JP3212589B1

JP3212589B1 - 調湿建材

Info

Publication number: JP3212589B1
Application number: JP2000194047A
Authority: JP
Inventors: 敏史寺村; 紀文井須; 憲次稲垣; 克己平林; 雅司坂下
Original assignee: クリオン株式会社; 株式会社建材技術研究所
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2002013216A

Abstract

【要約】【課題】湿気の吸放湿性、透湿性に優れ、かつ、吸水
性がなく汚れにも強い調湿建材を提供する。【解決手段】本発明の調湿建材は、主成分が炭酸カル
シウムと非晶質シリカである成形体を炭酸硬化反応によ
って製造され、窒素ガス吸着法によるその比表面積が８
０〜２５０ｍ^２／ｇ、平均細孔直径が１．５〜３０．０
ｎｍであり、少なくとも一面に透湿撥水性被膜が形成さ
れている。この透湿撥水性被膜は、シリコーン系又はシ
ラン系のいずれかのアルコール溶剤系撥水剤及び植物系
油脂を主成分とする透湿性撥水塗料のうちの少なくとも
１種を塗布して形成されたものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に不燃性に優れ
た無機系で、室内の湿度を調整する機能を持つ調湿建材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から調湿性のある建築材として、一
般に炭酸カルシウムを主成分としたしっくいがある。し
っくいは調湿建材として古くから使用されているが、実
際は吸放湿量が少ない。そして、乾燥収縮によるクラッ
クを防止するために、厚くしたり、例えばすさ等の補強
繊維を多量に混入する必要がある。しかし、厚くすると
吸放湿量は増えるが透湿性が落ちるという問題があり、
調湿性能は上がらない。

【０００３】このしっくいの調湿性を改善した材料とし
て、非晶質シリカを含む珪藻土を内添したしっくいや、
非晶質シリカを含む珪藻土を内添したセメント板がある
が、珪藻土がしっくいやセメントのアルカリ成分によっ
て変質し、本来珪藻土が持っている高い比表面積を低下
させてしまい、十分に調湿効果がでない。

【０００４】さらに、建材としては、一般的に強度、寸
法安定性や不燃性が求められるが、前述の材料は重量が
ある割に強度が低い。つまり比強度が低い。また、吸水
による長さ変化率が大きく、クラックが発生したり寸法
安定性に劣る。そして、クラック防止のために、すさ等
を多量に混入すると不燃性が下がる等の問題がある。

【０００５】また、一般的に調湿建材は微細な空隙を有
しそれぞれの空隙が連通した組織で構成されており、そ
の連通空隙が表層まで存在する。この連通空隙を通して
周囲の湿分を吸収したり放出したりするが、同時に水分
も吸収してしまう。そのため、果汁、ソース、泥水など
の着色した水分が調湿建材に付着すると、直ぐに材料内
部に染み込んでしまい汚れてしまう問題がある。このよ
うな汚れに対して塩素系漂白剤を使用して、染み抜きを
する方法などがあるが、著しい汚れに対しては完全に除
去できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な問題を解決し、湿気の吸放湿量、透湿性に優れ、かつ
建材として使用できる十分な強度を備えると共に、水分
の吸収が少なく汚れにくい不燃性の調湿建材を提供する
ことを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の調湿建
材は、炭酸硬化反応によって製造された成形体であっ
て、主成分が炭酸カルシウムと非晶質シリカである成形
体からなる調湿建材において、窒素ガス吸着法によるそ
の比表面積が８０〜２５０ｍ^２／ｇ、平均細孔直径が
１．５〜３０．０ｎｍであり、かつ、少なくとも一面に
透湿撥水性被膜を形成したところに特徴を有する。

【０００８】人間が快適に生活していくための相対湿度
条件は、一般に４０〜７０％の間がよいといわれてい
る。室内湿度をその間に保つためには、その範囲におい
てすぐれた調湿能力を発揮する調湿建材が適している。
また、調湿材とは、表面物理の観点からみた場合、高湿
度雰囲気では材料が持つ毛細管により空気中の水蒸気を
吸着し、低湿度雰囲気では吸着された水分を空気中に放
出する能力が高い材料であるといえる。

【０００９】では実際にどのような材料が優れた調湿建
材となり得るかについて鋭意研究した結果、発明者ら
は、炭酸硬化反応によって製造された成形体であって主
成分が炭酸カルシウムと非晶質シリカからなるものにお
いては、平均細孔直径及び比表面積が調湿性能に大きく
影響することを見い出した。

【００１０】すなわち、調湿は材料内部にある微細空隙
壁に水蒸気が吸着・離脱することによって行われるた
め、微細な細孔を持ち、かつ、比表面積の大きな材料ほ
ど吸放湿量が高い。しかし、細孔径が極端に小さい場合
には、水蒸気の離脱が困難になり吸湿はするが放湿しな
い状態になるので、比表面積が８０〜２５０ｍ^２／ｇで
あって、平均細孔直径を１．５〜３０．０ｎｍの範囲と
することが最適である。

【００１１】また、成形体が上述のような比表面積及び
平均細孔直径を有するようにするには、成形体組成を炭
酸カルシウムが１５％〜６５％、非晶質シリカが１５％
〜４５％、および骨材及び多孔質材の一方又は双方が含
まれる構成とすれば良い。さらに、炭酸カルシウム中に
はバテライトが含まれることが好ましい。これらの組成
とすることにより、全体として数ｎｍの微細孔を持つ比
表面積の非常に大きな材料となる。

【００１２】なお、前記成形体には骨材及び多孔質材の
一方又は双方を６０％以下含むことができ、多孔質材が
６０％以下であれば、十分な比強度を保ちながら調湿性
能をあげることができる。ここで骨材には、珪石粉末、
長石粉末、雲母、人工軽量骨材等を用いることができ、
また、多孔質材には、アルミナ珪酸塩類を含むものや軽
石やバルン状充填材等を用いることができる。また、本
調湿建材の主成分である炭酸カルシウムは、７００℃以
上の高温で加熱されると吸熱反応を起こして二酸化炭素
と酸化カルシウムに解離するから、本発明の調湿建材は
不燃性に優れる。

【００１３】本発明では、さらに、材料の少なくとも一
面に透湿撥水性被膜を形成してあるところにも特徴を有
する。この被膜によって調湿性をあまり妨げることなく
水分をはじき、使用時のメンテナンスを容易にすること
ができる。

【００１４】被膜としては透湿撥水性を有するものであ
ればよいが、そのなかで特にシリコーン系またはシラン
系のいずれかのアルコール溶剤系撥水剤及び植物系油脂
を主成分とする透湿性塗料の少なくとも１種を塗布して
形成されたものが、飛沫程度の水滴であれば殆ど吸水が
なく高い撥水性を示すため好ましい。なお、シリコーン
系またはシラン系の撥水剤にはエマルジョン系（水系）
タイプのものもあるが、これは被膜が無い場合と比して
吸水性は低下するが、撥水性はあまり望めないから、シ
リコーン系またはシラン系ではアルコール溶剤系である
ことが必要である。

【００１５】植物系油脂としては亜麻仁油、向日葵油、
大豆油、アザミ油、椰子油、ユーカリ油、カルナバワッ
クス、カンデリラワックス等を主成分とし、溶剤として
アルコール系を使用したものがＶＯＣ（揮発性有機化合
物）の発生もなく好ましい。また、被膜は数〜数十μｍ
の厚さにするのが好ましい。これ以上の膜厚では透湿性
の低下が著しくなるので好ましくない。被膜には着色の
ための顔料を含んでいてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の調湿建材の出発原料とし
て、石灰質原料粉末と珪酸質原料粉末を用い、それを任
意のカルシウムとシリカ成分のモル比率（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ_２）となるように調整する。過剰なＳｉＯ_２は後述の
水和反応またはオートクレーブ反応で反応せず骨材とし
て残る。残った骨材の平均直径は１０μｍ〜３ｍｍが望
ましい。石灰質原料粉末として普通セメント、早強セメ
ント等のポルトランドセメント、消石灰、生石灰等の一
種または２種以上の混合物が使用できる。また、珪酸質
原料粉末としては、珪砂、珪石粉末、石炭灰、シリカゲ
ル、クリストバライト、珪藻土等の一種または２種以上
の混合物が使用できる。ただし、別途骨材と多孔質材の
両方またはどちらか一方を必要に応じて６０％以下混入
しても良い。

【００１７】混入できる骨材は例えば珪石粉末、長石粉
末、雲母、人工軽量骨材などがあり、その場合の平均粒
径も１０μｍ〜３ｍｍが望ましい。多孔質材は例えばア
ルミナ珪酸塩類を含むものや軽石やバルン状充填材等が
ある。なお、骨材と多孔質材の添加は、反応前または、
後述する加圧成形前でも良い。それを水和反応もしくは
オートクレーブ反応で、珪酸カルシウム系の水和物を生
成する。例えば１８０℃ではその主成分がトバモライト
であり、余剰な珪酸質原料が骨材となる粉末が合成でき
る。

【００１８】トバモライトの他に、ゾノトライトやＣＳ
Ｈ等の珪酸カルシウム系の水和物またはそれらを主成分
とする粉末および廃材が使用できる。例えば、軽量気泡
コンクリート粉末、窯業系サイジング等のセメント系二
次製品の破砕品、コンクリート廃材、セメントスラッジ
などが使用できる。

【００１９】これを、プレス機を使用して板状に加圧成
形を行う。加圧力は５〜３０ＭＰａが望ましい。なお、
加圧成形を行う前に、０．１〜５．０％の補強繊維、
０．０１〜５％の無機顔料、０．０１〜５％のＶＯＣ
（揮発性有機化合物）の吸着剤を混入しても良い。さら
に、材料の強度を増加させる目的で普通、早強、中庸
熱、白色などのポルトランドセメントやγ−Ｃ２Ｓを炭
酸化後材料の炭酸カルシウム含有量が６５％を越えない
ように混入してもよい。なお、ポルトランドセメントを
使用する場合には、そのセメントの一部または全部が水
和反応したものでも構わない。

【００２０】次に、これを炭酸ガスを使用して密閉容器
内で反応硬化させる。反応条件は、温度が０〜１００
℃、炭酸ガス濃度が２〜１００％が工業的には好ましい
が、例えば燃焼時に発生する排気ガス中の炭酸ガス等も
使用できる。炭酸化反応により、トバモライト中のカル
シウム成分が炭酸カルシウムとなり抜けだし、細孔を多
数有する非晶質シリカができる。また、炭酸カルシウム
は、その主成分がカルサイトだけではなく、微細なバテ
ライトも生成する。これらの生成物により数ｎｍの微細
孔を持つ表面積の非常に大きな材料となる。

【００２１】また、この材料は十分な比強度をもつため
調湿性のある建材として利用できる。そして、前記の主
成分の比率は炭酸カルシウムが１５％〜６５％、非晶質
シリカが１５％〜４５％であることが望ましい。また、
骨材と多孔質材の両方またはどちらか一方が６０％以下
含まれ、骨材の平均粒径が１０μｍ以上であることが望
ましい。

【００２２】炭酸硬化が終了した成形体に前記の透湿撥
水剤を塗布するが、材料表面に付着する汚れを防止する
のを目的とするため、塗布面が表面層であることが実用
上好ましい。塗布方法は、スプレー、刷毛、ローラー等
のいずれの方法も採用できる。塗布量は、主剤成分が数
〜１００ｇ／ｍ^２の範囲とするのが好ましい。

【００２３】撥水性を付加するその他の方法として、珪
酸質原料粉末および石灰質原料粉末に撥水剤を混合す
る、あるいは水和・水熱合成後の粉粒体に撥水材を混合
する、またプレス成形後の成形体に撥水材を塗布するな
どの撥水性を付加する方法が考えられる。さらに珪酸カ
ルシウム水和物原料として撥水性軽量気泡コンクリート
を利用する方法もある。しかしこれらの方法によると撥
水性はあまり望めない。なぜなら、これらの方法は、そ
の後の炭酸硬化工程で炭酸カルシウムの析出が起こり、
撥水性のない新たな表面が生成されるからと推測され
る。

【００２４】また、調湿性能のパラメーターとしては、
吸放湿量の他にも、周囲の湿度変化に対する応答性も重
要なファクターである。その因子は湿気伝導率で評価で
きる。湿気伝導率が高い材料は、湿度変化に対するレス
ポンスが速く、調湿建材としては好ましい。ただし、湿
気伝導率が高すぎる材料は一般に連続した空隙が多く、
密度が低くなるため、吸放湿量および強度が低くなるも
のが多い。

【００２５】本実施形態の調湿建材は、湿気伝導率が８
ｎｇ／（ｍ・ｓ・Ｐａ）以上あり湿度変化に対するレス
ポンスが良い。図１に本実施形態に係る調湿建材の細孔
径分布の一例を示すが、平均細孔径の両側にそれぞれピ
ークを持つことが特徴であり、平均より小さい細孔径が
比表面積を大きくし、大きな細孔径が湿気伝導率を大き
くする働きがあり、その相乗効果で高い調湿性が得られ
る。

【００２６】また、本実施形態の調湿建材の一例につい
て、実際の湿度変化雰囲気での評価として、２５℃の一
定温度条件で湿度７０％、３０％を２４時間づつ保持す
る４８時間１サイクルの試験を行い、材料の重量変化を
測定し、単位面積当たりの吸放湿量を測定したところ、
単位面積当たり８０ｇ／ｍ^２以上あり吸放湿量が大き
い。

【００２７】また、例えば０．３ｍ幅×０．６ｍ長さ×
０．００６ｍ厚さの建材で、０．３ｍ幅を片持ちはりと
した場合の最大引っ張り応力から計算すると、曲げ強度
（ｋｇ／ｍ^２）／かさ密度（ｋｇ／ｍ^３）で算出される
比強度が約１８０ｍ必要であるが、この調湿建材はそれ
以上の比強度を有するため強度的にも十分である。な
お、かさ密度は５００〜２０００Ｋｇ／ｍ^３程度が望ま
しい。

【００２８】

【実施例１】石灰質原料粉末と珪酸質原料粉末を使い、
ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．２５となるように粉体を調整し
た。それをオートクレーブで、１８０℃の温度条件で４
時間トバモライトの合成を行った。できた粉体を、プレ
ス成型機を用いて成形圧力を２０ＭＰaで、３００ｍｍ
×３００ｍｍ×１２ｍｍ厚さの板を成形した。

【００２９】それを前記の方法で市販の炭酸ガスを使用
し、炭酸硬化させることにより、炭酸カルシウムが２９
％、非晶質シリカが２１％、骨材が４９％である調湿建
材を製造した。成分の分析は、炭酸カルシウムは、試料
を６Ｎの塩酸で溶解して、発生する炭酸ガス量から計算
した。非晶質シリカは、２Ｎの水酸化ナトリウムで溶解
した量から計算した。

【００３０】骨材は、まず、試料を６Ｎの塩酸で溶解し
た後、溶解液をろ過し温水で十分洗浄する。次に、ろ紙
上に残ったものを２Ｎの水酸化ナトリウムで溶解し、塩
酸で中和した後ろ過し温水で十分洗浄する。最後にろ紙
上に残ったものが骨材であるのでこれを定量した。な
お、骨材の平均粒径は、ＳＡＬＤ−２０００粒度分布測
定装置（株式会社島津製作所製）を用いて粒度分布を測
定し、平均粒径を求めた。これにより、骨材の平均粒径
が６８μｍと求められた。次に比表面積と平均細孔直径
を窒素吸着法、具体的には、マイクロメリテックスア
サップ２４００（株式会社島津製作所製）を用い測定
したところ、比表面積は９２ｍ^２／ｇで、平均細孔直径
は９．５ｎｍであった。

【００３１】次に成形体の３００×３００ｃｍの一面に
シリコーン系の撥水剤（東レダウコーニング社製ＢＹ
１６−８０５）をイソプロピルアルコールで２０倍に希
釈したものを２００ｇ／ｍ^２の塗布量でスプレーした。
これでシリコーン主剤は１０ｇ／ｍ^２を塗布したことに
なる。

【００３２】この塗布した材料をＪＩＳＡ１３２４に
準ずる方法により、湿気伝導率を測定したところ、８．
９ｎｇ／（ｍ・ｓ・Ｐａ）であった。次に吸放湿量を測
定するために、一定温度の元で湿度変化を一定間隔で繰
り返す試験を以下の通り行った。まず材料を、塗布を施
した３００ｍｍ角面を1面だけ調湿作用するように、他
の５面をアルミニウムフィルムで防湿処理を行った。こ
れを環境試験器内で２５℃の一定温度で、湿度を３０％
に保ち試験体重量変動がなくなるまで放置した。

【００３３】次に湿度を７０％へ変更し２４時間保持し
湿度上昇時の吸湿による重量変化を測定し、その後３０
％へ変更し２４時間保持し湿度低下による放湿時の重量
変化を測定する４８時間１サイクルの試験を行い、試験
体の単位面積当たりの吸放湿量を測定した。なお、吸放
湿量は次の式で求めた。吸放湿量＝（（吸湿時の重量変化＋放湿時の重量変化）
／２）／試験体面積その結果、１１１ｇ／ｍ^２であった。次に材料を１００
ｍｍ×２５ｍｍ×１２ｍｍ（厚さ）に加工し、そのかさ
密度と曲げ強度を測定し、比強度を算出したところ、５
３２ｍであった。

【００３４】次に、水をメスピペットで５ｍｌとり、こ
の水を水平に置いた材料の表面に滴下した。この状態で
水玉が材料表面に形成されていた。５分後材料の表面を
乾いたペーパータオルで拭き取ったが、材料の変色は認
められなかった。拭き取り後の重量と滴下前の重量との
差は、０．２ｇであり殆ど吸水していないことが明らか
になった。

【００３５】以上の結果を表１に示す。また、図１に細
孔径の分布図を示すが、平均細孔径９．５ｎｍの両側に
それぞれピークを持つことが特徴であり、平均より小さ
い細孔径が比表面積を大きくし、大きな細孔径が湿気伝
導率を大きくする働きがあり、その相乗効果で高い調湿
性が得られた。

【表１】

【実施例２】石灰質原料粉末と珪酸質原料粉末を使い、
ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．４０となるように粉体を調整し
たものを用い、実施例１と同様の方法で、珪酸カルシウ
ムを合成、プレス成形、炭酸反応を行った。この方法に
より炭酸カルシウムが４０％、非晶質シリカが２９％、
骨材が２９％である調湿建材を製造した。またこの材料
骨材の平均粒径が５７μｍ、比表面積は１１５ｍ２／
ｇ、平均細孔直径は４．５ｎｍであった。

【００３６】次に成形体の３００×３００ｃｍの一面に
天然油脂系塗料（Ｏｓｔｅｒｍａｎｎ＆Ｓｃｈｅｉ
ｗｅ社製オスモカラーエキストラクリアー＃１１０
１）を原液で４０ｇ／ｍ^２の塗布量になるように刷毛塗
りした。これで油脂剤が３４ｇ／ｍ^２を塗布されたこと
になる。

【００３７】この塗布した材料の湿気伝導率および吸放
湿性能を実施例１と同様の方法で測定したところ、それ
ぞれ８．５ｎｇ／（ｍ・ｓ・Ｐａ）、１０９ｇ／ｍ^２で
あった。また比強度は、６６９ｍであった。

【００３８】次に、実施例１と同様に滴下による撥水効
果を観察したが、水玉が材料表面に形成され水が材料内
部に浸透することはなかった。また拭き取り後の重量変
化は、０．１ｇであった。以上の結果も表１に示す。

【００３９】

【比較例１】実施例１で製造した成形体と同じ材料で、
表面に撥水塗装を施さない材料の湿気伝導率、吸湿量を
測定し、その結果を表１に示す。また水５ｍｌの滴下に
よる撥水効果を調査したところ、滴下後数秒で水は材料
内部に浸透してしまい、５分後にはペーパタオルで拭き
取れる状態ではなかった。拭き取り後の重量変化は４．
８ｇであった。完全に含浸したにも係わらず、５ｇ以下
となったのは、含浸した水が材料から放湿したためと考
えられる。

【００４０】

【比較例２】実施例２で製造した成形体と同じ材料で、
表面に撥水塗装を施さない材料の湿気伝導率、吸湿量を
測定し、その結果を表１に示す。また水５ｍｌの滴下に
よる撥水効果を調査したところ、滴下後数秒で水は材料
内部に浸透してしまい、５分後にはペーパタオルで拭き
取れる状態ではなかった。拭き取り後の重量変化は４．
８ｇであった。完全に含浸したにも係わらず、５ｇ以下
となったのは、比較例１と同様の原因と思われる。

【００４１】

【発明の効果】上述のように、本発明により、優れた調
湿性を持ち、強度も十分ある不燃性に優れた調湿建材が
得られる。しかも、優れた調湿性を持ちながら、透湿撥
水性被膜を有するから、水分の吸収を抑えて汚れに強い
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における細孔径分布を示すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ０４Ｂ 111:28 Ｃ０４Ｂ 111:28 (72)発明者稲垣憲次愛知県尾張旭市下井町下井2035番地株式会社建材技術研究所内 (72)発明者平林克己愛知県尾張旭市下井町下井2035番地株式会社建材技術研究所内 (72)発明者坂下雅司愛知県尾張旭市下井町下井2035番地株式会社建材技術研究所内 (56)参考文献特開平７−284628（ＪＰ，Ａ) 特開平８−81284（ＪＰ，Ａ) 特開平７−25679（ＪＰ，Ａ) 特開平９−12404（ＪＰ，Ａ) 特開平９−12924（ＪＰ，Ａ) 特開平６−248259（ＪＰ，Ａ) 特開平８−176502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 28/18 - 28/22 C04B 41/62 - 41/64 C04B 40/02 B01D 53/28 E04B 1/64 C04B 28/00 C04B 28/10 C04B 12/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭酸硬化反応によって製造された成形
体であって主成分が炭酸カルシウムと非晶質シリカであ
る成形体からなる調湿建材において、窒素ガス吸着法に
よるその比表面積が８０〜２５０ｍ^２／ｇ、平均細孔直
径が１．５〜３０．０ｎｍであり、かつ、少なくとも一
面に透湿撥水性被膜が形成されていることを特徴とする
調湿建材。
【請求項２】前記透湿撥水性被膜は、シリコーン系又
はシラン系のいずれかのアルコール溶剤系撥水剤及び植
物系油脂を主成分とする透湿性撥水塗料のうちの少なく
とも１種を塗布して形成されたものであることを特徴と
する請求項１記載の調湿建材。
【請求項３】比強度が１８０ｍ以上であることを特徴
とする請求項１又は２記載の調湿建材。
【請求項４】前記成形体中に炭酸カルシウムが１５％
〜６５％、非晶質シリカが１５％〜４５％並びに骨材及
び多孔質材の一方又は双方が含まれることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載の調湿建材。
【請求項５】前記炭酸カルシウムにはバテライトが含
まれることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
載の調湿建材。
【請求項６】前記骨材及び多孔質材の一方又は双方が
６０％以下含まれることを特徴とする請求項４又は５に
記載の調湿建材。