JP3841473B2 - 無機質成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｗ／Ｏエマルジョンを利用した無機質成形品を、安定した品質で製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント、珪酸カルシウム、石膏等の無機質からなる各種成形品は建築、建設分野等の各種産業分野において多量に使用されているが、無機質成形品は一般に重くてもろく、運搬や施工が困難であるということから、軽量で取り扱いやすい無機質成形品の提供が強く要望されていた。これらの問題を解決するものとしては、例えば、セメント成形品の分野では比重が０．５〜２．０のいわゆる軽量骨材コンクリートや気泡コンクリート等が従来から使用されている。
【０００３】
しかしながら、軽量骨材コンクリートの場合は工程も複雑で価格も高く、軽量骨材の種類や粒径によっては、混練時や成形時の機械的せん断力によって破壊されやすく、また一定比重以下のものを製造することは極めて困難であった。また、気泡コンクリートとしては、界面活性剤を使用してセメントスラリーを泡立たせた状態で硬化させる方法と、アルミニウム粉末のようにセメント成分と反応して水素ガスを発生させる発泡剤を添加して発泡させた後、オートクレーブ養生するいわゆるＡＬＣを製造する方法等があるが、これらの方法では気泡の直径をコントロールすることが難しく、一般に気泡は大きくて不揃いになりやすいという傾向があり、表面平滑性や鋸引き性、釘打ち性にも問題があった。
【０００４】
一方、セメント、水及びビニルモノマーを撹拌混合してセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョンを形成し、それを成形後養生してセメント成形板を製造する方法が提案されている。この方法を採用すれば、水／セメント比を変化させることによって比重を自由にコントロールすることができること、及び得られたセメント成形板は表面平滑性、鋸引き性、釘打ち性、ネジ保持力等に優れた性質を有するものであることが知られている。
【０００５】
このＷ／Ｏエマルジョンを利用する方法は極めて優れた方法ではあるが、Ｗ／Ｏエマルジョンの形成性や安定性は、温度、撹拌混合条件（撹拌速度、撹拌時間、撹拌時のせん断力）、乳化剤の種類や使用量あるいは使用する原料物質の種類や組成によって変化するものであり、これらの条件が変化すると、成形性や得られる無機質成形品の性能に重大な影響を及ぼすという問題があった。例えば、連続製造中に雰囲気温度や混練時の温度が高くなると、Ｗ／Ｏエマルジョンの安定性が低下して成形中の成形性や保型性が低下したり、得られる無機質成形品の機械的・物理的性質がばらついたり、低下したりする等の問題があった。また、撹拌時間や乳化剤の不足によって、十分にＷ／Ｏエマルジョンが形成されないままで成形されることもあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｗ／Ｏエマルジョン法の優れた特徴を利用した無機質成形品を、工業的に安定した品質で製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記問題を解決するために鋭意検討した結果、Ｗ／Ｏエマルジョンを形成する際に水滴の直径を一定条件下にコントロールすれば、上記目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明によると、水と油性物質から直径が４０μｍ以下の水滴が５０％以上のＷ／Ｏエマルジョンを調整し、次いで無機質充填材を配合した後、成形固化させることを特徴とする無機質成形品の製造方法、並びに無機質充填材、水及び油性物質を同時に配合して直径が４０μｍ以下の水滴が５０％以上のＷ／Ｏエマルジョンを調整した後、成形固化させることを特徴とする無機質成形品の製造方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する無機質充填材としては、ポルトランドセメント、フライアッシュ、高炉スラグ等のセメントはもとより、珪酸カルシウム、石膏、水酸化カルシウム等の水硬性物質や炭酸カルシウム、クレー、粘土等が挙げられ、これらを単独であるいは混合して使用することができる。特に、本発明においては、優れた機械的強度や耐候性を有し、各種建築材料として多用されているセメントを代表とする水硬性物質を主成分とするのが好ましい。
【００１０】
油性物質としては水とＷ／Ｏエマルジョンを形成し得るものであれば特に制限はないが、通常疎水性の液状物質が利用され、例えば、トルエン、キシレン、灯油、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。特に、油性物質として、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等の重合性二重結合を有するものを使用すれば、これらが重合したポリマーがマトリックスを形成して得られる無機質成形品の物理的、機械的性質を向上するとともに、水硬性のない無機質充填材を使用した場合でも、無機質成形品を製造することができるという利点を有している。なお、重合性二重結合を有する油性物質を使用する場合には、油性物質の重合を促進するために、有機過酸化物等の重合開始剤を併用することが望ましい。
【００１１】
また、Ｗ／Ｏエマルジョンの形成性を高めたり、それに安定性を付与するために、本発明においては、ソルビタンセスキオレート、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノオレート、ジエチレングリコールモノステアレート、ソルビタンモノステアレート、ジグリセロールモノオレート等の非イオン性界面活性剤や各種アニオン系界面活性剤やカチオン系界面活性剤等の乳化剤を併用することが望ましい。
【００１２】
更に、上記原材料に加えて砂、砂利、パーライト、シラスバルーン、ガラス粉等の骨材やアクリル繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維等の合成繊維や炭素繊維、ガラス繊維等の補強繊維を併用することも勿論可能である。特に、補強繊維を併用した場合、機械的強度が更に向上するので好ましい。
【００１３】
本発明の無機質成形品を製造する方法として、（１）まず水と油性物質からなるＷ／Ｏエマルジョンを調整してから無機質充填材を配合し、しかる後成形固化する方法、あるいは、（２）無機質充填材、水及び油性物質を同時に配合してＷ／Ｏエマルジョンを調整した後、成形固化する方法がある。（１）の方法は、無機質充填材の配合前に補強繊維を配合して補強繊維を均一に分散させることができること、無機質充填材が水硬性物質の場合であっても、成形直前に無機質充填材を配合すればよいので成形前の水和反応の進行を抑えることができること、混合撹拌の初期にそれほど高いトルクを必要としないこと、及び品質管理が容易であるという利点があり、（２）の方法についてはコンパクトな装置で連続的に製造できるという利点があるが、本発明においてはいずれの方法を採用することも可能である。
【００１４】
Ｗ／Ｏエマルジョンはディゾルバー、スクリューラインミキサー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、プラネタリーミキサー、スタティックミキサー、ナウターミキサー、二軸混練機等を用いて製造することができる。特に、本発明の無機質成形品を製造するに当たって最も重要な点は、（１）又は（２）のいずれの方法を採用する場合においても、Ｗ／Ｏエマルジョン中の水滴の５０％以上が直径４０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下になるように調整することである。このＷ／Ｏエマルジョン中の水滴の直径は、▲１▼乳化剤の種類又は使用量、▲２▼水／油性物質比、▲３▼油性物質の種類、▲４▼調整温度（雰囲気温度、混合時に発生するせん断熱、水和反応に伴う熱、あるいは加熱等）、▲５▼撹拌混合条件（撹拌速度、撹拌時間、撹拌時のせん断力）、▲６▼無機質充填材の種類や使用量あるいは無機質充填材に使用している表面処理剤等を適宜選択することによってコントロールすることができる。調整したＷ／Ｏエマルジョン中に直径が４０μｍを越える水滴が５０％を越えて存在した場合は、成形性、保型性が悪くなるとともに、得られる無機質成形品の機械的強度、耐凍害性等が低下する原因となるので好ましくない。
【００１５】
また、成形方法としては、押出成形法、射出成形法、注型法、プレス成形法等、従来から知られている可塑物の成形方法を特に制限なく適用して各種形状に成形することができる。特に、板状体を工業的に大量生産する上で、押出成形法を採用することが好ましい。また、固化方法としては、（１）無機質充填材が水硬性物質であって、油性物質が重合性二重結合を有する化学物質である場合は水和反応と重合性二重結合の重合反応が、（２）無機質充填材が水硬性物質であり、油性物質が重合性二重結合を有していない場合は水和反応が、（３）無機質充填材が非水硬性物質であって、油性物質が重合性二重結合を有する化学物質である場合は重合反応が、それぞれ適用される。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例によって本発明を具体的に説明する。なお、Ｗ／Ｏエマルジョンの性状及び無機質成形品の性能は、以下の方法で測定し評価した。
〈水滴の直径及び分布〉
凍結試料観察装置（クライオユニット）を装着した走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、商品名：ＪＳＭ−５４１０ＬＶ）でＷ／Ｏエマルジョンの顕微鏡写真を投撮影し、水滴の直径及び分布を目視で評価した。
〈気孔の直径〉
無機質成形品の破断面を上記走査型電子顕微鏡で観察して、概略値を測定した。
〈比重〉
１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの直方体に切り出した無機質成形品を、１０５℃で２４時間乾燥して絶乾状態とした後、その重量を測定して比重を算出した。
【００１７】
〈曲げ強度〉
ＪＩＳ Ａ１４０８の規定に準じ、５号試験片を用いて測定した。
〈衝撃強度〉
ＡＳＴＭ Ｄ２５６−５４Ｔに準じて測定した。
〈耐凍害性〉
ＪＩＳ Ａ １４２５に定める凍結融解試験法に準じて測定し、破壊が観察されたサイクル数で評価した。３００サイクルで破壊が見られないものは良好な耐凍害性を示すものといえる。
〈吸水率〉
１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍの寸法の直方体に切り出した無機質成形品を、水中に浸漬して２４時間放置して重量Ｗ₁（ｇ）を測定し、絶乾状態における重量Ｗ₀（ｇ）とから以下の数式に従って、計算した。
吸水率（％）＝（Ｗ₁−Ｗ₀）／Ｗ₀×１００
〈表面平滑性〉
表面の状況を目視で観察して評価した。
〈鋸引き性〉
比重が１．０以上のものはダイヤモンドソーで、１．０未満のものについては木工用鋸を用いて、切断のしやすさを判定した。
〈釘打ち性〉
比重が１．０以上のものは窯業用タッピングビス、１．０未満のものについては木材用の釘を用いて、釘打ちのしやすさと保持性を評価した。
【００１８】
実施例１〜４、比較例１、２
乳化剤としてのソルビタンモノオレートを２５ｗｔ％及び重合開始剤としてのｔ−ブチルパーベンゾエート１．０ｗｔ％を溶解させたスチレンモノマー２．８５重量部と水５１．４重量部を、ブレード径１１０ｍｍのディゾルバーを用いて撹拌混合し、Ｗ／Ｏエマルジョンを調整した。次いで、Ｗ／Ｏエマルジョン５４．３重量部に対して普通ポルトランドセメント４５．７重量部を配合して混合した後、押出成形して相対湿度９３％下で３０℃から９０℃まで１７時間、９０℃で１７時間養生して、セメントの水和反応とスチレンモノマーの重合反応を行って、板状のセメント成形品を得た。実施例１〜４のセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物は、押出成形性が良く、保型性も優れていて、安定した品質の成形品を製造することができた。一方、比較例１のセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物は、温度が高いためエマルジョン中の水滴同士が融合して水滴の直径が大きくなっており、押出成形中の厚み変動が大きく、また保型性も悪かった。更に、比較例２のセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物は、エマルジョン化が十分進行していない状態であって、押出成形中の厚み変動が大きくて保型性が悪いものであり、養生中に水分がブリードアウトして、肉痩せした比重が高い成形品が得られた。撹拌条件、得られたＷ／Ｏエマルジョンの性状及びセメント成形品の性能を、表１に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１からも明らかなように、本発明にかかる実施例１〜４の成形品が優れた諸性質を示したのに対して、同じ原料組成であってもＷ／Ｏエマルジョンの調整時の温度が高い場合（比較例１）、撹拌速度が遅く、撹拌時間も不足する場合（比較例２）はＷ／Ｏエマルジョン中の水滴の直径が大きくて不均質であり、得られた成形品の性能も十分なものではなかった。また、１５００回転で１分間撹拌混合した実施例４のＷ／Ｏエマルジョンは、極めて安定で１ヶ月放置後も水滴の直径は当初の値を保ったままであり、得られる成形品の諸性質も優れたものであった。
【００２１】
実施例５〜７
表２に示す原料配合比とした以外は、実施例１と同様にして板状のセメント成形品を得た。得られたＷ／Ｏエマルジョンの性状及びセメント成形品の性能を、同じく表２に示す。なお、乳化剤としては、実施例５、６の場合はソルビタンモノオレート、実施例７の場合はポリアルキレンアミンの部分オレイン酸アミド化合物のアルキルベンゼンスルホン酸塩を使用し、各実施例ともに重合開始剤としてｔ−ブチルパーベンゾエート１．０ｗｔ％を溶解させたスチレンモノマーを使用した。
【００２２】
【表２】

註：表中の組成は重量部を表す。
【００２３】
表２からも明らかなように、乳化剤の種類を変えると水滴の直径に大きな影響があることが分かる。
【００２４】
実施例８
実施例７の組成の水、スチレンモノマー、乳化剤、重合開始剤に加えて、補強繊維としてのポリプロピレン繊維（２．５ディニール、長さ１０ｍｍ）を全体に対して１．５ｗｔ％配合してＷ／Ｏエマルジョンを調整し、実施例７と同様にセメントを配合後、押出成形、養生して板状の成形品を得た。押出成形における成形性、保型性は良好で、品質安定性も優れていた。なお、Ｗ／Ｏエマルジョン中の直径が４０μｍ以下の水滴の割合は９８％であり、得られた成形品の曲げ強度は１４８ｋｇ／ｃｍ²、衝撃強度は１３．２ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ²であって、極めて優れた機械的性質を示した。また、耐凍害性、表面平滑性、鋸引き性、釘打ち性は良好であり、吸水率は８％であった。
【００２５】
実施例９
実施例８の組成の原料を同時に二軸連続混練機（本田鉄工社製、ＣＫＥ−３）に投入して、毎分２００回転で２０秒間撹拌混合して、セメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を得た。得られたＷ／Ｏエマルジョン中の直径が４０μｍ以下の水滴の割合は１００％であり、このセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を実施例８と同様にして押出成形したところ、成形性、保型性ともに良好であった。また、成形品の曲げ強度は１４５ｋｇ／ｃｍ²、衝撃強度は１２．７ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ²であって、極めて優れた機械的性質を示し、良好な耐凍害性、表面平滑性、鋸引き性、釘打ち性を示し、吸水率は９％であった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、各種性能に優れた無機質成形品が安定して製造出来るので、工業的に無機質成形品を連続的に製造する場合の商品設計が容易となるばかりでなく、製造中の成形性不良等によるトラブルが防止できるという利点を有している。また、Ｗ／Ｏエマルジョン中の水滴の直径が小さいので得られる成形品の気孔の直径も小さくなり、吸水率が小さく耐凍害性に優れた無機質成形品を製造することも可能となった。
更に、補強繊維を使用した場合は、高い曲げ強度や衝撃強度を発揮するので、構造材料としても使用できるものであり、建築、建設分野を中心に各種産業分野に新しい材料を提供するものである。

Claims (6)

1. 水と油性物質から直径４０μｍ以下の水滴が９０％以上のＷ／Ｏエマルジョンを調整し、次いで無機質充填材を配合した後、成形固化させることを特徴とする無機質成形品の製造方法。
2. 無機質充填材、水及び油性物質を同時に配合して直径が４０μｍ以下の水滴が９０％以上のＷ／Ｏエマルジョンを調整した後、成形固化させることを特徴とする無機質成形品の製造方法。
3. 更に補強繊維を含有させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の無機質成形品の製造方法。
4. 油性物質が重合性二重結合を含む化学物質である請求項１〜３のいずれかに記載の無機質成形品の製造方法。
5. 成形を押出成形法で行う請求項１〜４のいずれかに記載の無機質成形品の製造方法。
6. 無機質充填材が水硬性物質である請求項１〜５のいずれかに記載の無機質成形品の製造方法。