JP2012188822A - 調湿建材及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】調湿性能や強度を改善することができ、製造も容易な調湿建材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】水酸化アルミニウムとタルクとを含む原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成してなる調湿建材。該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜９５重量％、タルクを５〜８０重量％含む。原料はさらにベントナイト及び／又はモンモリロナイトと粘土との少なくとも一方を含んでもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は水酸化アルミニウムを原料とした調湿建材及びその製造方法に係り、特に水酸化アルミニウムの焼成物の調湿性を維持しつつ加工性を賦与するようにした調湿建材とその製造方法に関するものである。
水酸化アルミニウム粉末を加熱処理して製造した水酸化アルミニウム脱水物が吸放湿特性を有するところから、水酸化アルミニウムに添加物を添加し、混合及び成形して焼成した調湿建材が提案されている。
特許文献１（特開２００１−１２２６５７）には、水酸化アルミニウムと粘土とを化学組成がＡｌ２Ｏ３３３〜７６重量％、ＳｉＯ２１５〜５７重量％、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５の合計５重量％以下、ＣａＯ，ＢａＯ及びＭｇＯの合計９重量％以下となるように配合し、混合及び成形し、次いでＸ線回折チャートにおいてｋ−Ａｌ２Ｏ３のメインピークが検出され、このｋ−Ａｌ２Ｏ３のメインピークの高さがα−Ａｌ２Ｏ３のメインピークよりも高いものとなるように焼成して調湿建材を製造することが記載されている。
この特許文献１は、水酸化アルミニウムの脱水によって生じるアルミナ（酸化アルミニウム）の吸放湿特性を利用すると共に、原料水酸化アルミニウムに併用された粘土の焼結促進作用によって焼成物（焼結体）に高い強度を具有させるようにしたものである。
特開２００２−２４９３７２には、水酸化アルミニウム、カオリン質粉体及び水ガラスを含む原料を混合及び成形し、焼成して調湿建材を製造することが記載されている。
この特許文献２は、原料に水ガラスを配合することにより、調湿建材の強度を高めるようにしたものである。
特開２００１−１２２６５７ 特開２００２−２４９３７２
水酸化アルミニウムは、焼成により脱水し、多数の孔を有した多孔状態となる。この孔が優れた調湿性能を発現する。この水酸化アルミニウム系調湿建材は、多孔質のため脆く、例えば、壁面に施工した場合に、躯体の微細なひび割れや動きでクラックが生じるところから、調湿性能をあまり落とさず、強度を高くすることが必要である。
特許文献１では、原料に粘土を配合することにより、水酸化アルミニウムの脱水物の微細な孔が焼結により潰れるのを抑制しつつ、水酸化アルミニウム脱水物同士を硬く結びつけることにより強度を高める。特許文献２では、水ガラスが低温で熔融し、水酸化アルミニウム脱水物を固めることにより、強度を高める。
しかしながら、原料中の粘土や水ガラスの割合を多くすると、相対的に原料中の水酸化アルミニウム量が減少し、調湿性能が低下する。また、単に粘土や水ガラスの配合量を多くして強度を高くした場合、調湿建材の加工性、特に切断加工性が低下する。
なお、水ガラスを配合した場合には、水ガラスが焼成時に熔融して調湿する孔を塞ぎ、調湿性能を低下させる。また、水ガラスを使うと、成形する粉がベタつき、成形時に型に付着し、生産性を低下させる。
本発明は、上記特許文献１、２の調湿建材よりも加工性に優れ、製造も容易な調湿建材及びその製造方法を提供することを目的とする。
請求項１の調湿建材は、水酸化アルミニウムと、タルク様原料と、粘土と、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトとを含む原料を成形し、焼成してなるものである。
請求項２の調湿建材は、請求項１において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜８０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７４重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを１〜３０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項３の調湿建材は、水酸化アルミニウムと、タルク様原料とを含む原料を成形し、焼成してなるものである。
請求項４の調湿建材は、請求項３において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９５重量％、タルク様原料を５〜８０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項５の調湿建材は、請求項３において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７５重量％含むことを特徴とするものである。
請求項６の調湿建材は、請求項３において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを３〜３０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項７の調湿建材は、請求項１ないし６のいずれか１項において、タルク様原料はタルク、蛇紋岩亜族及び緑泥石族の少なくとも１種であることを特徴とするものである。
請求項８の調湿建材の製造方法は、水酸化アルミニウムと、タルク様原料と、粘土と、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトとを含む原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成するものである。
請求項９の調湿建材の製造方法は、請求項８において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜８０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７４重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを１〜３０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項１０の調湿建材の製造方法は、水酸化アルミニウムと、タルク様原料とを含む原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成するものである。
請求項１１の調湿建材の製造方法は、請求項１０において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９５重量％、タルク様原料を５〜８０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項１２の調湿建材の製造方法は、請求項１０において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７５重量％含むことを特徴とするものである。
請求項１３の調湿建材の製造方法は、請求項１０において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料５〜７０重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを３〜３０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項１４の調湿建材の製造方法は、請求項１０ないし１３のいずれか１項において、タルク様原料はタルク、蛇紋岩亜族及び緑泥石族の少なくとも１種であることを特徴とするものである。
請求項１５の調湿建材の製造方法は、請求項１０ないし１４のいずれか１項において、前記原料の少なくとも一部が仮焼されていることを特徴とするものである。
水酸化アルミニウムは、３００〜５００℃程度の焼成により脱水して多孔質となり、調湿性が発現するが、建材としての強度はない。強度を上げるため高温度で焼結させると調湿性が消失する。本発明では、水酸化アルミニウムにタルク様原料を配合する。タルク様原料は板状又は葉片状粒子よりなるため、３００〜５００℃という比較的低温の焼成で生成する水酸化アルミニウム脱水物同士の固着を防止し、水酸化アルミニウム脱水物の調湿性の消失を防止する。また、タルク様原料の粒子が水酸化アルミニウム脱水物と絡まり、建材としての強度を付与する。このタルク様原料は、融点が高いので、水酸化アルミニウム脱水物同士を融着させることがないと共に、粒子が柔らかいので、調湿建材の加工性が向上する。
なお、水酸化アルミニウム及びタルクを含む原料を７００〜１１００℃で焼成すると、タルクは７００℃付近よりＳｉＯ２を放出し始める。放出されたＳｉＯ２が水酸化アルミニウム脱水物の多孔質相に作用することにより、水酸化アルミニウム脱水物の多孔質状態がさらに維持されやすくなる。これにより、調湿性が向上すると共に、多孔質状水酸化アルミニウム脱水物の柔らかさとタルクの柔らかさとが重畳することにより調湿建材の加工性も向上する。但し、焼成温度が１１００℃よりも高くなると、水酸化アルミニウム脱水物の多孔質の維持が難しくなる。
水酸化アルミニウム及びタルクに対しさらに粘土を配合した場合、水酸化アルミニウム脱水物の調湿性を確保しつつ、粘土の固着作用により強度が向上する。
本発明において、原料にさらに粘土を配合した場合、タルクの７００℃付近からのＳｉＯ２放出による効果に加え、この粘土が８００℃付近よりＳｉＯ２を放出し始めるため、より幅広い温度範囲で水酸化アルミニウム脱水物の多孔質状態が維持されるようになり調湿性能が向上する。また、粘土の固着作用が作用することにより、調湿建材の強度が向上する。また、粘土は耐火度が高いので、８００℃又はそれ以上の高い温度で調湿建材を焼成しても調湿性能を保つことができる。これにより、様々な顔料や釉薬が使えることになり、調湿建材の装飾性も向上する。
原料にベントナイト及び／又はモンモリロナイトを配合した場合、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトが粘土よりも強い固着力を持つため、水酸化アルミニウムの脱水物を強く固めるようになり、調湿建材の高強度化が可能になる。
また、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトは、層間にＨ２Ｏが介在した層状鉱物であり、焼成すると６００℃付近で多量の層間水を放出し、崩れた構造となる。この構造のベントナイト及び／又はモンモリロナイト脱水物と水酸化アルミニウムの脱水物とが絡み合うことにより、水酸化アルミニウム脱水物の多孔質状態が維持されやすくなる。また、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトは７００〜１１００℃程度の焼成では熔融せず、水酸化アルミニウム脱水物の微細孔を閉塞することがなく、調湿建材の調湿性能が高いものとなる。
本発明では、上記のようにタルク様原料や、粘土、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトの存在により水酸化アルミニウム脱水物のα−アルミナ結晶化反応が抑制され、該脱水物（酸化アルミニウム）の多くは多孔状のまま残存し、また、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＢａＯなどのガラス生成成分の含有量が少ないので、ガラス融液生成による気孔閉塞が抑制される。
また、原料にタルク様原料や、粘土、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを配合することにより、成形時の成形性、賦形性が向上する。
本発明の調湿建材を製造するには、水酸化アルミニウムと、タルク様原料、必要に応じさらに粘土やベントナイト及び／又はモンモリロナイトを混合し、成形し、焼成する。
水酸化アルミニウムとしては、粉末状のものが好適である。水酸化アルミニウムは、ギブサイト、バイヤライト、ベーマイト、ダイアスポア、アルミナゾル、アルミナゲルなどのいずれの形態のものであってもよい。なお、焼成により多孔質になる塩化アルミニウム、アルミニウムナイトライドなどの各種アルミニウム化合物も用いることができるが、水酸化物が最も好ましい。
タルク様原料としては、タルクのほか蛇紋岩亜族（温石綿、板温石、リザーダイト）、緑泥石族（クリノクロア、シャモサイト、スドーアイト、クッケアイト）も用いることができるが、タルクが好適である。
ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とし、さらに、石英、クリストバライト、長石類、炭酸塩鉱物などを付随することが多い鉱物である。Ｎａモンモリロナイト、Ｃａモンモリロナイトを含むＮａベントナイト、Ｃａベントナイトなどや、ベントナイトが風化した酸性白土、それを処理した活性白土などが代表例である。
粘土としては、木節粘土、蛙目粘土、耐火粘土、炉器粘土、カオリンなど、カオリン鉱物を含む各種のものを用いることができる。
この原料の配合割合は、次の通りであることが好ましい。
水酸化アルミニウム−タルク様原料２成分系の場合
水酸化アルミニウム２０〜９５重量％特に２５〜６０重量％
タルク様原料５〜８０重量％特に１０〜５５重量％
水酸化アルミニウム−タルク様原料−粘土３成分系の場合
水酸化アルミニウム２０〜９０重量％特に２５〜６０重量％
タルク様原料５〜７０重量％特に１０〜５５重量％
粘土５〜７５重量％特に５〜６０重量％
水酸化アルミニウム−タルク様原料−ベントナイト及び／又はモンモリロナイト３成分（又は４成分）系の場合
水酸化アルミニウム２０〜９０重量％特に２５〜６０重量％
タルク様原料５〜７０重量％特に１０〜５５重量％
ベントナイト及び／又はモンモリロナイト３〜３０重量％特に５〜２０重量％
水酸化アルミニウム−タルク様原料−粘土−ベントナイト及び／又はモンモリロナイト４成分（又は５成分）系の場合
水酸化アルミニウム２０〜８０重量％特に２５〜６０重量％
タルク様原料５〜７０重量％特に１０〜５５重量％
粘土５〜７４重量％特に１０〜５５重量％
ベントナイト及び／又はモンモリロナイト１〜３０重量％特に５〜２０重量％
本発明では、原料が水酸化アルミニウム、タルク様原料、粘土、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを含むことが最も好ましく、この場合、焼成後の調湿建材の組成が次の範囲となるようにするのが好ましい。
Ａｌ２Ｏ３：１０〜９５重量％特に２０〜６０重量％
ＳｉＯ２：３〜６５重量％特に１５〜５５重量％
ＣａＯ及びＭｇＯの合計：２〜３５重量％以下特に５〜３０重量％以下
フラックス（Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＢａＯの合計）：５重量％以下特に３重量％以下
なお、ＳｉＯ２が６５重量％よりも多いと原料の焼結性が悪化すると共に、Ａｌ２Ｏ３が過少となり調湿性が悪化する。ＳｉＯ２が３重量％よりも少ないと焼結体の強度が低下すると共に、タルク様原料、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトもしくは粘土量が過少であり、成形性が悪くなる。
ＣａＯ及びＭｇＯの合計が３５重量％よりも多いと、調湿建材の微細孔が閉塞され調湿特性が低下するようになる。フラックスが５重量％よりも多いと調湿建材の微細孔が閉塞され調湿特性が低下する。
なお、本発明では、調湿建材の調湿特性及び強度に悪影響を与えない範囲で焼結助剤成分、例えば、各種ガラス粉やフリット、建物用又は自動車用の板ガラスや都市ゴミ溶融スラグや製鋼スラグなどの各種スラグを配合してもよい。この焼結助剤成分の配合量は、水酸化アルミニウム、タルク様原料、ベントナイト及び／又はモンモリロナイト並びに粘土の合量１００重量部に対し５０重量部以下特に３０重量部以下であることが望ましい。
上記の各原料のうちの少なくとも一部、例えば水酸化アルミニウム、タルク様原料、ベントナイト及び／又はモンモリロナイト、並びに粘土の少なくとも１種を７００〜１１００℃の焼成温度よりも低い温度（例えば５００〜８００℃程度）で仮焼しておいてもよい。原料を仮焼することにより、原料の活性が増大し、焼成性が向上する。また、水酸化アルミニウムや粘土のように焼成時に脱水する原料や、焼成時に脱炭酸する原料を仮焼しておくと、焼成時の急激な脱水や脱炭酸が防止され、焼成物の割れ等を防止することができる。
上記の原料は、必要により粉砕した後、混合し、成形される。粉砕方法、混合方法、成形方法は特に限定されるものではない。例えば、成形方法としては、プレス成形、押出成形等を採用できる。この成形のためにメチルセルロース等の成形助剤を添加してもよい。調湿建材は板状、ブロック状、筒状など適宜の形状としうる。
成形体は、必要に応じ乾燥した後、好ましくは７００〜１１００℃特に７５０〜１１００℃にて０．２〜１００Ｈｒ好ましくは０．３〜７２Ｈｒ焼成する。
これにより、曲げ強度が２．５ＭＰａ以上であり、２５℃で相対湿度５０％の雰囲気中で恒量となっているものを２５℃で相対湿度９０％の空気と２４ｈｒ接触させたときの吸湿量が１５０ｇ／ｍ２以上である調湿建材が得られる。
なお、本発明において曲げ強度等、吸湿量は次の方法により求めた値とする。
曲げ強度：三点曲げ法で求める。
調湿性能：裏面及び端面をアルミテープでシールした調湿建材を２５℃で相対湿度５０％の恒温恒湿槽中で重量を恒量化（変動０．１％以下になるまで）させた後、２５℃で相対湿度９０％に保持した恒温恒湿槽中に入れ、２４Ｈｒ後の重量増を試験体の寸法を測定し、単位面積（１ｍ２）あたりに換算した吸湿量を指標とする。
本発明では、調湿建材の表面に薄く施釉を施し、調湿建材の意匠性や耐汚れ性を高めるようにしてもよい。この場合、調湿性を損なわないようにするために釉薬によって生成するガラス層が調湿建材本体の表面の９０％以下の面積領域に形成されるように、或いは、このガラス層の最大厚みが３００μｍ以下となるように行うのが好ましい。
実施例１
工業用水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３純度９９．６％グレード）５５重量部と、タルク（中国遼寧省産）４５重量部とをボールミルで粉砕、混合した後、プレス成形し、１１０×１１０×５．５ｍｍの成形体とし、これを８００℃で１．０Ｈｒ焼成し、調湿建材を製造した。
この調湿建材の吸湿量、曲げ強度及び加工性を測定した結果を表１に示す。
なお、加工性は木工用の鋸で人が通常の作業速度で切断したときの３０秒当りの切断進行量である。
実施例２〜１４、比較例１〜３
原料の配合割合及び焼成温度を表１の通りとし、また実施例１４では水酸化アルミニウム、タルク、粘土を５００℃で仮焼してから他の原料と粉砕・混合したこと以外は実施例１と同様にして調湿建材を製造し、同様の測定を行った。結果を表１に示す。なお、比較例１，２では、焼成物をハンドリングできないため、吸湿量及び曲げ強度は測定不能であった。粘土としては愛知県瀬戸産のものを用い、ベントナイトとしては群馬県安中産のものを用いた。なお、実施例１，２では成形用バインダとしてポリビニルアルコールを７．５重量部ずつ配合した。なお、実施例１４における水酸化アルミニウム５０＋４は、水酸化アルミニウム５０重量部と５００℃仮焼水酸化アルミニウム４重量部とを表わす。タルクの１５＋６は、タルク１５重量部と５００℃仮焼タルク６重量部を表わす。粘土の７．５＋５は、粘土７．５重量部と５００℃仮焼粘土５重量部とを表わす。
Figure 2012188822
比較例１，２の通り、水酸化アルミニウム単体では、建材は得られない。比較例３（特許文献１）では、粘土の固着を利用することで、調湿性能が６５７ｇ／ｍ２で２．３ＭＰａ程度の調湿建材が得られるが、加工性は１００ｍｍ／３０秒と低い。
実施例１〜１１は、いずれも比較例１に比べて加工性に優れる。タルクを多く配合した実施例１，２は加工性が極めて高い。タルクと粘土とを併用し、かつタルクを粘土よりも多く配合した実施例３も調湿性及び加工性に優れる。
実施例３と比べ、実施例４は、水酸化アルミニウムを減らしてタルクを増やした配合である。実施例４も調湿性、加工性に優れるが、水酸化アルミニウムが減ると加工性が低下しており、タルクと水酸化アルミニウムのからみ合いで加工性が向上することが分かる。
実施例１，２は、同一配合である。焼成温度を８５０℃と実施例１よりも＋５０℃高くした実施例２の場合、実施例１よりも強度は高くなるが、調湿性が低下する。これは、原料が水酸化アルミニウムとタルクの２成分系であり、＋５０℃分だけ焼結が進行したためであると考えられる。
原料を水酸化アルミニウム、タルク及び粘土の３成分系で同一配合とした実施例５，６においては、焼成温度を８５０℃とした実施例６においても、実施例１よりも高い調湿性能を有している。また、実施例６は、曲げ強度も実施例１，２に比べても高い。
水酸化アルミニウム、タルク及びベントナイトの３成分を配合した実施例７と、水酸化アルミニウム、タルク、粘土及びベントナイトの４成分を配合した実施例８，９は、調湿性及び曲げ強度が高い。加工性は実施例１〜３に比べて低いが、比較例３に比べて十分に高い。
実施例１０，１１は、水酸化アルミニウム、タルク、粘土及びベントナイトの４成分を配合しているが、水酸化アルミニウムの割合を少なくしている。この実施例１０，１１の場合、調湿性は水酸化アルミニウムが少ないことに対応して低くなっている。ただし、曲げ強度は高い。このことから、高調湿性とするためには、水酸化アルミニウムの配合量を２５重量％以上程度に多くするのが好ましいことが認められた。
以上の実施例及び比較例からも明らかな通り、本発明によると、調湿特性、強度及び加工性に優れた調湿建材が提供される。

Claims (15)

  1. 水酸化アルミニウムと、タルク様原料と、粘土と、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトとを含む原料を成形し、焼成してなる調湿建材。
  2. 請求項１において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜８０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７４重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを１〜３０重量％含むことを特徴とする調湿建材。
  3. 水酸化アルミニウムと、タルク様原料とを含む原料を成形し、焼成してなる調湿建材。
  4. 請求項３において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９５重量％、タルク様原料を５〜８０重量％含むことを特徴とする調湿建材。
  5. 請求項３において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７５重量％含むことを特徴とする調湿建材。
  6. 請求項３において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを３〜３０重量％含むことを特徴とする調湿建材。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、タルク様原料はタルク、蛇紋岩亜族及び緑泥石族の少なくとも１種であることを特徴とする調湿建材。
  8. 水酸化アルミニウムと、タルク様原料と、粘土と、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトとを含む原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成する調湿建材の製造方法。
  9. 請求項８において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜８０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７４重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを１〜３０重量％含むことを特徴とする調湿建材の製造方法。
  10. 水酸化アルミニウムと、タルク様原料とを含む原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成する調湿建材の製造方法。
  11. 請求項１０において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９５重量％、タルク様原料を５〜８０重量％含むことを特徴とする調湿建材の製造方法。
  12. 請求項１０において、該原料は水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料を５〜７０重量％、粘土を５〜７５重量％含むことを特徴とする調湿建材の製造方法。
  13. 請求項１０において、該原料は、水酸化アルミニウムを２０〜９０重量％、タルク様原料５〜７０重量％、ベントナイト及び／又はモンモリロナイトを３〜３０重量％含むことを特徴とする調湿建材の製造方法。
  14. 請求項１０ないし１３のいずれか１項において、タルク様原料はタルク、蛇紋岩亜族及び緑泥石族の少なくとも１種であることを特徴とする調湿建材の製造方法。
  15. 請求項１０ないし１４のいずれか１項において、前記原料の少なくとも一部が仮焼されていることを特徴とする調湿建材の製造方法。
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