JP4046149B2 - 夜光性または蛍光性人造石 - Google Patents

Description

技術分野
この出願の発明は、夜光性または蛍光性人造石に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、夜間装飾性、暗視野環境における光による方向指示や位置のガイド等として建築材、景観材等に有用な、蓄光性等の夜光性または紫外線吸収にともなう発光性を有する人造石に関するものである。
背景技術
従来より、天然石を粉砕し、これを樹脂等に混合して研削硬化させて人造石が知られている。そして、この人造石について、大理石、御影石等の天然石調を持ち、しかも硬度、強度にも優れたものとするための工夫が様々に行われてきてもいる。
このような人造石の機能、性能向上の一つの試みとして、蓄光材等の夜光性物質や紫外線吸収にともなって発光する紫外線発光材等の蛍光性物質を用いて光機能を付与することも提案されている。この試みは、人造石のバインダーとしての樹脂成分に蛍光物質を混合して固化させること、あるいは不飽和ポリエステル、メタクリル樹脂、ガラス等にアルミン酸ストロンチウム等の蓄光性蛍光物質や紫外線蛍光性物質を混合して固化させ、これを粉砕したものを骨材として用いて人造石を構成することとしてなされている。
しかしながら、従来の夜光性もしくは蛍光性人造石の場合には、上記のいずれの方法によるものでも蓄光材等が作用するのは、人造石の表面部に露出しているバインダー樹脂成分や骨材の配置部位においてだけであって、人造石の成形体の内部に含まれた蓄光材等は全く作用しないという欠点があった。蓄光材等の蛍光物質は非常に高価なものであり、少量の添加でも人造石製品の全体コストを３〜１０倍程度にまで上昇させるため、このような作用しない、蛍光物質を内部に含有している従来の人造石ではコスト的に実用的でなく、その発光も人造石の表層部にとどまるために発光の厚みが得られないという欠点があり、このような高いコストと発光性能の制約とによってその用途も極めて限定されてしまうという問題があった。
一方、コスト低減のためにその添加量を抑えると、発光や蓄光の作用効果がほとんど得られないという不都合が生じることになる。
このため、人造石の光機能を向上させるためには、低コスト化のためのより少ない蓄光材等の夜光性または蛍光性物質の使用で、しかもその作用効果に優れ、表面だけでなく、人造石の発光の厚みも充分に得ることのできる新しい人造石の実現が望まれていた。
発明の開示
そこで、この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、無機質骨材と樹脂とを含有する人造石であって、樹脂は人造石全体の１５重量％未満で、無機質骨材は人造石全体の８５〜９５重量％で、５〜７０メッシュの大きさの細粒成分と１００メッシュアンダーの大きさの微粒成分とからなり、細粒成分と微粒成分との重量比が１：１〜４：１であって、無機質骨材の少なくとも一部として、表面に蓄光性または紫外線吸収にともなう発光性を有する夜光性または蛍光性物質を焼付け、または常温コーティングした透明性無機質骨材を、組成物全体量の５〜６５重量％の割合で、配合したことを特徴とする夜光性または蛍光性人造石を提供する。
【図面の簡単な説明】
添付した図面の第１図はこの発明の人造石の構成を例示した断面図である。
発明を実施するための最良の形態
この出願の発明について以下にさらに詳しく説明する。
人造石の組成としては、この発明では、基本的成分として、無機質骨材と樹脂とを含有している。そして、配合された無機質骨材の少なくとも一部が夜光性または蛍光性の物質からなる表面被覆層を有する透明性無機質骨材であって、その割合は、人造石組成物の全量の５〜６５重量％であることを特徴としている。
この割合が５重量％未満の場合には充分な発光特性、特に、良好な発光厚みが得られない。また、６５重量％を超える場合には、発光特性との関係で経済的ではない。
無機質骨材そのものについては、透明性のものだけでなくてもよいが、一般的には配合される無機質骨材のうちの５重量％以上、好ましくは１０〜９０重量％、さらには２０〜８０重量％を夜光性または蛍光性の物質で被覆した透明性無機質骨材とする。
なお、無機質骨材の大きさ（粒径）による区分としては、次の２種のものが好ましいものとして例示される。すなわち、一つは主成分としての５〜７０メッシュの大きさの無機質の細粒成分であって、これは、珪石、かんらん石、長石、輝石、雲母等の鉱物や、花崗岩、変成石等の天然石、陶磁器、ガラス、金属等から選択される適宜な無機質の細粒成分である。
また、この細粒成分とともに１００メッシュアンダーの微粒成分が好ましく用いられる。この微粒成分としては、天然又は人造の各種の微粒成分が挙げられる。たとえば炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、珪石粉末等は得やすい微粒成分である。
また、この微粒成分の１部として、色調の調整のための二酸化マンガン、二酸化チタン、珪酸ジルコニウム、酸化鉄等の成分や、難燃性／不燃性付与のための三酸化アンチモン、ホウ素化合物、臭素化合物等の成分を添加配合してもよい。
前記の細粒成分は、得られる人造石の外観ならびに物理的性質に主要な要因として機能する。特に一部を露出することで他の成分と相まって外観上の色や模様の主要因とる。
そして、この細粒成分については、この発明においては、少くともその一部が透明性のあるものでその表面に蓄光性等の夜光性物質や紫外線吸収にともなう発光性のある蛍光物質を焼付け、または常温コーティングしたものとして用いることが欠かせない。つまり、細粒成分の一部または全量は、夜光性物質または蛍光性物質がその表面に被覆された透明性無機質骨材とする。このような透明光のある無機質骨材としての細粒成分としては、ガラスや珪石等が好適なものとして例示される。
組成物に配合する細粒成分については、その１０〜１００％の割合（重量）を前記の夜光性物質また蛍光性物質の表面被覆層を有する透明性無機質骨材とするのが好ましい。
また、微粒成分は細粒成分に比べて１００メッシュレベルよりも相当細かいものであり、細粒成分の一つ一つの粒の間に侵入し粒の間の空間を埋めるように位置し、得られる人造石の固さやしなやかさといった性質を得ることに寄与する。
細粒成分とこの微粒成分とは、その重量比において０．５：〜５：１さらには１：１〜４：１とするのが好ましい。
また、樹脂成分は、熱硬化性のものの中から広い範囲で選ぶことができる。
たとえば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が例示される。なかでも透明性、硬度、強度等の点からはメタクリル樹脂が好適なものとして示される。樹脂成分の配合割合は、組成物全体の１５重量％未満さらには１０重量％以下とするのが好ましい。この樹脂成分は、前述の骨格を形成する成分である細粒成分や、微粒成分に対して、これらを包み込み、全体を結合することに寄与し、人造石が完成したとき製品に弾性あるいは引張強度を与える機能がある。
従って、細粒成分や微粒成分からなる無機質骨材の使用量割合は限定される。すなわち、重量比で８５％以上なければならず、好ましくは９０％以上である。なお、９５％を超すと製品が脆くなり、使用しにくいものしか得られい。また、８５％未満では製品が柔らかすぎて石的な性質が得られず、使用範囲が樹脂板と同様な範囲となってしまう。
このことは、天然石等の細粒成分ならびに微粒成分以外のもの、すなわち、樹脂成分は製品において多くても重量比１５％を越えて存在してはならないことになる。
樹脂成分が１５％程度を超えると製品がプラスチック的になり、もはや人造石とは名のみの見かけだけのものとなる。また、樹脂成分を過度に少なくすることは製品の天然色に近い外観性を増大させる面もあるが製品が脆いものとなり、使用に適しなくなる。このような観点からは、より好ましくは、樹脂成分は３〜１０重量％となるようにする。
この発明の実施においてはこれら成分の構成比率が重要である。特に重要なことは樹脂成分と他の成分との構成比率である。この発明では、緻密な組織を有する高密度品を可能とすることが特徴の一つであるが、ここで高密度とは、人造石製品の中に含まれている細粒成分と微粒成分とが高密度に存在するという意味であり、その程度はたとえば密度２．２ｇ／ｃｍ³以上という、従来の人造石に含有されている範囲を越えている。
そして、この発明では、骨格成分である細粒成分の少なくとも一部が前記のとおりの夜光性物質または蛍光物質によって焼付け、または常温被覆されているものであることが実施上の特徴である。
透明性の無機質骨材、特に細粒成分の焼付け被覆では、透明細粒成分の粒子表面には数μｍ〜数十μｍ、たとえば５〜５０μｍ、より好ましくは２０〜４０μｍ程度の被覆が施されているようにする。より具体的には、１２０〜１２００℃程度の高温において焼付けて被覆を施すことができる。
焼付けられる蛍光物質としては、アルミン酸ストロンチウム、硫化亜鉛等々の蓄光性または紫外線照射により発光する各種の蛍光物質であってよい。
焼付けは従来より知られている各種の方法でなく、たとえば、アルミン酸ストロンチウム等の蓄光材の粉粒を分散させた分散液、あるいはペースト中に透明性無機質骨材、たとえば前記の細粒成分を混合し、乾燥して焼付けすることができる。
また常温コーティングによる被覆では、前記の分散液やペーストに透明粘着物質（バインダー）を用いておくことによっても被覆される。
なお、この発明では、前記のとおり、無機質細粒成分の大きさも特定のものとすることが望ましい。すなわち、無機質細粒成分は、前記の通り５〜７０メッシュの大きさとする。色のあるものとないものとを使用して、色を上あるいは下に濃く付けたい場合等において、色の有無により細粒の大きさを変えて使用することが考えられるが、極端に差のあるものの大量使用は、製品の強度を劣化させるので使用すべきではない。
一方、微粒成分の粒子の大きさは、前記の通り１００メッシュアンダーとする。細粒成分の粒子の間に十分に入り込めるものでなければならない。より具体的には１５０〜至２５０メッシュ程度のものが好ましい。
ただ、この発明は、前記のとおりの細粒成分および微粒成分に区別された無機質骨材を配合する組成物に限定されるものではない。
なお、この発明の高密度人造石において重要なことは、特例を除いて、これらの無機質骨材成分が製品のどの部分においても均一に分散していることが望ましいことである。
そして、製品の外部表面は研磨または粗面化するのが望ましい。実施上は破れた細粒成分が露出しているようにするのが好ましい。
研磨はこの発明の深み感のある高密度人造石の持っている緻密な組織状態を表面露出させるのに実用的に便利な方法である。もちろん、製品の面の一部を研磨して細粒成分を露出し、同じ面の他の部分との間の相違を模様として使用することもできる。
また、人造石を得る場合において、目標とする色調や意匠性をいかなるものとするかは重要な問題である。御影石や大理石は天然のものからの製品が得にくいことと、色艶が美麗なために目標の一つとなる。この発明においては、細粒成分として透明性のものを使用することで、御影石調や大理石調等の艶のあるものを得ることができる。細粒成分として石英系天然石を粉砕して得た細粒を使用することができるからである。
石英系天然石を粉砕して得た細粒は、多くの場合無色で透明である。透明でない場合もいくぶんの透明性を残しているものが多い。
無機顔料や、アゾ顔料、フタロシアニン系顔料等の有機顔料、あるいは各種の染料を加えることによって、均一な色を持ち、深みと艶のある独特の色調を持たせることもできる。
なお、この発明の人造石組成物では、色成分として細粒成分とほぼ同じ大きさの粒状の有色のものとを混合して使用し、製品に色を与えることもできる。
いずれにしても、従来の人造石に比べて色の再現性が遙かに容易に確保でき、変色がなく、深みと艶に優れたものが得られる。
蓄光性や紫外線発光性等とともに、通常でも優れた色調特性をも有するこの発明の高密度人造石は、その形状において板状、棒状、筒状等の任意とすることができる。
このための成形方法も多様に選択されるのであって、たとえば注型成形、圧縮成形等が適宜に考慮される。
圧縮成形法では、水平型枠としての下受型に、細粒成分、微粒成分および樹脂成分を予め成形完了後の組成において必要な量だけ配合して混練した材料（混合材料）を投入し、上型を合わせ、これを５〜１００ｋｇｆ／ｃｍ²の面圧で押圧して圧縮成形を行うものである。そしてこの成形においては、圧縮時に、概略９０〜１４０℃の温度に５〜２０分間程度加熱する。
また、この加熱しながらの圧縮成形においては、圧力とともに型枠に振動を加え、型枠内の上記混合材料の流動性を良くすることもできる。
このような圧縮成形による方法は、平板成形品のように比較的単純な形状な成形法として量産効果を発揮し、また、材料のロスがほとんどないため経済性にも優れたものである。
そして、この発明においては、成形後の成形体表面に粗面化加工を施し、微粒成分が表面部に露出するようにしてもよい。
このための方法としては、まず、樹脂成分の選択的除去法が採用される。すなわち、たとえば、成形型から脱型した後に、成形品の表面に高圧水を噴出させて地肌面加工を施すことが有効である。
この加工は、厚みや、ノズルとの距離、加工形態等の種々の条件によって異なるので限定的ではないが、通常は、２〜２０ｃｍの厚みの場合、２〜５０ｃｍ程度のノズルの高さからは、５０〜１４００ｋｇ／ｃｍ²程度の水圧とすることができる。この圧力は、自然石を対象とする場合に比べて、より低い水圧条件となる。
つまり、樹脂分の存在によって、より容易に、高品位での加工が可能となるためである。
高圧水の噴出のためのノズルやそのシステムについては特に制限はない。各種のものが採用される。
この地肌面加工によって、ウォータージェットによる平坦化、あるいは粗面化が実現され、深みのある質感を持った人造石が製造される。
樹脂成分の存在によって、表面が白濁することもなく、また、薬品を用いるエッチング方法に比べて、廃液の処理も容易となる。
もちろん、必要に応じて、表面部を有機溶剤によって処理し、樹脂成分を軟化もしくは溶融させて部分除去することもできる。
この場合の有機溶媒としては、使用する樹脂成分に対応して選択すればよく、たとえば、塩化メチレン、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素、無水酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸やそのエステル化合物、あるいはアセトン、テトラヒドロフラン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ等が例示される。
成形体はこれらの有機溶媒に浸漬するか、あるいはこれら有機溶媒をスプレーもしくは流下させ、軟化もしくは溶融した樹脂成分を表面部から取除くことで表面凹凸を形成することができる。
あるいはまた、ワイヤーブラシ、切削手段等によって硬度の低い樹脂成分を表面部よりかき取るようにして凹凸を形成してもよい。
以上の各種手段によって粗面化し、地肌面加工を施した後に、前記した通り、表面を研磨することにより、表面の細粒成分の被覆層を部分的に破り、この被覆層と細粒成分の粒子とが断面として製品の表面部に露出させる。これによって、独特の深みと艶のある表面質感が実現される。これはすでに前述した通りの光の独特の反射現象に帰因するものである。
表面研磨のための手段には特に限定はなく、砥石、研磨布、研磨ベルトなどの工具を用いて、あるいは、バフ研磨剤、ラビングコンパウンド等の研磨剤を用いて実施する事ができる。
研磨材としては、研磨作用を主とするダイヤモンド、炭化ホウ素、コランダム、アルミナ、ジルコニアや、琢磨作用を主とするトリポリ、ドロマイト、アルミナ、酸化クロム、酸化セリウム等が適宜に使用される。
もちろん、このような研磨を施した後に、表面部をさらに粗面化し、凹凸を形成してもよい。ただし、この場合にも、上記の通り、少くとも一部の細粒成分の粒子とその被覆層の断面が露出しているようにする。
こうすることによっても、優れた発光特性とともに、優れた肌合い、質感を有する人造石が製造される。
添付した図面の第１図は、この発明の人造石（１）を例示した断面図である。たとえばこの第１図に示したように、人造石（１）は、主として、透明性無機質骨材としての細粒成分（２）と、より粒径の小さい微粒成分（３）、そしてバインダーとしての樹脂成分（４）により構成されている。
細粒成分（２）の表面には蓄光性または紫外線発光性物質（５）が焼付被覆され、人造石（１）の表面は研磨されている。
この構成においては、外部から照射された光は、内部の焼付けられた被覆物質（５）にまで達し、また、樹脂成分（４）として透明性に優れたメタクリル樹脂（ＭＭＡ樹脂）を用いる場合には、人造石（１）の厚み方向の全域に入射されることになる。
このため、その内部にまで入射光が浸透し、また内部からも発光することになる。つまり、光の吸収層および発光層が厚くなる。このため短時間での蓄光が可能となり、また発光効率も大きくなる。
細粒成分の表面のみの被覆であるため、夜光性または蛍光性物質の使用量は少なくてすむことになる。
以下、実施例を説明する。もちろん、この発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
実施例
実施例１
あらかじめ、アルミン酸ストロンチウム系蓄光材を用いて約１０００℃で表面焼付け層を約３０μｍの厚みで設けた粒径１０〜２５メッシュの天然珪石を全細粒成分の５０重量％として用い、細粒成分と、平均粒径２３０メッシュの炭酸カルシウムとを、その重量比２：１において、組成物全重量の８９重量％となるように、１１重量％のメチルメタアクリレート（ＭＭＡ）およびＭＭＡ重量の１．５重量％の硬化剤とともに均一に混合してモルタル状とした。
この組成を、型枠内に投入し、厚み約１５ｍｍの板状体に成形した。
次いで、表面部をダイヤモンド系砥石および炭化珪素・マグネシア系砥石を用いて研磨した。これにより、焼付け被覆層を有する細粒成分は、その焼付け層と細粒成分との部分断面を露出させた。
得られた人造石は、厚み方向全体の夜光性の蓄光／発光特性を示し、普通でも、深みのある、大理石調の乳白色と艶をもち、内部や表面に気泡が存在せず、組成は均一であった。
日本工業規格ＪＩＳ Ｋ−７１１２に従った試験では、比重２．２９であった。また、吸水率は、０．１３％であった。その他の特性は以下の表１の通りであった。

また、３％塩酸水溶液８時間浸漬、並びに３％水酸化ナトリウム水溶液８時間浸漬による耐酸性、耐アルカリ性試験によっても異常は認められなかった。
得られた製品を建物の壁板として使用したところ、深みのある美麗な御影石調の壁を得ることができた。
実施例２
あらかじめ、アルミン酸ストロンチウム系蓄光材を用いて、７００℃で表面焼付け層を約４０μｍの厚みで設けた粒径５〜５０メッシュの透明ガラスを全細粒成分の４０重量％用い、細粒成分と平均粒径２５０メッシュの天然珪石粉末とをその重量比２：１において、組成物全重量の８７％となるように、１３重量％のメチルメタアクリレート（重量の２．０重量％の過酸化物系硬化剤を含むもの）とともに均一に混合し、加圧加熱成形を行い、厚み１２ｍｍの板状体とした。
次いで表面部をダイヤモンド砥石及び、炭化珪素アグネシア系砥石を用い研磨し、さらに１１００ｋｇ／ｃｍ²のウォータージェット圧力（ノズル径０．７５ｍｍ、噴射距離４０ｍｍ）で、表面部の樹脂部分のみを除去した。
得られた人造石は、通常では、深みを有し、ノンスリップ機能を備えたものであり、夜間においては、蓄光性により、厚み方向全体に長時間視認可能なものであった。
非常停電時の夜光性誘導標識建材として、有効な人造石として、使用することができた。
産業上の利用可能性
以上の通り、この発明では、夜光性等の光特性に優れた、また深みと艶のある優れた色調と、良好な特性を持つ高密度人造石を提供する。しかもこのように優れた製品の製造は従来品に比べてはるかに低コストで実現される。

Claims (9)

1. 無機質骨材と樹脂とが含有されている人造石であって、
   樹脂は人造石全体の１５重量％未満で、
   無機質骨材は人造石全体の８５〜９５重量％で、５〜７０メッシュの大きさの細粒成分と１００メッシュアンダーの大きさの微粒成分とからなり、細粒成分と微粒成分との重量比が１：１〜４：１であって、
   無機質骨材の少なくとも一部として、表面に蓄光性または紫外線発光性を有する夜光性または蛍光性物質が焼付けられ、または常温被覆された透明性無機質骨材が組成物全体量の５〜６５重量％の割合で配合されていることを特徴とする夜光性または蛍光性人造石。
2. 透明性無機質骨材がガラスまたは珪石である請求項１の夜光性または蛍光性人造石。
3. 配合される無機質骨材の２０〜８０重量％が、夜光性または蛍光性物質が表面に焼付けされ、または常温被覆された透明性無機質骨材である請求項１の夜光性または蛍光性人造石。
4. 樹脂がメタアクリル樹脂である請求項１の夜光性または蛍光性人造石。
5. 細粒成分の少なくとも一部が夜光性または蛍光性物質が表面に焼付けされ、または、常温被覆された透明性無機質骨材である請求項１の夜光性または蛍光性人造石。
6. 細粒成分の１０〜１００％（重量）が夜光性または蛍光性物質が表面に焼付けられ、または常温被覆された透明性無機質骨材である請求項５の夜光性または蛍光性人造石。
7. 夜光性または蛍光性物質の被覆層の厚みが５〜５０μｍである請求項１の夜光性または蛍光性人造石。
8. 樹脂の割合が１０重量％以下である請求項１の夜光性または蛍光性人造石。
9. 人造石の表面において、夜光性または蛍光性物質の被覆層の少なくとも一部が破られている請求項１の夜光性または蛍光性人造石。

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