JP2527339B2 - 半水石膏の水和方法 - Google Patents

半水石膏の水和方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半水石膏を主成分とする材料を水和させて、
二水石膏を主成分とする石膏型を製造する方法に関する
ものである。
従来の技術 陶磁器の鋳込み成形用の型材としては一般的に石膏が
用いられている。これは石膏の持つ吸水性を利用したも
のである。石膏型の製造方法は一般的に粉体の半水石膏
を水と混合して石膏のスラリーを作り、これを不透水性
の型に流し込み、凝結反応が終了するまで保持し、しか
る後に脱型するという工程をとる。半水石膏はこの過程
において反応式 で表わされる水和反応によって二水石膏に転化する。こ
の反応は半水石膏が水に溶解した後、二水石膏として再
結晶する事である。二水石膏の結晶は針状に発達するた
め、結晶間の空隙が石膏型の毛細管を形成し、その毛細
管現象によって石膏型の吸水性が発現する。
石膏型を利用した陶磁器の鋳込み成形はこの吸水性を
利用したものである。鋳込み泥漿を石膏型に注型して、
一定時間保持する事により、鋳込み泥漿中の水分は石膏
型に吸収される。水分が吸収されたこの鋳込み泥漿は固
化してケーキとなり、製品の形状が形成される。この場
合、石膏型が鋳込み泥漿中の水分を吸収する時間、換言
すればケーキの厚みを付けるのに要する時間は、陶磁器
製造工程中で大きな割合を占めており、陶磁器製造の生
産性向上のためには、この時間を短くしなければならな
い。
ケーキの厚み付速度は以下に定義される厚み付速度常
数Kによって表わす事ができる。
式中 K:厚み付速度定数(cm2/秒) t:厚み付時間(秒) L:ケーキの厚み(cm) ここでKは型の吸引力および鋳込み泥漿の性状によっ
て決まる定数であり、厚み付時間tによらず常に一定で
ある。従って石膏型の吸水能力を比較する場合には同一
の性状に鋳込み泥漿を流し込んだ時のKの値を測定して
比較すれば良い。Kの値が大きな石膏程厚み付時間が短
かく、従って陶磁器を高能率で生産する事ができる。
石膏型の厚み付速度定数Kは、石膏の毛細管力によっ
て決まるため、毛細管力が大きいほど、換言すれば二水
石膏の結晶が細かく、その空隙で形成される毛細管径が
小さいほどK値は大きな値を示す。(但し、これはケー
キの透水抵抗が石膏型の透水抵抗よりも大きい事を前提
条件としているため、透水抵抗の非常に小さなケーキを
形成する特殊な泥漿を用いる場合には、毛細管の径をあ
まり小さくすると、ケーキの透水抵抗に対する石膏型の
透水抵抗が無視できなくなり、K値が小さくなる場合も
ある。) 二水石膏の結晶の大きさに関与する要因としては、混
水率、石膏スラリーの撹拌速度および撹拌時間、不純物
の混入等が考えられる。その他の石膏スラリーの温度も
また無視できない要素である。石膏スラリーの温度が低
いほど細かな結晶ができ、従ってK値は大きい傾向を示
す。しかしながら、石膏スラリーの温度が低くなるほど
凝結時間が長くなるため作業性が悪くなる傾向を示す。
そのために石膏スラリーの温度(半水石膏と水の撹拌終
了後の温度)は一般的に10〜20℃が採用されており、特
に15℃前後が好ましいとされている。撹拌中の水和熱に
よるスラリーの温度の上昇等を考慮すると、常温の水と
石膏を混合したのでは15℃前後の石膏スラリーを得る事
はできない。そのために従来から半水石膏と混合する水
としては冷却水が用いられている。これは石膏は粉体で
ある上に比熱が水の1/5と小さいために、水を冷却する
方が石膏を冷却するよりもはるかに効率的であるためで
ある。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は凝結時間をさほど長くする事なく、従
来の方法で製造されていた石膏型よりもかなり大きなK
値を有する石膏型を製造するための新規な半水石膏の水
和方法を提供することである。
問題を解決するための手段 本発明の上記のような目的は、−40℃〜5℃に冷却し
た半水石膏と水とを含む混合物を撹拌して−5℃〜10℃
の石膏スラリーを得、これを不透水性の型に流し込み、
凝結反応が終了するまで保持し、しかる後に脱型する事
を特徴とする半水石膏の水和方法によって達成される。
従来技術の方法では石膏スラリーの温度は10℃〜20℃
に保たれ、このスラリー温度を得るために冷却水が使用
されていた。これに対して本発明者等は−5℃〜10℃の
低温の石膏スラリーを得るにあたり、石膏スラリーの温
度が同じであっても、水を冷却するよりは石膏を冷却す
る方がK値が大きくかつ凝結時間も短かくなる事を発見
した。さらに本発明者等はこの発見に基づいて凝固点降
下剤の添加や凝結時の雰囲気の温度等が石膏の物性にど
の様な影響を与えるかを詳細に追求した結果、本発明を
完成するに至った。
本発明においては、0℃以下に冷却した半水石膏を用
いる場合、半水石膏の温度や水温、半水石膏の水中への
投入方法、撹拌の開始時期や撹拌の強さによっては、半
水石膏の周囲の水が細かい粒状に氷結して撹拌が充分に
できない場合がある。これを防ぐためには凝固点降下剤
を石膏と混合する前の水に予め添加する事が好ましい。
上記の凝固点降下剤とは、水と混合して水の凝固点を下
げる物質である。好ましいものとしては、メタノール、
エタノール、1−プロパノール、イソプロピルアルコー
ル等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレン
グリコール、トリメチレングリコール等のグリコール
類、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、
ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール等
のグリコールエーテル類等があげられる。凝固点降下剤
の水に対する混入量は凝固点降下剤の種類、半水石膏お
よび水の温度、半水石膏の水中への投入方法、撹拌の開
始時期や撹拌の強さによって決定されるべきであるが、
凝結物の強度等の物性に悪影響を及ぼさないためには20
重量%以下であることが好ましい。
石膏の冷却手段としては、各種の冷凍庫内で冷却する
方法等が考えられる。しかしながら、工業的には石膏ス
ラリーの調合はバッチ式に行なわれる場合が多く、通常
調合と調合の間には時間的に余裕があるのが普通であ
る。この様な場合に好ましい経済的な冷却手段として
は、液化炭酸ガスや液化窒素の様な液化ガスを半水石膏
粉体に直接吹き付ける方法があげられる。
本発明においては、石膏スラリーの温度を下げる事に
よりK値を大きくするのであるが、撹拌終了後不透水性
の型に流し込んでからの石膏スラリーの温度変化もまた
K値に影響するため、流し込み後、石膏スラリーが凝結
を終了するまでの雰囲気の温度を低温に保持する事によ
り、K値をさらに大きくする事ができる。但し、雰囲気
温度の管理には多大の費用が必要であるので、K値の上
昇による経済的効果と比較してその採用を決定すべきで
ある。
以下に本発明を詳細に説明する。
作用 半水石膏100重量部と水70重量部を混合して得られる
石膏スラリーの撹拌終了後の温度を10±1℃、5±1
℃、0±1℃、−5±1℃の4段階に調節するため、石
膏粉の温度と水の温度を種々に変えたものを調合し、そ
れぞれの調合についての凝結時間と、同一の鋳込泥漿を
用いて測定した時のK値とを第1表に示す。但し、第1
表のNo.9、11、12、13、14については第1表に表示して
ある重量部だけ水をエチレングリコールと代替してい
る。(例えばNo.9は半水石膏100重量部、水63重量部お
よびエチレングリコール7重量部を混合した調合である
事を示す。)なお、凝結時の雰囲気の温度は常温であ
る。
第1表から明らかな様に、石膏スラリーの温度が低く
なるほどK値が大きくなっているが、その反面凝結時間
が長くなる。しかしながら同じスラリー温度であって
も、半水石膏を低温に冷却した方が、水を低温に冷却す
るよりもK値が大きく、また凝結時間も短い傾向を示し
ている。
また、石膏スラリー凝結時の雰囲気の温度の効果を調
べるため、−25℃の半水石膏100重量部と13.0℃の水70
重量部を混合撹拌して6.1℃の石膏スラリーを作り、こ
れを不透水性の型に流し込んだ後、20℃、10℃、−10
℃、−20℃の各雰囲気の下で凝結させた場合の凝結時間
と、同一の鋳込泥漿を用いて測定した時のK値について
検討した。その結果を第2表に示す。
第2表から明らかな様に、石膏スラリーの凝結時の雰
囲気の温度を低くする事により、さらにK値を大きくす
る事が可能である。
本発明における半水石膏の温度条件を−40℃〜5℃と
したのは、−40℃以下では半水石膏の周囲の水が氷結す
るのを凝固点降下剤の添加だけで防ぐことが困難である
ためであり、5℃以上では本発明の効果であるK値の向
上があまり期待できないためである。また本発明におけ
る石膏スラリーの温度条件を−5℃〜10℃としたのは、
−5℃以下では石膏スラリーの凝結に時間がかかり作業
性が低下するためであり、10℃以上では本発明の効果で
あるK値の向上があまり期待できないためである。
つぎに実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明す
る。
以下の実施例および比較例における凝結時間、乾燥曲
げ強度およびK値はつぎの方法によって測定した。
(凝結時間) 流し込み後の石膏スラリーの温度変化を熱電対を用い
て測定し、撹拌終了から最高温度に達するまでの時間を
凝結時間とした。
(乾燥曲げ強度) 15×15×150mmのテストピースを乾燥後、スパン100m
m,ヘッドスピード2.5mm/分の条件で3点曲げ試験を行な
い、得られた値を乾燥曲げ強度とした。
(K値) φ75×30t(mm)のテストピースを乾燥後、30℃の恒
温室で24時間放置する。テストピースに透明な円筒をか
ぶせ円筒内に粘土、長石、陶石を主成分とし、比重1.
7、温度30℃の鋳込泥漿を流し込む。ケーキの着肉厚み
を透明円筒を通して測定し、K=L2/tの式で計算して得
られた値をK値とする。
なお、厚み付試験は30℃の恒温室内で行なうものとす
る。
実施例1 液化炭酸ガスの吹込みにより−20℃に冷却した半水石
膏〔日東石膏(株)製β石膏〕20kgと6.0℃の水14.5kg
を500rpmの撹拌強さで3分30秒撹拌し、2.5℃の石膏ス
ラリーを得た。この石膏スラリーを不透水性の型に流し
込み、室温で放置したところ、48分で凝結した。ついで
この成形物を脱型し、50℃で48時間乾燥した後、乾燥曲
げ強度およびK値を測定したところ、それぞれ54.4kg/c
m2、2.87×10-4cm2/秒であった。
実施例2 液化炭酸ガスの吹込みにより−30℃に冷却した半水石
膏〔日東石膏(株)製β石膏〕20kgと4.5℃の水14.2kg
とエチレングリコール0.3kgの混合物とを実施例1と同
じ条件で撹拌し、−1.5℃の石膏スラリーを得た。この
石膏スラリーを不透水性の型に流し込み、−5℃の冷凍
庫で放置したところ、52分で凝結した。ついで実施例1
と同じ条件で乾燥曲げ強度およびK値を測定したところ
それぞれ56.3kg/cm2、3.05×10-4cm2/秒であった。
比較例 20℃の半水石膏〔日東石膏(株)製β石膏〕20kgと1
3.5℃の水14.5kgとを実施例1と同じ条件で撹拌し、15.
3℃の石膏スラリーを得た。この石膏スラリーを不透水
性の型に流し込み、室温で放置したところ、44分で凝結
した。ついで実施例1と同じ方法で乾燥曲げ強度および
K値を測定したところそれぞれ51.8kg/cm2、2.29×10-4
cm2/秒であった。
本発明の方法による実施例1、2においては、従来技
術による方法である比較例と比べて、凝結時間をそれほ
ど長くする事無しにK値を大きくする事ができた。
発明の効果 本発明の方法を用いて半水石膏を水和させる事によ
り、凝結時間をそれほど長くする事無しに、従来の方法
で製造されていた石膏型よりも可成り大きなK値を有す
る石膏型(厚み付速度大)を製造する事が可能となっ
た。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】−40℃〜5℃に冷却した半水石膏と水との
    混合物を撹拌して−5℃〜10℃の石膏スラリーを得、こ
    れを不透水性の型に流し込んで凝結反応が終了するまで
    保持し、しかる後に脱型する事を特徴とする半水石膏の
    水和方法。
  2. 【請求項2】石膏スラリーがさらに凝固点降下剤を含む
    特許請求の範囲第(1)項記載の方法。
  3. 【請求項3】半水石膏を液化ガスを用いて冷却する特許
    請求の範囲第(1)項記載の方法。
  4. 【請求項4】石膏スラリーを不透水性の型に流し込んだ
    後、−20℃〜10℃の雰囲気中で凝結反応が終了するまで
    保持する特許請求の範囲第(1)項記載の方法。
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