JP4355992B2

JP4355992B2 - 高強度窯業系電磁波吸収材とその製造方法

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Publication number: JP4355992B2
Application number: JP2002210713A
Authority: JP
Inventors: 再華陳; 俊作加藤; 眞昊李
Original assignee: 財団法人かがわ産業支援財団
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004051412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波−水蒸気養生法を利用した高性能ケイ酸カルシウム系建材の迅速・省エネルギー製造法に関するものである。すなわち、強度、寸法安定性、不燃性、断熱性など性能を備え、且つ、電磁波吸収性能を有する窯業系固化体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水熱養生法では、珪酸質原料、石灰質原料、補強繊維などの主原料のほかに、十数〜数十％のセメントを混合し、水を添加・混練して成形した後、回分式のオートクレーブ内にいれ、高温高圧水蒸気下で長時間養生し、高強度窯業系固化体を製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
水熱養生法では珪酸カルシウムやセメントをマトリックスとする場合、大型のオートクレーブに高温高圧水蒸気を導入し、１０気圧、１６０〜１８０℃の条件下、数時間から十数時間かけて養生処理することにより、高強度固化体を製造している。このため、高温高圧水蒸気を長時間導入する必要があり、多量のエネルギーを消費し、また、長時間を要するため、装置が大型化し、設備費のみならず運転費が高くなる。
【０００４】
さらに、電磁波吸収性を向上するためフェライト等の磁性粉末を大量に混入する必要があるが、大量に混入すると成形体の機械的強度が低下する。そのため、フェライト等の磁性体入り高強度窯業系建材の製造は困難である。機械強度を高めるため、例えば、特開平７−７４４９４号、特開平１０−２０９６６７号、特開２００１−２２０１９８号などに示されるように、一般的に▲１▼前後２枚の強化材（例えばコンクリート材、ケイカル材など）で挟む、▲２▼金属メッシュを埋設する方法がある。このような多層構造を取るため、加工工程が付加され、且つ、厚さや、重さが増大する問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、新規な窯業系電磁波吸収体とその製造方法を見出したものである。本発明によれば、従来法で製造されている窯業系成形体に較べると、反応速度が大きく、反応温度が低く、且つ、圧力は大気圧であることから、本発明の電磁波吸収性高強度窯業系固化体の製造方法は大幅な省エネルギー製造法である。また、マイクロ波の照射によりケイカル−フェライト間に結合が生じ、本窯業系固化体の機械強度の向上に寄与しているものと推察される。すなわち、従来方法で製造したフェライト含有窯業系固化体に比べて、機械的強度が優れている。本発明によって製造した窯業系電磁波吸収体は、機械的強度と電磁波吸収機能を一体的に実現でき、単独での使用が可能になることから、内・外装材などとして実用的に使用することが可能となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、珪酸質原料、石灰質原料、フェライトなどの磁性粉末、補強繊維に水酸化アルカリ水溶液を加えて混練する。この混合物を成形した後、原料成形体から低温で余剰水分を乾燥させ、得られた半固化体を開放系中水蒸気を供給しながらマイクロ波照射した後、乾燥の各工程を経る窯業系電磁波吸収体の製造方法を要旨としている。
【０００７】
ケイ酸カルシウム系電磁波吸収体の場合、原料の珪酸質原料、石灰質原料、フェライト等の磁性粉末、補強繊維、水及び水酸化アルカリを混練して原料ゲルとする。この原料ゲルの水分率は、次工程の成形方法にもよるが、２０〜３０％が好ましい。なお、水酸化アルカリとしては水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが利用できるが、材料の強度及びコスト面から考えて、水酸化ナトリウムが望ましい。
【０００８】
上記の混合原料ゲルを加圧成形し、この原料成形体を６０℃以下、６時間以内の条件で乾燥処理（前乾燥）を行い半固化体とした。この半固化体を大気圧下１００℃以下の水蒸気雰囲気中で温度を一定に保ちながら２時間以内マイクロ波照射した後、６０から１００℃の所定温度で所定時間、乾燥（後乾燥）することを特徴としている。
【０００９】
前乾燥及び後乾燥法として通常の乾燥機が用いられるが、マイクロ波乾燥法を利用することにより迅速乾燥が達成できる。前乾燥にマイクロ波を利用する場合、固化体の温度を６０℃以下の一定温度に制御しながら２時間以内マイクロ波照射して所定水分量まで乾燥する。また、後乾燥にマイクロ波を用いる場合、所定時間マイクロ波水蒸気養生した後、水蒸気の導入をやめ、開放系で３０分以内、６０〜１００℃の一定温度に制御しながらマイクロ波を照射して乾燥し、自然冷却する。前乾燥及び後乾燥工程において、マイクロ波照射とともに固化体の温度と同等以下の空気を送風することにより、さらに短時間に乾燥できる。
【００１１】
【発明の実施形態】
本発明における磁性粉末として、各種のフェライト、例えば、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇなどおよびこれらの混合したあらゆるフェライト中少なくとも一種以上のもの、また、マグネタイトやその他の磁性材料である。また、フェライト等の磁性材料の粒径は、１００ミクロン以下、ナノオーダーまで使用できる。磁性材料の添加量は原料粉体の中の１０〜７０重量％で電磁波吸収性能から算出した量比が選ばれる。
珪酸質原料としては、珪酸（ＳｉＯ_２）が含まれている原料を言う。例えば珪石、珪砂、珪藻土、白土等の鉱物微粉末、フライアッシュ、シリカヒュームダスト、コンクリート廃材、建設汚泥等を用いることができる。
石灰質原料としては、例えば、生石灰、生石灰の乾式消化で得られる粉末状の消石灰や多量の水で生石灰を湿式消化して得られるスラリー状の消石灰（石灰乳）等を使用することができる。
また、珪酸質原料と石灰質原料との重量比は実際に使用される原料の性質にもよるが、一般的に８５対１５前後の割合が望ましい。
【００１２】
本発明では、養生温度を１００℃以下に低温化できたことから、従来法では用いることができなかった高温域において熱分解する有機系繊維を採用することができる。有機系補強繊維としては、セルロース繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維等を採用することができる。無機系補強繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ステンレス繊維を採用することができる。なお、セルロース系繊維として廃木材繊維、古紙などが利用できる。不燃性を高めることを考慮すると無機系補強繊維の採用が好ましい。本発明において、補強繊維の添加量は原料固形物に対して５ｗｔ％以下である。
【００１３】
ここで、珪酸質原料、石灰質原料、補強繊維とフェライト等の磁性粉体などの混合物に水酸化アルカリを添加することにより、養生工程での固化が促進し、機械的強度が向上するとともに、寸法安定性が優れ、乾燥工程における変形がない高強度成形体が得られる。水酸化アルカリとして水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが用いることができるが、材料の強度面及びコスト面などから考えて、水酸化ナトリウムが望ましい。また、その添加量は珪酸質原料と石灰質原料との混合物に対し、４重量部以下の量を添加することが望ましい。
【００１４】
前乾燥処理の温度や乾燥時間は、原料成形体の原料組成及び原料成形体の水分率により変動する。水酸化ナトリウムを添加する場合、前乾燥処理によって半固化体中の含水率を１０〜１５ｗｔ％にすることが望ましい。さらに、半固化体の表面と内部との乾燥度合いが極端に異なると反りや割れが発生する。通常の加熱乾燥法では高温、短時間の前乾燥は適さないが、マイクロ波乾燥法では内部から加熱するので反りや割れが発生しにくく、効果的である。しかし、マイクロ波出力が高いと内部温度が高くなりすぎることがあり、内部温度を６０℃以下に制御しながら低出力で送風乾燥と組み合わせることが望ましく、特に、パルス照射が効果的である。
【００１５】
前乾燥処理により得られた半固化体は次のマイクロ波照射工程で固化が促進する。マイクロ波照射法では大気圧下、１００℃以下の条件で水蒸気を供給しながら２時間以内マイクロ波照射して固化する。成分組成等を制御することにより、水蒸気養生時間が十数分で高強度固化体が得られる。この条件は従来の水熱養生法と比べ著しく低温化、短時間化されている。１００℃より高温でする場合、さらに養生時間を短縮することも可能である。すなわち、マイクロ波−水蒸気養生法を用いることによって、従来の水熱養生法の１／３〜１／１０の時間で実用的機械強度および寸法安定性を有する窯業系電磁波吸収体が得られる。
【００１６】
以下、本発明に係る窯業系成形体の製造方法について説明する。
まず、珪酸質原料、石灰質原料、フェライト等の磁性粉体、補強繊維を所定の割合で混合して粉体原料とする。この際、補強繊維の種類にもよるが、繊維の分散を確認してから次工程へ進む。
上記粉体原料に、所定の水酸化アルカリ水溶液及び水を添加し、水分率を２０〜３０％と調整した後、十分に混練してゲル状の混合物を得る。ここで、水酸化アルカリは、混合物固形分総量１００重量部に対して、固形分４重量部以下とする。前記原料ゲルを型枠に投入し、加圧成形して原料成形体を得る。この原料成形体を６０℃以下で６時間以内通常の乾燥、または６０℃以下の一定温度を保ちながら２時間以内の照射して前乾燥を行って水分含量１０〜１５％の半固化体とする。これを大気圧下１００℃以下の水蒸気雰囲気中で２時間以内マイクロ波定温照射した後、１００℃以下の温度で２時間以内通常の乾燥、または３０分以内、１００℃以下の一定温度に制御しながらマイクロ波を照射して後乾燥して窯業系電磁波吸収体を得る。
【００１７】
本発明による窯業系電磁波吸収体の製造法では、次の効果がある。
（１）半固化体には１０〜７０ｗｔ％のフェライト等の磁性粉末が含まれているため、マイクロ波による加熱がより一層速くなるので、従来の水熱養生法に比べ、乾燥時間、養生時間の大幅短縮が可能になる。また、養生温度が従来法に比べ低温化されていることから著しい省エネルギー化、低コスト化が実現できる。
（２）養生温度の低温化により、熱分解の恐れがなく、添加できる有機物の種類が幅広くなる。
（３）マイクロ波加熱であるため、養生後の成形は含水率が低く、後乾燥工程がより短時間化が可能になる。
（４）オートクレーブ等の耐圧容器が不要であるため、設備費の削減、圧力容器の管理作業が不要となる。
（５）大気圧養生であるため、開放系連続製造が可能となり、生産性が向上できる。
【００１８】
【作用】
本発明は、窯業系電磁波吸収体をマイクロはー水蒸気養生法を用いて養生固化を特徴としているものである。従来の水熱養生法に較べ、低温化、圧力容器の不使用のため、省エネルギーの他、生産性が向上できる。また、マイクロ波の局所加熱、内部から加熱などの特性から、特に成形体に含まれているフェライト等の磁性体自身が良いマイクロ波吸収体であるため、より一層加熱が速くなることから、養生時間が従来法の１／３〜１／１０に短縮可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本願発明をより具体的に説明する。本願発明はこれらの実施例並びに比較例によって何ら限定される物ではない。
【００２０】
珪酸質原料としては、平均粒径５mmの結晶質珪酸の珪石粉末を用いた。この珪石粉末はＳiＯ₂含有量９７．１％である。磁性粉体として市販のＭｎ−Ｚｎフェライトを用いた。石灰質原料は消石灰、補強繊維にはＡＲＧ（耐アルカリ性ガラス繊維）を採用した。
原料攪拌に用いたモルタルミキサーの攪拌条件は５０ｒｐｍとした。
【００２１】
実施例１
珪石２８．９重量部、消石灰５．１重量部、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト（平均粒径１．８５mm）６０重量部、補強繊維２重量部をモルタルミキサーによって、１０分間攪拌した。次に水酸化ナトリウム４重量部を含んだ水溶液添加し、さらに水分率が２０％になるように水を添加した後、モルタルミキサーによって５分間攪拌を行い、原料ゲルを得た。
得られた原料ゲルを１５ｍｍ×１５ｍｍ×３０ｍｍの型枠に詰め、加圧成形し、原料成形体を得た。さらに、原料成形体を通常の乾燥機にて５０℃、５時間乾燥させて水分含量１０〜１５％の半固化体を得た。得られた半固化体をマイクロ波加熱装置にて水蒸気雰囲気下、６０分間マイクロ波を照射した後、通常の乾燥機中で１００℃、１時間乾燥させて窯業系電磁波吸収体を得た。
得られた窯業系電磁波吸収体の外観には異常がなかった。強度等の物性値を表１にまとめる。また、試料を厚さ４．８１ｍｍの円筒に加工して、同軸管測定法による材料の電磁波吸収特性の測定結果を図１に示す。
【００２２】
実施例２
珪石３６．５重量部、消石灰６．５重量部、Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト（平均粒径０．７５mm）５０重量部、補強繊維３重量部をモルタルミキサーによって、１０分間攪拌した。次に水酸化ナトリウム４重量部を含んだ水溶液添加し、さらに水分率が２４％になるように水を添加した後、モルタルミキサーによって５分間攪拌を行い、原料ゲルを得た。
得られた原料ゲルを１５０ｍｍ×３００ｍｍの型枠に投入し、０．５ＭＰａで加圧して厚さ７ｍｍの原料成形体を得た。実施例１と同様の方法で前乾燥、マイクロ波照射、後乾燥を行って、窯業系電磁波吸収板を得た。
得られた窯業系電磁波吸収板の外観には異常がなかった。物性値を表１にまとめる。また、板状のままで自由空間測定法による材料の電磁波吸収特性の測定結果を図２に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
本発明によって製造した窯業系電磁波吸収体は高い機械的強度を持っているので、薄い材料ができる。そのため、非常に高い周波数領域の電磁波でも吸収が可能となる。すなわち、厚さが実用性に応じて調整すれば、低周波数から高周波数まで幅広く電磁波の吸収に適用可能である。
【００２５】
なお、かさ比重、吸水率、および吸水長さ変化率の測定は、ＪＩＳＡ５４３０に準拠した方法により測定した。圧縮強度の測定は、ＪＩＳＲ２６１６に準拠した方法により測定した。比強度は、圧縮強度／かさ比重により算出した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、窯業系電磁波吸収体をマイクロ波−水蒸気法で養生する場合は、従来の水熱養生の製造法より低温で製造でき、著しい省エネルギー製造法である。マイクロ波加熱の特徴は内部加熱法であることと、成形体に含まれているフェライト等の磁性体自身が良いマイクロ波吸収体であるため、磁性体が局所的に加熱され、より加熱が速くなることから、養生時間が従来法の１／３〜１／１０に短縮可能である。マイクロ波―水蒸気法で得られた窯業系電磁波吸収体はケイ酸カルシウムをベースにしたものであるため、不燃性にして実用的な機械的強度と寸法安定性を実現できる。すなわち、本発明によってできた窯業系電磁波吸収体は、機械的強度と電磁波吸収機能を一体化に実現でき、単独での使用が可能になることから、内・外装材などとして実用的に使用できる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
［表１］上記の実施例１、２において得られた窯業系電磁波吸収体の物性の測定値（かさ比重、圧縮強度、比強度、吸水率および吸水長さ変化率など）である。
【図１】実施例１で得られた窯業系電磁波吸収体の同軸測定法による電磁波吸収特性図である（縦軸は電磁波の反射損失、横軸は入射する電磁波の周波数である、図２も同じ。）。
【図２】実施例２で得られた窯業系電磁波吸収板の自由空間測定法による電磁波吸収特性図である。

Claims

珪酸質原料、石灰質原料、補強繊維およびフェライト等の磁性粉末を混合した原料に適量の水及び水酸化アルカリを加えて混練した後、成形して低温で乾燥処理して得られた乾燥成形体を大気圧１００℃以下の水蒸気存在下で２時間以内マイクロ波照射して養生した後、乾燥したことを特徴とする電磁波吸収性を有する高強度窯業系固化体の製造方法