JP2004504252A - 石膏プラスターボード組成物、石膏プラスターボード組成物の製造方法、およびプラスターボードの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、５５〜９２％の水和性硫酸カルシウムと、０．１〜５％の鉱物繊維および／または耐熱繊維と、３〜２５％の鉱物添加剤と、１〜５％の未剥離膨張バーミキュライトと、３〜１５％のアルミナ水和物とを含む石膏プラスターベースボード組成物に関する。本発明はさらに、該組成物の製造方法および石膏プラスターベースボードの製造方法に関する。該石膏プラスターベースボードは改良された耐火性を有する。

Description

【０００１】
本発明は、プラスターボード組成物、該組成物の製造方法、および耐火性が大いに改良されたプラスターボードの製造方法に関する。
【０００２】
プラスターボードを、間仕切り、垂直もしくは傾斜要素のカバーの製造、または吊り型もしくは非吊り型の天井の製造に用いることは周知である。
一般にこれらのボードは、実質的に石膏製芯材（コア）からなり、芯材の両面は強化材および表面材として役立ちかつ板紙製または鉱物繊維製であり得るシートで被覆されている。
【０００３】
米国特許第３，６１６，１７３号は、低密度（０．６４〜０．８ｇ／ｃｍ^３）の耐火性ボードを記載しており、このボードの芯材は、プラスター、ガラス繊維や、粘土、コロイドシリカおよび／またはコロイド酸化アルミニウムと、任意選択で未膨脹バーミキュライトとの混合物または単一物をベースとしている。
【０００４】
上記特許には、乾燥粉末形態のシリコンおよび酸化アルミニウムは分散させるのが難しいだけでなく、高価であると記載されている。特にこの理由で、上記特許は粘土の使用を推奨している。上記特許のプラスターボードは、かなり低い高温収縮率を有するが、その耐火性は低い。したがって、そのようなボードは良好な防火に必要な特性を有していない。
【０００５】
１９９２年に、本出願人の欧州特許出願第０　４７０　９１４号は、両面が鉱物ヤーンおよび／もしくは鉱物繊維ならびに／または耐火性材料をベースとする強化材で被覆された防火用プラスターボードを開示した。このボードの芯材は、−　５５〜９４％のプラスターと、
−　０．１〜５％の鉱物繊維および／または耐熱繊維と、
−　２〜２５％のシリカと、
−　１〜１５％の滑石および／雲母と、
−　　任意選択で、水酸化アルミニウムおよび／または膨脹性バーミキュライトと
を含む。
【０００６】
上記出願以来、本出願人は、プラスターボードの分野において、プラスターボードの高温での機械的強度、収縮作用および熱伝達の改善を目的として鋭意研究を重ねてきた。
【０００７】
その目的は、
−　５５〜９２％の水和性硫酸カルシウムと、
−　０．１〜５％の鉱物繊維および／または耐熱繊維と、
−　３〜２５％の鉱物添加剤と、
−　１〜５％の未膨脹バーミキュライトと、
−　３〜１５％のアルミナ水和物と
を含むプラスターボード組成物を開発することにより達成された。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によれば、鉱物添加剤の性質および量は、プラスターボード組成物が多くて２％の結晶シリカおよび／または多くて１％の多孔性結晶シリカ、すなわち、サイズが５μｍ未満の結晶を有するシリカを含むように選択される。したがって、そのような組成物は、多孔性結晶シリカが最大の毒性を有すると推定されるが故にその使用をできる限り少なくすることを推奨するという国際ガン研究機関の勧告に従った、結晶シリカ、特に多孔性結晶シリカ含有量を有するという利点がある。
【０００９】
本発明の第２の主題はプラスターボード組成物の製造方法であり、この方法において、上記に定義したプラスターボード組成物の成分は任意の順序で混合される。
【００１０】
本発明の第３の主題は、プラスターボードの連続製造方法であり、この方法は実質的に、
−　ミキサーで、プラスターボード組成物の種々の成分を水と混合してスラリーを調製するステップと、
−　そのようにして調製されたスラリーを強化材上に堆積させ、次いで、成形し、第２強化材を用いてスラリーの上面を被覆するステップと、
−　適切な場合には、型出ししたバンド上に新しいボードを成形することによって予め得ておいたボードのエッジを、特にテーパーすることにより、成形するステップと、
−　製造ラインで、水和性硫酸カルシウムボードのリボンをコンベアベルトで送っている間に水和性硫酸カルシウムを油圧硬化させるステップと、
−　リボンをラインの最後で所定の長さに切断するステップと、
−　得られたボードを乾燥させるステップと
から成る。
【００１１】
本発明の他の特徴および利点を、図面を参照しながら以下の説明で説明する。
本発明の主題は、耐火性が大いに改良されたプラスターボードの製造に用い得るプラスターボード組成物である。
【００１２】
この組成物は、（全乾燥混合物に対する％で）
−　５５〜９２％の水和性硫酸カルシウムと、
−　０．１〜５％の鉱物繊維および／または耐熱繊維と、
−　３〜２５％の鉱物添加剤と、
−　１〜５％の未膨脹バーミキュライトと
−　３〜１５％のアルミナ水和物と
を含む。
【００１３】
用語「水和性硫酸カルシウム」とは、本発明の文脈内では、硫酸カルシウム無水物（硬石膏ＩＩまたはＩＩＩ）もしくはαまたはβ結晶形の硫酸カルシウム半水和物（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）を意味すると解釈すべきである。そのような化合物は、当業者には周知であり、通常、石膏をベーキングすることにより得られる。
【００１４】
鉱物繊維および／または耐熱繊維はガラス繊維であるのが好ましい。それらの繊維は、短いもの（平均３〜６ｍｍ）であっても、長いもの（平均１０〜２４ｍｍ）であっても、中間の長さのものであってもよい。１３ｍｍ±５ｍｍの単一長を有するガラス繊維を用いるのが好ましい。
【００１５】
特に、Ｅ型ガラス由来の繊維が用いられるが、これらの繊維は、２種の形態、すなわち、リール上に供給され、水和性硫酸カルシウムを水と混合する通常の回路に導入する前に切断されるガラスストランドを含む「ロービング」と称される形態であるか、さもなければ、水和性硫酸カルシウムを水と混合する前に計量される予め切断した（プレカット）ストランド形態であり得る。
【００１６】
約１３ｍｍ（±５ｍｍ）の長さおよび約１３μｍ（±５μｍ）の直径を有する繊維を用いるのが好ましい。
ガラス繊維の重要な機能は、焼き石膏の凝集力を維持可能にする、高温での機械的強度を付与することである。
【００１７】
鉱物添加剤としては、非常に多くの粘土を用いることができる。粘土によって得られる利点は、一方では、粘土が、１００〜６００℃に加熱されると、含んでいる水分（構造水）を放出すること、他方では、粘土が、それらの剥離膨脹能のために火中のプラスターの収縮を補償することである。
【００１８】
鉱物添加剤の性質および量は、プラスター組成物が、多くて２％の結晶シリカおよび／または多くて１％の多孔性結晶シリカを含むように選択するのが好ましい。
【００１９】
したがって、多くて７．５％の多孔性結晶シリカを含む鉱物添加剤を用いるのが有利である。
鉱物添加剤としては、結晶シリカの量が多くて鉱物添加剤の約１５重量％である粘土材料と、粘土材料と相溶性でありかつ硬化プラスター支持体中に分散し得る不活性鉱物助剤とから実質的に成る鉱物添加剤を用いることが可能である。
【００２０】
例えば、粘土材料として、カオリン、イライト、石英、および鉱物助剤として、ドロマイトを含む鉱物添加剤を用い得る。特に、以下の組成（鉱物添加剤の全重量の重量％で）を有する鉱物添加剤が用いられる：
−　２５％のカオリンと、
−　１０％のイライトと、
−　１５％の石英と、
−　５０％のドロマイト。
【００２１】
この添加剤の焼成後の化学組成は以下（％）の通りである：
−　ＳｉＯ_２　：　４３
−　ＴｉＯ_２　：　１．１
−　Ａｌ_２Ｏ_３：　１５
−　Ｆｅ_２Ｏ_３：　１．６
−　Ｋ_２Ｏ　　：　１．２
−　ＣａＯ　　：　２３
−　ＭｇＯ　　：　１４。
【００２２】
添加剤の粒径は、６３μｍスクリーンを通らない粒（オーバーサイズ）が１５％未満であることによって表される。
添加剤の９００℃での強熱減量は２６．５％である。
本発明の組成物は未膨脹バーミキュライトを含んでいる。未膨脹バーミキュライトは、フレーク形態のアルミニウム−鉄−マグネシウムシリケートであり、２００℃を超える温度で膨脹し、それによって、プラスターの収縮を補償し得る。さらに、未膨脹バーミキュライトはプラスターの耐熱性を向上させる。
【００２３】
未膨脹超微紛バーミキュライト、すなわち、全粒子のサイズが１ｍｍ未満のものを用いるのが好ましい。これは、バーミキュライトをプラスター内により良く分散させ、かつ構造を不規則にさせる急激な膨脹を回避するという利点を有する。
【００２４】
微粒子サイズ（約１０μｍのメジアン直径）のアルミナ水和物（三水酸化アルミニウム）を用いるのが好ましい。そのようなアルミナは、特に、２００〜４００℃で離脱し得る約３５％の結晶水含有量を有することにより石膏のものを補足する吸熱反応を生起するという効果を有する（石膏は約１４０℃で離脱し得る約２０％の水分を含む）。
【００２５】
本発明の組成物はさらに、最大４％、特に１〜４％のホウ酸を含み得、この化合物は、有利なことには、１００℃を超える温度でその構造水を失い、それによってプラスターボードの耐火性に貢献する。その上、ホウ酸は、硫酸カルシウム水和物の結晶構造を強熱収縮に関して好ましく改変する。
【００２６】
本発明の組成物は、組成物１００重量部当たり：
−　５５〜９２重量部の水和性硫酸カルシウムと、
−　０．１〜５重量部の鉱物繊維および／または耐熱繊維と、
−　３〜２５重量部の鉱物添加剤と、
−　１〜５重量部の未膨脹バーミキュライトと、
−　３〜１５重量部のアルミナ水和物と
を混合して調製し得る。
【００２７】
本発明のプラスターボードの製造は、実質的に、以下のステップ：
−　プラスターボード組成物の種々の成分を水と混合してスラリーを調製するステップと、
−　そのようにして調製されたスラリーを強化材上に堆積させ、次いで、成形し、第２強化材を用いてスラリーの上面を被覆するステップと、
−　適切な場合には、型出ししたバンド上に新しいボードを成形することによって予め得ておいたボードのエッジを成形するステップと、
−　製造ラインで、水和性硫酸カルシウムボードのリボンをコンベアベルトで送っている間に水和性硫酸カルシウムを油圧硬化させるステップと、
−　製造ラインの最後でリボンを所定の長さに切断するステップと、
−　得られたボードを乾燥させるステップと
に従って実施し得る。
【００２８】
この処理が済めば、プラスターボードはすぐに使える状態になる。
１つの実施形態によれば、プラスターボードの芯材を構成する硬化組成物の密度は８００〜１，０００ｋｇ／ｍ^３である。
強化材は、鉱物繊維または耐熱繊維をベースとし得る。強化材は、鉱物繊維、好ましくはガラス繊維のウェブ、ファブリックまたはマット形態であり得る。このウェブ、ファブリックまたはマットは、からみ合った鉱物性および／もしくは耐熱性連続ヤーンもしくはヤーンメッシュのシートと組合わせるか、あるいは別の形態であり得る。
強化材は板紙製であってもよい。
ガラスヤーンまたはガラス繊維製の強化材を用いるのが好ましい。
【００２９】
本発明のプラスターボードは以下の利点を有する。
−　本発明のプラスターボード組成物は液状スラリー形態で容易に配合することができ、次いで、このスラリーは、有利には連続的に、このタイプの製造に用いられる通常の工場でプラスターボードに二次加工される；
−　プラスターボード製造時に外側強化材が存在するため、ボードのエッジを有利に成形、特にテーパーし得る；
−　効果的な防火性を提供し、例えば、約１２．５ｍｍの厚さと、約０．８８ｇ／ｃｍ^３の密度を有する本発明のボードは、２時間を超える時間の耐火性を保証する；
−　本発明のボードは、その良好な寸法安定性により、耐火性試験後に、深い亀裂の無い良好な全体的外観を保持し、かつ機械的結着性を示す（この性質は、高圧下の熱風をシールする必要がある換気用および煙抜き用エアダクトなどの極めて高レベルの防火を必要とする用途に重要である）；
−　本発明のプラスターボードは火災時反応試験の結果が極めて良好である：すなわち、これらのボードを、限定条件下に（２０分間）、放出されたガスに点火し、燃焼を伝え得る輻射源および／または特定バーナーの作用に暴露しても、点火が起こらず、かつこれらのボードの劣化が表面的なものに過ぎない；したがって、本発明のプラスターボードは、この試験後にも、火の拡がりを阻止し得ることが判明している；
−　本発明のプラスターボードは、その軽さと、その作業能力（切断、釘付け、ねじ止め、ステープル、ねじ止め／接着能力など）のために、装着が極めて容易であり；有利なことには、例えば、プラスターボードを板紙で覆うために用いられるタイプのプラスターボード接合化合物、好ましくは耐火性接合化合物を用いてボードとボードをしっかり接合させることができ；さらに、製造された構造要素を、本発明のボード、特に塗料、壁紙などで最終仕上げをする多くの可能な方法が存在する；
−　本発明のプラスターボードは、曲げ剛性、高衝撃強さ、防湿性および天井として取り付けたときに湿分の存在下または自重によるクリープが無いなどの建設分野で要求される適用特性を有し；かつ
−　最後に、本発明のプラスターボードは、プラスターボード分野では周知の簡単な方法を用いて製造し得るだけでなく、ボードを構成する原料がかなり安価であることを考えると、製造コストがてごろであるという利点を有する。
【００３０】
以下の組成から得られるボードを用いると最高の性能が達成される：
−　７０〜８０％の水和性硫酸カルシウム半水和物；
−　１％のガラス繊維；
−　２５％のカオリンと、１０％のイライトと、１５％の石英と、５０％のドロマイトとからなる１０〜１５％の上記粘土；
−　２〜４％の未膨脹超微紛バーミキュライト；
−　６〜１０％のアルミナ水和物；および
−　０〜２％のホウ酸。
【００３１】
各本質的成分に割り当てられた比率が尊重される限り、本発明の組成物に、副成分として、他の成分の加工を容易にするためまたは本発明の組成物に特定の追加特性を与えるために通常用いられる添加剤を導入し得ることは勿論である。そのような添加剤の例としては、流動化剤、発泡剤、硬化促進剤、および撥水剤を挙げることができる。
【００３２】
実施例
以下の実施例は例示としてのみ示されており、決して制限的なものではない。
実施例１
上述の欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０４７０９１４号に従ってコントロールボードを製造し、本発明に従って４種のボードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを製造した。
【００３３】
これらのボードの組成を以下の表に示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
用いた水和性硫酸カルシウムは、脱硫石膏（ＦＧＤ）の工業用ベーキングから得た。
使用した粘土は、２５％のカオリンと、１０％のイライトと、１５％の石英と、５０％のドロマイトとからなるものであった。
用いたバーミキュライトは、未膨脹超微紛バーミキュライトであった。
【００３６】
実施例２
実施例１で製造したコントロールボードおよびボードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの高温機械的強度（高温芯材凝集力とも称される）を測定した。
用いた試験は、１０２０℃の恒温を有する火炎を放射するメッケル（Ｍｅｃｋｅｒ）バーナーを用いて試験サンプルの両面に加えられる熱応力と、０．２ｋｇ／ｃｍ^２の機械的引張応力とを組合わせたものであった。
【００３７】
記録したパラメータは破損時間と最終収縮率であった。
試験結果を以下の表に示す：
【００３８】
【表２】

【００３９】
コントロール、ＡおよびＢ試験片は２時間応力を加えた後で破損したことが分る。さらに、すべての配合物は少なくとも１時間３０分もちこたえた。
本発明のどのプラスターボード試験片の場合も、未膨脹超微紛バーミキュライトと粘土を組合わせると、最終収縮率を３％未満まで低下させ得ることが分るであろう。
ホウ酸を含有する試験片Ｄは収縮率が最も低い。
【００４０】
実施例３
実施例１で製造したコントロールボードおよびボードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの収縮作用を測定した。
実施した試験は、機械的応力の不在下に、実施例２の場合と同じ熱応力を加えただけのものであった。
【００４１】
記録したパラメータは、１５分、３０分、４５分、および６０分後の収縮率であった。
試験結果を以下の表に示す：
【００４２】
【表３】

【００４３】
図１は、コントロールボードと、ボードＡ，Ｂに関する時間の関数としての収縮率の変化を示している。
図２は、別の試験における、コントロールボードと、ボードＢ，Ｃ，Ｄに関する時間の関数としての収縮率の変化を示している。
コントロールと本発明の試験片との差は、特に初期（３０分まで）に極めて顕著である。未膨脹超微紛バーミキュライト／粘土ペアは、収縮率をコントロールの約半分まで低下させる。
この場合も、収縮率はホウ酸を含有する試験片Ｄが最低であることが分る。
【００４４】
実施例４
実施例１で製造したコントロールボードとボードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの熱伝達を測定した。
試験は、１０２０℃の恒温を有する火炎を放射するメッケルバーナーを用いて試験片の一方の面に熱応力を加えるものであった。
【００４５】
記録したパラメータは、試験片の非暴露面の温度と、１９９９年８月付けフランス省令による防火壁および断熱材格づけ基準と、いずれの時点においてもｄｔが平均１４０℃、最高１８０℃であるＥＮ　１３６１−１およびＥＮ　１３　５０１−２標準とに合致する値に達するまでの時間であった。
【００４６】
さらに、４００℃の温度に達するまでの時間も記録したが、この時間は、脱水後の熱伝達の重要な尺度である。
試験結果を以下の表に示す：
【００４７】
【表４】

【００４８】
図３は、コントロールプラスターボードとプラスターボードＡ，Ｂの非暴露面の温度上昇を示している。
図４は、別の試験における、コントロールプラスターボードと、プラスターボードＢ，Ｃの非暴露面の温度上昇を示している。
図５は、別の試験における、コントロールプラスターボードと、プラスターボードＤの非暴露面の温度上昇を示している。
【００４９】
試験はすべて同一条件下で実施した。
曲線の形は類似しており、最初の気化プラトーが約１００℃にあり、次いで別のプラトーが約１２０℃にある。
さらに、焼きボードを通る熱伝達は４５０℃で最高点に達する。
試験片Ａの結果はコントロール試験片のものと同等である。
本発明の他のすべての試験片の結果は、特に、気化プラトーの持続時間、要するに、コントロールボードより長い時間防火壁基準を確実に満たすこと、および２００℃〜４００℃領域での熱発生がより低いことから見て、コントロールボードの結果より良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コントロールボードとボードＡ，Ｂに関する時間の関数としての収縮率の変化を示すグラフ。
【図２】別の試験における、コントロールボードとボードＢ，Ｃ，Ｄに関する時間の関数としての収縮率の変化を示すグラフ。
【図３】コントロールプラスターボードとプラスターボードＡ，Ｂの非暴露面の温度上昇を示すグラフ。
【図４】別に試験における、コントロールプラスターボードとプラスターボードＢ，Ｃの非暴露面の温度上昇を示すグラフ。
【図５】別の試験における、コントロールブラスターボードとプラスターボードＤの非暴露面の温度上昇を示すグラフ。

Claims (15)

1. −　５５〜９２％の水和性硫酸カルシウムと、
   −　０．１〜５％の鉱物繊維および／または耐熱繊維と、
   −　３〜２５％の鉱物添加剤と、
   −　１〜５％の未膨脹バーミキュライトと
   −　３〜１５％のアルミナ水和物と
   を含むプラスターボード組成物。
2. 鉱物添加剤は、実質的に、結晶シリカの量が多くて鉱物添加剤の約１５重量％である粘土材料と、粘土材料と相溶性でありかつ硬化プラスター支持体中に分散し得る不活性鉱物助剤とを含む、請求項１に記載のプラスターボード組成物。
3. 鉱物添加剤の性質および量は、プラスター組成物が多くて２％の結晶シリカを含むように選択される、請求項１または２に記載のプラスターボード組成物。
4. 鉱物添加剤の性質および量は、プラスターボード組成物が多くて１％の多孔性結晶シリカを含むように選択される、請求項１または２に記載のプラスターボード組成物。
5. 鉱物添加剤が、カオリン、イライト、石英およびドロマイトを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラスターボード組成物。
6. 鉱物添加剤が、重量％で、
   −　２５％のカオリンと、
   −　１０％のイライトと、
   −　１５％の石英と、
   −　５０％のドロマイトと
   を含む、請求項５に記載のプラスターボード組成物。
7. 未膨脹バーミキュライトが超微紛化されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラスターボード組成物。
8. ４％までのホウ酸をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラスターボード組成物。
9. −　７０〜８０％の水和性硫酸カルシウムと、
   −　１％のガラス繊維と、
   −　２５％のカオリン、１０％のイライト、１５％の石英、および５０％のドロマイトからなる１０〜１５％の前記粘土と、
   −　２〜４％の未膨脹超微紛バーミキュライトと、
   −　６〜１０％のアルミナ水和物と、
   −　０〜２％のホウ酸と
   を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラスターボード組成物。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の硬化組成物からなるプラスターボード。
11. 密度が８００〜１，０００ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする、請求項１０に記載のプラスターボード。
12. 少なくとも一方の面が、鉱物繊維および／もしくは耐熱繊維をベースとするか、または板紙をベースとする強化材でコートされていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のプラスターボード。
13. ２つの面がそれぞれガラス繊維をベースとする強化材でコートされていることを特徴とする、請求項１２に記載のプラスターボード。
14. プラスターボード組成物の成分を任意の順序で混合する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物の製造方法。
15. プラスターボードの連続製造方法であって、
    実質的に、
    −　請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物の種々の成分を水と混合してスラリーを調製するステップと、
    −　そのようにして調製されたスラリーを強化材上に堆積させ、次いで、成形し、第２強化材を用いてスラリーの上面を被覆するステップと、
    −　適切な場合には、型出ししたバンド上に新しいボードを成形することによって予め得ておいたボードのエッジを成形するステップと、
    −　製造ラインで、水和性硫酸カルシウムボードのリボンをコンベアベルトで送っている間に水和性硫酸カルシウムを硬化させるステップと、
    −　製造ラインの最後でリボンを所定の長さに切断するステップと、
    −　得られたボードを乾燥させるステップと
    から成る方法。

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