JP2006016262A - 機能建材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能を維持しつつ、より優れた化粧性を発揮可能な機能建材を提供する。
【解決手段】この機能建材は、水熱固化用調合物を乾式プレス成形後、水熱処理することにより少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体１と、この水熱固化体１の表面に形成され、微細なクラックをもつ無機加飾層２とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は機能建材及びその製造方法に関する。

従来、例えば特許文献１、２に建材に用いられる水熱固化体が開示されている。これらの水熱固化体は、水熱固化用調合物を乾式プレス成形後、水熱処理することにより少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化したものである。この水熱固化体は、少なくともＣａＯ分、ＳｉＯ₂分及び水を含む水熱固化用調合物を用意する調合工程と、この水熱固化用調合物を乾式プレス成形法により成形して成形体とする成形工程と、成形体を水熱処理して少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程とによって製造される。

これらの水熱固化体は、数〜数十ｎｍサイズの多くの細孔を有することにより、調湿効果を発揮するとともに、一部の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）（例えば、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）等）を吸着してシックハウス症候群を防止できることが知られている。

特許第３１９６６１１号公報 特許第２９４０８９９号公報

しかし、上記従来の水熱固化体は、少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化しているに過ぎないことから、建材として用いる場合、より優れた化粧性が要望されている。

このため、単に化粧性を向上させるため、この水熱固化体の表面に一般的な有機性の加飾層を形成するとすれば、水熱固化体自体が有する多くの細孔をその加飾層で完全に塞いでしまうこととなり、水熱固化体の調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能が損なわれてしまう。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能を維持しつつ、より優れた化粧性を発揮可能な機能建材を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の機能建材は、水熱固化用調合物を水熱処理することにより少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体と、該水熱固化体の表面に形成され、微細なクラックをもつ無機加飾層とからなることを特徴とする。

また、本発明の機能建材の製造方法は、少なくともＣａＯ分、ＳｉＯ₂分及び水を含む水熱固化用調合物を用意する調合工程と、
該水熱固化用調合物を成形して成形体とする成形工程と、
該成形体を水熱処理して少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程と、
該水熱固化体の表面に微細なクラックをもつ無機加飾層を形成する加飾層形成工程とを有することを特徴とする。

本発明の機能建材は、水熱固化体の表面に微細なクラックをもつ無機加飾層が形成されている。このため、この機能建材は、水熱固化体自体の多くの細孔が無機加飾層の微細なクラックによって外気に連通し、細孔が塞がれることがない。このため、水熱固化体自体の調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能が維持される。また、この機能建材は、無機加飾層が水熱固化体の表面で装飾性を上げていることから、優れた化粧性も発揮する。

したがって、本発明の機能建材は、調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能を維持しつつ、より優れた化粧性を発揮することができる。

調合工程では、少なくともＣａＯ分、ＳｉＯ₂分及び水を含む水熱固化用調合物を用意する。水熱固化用調合物は、少なくともＣａＯ分、ＳｉＯ₂分及び水を含む。水熱固化用調合物は、これらの他、Ａｌ₂Ｏ₃分、Ｐ₂Ｏ₅分等を含むことができる。

ＣａＯ分としては、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）等を採用することができる。ＳｉＯ₂分としては、珪砂、ガラス粉、石英粉、シリカフューム、廃鋳物砂、建設汚泥、下水汚泥焼却灰、スラグ、陶磁器くず、籾殻灰、珪藻土、ホワイトカーボン、コンクリート屑、シラス、白土等を採用することができる。ＣａＯ分及びＳｉＯ₂分として、セメント、セメントスラッジ等を採用することもできる。

水熱固化用調合物は、ＣａＯ分及びＳｉＯ₂分以外にＡｌ₂Ｏ₃分、Ｐ₂Ｏ₅分等を含むことができる。Ａｌ₂Ｏ₃分としては、長石、カオリナイト、雲母、緑泥石、キラ、陶磁器屑、石炭灰、下水汚泥焼却灰、アルミサッシ工場等で発生する水酸化アルミニウムスラッジ、赤泥、スラグ、釉汚泥、メタカオリン、アロフェン、ゼオライト等を採用することができる。Ｐ₂Ｏ₅分としては、下水汚泥焼却灰等を採用することができる。

水熱固化用調合物は水を外割で３０質量％以下で含むことができる。水熱固化用調合物は水を外割で１０質量％以下であることがより好ましい。含水率が低い程、成形が困難になるが、細孔が多くなるからである。

成形工程では、水熱固化用調合物を成形して成形体とする。成形工程を乾式プレス成形法により行うことが好ましい。この場合、本発明の機能建材は、水熱固化体の細孔が多くなることから、調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能を高いレベルで維持することができる。

水熱工程では、成形体を水熱処理して少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る。水熱固化体はケイ酸カルシウム水和物以外、アパタイト属、ゼオライト系鉱物等を生じ得る。処理温度は１２０°Ｃ〜２００°Ｃであり得る。

加飾層形成工程は、水熱固化体の表面に微細なクラックをもつ無機加飾層を形成する。この無機加飾層は微細なクラックをもつ無機系のものであれば、種々のものを採用することができる。

本発明の機能建材の水熱固化体には、水熱処理による結晶間に空隙を有して無極性物質吸着粒子が分散されていることが好ましい。

すなわち、発明者らの知見によれば、ホルムアルデヒド、アンモニア（ＮＨ₃）、トリメチルアミン（（ＣＨ₃）３Ｎ）、アセトアルデヒド（ＣＨ₃ＣＨＯ）、フタル酸ジオクチル（Ｃ₆Ｈ₄（ＣＯＯＣ₈Ｈ₁₇）₂）、リン酸トリクレシル（（ＣＨ₃Ｃ₆Ｈ₄）₃ＰＯ₄）等は極性物質であるのに対し、トルエン（Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃）、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、キシレン（Ｃ₆Ｈ₄（ＣＨ₃）₂）、エチルベンゼン（Ｃ₂Ｈ₅Ｃ₆Ｈ₅）、スチレン（Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ＝ＣＨ₂）等は無極性物質である。発明者らの試験によれば、上記従来の水熱固化体は、極性物質に対しては十分な吸着性能を発揮できていたものの、無極性物質に対してはさらなる吸着性能の向上が求められる。

一方、特開２００１−７９３３４号公報や特開２００３−１３７６２９号公報には、ケイ酸カルシウム水和物を生じて固化し、活性炭が分散された建材が開示されている。これらの建材は、活性炭が無極性物質吸着粒子であることから、トルエン等の無極性物質を吸着できる。しかしながら、これらの建材は、活性炭を含む水熱固化用調合物を多量の水とともにスラリーとし、このスラリーを成形する湿式成形を採用している。このため、これらの建材は、母材自体の細孔が少ないことから、極性物質に対する吸着性能を期待できないとともに、活性炭自体の細孔も母材によって塞いでしまいやすいことから、無極性物質の吸着性能を損なっているものと考えられる。

この点、本発明の機能建材の水熱固化体は、水熱固化用調合物を水熱処理することにより少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化したものであるため、試験結果に示すように、母材自体の細孔が多く、かつ活性炭自体の細孔を維持している。特に、水熱固化用調合物を乾式プレス成形後に水熱処理した水熱固化体においてはこの傾向が顕著である。このため、本発明の機能建材は、水熱固化体によって、極性物質ばかりでなく、無極性物質に対しても十分な吸着性能を発揮できるのである。つまり、本発明の機能建材の水熱固化体は、公知の水熱固化体と公知の無極性物質吸着粒子とを組み合わせたものではあるが、後者の無極性物質吸着粒子は前者の水熱固化体と組み合わせられることによってその結晶間に空隙を有して保持され、その機能をいかんなく発揮するのであって、これらは互いの組み合わせにより最も顕著な効果を発揮するのである。本発明の機能建材は、無機加飾層によってこれらの機能を巧みに維持しているのである。

水熱固化体に無極性物質吸着粒子を分散させる場合、水熱固化用調合物に無極性物質吸着粒子を含有させることができる。無極性物質吸着材としては、活性炭、ゼオライト等を採用することができる。

発明者らの試験結果によれば、本発明の機能建材の水熱固化体は、無極性物質吸着粒子として活性炭を採用した場合、その活性炭を除いた母材における数〜数十ｎｍサイズの細孔と、活性炭自体の０．５ｎｍ程度にピークをもつサイズの細孔とを多く有している。本発明の機能建材は、これらの細孔により、極性物質及び無極性物質に対する高い吸着性能を発揮できるのである。

無極性物質吸着粒子としては、活性炭粒子を採用することが好ましい。活性炭粒子は吸着材として広く普及しており、入手が容易であるとともに、安価だからである。

加飾層形成工程としては、水熱固化体の表面にアルカリケイ酸塩水溶液を含有する無機塗料を塗布して未硬化塗膜を形成し、この未硬化塗膜を加熱により脱水するとともに脱アルカリ処理することができる。

無機塗料としては、アルカリケイ酸塩水溶液（水ガラス）、顔料、消泡剤、界面活性剤等を混合した公知のものを採用することができる。また、脱水のための加熱温度としては、１００°Ｃ〜２２０°Ｃを採用することができる。さらに、脱アルカリ処理に用いる処理液としては、リン酸アンモニウム水溶液、硫酸アンモニウム水溶液、硝酸アンモニウム水溶液、塩化アンモニウム水溶液、酢酸アンモニウム水溶液等の酸・アンモニウム水溶液等を採用することができる。これらの処理液を室温〜約６０°Ｃの温度とし、約１〜２４時間程度接触させることが望ましい。

本発明を具体化した実施例１、２を比較例１、２とともに説明する。まず、図１に示すように、以下の水熱固化体１を以下の各工程により製造した。

（調合工程）
粘土（Ｎ−９０）及び消石灰（宇部マテリアルズ（株）製（超特号））を質量比８０：２０で混合してベース粉末とする。また、ベース粉末に活性炭（（株）キャタラー製：ヤシ殻破砕炭ＧＡ−Ａ）の粉末を外割で１０質量％混合し、混合粉末を得る。

ベース粉末及び混合粉末の調合割合を表１に示す。ベース粉末及び混合粉末にさらにそれぞれ外割で１０質量％の水を加え、水熱固化用調合物とする。

（成形工程）
各水熱固化用調合物を３０ＭＰａで一軸方向に加圧する。こうして、乾式プレス成形法により、外形寸法が約４０×１５×１０（ｍｍ）の各成形体を得る。

（水熱工程）
そして、各成形体をオートクレーブ（中央理科機（株）製：内容積２Ｌ、水熱処理液０．３Ｌ）を用いて１８０°Ｃで２時間水熱処理する。こうして、ベース粉末による実施例１及び比較例１の水熱固化体１と、混合粉末による実施例２及び比較例２の水熱固化体１とを得る。

（加飾層形成工程）
実施例１、２の水熱固化体１に無機塗料をスプレーガンにより塗布して、未硬化塗膜を形成する。無機塗料は、アルカリケイ酸塩水溶液（水ガラス）、顔料、消泡剤、界面活性剤等を混合した公知のものである。その後、この未硬化塗膜を１１０°Ｃで２時間加熱して脱水することにより硬化させる。さらに、水熱固化体１ごと処理液に２時間浸し、１０分間水洗いして室温で乾燥をする脱アルカリ処理を行う。

以上の工程により、実施例１、２の水熱固化体１上に無機加飾層２を形成し、実施例１、２の機能建材１０を得る。比較例１、２の水熱固化体１は、これら実施例１、２の機能建材１０とともに、そのまま評価に供する。

実施例１、２及び比較例１、２の機能建材１０又は水熱固化体１を用いて、それぞれ無極性の揮発性有機化合物であるトルエンの吸着性能を測定した。ガス濃度調整方法及びガスバッグ法による吸着性能の評価方法を以下に説明する。

まず、テドラーバッグをシーリングし、空気を３Ｌ入れた後、トルエン（（株）和光純薬工業製）を８６．４μｇ注入して常温下で揮発させた。トルエンの揮発から２４時間後、テドラーバッグからトルエンを１００ｍｌ採取する。そして、別のテドラーバッグを用意し、この中に各機能建材１０又は水熱固化体１と３Ｌの空気とを入れる。採取したトルエン１００ｍｌを別のテドラーバッグに注入することにより、トルエンが約７６ｐｐｍの濃度になるように調整した。

そして、検知管の片側をガス採取機に装着し、反対側を上記の方法により調整したテドラーバッグに結合してから必要回数吸引し、トルエンの濃度（ｐｐｍ）を測定する。測定はテドラーバッグ中にトルエンを注入した直後から開始し、所定時間毎に検知管を変えて測定する。トルエンの濃度の時間変化を図２に示す。

図２より、無機加飾層２を形成した実施例１、２の機能建材１０のトルエンの吸着性能は、無機加飾層２を形成していない比較例１、２の水熱固化体１に比べてやや劣るものの、十分にその性能を維持していることがわかる。これは、水熱固化体１自体の多くの細孔が無機加飾層２の微細なクラックによって外気に連通し、細孔が塞がれていないためであると考えられる。特に、水熱固化体１が外割で１０質量％の活性炭を含む実施例２の機能建材１０は、水熱固化体１が活性炭を含まない比較例２の機能建材１０よりも、十分に高いトルエンの吸着性能を有することがわかる。実施例１、２及び比較例１、２の機能建材１０又は水熱固化体１は水熱固化体１自体の調湿機能も当然に維持している。

このため、実施例１、２の機能建材１０は、水熱固化体１自体の調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能を維持できることがわかる。特に、実施例２の機能建材１０は、調湿機能並びに極性物質及び無極性物質の吸着機能を発揮できることがわかる。

また、実施例１、２の機能建材１０は、無機加飾層２が水熱固化体１の表面で装飾性を上げていることから、優れた化粧性も発揮している。特に、実施例２及び比較例２の水熱固化体１は活性炭によって黒ずんでいるのであるが、この水熱固化体１に無機加飾層２を形成した実施例２の機能建材１０は、その黒ずみが隠され、優れた化粧性を発揮している。

したがって、実施例１、２の機能建材１０は、調湿機能及び揮発性有機化合物の吸着機能を維持しつつ、より優れた化粧性を発揮できることがわかる。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明は、内装タイル、床材、天井材等の室内用建材に利用可能である。

実施例１、２に係る機能建材の断面図である。 実施例１、２及び比較例１、２に係り、ガスバッグ法によるトルエンの濃度の時間変化を示すグラフである。

Claims (8)

1. 水熱固化用調合物を水熱処理することにより少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体と、該水熱固化体の表面に形成され、微細なクラックをもつ無機加飾層とからなることを特徴とする機能建材。
2. 前記水熱固化体は、前記水熱固化用調合物を乾式プレス成形後、水熱処理したものであることを特徴とする請求項１記載の機能建材。
3. 前記水熱固化体には、水熱処理による結晶間に空隙を有して無極性物質吸着粒子が分散されていることを特徴とする請求項２記載の機能建材。
4. 前記無極性物質吸着粒子自体の細孔を維持していることを特徴とする請求項３記載の機能建材。
5. 前記無極性物質吸着粒子は活性炭粒子であることを特徴とする請求項３又は４記載の機能建材。
6. 少なくともＣａＯ分、ＳｉＯ₂分及び水を含む水熱固化用調合物を用意する調合工程と、
   該水熱固化用調合物を成形して成形体とする成形工程と、
   該成形体を水熱処理して少なくともケイ酸カルシウム水和物を生じて固化した水熱固化体を得る水熱工程と、
   該水熱固化体の表面に微細なクラックをもつ無機加飾層を形成する加飾層形成工程とを有することを特徴とする機能建材の製造方法。
7. 前記成形工程は、前記水熱固化用調合物を乾式プレス成形法により成形することを特徴とする請求項６記載の機能建材の製造方法。
8. 前記加飾層形成工程は、前記水熱固化体の表面にアルカリケイ酸塩水溶液を含有する無機塗料を塗布して未硬化塗膜を形成し、該未硬化塗膜を加熱により脱水するとともに脱アルカリ処理するものであることを特徴とする請求項７記載の機能建材の製造方法。

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