌すると数分で発泡が起こり発熱し水素ガスが発生する。従って、ガス発生前又はガス発生後であっても、流動性のある間に適当な型に流し込むと発泡が進行し嵩高になり、水分が蒸発し粘性を失い、配合物は急激に硬化する。このようにして本発明の軽量成形体が得られる。この間の所要時間は、通常数分乃至１時間程度である。従って、極めて短時間にかつ簡単な操作で目的とする軽量成形体が得られる。
【００２９】
更に、上記の様にして製造される本発明の軽量成形体をフッ素樹脂で表面処理することにより、フッ素樹脂の皮膜を設けてもよい。表面処理による皮膜の形成方法は、公知の方法を用いることができる。このようにフッ素樹脂皮膜が形成された本発明の軽量成形体は、耐水性、耐候性、耐火性が更に向上する。
【００３０】
本発明の軽量成形体は、多数の微細な気泡及び該気泡を取り巻く形骸からなる骨格とから構成されるセル構造を有する成形体である。気泡を取り巻く形骸は、上記の珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、フッ素樹脂等の反応乃至相互作用により形成される。その結果、本発明の成形体は、多数の気泡を有し軽量となる。また、フッ素樹脂を含有するため曲げ強度が向上するとともに、耐水性、耐火性等が向上する。さらに、繊維質補強剤を配合することにより、より大きな曲げ強度が付与される。
【００３１】
また、使用後の本発明の軽量成形体は、適当な大きさに粉砕後、骨材として再利用することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の軽量成形体は、珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、及びフッ素樹脂の配合物を発泡、成形硬化させることにより簡便かつ短時間で製造することができる。
【００３３】
本発明の軽量成形体は、製造時にフッ素樹脂を添加することにより、曲げ強度が飛躍的に向上する。例えば、特開平４−７４７７６号公報に記載の無機質成形体に対し、少なくとも２倍以上の曲げ強度を有している。
【００３４】
さらに、製造時に繊維質補強剤を添加することにより、曲げ強度がより向上する。
【００３５】
よって、本発明の軽量成形体は、圧縮強度、耐水性、耐火性、耐熱性、耐候性、保温性、遮音性に優れるのみならず、極めて高い曲げ強度を有している。
【００３６】
以上の特性を有する本発明の軽量成形体は、床材、壁材、天井材、間仕切材、防音材等の室内用の建材、建物外壁材等の屋外用建材等の構造材料に適している。また、冷蔵庫、エアコン等の冷暖房器材等の断熱材、補強材等として用いることもできる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の具体例（実施例）を示すが、これにより本発明が限定されるものではない。
【００３８】
実施例１
珪酸ナトリウム３号（Ｎａ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２・ａｑモル比３．０：日本化学工業社製）４４重量部、フェロシリコン６重量部、セメント９重量部、パーライト（Ｋ−２：昭和化学工業社製）４５重量部、フッ素樹脂Ｌ１６９Ｊ（ＰＴＦＥ：平均粒径１３μｍ：旭硝子工業社製）２重量部を加えて撹拌して混合材を得た。この混合材を素早く型枠に流し込んだ。しばらくすると反応が進行し水素ガスと水蒸気が噴出し、型枠内で硬化させて発泡成形品を得た。
実施例２
フッ素樹脂Ｌ１６９Ｊ（旭硝子工業社製）２重量部にかえて、フッ素樹脂Ｌ−５Ｆ（ＰＴＦＥ：粒子径３〜７μｍ：ダイキン工業社製）２重量部を用いた以外は、実施例１と同様に処理し発泡成型品を得た。
実施例３
フッ素樹脂Ｌ１６９Ｊ（旭硝子工業社製）２重量部にかえて、フッ素樹脂Ｌ１６９Ｊ（旭硝子工業社製）０．５重量部を用いた以外は、実施例１と同様に処理し発泡成型品を得た。
実施例４
珪酸ナトリウム３号（Ｎａ_２Ｏ・３ＳｉＯ_２・ａｑモル比３．０：日本化学工業社製）４４重量部、フェロシリコン６重量部、セメント９重量部、パーライト（Ｋ−２：昭和化学工業社製）１３重量部、フッ素樹脂Ｌ１６９Ｊ（旭硝子工業社製）１重量部、シュレッダー紙（コピー用紙粉砕：繊維長約３０ｍｍ）２７重量部を加えて撹拌して混合材を得た。この混合材を素早く型枠に流し込んだ。しばらくすると反応が進行し水素ガスと水蒸気が噴出し、型枠内で硬化させて発泡成形品を得た。
比較例１
比較例として、特公平６−５３６２５号公報の記載に従い無機質成形体を製造した。具体的には、珪酸ナトリウム３号４１重量部、フェロシリコン６重量部、セメント８重量部、パーライト２号（芙蓉パーライト社製）４５重量部を加えて撹拌し混合材を得た。この混合材を素早く型枠に流し込み発泡成形品を得た。
実験例１
実施例１〜４で得られた本発明の軽量成形体、及び比較例１で得られた成形体について、曲げ強度を測定した。測定条件は下記の通りである。

＜測定結果＞
３点曲げ強度試験の測定結果を下記の表１に示す。ここで、破壊荷重とは、サンプルの破壊が生じた時の荷重（Ｎ：ニュートン）をいう。
【００３９】
【表１】

【００４０】
なお、曲げ強度は、次の式から算出される。
【００４１】
【式１】

【００４２】
表１より、実施例１〜４で得られる本発明の軽量成形体は、比較例１の成形体に対し、それぞれ２．４倍、２．４倍、２．２倍、５．６倍と極めて高い曲げ強度を有することが分かった。

Claims

珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、及びフッ素樹脂を混合し発泡させながら成形硬化させることを特徴とする軽量成形体の製造方法。
珪酸アルカリ水溶液、金属珪素又はその合金、セメント、粒状無機質発泡体、フッ素樹脂、及び繊維質補強剤を混合し発泡させながら成形硬化させることを特徴とする軽量成形体の製造方法。
請求項１又は２に記載の製造方法で得られる軽量成形体。