JP4027081B2

JP4027081B2 - 建材用組成物

Info

Publication number: JP4027081B2
Application number: JP2001342044A
Authority: JP
Inventors: 恭彬福田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2021-11-07
Also published as: JP2003146718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材用組成物およびそれを用いた建材ならびにそれらの製造方法に関する。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
そこで本発明者は、先般、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。
【０００７】
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全組成物（固形分）の５〜７０質量％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た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この検討の一環として、この未膨張バーミキュライトを使用する場合において、さらに生産性向上を目指して検討した結果、意外にも特定量の微粉を使用することにより吸放湿の量および速度においてバランスに優れるとともに、併せて曲げ強度および撓み性、ならびに生産性の向上が得られ、さらには、５質量％未満の未膨張バーミキュライト配合量であっても曲げ強度および撓み性、ならびに生産性の向上が得られることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、活性化処理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０．５〜７０質量％である建材用組成物において、未膨張バーミキュライトの３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％である建材用組成物、およびこれを成形してなる建材ならびにこれらの製造方法にある。
【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、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。セメントは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。
【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を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】
未膨張バーミキュライトは、その配合量が全組成物（固形分）の０．５〜７０質量％である建材用組成物において、未膨張バーミキュライトの３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％である量で基材に配合される。この場合、３００μｍ以下の部分の含有量が異なる複数の未膨張バーミキュライトを配合してこのような組成とすることもできるが、たとえば９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉を、３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％、０．５〜１０質量％もしくは１〜５質量％、の量になるように基材に配合することもできる．
３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉が０．５質量％未満では本発明の効果を得ることができず、一方、１５質量％を超えると本発明の主たる目的である曲げ強度の向上が頭打ちとなり、さらには低下する。
【００１６】
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０．５〜７０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、調湿を目的とする場合には、５〜７０質量％、好ましくは１０％〜５０質量％、さらにはもっと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。
【００１７】
一方、調湿を主たる目的とせず、ケイ酸カルシウム系建材の曲げ強度および撓み性、ならびに生産性の向上を主たる目的とする場合には、０．５〜１５質量％、好ましくは０．５〜１０質量％、さらに好ましくは１〜５質量％、の量でバーミキュライトを基材に配合するのが好適である。
【００１８】
本発明において微粉の未膨張バーミキュライトの配合により、成形槽等における混合時にバーミキュライトが水中で均一分散し易いため、生産効率、歩留まりが向上し得、かつ膨張用に不適格のため山元で廃棄していた資源の有効利用にもなり、さらには０．５〜５質量％の配合であってもケイ酸カルシウム系建材の曲げ強度向上等に寄与する。この場合、９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉を用いるのが好適である。配合された未膨張バーミキュライト微粉はトバモライトのエピタキシャル成長の核となり、カルシウムシリケート水和反応物の成長を促進し、未反応原料含量も低下させるので曲げ強度向上および撓み性の向上（弾性率の低下）をもたらす。したがって、破壊エネルギーの大きい建材を得ることができる。
【００１９】
本発明の建材用組成物には、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。
【００２０】
得られる本発明の建材用組成物は、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。
【００２１】
本発明の建材は，バーミキュライトの配合量が全組成物（固形分）の５〜７０質量％の場合には、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吸放湿速度が吸湿：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。
【００２２】
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。
【００２３】
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
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。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明の建材は、バーミキュライトの配合量が全組成物（固形分）の５〜７０質量％の場合には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
さらに、本発明の建材は、バーミキュライトの配合量が全組成物（固形分）の０．５〜５質量％の場合であっても、前述のように破壊エネルギーを向上しうる。
【００３２】
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。
【００３３】
【実施例】
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、さらに未膨張バーミキュライト（南ア産、３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の約５．０質量％）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。本実施例において、微粉の未膨張バーミキュライトの配合により、混合時にバーミキュライトが水中で均一分散し易く、生産効率、歩留まりが向上した。
実施例２
ケイ石粉末４２部、消石灰４２部、パルプ６部および９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉末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
ケイ酸質原料としてケイ石粉末および珪藻土をそれぞれ３０部および１０部、石灰質原料として消石灰４０部および補強繊維としてパルプ６部、寸法安定剤として炭酸カルシウム１０部、さらに９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉未（南ア産）４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。このボードの物性は次のとおりであった。曲げ強度１３．１Ｎ／ｍｍ^２、ヤング率５．７ｋＮ／ｍｍ^２、嵩比重０．７５であった。
比較例１
実施例３において未膨張バーミキュライトを使用しない以外は同様にして、ケイ酸カルシウムボード（３０ｃｍ×３０ｃｍ×６ｍｍ）を得た。このボードの物性は次のとおりであった。曲げ強度１１．６Ｎ／ｍｍ^２、ヤング率６．９ｋＮ／ｍｍ^２、嵩比重０．７５であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により得られる建材は、吸放湿の量および速度においてバランスに優れ、かつ曲げ強度および撓み性を向上しうるものである。

Claims

活性化処理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０．５〜７０質量％である建材用組成物において、未膨張バーミキュライトの３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％である建材用組成物。
９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉を全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％の量で基材に配合してなる請求項1記載の建材用組成物。
９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉を全組成物（固形分）の０．５〜１０質量％の量で基材に配合してなる請求項１記載の建材用組成物。
９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉の配合量が,全組成物（固形分）の１〜５質量％である請求項１記載の建材用組成物。
基材が親水性である請求項１記載の建材用組成物。
基材が、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５記載の建材用組成物。
活性化処理が、水蒸気処理である請求項６記載の建材用組成物。
活性化処理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０．５〜７０質量％である建材用組成物の製造方法において、未膨張バーミキュライトの３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％であるように配合して建材用組成物を得ることを特徴とする建材用組成物の製造方法。
９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉を全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％の量で基材に配合する請求項８記載の建材用組成物の製造方法。
基材が、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た請求項８記載の製造方法。
請求項１記載の建材用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１１記載の建材。
活性化処理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０．５〜７０質量％である建材用組成物の製造において、未膨張バーミキュライトの３００μｍ以下の部分が全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％であるように配合して建材用組成物を得、ついでこの建材用組成物を成形して建材を得ることを特徴とする建材の製造方法。
９０％以上が３００μｍ以下である未膨張バーミキュライト微粉を全組成物（固形分）の０．５〜１５質量％の量で基材に配合してなる請求項１３記載の建材の製造方法。