JP4611074B2

JP4611074B2 - 軽量無機質板および該軽量無機質板の製造方法

Info

Publication number: JP4611074B2
Application number: JP2005093746A
Authority: JP
Inventors: 秀憲河合; 忠史杉田
Original assignee: Nichiha Corp
Current assignee: Nichiha Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006273640A

Description

本発明は、例えば外壁材、内装材等の建築板に使用される軽量無機質板および該無機質板の製造方法に関するものである。

〔発明の背景〕
シリカ、アルミナ等のセラミック粉体を板状に成形し焼成した無機質板は耐久性に優れ、また美感や質感を有し高級感のある意匠を有する建築板として多用されている。
上記無機質板はセラミック粉体にバインダーと水とを添加して混練し、該混練物を押出成形あるいは鋳込み成形によって板状に成形し、該板状成形物を焼成することによって製造されるが、高硬度であり切削加工性が悪く、現場で簡単に所定寸法に切断することが困難である。また大板の場合は、重量が大きく運搬、構築作業に労力を要するし、壁躯体等に取付けた場合、壁躯体にかゝる重量負荷が大きくなる。

〔従来の技術〕
そこで上記無機質板の問題点を解決するための手段として、高炉スラグや消石灰等の水硬性無機材料に木片、木粉等の可燃性有機成分を添加した原料混合物を基板上に散布してマットをフォーミングし、該マットを圧締養生硬化して生板とし、該生板を焼成して該生板中に含まれている該可燃性有機成分を燃焼揮散させることによって多孔質軽量な無機質板を得ることが提案されている。（例えば特許文献１〜５参照）。

特開平６−３４５５２９号公報特開平６−１４４９２３号公報特開平９−３０８７３号公報特開２００５−６０１６３号公報特願２００３−３１２８５６号

上記従来技術にあっては、原料混合物のマットを圧締養生硬化して得られる生板の強度が充分でないために欠けたり変形したり崩れたりし易く、ハンドリング性に問題がある。また板表面にエンボス加工によって凹凸模様を形成する場合、余り深い凹凸模様を形成することが出来ず、したがって凹凸模様が制約を受けてしまう。更に板端縁に実等を切削加工する場合の必要な強度が得られず、加工中に欠け易いと云う問題点もある。
生板の強度を上げるためには養生を長時間行えばよいが、そうすれば無機質板の生産効率が悪化する。

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、有機繊維０．１〜１．０質量％、ガラス質含有材料１〜１５質量％、骨材２０〜４５質量％、無機補強繊維１５〜３５質量％を含有する原料混合物の硬化焼成層を表裏層とし、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、ガラス質含有材料１〜１５質量％、骨材０〜３０質量％、補強繊維２０〜３０質量％、可燃性有機成分および／または無機質軽量体１５〜３０質量％を含有する原料混合物の硬化焼成層を芯層とする軽量無機質板を提供するものである。
上記軽量無機質板を製造するための望ましい方法としては、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、有機繊維０．１〜１．０質量％、ガラス質含有材料１〜１５質量％、骨材２０〜４５質量％、無機補強繊維１５〜３５質量％を含有する表裏層用原料混合物を基板上に散布して表層または裏層マットをフォーミングし、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、ガラス質含有材料１〜１５質量％、骨材０〜３０質量％、補強繊維２０〜３０質量％、可燃性有機成分および／または無機質軽量体１５〜３０質量％を含有する芯層用原料混合物を該表層または裏層マット上に散布して芯層マットをフォーミングし、更に該表裏層用原料混合物を該芯層マット上に散布して裏層または表層マットをフォーミングし、このようにして得られた３層構造のマットを水分存在下に圧締養生硬化させることによって生板とし、該生板を焼成する。
上記焼成の温度は１１００℃以上（１１００℃を含む）１３００℃以下（１３００℃を含む）の範囲に設定されることが望ましい。

〔作用〕
本発明にあっては、水硬性無機材料としてセメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物を使用するが、該セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との混合物は水硬反応が速いので、該３層構造のマットを圧締養生硬化する過程において、短時間で硬化が円滑に進み、また表裏層が有機繊維によって補強されているので、マットの保形性はよく、表面に深い凹凸模様が形成されていても、該凹凸模様が欠けたり変形することが防止され、高強度の生板が得られる。生板焼成後は該有機繊維は焼滅して表裏層が若干多孔質になり、板の軽量化に関与する。

〔効果〕
したがって本発明においては、生板が取扱い中あるいは実等の切削加工中に欠けたり、変形したり、崩れたりしにくいので、ハンドリング性および加工性が向上し、また深い凹凸模様もエンボス加工によって容易に形成することが出来、凹凸模様の自由度が高くなる。更に圧締養生硬化に要する時間が短縮され、生産効率が向上する。

以下に本発明を詳細に説明する。
〔セメント系無機材料〕
本発明にあっては、上記したように水硬性無機材料としてセメント系無機材料を使用する。上記セメント系無機材料としては、例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉スラグセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等が例示される。
該セメント系無機材料は水硬反応速度が大きいので、圧締養生硬化に要する時間が短縮され、得られる生板の強度が向上する。

〔他の水硬性無機材料〕
本発明では上記セメント系無機材料の一部を他の水硬性無機材料に代えてもよい。上記他の水硬性無機材料としては、例えば高炉スラグ、電気炉酸化スラグ、電気炉還元スラグ等のスラグ類、消石灰、生石灰等の石灰類、石膏、炭酸マグネシウム等が例示される。該水硬性無機材料は該セメント系無機材料と混合されて水硬反応を更に促進し、かつ板に可撓性を与え脆い性質を改良する。
上記他の水硬性無機材料をセメント系無機材料の一部に代えて使用する場合には、セメント系無機材料とその他の水硬性無機材料の質量比を１：２．５〜２．５：１の範囲に設定する。

〔ガラス質含有材料〕
更に本発明では、焼成により溶融してバインダーとなるガラス質含有材料を添加する。このようなガラス質含有材料としては、例えばシラス、フライアッシュ、坑火石、ガラス粉、板ガラスの粉砕品等がある。該ガラス質含有材料として望ましいものは、軟化点が９００℃以下の低融点ガラスであり該低融点ガラスとしては、ＰｂＯ，Ｂ₂Ｏ₃，ＺｎＯ等の低融点成分の含有量を多くしたガラスがあり、例えば軟化点８４０℃、融点１２００℃のＥガラス粉末は望ましい低融点ガラスである。Ｅガラス即ちＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｇｌａｓｓはガラス繊維の粉末のことであり、平均粒径は３０μｍ、主成分はＳｉＯ₂５４質量％、Ａｌ₂Ｏ₃１５質量％、ＣａＯ２３質量％、Ｂ₂Ｏ₃７質量％でありＢ₂Ｏ₃を含有しているので低融点であり、１０００℃前後の低温焼成を可能にする。

〔骨材〕
更に本発明では、焼成により溶融して板構造の主体的要素となる骨材が添加される。上記骨材としては、例えば陶石、長石、ろう石、カオリン、ハロサイト、木節粘土、蛙目粘土、セリサイト、シャモット（陶石粉）、ドロマイト等の粘土質鉱物やケイ砂、ケイ石粉、珪藻土、キラ、シリカフューム等のケイ酸質原料がある。上記骨材の中で望ましいものは、ブレーン値３８００、ＳｉＯ₂の純度９５質量％以上のケイ砂またはケイ石粉、あるいはシャモットである。

〔無機補強繊維〕
更に本発明では、焼成による膨張収縮を抑制するために無機補強繊維が添加される。上記無機補強繊維としては、例えばワラストナイト、セピオライト等の鉱物繊維、スチールファイバー、ステンレスファイバー等の金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等がある。望ましい無機補強繊維としては、ワラストナイトがある。ワラストナイトはアスペクト比（１５）が一般の無機補強繊維と比べて大きい。ワラストナイトは原料混合物の分散性を向上せしめ、該原料混合物を型板上に散布する乾式法では原料混合物中に凝集物や塊りが生成することが防止され、散布作業性が良好になる。ワラストナイトは一般に平均繊維長６００μｍ、平均繊維径４０μｍのものを使用する。更にワラストナイトは保形性、切断性を改良し、大きなサイズの板の製造を容易にする。

〔有機繊維〕
本発明では表裏層を補強するために表裏層用原料混合物に有機繊維が添加される。該有機繊維としては、例えばポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、あるいはこれらの繊維を使用した繊維製品の廃品を解繊した再生繊維等が例示される。これら繊維は二種以上併用されてもよい。補強効果、あるいは焼成時に発生する燃焼ガスに毒性のない点からみてポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維は本発明において望ましい繊維である。

〔可燃性有機成分〕
本発明にあっては、焼成時に焼滅して芯層に多孔質構造を形成するために無機質軽量体と共に、あるいは無機質軽量体に代えて可燃性有機成分が添加されてもよい。このような可燃性有機成分としては、例えば木片、木質繊維束、木質パルプ、木毛、木粉等の木質材、前記有機繊維、発泡ポリスチレンビーズ、発泡性ポリエチレンビーズ、発泡性ポリプロピレンビーズ等の合成樹脂成分、あるいは木質セメント板廃材等がある。
可燃性有機成分のソースとして使用される木質セメント板廃材とは、木片、木質繊維束、木質パルプ、木毛、木粉等の木質補強材と、普通ポルトランドセメント、早強セメント、アルミナセメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント等のセメント類や生石灰、消石灰等の石灰類、あるいは石膏、炭酸マグネシウム等の水硬性無機質材料とを主体とする原料混合物を使用し、乾式法、半乾式法、湿式法、押出成形法等で板状に成形した木質セメント板の廃材であるが、製造工程中の端材や、増改築時に発生するこれらの廃材を粉砕して再利用するものである。
上記木質セメント板には上記木質分が通常１０〜３０質量％含有される。

上記木質セメント板には更にポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維等の有機繊維や発泡ポリスチレンビーズ、ポリエチレンビーズ、ポリプロピレンビーズ等の可燃性有機成分が含まれる場合があり、焼成時にはこれら可燃性有機成分も焼滅し、木質分と共に芯層の多孔質化に寄与する。

上記木質セメント板廃材は衝撃型粉砕機、磨砕型粉砕機等によって、通常粒径１０〜１００μｍ程度に粉砕され、本発明の原料として使用される。

〔無機質軽量体〕
本発明にあっては芯層に多孔質構造を形成するために、上記可燃性有機成分に代えてあるいは上記可燃性有機成分と共に無機質軽量体が添加されてもよい。該無機質軽量体としては、例えばパーライト、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、ガラス発泡体等が例示され、特にかさ比重が０．４以下で圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ²以上のものが好ましい。

〔表裏層用原料混合物〕
表裏層用原料としては、上記セメント系無機材料、その他の水硬性無機材料、有機繊維、ガラス質含有材料、骨材、および無機補強繊維が使用される。
表裏層用原料混合物にあっては、該セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、有機繊維０．１〜１．０質量％、ガラス質含有材料１〜１５質量％、骨材２０〜４５質量％、無機補強繊維１５〜３５質量％程度の比率とされる。上記有機繊維の添加量が０．１質量％を下回る量で添加された場合には、表裏層の補強効果が充分ではなく、また１．０質量％を越える量で添加された場合には、表裏層が多孔質になり過ぎて保形性が低下し、表面意匠性が悪くなる。骨材が４５質量％を上回る量で添加された場合には板の比重が高くなり、軽量化が実施されにくゝ、かつ加工性も劣化する。一方骨材が２０質量％を下回る量で添加された場合には、板の強度が低下しかつ耐凍性も劣化する。

〔芯層用原料混合物〕
芯層用原料としては、上記表裏層用原料に加えて上記可燃性有機成分および／または無機質軽量体が使用される。芯層用原料混合物にあっては、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、ガラス質含有材料１〜１５質量％、骨材０〜３０質量％、補強繊維２０〜３０質量％、可燃性有機成分および／または無機質軽量体１５〜３０質量％の比率とされる。
該芯層用原料混合物にあっては、該可燃性有機成分および／または無機質軽量体の量が１５質量％を下回ると芯層に多孔性が充分付与されず、軽量化が実施されない。また該可燃性有機成分および／または無機質軽量体の量が３０質量％を上回ると芯層が過度に多孔性になり、機械的強度や耐凍性に劣るようになる。

〔軽量無機質板の製造方法〕
本発明の軽量無機質板の製造方法としては、原料混合物に水を所定量（通常５〜２０質量％）添加したものを使用する半乾式法が一般に適用されるが、原料混合物に水を添加せず、圧締養生硬化直前あるいは圧締養生硬化時に水を添加する乾式法が適用されてもよい。
即ち本発明の製造方法にあっては、型板、搬送板、平板等の基板上に表裏層用原料混合物を散布して表層または裏層マットをフォーミングし、該表層または裏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フォーミングし、該芯層マット上に表裏層用原料混合物を散布して裏層または表層マットをフォーミングし、このようにして得られた３層構造のマットを水分存在下で圧締養生硬化せしめ、得られた無機質板生板を焼成して本発明の軽量無機質板とする。

上記方法において上記基板面には所定の凹凸陰模様を形成してもよい。また圧締はフォーミングされた３層構造のマット上に更に基板を重ねた圧締装置において通常面圧５〜８ＭＰａの圧力で行うが、該マットの上側の面を表面として上側の基板の面に所定の凹凸陰模様を形成してもよい。
養生硬化は上記圧締状態で行われ、通常４５〜６５℃の温度で６〜１０時間の条件が採用される。
養生硬化後は解圧脱型し、望ましくは絶乾状態に乾燥させ、実加工等の所定の加工を施す。更に所望なれば該無機質板生板の少なくとも表面に釉薬を塗布する。本発明に使用される釉薬としては、鉛ユウ、フリットユウ、ブリストルユウ、磁器ユウ等の一般的な釉薬が使用される。その後該無機質板生板を焼成炉中に導入して焼成を行う。望ましい焼成条件としては、１１００℃以上（１１００℃を含む）１３００℃以下（１３００℃を含む）、望ましくは１１５０℃以上（１１５０℃を含む）１２５０℃以下（１２５０℃を含む）で１０〜２０分の条件が採用される。
このようにして製造された軽量無機質板は、通常厚み１２〜２５mm、表裏層の比重は１．５〜１．８、芯層の比重は０．８〜１．３程度である。

〔実施例１〜１３、比較例１〜４〕
表１（実施例１〜７および比較例１〜４）および表２（実施例８〜１３）に示す表裏層用原料混合物を型板上に散布し、その上に芯層用原料混合物を散布し、更にその上に表裏層用原料混合物を散布した３層構造のマットを形成し、該３層構造のマットを水分存在下で面圧５ＭＰａ、温度５０℃の条件で１０時間の圧締養生硬化を行い、得られた無機質板生板を温度１０５℃、２４時間の絶乾状態に乾燥させ、表面に釉薬を塗布した上焼成炉中に導入し、表記載の温度で１０分焼成して、厚み１８mmとする３層構造の試料を作成した。実施例１〜７および比較例１〜４の軽量無機質板試料の下記物性評価の結果を表１に、実施例８〜１３の軽量無機質板試料の結果を表２に示す。

〔物性評価〕
(1) 収縮率：成形後の寸法と焼成後の寸法の比率（％）
(2) 比重：絶乾比重
(3) 曲げ強度：ＪＩＳＡ１４０８に準じる（Ｎ／ｍｍ²）
(4) 表面高意匠性：テーブルテストで板厚２５ｍｍに設定し、エンボス深さ１１ｍｍ、エンボス角度６０°の凹部の逆凸部を有する型板にて半乾式法で成形した硬化物につき下記基準で評価した。
◎：異状なし ○：凸部に若干の巣穴 △：凸部に欠け少し
×：凸部に欠け大（柄抜け）
(5) 切断性：ハンドソーで切断出来、また切断時に割れや欠けがなくスムーズに切断可能かどうか。（スムーズに切断出来た場合○）
(6) 耐凍結融解性：ＡＳＴＭＢ法３００サイクルにて異状がないかどうか。（異状なし○）
(7) 耐衝撃性：ＪＩＳＡ１４０８に準じ、５００ｇの鉄球の落下でひび割れが生じない高さ。（ｍ）
(8) マット保形性の評価方法：型板上に４５×４５ｍｍ枠木を置き、原料を撒布し、枠木を外した時のマットの崩れ具合を目視確認し、下記基準で評価した。
◎：マットに崩れがなく保形されている ○：若干端が崩れるが異状はない
△：マットとして成形出来る限界 ×：マットとして成形不可能

表１を参照すると、実施例１の試料は表裏層用原料混合物の組成がセメント系無機材料と他の水硬性無機材料混合比は１：１、実施例２の試料は２．５：１、実施例３の試料はセメント系無機材料のみの設定範囲であり、かつポリプロピレン繊維の含有量も最適値である硬化物は、硬化後の強度も大きく、他の物性については良好であった。実施例４の試料はセメント系無機材料と他の水硬性無機材料混合比は１：１の設定範囲であるが、ポリプロピレン繊維の含有量が少なめであるためマット保形性は若干劣るが他の物性については良好で実用的には支障がない。実施例５および実施例６の試料はセメント系無機材料と他の水硬性無機材料混合比は１：１の設定範囲であり、かつポリプロピレン繊維の含有量設定範囲内で多めに使用した硬化物は強度も大きく、マット保形性が極めて良く、他の物性も良好であった。実施例７の試料は前記実施例１のポリプロピレン繊維をアクリル繊維に代えた硬化物は耐凍結融解性が若干劣るが、他の物性については良好であった。
表２を参照すると、実施例８〜１３は上記実施例１〜６におけるポリプロピレン繊維のに代えてビニロン繊維を用いたものであり、いずれもポリプロピレン繊維の場合よりもマット保形性、その他の物性も極めて良好であった。

比較例１、比較例２の試料は表裏層用原料混合物の組成がセメント系無機材料と他の水硬性無機材料混合比は１：１で表裏層用原料混合物に有機繊維を添加せず、比較例２では芯層にのみ有機繊維を添加した場合は、いずれもマットの保形性が著しく劣り、強度も低く、表面意匠性も著しく悪い。比較例３の試料は有機繊維の含有量を設定範囲外と多くしたもので、逆にマットの保形性に劣り、表面意匠性も劣っていた。比較例４の試料は表裏層用原料混合物にセメント系無機材料を用いず他の水硬性無機材料のみで、しかも有機繊維が添加されていないので、マットの保形性に劣り、表面意匠性も悪い。

本発明の無機質板は高い生産性を有し、軽量で運搬性、施工性、加工性が良好で、機械的性質や耐凍結融解性にも優れ、また表面に深い凹凸模様を付することが出来、意匠性にも優れているので外壁材や内装材に有用である。

Claims

セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、有機繊維０．１〜０．７４質量％、ガラス質含有材料としてＢ ₂ Ｏ ₃ を含有するＥガラス粉末１〜１５質量％、骨材２０〜４５質量％、無機補強繊維１５〜３５質量％を含有する原料混合物の硬化焼成層を表裏層とし、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、ガラス質含有材料としてＢ ₂ Ｏ ₃ を含有するＥガラス粉末１〜１５質量％、骨材０〜３０質量％、補強繊維２０〜３０質量％、可燃性有機成分および／または無機質軽量体１５〜３０質量％を含有する原料混合物の硬化焼成層を芯層とすることを特徴とする軽量無機質板。
セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、有機繊維０．１〜０．７４質量％、ガラス質含有材料としてＢ ₂ Ｏ ₃ を含有するＥガラス粉末１〜１５質量％、骨材２０〜４５質量％、無機補強繊維１５〜３５質量％を含有する表裏層用原料混合物を基板上に散布して表層または裏層マットをフォーミングし、セメント系無機材料またはセメント系無機材料とその他の水硬性無機材料との１：２．５〜２．５：１質量比の混合物１５〜４５質量％、ガラス質含有材料としてＢ ₂ Ｏ ₃ を含有するＥガラス粉末１〜１５質量％、骨材０〜３０質量％、補強繊維２０〜３０質量％、可燃性有機成分および／または無機質軽量体１５〜３０質量％を含有する芯層用原料混合物を該表層または裏層マット上に散布して芯層マットをフォーミングし、更に該表裏層用原料混合物を該芯層マット上に散布して裏層または表層マットをフォーミングし、このようにして得られた３層構造のマットを水分存在下に圧締養生硬化させることによって生板とし、該生板を焼成することを特徴とする請求項１に記載の軽量無機質板の製造方法。
上記焼成は温度が１１５０℃以上（１１５０℃を含む）１３００℃以下（１３００℃を含む）の範囲で１０〜２０分に設定される請求項２に記載の軽量無機質板の製造方法。