JP2013216534A - 無機質板 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に配慮して、セメント含有量を０〜１１質量％に抑えるとともに、廃棄物、副産物を多量に利用した、建築板に好適な無機質板を提供する。
【解決手段】高炉スラグを３０〜５３質量％、平均粒径が２００〜２０００μｍの石膏を２〜５質量％、アルカリ材を５〜１１質量％、補強繊維を５〜１５質量％、無機混和材を３１〜５０質量％含有し、かつ、高炉スラグ：石膏：アルカリ材の質量比が、１：０．０５〜０．１５：０．１５〜０．３５であるスラリーを脱水し、形成されたマットの硬化体であることを特徴とする無機質板板。高炉スラグは、比表面積が３０００〜５０００であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、建築板に好適な無機質板に関するものである。

従来より、特許文献１に記載されているように、セメント、繊維物質等を水に懸濁したスラリーを抄造してマットを成形し、該マットを養生、硬化して無機質板を製造することが行われている。このような無機質板は、曲げ強度などの物性に優れるので、住宅の内壁材、外壁材等の建築板として使用されている。
しかし、近年、環境問題への意識が高まっており、企業においては、二酸化炭素の排出を抑制する取り組みや、産業廃棄物を有効利用する取り組みが行われている。それらの取り組みの一つとして、使用する原料を、製造過程において二酸化炭素発生量の少ないものに変更する取り組みがある。

例えば、セメントはその製造過程において多量の二酸化炭素を発生するので、環境問題の視点からみると、好ましい原料とはいえない。しかし、従来の無機質板は、特許文献１に記載されているように、セメントを５０〜７５質量％含有している。そのため、建築板を製造するにあたり、セメントから、製造時の二酸化炭素発生量が少ない高炉スラグに変更する、又は、セメントの配合比率を減らすことが検討されている。また、石炭灰や石膏ボード廃材などの産業廃棄物、副産物を原料として利用することも検討されている。
しかし、セメントを高炉スラグに変更する、セメントの配合比率を減らす、産業廃棄物、副産物の配合比率を増やすことを行うと、製造される無機質板の曲げ強度等の物性が低下し、建築板として使用できないおそれがある。

特開昭５６−３７１０６号公報

したがって、本発明の課題は、環境に配慮して、セメント含有量を０〜１１質量％に抑えるとともに、廃棄物、副産物を多量に利用した、建築板に好適な無機質板を提供するものである。

本発明は、建築板に好適な無機質板を提供する。該無機質板は、高炉スラグを３０〜５３質量％、平均粒径が２００〜２０００μｍの石膏を２〜５質量％、アルカリ材を５〜１１質量％、補強繊維を５〜１５質量％、無機混和材を３１〜５０質量％含有し、かつ、高炉スラグ：石膏：アルカリ材の質量比が、１：０．０５〜０．１５：０．１５〜０．３５であるスラリーを脱水し、形成されたマットの硬化体であることを特徴とする。なお、高炉スラグは、製鉄所の高炉で銑鉄をつくるときに、副産物として生成されるものであり、本発明の無機質板によれば、セメントの含有量が抑えられるとともに、産業廃棄物の有効利用にも繋がる。また、高炉スラグは、比表面積が３０００〜５０００であると、必要な物性が確保できるとともに、原料製造時の二酸化炭素発生量がより抑えられるので、好ましい。ここで、比表面積とは、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定する試験方法で測定した値である。
また、本発明の無機質板は、曲げ強度が１０Ｎ／mm^２以上であると、外壁材として適しており、好ましい。高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材とからなる硬化層は、単層又は積層とすることができる。
更に、高炉スラグは、高炉水砕スラグであり、石膏は、石膏ボード廃材を粉砕して得られた再利用石膏であり、無機混和材として、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰のいずれかを含み、補強繊維として故紙を含むと、産業廃棄物が有効利用されるので好ましい。高炉水砕スラグ、再利用石膏、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰、故紙の合計が５０〜９５質量％であると、産業廃棄物の有効利用がより促進されるので、好ましい。

本発明によれば、環境に配慮して、セメント含有量を０〜１１質量％に抑えるとともに、廃棄物、副産物を多量に利用した、建築板に好適な無機質板を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。

本発明の無機質板は、高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材とからなる。

高炉スラグは、製鉄所の高炉で銑鉄をつくるときに、副産物として生成されるものである。高炉スラグには、溶融スラグを冷却ヤードに流し込み、自然放冷と適度の散水により徐冷処理することで得られる、結晶質で岩石状の高炉徐冷スラグと、溶融スラグに加圧水を噴射するなど急激に冷却処理することにより得られる、ガラス質で粒状の高炉水砕スラグとあり、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類を含有してもよい。高炉スラグは、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定する比表面積が３０００〜５０００であることが好ましい。高炉スラグの比表面積が、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定する比表面積で３０００未満では、得られる無機質板の曲げ強度は弱く、５０００より大きいと、粉砕するためにエネルギーを要するとともに、二酸化炭素発生量も増えるため、環境面から好ましくない。なお、高炉スラグはＪＩＳ品である必要はなく、ＪＩＳ品以外も用いることができる。

石膏としては、無水石膏、半水石膏、二水石膏などがあり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよいが、平均粒径が２００〜２０００μｍであることが必須である。石膏の平均粒径が２００μｍ未満では、スラリーをフェルト上で脱水する時に、石膏が水と共にフェルトを通過し、フェルト上に捕捉できないためであり、２０００μｍより大きいと、得られる無機質板の曲げ強度は弱い。なお、近年、石膏ボード廃材の処理が環境問題となっており、再利用が望まれているので、石膏ボード廃材を粉砕して得られた再利用石膏を使用することが好ましい。

アルカリ材としては、セメント、消石灰、生石灰、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、水ガラス等があり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。アルカリ材は、スラグと石膏の反応を開始させる役割をもつ。

補強繊維としては、木片、竹片、木粉、故紙、針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹未晒しクラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、広葉樹晒しクラフトパルプ（ＬＢＫＰ）等の木質補強材や、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、アセテート繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等の合成繊維や、ガラス繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール等があり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。環境問題を考慮すると、リサイクル品である故紙を使用することが好ましい。

無機混和材としては、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰、パーライト、シリカフューム、マイカ、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ワラストナイト、バーミキュライト、セピオライト、ゾノトライト等があり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。石炭灰、製紙スラッジ焼却灰は、産業廃棄物であり、環境問題を考慮すると、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰を含有することが好ましい。

なお、無機組成物も使用することができる。無機組成物としては、製造工程で発生した硬化前の無機質板の不良板、硬化後の無機質板の不良板、建築現場で発生した無機質板の端材、廃材などがある。いずれも衝撃式粉砕機及び／又は擦過式粉砕機で粉砕し、使用する。該無機組成物を使用することで、産業廃棄物を減らすことができ、環境問題を考慮すると好ましい。

更に、珪砂、ケイ石粉、シリカ粉、珪藻土、カオリナイト、ゼオライト、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウム、アクリル酸カルシウム等の硬化促進剤や、ベントナイト等の鉱物粉末や、ロウ、ワックス、パラフィン、シリコン、コハク酸、高級脂肪酸の金属塩等の防水剤、撥水剤や、発泡性熱可塑性プラスチックビーズ、プラスチック発泡体等や、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースなどの水性糊料、スチレン−ブタジエンラテックス、アクリル樹脂エマルジョンなどの合成樹脂エマルジョンの強化剤も使用することができる。

そして、本発明の無機質板は、高炉スラグを３０〜５３質量％、石膏を２〜５質量％、アルカリ材を５〜１１質量％、補強繊維を５〜１５質量％、無機混和材を３１〜５０質量％含有し、かつ、高炉スラグ：石膏：アルカリ材の質量比が、１：０．０５〜０．１５：０．１５〜０．３５であるスラリーを脱水し、形成されたマットを養生して硬化させることにより製造される。石膏を２〜５質量％とするのは、２質量％未満であると、得られる無機質板の強度は不足し、５質量％より多いと、寸法変化率等の物性が悪化するためである。アルカリ材を５〜１１質量％とするのは、５質量％未満では高炉スラグと石膏の反応が不十分で、得られる無機質板の強度は不足し、１１質量％より多いと、環境面から好ましくないためである。繊維補強材を５〜１５質量％とするのは、５質量％未満では得られる無機質板の強度は不足し、１５質量％より多いと、硬化が不十分となり、それを改善するためには薬品が必要となるので、環境への負荷が大きく、好ましくないためである。無機混和剤を３１〜５０質量％とするのは、３１質量％未満では、産業廃棄物、副産物の利用促進には不十分であり、５０質量％より大きいと、得られる無機質板の強度は不足する懸念があるためである。また、高炉スラグ、石膏、アルカリ材を質量比、１：０．０５〜０．１５：０．１５〜０．３５で含有することにより、得られる無機質板は、十分な強度を発現できるとともに、寸法変化率が小さくなる。

なお、本発明の無機質板は、曲げ強度が１０Ｎ／mm^２以上であると、外壁材として適しており、好ましい。また、高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材とからなる硬化層は、単層又は積層とすることができる。
高炉スラグは、高炉水砕スラグであり、石膏は、石膏ボード廃材を粉砕して得られた再利用石膏であり、無機混和材として、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰のいずれかを含み、補強繊維として故紙を含むと、産業廃棄物が有効利用されるので好ましい。高炉水砕スラグ、再利用石膏、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰、故紙の合計が５０〜９５質量％であると、産業廃棄物の有効利用がより促進されるので、好ましい。

そして、本発明の無機質板は、高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材とからなるスラリーを脱水し、形成されたマットを硬化させることにより製造される。

スラリーは、高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材とを含有している。高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材は、粉体（乾燥）状態で混合してから水に分散させてスラリーとしても良いし、予め各原料を別の水に分散しておいてから混合してスラリーとしても良い。

スラリーは、抄造方式、型枠方式により、脱水され、マットが形成される。
抄造方式では、フェルト、金網等を用いて、スラリーを水と固形物に分離することによりマットが形成される。具体的には、フェルトの上にスラリーを流下させ、スラリーを脱水する方法や、スラリーを円形の金網ですきあげて脱水する方法などにより行うことができる。なお、得られた抄造シートは、上に別の抄造シートを積層して、積層マットとすることもできる。積層方法としては、抄造シートの搬送方向に、抄造シートを製造する装置を複数用意し、各装置で製造された抄造シートを積層する方法や、抄造シートをロールに巻き付けて積層し、所定の厚みが得られたら該ロールより外す方法等がある。なお、抄造方式において、脱水前のスラリーの固形分濃度は、２０質量％以下となるように調整する。スラリーの固形分濃度を２０質量％以下とするのは、２０質量％より多いとスラリーを脱水する際に時間がかかり、脱水された抄造シートに亀裂が入りやすく、抄造しにくいなどの問題が発生するためである。
型枠方式では、下側に吸引脱水装置を備えた枠内にスラリーを流し込み、下側側から吸引脱水して、スラリーを水と固形物に分離することによりマットが形成される。なお、型枠方式では、脱水前のスラリーの固形分濃度は２０〜４０質量％となるように調整する。スラリーの固形分濃度を２０質量％以上とするのは、２０質量％より少ないとスラリーを脱水する際に時間がかかり、脱水されたマットに亀裂が入りやすいなどの問題が発生するためである。スラリーの固形分濃度を４０質量％以下とするのは、４０質量％より多いとスラリーの流動性が悪くなり、脱水されたマットに亀裂が入りやすいなどの問題が発生するためである。

得られたマットは、通常１０kg／cm^２以上の圧力でプレスし、その後、自然養生、蒸気養生、オートクレーブ養生等の加熱養生により養生する。なお、プレスの際に、マットの上、又は下に型板を配置し、マットの表面に凹凸模様を形成することもできる。また、通常、蒸気養生は、６０〜９０℃で５〜３６時間の条件で行い、オートクレーブ養生は、通常１７０〜２００℃、０．５ＭＰa以上の圧力で７〜１５時間行う。更に、該加熱養生の前に一次養生を行っても良い。

次に、本発明の実施例をあげる。

表１に示す固形分組成のスラリーをフェルトの上に流下させて脱水し、得られたシートを積層し、８０℃で蒸気養生して、実施例１〜５、比較例１〜３の無機質板を製造した。なお、スラリーの固形分濃度は、全て１４質量％とし、２０kg／cm^２でプレスして板厚は１４mmとした。

そして、得られた実施例１〜５、及び比較例１〜３の各無機質板について、比重、曲げ強度、たわみ、７日間吸水時の寸法変化率を測定したので、その結果も表１に示す。なお、曲げ強度、たわみは、７×２０cmとした試験片を用いること以外はＪＩＳ Ａ １４０８に準じて測定した。７日間吸水時の寸法変化率は、２０℃、湿度６５％の恒温恒湿室で試験体を平衡状態とさせた後、該試験体の長さ（ｌ_３とする）を測定し、その後、該試験体を水中に浸せきし、７日経過した後に、該試験体を水中から取り出し、布で表面に付着した水を拭き取った後、再度、該試験体の長さ（ｌ_４とする）を測定し、（ｌ_４−ｌ_３）をｌ_３で除算した値に１００を乗算することにより求めた値である。

平均粒径４０００μｍの再利用石膏を含有するスラリーから製造した比較例１の無機質板は、曲げ強度が１０Ｎ／mm^２より小さく、曲げ強度に劣った。また、高炉スラグの固形分対比含有量が３０質量％よりも少なく、かつ、高炉スラグ：アルカリ材の質量比が１：０．３５より大きく、かつ、無機混和材の固形分対比含有量が５０質量％よりも多いスラリーから製造した比較例２の無機質板は、曲げ強度が１０Ｎ／mm^２を大きく下回り、曲げ強度に劣るとともに、７日間吸水時の寸法変化率が高かった。更に、アルカリ材、無機混和材の固形分対比含有量が５質量％、３１質量％よりも少なく、かつ、高炉スラグ：石膏の質量比が１：０．１５より大きく、高炉スラグ：アルカリ材の質量比が１：０．１５より小さく、かつ、石膏、補強繊維の固形分対比含有量が５質量％、１５質量％よりも多いスラリーから製造した比較例３の無機質板も、曲げ強度が１０Ｎ／mm^２より小さく、曲げ強度に劣るとともに、７日間吸水時の寸法変化率が高かった。
一方、実施例１〜５の無機質板は、いずれも曲げ強度が１０Ｎ／mm^２より大きいとともに、７日間吸水時の寸法変化率も小さく、外壁材として好適であった。

以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載の発明の範囲において種々の変形態を取り得る。

以上説明したように、本発明によれば、環境に配慮して、セメント含有量を０〜１１質量％に抑えるとともに、廃棄物、副産物を多量に利用した、建築板に好適な無機質板を提供することができる。

Claims (6)

1. 全固形分に対して、高炉スラグを３０〜５３質量％、平均粒径が２００〜２０００μｍの石膏を２〜５質量％、アルカリ材を５〜１１質量％、補強繊維を５〜１５質量％、無機混和材を３１〜５０質量％含有し、かつ、高炉スラグ：石膏：アルカリ材の質量比が、１：０．０５〜０．１５：０．１５〜０．３５であるスラリーを脱水し、形成されたマットの硬化体である
   ことを特徴とする無機質板。
2. 高炉スラグは、比表面積が３０００〜５０００である
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
3. 曲げ強度が１０Ｎ／mm^２以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
4. 高炉スラグは、高炉水砕スラグであり、
   石膏は、石膏ボード廃材を粉砕して得られた再利用石膏であり、
   無機混和材として、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰のいずれかを含み、
   補強繊維として故紙を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
5. 高炉水砕スラグ、再利用石膏、石炭灰、製紙スラッジ焼却灰、故紙の合計が５０〜９５質量％である
   ことを特徴とする請求項４に記載の無機質板。
6. 高炉スラグと、石膏と、アルカリ材と、補強繊維と、無機混和材とからなる硬化層が積層している
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。