JP3989366B2

JP3989366B2 - 建材組成物および建材

Info

Publication number: JP3989366B2
Application number: JP2002350235A
Authority: JP
Inventors: 博文塩地; 恭彬福田
Original assignee: 三菱商事建材株式会社
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004182515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材組成物およびそれを用いた建材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建材の製造に際しては、種々の目的で基材が選択され、さらにそれらの各種基材に種々の材料が配合されることが多い。そのなかで、鉱物系材料の一つとしてバーミキュライトがある。このバーミキュライト（ヒル石）は、黒雲母に類似した粘土鉱物であり、高温で脱水により層に垂直の方向に著しく膨張して、ヒルのように伸び多孔体となる。このため、断熱性、吸音性に優れるので、基材への配合材（充填材、増量材）、さらには基材として断熱材、吸音材をはじめとする各種建材に、その軽量化の目的と併せて用いられることが多い。一方、バ―ミキュライトは吸湿能力があまり高くないため、調湿材としてはまったく顧みられていない。
【０００３】
したがって、上記のように、バーミキュライトを建材に配合する場合には、軽量化等を目的とするため膨張バーミキュライトを用いるのが通常である。たとえば、モルタル、コンクリート等のセメント製品に軽量骨材として利用されている。これに対し、未膨張のバーミキュライトは、上記の軽量化等の利点が得られないため、数％程度までの少量が、その耐酸、耐アルカリ等の特性を活かす特別な目的のために基材に配合されているに過ぎない。また、基材として実質的に未膨張バーミキュライトからなるボードを、内壁の裏側部分等に固定して、火災発生時に膨張させ、延焼を防止しようとする試みもなされているが、これは耐火性を利用した特定の基材として用いられるものである。
【０００４】
一方、建材自体も、競合製品との差別化を図るため、種々の機能の付与が提案されている。そのなかで、調湿（吸放湿）および／または消臭、さらには美観を備えた建材についても種々の検討がなされているが、いまだに満足すべきものは見出されていない。すなわち、これらは比表面積が大きいものを利用して一定の成果を得ているが、特に、保水および保湿力が強すぎて放湿速度に難がある場合が多い。
【０００５】
そこで本発明者等は、天然資源としてのバーミキュライトのさらなる有効利用を図り、調湿および／または消臭、さらには美観の要請をも満たし得る、特に吸放湿の量および速度においてバランスに優れた建材を見出すべく、種々検討を行った。
【０００６】
その結果、意外にも、基材、とくに、吸湿性はあるが放湿性が不十分な水硬性材料に未膨張バーミキュライトを配合することにより放湿能力を著しく向上させ、上述の課題を解決し得ることを見出し、未膨張バーミキュライトを基材に配合してなり、かつその配合量が全組成物（固形分）の５〜７０質量％である建材組成物、およびこれを成形してなる建材を先般見出した（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１５４８６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の建材の検討の一環として、弾性率、可塑変形性等の特性を制御した建材を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、底面反射ｄ _００２が１０．０〜１３．０Åであるように調節された未膨張バーミキュライトを基材に配合してなり、かつその配合量が全組成物（固形分）の５〜７０質量％である建材組成物であり、該調節は、天然バーミキュライトより選別されるか、またはバーミキュライトもしくはその前駆体を処理してバーミキュライト層間にあるＭｇの少なくとも１部をＫ、Ｂａ，Ｌｉ，ＮＨ _４，ＲｂおよびＣｓの１種以上で置換する、ことにより行われる建材組成物、そしてさらにはこの建材組成物を成形して得られる建材にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において使用される基材は、後述するバーミキュライトの特性を実質的に劣化させないものであれば特に制限されないが、調湿および／または消臭の観点からは、親水性であるのが好適である。これは、親水性基材自身も調湿および／または消臭機能を有し、さらにはその表面から内部拡散した物質を未膨張バーミキュライトが吸着し得るからである。このような親水性基材としては、たとえば、石膏、セメント、ケイ酸カルシウム、スラグ石膏またはこれらの類似物が挙げられる。これらは適宜併用することもできる。石膏は無水もしくは含水塩のいずれであってもよく、セメントもポルトランドセメントをはじめとする各種セメントを使用し得る。この場合、骨材および混和材が使用される。また、ケイ酸カルシウムとしては、とくに制限されないが、ケイ酸質原料と石灰をオートクレーブ中で水熱反応させて得られるもの（トバモライトもしくはゾノトライト）が一般的である。スラグ石膏は、高炉水砕スラグ粉末を２０〜４０％含み、２水石膏（排脱石膏）を６０〜８０％、ポルトランドセメント１〜５％混合されたものが一般的である。
【００１１】
一方、本発明において上記基材に配合されるバーミキュライトは、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする薄片状の鉱物であり、一般的な黒雲母系、緑泥石系のいずれでもよく、産地により組成等に差異があっても使用し得る。比表面積(窒素吸着法)は通常１０ｍ^２／ｇ以下である。粒径も特に制限されないが、通常、５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下である。たとえば０．２５ｍｍ以下のような細粒品は膨張バーミキュライトの用途には適さないためテーリングとして規格外品とされているが、意外にも原鉱石の粉砕、選鉱、乾燥、篩い分けで、細粒の方がバーミキュライトの層間水の脱水変質（層間の水２分子層が１分子層へ変化）が少ないことがわかり、本発明においてはむしろ好適に使用されうる。なぜなら層間水が水２分子のほうが調湿、消臭特性に好適だからである。
【００１２】
本発明においては、このようなバーミキュライトを実質的に未膨張の状態で使用する。すなわち、バーミキュライトは、通常１０〜２０％程度の水を含んでおり、高温（層間水が脱離し始める約３２０℃から１０００℃）での急激な加熱により脱水され著しく膨張する（多くは１０００℃、１〜２秒で、もとの厚さの１０〜３０倍）。したがって、本発明においては実質的にこのような膨張を得ていないものが使用される。
【００１３】
さらに本発明においては、このバーミキュライト基材に配合するに先立ち、活性化処理したものを用いるのが好適である。活性化処理は、バーミキュライトが吸着している有機物もしくは無機物を離脱させ、本来有する調湿、吸着性能等を再構成・回復させることを目的とする。たとえば、加圧水蒸気処理、食塩水による煮沸処理等が挙げられるが、好ましくは１０５℃〜２００℃の飽和蒸気圧での水蒸気処理によることができる。
【００１４】
また、特に基材がケイ酸カルシウム系である場合には、活性化処理されていないバーミキュライトを水熱反応前に配合しても、その後にたとえば１５０℃〜２００℃程度の飽和蒸気圧でオートクレーブ処理を受けるので、結果的に活性化処理がなされることになる。
【００１５】
そして、本発明においては、調節された底面反射ｄ_００２を有する未膨張バーミキュライトが上記の基材に配合される。とくに好適には底面反射ｄ_００２が１０．０〜１３．０Åである未膨張バーミキュライトが上記の基材に配合される。
【００１６】
このような底面反射ｄ_００２が１０．０〜１３．０Åである未膨張バーミキュライトは、たとえば次のようにして得られる。
【００１７】
（１）天然バーミキュライトより選別される。
【００１８】
すなわち、天然バーミキュライトは通常バーミキュライトとハイドロバイオタイトの不規則な混合層からなることがよく知られているが、その中からバーミキュライト中に混在するハイドロバイオタイトの比率が比較的高く、底面反射ｄ_００２が１０．０〜１３．０Åであるものを選別する。底面反射ｄ_００２が１０．０〜１３．０Åであるものに、それ以外の底面反射を有するものを配合して使用することもできる。
【００１９】
（２）バーミキュライトもしくはその前駆体を処理して得られる。
【００２０】
処理としては、前駆体の水熱処理（水熱合成）によるバーミキュライトの合成、バーミキュライトの加熱による付着水の全部および構造水の少なくとも一部の除去等が挙げられる。前駆体としてはバーミキュライトの類縁物質、たとえば金雲母、白雲母等の雲母類、または緑泥石等が挙げられる。水熱処理自体は、公知の方法によることができる。さらに処理は、バーミキュライト層間にあるＭｇの少なくとも1部をＫ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｎａ、ＮＨ_４、ＲｂおよびＣｓの１種以上で置換することを含む。これらの置換自体は、公知の方法によることができる。この置換により、たとえばＭｇバーミキュライトのおおよその底面反射ｄ_００２値１４．３Åは、おおよそ次の全置換値まで変化し得る：Ｋ（１０．４Å）、Ｂａ（１２．６Å）、Ｌｉ（１２．６Å）、Ｎａ（１２．６Å）、ＮＨ_４（１１．２Å）、Ｒｂ（１１．２Å）およびＣｓ（１２．０Å）。
【００２１】
本発明においては、これらの選別、処理により、未膨張バーミキュライトの底面反射ｄ_００２が好ましくは１０．０〜１３．０Åに調節される。目的に応じ層間の距離を調節・制御し、得られる未膨張バーミキュライトを基材に配合することにより、得られる建材の（ｉ）弾性率、（ii）くぎ、ねじ等の締結具で接合する場合の締結具保持性、（iii ）最高強度に近い領域の強度を維持しながら変形しうる量を示す可塑変形性、（iv）強度（曲げ）等を制御することができ、その方法も上記のアプローチから適宜選択しうる。
【００２２】
たとえば、底面反射ｄ_００２を低くすると弾性率、曲げ強度は向上し、可塑変形性は低下し、そして締結具保持性は調和点を有するので、Ｍｇバーミキュライトに対し底面反射を約１４〜９Å、好ましくは１０．０〜１３．０Åに調節することにより、これらの特性を目的により自由度大きく制御しうる。さらには、比較的小さい底面反射を有するバーミキュライトもしくはその前駆体から前述の処理により比較的大きい底面反射を有するバーミキュライトとすることにより、上記の特性を制御することもできる。
【００２３】
基材へのバーミキュライトの配合は、その配合量が全組成物（固形分）の５〜７０質量％、好ましくは１０％〜５０質量％になるように行われる。基材の種類、目的とする建材の性能、たとえば調湿度等、に応じて選ばれるが、好適な吸放湿の量および速度を得るためのバーミキュライトの十分なチャンネリング（ネットワーク）を形成させるには、一般的には１５質量％以上が特に好ましい。
【００２４】
本発明の建材組成物には、上記の未膨張バーミキュライトのほかに、その他の目的のために建材にそれぞれの基材に固有に用いられる種々の配合材、さらには、その他を適宜配合し得る。その種類、配合量は、常法によることができる。たとえば、骨材、補強材、混和剤、軽量化材等、より具体的にはパルプ、セルロース繊維、ガラス繊維、ヒュームドシリカ、発泡ガラス、シラスバルーン、アルミナバルーン、パーライト、ワラストナイト、セピオライト、砂利、砂、有機バインダー等が適宜選択される。
【００２５】
得られる本発明の建材組成物は、抄造成形、押出し成形、プレス成形、鋳込み成形等の常法により、ボード等の所望の形状、大きさの建材とすることができる。一般的にはボードの場合、工業的には、いわゆる抄造機を用いた抄造成形が選ばれる。
【００２６】
本発明の建材は、下記の吸放湿試験において、好適には、相対湿度を６０〜９０％に変化させた場合の放吸湿速度が吸湿：３０分で平衡値の９０％以上、放湿：２５分以下、さらに好適には２０分以下で平衡、を示す。
【００２７】
測定装置：Heiden Analytical Ltd.社製「IGA SORP」
測定方法：約１ｃｃの測定バスケットに、粉末試料はそのまま、塊状試料は２〜３ｍｍ程度に調整して、充てんして測定した。吸湿および放湿速度は、３０分周期で繰り返し実験を行った。
【００２８】
測定項目：相対湿度０〜９０％における吸湿率
相対湿度６０〜９０％における吸湿率
相対湿度６０％から９０％への吸湿速度
相対湿度９０％から６０％への放湿速度
このようにして得られる建材は、壁材、天井材、間仕切り材等の内装材として使用されるのが好適であるが、さらに軒天井材等の外装材等としても使用されうる。
【００２９】
本発明の建材は、調湿および／または消臭、さらには美観の要請をも満たし得るものである。すなわち、
１．適度な放湿特性を有するので、調湿機能に優れる。たとえば、吸湿および放湿のバランス、量および速度に優れる。
【００３０】
したがって、結露、ソリ等を防止でき、さらにはカビ、ダニ等の繁殖を効果的に抑制できる。
２．消臭機能に優れる。たとえば、本発明の建材は、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン等の揮発性化学物質もしくは臭いのあるガス類を吸着しうる。
３．さらに、未膨張バーミキュライト粒子を表面研磨等により浮き出させて花崗岩調の表面とすることができ、美観を備えたボード材等を容易に提供し得る。
４．製造工程でオートクレーブ処理を受けた製品については、使用済みの本発明の建材を回収し、そのままオートクレーブで１０５〜１５０℃程度の水蒸気処理をすることにより再生することが可能である。バーミキュライトは上記の基材と反応していないからである。
５．膨張バーミキュライト用原料としては規格外の細粒品をむしろ好適に使用しうるので、資源を有効利用することができる。
６．目的に応じ層間の距離を制御することにより、得られる建材の弾性率、締結具保持性、可塑変形性、強度（曲げ）等を自由に制御しうる。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお部は質量部を表わす。
参考例１混合
次の２種類のバーミキュライトを２：１で混合した。
【００３２】
１．底面反射ｄ００２：１２．０〜１２．２Å（粒径０．２５〜０．５ｍｍ）
２．底面反射ｄ００２：１４．３Å（粒径０．２５〜０５ｍｍ）
参考例２Ｋ置換
Ａｍｅｒ．Ｍｉｎ．ｖｏｌ．３３，ｐ６５５（１９４８）に記載された方法により底面反射ｄ００２が１４．３Åであるバーミキュライトの層間Ｍｇの一部をＫで置換し、底面反射ｄ００２が１１．５ÅであるＫ置換バーミキュライトを得た。
参考例３および４白雲母から水熱処理
粘土科学第６巻第２号６７〜７７頁（１９８６）に記載された方法により、底面反射ｄ００２が１０Åの白雲母より底面反射ｄ００２が１２．０ÅのＢａバーミキュライト（参考例３）および底面反射ｄ００２が１４．３ÅのＭｇバーミキュライト（参考例４）を得た。
参考例５脱水
底面反射ｄ００２が１４．３Åであるバーミキュライトを約４００℃で約１時間加熱し、付着水の全部および構造水の一部を除去し、底面反射ｄ００２が１２．１Åであるバーミキュライトを得た。
実施例１
ケイ酸質原料としてケイ石粉末２７部、石灰質原料として消石灰２７部および補強繊維としてパルプ６部、さらに参考例１でえられた未膨張バーミキュライト４０部を出発原料として、これらに水を添加して混合し固形分約１２％のスラリーとし、抄造機により生シートを形成させた後、オートクレーブ中（１６０〜１８０℃、約１０時間）で加圧養生させ、ついで８０℃未満で所定の含水率になるまで乾燥させ、ケイ酸カルシウムボード（３０ｃｍ×３０ｃｍ×６ｍｍ）を得た。
実施例２
ケイ石粉末４２部、消石灰４２部、パルプ６部および未膨張バーミキュライト１０部を用いて実施例１と同様にして珪酸カルシウムボードを得た。
実施例３
スラグ粉末１６部、排煙脱硫石膏粉末３８部、パルプ６部および参考例２で得られた未膨張バーミキュライト４０部に水を添加して混合し固形分約１２％のスラリーとした。ついで、抄造機で生シートを形成し、その後約８０℃で約１２時間、蒸気養生させ、さらに８０℃未満で乾燥させてスラグ石膏ボード（３０ｃｍ×３０ｃｍ×６ｍｍ）を得た。
実施例４
半水石膏６０部、参考例３で得られた未膨張バーミキュライト４０部および水２４部を混合し、得られた混合物を所定の型に鋳込み成形して板状とし、ついで常温で養生し、さらに８０℃未満で乾燥して石膏ボード（３０ｃｍ×３０ｃｍ×６ｍｍ）を得た。
参考例６
実施例１および４で得られたケイ酸カルシウムボードより調製された試験体ＡおよびＢ（長さ３００ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚み６ｍ）を用いて曲げ強度（Ｎ／ｍｍ２）−歪み（ｍｍ）を測定した（スパン１５０ｍｍ；中央たわみ）。その結果を図１に示す。併せて、実施例１において、ケイ石４７部、消石灰４７部およびパルプ６部を用いて得たケイ酸カルシウムボードならびに黒雲母４０％含有ケイ酸カルシウムボード（実施例１において未膨張バーミキュライトに代えて黒雲母を使用して得られた）を用いて同様に測定した結果を示す（試験体ＣおよびＤ）。なお、試験体の含水率は１．５〜１．９％であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケイ酸カルシウム試験体について測定された曲げ強度−歪みの関係を示す。

Claims

底面反射ｄ _００２が１０．０〜１３．０Åであるように調節された未膨張バーミキュライトを基材に配合してなり、かつその配合量が全組成物（固形分）の５〜７０質量％である建材組成物であり、該調節は、天然バーミキュライトより選別されるか、またはバーミキュライトもしくはその前駆体を処理してバーミキュライト層間にあるＭｇの少なくとも１部をＫ、Ｂａ，Ｌｉ，ＮＨ _４，ＲｂおよびＣｓの１種以上で置換する、ことにより行われる建材組成物。
処理が、天然バーミキュライトの加熱処理である請求項１記載の建材組成物。
処理が、バーミキュライトもしくはその前駆体の水熱処理である請求項１記載の建材組成物。
配合量が、全組成物（固形分）の１０〜５０質量％である請求項１〜３のいずれか記載の建材組成物。
基材が親水性である請求項１〜４のいずれか記載の建材組成物。
基材が、石膏、セメント、ケイ酸カルシウム、スラグ石膏の一種以上から選択される請求項１〜５のいずれか記載の建材組成物。
さらに骨材、補強材、混和剤、および／または軽量化材を配合してなる請求項１〜６のいずれか記載の建材組成物。
請求項１〜７のいずれか記載の建材組成物を成形してなる建材。
成形が抄造成形、押出し成形、プレス成形もしくは鋳込み成形である請求項８記載の建材。
建材が内装材である請求項８記載の建材。
相対湿度を６０〜９０％に変化させた場合の放吸湿速度が吸湿：３０分で平衡値の９０％以上、放湿：２５分以下で平衡、である請求項８記載の建材。