JP4198889B2 - 木質セメント板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は木質補強材で補強したセメント板、即ち木質セメント板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から粗構造を有する芯層の表裏面に緻密構造を有する表裏層を形成した三層構造の木質セメント板が提供されている。上記木質セメント板にあっては、芯層のクッション性により良好な可撓性が付与され、表裏層の緻密性によって良好な平滑性、表面強度が付与され、かつ芯層のクッション性と表層の緻密性とが相俟って良好なエンボス性が付与される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記三層構造の木質セメント板にあっては、芯層と表裏層との組成割合が違うことにより、芯層と表裏層との吸放水性が異なるため、芯層と表裏層とで吸放水による伸縮の度合に差を生じ、そのために表裏層あるいは芯層特に芯層と表裏層との境界部分にクラックが発生すると云う問題点がある。特に高比重の木質セメント板にあっては靱性が低いために上記表裏層あるいは芯層のクラックが発生し易い。
上記木質セメント板の表裏層あるいは芯層のクラックの発生を防止するために合成繊維を添加することが提案されているが、表裏層に合成繊維を添加すると表裏面に微細な空孔いわゆる巣穴が形成され易くなり、表面性が劣化しかつ耐クラック性もかえって劣化する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、粗構造を有する芯層の表裏面に緻密構造を有する表裏層を形成した三層構造の木質セメント板の製造方法であって、表裏層用原料混合物を板上に散布して表層マットを形成し、該表層マット上に芯層用原料混合物を散布して芯層マットを形成し、更に該芯層マット上に表裏層用原料混合物を散布して裏層マットを形成し、このようにして形成された三層構造のマットを圧締状態で一次養生後オートクレーブ中で高温高圧下に二次養生する場合、該芯層用原料混合物中に熱可塑性繊維を混合しておき、該二次養生の高温によって該熱可塑性繊維を溶融せしめる木質セメント板の製造方法を提供するものである。該熱可塑性繊維の繊維径は５０μｍ以下であり、また該熱可塑性繊維は芯層用原料に対して１〜３重量％添加されることが好ましい。本発明の製造方法が特に有用に適用されるのは、比重が１．２〜１．５の高比重の木質セメント板である。
本発明を以下に詳細に説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
〔三層構造〕
本発明の木質セメント板は緻密構造を有する表裏層と該表裏層間に介在する粗構造を有する芯層とからなる三層構造とする。該表裏層としては、例えばセメント３０〜６０重量％、珪酸質原料３０〜６０重量％、木片および／または木粉５〜２５重量％との混合物が好ましい。上記セメントとはポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等種々のセメント類を包含するものである。上記珪酸質原料は例えば珪砂、珪石砂、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、シラスバルーン、パーライト、ケイ酸物質を含む木質セメント板廃材の粉末等のケイ酸を含有する種々の無機粉体を含有するものである。また上記木片は補強材として用いられるもので、表裏層を緻密構造とするため網目１０mmを全通し平均網目４．５mmのサイズで厚みが１mm以下のものが望ましい。木片のみでは表裏層の緻密性が若干低下するので木片と木粉を併用してもよい。上記表裏層および芯層を構成する混合物には更に塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、硫酸アルミニウム、水ガラス等の硬化促進剤が添加されてもよい。
【０００６】
本発明の木質セメント板の芯層としては、熱可塑性繊維の添加量１〜３重量％とする以外特に限定しないが、例えばセメント３０〜６０重量％、珪酸質原料３０〜６０重量％、木質補強材５〜２５重量％との混合物が好ましい。該木質補強材は表裏層に使用する木片と同様な木片および／または径が約０．１〜２．０mm、長さが約２〜３５mmの範囲にある木質繊維束を用いるのが望ましいが、更に望ましい木質繊維束の形状としては分枝および／または弯曲および／または折曲させることによって嵩高くされたもので、その嵩比重は約０．０３〜０．０５g ／cm3 の範囲にある木質繊維束である。また該表裏層および／または芯層には前記したように木質セメント板の廃材の粉末を５〜３０重量％程度混合してもよい。該木質セメント板の廃材の粉末は１６メッシュ以下の微粉であり、該粉末はセメントマトリクス中に存在する空隙に充填してセメントマトリクスを補強する。
【０００７】
〔熱可塑性繊維〕本発明に使用される熱可塑性繊維とは、例えばポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、低融点ポリエステル繊維、低融点ポリアミド繊維等、オートクレーブ中での二次養生における高温以下の融点（通常２００℃以下）を有し、上記二次養生中に溶融することが出来る熱可塑性繊維である。上記熱可塑性繊維は上記二次養生中の高温によって円滑に溶融することが出来るよう、繊維径が５０μｍ以下である。
【０００８】
〔木質セメント板の製造方法〕
本発明の木質セメント板の製造方法としては、工程の連続化が容易で装置も簡単な乾式製造方法を採用することが望ましい。乾式製造方法においては、型板上に表裏層用原料混合物をマット状に散布し、次いでその上に芯層用原料混合物をマット状に散布し、更にその上に表裏層用原料混合物をマット状に散布するのであるが、この際各原料混合物には硬化反応により所定の強度（物性）を発揮するようにそれぞれ水を３０〜４５重量％添加しておく。芯層用原料混合物に木片を添加し、木質繊維束として上記分枝および／または弯曲および／または折曲させることによって嵩高くされたものを用いると、混合物がほぐれ易くなり、型板上に均一に散布し易くなる。連続製造法においては、上記型板は多数個ベルトコンベア上に載置せしめられ、型板上に散布された原料混合物は所望なればロール等によって若干押圧される。
【０００９】
該マットはその後圧締予備硬化され所望の形状に成形される。圧締予備硬化条件は通常圧締圧１〜４ＭＰa 、温度６０〜８０℃、時間６〜２０時間程度で行われ、加熱は通常蒸気で行われる。圧締は二つの型板間に上記マットを挟み込む状態とし、これを多段状態で挟圧することによって行われるが、該型板面には所定の形状、凹凸模様等が施されていてもよい。上記圧締予備硬化によって得られた予備硬化物はその後二次養生される。該二次養生条件は通常圧力０．５〜１．５ＭＰa 、温度１６０〜２００℃、時間５〜１２時間程度である。
【００１０】
上記二次養生によりセメントとケイ酸含有物質とのケイ酸カルシウム反応は完全に行われ、かつ上記二次養生中の高温によって、芯層に混合されている熱可塑性繊維は溶融し、溶融物はその周りの芯層中に拡散する。本発明の製造方法による木質セメント板が良好な耐クラック性を有するのは、上記したように熱可塑性繊維が溶融して周りの芯層に拡散し、芯層の吸放水による伸縮性が抑制され、しかも熱可塑性繊維が溶融拡散した跡に繊維形状に対応した無数の長細孔が形成され、この長細孔が表裏層に達して芯層と表裏層との間に該長細孔を介して水分のやりとりが行われ、例えば表裏層に過多の水分があるとこの長細孔を通って芯層へ向い、逆に芯層に過多の水分があると該長細孔を通って表裏層に向い、芯層と表裏層との水分含有量が均一化され、板全体が均一含水率化し、芯層と表裏層との吸放水による伸縮の度合が略一定となる。
該熱可塑性繊維の添加量が芯層中３重量％を越えた場合には、長細孔形成が過多となり、製品の耐水性、機械的強度が低下し、１重量％に満たない場合には、長細孔形成が少なく芯層と表裏層との水分のやりとりが円滑に行われなくなり、耐クラック性の改良が顕著に行われない。
【００１１】
〔実施例１〜３〕
表１に掲げた表裏層および芯層用の原料混合物を調製し、まず表裏層用の原料混合物を下型板上に散布して８mm厚のマットとし、その上に芯層用の原料混合物を散布して３８mm厚のマットとし、更にその上に表裏層用の原料混合物を散布して４６mm厚のマットとし、その上から上型板を当接してプレス成形後に圧力４ＭＰa 、温度７０℃にて１０時間圧締予備硬化を行なう。得られた三層構造の成形体は１８mmの板状体であり、該成形体はその後オートクレーブ中にて圧力０．６ＭＰa 、温度１６５℃にて７時間二次養生され、該成形体中のセメントとケイ酸含有物質とはケイ酸カルシウム反応によって硬化し、かつ芯層のポリプロピレン繊維あるいはビニロン繊維は加熱溶融され、芯層内で長細孔を形成しながら繊維状に溶融し、その後軟化収縮した。なお実施例１，３の芯層におけるビニロン繊維は夫々繊維径５０μｍ、１５μｍのものを用い、実施例２の芯層におけるビニロン繊維は繊維径２５μｍのポリプロピレン繊維を用いた。
【００１２】
〔比較例１〜３〕
実施例と同様に表１に掲げた表裏層および芯層用の原料混合物を調製したが、該比較例では表裏層用の原料混合物にポリプロピレン繊維を添加したものと、熱可塑性繊維を添加しないものを用意し、芯層用の原料混合物は比較例３のみに繊維径４００μｍのビニロン繊維を添加した。成形体は該比較例の原料混合物を用いて実施例と同条件で厚み１８mmの三層構造の成形体を作製した。
該成形体は成形体中のセメントとケイ酸含有物質とはケイ酸カルシウム反応によって硬化し、かつ芯層の発泡性ポリスチレンビーズは発泡しその後軟化収縮したが、該ポリスチレンビーズは芯層内で球状の空隙を形成するも長細孔は形成されず、繊維状には溶融しなかった。
【００１３】
【表１】
【００１４】
表１をみれば、熱可塑性繊維が表裏層にも芯層にも添加されていない比較例１は耐クラック性が劣り、熱可塑性繊維が表裏層のみに添加されている比較例２は表面性が悪化し、また耐クラック性も充分改良されていない。更に繊維径が４００μｍのビニロン繊維を芯層に添加した比較例３も耐クラック性が改善されていない。
一方本発明の木質セメント板試料（実施例１，２，３）は比重が１．２以上の高比重のものであっても、優れた表面性、耐クラック性、および耐凍性を有する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明では、例えば靱性に乏しい高比重のものであっても、優れた表面性、耐クラック性を有する木質セメント板が得られる。
【発明の属する技術分野】
本発明は木質補強材で補強したセメント板、即ち木質セメント板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から粗構造を有する芯層の表裏面に緻密構造を有する表裏層を形成した三層構造の木質セメント板が提供されている。上記木質セメント板にあっては、芯層のクッション性により良好な可撓性が付与され、表裏層の緻密性によって良好な平滑性、表面強度が付与され、かつ芯層のクッション性と表層の緻密性とが相俟って良好なエンボス性が付与される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記三層構造の木質セメント板にあっては、芯層と表裏層との組成割合が違うことにより、芯層と表裏層との吸放水性が異なるため、芯層と表裏層とで吸放水による伸縮の度合に差を生じ、そのために表裏層あるいは芯層特に芯層と表裏層との境界部分にクラックが発生すると云う問題点がある。特に高比重の木質セメント板にあっては靱性が低いために上記表裏層あるいは芯層のクラックが発生し易い。
上記木質セメント板の表裏層あるいは芯層のクラックの発生を防止するために合成繊維を添加することが提案されているが、表裏層に合成繊維を添加すると表裏面に微細な空孔いわゆる巣穴が形成され易くなり、表面性が劣化しかつ耐クラック性もかえって劣化する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、粗構造を有する芯層の表裏面に緻密構造を有する表裏層を形成した三層構造の木質セメント板の製造方法であって、表裏層用原料混合物を板上に散布して表層マットを形成し、該表層マット上に芯層用原料混合物を散布して芯層マットを形成し、更に該芯層マット上に表裏層用原料混合物を散布して裏層マットを形成し、このようにして形成された三層構造のマットを圧締状態で一次養生後オートクレーブ中で高温高圧下に二次養生する場合、該芯層用原料混合物中に熱可塑性繊維を混合しておき、該二次養生の高温によって該熱可塑性繊維を溶融せしめる木質セメント板の製造方法を提供するものである。該熱可塑性繊維の繊維径は５０μｍ以下であり、また該熱可塑性繊維は芯層用原料に対して１〜３重量％添加されることが好ましい。本発明の製造方法が特に有用に適用されるのは、比重が１．２〜１．５の高比重の木質セメント板である。
本発明を以下に詳細に説明する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
〔三層構造〕
本発明の木質セメント板は緻密構造を有する表裏層と該表裏層間に介在する粗構造を有する芯層とからなる三層構造とする。該表裏層としては、例えばセメント３０〜６０重量％、珪酸質原料３０〜６０重量％、木片および／または木粉５〜２５重量％との混合物が好ましい。上記セメントとはポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等種々のセメント類を包含するものである。上記珪酸質原料は例えば珪砂、珪石砂、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、シラスバルーン、パーライト、ケイ酸物質を含む木質セメント板廃材の粉末等のケイ酸を含有する種々の無機粉体を含有するものである。また上記木片は補強材として用いられるもので、表裏層を緻密構造とするため網目１０mmを全通し平均網目４．５mmのサイズで厚みが１mm以下のものが望ましい。木片のみでは表裏層の緻密性が若干低下するので木片と木粉を併用してもよい。上記表裏層および芯層を構成する混合物には更に塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、硫酸アルミニウム、水ガラス等の硬化促進剤が添加されてもよい。
【０００６】
本発明の木質セメント板の芯層としては、熱可塑性繊維の添加量１〜３重量％とする以外特に限定しないが、例えばセメント３０〜６０重量％、珪酸質原料３０〜６０重量％、木質補強材５〜２５重量％との混合物が好ましい。該木質補強材は表裏層に使用する木片と同様な木片および／または径が約０．１〜２．０mm、長さが約２〜３５mmの範囲にある木質繊維束を用いるのが望ましいが、更に望ましい木質繊維束の形状としては分枝および／または弯曲および／または折曲させることによって嵩高くされたもので、その嵩比重は約０．０３〜０．０５g ／cm3 の範囲にある木質繊維束である。また該表裏層および／または芯層には前記したように木質セメント板の廃材の粉末を５〜３０重量％程度混合してもよい。該木質セメント板の廃材の粉末は１６メッシュ以下の微粉であり、該粉末はセメントマトリクス中に存在する空隙に充填してセメントマトリクスを補強する。
【０００７】
〔熱可塑性繊維〕本発明に使用される熱可塑性繊維とは、例えばポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、低融点ポリエステル繊維、低融点ポリアミド繊維等、オートクレーブ中での二次養生における高温以下の融点（通常２００℃以下）を有し、上記二次養生中に溶融することが出来る熱可塑性繊維である。上記熱可塑性繊維は上記二次養生中の高温によって円滑に溶融することが出来るよう、繊維径が５０μｍ以下である。
【０００８】
〔木質セメント板の製造方法〕
本発明の木質セメント板の製造方法としては、工程の連続化が容易で装置も簡単な乾式製造方法を採用することが望ましい。乾式製造方法においては、型板上に表裏層用原料混合物をマット状に散布し、次いでその上に芯層用原料混合物をマット状に散布し、更にその上に表裏層用原料混合物をマット状に散布するのであるが、この際各原料混合物には硬化反応により所定の強度（物性）を発揮するようにそれぞれ水を３０〜４５重量％添加しておく。芯層用原料混合物に木片を添加し、木質繊維束として上記分枝および／または弯曲および／または折曲させることによって嵩高くされたものを用いると、混合物がほぐれ易くなり、型板上に均一に散布し易くなる。連続製造法においては、上記型板は多数個ベルトコンベア上に載置せしめられ、型板上に散布された原料混合物は所望なればロール等によって若干押圧される。
【０００９】
該マットはその後圧締予備硬化され所望の形状に成形される。圧締予備硬化条件は通常圧締圧１〜４ＭＰa 、温度６０〜８０℃、時間６〜２０時間程度で行われ、加熱は通常蒸気で行われる。圧締は二つの型板間に上記マットを挟み込む状態とし、これを多段状態で挟圧することによって行われるが、該型板面には所定の形状、凹凸模様等が施されていてもよい。上記圧締予備硬化によって得られた予備硬化物はその後二次養生される。該二次養生条件は通常圧力０．５〜１．５ＭＰa 、温度１６０〜２００℃、時間５〜１２時間程度である。
【００１０】
上記二次養生によりセメントとケイ酸含有物質とのケイ酸カルシウム反応は完全に行われ、かつ上記二次養生中の高温によって、芯層に混合されている熱可塑性繊維は溶融し、溶融物はその周りの芯層中に拡散する。本発明の製造方法による木質セメント板が良好な耐クラック性を有するのは、上記したように熱可塑性繊維が溶融して周りの芯層に拡散し、芯層の吸放水による伸縮性が抑制され、しかも熱可塑性繊維が溶融拡散した跡に繊維形状に対応した無数の長細孔が形成され、この長細孔が表裏層に達して芯層と表裏層との間に該長細孔を介して水分のやりとりが行われ、例えば表裏層に過多の水分があるとこの長細孔を通って芯層へ向い、逆に芯層に過多の水分があると該長細孔を通って表裏層に向い、芯層と表裏層との水分含有量が均一化され、板全体が均一含水率化し、芯層と表裏層との吸放水による伸縮の度合が略一定となる。
該熱可塑性繊維の添加量が芯層中３重量％を越えた場合には、長細孔形成が過多となり、製品の耐水性、機械的強度が低下し、１重量％に満たない場合には、長細孔形成が少なく芯層と表裏層との水分のやりとりが円滑に行われなくなり、耐クラック性の改良が顕著に行われない。
【００１１】
〔実施例１〜３〕
表１に掲げた表裏層および芯層用の原料混合物を調製し、まず表裏層用の原料混合物を下型板上に散布して８mm厚のマットとし、その上に芯層用の原料混合物を散布して３８mm厚のマットとし、更にその上に表裏層用の原料混合物を散布して４６mm厚のマットとし、その上から上型板を当接してプレス成形後に圧力４ＭＰa 、温度７０℃にて１０時間圧締予備硬化を行なう。得られた三層構造の成形体は１８mmの板状体であり、該成形体はその後オートクレーブ中にて圧力０．６ＭＰa 、温度１６５℃にて７時間二次養生され、該成形体中のセメントとケイ酸含有物質とはケイ酸カルシウム反応によって硬化し、かつ芯層のポリプロピレン繊維あるいはビニロン繊維は加熱溶融され、芯層内で長細孔を形成しながら繊維状に溶融し、その後軟化収縮した。なお実施例１，３の芯層におけるビニロン繊維は夫々繊維径５０μｍ、１５μｍのものを用い、実施例２の芯層におけるビニロン繊維は繊維径２５μｍのポリプロピレン繊維を用いた。
【００１２】
〔比較例１〜３〕
実施例と同様に表１に掲げた表裏層および芯層用の原料混合物を調製したが、該比較例では表裏層用の原料混合物にポリプロピレン繊維を添加したものと、熱可塑性繊維を添加しないものを用意し、芯層用の原料混合物は比較例３のみに繊維径４００μｍのビニロン繊維を添加した。成形体は該比較例の原料混合物を用いて実施例と同条件で厚み１８mmの三層構造の成形体を作製した。
該成形体は成形体中のセメントとケイ酸含有物質とはケイ酸カルシウム反応によって硬化し、かつ芯層の発泡性ポリスチレンビーズは発泡しその後軟化収縮したが、該ポリスチレンビーズは芯層内で球状の空隙を形成するも長細孔は形成されず、繊維状には溶融しなかった。
【００１３】
【表１】
表１をみれば、熱可塑性繊維が表裏層にも芯層にも添加されていない比較例１は耐クラック性が劣り、熱可塑性繊維が表裏層のみに添加されている比較例２は表面性が悪化し、また耐クラック性も充分改良されていない。更に繊維径が４００μｍのビニロン繊維を芯層に添加した比較例３も耐クラック性が改善されていない。
一方本発明の木質セメント板試料（実施例１，２，３）は比重が１．２以上の高比重のものであっても、優れた表面性、耐クラック性、および耐凍性を有する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明では、例えば靱性に乏しい高比重のものであっても、優れた表面性、耐クラック性を有する木質セメント板が得られる。
Claims (3)
- 粗構造を有する芯層の表裏面に緻密構造を有する表裏層を形成した三層構造の木質セメント板の製造方法であって、表裏層用原料混合物を板上に散布して表層マットを形成し、該表層マット上に芯層用原料混合物を散布して芯層マットを形成し、更に該芯層マット上に表裏層用原料混合物を散布して裏層マットを形成し、このようにして形成された三層構造のマットを圧締状態で一次養生後オートクレーブ中で高温高圧下に二次養生する場合、該芯層用原料混合物中に、繊維径が５０μｍ以下の熱可塑性繊維を混合しておき、該二次養生の高温によって該熱可塑性繊維を溶融せしめることを特徴とする木質セメント板の製造方法。
- 該熱可塑性繊維は芯層用原料に対して１〜３重量％添加される請求項１に記載の木質セメント板の製造方法。
- 製造される木質セメント板の比重は１．２〜１．５の高比重である請求項１または２に記載の木質セメント板の製造方法。
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