JP3858012B2

JP3858012B2 - セメント複合材

Info

Publication number: JP3858012B2
Application number: JP2003301244A
Authority: JP
Inventors: 浩一渡邉; 素行水野; 史利今岡; 準士近藤; 毅鈴木; 信治佐々木; 繁夫吉田; 聡北川; 佐藤　　寛; 夏衛笠原
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; Panahome Corp
Current assignee: Panasonic Homes Co Ltd; KMEW Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP2005067963A

Description

本発明は、セメント、水、油性物質及び乳化剤からなるセメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物を成形して得られるセメント複合材に関するものである。

押出成形等で形成されるセメント系成形品は、耐候性、耐火性に優れ、また製造コストも低いことから、建築材料として広く利用されている。

従来、セメント系成形品を製造する有効な方法として、セメント、水、及び油性物質からなるセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を利用する方法が提案されている（特許文献１，２参照）。このセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物は、成形時の保形性に優れており、また、水／セメント比を変化させることでセメント系成形品の比重を自由にコントロールすることができるという特徴を有している。

更に、このようにして得られるセメント系成形品は、微細でかつ均一な発泡構造を有しているため、表面平滑性、鋸引き性や、釘打ち性等の加工性、或いはネジ保持力に優れた性質を有していることが知られている。

しかしながら、セメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物から形成されるセメント成形板を外装材として利用するには、耐凍害性や寸法安定性が不充分であり、或いは所望の性能を得ることが困難であった。

例えば特許文献１には、成形品の細孔径や細孔の独立性を制御して耐凍害性を向上させる技術が開示されているが、製造条件の管理が非常に厳しく、大量生産が困難なものであった。

このような耐凍害性や寸法安定性等を向上するためには、セメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物中に骨材を含有させることが考えられるが、骨材として吸水性のものを用いると組成物中の水分を吸収してＷ／Ｏエマルジョン構造を破壊してしまうおそれがあり、外装材としての所望の特性を付与すると共に組成物のＷ／Ｏエマルジョン構造の破壊を防止することができる骨材は、未だ見いだされていなかった。
特開平９−２５５４４６号公報特開２００２−４７０４０号公報

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、セメント、水、油性物質及び乳化剤からなるセメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物を成形して得られ、且つ耐凍害性と寸法安定性とに優れ、特に外装材として好適に用いることができるセメント複合材を提供することを目的とするものである。

本発明に係るセメント複合材は、セメント、水、油性物質及び乳化剤からなるセメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物を成形して得られるセメント複合材において、前記セメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物中に、無機質からなり吸水率１０％以下、粒径３０〜１５００μｍの骨材を、セメント、水及び骨材の総量に対して１〜５０体積％含有することを特徴とするものである。これにより、セメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物中に骨材を含有させると共にこの骨材の吸水等によりセメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物中のＷ／Ｏエマルジョン構造が破壊されることを防ぐことができる。

また、上記骨材が球状の粒体であり、且つ前記骨材が、シリカ発泡体と、アルミナ成分を２０重量％以上含むアルミナシリケートとのうちの、少なくとも一方を含むものであることが好ましい。これにより、更なる耐凍害性の向上を達成できる。

本発明に係るセメント複合材は、上記のような骨材を含有すると共に骨材の吸水によるＷ／Ｏエマルジョン構造の破壊が防止されたセメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物にて形成されることから、良好な多孔質性を有すると共に、優れた耐凍害性と寸法安定性とを有し、特に外装材として好適に用いることが可能となるものである。

本発明でいう、セメント複合材は、少なくともセメント、水及び油性物質を原料とするＷ／Ｏエマルジョン組成物を成形して得られるものであって、主成分が無機質からなる多孔性の成形品を意味しており、無機質材以外に少量の各種成分が添加、混合されていたり、合成樹脂で無機質材が結合されたものであっても何ら差し支えない。

尚、Ｗ／Ｏエマルジョンとは、油性物質と水とを撹拌混合することによって形成されるエマルジョンの内、油性物質の連続相の中に水が微小な水滴となって存在している状態を意味しており、本発明におけるＷ／Ｏエマルジョン組成物は、上記のＷ／Ｏエマルジョン中に更に無機質材が分散している状態のものである。

セメントとしては、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、アルミナセメント、ハイアルミナセメント、シリカヒューム等を用いることができ、また一種単独で用いたり、二種以上を併用したりすることができる。

油性物質としては、水とＷ／Ｏエマルジョンを形成しうるものであれば、特に制限はなく、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（ビニル単量体）を使用すれば、セメントの水和反応と重合性二重結合を有する油性物質の重合反応が同時に起こり、ポリマーがマトリックスを形成して、優れた物理的、機械的性質を有するセメント成形品が得られるので望ましい。尚、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、有機過酸化物や過硫酸塩等の重合開始剤を併用することが望ましい。

組成物中の油性物質の含有量は、組成物中に水とのＷ／Ｏエマルジョンを形成でき、且つ得られるセメント複合材に所望の特性が付与されるように、適宜調整されるものであるが、例えば組成物中の水と固形分の総量に対して５〜１０体積％の範囲であることが好ましい。

また、乳化剤（逆乳化剤）としては、組成物中の成分に応じて、Ｗ／Ｏエマルジョンを形成することができるように、適宜のものを用いることができるが、例えば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、各種アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤等を用いることができる。このような乳化剤の含有量も適宜調整することができるが、好ましくは組成物中の水と固形分の総量に対して１〜３体積％の範囲とするものである。

また、本発明においては、Ｗ／Ｏエマルジョン組成物中には、骨材を含有させる。この骨材は無機質からなるものであり、且つ吸水率１０％以下のものを用いる。ここで、骨材の吸水率は、ＪＩＳＡ１１０９に準じて求められる。またこの骨材としては、その粒径が３０〜１５００μｍの範囲のものが用いられる。更に、組成物中の骨材の含有量は、セメント、水及び骨材の総量に対して１〜５０体積％となるようにするものである。

このような骨材は、組成物中に含有させても、骨材による組成物中の水分の吸収が抑制されて、組成物のＷ／Ｏエマルジョン構造の破壊が防止される。またこの骨材は、成形されるセメント複合材に、優れた耐凍害性と寸法安定性とを付与することができるものである。

ここで、上記の骨材の吸水率は低ければ低いほど好ましく、理想的には０％であるが、実質的には０．１％が下限となる。また、より好ましくは吸水率１０％以下の骨材を用いる。また、上記の骨材の粒径は小さすぎると材料性硬度が上がってしまい、また大きすぎると材料成形時にニーダに負荷がかかりすぎて成形が困難となってしまう。またこの粒径は、より好ましくは１００〜３００μｍの範囲となるようにする。更に上記の骨材の含有量は、少なすぎると耐凍害性を十分に得ることが困難となり、多すぎると寸法安定性が低下してしまう。またこの含有量は、より好ましくは１０〜５０体積％の範囲となるようにする。

骨材としては、上記のような条件に合致するものを適宜選択して用いることができるが、特にシリカ発泡体と、アルミナ成分を２０重量％以上含むアルミナシリケートとのうちの、少なくとも一方を用いることが好ましい。骨材としてこのようなものを用いると、形成されるセメント複合材の耐凍害性が著しく優れたものとなる。その理由は明らかではないが、無機質の骨材とセメントとが反応することで耐凍害性が向上し、特にシリカ発泡体を用いる場合及びアルミナ成分を２０重量％以上含むアルミナシリケートを用いる場合に、その効果が著しく発揮されるものと推察される。

ここで、骨材としてアルミナシリケートを用いる場合には、アルミナシリケート中のアルミナ成分の割合が２０重量％に満たない場合は、セメントとの反応が不足し、耐凍害性が十分に得られなかったり、強度不足となるおそれがある。またこのアルミナシリケート中のアルミナ成分の含有量の上限は特に制限されないが、実質的な上限は３０〜４０重量％の範囲となる。

また、組成物中には、上記成分のほかに、各種添加剤を含有させることができる。例えば補強繊維としては、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維等の合成繊維や、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられ、これらを単独で、或いは二種以上を混合して使用することができる。

本発明のセメント複合材は、上記原材料を撹拌混合してＷ／Ｏエマルジョン組成物となし、次いでそれを注型法、押出成形法、射出成形法、プレス成形法等の通常用いられている手段で成形して、養生及び／又は重合硬化させた後、必要に応じて乾燥して製造することができる。

上記のようなＷ／Ｏエマルジョン組成物の成形を行う際には、成形に用いる押出ロール型やプレス型等の型の表面に離型剤として界面活性剤等を塗布することで、離型性を向上して型への材料付着がないようにすることが好ましい。尚、Ｗ／Ｏエマルジョン組成物は親油性であるので、一般的な灯油等の離型油を用いるのは避けた方がよい。

また、型に対する界面活性剤等の塗布を行わずに、型を露点以下に冷却することで型表面に結露水による膜を形成し、この膜によって離型性を付与することもできる。界面活性剤を用いる場合には、成形品の耐候性の低下を招く恐れがあるが。このように結露水による膜によって離型性を付与すると、耐候性の低下を防止することができる。

尚、この結露水を利用した離型性の付与は、Ｗ／Ｏエマルジョン組成物の組成を上記のようにした場合に限られず、種々の組成のＷ／Ｏエマルジョン組成物からセメント複合材を得る場合に適用することができる。

また、型表面に結露水を生じさせる代わりに、型表面に水を塗布して膜を形成することもできるが、型の表面に凹凸形状を形成して、この凹凸形状を成形品に転写成形する場合には、型表面に水を塗布しても、型表面の凹凸形状によって水が流れてしまって、垂直面（凹凸形状における、鉛直面に近い面）に水の膜が形成されなくなるなど、均一に製膜することが困難となり、材料が部分的に型表面に付着するおそれがある。これに対して、結露水による膜は、凹凸形状の型表表面に形成しても流れにくく、均一な膜を形成することができるので、特に型表面に転写用の凹凸を形成する場合には、結露水による膜によって離型性を付与することが好ましい。

このように型を露点以下まで冷却するには、適宜の手法を採用することができるが、例えば型の内部に冷却水を通水する方法や、型に向けて冷気を吹き付ける方法などを挙げることができる。

また、養生及び／又は重合硬化を行う際の条件は、適宜設定されるものであるが、例えば４０〜１００℃で２０〜４８時間、湿熱養生することができる。

このようにして得られたセメント複合材は、Ｗ／Ｏエマルジョン組成物中の微小な水滴が除去された跡が、いわゆる独立気孔の形状で多数存在している。本発明における独立気孔という用語は、個々の気孔がそれぞれ別々に形成されて存在しているという意味であって、気孔の欠陥や穴による隙間が存在し、気孔同士や気孔と表面とがこの隙間によって繋がっていることを排除するものではない。

また、得られたセメント複合材は、骨材により、優れた寸法安定性と耐凍害性とを有している。

従って、このセメント複合材は、特に外装材として好適に用いることができる。

（実施例１〜４、比較例１〜６）
ポルトランドセメント、水、ビニルモノマーソリューション（ＶＭＳ；ビニルモノマー（スチレン）と乳化剤（ソルビタンモノオレート）とを、前者対後者の体積比率が５：２となるように混合した混合物）及び補強繊維（ポリプロピレン繊維）及び下記Ｅ１〜Ｅ７に示す骨材を用い、下記表１に示す体積比率となるように組成物を調製した。
・Ｅ１：アルミナシリケートバルーン（アルミナ含量３０〜３４重量％、ＡＳＢ、（株）リボール製）、吸水率０．５％以下、粒径１００〜３００μｍ
・Ｅ２：シリカ発泡体、吸水率１０％以下、粒径３００μｍ
・Ｅ３：パーライトバルーン（Ｔ−３、昭和化学工業（株）製）吸水率４４，５％、粒径２００μｍ
・Ｅ４：塩化ビニリデン（ＭＦＷ１００、松本油脂製薬（株）製）吸水率１％以下、粒径５０μｍ
・Ｅ５：ミクロシリカ（エルケム製）、吸水率１０％、粒径０．１μｍ
・Ｅ６：細骨材（アスファルト粉砕品）、吸水率３％、粒径２０００μｍ
このようにして得られた組成物を押出成形し、６０℃、４８時間の条件で養生硬化させてセメント板を得た。

このようにして得られた各セメント板について、耐凍害性と、寸法安定性と、曲げ強度についての評価試験を行った。

このとき、耐凍害性は、ＡＳＴＭＣ６６６Ｂ法に準じて評価した。

また寸法安定性は、試料を６０℃、２０％ＲＨの条件下に７２時間曝露した後、２４時間吸水させた場合の、寸法変化率にて評価した。

また曲げ強度は、島津製作所（株）製のオートグラフ試験機を用い、試験スピード２ｍｍ／ｍｉｎ、スパン４００ｍｍの条件で行った。

この結果を、表１に併せて示す。

表１から明らかなように、実施例１〜４は、セメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物中に、無機質からなり吸水率１０％以下、粒径３０〜１５００μｍの骨材をセメント、水及び骨材の総量に対して１〜５０体積％含有することで、耐凍害性、寸法安定性に優れたセメント板を得ることができた。

比較例１は、骨材が添加されていないので、凍結融解時にセメント板に発生する応力を緩和することができず、耐凍害性が低下した。

比較例２は、骨材の添加量が多すぎるために、セメント板の強度が低下し、そのために耐凍害性、寸法安定性が低下した。

比較例３は、骨材の吸水率が高すぎるため、成形状態はやや離水する傾向がみられ、硬化が非常に遅くなり、硬化後もセメント板の吸水率が高くなり、そのために耐凍害性、寸法安定性が低下した。

比較例４は、骨材が有機質からなるため、凍結融解時にセメント板に発生する応力を緩和することができず、耐凍害性が低下した。

比較例５，６は、骨材の粒径が極端に小さかったり、大きかったりするため、セメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物の材料性硬度の上昇等により押出成型が不可能であった。

また、実施例１において、成形時に型を露点以下まで冷却した場合、冷却を行わない場合、冷却を行わずに型表面に水を塗布した場合、冷却を行わずに型表面に界面活性剤（石けん水）を塗布した場合、冷却を行わずに型表面に離型油（灯油）を塗布した場合について、それぞれセメント複合材の成形を行った。

そして、この成形時の型表面における材料の付着の有無を調査すると共に、成形後のセメント複合材に対して、スーパーＵＶ試験（ＵＶ照射６時間（６３℃、５０％ＲＨ）の後、結露２時間（９０％ＲＨ以上）を１サイクルとする耐候性試験を２５０サイクル（ＵＶ照射時間１５００時間））を行った。

この結果を表２に示す。

Claims

セメント、水、油性物質及び乳化剤からなるセメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物を成形して得られるセメント複合材において、前記セメント含有Ｗ／Ｏ型エマルジョン組成物中に、シリカ発泡体と、アルミナ成分を２０重量％以上含むアルミナシリケートとのうちの、少なくとも一方の無機質からなり、吸水率１０％以下、粒径３０〜１５００μｍの骨材を、セメント、水及び骨材の総量に対して１〜５０体積％含有することを特徴とするセメント複合材。