JP3783734B2 - 珪酸カルシウム板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、珪酸カルシウム板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術・課題】
従来、建築材料として使用されている珪酸カルシウム板の多くは、石灰質原料、珪酸質原料、補強繊維及び軽量骨材等の無機充填材を成形後に水熱反応を行うことにより製造されており、かさ比重は通常０.７〜１.２の範囲内にある。しかし、珪酸カルシウム板の用途は、天井材、壁材等の内装材であり、更に軽量化が望まれているが、上述の方法では、かさ比重を０.５〜０.８程度に軽量化するためには、かなりの軽量充填材を配合する必要があり、比強度が低下するという問題があった。また、従来から、石灰質原料と非晶質珪酸原料を含む原料スラリーを常圧で加熱してゲル化することにより軽量化を図ることも行われているが、この方法では強度の低下は避けられず、更に材質が柔らかく、研磨時に削れ易くなるため、セルロース繊維等の毛羽立ちが激しくなり、塗装して使用する際には表面の平滑さが損なわれるといった問題があった。
【０００３】
また、他の方法として、特開昭52−105926号公報及び特開昭52−135330号公報には、珪酸カルシウム水和物の一種であるゾノトライトスラリーあるいは結晶質カルシウムスラリーを添加することにより、強度に優れた珪酸カルシウム板が得られることが開示されている。この方法は生産性が低下するため、製造コストの点から改善が要求されている。
【０００４】
更に、本発明者らは、特開平５−213657号公報及び特開平７−41354号公報で、石灰質原料と非晶質珪酸原料からなるゲル化スラリーと結晶質珪酸カルシウム水和物スラリーの両者を添加する方法を既に開示しているが、この方法では、２種類のスラリーを添加するため、製造設備や工程が複雑になるといった問題があった。
【０００５】
また、特公昭58−30259号公報には、珪酸原料及び石灰原料を、これら原料固形分に対して１５重量倍以上の水中に分散させて混合物を得、該混合物を加圧下で１３０℃以上の温度で加熱反応させて、沈降体積が１５ｃｍ3／ｇ以上で、且つ、Ｃ−Ｓ−Ｈまたはトバモライトからなる珪酸カルシウムを含む水性スラリーを形成せしめ、次いで、該水性スラリーに石綿を添加し、脱水成形した後、更に、加圧下で水蒸気養生することにより珪酸カルシウム水和物を転移させることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造法が開示されている。しかし、この方法により得られる珪酸カルシウム成形体は保温材または断熱材として使用されるものであり、該公報の実施例によれば、かさ比重は０.１〜０.２ｇ／ｃｍ3程度の低かさ比重のもので、建築材料用珪酸カルシウム板として使用可能な珪酸カルシウム成形体の製造法を開示するものではない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、生産性を低下することなく、比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果を得ることができる０．５〜０．８程度のかさ比重を有する珪酸カルシウム板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０．３〜０．８の石灰質原料及び結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で、水比１０〜２０、温度１２０〜２００℃、反応時間３〜８時間、結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％の範囲内で水熱反応させることにより得られる非晶質を主体とする珪酸カルシウム水和物スラリーであって、５〜１４ｍｌ／ｇの沈降体積を有する珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分換算量で５〜３０重量％、石灰質原料を１７〜５０重量％、珪酸質原料を１３〜４５重量％、繊維質原料を２〜８重量％及び無機充填材を５〜４０重量％含有してなる原料スラリーを慣用の方法により成形後、得られた成形体を圧力容器内で水熱反応させることを特徴とする珪酸カルシウム板の製造方法に係る。
【０００９】
本明細書に記載の「摩耗指数」は、ＪＩＳＫ７２０４に準じて行い、試験時の荷重１０００ｇ、摩耗輪の種類ＣＳ−１０、試験回数を連続１０００回として重量減を測定し、摩耗指数を次式により算出した：
摩耗指数＝重量減（ｇ）／かさ比重
【００１０】
【作用】
本発明の珪酸カルシウム板の製造方法の特徴は、珪酸カルシウム水和物スラリーとして、Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０.３〜０.８の石灰質原料及び結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％の範囲内で水熱反応させることにより得られる非晶質を主体とする珪酸カルシウム水和物スラリーであって、該スラリーが５〜１４ｍｌ／ｇの沈降体積を有するものを使用することにある。
【００１１】
本発明方法に使用する非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーは、Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０.３〜０.８の石灰質原料、結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で、水比１０〜２０、温度１２０〜２００℃、反応時間３〜８時間の条件下で水熱反応させ、結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％とするものである。
【００１２】
ここで、石灰質原料としては、例えば消石灰、生石灰等を、結晶質珪酸原料としては、例えば珪砂、焼成珪藻土等を使用することができる。なお、前記スラリーのＣａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０.３未満であると、生成する珪酸カルシウム水和物が少ないために比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果が少ない。また、０.８を超えると沈降体積が大きくなるので、含水率が高くなり、生産性が悪くなるために好ましくない。
【００１３】
また、結晶質珪酸原料の反応率が４０％未満では、生成する珪酸カルシウム水和物が少ないために比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果が少なく、８０％を超えると沈降体積が大きくなるので、含水率が高くなり、生産性が悪くなるために好ましくない。なお、結晶質珪酸原料の結晶相は石英またはクリストバライトであり、反応率は粉末Ｘ線回折により測定することができ、結晶相が石英の場合には(１０・１)、クリストバライトの場合は(１０１)面のピークを使用し、標準添加法によった。
【００１４】
上述のように製造された非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーは、沈降体積が５〜１４ｍｌ／ｇの範囲内にあり、この珪酸カルシウム水和物スラリーを珪酸カルシウム板の原料として使用した場合には、生産性を低下することなく、比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果を得ることができる。なお、沈降体積は、２００ｍｌメスシリンダーに非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分で７ｇ取り、水を加えて２００ｍｌとし、静置３時間後の体積を測定することにより求めた。
【００１５】
また、本発明の珪酸カルシウム板の製造方法に使用される原料スラリーの基本組成は、上記の非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分換算量で５〜３０重量％、石灰質原料１７〜５０重量％、珪酸質原料１３〜４５重量％、繊維質原料２〜８重量％及び無機質充填材５〜４０重量％を含有するもので、原料スラリーを成形後、圧力容器内で水熱反応させ、その後、慣用の工程を経て珪酸カルシウム板とすることができる。なお、水熱反応は、圧力容器中、飽和水蒸気下で温度１５０〜２００℃、好ましくは１７０〜１９０℃で５〜２０時間。好ましくは８〜１２時間の条件で行うことができる。
【００１６】
ここで、非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーの配合量が固形分換算量で５重量％未満では、比重低減効果が少なく、また、該配合量が固形分換算量で３０重量％を超えるとかさ比重が低くなりすぎ、建材として使用する珪酸カルシウム板としては強度不足となるために好ましくない。
【００１７】
また、石灰質原料としては、例えば消石灰、生石灰等を使用することができる。なお、石灰質原料の配合量が１７重量％未満であったり、５０重量％を超えると曲げ強度が低く、吸水による寸法変化率が大きくなるために好ましくない。
【００１８】
更に、珪酸質原料としては、例えば珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリコンダスト、ホワイトカーボン、ゼオライト、モンモリロナイト等を使用することができる。なお、珪酸質原料の配合量が１５重量％未満であったり、４５重量％を超えると曲げ強度か低く、吸水による寸法変化率が大きくなるために好ましくない。
【００１９】
また、繊維質原料としては、例えばセルロース繊維、ポリプロピレン、ビニロン、ガラスファイバー、カーボンファイバー等を使用することができる。なお、繊維質原料の配合量が２重量％未満であると、曲げ強度が低くなるために好ましくなく、８重量％を超えると不燃性でなくなるために好ましくない。また、ポリプロピレン、ビニロン、ガラスファイバー、カーボンファイバー等を使用する場合、それらの配合量は５重量％以下とすることが好ましい。
【００２０】
更に、無機質充填材としては、例えばパーライト、ウォラストナイト、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、石膏等を使用することができる。なお、無機質充填材の配合量が５重量％未満であると、吸水による寸法変化率が大きくなるために好ましくなく、また、４０重量％を超えると曲げ強度が低下するために好ましくない。
【００２１】
また、成形方法は、抄造法、モールドプレス法及び単層成形法等の慣用の成形方法のいずれもが使用可能であり、その種類を問わない。
【００２２】
上記方法で製造することにより、かさ比重が０.５〜０.８の範囲内にあるにも拘わらず、マトリックス強度及び耐摩耗度が高い珪酸カルシウム板が得られるものである。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明方法の珪酸カルシウム板の製造方法を更に説明する。
非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーの製造例：
消石灰及び珪砂を表１に示す割合で配合し、１３倍の水で混合撹拌し、表１に示す各々の条件で水熱反応を行い、非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーを得た。なお、水熱反応は実験用オートクレーブを使用した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
実施例及び比較例
表２に示す割合で原料を配合し、固形分濃度１０％のスラリーとした後、３０×３０×０.８ｃｍのサイズにプレス成形した。なお、プレス圧は１０ｋｇ／ｃｍ2とした。次に、飽和蒸気圧下で１８０℃、１０時間の条件で水熱反応を行った。
表２に、かさ比重、曲げ強度(絶乾状態)並びに摩耗指数を示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】
表２中、生産性は、固形分濃度４.２％のスラリー１リットルを直径１６ｃｍのブフナーロートに入れ、５０ｃｍＨｇの圧力で濾過した時の濾水量(ｍｌ)／濾過時間(秒)を濾過速度(ｍｌ／ｇ)とし、濾過速度が３０以上を○、２０以上３０未満を△、２０未満を×として示した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の珪酸カルシウム板の製造方法によれば、かさ比重が０.５〜０.８の範囲内にあるにも拘わらず、マトリックス強度及び耐摩耗度が高い珪酸カルシウム板を製造することができる。
【産業上の利用分野】
本発明は、珪酸カルシウム板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術・課題】
従来、建築材料として使用されている珪酸カルシウム板の多くは、石灰質原料、珪酸質原料、補強繊維及び軽量骨材等の無機充填材を成形後に水熱反応を行うことにより製造されており、かさ比重は通常０.７〜１.２の範囲内にある。しかし、珪酸カルシウム板の用途は、天井材、壁材等の内装材であり、更に軽量化が望まれているが、上述の方法では、かさ比重を０.５〜０.８程度に軽量化するためには、かなりの軽量充填材を配合する必要があり、比強度が低下するという問題があった。また、従来から、石灰質原料と非晶質珪酸原料を含む原料スラリーを常圧で加熱してゲル化することにより軽量化を図ることも行われているが、この方法では強度の低下は避けられず、更に材質が柔らかく、研磨時に削れ易くなるため、セルロース繊維等の毛羽立ちが激しくなり、塗装して使用する際には表面の平滑さが損なわれるといった問題があった。
【０００３】
また、他の方法として、特開昭52−105926号公報及び特開昭52−135330号公報には、珪酸カルシウム水和物の一種であるゾノトライトスラリーあるいは結晶質カルシウムスラリーを添加することにより、強度に優れた珪酸カルシウム板が得られることが開示されている。この方法は生産性が低下するため、製造コストの点から改善が要求されている。
【０００４】
更に、本発明者らは、特開平５−213657号公報及び特開平７−41354号公報で、石灰質原料と非晶質珪酸原料からなるゲル化スラリーと結晶質珪酸カルシウム水和物スラリーの両者を添加する方法を既に開示しているが、この方法では、２種類のスラリーを添加するため、製造設備や工程が複雑になるといった問題があった。
【０００５】
また、特公昭58−30259号公報には、珪酸原料及び石灰原料を、これら原料固形分に対して１５重量倍以上の水中に分散させて混合物を得、該混合物を加圧下で１３０℃以上の温度で加熱反応させて、沈降体積が１５ｃｍ3／ｇ以上で、且つ、Ｃ−Ｓ−Ｈまたはトバモライトからなる珪酸カルシウムを含む水性スラリーを形成せしめ、次いで、該水性スラリーに石綿を添加し、脱水成形した後、更に、加圧下で水蒸気養生することにより珪酸カルシウム水和物を転移させることを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造法が開示されている。しかし、この方法により得られる珪酸カルシウム成形体は保温材または断熱材として使用されるものであり、該公報の実施例によれば、かさ比重は０.１〜０.２ｇ／ｃｍ3程度の低かさ比重のもので、建築材料用珪酸カルシウム板として使用可能な珪酸カルシウム成形体の製造法を開示するものではない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、生産性を低下することなく、比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果を得ることができる０．５〜０．８程度のかさ比重を有する珪酸カルシウム板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０．３〜０．８の石灰質原料及び結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で、水比１０〜２０、温度１２０〜２００℃、反応時間３〜８時間、結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％の範囲内で水熱反応させることにより得られる非晶質を主体とする珪酸カルシウム水和物スラリーであって、５〜１４ｍｌ／ｇの沈降体積を有する珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分換算量で５〜３０重量％、石灰質原料を１７〜５０重量％、珪酸質原料を１３〜４５重量％、繊維質原料を２〜８重量％及び無機充填材を５〜４０重量％含有してなる原料スラリーを慣用の方法により成形後、得られた成形体を圧力容器内で水熱反応させることを特徴とする珪酸カルシウム板の製造方法に係る。
【０００９】
本明細書に記載の「摩耗指数」は、ＪＩＳＫ７２０４に準じて行い、試験時の荷重１０００ｇ、摩耗輪の種類ＣＳ−１０、試験回数を連続１０００回として重量減を測定し、摩耗指数を次式により算出した：
摩耗指数＝重量減（ｇ）／かさ比重
【００１０】
【作用】
本発明の珪酸カルシウム板の製造方法の特徴は、珪酸カルシウム水和物スラリーとして、Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０.３〜０.８の石灰質原料及び結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％の範囲内で水熱反応させることにより得られる非晶質を主体とする珪酸カルシウム水和物スラリーであって、該スラリーが５〜１４ｍｌ／ｇの沈降体積を有するものを使用することにある。
【００１１】
本発明方法に使用する非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーは、Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０.３〜０.８の石灰質原料、結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で、水比１０〜２０、温度１２０〜２００℃、反応時間３〜８時間の条件下で水熱反応させ、結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％とするものである。
【００１２】
ここで、石灰質原料としては、例えば消石灰、生石灰等を、結晶質珪酸原料としては、例えば珪砂、焼成珪藻土等を使用することができる。なお、前記スラリーのＣａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０.３未満であると、生成する珪酸カルシウム水和物が少ないために比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果が少ない。また、０.８を超えると沈降体積が大きくなるので、含水率が高くなり、生産性が悪くなるために好ましくない。
【００１３】
また、結晶質珪酸原料の反応率が４０％未満では、生成する珪酸カルシウム水和物が少ないために比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果が少なく、８０％を超えると沈降体積が大きくなるので、含水率が高くなり、生産性が悪くなるために好ましくない。なお、結晶質珪酸原料の結晶相は石英またはクリストバライトであり、反応率は粉末Ｘ線回折により測定することができ、結晶相が石英の場合には(１０・１)、クリストバライトの場合は(１０１)面のピークを使用し、標準添加法によった。
【００１４】
上述のように製造された非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーは、沈降体積が５〜１４ｍｌ／ｇの範囲内にあり、この珪酸カルシウム水和物スラリーを珪酸カルシウム板の原料として使用した場合には、生産性を低下することなく、比重低減効果及びマトリックス強度の上昇効果を得ることができる。なお、沈降体積は、２００ｍｌメスシリンダーに非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分で７ｇ取り、水を加えて２００ｍｌとし、静置３時間後の体積を測定することにより求めた。
【００１５】
また、本発明の珪酸カルシウム板の製造方法に使用される原料スラリーの基本組成は、上記の非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分換算量で５〜３０重量％、石灰質原料１７〜５０重量％、珪酸質原料１３〜４５重量％、繊維質原料２〜８重量％及び無機質充填材５〜４０重量％を含有するもので、原料スラリーを成形後、圧力容器内で水熱反応させ、その後、慣用の工程を経て珪酸カルシウム板とすることができる。なお、水熱反応は、圧力容器中、飽和水蒸気下で温度１５０〜２００℃、好ましくは１７０〜１９０℃で５〜２０時間。好ましくは８〜１２時間の条件で行うことができる。
【００１６】
ここで、非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーの配合量が固形分換算量で５重量％未満では、比重低減効果が少なく、また、該配合量が固形分換算量で３０重量％を超えるとかさ比重が低くなりすぎ、建材として使用する珪酸カルシウム板としては強度不足となるために好ましくない。
【００１７】
また、石灰質原料としては、例えば消石灰、生石灰等を使用することができる。なお、石灰質原料の配合量が１７重量％未満であったり、５０重量％を超えると曲げ強度が低く、吸水による寸法変化率が大きくなるために好ましくない。
【００１８】
更に、珪酸質原料としては、例えば珪砂、フライアッシュ、珪藻土、シリコンダスト、ホワイトカーボン、ゼオライト、モンモリロナイト等を使用することができる。なお、珪酸質原料の配合量が１５重量％未満であったり、４５重量％を超えると曲げ強度か低く、吸水による寸法変化率が大きくなるために好ましくない。
【００１９】
また、繊維質原料としては、例えばセルロース繊維、ポリプロピレン、ビニロン、ガラスファイバー、カーボンファイバー等を使用することができる。なお、繊維質原料の配合量が２重量％未満であると、曲げ強度が低くなるために好ましくなく、８重量％を超えると不燃性でなくなるために好ましくない。また、ポリプロピレン、ビニロン、ガラスファイバー、カーボンファイバー等を使用する場合、それらの配合量は５重量％以下とすることが好ましい。
【００２０】
更に、無機質充填材としては、例えばパーライト、ウォラストナイト、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、石膏等を使用することができる。なお、無機質充填材の配合量が５重量％未満であると、吸水による寸法変化率が大きくなるために好ましくなく、また、４０重量％を超えると曲げ強度が低下するために好ましくない。
【００２１】
また、成形方法は、抄造法、モールドプレス法及び単層成形法等の慣用の成形方法のいずれもが使用可能であり、その種類を問わない。
【００２２】
上記方法で製造することにより、かさ比重が０.５〜０.８の範囲内にあるにも拘わらず、マトリックス強度及び耐摩耗度が高い珪酸カルシウム板が得られるものである。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明方法の珪酸カルシウム板の製造方法を更に説明する。
非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーの製造例：
消石灰及び珪砂を表１に示す割合で配合し、１３倍の水で混合撹拌し、表１に示す各々の条件で水熱反応を行い、非晶質を主体とした珪酸カルシウム水和物スラリーを得た。なお、水熱反応は実験用オートクレーブを使用した。
【００２４】
【表１】
実施例及び比較例
表２に示す割合で原料を配合し、固形分濃度１０％のスラリーとした後、３０×３０×０.８ｃｍのサイズにプレス成形した。なお、プレス圧は１０ｋｇ／ｃｍ2とした。次に、飽和蒸気圧下で１８０℃、１０時間の条件で水熱反応を行った。
表２に、かさ比重、曲げ強度(絶乾状態)並びに摩耗指数を示す。
【００２６】
【表２】
表２中、生産性は、固形分濃度４.２％のスラリー１リットルを直径１６ｃｍのブフナーロートに入れ、５０ｃｍＨｇの圧力で濾過した時の濾水量(ｍｌ)／濾過時間(秒)を濾過速度(ｍｌ／ｇ)とし、濾過速度が３０以上を○、２０以上３０未満を△、２０未満を×として示した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の珪酸カルシウム板の製造方法によれば、かさ比重が０.５〜０.８の範囲内にあるにも拘わらず、マトリックス強度及び耐摩耗度が高い珪酸カルシウム板を製造することができる。
Claims (1)
- Ｃａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が０．３〜０．８の石灰質原料及び結晶質珪酸原料に水を加えたスラリーを飽和蒸気圧下で、水比１０〜２０、温度１２０〜２００℃、反応時間３〜８時間、結晶質珪酸原料の反応率を４０〜８０％の範囲内で水熱反応させることにより得られる非晶質を主体とする珪酸カルシウム水和物スラリーであって、５〜１４ｍｌ／ｇの沈降体積を有する珪酸カルシウム水和物スラリーを固形分換算量で５〜３０重量％、石灰質原料を１７〜５０重量％、珪酸質原料を１３〜４５重量％、繊維質原料を２〜８重量％及び無機充填材を５〜４０重量％含有してなる原料スラリーを慣用の方法により成形後、得られた成形体を圧力容器内で水熱反応させることを特徴とする珪酸カルシウム板の製造方法。
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