JP2019500310A - シロキサン類を用いた建築用材料の多孔質化法、及び多孔質化された建設用材料 - Google Patents

Abstract

バインダーを水及び能動的多孔質化剤と混合する工程と、混合物を成形し、乾燥する工程と、を少なくとも含む多孔質セメント系建設用コンポーネントの製造方法であって、能動的多孔質化剤がシロキサンであり、シロキサンによる能動的多孔質化のみによって、セメント系建設用コンポーネントの総重量が少なくとも１０重量％減少することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、シロキサン類を用いた建築用材料の多孔質化、及びシロキサン類によって多孔質化された建設用材料に関する。本発明は、特に、セメント系建設用材料の多孔質化のためのＨ−シロキサンの使用に関する。

石膏又はセメントベースの建設用材料を例とするセメント系建設用材料の多孔質化は、従来技術により公知である。一方では、建設用材料の多孔質化は、個々の建設用コンポーネントの重量の低下をもたらす。他方では、多孔質化はまた、例えば、生成された多孔質によって、断熱性建設用コンポーネントとしての使用が可能となる場合、機能的にも望ましいものであり得る。

建設用材料の多孔質化は、様々な方法で達成することが可能である。多孔質化の１つの選択肢としては、水で作製された建設用材料（スラリー）に、発泡物質を添加することがある。通常は、気泡がまず生成され、次に水で作製された建設用材料に添加される。通常、気泡発生剤又は空気連行剤として、界面活性剤（ｔｅｎｓｉｄｅ）が用いられる。

建設用材料の多孔質化の別の選択肢としては、製造時に建設用材料を能動的に（ａｃｔｉｖｅｌｙ）多孔質化することがある。コンクリートの能動的多孔質化（ａｃｔｉｖｅ ｐｏｒｏｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は、例えば、アルミニウム粉末又はペーストを添加することによって達成することが可能である。アルミニウム粉末又はペーストは、アルカリ性媒体中で水と反応して、水素を放出しながら水酸化アルミニウムとなる。アルミニウム粉末又はペーストの上記反応は、時間がかかり、ある条件では、望ましくない後膨潤（ｐｏｓｔ−ｓｗｅｌｌｉｎｇ）を引き起こし得る。

セメント系建設用材料を、水分に起因する損傷又は継続的な湿潤を起こすことなく、湿潤環境で使用可能とするために、上記建設用材料を撥水性物質（多くの場合はシロキサン類）で処理することが知られている。シロキサン類は、上記スラリーに添加することが可能であり、それによって、建設用コンポーネント全体が撥水性となる。しかし、シロキサン類はまた、完成した建設用コンポーネント上のコーティングとして付与することも可能であり、このことは、外部のみが撥水性であることを意味する。

表面（特に高多孔質建設用コンポーネントの表面）は、非常に広く、この表面を撥水性物質で完全にコーティングすることはほとんど不可能であることから、このような場合、コンポーネント全体が撥水性を備えることが多い。

このように、撥水性仕上げされた多孔質セメント系建設用コンポーネントを保持するためには、少なくとも２つの添加剤（１つは気泡発生又は空気連行物質（ａｉｒ−ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）、及び１つは撥水性物質）が、上記コンポーネントを製造するために必要とされる。これは、いずれも高価であり、さらに、製造に関して、扱いにくい。

本発明の目的は、撥水性仕上げされた多孔質化セメント系建設用材料の製造方法の簡略化にある。

上記目的は、請求項１に記載の方法、及び請求項２に記載の建設用コンポーネントによって達成される。

本発明に係る多孔質セメント系建設用コンポーネントの製造方法は、バインダーを水及び能動的多孔質化剤と混合する工程を少なくとも含む。混合物が成形され、成形された建設用コンポーネントは乾燥される。能動的多孔質化剤は、シロキサンである。このシロキサンによる能動的多孔質化のみによって、セメント系建設用コンポーネントの総重量（ｇｒｏｓｓ ｗｅｉｇｈｔ）を少なくとも１０重量％減少することが達成される。総重量の減少は、シロキサン多孔質化剤を含有しない以外は同一の組成及び寸法を有するプレートを基準とする。

シロキサン（好ましくは、Ｈ−シロキサン）は、能動的多孔質化剤として用いられ、様々な建設用材料（例えば、石膏及び無水石膏等の硫酸カルシウムベースのセメント、又はポートランドセメントを例とする水硬性セメント）に用いることが可能である。建設用材料中に導入された細孔は、総密度を低下させ、したがって総重量を減少させる。この方法により、より軽量な製品を製造することができ、上記製品の熱伝導率が低下される。さらに、製造された製品は、全体が疎水性化されている。

本発明に係るＨ−シロキサン類は、室温での粘度が低い（すなわち、好ましくは液体である）ポリメチルハイドロジェンシロキサンである。

シロキサン（特にはＨ−シロキサン）の付与量がバインダーの量に対して０．１〜５．０重量％であることにより、８を超えるｐＨ値（より著しくは、＞１０又は１１のｐＨ値）で、細孔が形成される。バインダーとしては、石膏、半水石膏、無水石膏、及びセメントが用いることができる。シロキサンの量は、バインダーの量に対して０．５〜１重量％であることが特に好ましい。

本発明の好ましい実施形態によれば、スラリー（すなわち、少なくともバインダー、多孔質化剤、及び水の混合物）は、１１よりも高いｐＨ値に設定される。このｐＨ値では、Ｈ−シロキサンは、その多孔質化効果を最も強く発揮する。

スラリーのｐＨ値の設定は、例えば、水酸化カルシウムによって達成することが可能である。しかし、ｐＨ値をアルカリ性へ押し上げる他の添加剤も可能である。当業者であれば、適切な添加剤を認識しているであろう。

スラリーの能動的多孔質化により、完成した建設用コンポーネントの総重量は、少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも２０重量％、特に好ましくは少なくとも３０重量％減少する。上記減少は、多孔質化剤を添加することなく製造された同一の建設用コンポーネントの総重量に対する差によって特定される。

本発明の別の好ましい実施形態によると、建設用コンポーネントの能動的多孔質化に加えて、少なくとも１つの空気連行物質（空気連行剤）の添加によって、受動的多孔質化（ｐａｓｓｉｖｅ ｐｏｒｏｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）も行うことが可能である。空気連行物質は、例えば、この目的のために当業者に公知である界面活性剤であってよく、例えば、スルホネート類等（オレフィンスルホネート類、エトキシル化脂肪族アルコールを有するヒドロキシル化スルホネート等）のアニオン性界面活性剤が挙げられる。

空気連行剤は、バインダーの量に対して、０．０２〜０．１重量％の量で用いることが好ましい。空気連行剤の量は、いずれの場合であっても、能動的多孔質化剤の量よりも著しく低い。本発明者らは、驚くべきことに、少量の空気連行剤を添加することによって、シロキサンの反応を強めることができることを見出した。

シロキサンが、建設用材料の発泡を経ても、その疎水性効果を喪失しないことが特に有利である。したがって、相乗効果が存在する。１つの添加剤のみにより、全体が疎水性化された多孔質セメント系建設用コンポーネントを製造することができる。

能動的多孔質化剤又はシロキサンは、スラリーに直接添加することが可能である。本発明者らは、さらに、基本的にはバインダーである建設用コンポーネントのドライ部分を、シロキサンでスプレーすることも可能であることを見出した。乾燥及びスプレーされた部分は、保存可能である。スプレーには、例えばエアブラシガン、又は当業者によく知られている粉末化材料上に液体を微細で均一に分散させるための任意の方法を用いることが可能である。

本発明に係る方法の保存可能な変形例は、使用場所で水と混合される必要のある軽量プラスター及びこて塗用配合物（ｔｒｏｗｅｌｌｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）の場合に有用である。多孔質化は、その後に初めて引き起こされる。

本発明はまた、上記で述べた方法に従って製造された多孔質セメント系建設用コンポーネントも包含する。建設用コンポーネントは、特に、こて塗用配合物、プラスター、仕切り壁板、又は建設用パネルであってよく、好ましくは、石膏プラスターボード又は石膏ファイバーボードであってよい。建設用コンポーネントは、全体が疎水性化されている。

本発明の特別な実施形態によると、上記細孔の少なくとも４０体積％（好ましくは、上記細孔の少なくとも６０体積％）が、１０００〜１００００ｎｍの相対細孔サイズを有する。

以下、本発明を、例に基づいてより詳細に説明する。

図１は、β−半水石膏をベースとして様々に構成したサンプルの総密度の比較を示す。 図２は、α−半水石膏をベースとして様々に構成したサンプルの総密度の比較を示す。 図３は、本発明の方法に従って製造した多孔質石膏建設用材料の光学顕微鏡画像を示す。 図４は、様々な組成を有するサンプルの分類された細孔サイズの頻度分布のグラフを示す。

Ｈ−シロキサンを、様々な濃度（用いた焼き石膏の量に対して０．５重量％、１．０重量％、及び３．０重量％）で混合水（ｍｉｘｉｎｇ ｗａｔｅｒ）に添加した。

様々な基本組成の混合物を作製し、異なる量のＨ−シロキサンと混合した。さらに、様々な追加の空気連行物質も添加した。詳細を表１に示す。

サンプル１〜３は、ゼロサンプルであり、つまり多孔質化剤を含有していない。サンプル１は、３０重量％の焼きＦＧＤ石膏（ＦＧＤ＝排煙脱硫）及び７０重量％の焼き天然石膏から成るバインダーを含有する。サンプル２では、α−半水石膏をバインダーとして用いた。サンプル３は、７０重量％の焼きＦＧＤ石膏及び３０重量％の焼き天然石膏をバインダーとして含有する。他のサンプルはすべて、組み込まれた添加剤の量及び種類のみが異なる。サンプルはすべて、水を用いて作製し、角柱形状（ｐｒｉｓｍｓ）に成形して、乾燥した。

・ＯＳＢ：オレフィンスルホネートを含む細孔形成剤を、用いた焼き石膏の量（天然及びＦＧＤ石膏の合計）に対して０．０２重量％の量で添加した。
・Ｐｏｒｏ２６４：オレフィンスルホネートベースの細孔形成剤を、用いた焼き石膏の量（天然及びＦＧＤ石膏の合計）に対して０．１重量％の量で添加した。
・Ｐｏｒｏ２６５：乾燥マレイン酸樹脂を含むウッドロジン誘導体ベースの細孔形成剤を、用いた焼き石膏の量（天然及びＦＧＤ石膏の合計）に対して０．１重量％の量で添加した。
・Ａｌｅｎａｌ：酒石酸凝結遅延剤（ｒｅｔａｒｄｅｒ）を、用いた焼き石膏の量（天然及びＦＧＤ石膏の合計）に対して０．０２重量％の量で添加した。
・ＰＰＥ：カルシウム及び骨粉を含む分解ポリアミドベースの凝結遅延剤を、用いた焼き石膏の量（天然及びＦＧＤ石膏の合計）に対して０．０１重量％の量で添加した。

いくつかの試験では、アルカリ性ｐＨがＨ−シロキサンの強い多孔質化効果に寄与することから、アルカリ性のｐＨ値（＞１１）を設定するために、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）を追加で添加した。さらに、３つの異なる細孔形成剤（Ｐｏｒｏ２６４、Ｐｏｒｏ２６５、ＯＳＢ）による試験も行った。

結果から、３５０〜４００ｋｇ／ｍ^３までの総密度の低下を達成可能であることが示される（図１、表１参照：例えばサンプル１とサンプル４との比較）。酒石酸（Ａｌｅｎａｌ）又はＰＰＥを用いた石膏の遅延は、得られた総密度に対して大きな影響を及ぼしていない（表１：サンプル７とサンプル１１又はサンプル１２との比較）。スタッコ（ｓｔｕｃｃｏ）の粒子サイズは重要ではなく、このことは、６３μｍにふるい分けされたα−石膏による試験によって示される（表１：サンプル１３とサンプル１５との比較）。

シロキサンを用いた多孔質化は、通常、球状の細孔をもたらし（図３参照）、細孔の５０％超が１０００〜１００００ｎｍの細孔サイズを有する（図４参照）。

Ｈ−シロキサンの疎水性効果は、強い多孔質化にも関わらず、維持されている。

Ｈ−シロキサンの使用は、低い重量／総密度が必要とされる場合に、特に有用である。また、熱伝導率の減少も、このタイプの多孔質化によって達成することが可能である。Ｈ−シロキサンは、混合水に添加することも可能であり、乾燥硫酸カルシウム混合物にスプレーすることも可能であるため、広い分野に適用可能である。元の疎水性効果は、依然として存在する。

図１は、β−半水石膏ベースの様々な組成のサンプルの総密度の比較を示す。総密度１０７２ｋｇ／ｍ^３における黒線は、表１の非多孔質サンプル１の総密度であり、基準値として用いる。

サンプル５及びサンプル７は、同一の組成を有するが、異なるｐＨ値で処理した。これは、用いたＨ−シロキサンの多孔質化効果が、ｐＨ値に依存し、ｐＨ値の増加と共に上昇することを明らかに示している。

サンプル６をサンプル７と比較すると、Ｈ−シロキサンの量の影響が分かる。サンプル７は１重量％のＨ−シロキサンを含有し、サンプル６は３重量％のＨ−シロキサンを含有する。Ｈ−シロキサンの量が増加すると、サンプルの総密度は低下する。

サンプル７とサンプル８との比較から、サンプル８で用いた追加の空気連行剤（ＯＳＢ）により、Ｈ−シロキサン含有量が同じであっても、やはり総密度の低下に繋がることが明らかである。しかし、サンプル９及びサンプル１０の総密度の値から分かるように、この効果は、用いた空気連行剤に完全に依存して異なっている。これらのサンプルの組成は、用いた追加の空気連行剤のみが異なっている（サンプル９ではＰｏｒｏ２６４、サンプル１０ではＰｏｒｏ２６５）。

サンプル７とサンプル１１との比較から、凝結遅延剤（ここでは酒石酸（Ａｌｅｎａｌ））の追加での使用は、用いたＨ−シロキサンの活性に対して大きな影響を与えなかったことが示される。また、ＰＰＥによる遅延（サンプル１２）も、得られる総密度に大きな影響を与えなかった。

図２は、図１と同様の比較を示すが、ここでは、α−半水石膏をバインダーとして用いており、図１に示されるものと同じ傾向を確認することができる。加えて、バインダー（セメント）の様々な粒子サイズの効果についても調べた。ここでは、Ｈ−シロキサンの多孔質化効果に対する大きな影響は、存在しないように見受けられることが示される。

図３は、様々なｐＨ値でＨ−シロキサンを用いて多孔質化した石膏建設用材料の光学顕微鏡画像を示す。サンプルは、同一の倍率で撮影した。細孔は、異なるサイズを示し、基本的に球形状である。

図４から、サンプル１の基本組成に基づくが、添加剤の量及び種類が異なる全てのサンプルにおいて、１０００〜１００００ｎｍの細孔サイズの累積を認識することができる。空気連行剤を更に添加すると、より大きい（１００００〜１０００００ｎｍ）細孔サイズの更なる極大値が達成される。

Claims (15)

1. バインダーを水及び能動的多孔質化剤と混合する工程と、
   混合物を成形し、乾燥する工程と、
   を少なくとも含む、多孔質セメント系建設用コンポーネントの製造方法であって、
   前記能動的多孔質化剤が、シロキサンであり、前記シロキサンによる能動的多孔質化のみによって、前記セメント系建設用コンポーネントの総重量が少なくとも１０重量％減少することを特徴とする、前記方法。
2. 前記シロキサンが、Ｈ−シロキサン（すなわち、ポリメチルハイドロジェンシロキサン）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記シロキサンが、前記バインダーの量に対して０．１〜５．０重量％（好ましくは、０．５〜１．０重量％）の量で用いられることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記能動的多孔質化によって、前記建設用コンポーネントの総重量が少なくとも２０重量％（好ましくは、少なくとも３０重量％）減少することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記バインダーが、セメントを少なくとも１種含有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 硫酸カルシウムベースのセメント又は水硬性セメントが、セメントとして用いられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記建設用コンポーネントの能動的多孔質化に加えて、少なくとも１種の空気連行物質の添加によって受動的多孔質化をすることができることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記空気連行物質が、界面活性剤であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. スラリーのｐＨ値が、ｐＨ８よりも大きく（好ましくはｐＨ１０よりも大きく、特にｐＨ１１よりも大きく）設定されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記スラリーのｐＨ値設定が、水酸化カルシウム又はポートランドセメントによって行われることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. シロキサンがスラリーに添加されること、又は前記建設用コンポーネントのドライ部分にシロキサンがスプレーされることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. セメント系建設用コンポーネントの多孔質化のためのシロキサンの使用。
13. 前記シロキサンが、液体Ｈ−シロキサン（すなわち、ポリジメチルシロキサン）であることを特徴とする、請求項１２に記載の使用。
14. こて塗用配合物（ｔｒｏｗｅｌｌｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、プラスター、仕切り壁板、又は建設用パネル（好ましくは、石膏プラスターボード又は石膏ファイバーボード）である、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法によって製造される多孔質セメント系建設用コンポーネント。
15. 仕切り壁板又は建設用パネルであることを特徴とし、細孔の４０％（好ましくは細孔の少なくとも６０％）が、１０００〜１００００ｎｍの相対細孔サイズを有する、請求項１４に記載の建設用コンポーネント。