JP2009227537A

JP2009227537A - けい酸カルシウム材の製造方法

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Publication number: JP2009227537A
Application number: JP2008077368A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yamamoto; 昌彦山本; Mitsuharu Osawa; 光春大澤
Original assignee: A&A Material Corp
Current assignee: A&A Material Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP4927011B2

Abstract

【課題】原料の一部として石膏ボード廃材を使用して抄造法によりけい酸カルシウム板の製造する際の層間剥離を防止する手段を提供する。
【解決手段】原料に水を加えて混合して原料スラリーを得、原料スラリーを抄造機にて抄造して薄膜を得、該薄膜を抄造機のメーキングロールに巻き取って所定の厚さまで積層した後メーキングロールから取り出して生板を得、生板をオートクレーブ養生して硬化させることからなるけい酸カルシウム板の製造方法において、原料として、マトリックス形成用原料３０〜９０質量％、繊維原料２〜１５質量％、石膏ボード廃材粉砕粉２〜５０質量％及びけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉１〜２０質量％を用いることを特徴とするけい酸カルシウム板の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、原料の一部として石膏ボード廃材を使用したけい酸カルシウム板の製造方法に関するものである。

けい酸カルシウム板は、優れた寸法安定性、強度及び耐熱性等により、防火建材として広く使用されている。けい酸カルシウム板は、基本的にけい酸質原料と石灰質原料と必要に応じて補強繊維を原料としてスラリーを得、成形後オートクレーブ処理することにより製造される。そして、これに石膏を添加すると、けい酸カルシウム板の材質が曲がりやすくなる、すなわち柔らかくなることが知られている（特許文献１）。そして、その石膏原料として石膏ボード廃材の粉砕粉を用いれば優れた曲げ強度を有するけい酸カルシウム板が得られることが知られている（特許文献２）。
特開平５−７０２０７号公報特開平１０−２９６２２４号公報特開２００１−２５３７５６号公報

石膏ボード廃材を利用するけい酸カルシウム板は極めて大量に発生する石膏ボード廃材の有効利用という点、及びけい酸カルシウム板の性能向上から有用であるが、けい酸カルシウム板の製造方法として最も広く使用されている方法である抄造法により、原料の一部として石膏ボード廃材の粉砕粉を用いてけい酸カルシウム板を製造した場合、得られるけい酸カルシウム板が層間剥離を生じやすくなるという問題があることが判明した。
従って、本発明の目的は、原料の一部として石膏ボード廃材を使用して抄造法によりけい酸カルシウム板の製造する際の層間剥離を防止する手段を提供することにある。

そこで本発明者らは、けい酸カルシウム板の層間剥離を防止すべく種々検討した結果、全く意外にも、石膏ボード廃材粉砕粉に加えて、けい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉を配合すれば、抄造法でけい酸カルシウム板を製造しても層間剥離が生じず、かつ成形性や物性の低下がなく、防火建材として有用なけい酸カルシウム板が得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、原料に水を加えて混合して原料スラリーを得、原料スラリーを抄造機にて抄造して薄膜を得、該薄膜を抄造機のメーキングロールに巻き取って所定の厚さまで積層した後メーキングロールから取り出して生板を得、生板をオートクレーブ養生して硬化させることからなるけい酸カルシウム板の製造方法において、原料として、マトリックス形成用原料３０〜９０質量％、繊維原料２〜１５質量％、石膏ボード廃材粉砕粉２〜５０質量％及びけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉１〜２０質量％を用いることを特徴とするけい酸カルシウム板の製造方法を提供するものである。

本発明の製造方法を使用すれば、原料の一部として石膏ボード廃材を使用した場合であっても、層間剥離を生ずることなく抄造法によりけい酸カルシウム板を容易に製造することができる。また、本発明の製造方法を使用すれば、石膏ボード廃材とけい酸カルシウム保温材廃材の双方を有効利用することができる。なお、けい酸カルシウム保温材廃材をけい酸カルシウム板の原料として利用することは知られている（特許文献３）が、石膏ボード廃材と併用すること、さらに当該併用により石膏ボード廃材を使用した場合の層間剥離を防止できることは全く予想できなかったことである。

以下、本発明の特徴及びそれによる作用効果について、実施の形態によってさらに詳しく説明する。

本発明により製造されるけい酸カルシウム板は、けい酸カルシウム水和物結晶である、トバモライト及び／又はゾノトライトをマトリックスとする材料である。このマトリックスを形成する原料は、石灰質原料及びけい酸質原料であり、いずれも従来から公知の原料を使用する。具体的には、石灰質原料としては、従来公知の消石灰、生石灰等を用いる。けい酸質原料としては、従来公知の珪石粉末等の結晶質シリカ、並びにけいそう土、シリカヒューム及びホワイトカーボン等の非晶質シリカを用いる。また、ポルトランドセメントは、カルシウム成分とシリカ成分の両方を有するので、石灰質原料とけい酸質原料とを兼ねた原料として使用することができる。

マトリックス形成原料は、後述するオートクレーブ養生により、トバモライト及び／又はゾノトライトを主体とするけい酸カルシウム水和物結晶を生成して、けい酸カルシウム板のマトリックスを形成するための原料である。主としてトバモライトをマトリックスとする場合は、石灰質原料及びけい酸質原料のＣａＯとＳｉＯ₂のモル比（以下、Ｃ／Ｓと表す）が０．６から０．９の範囲となるように、石灰質原料及びけい酸質原料の配合比率を定める。また、主としてゾノトライトをマトリックスとする場合は、Ｃ／Ｓが０．９から１．０の範囲となるように、石灰質原料及びけい酸質原料の配合比率を定める。なお、マトリックスはトバモライトとゾノトライトの混晶を主体とするものであってもよい。

原料の固形分全体に占めるマトリックス原料の配合比率は、３０〜９０質量％であり、より好ましくは３０〜７０質量％である。３０質量％未満であると、マトリックスが少なくなり、けい酸カルシウム板の強度が不十分となることから好ましくない。また、９０質量％を上回ると、製造や物性には問題はないが、石膏ボード廃材やけい酸カルシウム保温材廃材の使用量が少なくなるので、本発明の目的にそぐわない。

繊維原料は、抄造法によりけい酸カルシウム板を製造する場合に用いられてきた、従来より公知の繊維を使用することができる。一般には、セルロースパルプを主体とするが、必要に応じて耐オートクレーブ性を有する他の繊維（例えば、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維等）を併用してもよい。原料の固形分全体に占める繊維原料の配合比率は、２〜１５質量％であり、より好ましくは３〜１０質量％である。２質量％未満であると、抄造において排水中への粉体原料の流出が多くなり稼働状態が不安定になり、けい酸カルシウム板の強度も不十分となることから好ましくない。また、１５質量％を上回ると、他の原料とともに水と混合して原料スラリーを形成する際の繊維原料の分散性が低下するので好ましくない。また、前記した繊維原料は有機物であるが、原料の固形分全体に占める有機分の量は、目的とするけい酸カルシウム板の不燃性（不燃、準不燃、難燃等）によって、上限値が定まる。不燃の場合、原料全体に占める有機分の量は、概ね１０質量％以下である。なお、かつては石綿が、けい酸カルシウム板の代表的な繊維原料であったが、現在は使用が禁止されている。

石膏ボード廃材には、石膏ボード製造の際発生する廃材や建築現場等から生ずる石膏ボードの廃材があるが、本発明にはいずれも使用することができる。石膏ボード廃材は、公知の粉砕機（例えば、(株)奈良機械製作所製自由粉砕機）で粉砕して粉砕粉として使用する。石膏ボード廃材は、石膏ボード原紙と石膏とに分別し、分別した石膏を粉砕して粉砕粉を得てもよく、あるいは分別することなく粉砕して粉砕粉を得てもよい。石膏ボード廃材粉砕粉の平均粒子径は、１５〜１００μｍが好ましく、２０〜７５μｍがさらに好ましい。１５μｍ未満であると、抄造において排水中に流出する量が多くなること、及び抄造時にろ水性が低下するという問題があることから好ましくない。１００μｍを上回ると、原料スラリー中で他の原料と分離しやすくなるので抄造性が低下すること、及び得られたけい酸カルシウム板を研磨加工する場合、表面の石膏ボード廃材粉砕粉が取れてしまうことにより穴を形成しやすく、表面不良となることから好ましくない。原料の固形分全体に占める石膏ボード廃材粉砕粉の配合比率は２〜５０質量％が好ましく、５〜３５質量％がさらに好ましい。２質量％未満であると、けい酸カルシウム板の製造や物性には問題はないが、石膏ボード廃材粉砕粉やけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉の配合比率が低下することになり、本発明の目的にそぐわない。また、けい酸カルシウム板の原料として石膏を使用した場合、けい酸カルシウム板の材質が柔らかくなることが知られており、石膏ボード廃材粉砕粉の量が５０質量％を上回ると、材質が柔らかくなりすぎて、天井等に施工した場合、施工後にけい酸カルシウム板に変形（垂れ）が発生することがあるので好ましくない。

けい酸カルシウム保温材は、配管の断熱用等に使用されている材料であり、主としてトバモライトをマトリックスとするものと主としてゾノトライトをマトリックスとするものとがあるが、本発明にはいずれも使用することができる。また、けい酸カルシウム保温材廃材には、けい酸カルシウム保温材の製造の際発生する廃材や建築現場やメンテナンス等に伴って生ずるけい酸カルシウム保温材の廃材があるが、本発明にはいずれも使用することができる。

けい酸カルシウム保温材の廃材は、公知の粉砕機（例えば、(株)奈良機械製作所製自由粉砕機）で粉砕して粉砕粉として使用する。本発明では、けい酸カルシウム保温材粉砕粉の平均粒子径を１００〜５００μｍとすることが好ましく、さらに好ましくは１５０〜３００μｍである。粒度が１００μｍ未満であると、抄造時にろ水性が低下するという問題があり好ましくない。また、粒度が５００μｍを上回ると、これが製品表面に露出した場合外観上好ましくない。原料の固形分全体に占めるけい酸カルシウム保温材粉砕粉の配合比率は、１〜２０質量％が好ましく、２〜１５質量％がさらに好ましい。１質量％未満であると、石膏ボード廃材粉砕粉を原料の一部に使用してけい酸カルシウム板を抄造法により製造した場合の問題点である層間剥離を防止する効果が低下するため好ましくない。また、２０質量％を上回ると、抄造時のろ水性低下という問題があり好ましくない。

けい酸カルシウム保温材粉砕粉を使用すると、石膏ボード廃材粉砕粉を原料の一部に使用してけい酸カルシウム板を抄造法により製造した場合の問題点である層間剥離を防止することができる理由は明らかではないが、本発明者の考えは次のとおりである。まず、石膏ボード廃材粉砕粉を使用した場合に層間剥離が生じやすくなる理由であるが、抄造機によって形成される薄膜（グリーンフィルム）が脱水しやすい状態になり、グリーンフィルムをメーキングロールに巻き取る際、水分が容易に脱水され、積層されたグリーンフィルム同士が密着しにくくなるものと考えられる。これに対してけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉には、グリーンフィルムをメーキングロールに巻き取る際水分の脱水を抑制する効果があり、両者を併用することにより、メーキングロールに巻き取られ積層されたグリーンフィルム同士に密着が向上し、層間剥離が防止されるものと考えられる。このことをけい酸カルシウム保温材廃材を使用するという立場から考えれば、けい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉を原料の一部として使用した場合、その配合量が増加すると、ろ水性が低下し成形性が悪化することを、石膏ボード廃材粉砕粉を配合することにより緩和することができると考えられる。

これらの必須原料に加え、必要に応じて充填材を原料として使用することができる。充填材としては、ウォラストナイトやマイカ、炭酸カルシウム、等の鉱物性粉末、けい酸カルシウム板等の建材製品のリサイクル品粉砕物等がある。ウォラストナイトやマイカはけい酸カルシウム板の耐熱性、特に加熱を受けた際の膨張収縮を抑制する原料として用いられる。原料の固形分全体に占める充填材の配合比率は、５０質量％以下である。５０質量％を上回ると、石膏ボード廃材粉砕粉やけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉の配合比率が低下することになり、本発明の目的にそぐわない。

次に、抄造法によるけい酸カルシウム板の製造方法について説明する。まず、前記した原料に水を加えて混合し、原料スラリーを形成する。原料スラリーの好適な濃度は、後述する抄造法の種類によっても異なるが、混合を完了した時点では概ね１０〜２０％であり、抄造機に投入する際、必要に応じて割り水を加え濃度を調整する。なお、本願における原料スラリーの濃度は、各原料の固形分の質量の総和／（各原料の固形分の質量の総和＋水の質量）×１００（％）である。

濃度調整された原料スラリーは抄造機にて抄き取られ、薄膜（グリーンフィルム）を形成する。抄造法としては、抄き箱（通称バット）中に原料スラリーを投入し、所定の目開きのメッシュを有するシリンダーで抄き取る丸網式抄造法や、エンドレスフェルト上に原料スラリーを供給して脱水しグリーンフィルムを形成するフローオン式抄造法等があるが、本発明ではいずれも使用することができる。

形成されたグリーンフィルムは、抄造機のメーキングロールに巻き取られ、所定の厚さになるまで積層される。積層されるグリーンフィルムの層数は特に限定されるものではないが、厚さ６ｍｍのけい酸カルシウム板の場合、４〜６層である。グリーンフィルムはメーキングロールに所定の厚さまで積層された後取り出され、生板（グリーンシート）を形成する。

形成されたグリーンシートは、必要に応じて常温にて６〜２４時間、一次養生を行う。次いで、オートクレーブを用いてオートクレーブ養生を行う。オートクレーブ養生を行うことにより石灰質原料とけい酸質原料とが反応し、マトリックスとなるけい酸カルシウム水和物結晶を形成し硬化する。オートクレーブ養生の条件は、マトリックスがトバモライトを主体とする場合は、１６０℃〜１９０℃の飽和水蒸気圧下で３時間〜１５時間、マトリックスがゾノトライトを主体とする場合は、１９０℃〜２２０℃の飽和水蒸気圧下で３時間〜１５時間である。オートクレーブ養生を終了した後、必要に応じて乾燥や表面研磨等の加工が行われ、製品となる。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１〜８及び比較例１〜３
表１の条件（配合条件）に記載した原料の組成に基づき、マトリックス形成用原料、繊維原料、石膏ボード廃材粉砕粉、及びけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉を配合して配合物を得、水を加えて濃度５％のスラリーとした。次に、該スラリーを定法により成形して成形体を得た。かかる成形体を常温の湿空状態で１５時間一次養生した。一次養生後、表１記載の条件にてオートクレーブ養生して硬化させ、さらに、大気圧下１５０℃で５時間乾燥処理を行って６ｍｍ×９１０ｍｍ×１８２０ｍｍのけい酸カルシウム板を得た。
乾燥処理終了後に、複数の検査員で目視による層間剥離、フクレ、パンク等の不良発生有無について表面検査を行い、良否を選別した。
また、得たけい酸カルシウム板について見掛け密度、及び曲げ強度を測定した。

石膏ボード廃材粉砕粉；石膏ボード廃材の紙と石膏分とを分離し、石膏分を粉砕したもの。平均粒子径は、５０μｍのものを使用した。粉末Ｘ線回折の結果、組成は殆どが二水石膏であるが、半水石膏、及び無水石膏もわずかな量であるが共存している。また、使用した石膏ボード廃材粉砕粉は粉砕の第一段階で紙と石膏とを分離し、石膏分のみを粉砕したものであるが熱分析の結果、０．８〜１．５質量％の石膏ボードの表裏面紙に由来したパルプと考えられる有機分を含有していた。

けい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉；奈良式粉砕機（自由粉砕機Ｍ−５、外輪なし）を使用し、粗砕したゾノトライト系、及びトバモライト系保温材廃材を粉砕したもの。ゾノトライト系、及びトバモライト系の区別は粉末Ｘ線回折で行った。平均粒子径は１５０μｍのものを使用した。

なお、ここでいう平均粒子径とは、ふるいの目開きが６００μｍ、３００μｍ、１５０μｍ、９０μｍ、４５μｍのふるいと下皿とを、目開きが大きいふるいが上になるように積み重ねてロータップ式試験機に設置し、目開き６００μｍのふるい上に石膏ボード廃材粉砕粉あるいはけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉を入れ、１０分間ふるい分けた後、各ふるいにおける残分（質量％）を測定し、各ふるいの目開きの値を、各ふるいの残分の質量比により加重平均して求めた値である。

表１から明らかなように、けい酸カルシウム板の製法に際し、石膏ボード廃材粉砕粉だけでなく、けい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉を配合すれば、層間剥離を殆ど発生することなく、かつ物性の良好なけい酸カルシウム板が得られることがわかる。

Claims

原料に水を加えて混合して原料スラリーを得、原料スラリーを抄造機にて抄造して薄膜を得、該薄膜を抄造機のメーキングロールに巻き取って所定の厚さまで積層した後メーキングロールから取り出して生板を得、生板をオートクレーブ養生して硬化させることからなるけい酸カルシウム板の製造方法において、原料として、マトリックス形成用原料３０〜９０質量％、繊維原料２〜１５質量％、石膏ボード廃材粉砕粉２〜５０質量％及びけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉１〜２０質量％を用いることを特徴とするけい酸カルシウム板の製造方法。
請求項１において、原料として、さらに充填材を５０質量％以下の範囲で用いることを特徴とするけい酸カルシウム板の製造方法。
石膏ボード廃材粉砕粉の平均粒子径が１５〜１００μｍであり、かつけい酸カルシウム保温材廃材粉砕粉の平均粒子径が１００〜５００μｍである請求項１又は２記載のけい酸カルシウム板の製造方法。