JP2021059461A

JP2021059461A - 樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体

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Publication number: JP2021059461A
Application number: JP2019182649A
Authority: JP
Inventors: 岩永　朋来; Tomoki Iwanaga; 朋来岩永; 聡川上; Satoshi Kawakami; 俊幸山崎; Toshiyuki Yamazaki; 尚宏海老澤; Naohiro Ebisawa
Original assignee: A&A Material Corp
Current assignee: A&A Material Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: JP7258713B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、高い比強度が得られ、加熱収縮率が小さく、切削面精度や加工性に優れた樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体を提供することにある。【解決手段】本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体は、ゾノトライト系ケイ酸カルシウム５０〜８０質量％、ラテックス５〜２０質量％、タルク１〜４質量％、無機質繊維状粒子１０〜２０質量％及びガラス繊維１〜１０質量％を含有してなり、凝集剤を外割で０．５〜３質量％含有することを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体に関する。

ケイ酸カルシウム成形体は、内装用下地材、人造木材、造作材、住宅設備機器、カーボンファイバー製品成形型枠用基材など様々な分野に用いられている。
例えば、型枠材として用いられているケイ酸カルシウム成形体から構成される人造木材は、従来、型枠材として用いられている木材の欠点である耐熱性、寸法安定性、均質な切削加工性の不足を補う材質として従来より使用されている。例えば、特許文献１には、ケイ酸カルシウム水和物１００重量部、カルボキシル基を含むスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス５〜３０重量部（固形分として）、カチオン型高分子凝集剤および水からなる水性スラリーを成形、乾燥してなる前記ケイ酸カルシウム成形物（第１項）；水性スラリーが補強繊維を含有するケイ酸カルシウム成形物（第２項）；ケイ酸カルシウム水和物が石灰質原料とケイ酸質原料および水とから水熱合成反応によって得られたものである前記ケイ酸カルシウム成形物（第３項）；乾燥温度が１００〜１８０℃である前記ケイ酸カルシウム成形物（第４項）；カルボキシル基を含むスチレン−ブタジエン共重合体ラテックスの使用量が８〜２０重量部（固形分として）である前記ケイ酸カルシウム成形物（第５項）；カチオン型高分子凝集剤がカルボキシル基を含むスチレン−ブタジエン系共重合体ラテックス１重量部（固形分として）に対して０．０１〜０．３重量部である前記ケイ酸カルシウム成形物（第６項）が開示されている。更に、特許文献１には、補強繊維として、アスベスト、ガラス繊維、木綿、クラフトパルプ、レーヨン；ポリプロピレン、ポリエチレン、ビニロン、ナイロン等の合成繊維が例示されている。

また、特許文献２には、ゾノトライト系ケイ酸カルシウム水和物６０〜９４重量部、スチレン−ブタジエン共重合体５〜３０重量部、ガラス繊維１〜１０重量部の組成からゾノトライト系ケイ酸カルシウム成形体が成ることを特徴とするモデル材料（請求項１）；ゾノトライト系ケイ酸カルシウム成形体を耐熱性接着剤により積層して成る前記モデル材料（請求項２）；耐熱性接着剤がシリコーン系樹脂である前記モデル材料（請求項３）；耐熱性接着剤がポルトランドセメント、マグネシアセメント、アルミナセメント、半水石膏、リン酸アルミニウム、水ガラスの１種類以上から成る前記モデル材料（請求項４）が開示されている。

更に、特許文献３には、ケイ酸カルシウム水和物７０〜９９重量部及びワラストナイト１〜３０重量部の配合物１００重量部に対し、補強繊維１〜３０重量部、ラテックス１〜４０重量部、膨張材１〜１５重量部及び水からなるケイ酸カルシウム水和物スラリー組成物を成形、乾燥してなるケイ酸カルシウム成形体（請求項１）；ケイ酸カルシウム水和物９０〜９７重量部及びアスペクト比１０〜５０の繊維状β−ワラストナイト３〜１０重量部の配合物１００重量部に対し、補強繊維１〜３０重量部、ラテックス１〜４０重量部、膨張材１〜１５重量部及び水からなるケイ酸カルシウム水和物スラリー組成物を成形、乾燥してなるケイ酸カルシウム成形体（請求項２）；石灰質原料、ケイ酸質原料及び水を水熱合成反応させてケイ酸カルシウム水和物スラリーを調製した後、ケイ酸カルシウム水和物７０〜９９重量部に対してアスペクト比１０〜５０の繊維状β−ワラストナイトを１〜３０重量％配合し、次いで該ケイ酸カルシウム水和物と繊維状β−ワラストナイトの合計物１００重量部に対して補強繊維を１〜３０重量部、ラテックスを１〜４０重量部、膨張材を１〜１５重量部の割合で成形、乾燥することを特徴とするケイ酸カルシウム成形体の製造法（請求項３）が開示されている。また、特許文献３の［００１５］段落には、補強繊維として、石綿、シリカウール、スラグウール、カーボン繊維等の無機繊維；ナイロン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリ塩化ビニル繊維、パルプ繊維、麻繊維等の有機繊維が例示されている。更に、特許文献３の［００１９］段落には、「膨張材としては、水と反応してエトリンガイトを生成する物質で、ＡＣＩの分類でＫタイプ、Ｍタイプ及びＳタイプからなる群から選択された少なくとも１種類以上の膨張剤、カルシウムサルホアルミネート系クリンカーの単独又は石膏との混合物あるいはアルミネート系クリンカーと石膏との混合物、高炉スラグ粉又は水酸化アルミニウムを含む物質、石膏、消石灰又は生石灰の混合物、アルミナセメントと石膏の混合物等を使用することができる。」旨の記載もあります。

また、特許文献４には、（Ａ）ケイ酸カルシウム水和物をバインダーとし、（Ｂ）ガラス繊維と（Ｃ）滑り材を含む無機充填材とを含有するＣＦＲＰ成形用の成形型基材であって、バインダーとしてのケイ酸カルシウム水和物を構成する石灰質原料とケイ酸質原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が０．７〜１．２の範囲であり、石灰質原料とケイ酸質原料の合計含有量が全固形分に対して４０〜８９質量％、ガラス繊維の含有量が全固形分に対して１〜１０質量％、無機充填材の含有量が全固形分に対して１０〜５９質量％、滑り材の含有量が全固形分に対して０．１〜２０質量％であって、かさ密度が０．６〜１．１であるＣＦＲＰ成形用の成形型基材（請求項１）；前記滑り材が、タルク、パイロフィライト、カオリナイト及びマイカ粉から選択される１種又は２種以上である前記ＣＦＲＰ成形用の成形型基材（請求項２）；（１）石灰質原料とケイ酸質原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が０．７〜１．２の範囲であり、石灰質原料とケイ酸質原料とを合計で全固形分に対し４０〜８９質量％含み、ガラス繊維を全固形分に対し１〜１０質量％含み、無機充填材を全固形分に対し１０〜５９質量％含み、前記無機充填材の一部として全固形分に対し０．１〜２０質量％の滑り材を含む原料配合物に、水を加えて混合攪拌して原料スラリーとし、（２）得られた原料スラリーを脱水プレス成形した後、（３）水蒸気存在下１６０〜２３０℃の温度で１〜２４時間オートクレーブ養生することを特徴とする前記ＣＦＲＰ成形用の成形型基材の製造法（請求項３）；前記滑り材が、タルク、パイロフィライト、カオリナイト及びマイカ粉から選択される１種又は２種以上である前記ＣＦＲＰ成形用の成形型基材の製造法（請求項４）が開示されている。

特開昭６０−２４６２５１号公報特開平５−２４６７５２号公報特開平８−１２４０９号公報特開２０１７−１３２６７０号公報

ここで、特許文献１に開示されているケイ酸カルシウム成形物は、かさ密度が同程度の無機系ケイ酸カルシウム成形体に比べて強度は向上しているものの、切削加工性及び耐角欠け性に問題がある。
また、特許文献２に開示されているモデル材料は、ガラス繊維を配合することにより成形物の大型化に対応しようとするものであるが、切削加工性及び耐角欠け性に問題がある。
更に、特許文献３に開示されているケイ酸カルシウム成形体は、ウォラストナイトを配合することにより切削加工性及び耐角欠け性は向上しているものの、今日の精密加工に対する要求精度の高まりにより更なる改善が求められている。
また、特許文献４に開示されているＣＦＲＰ成形用の成形型基材は、切削加工性及び耐角欠け性は向上しているが、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体よりも高温域での繰り返し使用を目的としているため、オートクレーブによる湿熱養生工程が必要となり、また、必要強度を得るためにはかさ密度を大きくする必要があり、結果的に樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体に比べて重くなるという問題がある。

従って、本発明の目的は、高い比強度が得られ、加熱収縮率が小さく、切削面精度や加工性に優れた樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体を提供することにある。

本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体は、ゾノトライト系ケイ酸カルシウム５０〜８０質量％、ラテックス５〜２０質量％、タルク１〜４質量％、無機質繊維状粒子１０〜２０質量％及びガラス繊維１〜１０質量％を含有してなり、凝集剤を外割で０．５〜３質量％含有することを特徴とする。

また、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体は、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの平均粒径が２０〜７０μｍの範囲内にあることを特徴とする。

本発明によれば、高い比強度が得られ、加熱収縮率が小さく、切削面精度や加工性に優れた樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体が得られるという効果を奏するものである。

本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体は、ゾノトライト系ケイ酸カルシウム５０〜８０質量％、ラテックス５〜２０質量％、タルク１〜４質量％、無機質繊維状粒子１０〜２０質量％及びガラス繊維１〜１０質量％を含有してなり、凝集剤を外割で０．５〜３質量％含有してなることを構成上の特徴とするものである。

本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体において、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの含有量は、５０〜８０質量％、好ましくは６０〜７０質量％の範囲内である。ここで、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの含有量が５０質量％未満であると、加工性が大幅に低下することがあるために好ましくない。また、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの含有量が８０質量％を超えると、十分な見掛け密度及び曲げ強度が得られないために好ましくない。

また、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムは、平均粒径が２０〜７０μｍ、好ましくは４０〜６０μｍの範囲内のものである。ここで、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの平均粒径が２０μｍ未満であると、樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体を作製する際の成型性が悪化して成形体を作製することが困難となることがあるために好ましくない。また、ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの平均粒径が７０μｍを超えると、得られる樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体の切削面精度や加工性が劣化するために好ましくない。なお、本明細書に記載するゾノトライト系ケイ酸カルシウムの平均粒径は、島津製作所製ＳＡＬＤ−２２００を用いるゾノトライト系ケイ酸カルシウム粒子の粒度分布測定により得られたものである。

次に、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体において、ラテックスの含有量は、５〜２０質量％、好ましくは７〜１５質量％の範囲内である。ここで、ラテックスの含有量が５質量％未満であると、樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体に強度発現効果を付与することができないために好ましくない。また、ラテックスの含有量が２０質量％を超えると、成型性が悪化することがあるために好ましくない。なお、ラテックスとしては、例えば、主鎖に不飽和炭素結合をもつラテックスが好適であり、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、スチレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴムなどを使用することができる。

また、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体において、タルクの含有量は、１〜４質量％、好ましくは２〜３質量％の範囲内である。ここで、タルクの含有量が１質量％未満であると、得られる樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体の切削面精度や加工性が十分に確保できないために好ましくない。また、タルクの含有量が４質量％を超えると、成型性が大きく低下するために好ましくない。

次に、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体において、無機質繊維状粒子の含有量は、１０〜２０質量％、好ましくは１２〜１８質量％の範囲内である。ここで、無機質繊維状粒子の含有量が１０質量％未満であると、樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体の熱収縮率が増加してしまうために好ましくない。また、無機質繊維状粒子の含有量が２０質量％を超えると、得られる樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体の切削面精度や加工性が低下するために好ましくない。なお、無機質繊維状粒子としては、例えば、ウォラストナイト、硫酸マグネシウム、石膏、炭酸カルシウムなどの針状粒子を使用することができ、ウォラストナイトを使用することが好ましい。

また、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体において、ガラス繊維の含有量は、１〜１０質量％、好ましくは３〜７質量％の範囲内である。ここで、ガラス繊維の含有量が１質量％未満であると、十分な材料強度が得られないために好ましくない。また、ガラス繊維の含有量が１０質量％を超えると、得られる樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体の切削面精度や加工性が低下するために好ましくない。

次に、本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体は、上記ゾノトライト系ケイ酸カルシウム、ラテックス、タルク、無機質繊維状粒子及びガラス繊維の合計量に対して外割で０．５〜３質量％、好ましくは０．８〜２．５質量％の凝集剤を含有してなる。ここで、凝集剤の含有量が外割で０．５質量％未満であると、その効果が発揮できないために好ましくない。また、凝集剤の含有量が外割で３質量％を超えても、それに見合う効果がないために好ましくない。なお、凝集剤は、カチオン型であることが望ましく、使用するラテックスの官能基と相互作用することができる４級アミノ基を有する脂肪族アミンを主成分とするカチオン型高分子凝集剤、例えば、ポリアクリルアミド、ポリメチルアクリルアミドなどを使用することができる。

なお、上述の成分から構成される樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、鋼製モールドを使用した加圧脱水成型により製造することができる。

以下の表に記載する配合割合にて、凝集剤を除く原料配合物を調製し、原料配合物の固形分量に対して８〜９倍となるように水分量を調整、混合し、次に、凝集剤を固形分に対して外割で添加、混合することにより原料スラリーを調製した。得られたスラリーを３００ｍｍ×３００ｍｍ×１５０ｍｍの鋼製モールド内へ流し込み、５〜１０Ｎ／ｍｍ^２の圧力で加圧することにより脱水プレス成型を行った後、得られた生板を１１０〜１４０℃で２４時間以上乾燥し、７５ｍｍ×３００ｍｍに切断することにより厚さ１０ｍｍの供試体を得た。

表中、
「ラテックス」としては、ガラス転移点４０℃以下のカルボキシル基を含むスチレン−ブタジエン共重合体ラテックスを使用した；
「凝集剤」としては、カチオン系高分子凝集剤を使用した；
「成型性」は、加圧脱水成型を感応的に評価した指標であり、プレス圧力が１０Ｎ／ｍｍ^２以下でモールドからのスラリー漏洩が全くない状態を◎、スラリー漏洩が僅かに認められる程度を○、プレス圧力が１０Ｎ／ｍｍ^２を超え、スラリー漏洩が多く認められた場合を×としてそれぞれ示す；
「見掛け密度」は、ＪＩＳＡ９５１０に準拠した方法にて測定したものである；
「曲げ強度」は、ＪＩＳＡ９５１０に準拠した方法にて測定したものである；
「比強度」は、曲げ強度を見掛け密度の２乗で除した値である；
「加熱収縮率」は、（株）リガク社製ＴＭＡ８３１０を使用し、加熱条件として１８０℃で２時間保持した後、常温まで自然冷却した時の収縮率を測定した；
「切削面精度」は、切削面の触感にて評価し、○は、切削面が滑らかで型枠として使用しても転写等がないことを、△は、切削面に若干ザラツキがあるものの、表層を拭き取る等の簡単な処理で滑らかな面が得られることをを、×は、切削面がザラツキ、型枠として使用した場合に粗面の転写や表面崩壊が起こることをそれぞれ示す；
「加工性」は、供試体を一般的なＮＣルーターにより切削した後の切削面を観察したもので、○は、切削面が滑らかで型枠として使用しても転写等がないことを、△は、切削面に若干ザラツキがあめものの、表層を拭き取る等の簡単な処理で滑らかな面が得られることを、×は、切削時に欠け等が発生したり、切削面がザラツキ、型枠として使用した場合に粗面の転写や表面崩壊が起こったりすることをそれぞれ示す。

本発明の樹脂混合ケイ酸カルシウム成型体は、内装下地材、造作材、カーボンファイバー製品成型用型枠材などの様々な分野に用いることができ、特に、加熱処理等における寸法安定性に優れるため、型枠材として好適に使用することができる。

Claims

ゾノトライト系ケイ酸カルシウム５０〜８０質量％、ラテックス５〜２０質量％、タルク１〜４質量％、無機質繊維状粒子１０〜２０質量％及びガラス繊維１〜１０質量％を含有してなり、凝集剤を外割で０．５〜３質量％含有することを特徴とする樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体。
無機質繊維状粒子が、ウォラストナイト、硫酸マグネシウム、石膏及び炭酸カルシウムからなる群から選択される１種または２種以上の針状粒子である、請求項１記載の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体。
ゾノトライト系ケイ酸カルシウムの平均粒径が２０〜７０μｍの範囲内にある、請求項１または２記載の樹脂混合ケイ酸カルシウム成形体。