JP3227234B2 - 水硬性無機質成型製品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来一般的に用いられ
ていた石綿が使用されていないにもかかわらず、強度、
衝撃強度等の機械的性能と耐久性の双方に優れ、しかも
湿式抄造法により製造されたものである場合には抄造性
と波形付形性においても極めて優れている水硬性無機質
成型製品、特に水硬性無機質抄造製品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セメントや石膏等の水硬性無
機質の抄造成型品を補強するのに石綿が使用されている
が、石綿は人体に有害であることから、石綿を使用しな
い技術が求められている。そしてこのような技術に関し
ての多くの提案が今までになされている。その代表的な
技術として、高度に叩解した木質パルプと補強繊維とし
ての合成繊維と、さらにセピオライト、スラグ、マイカ
等の無機物を配合することにより、石綿を使用しない場
合に生じる品質上の問題点や製造時の工程通過性等を改
善することが特開昭６１−６１６７号公報、同６１−１
９７４８０号公報、同６２−７８１３６号公報、同６２
−９６３５４号公報等に提案されている。

【０００３】しかしながら、これらの技術で得られる製
品は従来の石綿製品に代替して充分に満足のできるもの
であるとは言い難い。具体的には、従来の石綿スレート
板の製造に代表されるハチェックマシンによる抄造方法
では、抄造用スラリーを金網上に抄き上げる時の適切な
濾過抵抗と固形分捕捉率を得るための抄造助剤の選定が
重要である。従来は前述したように、高度に叩解した木
質パルプによりこの役目を持たせていた。しかし木質パ
ルプは長時間屋外に放置されると品質の低下が避けられ
ないという耐久性の点での欠点がある。また合成パルプ
と称されるポリオレフィン系のフィブリル化繊維は耐久
性能は木質パルプより優れているが、合成パルプは著し
く可燃性であるため、不燃性を確保するためには添加量
の点で制約される。したがって、満足できる捕捉率が得
られるに十分な量を添加することができない。さらに従
来の方法では、硬化前の抄造品に波型を付与する際に抄
造品表面に亀裂等が生じるという問題も有している。

【０００４】本発明は、無機質成型製品の特長である不
燃性を保持しながら強度と靭性に優れ、具体的には従来
の石綿添加製品より大幅に優れた曲げ強度および衝撃強
度をもち、曲げ破壊時のたわみが大きく、さらに耐久性
に優れ、しかも成型製品が抄造製品である場合には波形
付与性および抄造性に優れた水硬性無機質成型製品を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
の結果、上記目的を達成する手段として、抄造助剤とし
て特定のポリビニルアルコール（以下ＰＶＡと略称す）
系のフィブリル状繊維を全固形分に対して０．５〜５重
量％、好ましくは１．５〜３重量％添加し、そして主体
補強繊維として繊度０．３〜２０デニール、引張強度６
グラム／デニール以上、好ましくは１０グラム／デニー
ル以上のＰＶＡ系またはポリアクリロニトリル（以下Ｐ
ＡＮと略称す）系合成繊維を全固形分に対して０．５〜
３重量％、好ましくは１〜２重量％配合する手段が極め
て優れていることを見いだした。

【０００６】すなわち本発明は、パルプ濾水度が２００
〜５００ｍｌで膨潤度が８０重量％以上であるＰＶＡ系
繊維状物（抄造助剤と称することがある）を全固形分に
対して０．５〜５重量％、繊度０．３〜２０デニールで
引張強度６グラム／デニール以上で且つ膨潤度が５０重
量％以下であるＰＶＡ系またはＰＡＮ系の繊維（主体繊
維と称することがある）を全固形分に対して０．５〜３
重量％含有する水硬性無機質成型製品である。

【０００７】抄造助剤としてのＰＶＡ系繊維状物は抄造
用スラリーに適当な濾過抵抗とセメント等で代表される
無機質粒子の捕捉率を高めるため、木質パルプと同様に
いわゆるフィブリル状になっていることが必要である。
例えば繊度０．３デニール未満の通常の極細合成繊維と
多量の高分子凝集剤とを組み合わせることによっても適
当な濾過抵抗と無機質粒子の捕捉率を得ることは可能で
あるが、抄き上げられた固形分の柔軟性が不足して金網
とフェルトが汚れ易いなど工程通過性に問題を生じ易
く、波板製造時に型付け性が劣る。そのため木質パルプ
と同様に使用前に叩解処理を行うことが考えられるが、
一般にＰＶＡ系繊維は叩解処理によってフィブリル化さ
れ難い。しかし繊維の原料に、ケン化度が７５〜９５モ
ル％の部分鹸化ＰＶＡ１０〜６０重量％とケン化度が９
７％以上の完全鹸化ＰＶＡ９０〜４０重量％を用い、こ
れを水に混合溶解（例えば鹸化度８８モル％、重合度１
７００の部分鹸化度ＰＶＡを２０〜４０重量％、残部を
重合度１７００の完全鹸化ＰＶＡ）して芒硝系凝固浴に
紡糸した場合は延伸され難く、結晶化が阻害されるので
強度は低いが、ビーター等の叩解処理により容易にフィ
ブリル化する繊維を製造することが可能である。

【０００８】なお、フィブリル化した繊維が絡まり合わ
ないようにするためには、叩解時の繊維長が５ｍｍ以
下、特に３ｍｍ以下になるように切断しておくことが好
ましい。以上の条件を満足する範囲をパルプの濾水度で
表せばカナダ標準形濾水度（ＪＩＳ Ｐ８１２１）２０
０〜５５０ｍｌ、好ましくは２５０〜４５０ｍｌであ
る。フィブリル化の度合が大きいほど、すなわち濾水度
の数値が小さいほど濾過抵抗は増加し、捕捉率は向上す
るが、必要以上に叩解すると補強性能が低下するので上
述の範囲が適当である。

【０００９】または抄造助剤としては、抄造した板材の
型付け性を満足させるために繊維が適当な伸びを有して
おり柔軟であることが必要である。この性質は、３０℃
の水に６０分間浸漬後重力加速度１０００Ｇで１０分間
遠心脱水した場合の膨潤度で表すことができ、満足でき
る膨潤度は８０重量％以上である。この膨潤度も、前記
したように、繊維原料として完全ケン化ＰＶＡと部分ケ
ン化を混合使用することにより達成できる。

【００１０】その添加量としては、０．５〜５重量％の
範囲であり、０．５重量％未満では効果が不足し、５重
量％を越えると繊維成分が多くなり過ぎて嵩比重が低く
なり、工程通過性、原材料費でも不利となる。特に難燃
性（ＪＩＳ Ａ １３２１基材試験）に合格するために
は添加量が制約され、この点からも上記範囲が好まし
い。また同様に難燃性の点から、後述する主体繊維との
合計量は全固形分に対して５．５重量％以下、特に５重
量％以下が望ましい。抄造助剤としてＰＶＡ系合成繊維
のフィブリル化物が優れている理由は必ずしも明らかで
はないが、ＰＶＡ繊維状物の際立って優れた親水性や水
硬性無機物との親和性等により少量であっても満足でき
る濾過抵抗と無機質粒子の捕捉性、形付け性が得られる
ものと思われる。

【００１１】次に主体補強繊維について述べる。主体補
強繊維としては、繊度０．３〜２０デニール、引張強度
が６グラム／デニール以上、好ましくは１０グラム／デ
ニール以上のＰＶＡまたはＰＡＮ系合成繊維が用いられ
る。繊度が０．３デニール未満の場合には均一に分散さ
れることが困難となり、また２０デニールを越えると分
散は良好だが、繊維の表面積が減少するので補強性能が
不充分となる。繊維をスラリー中に均一に分散させるた
め長さは１０ｍｍ以下にすることが好ましい。また引張
強度としては６グラム／デニール未満では補強性能が不
足することとなる。好ましくは１０グラム／デニール以
上である。これらの特性を有する繊維の膨潤度は前述の
抄造助剤の８０重量％以上と異なり、５０重量％以下で
ある。すなわち膨潤度５０重量％を越える場合には、充
分な補強性能が要求される主体繊維とはなり得ない。

【００１２】主体補強繊維はＰＶＡ系またはＰＡＮ系の
繊維であらねばならない。ＰＶＡ系またはＰＡＮ系の繊
維は、セメント等を主体としたき脆性物質の補強に特に
適しており、具体的には強度が高く伸びが小さく、脆性
物質等との接着性に優れており、耐アルカリ性、耐候性
等の耐久性にも優れており、さらに価格が比較的低い等
の特長を有している。なかでもＰＶＡ系繊維が抄造助剤
との均一分散性、水硬性無機物との親和性や接着性等の
点で特に好ましい。添加量としては、全固形分に対して
０．５〜３重量％の範囲である。０．５重量％未満で
は、補強性能が不足し、一方、３重量％を越えると成型
品中に繊維成分を均一に分散させることが困難となり補
強性能が劣る。また難燃性（ＪＩＳ Ａ １３２１ 基
材試験）に対しても悪影響を与える。このような要求性
能を満足するＰＶＡ系繊維またはＰＡＮ系繊維として
は、一般に市販されているＰＶＡ系繊維（ビニロン）や
ＰＡＮ系繊維を用いることができる。特にＰＶＡ系繊維
に関しては、ＰＶＡの水系紡糸原液に硼酸または硼酸化
合物を添加し、アルカリ性凝固浴中に湿式紡糸し、得ら
れた紡糸原糸を全延伸倍率１０倍以上となるように湿熱
延伸および乾熱延伸を行うことにより得られる繊維が好
適に用いられる。

【００１３】本発明のポイントは、上述の通り抄造助剤
として特定のＰＶＡ系繊維状物を従来の木質パルプまた
は合成パルプに代替して用い、これと主体補強繊維とし
て用いる特定の物性値を有するＰＶＡまたはＰＡＮ系合
成繊維とを組み合わせて使用すると、両者の相乗効果に
より驚くべき補強性能が得られることである。抄造助剤
として適当な柔軟さをもつ特定のＰＶＡ系繊維状物を用
いることにより、局部的に応力が集中することを避ける
ことができ、これにより大きな補強性能を示すものと思
われる。

【００１４】従来よりこの様な現象は抄造助剤にポリオ
レフィン系合成パルプを使用した場合にもわずかに認め
られているが満足できる状態ではなく、さらにポリオレ
フィン系合成パルプでは水硬性無機質抄造製品に不可欠
の難燃性（ＪＩＳ Ａ １３２１ 基材試験）に合格す
ることが困難になる。また耐久性能も屋根材、外装材等
に使用する場合は特に重要であるが、木質パルプは品質
変化が避けられないのに対して、本発明のＰＶＡ系合成
繊維状物は安定である。

【００１５】以上主としてセメントを主成分とするハチ
ェック式抄造機による場合について述べたが、本発明は
スラグ石こう系等他の水硬性物質の場合も同様に適用で
きる。また一層抄きのような長網抄造、または流し込み
プレス成型にも適用できる。その他製品物性または工程
通過性改善のため種々の添加材、例えばマイカ、シリ
カ、ワラストナイト等を必要に応じて混合使用すること
が出来る。また木質パルプ、合成パルプ、及び他の合成
繊維を本発明の目的を大きくそこなわない範囲内で混合
使用することも可能である。

【００１６】

【実施例】以下実施例により本発明を説明する。抄造助
剤として下記の微細繊維状物を使用した。 ・ＰＶＡ系フィブリル化繊維（以下ＶＰＦと呼称する） 重合度１７００の完全鹸化ＰＶＡ（ケン化度９８モル
％）と重合度１７００の部分鹸化ＰＶＡ（ケン化度８８
モル％）を重量比７／３の割合で混合し、水に溶解して
得た紡糸原液を飽和芒硝系凝固浴に紡糸した。湿熱延
伸、乾熱延伸、乾熱収縮の工程を経た繊維は全延伸倍率
８倍で繊度１．０デニール、引張強度５．３グラム／デ
ニール、伸度８．８％、溶解温度９１℃の物性を有して
いた。これを繊維長２ｍｍに切断して実験用小型ビータ
ーで所定の叩解度になるよう叩解処理を行った。 ・市販合成パルプ（ＳＷＰ） 三井石油化学工業株式会社製 ケミベスト Ｅ−７８０
（ポリオレフィン系） ・市販パルプ（ＮＵＫＰ） 市販パルプを所定の叩解度（濾水度）になるよう実験用
小型ビーターで叩解したもの

【００１７】次にこれらの抄造助剤の性質を下記の方法
で測定して結果を表１に記載した。 叩解度；パルプの濾水度試験方法（ＪＩＳ Ｐ８１２
１）カナダ標準形測定法による。 膨潤度；試料を純分換算Ａグラム（約１グラムを正確に
測定）を３０℃の水１００ｍｌに１時間浸漬後遠心脱水
（１０００Ｇ×１０分）し、その時の重量Ｂグラムを測
定して膨潤度を次式により求めた。 膨潤度＝１００×（Ｂ−Ａ）／Ａ（％） スラリーの濾水度ならびに固形分捕捉率は下記の方法で
測定した。あらかじめ水中に分散させた抄造助剤（パル
プ類）３重量％、普通ポルトランドセメント９７重量％
で固形分濃度２０ｇ／ｌのスラリーを調製して、ショッ
パー形パルプ濾水度試験器（ＪＩＳ Ｐ８１２１但し金
網を６０メッシュに変更）を使用して濾水度と固形分捕
捉率を測定した。

【００１８】該スラリーの調製は、パルプ類をＴＡＰＰ
Ｉ標準離解機にて離解処理（パルプ１０グラム／０．５
リットル、３０００ｒｐｍ×８ｍｉｎ）した後、パルプ
分散液を低速回転プロペラで撹拌しつつ、その液中に上
記配合量のセメントを投入し、約３分間撹拌する方法に
て行った。この方法で得られたスラリーをショッパー形
パルプ濾水度試験器に流し込み、定法の濾水テスト法に
より一定速度で円錐弁を定法に従って持ち上げて流下さ
せた。側管に排出される排水を集め、排出がほぼ止まっ
た時点での排水の量を計測した。また金網上の濾過捕捉
物を濾紙上に洗い出して乾燥した後、その重量を測定し
た（Ｗ１）。また流下液中の固形分を同様に採取して乾
燥後の重量を測定した（Ｗ２）。固形分捕捉率を次式よ
り求めた。 固形分捕捉率（％）＝１００×Ｗ１／（Ｗ１＋Ｗ２）

【００１９】次に抄造性ならびに製品物性測定用板材サ
ンプルの作製方法について説明する。配合は、表１に示
す実施例及び比較例の通りであるが、抄造時の固形分捕
捉率が低い場合は一部のセメント等の微細粒子が網目を
通過し、繊維等は殆ど全部捕捉されるので、原料スラリ
ーの組成と製品の組成の差が大きくなる。したがって実
際の原料スラリーの調製は上述の捕捉率を考慮して配合
した。あらかじめＶＰＦおよびケミベストＥ−７８０は
分散機にて予備分散させ、叩解パルプ（ＮＵＫＰ）はカ
ナディアンフリーネス１５０ｍｌに叩解したものを用
い、所定の固形分配合比率となるようスラッシャー付パ
ルパー内の抄造白水に添加し、約１０分間撹拌処理し
た。その後無機質添加材として、シリカフューム（日本
重化学工業社製ＳＦパウダー；平均粒子径０．３６μ）
を最終全固形分（以下単に全固形分と称す）に対して６
重量％添加して１０分間撹拌した後、マイカ（（株）ク
ラレ社製クラライトマイカ６０ｓ；平均粒子径２８０
μ、平均アスペクト比７０）を全固形分に対して５重量
％並びに水酸化アルミニウム（住友アルミニウム（株）
製Ｃ−３０３）を全固形分に対して８０００ｐｐｍ添加
して約５分間撹拌した。しかる後に補強繊維を添加して
２分間混合撹拌し、スラリーとした。

【００２０】用いた補強繊維はＰＶＡ系繊維は（株）ク
ラレ社製ビニロンＲＭ１８２×６ｍｍで繊度１．８デニ
ール、強度１３．５グラム／デニール、ヤング率３３０
グラム／デニール、膨潤度１６重量％、繊維長６ｍｍで
ある。またＰＡＮ系繊維は東レ（株）社製アトランで繊
度２デニール、強度１４グラム／デニール、ヤング率１
８０グラム／デニール、膨潤度１２重量％、繊維長５ｍ
ｍである。

【００２１】実施例 表１に示す配合割合となるように、上記方法により調製
した水分散液に普通ポルトランドセメントを添加し、濃
度約１２０グラム／リットルのスラリーとして、約５分
間撹拌した後、チェストに移送した。抄造用スラリーに
アニオン系高分子凝集剤（市川毛織（株）製ＩＫフロッ
クＴ−２１０）及び必要量の割水を添加しながら抄造槽
（バット）へ導入した。この時の高分子凝集剤の抄造固
形分に対する添加量を１５０〜１８０ｐｐｍとした。か
かるスラリーを６０メッシュの丸網にて抄き上げ、フェ
ルト上に移してメーキングローラーに巻き取り切断し
た。さらにプレス処理（７５ｋｇ／ｃｍ²）して厚さ約
６ｍｍの平板状の生板を作製した。また同時に波板とす
るために型付けを行い、生板を作製した。生板は５０℃
で２４時間、その後室温で４週間放置して養生したの
ち、製品物性を測定した。評価基準や測定条件について
は以下に述べる方法で実施した。

【００２２】抄造性に関しては、下記の通りの方法で測
定を行い、その結果を表２に示した。バット内水位は、
充分均一なシートが抄き上げ可能な場合を○、濾水抵抗
が小さすぎて水位が取れず均一なシートを抄き上げるこ
とができない場合を×、その中間を△とした。捕捉率は
抄造槽（バット）に流入するスラリーの濃度（Ｗ１）と
丸網を通過して排出される排水中の濃度（Ｗ２）から
｛１−（Ｗ２／Ｗ１）｝×１００として求めた。また型
付け性に関しては、型付け時に生板の折り曲げ部に微細
な亀裂が無数に生じた場合を×、亀裂が殆ど生じなかっ
た場合を○、その中間の場合を△として表した。抄造性
の判定は、上述のバット内水位、捕捉率並びにシートの
均一性、層間剥離性等を考慮して総合的に判断した。充
分に良好で工業生産においても極めて優れている場合に
は○、工業生産の場合にはかなり問題があると判断され
る場合には×、工業生産の際にはいくぶん問題があると
判断される場合には△とした。

【００２３】製品物性の測定は下記の通りであり、その
結果は表２の通りである。嵩比重はＪＩＳ Ａ ５４１
８に準拠し、試験片をかきまぜ機付き空気乾燥器に入
れ、１０５±５℃で２４時間乾燥し、その後シリカゲル
で調湿したデシケーターに入れて常温まで冷却したの
ち、その時の重量をＷグラムとする。次に、長さ、幅及
び厚さを測定し、計算により体積（Ｖｃｍ³）を求め
る。嵩比重は次式により求めた。 嵩比重＝Ｗ／Ｖ 曲げ強度は、ＪＩＳ Ａ １４０８「建築ボード類の曲
げ試験法」に準拠したが、試料のサイズと測定条件を幅
２．５ｃｍ、長さ（間隔）５ｃｍに変更して実施した。
また同時にたわみの大きさを測定した。衝撃強度は、Ｊ
ＩＳ Ｋ−７１１０のアイゾット試験法によりノッチな
しで実施した。

【００２４】難燃性はＪＩＳ Ａ １３２１「建築物の
内装材料及び工法の難燃性試験方法」に準拠して基材試
験及び表面試験を実施した。その結果を表２に示す。表
中、基材試験に合格した場合を○、表面試験１級に合格
した場合を○とし、それぞれ不合格の場合を×とした。
判定は、両方に合格した時を○、他を×とした。総合判
定は、抄造性と製品物性の両面より判定し、良好な場合
を○、不良な場合を×、その中間を△とした。また表中
の配合比はそれぞれ重量％である。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】実施例１は良好な抄造性と優れた製品物性
を有している。従来のものに比較して曲げ強度、衝撃強
度が高く、靭性が優れており、さらに型付け性にも優れ
ており、しかも難燃一級合格とバランスのとれた性能を
もっている。実施例２は実施例１に比較して叩解の度合
が小さい｛フィブリル化の度合が小さい（叩解度の数値
が小さい）｝ＶＰＦを用いたので抄造性を確保するため
通常の叩解パルプを混合使用した。強度が若干劣るが、
抄造性・製品物性とも満足できる結果を得た。実施例３
は補強繊維にＰＡＮ系繊維を用いた場合である。ＰＶＡ
系補強繊維を用いた場合に比較して曲げたわみ性、衝撃
強度および型付け性は少し劣るが、抄造性・製品物性と
も良好である。

【００２８】比較例１は実施例１と同配合であるが、Ｖ
ＰＦの叩解程度をさらに強めた場合である。フィブリル
化の度合と膨潤度が過大となって抄造時のバットの水位
差が大きくなり過ぎ、また抄造後の生板の水分が多く、
製品の嵩比重が低めとなり、曲げ強度も低下した。なお
この程度まで叩解するためには、叩解に長時間を要し、
コスト面でも不利である。比較例２も実施例１と同配合
であるが、ＶＰＦの叩解が不充分な場合である。スラリ
ーの濾水性、固形分捕捉率が不充分となって抄造性が不
満足となった。比較例３は実施例１の配合から補強繊維
を添加しない場合である。ＶＰＦのみでは抄造性は良好
だが、製品強度は大幅に低下した。

【００２９】比較例４は抄造助剤に通常の市販ポリエチ
レン系合成パルプ（アスベスト代替用）を使用した場合
である。補強性能は優れているが、疎水性のため抄造時
バットの水位差が得られ難いこと、製品の難燃性（基材
試験）が不合格となった。比較例５は通常の木質叩解パ
ルプを用いた場合である。致命的な欠陥はないが、製品
の強度が低めである。また耐久性能面で他の合成物質に
比較して不利なことが予想される。比較例６は比較例３
と同様補強繊維を添加しない場合である。叩解パルプの
みでは抄造性は良好だが、製品強度は大幅に低下した。
比較例７は比較例５と同様通常の木質叩解パルプとＰＡ
Ｎ系繊維を用いた場合である。抄造性は問題ないが実施
例３に比較して製品の強度が低めである。

【００３０】以上の結果からＶＰＦは単独で使用した場
合は叩解パルプの単独使用時と製品物性に大きい差はな
いが、補強繊維と組み合わせて使用した場合は相乗効果
により優れた補強性が得られることが判る。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、石綿が使用されていない
にもかかわらず、強度及び靭性が高く、かつ耐久性に優
れ、さらに湿式抄造法により製造されたものである場合
には抄造性に優れ且つ波形付与時に生板に亀裂が生じる
ことのない水硬性無機質成型製品を容易に製造すること
ができる。また難燃性に関しても優れた特長を有してい
る。本発明の水硬性無機質成型製品としては、ハッチェ
ック抄造機を用いて製造する抄造品がその代表として挙
げられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−96354（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−163150（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−141140（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−5049（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−31376（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 16/06 C04B 28/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルプ濾水度が２００〜５５０ｍｌで膨
   潤度が８０重量％以上であるポリビニルアルコール系繊
   維状物を全固形分に対して０．５〜５重量％、繊度０．
   ３〜２０デニールで引張強度６グラム／デニール以上で
   且つ膨潤度が５０重量％以下であるポリビニルアルコー
   ル系またはポリアクリロニトリル系繊維を全固形分に対
   して０．５〜３重量％含有する水硬性無機質成型製品。