JP4835297B2 - 軽量発泡無機建材及び軽量建築パネル - Google Patents

Description

本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）などの発泡剤を原料に配合し、焼成時に発泡させて軽量化させるようにした軽量発泡無機建材に関する。また、この軽量発泡無機建材を板状体に接着してなる軽量建築パネルに関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）などの発泡剤を原料に配合し、焼成時に発泡させて軽量化させるようにした軽量発泡タイルは周知である（例えば特開昭６１−１９１５７７号）。

また、特開平６−１９１９０９号には、ふるいにかけて粒度分布を狭いものとした発泡剤を原料に配合し、焼成時に発泡させて軽量化させるようにした軽量発泡材が記載されている。
特開昭６１−１９１５７７号 特開平６−１９１９０９号

上記特開平６−１９１９０９号のような軽量発泡材では、軽量発泡材を軽量化するために発泡剤を多量に配合する場合、気孔同士が合体して連続気泡となり、軽量発泡材の強度が低下するなどの不都合が生じるため、軽量な軽量発泡材を安定して生産することが難しい。また、発泡剤は高価であるため、製造コストが高くつく。さらに、発泡剤に起因する膨れや変形が大きくなる。

本発明は、気孔率が高く、しかも十分な強度を有した軽量発泡無機建材を提供することを目的とする。また、この軽量発泡無機建材を板状体に接着してなる軽量建築パネルを提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の軽量発泡無機建材は、発泡剤及び耐火性の異なる２種類以上の無機化合物を含む原料を成形し、焼成して得られる軽量発泡無機建材において、気孔率が２０〜６０体積％であり、任意の断面における単位面積当たりの全気孔面積のうち、１μｍ以下の気孔が占める面積割合が２０％以上であり、かつ１７５μｍ以上の気孔が占める面積割合が２０％以上であることを特徴とするものである。

請求項２の軽量発泡無機建材は、請求項１において、前記発泡剤は、平均粒径が３〜１０μｍであり、粒径の標準偏差が２．０〜５．０μｍであることを特徴とするものである。

請求項３の軽量発泡無機建材は、請求項１又は２において、１μｍ以下の気孔が占める面積割合が２０〜５０％であり、１〜１７５μｍの気孔が占める面積割合が０〜６０％であり、１７５μｍ以上の気孔が占める面積割合が２０〜５０％であることを特徴とするものである。

請求項４の軽量建築パネルは、板状体に接着剤によって請求項１ないし３のいずれか１項の軽量発泡無機建材を接着してなることを特徴とするものである。

請求項５の軽量建築パネルは、請求項４において、該軽量発泡無機建材は吸水率が５％以下であることを特徴とするものである。

本発明の軽量発泡無機建材は、任意の断面における単位面積当たりの全気孔面積のうち、１μｍ以下の気孔が占める面積割合が２０％以上であり、かつ１７５μｍ以上の気孔が占める面積割合が２０％以上となっており、気孔径分布が広い。このため、大きい気孔同士の間に小さい気孔が配置されるようになる。これにより、粗大気孔を存在させることなく気孔率を大きくすることができ、軽量で強度の高い軽量発泡無機建材を安定して製造することができる。

本発明の軽量発泡無機建材において、気孔率は２０〜６０体積％である。この場合、軽量発泡無機建材の気孔が独立気泡となるため、強度が高く、かつ耐凍害性に優れた軽量発泡無機建材が得られる。

本発明において、発泡剤は、平均粒径が３〜１０μｍであり、粒径の標準偏差が２．０〜５．０μｍであることが好ましい。このように発泡剤の粒径分布に幅を持たせることにより、焼成して得られる軽量発泡無機建材中の気孔径の分布を制御することができる。

前記原料は、耐火性の異なる２種類以上の無機化合物を含む。一般に、発泡剤の周りに低耐火性の無機化合物が多く存在していると、発泡剤からのガスが逃げ難いため、気孔径が大きくなる。逆に、発泡剤の周りに高耐火性の無機化合物が多く存在していると、ガスが捕捉され難く、気孔径が小さくなる。従って、耐火度の異なる無機化合物の配合割合を変えることにより、気孔径分布を調整することができる。即ち、低耐火性の無機化合物の配合割合を大きくすると、気孔径分布が径の大きい方にシフトする。高耐火性の無機化合物の配合割合を大きくすると、気孔径分布が径の小さい方にシフトする。

本発明の軽量建築パネルは、板状体にかかる本発明の軽量発泡無機建材を接着したものであり、軽量で強度が高い。

また、この軽量発泡無機建材の裏面の気孔内に接着剤が入り込むため、軽量発泡無機建材と接着剤との接触面積が大きくなると共に、軽量発泡無機建材の気孔内に入り込んだ接着剤がアンカーの役割を果たすことになり、軽量発泡無機建材の板状体への接着強度が高くなる。

この軽量建築パネルは、軽量発泡無機建材が板状体に貼着されているため、軽量発泡無機建材を単体でハンドリングする場合と比べて、運搬時や施工時等に軽量発泡無機建材が割れにくい。

この軽量建築パネルにおいては、軽量発泡無機建材の気孔率が２０〜６０体積％と高い場合、該パネルを切断し易く、該パネルの施工性が良好となる。

本発明の軽量建築パネルにおいて、軽量発泡無機建材は吸水率（ＪＩＳ Ａ５２０９による２４時間吸水率）を５％以下とすることが好ましく、これにより軽量建築パネルの耐水性が向上する。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の軽量発泡無機建材は、発泡剤及び無機化合物を含む原料を成形し、焼成して得られる軽量発泡無機建材において、任意の断面における単位面積当たりの全気孔面積のうち、１μｍ以下の気孔が占める面積割合が２０％以上、好ましくは２０〜５０％、特に好ましくは３０〜５０％であり、かつ１７５μｍ以上の気孔が占める面積割合が２０％以上、好ましくは２０〜５０％、特に好ましくは２０〜３０％のものである。また、１〜１７５μｍの気孔が占める面積割合は好ましくは０〜６０％、特に好ましくは２０〜４５％である。

なお、気孔径分布の測定は、１７５μｍ未満の気孔についてはポロシメータを用いて行うことができる。また、１７５μｍ以上の気孔については、真比重等により算出することができる。

この軽量発泡無機建材は、気孔率が２０〜６０体積％好ましくは４０〜５５％である。なお、軽量発泡無機建材の吸水率は５％以下であることが好ましい。

発泡剤は、平均粒径が３〜１０μｍ特に３〜５μｍであり、粒径の標準偏差が２．０〜５．０μｍ特に２．０〜４．０μｍであることが好ましい。この粒径の測定は、発泡剤を水に分散させ、レーザー回折粒度測定装置を用いて測定した値である。発泡剤以外の原料の粒径も同様である。

なお、本発明において、平均粒径は粒度の刻み幅を１μｍとした粒度分布の重量平均粒径とする。また、粒径の標準偏差はこの粒度分布に基づいて算出された値とする。

この発泡剤としては、炭化珪素に限らず、窒化珪素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等の加熱によりガスを生じるものであればよい。

無機化合物としては、粘土等の高耐火性材料、ガラス等の低耐火性材料、長石等の中耐火性材料等が好適である。粘土としては、モンモリロナイト、カメリナイト、蛙目粘土、木節粘土などを用いることができるが、これに限定されない。ガラスとしては、窓ガラス、瓶ガラス、ブラウン管ガラスなどが好適である。

このように、耐火度の異なる原料を配合することにより、広い気孔径分布を有する気孔の生成が助長される。

原料としては、粘土４０〜６０重量部、ガラス１０〜２５重量部、長石２５〜５０重量部、発泡剤としてＳｉＣ０．０１〜５重量部（合計で１００重量部）が好適である。なお、原料に、骨材としてシャモット、陶石、アルミナ、ジルコン等の耐火性原料を３０ｗｔ％以下好ましくは１０〜２０％や、顔料を加えてもよい。

発泡剤以外の原料にあっても、粒度分布が広いと、軽量かつ高強度の軽量発泡無機建材を得ることができるため好ましい。例えば、粘土は、平均粒径が１〜２０μｍであり、粒径の標準偏差が３〜１２μｍであることが好ましい。ガラスは、平均粒径が２０〜４０μｍであり、粒径の標準偏差が１５〜６０μｍであることが好ましい。長石は、平均粒径が５〜２０μｍであり、粒径の標準偏差が３〜１５μｍであることが好ましい。原料の粒度分布を広くするための操作は、粗砕、造粒、凝集などがある。

原料混合物中において、発泡剤は十分に分散していることが望ましい。

本発明の軽量発泡無機建材を乾式製法で製造する場合、原料を湿式混合して泥漿状とし、これをスプレーして顆粒としたものを乾式プレス成形する。この成形体を乾燥後、焼成する。

また、本発明の軽量発泡無機建材を湿式製法で製造する場合、原料を混合し、混練した後、湿式押出成形し、この成形体を乾燥後、焼成する。

この焼成にはローラーハースキルンやトンネル窯を用いることができるが、好ましくはトンネル窯を用いる。

焼成温度は１１００〜１３００℃が好ましく、焼成時間は３６〜４８時間程度が好ましい。

本発明の軽量建築パネルは、板状体にかかる本発明の軽量発泡無機建材を接着したものである。

次に、図面を参照して実施の形態に係る軽量建築パネルを説明する。図４は実施の形態に係る軽量建築パネル１の模式的な断面図である。

この軽量建築パネル１は、板状体２の前面に接着剤３を用いて軽量発泡無機建材よりなるタイル４を貼着してなるものである。

板状体としては、木質セメント板、ＧＲＣボード、珪カル板、等の窯業系サイディングや、発泡樹脂断熱材付きアルミパネル、発泡樹脂断熱材付き鋼板等の金属サイディングが挙げられる。但し、軽量化を図るために、硬質ポリウレタンフォーム、硬質ポリイソシアヌレート板、ポリスチレンフォーム、ＰＥＴフォーム、炭酸カルシウム板、アルミハニカム板等の軽量材を用いてもよい。

この板状体の形状は、平板状であってもよく、また、タイルを引っ掛けるための引掛部が板状体の前面から前方に突出した形状であってもよい。この板状体の板厚は３〜３０ｍｍが好適である。

タイル４としては、１辺が４０〜２４０ｍｍで厚さが６〜１５ｍｍの長方形又は正方形のものが好ましいが、これに限定されない。タイル４同士の間の目地には目地材を充填してもよく、空目地としてもよい。

図４の通り、このタイル４は気孔率が大きく、タイル４の裏面の気孔４ａ内に接着剤３が深く入り込んでいる。このため、タイル４と接着剤３との接触面積が大きくなると共に、このタイル４の表面の気孔４ａ内に入り込んだ接着剤３がアンカーの役割を果たすことになり、タイル４の板状体２への接着強度が高くなる。

接着剤としては、変成シリコーン系、ウレタン系、エポキシ系等の接着剤が好適である。この接着剤の粘性は、通常の壁面塗布用接着剤（粘性３００〜８００Ｐａ・ｓ）よりも低い、５０〜３００Ｐａ・ｓ程度であることが好ましい。このように接着剤の粘性が低い場合、接着剤がタイル４の裏面の気孔４ａ内に入り込み易くなる。

一方、図５は従来の軽量建築パネルの模式的な断面図である。この軽量建築パネル１Ａは、板状体２Ａの前面に接着剤３Ａを用いて磁器タイル４Ａを貼着してなるものである。この磁器タイル４Ａは、気孔率が低いと共に気孔が小さく、その裏面は平坦かつ平滑なものとなっている。このため、接着剤３Ａはアンカーの役割を果たすことがなく、タイル４Ａの板状体２Ａへの接着強度は本発明のものに比べて低い。

なお、本発明の軽量建築パネルにあっては、軽量発泡無機建材（例えばタイル）の吸水率は５％以下であることが好ましい。軽量発泡無機建材の吸水率が５％以下と低い場合、雨水等が軽量建築パネルに掛かっても水が軽量発泡無機建材の内部深くまで浸透することがなく、接着剤の水による劣化が防止され、軽量建築パネルの耐水性が良好となる。

次に、本発明に係る軽量建築パネルとしてのタイルパネルの具体例とその施工方法を説明する。図６はタイルパネル１２を柱上に部分的に固定した状態を示す正面図、図７はタイルパネル１２の斜視図である。

図６において１０Ａ及び１０Ｂは上下方向に延在する下地材としての柱及び間柱（以下単に柱とする）で、図示のように左右方向に等ピッチＰで配設されている。本例においてＰは４５５ｍｍとされている。これら柱１０Ａ及び１０Ｂの表面には、外装材としてのタイルパネル１２が固定されている。これら各タイルパネル１２は、柱１０Ａ，１０Ｂに対して左右各端部が釘打ちにより或いは固定金具により止め付けられている。

図６はタイルパネル１２単体を示したもので、矩形状の板体１４の表面に複数の矩形状のタイル１６が接着剤にて固着されている。ここで各タイル１６は、図に示しているように上下方向及び左右方向に整列状態に配置されている。

本例において、タイルパネル１２の左右方向の大きさＬは１８２０ｍｍとされている。即ち、同方向の大きさが上記柱１０Ａ，１０Ｂ間のピッチＰの整数倍、具体的には４倍の大きさとされている。但し、Ｌは９１０ｍｍであってもよい。

タイル１６の左右方向の大きさＡは、目地（縦目地）１８込みの大きさでピッチＰの１／３の大きさ、従ってタイルパネル１２全体の左右方向の大きさＬの１／１２の大きさとされており、左右方向両端に位置するタイル１６の右端又は左端が丁度タイルパネル１２の右端又は左端位置に合致させられている。

尚、本例のタイルパネル１２は四方决り構造とされている。即ち、それぞれの拡大図に示すように向かって上辺部と右辺部とにおいて、板体１４には嵌合突条２０が形成される一方、下辺部と左辺部には嵌合凹部２２が形成されており、左右方向及び上下方向に隣接するタイルパネル１２同士で、これら嵌合突条２０と嵌合凹部２２とが互いに嵌合される構造となっている。尚、本例においてタイルパネル１２の左右方向の大きさＬは、厳密には板体１４におけるタイル貼着面部の大きさを意味する。

図６のように本例の工法においては、上下方向の各段のタイルパネル１２をそれぞれの左右方向端部が丁度柱１０Ａ又は１０Ｂ上に位置するように、且つ左右に隣接するタイルパネル１２の各左右方向端を突き合わせるようにして配置し、各端部を釘又は固定金具にて柱１０Ａ又は１０Ｂに固定する。

また同図に示しているように本例の工法では、下段のタイルパネル１２に対して隣接する上段のタイルパネル１２を、左右方向の位置をずらせて配置する。

尚、図から明らかなように本例の工法に従った場合、各タイルパネル１２における左右方向両端に位置するタイル１６の右端又は左端が丁度柱１０Ａ，１０Ｂ上に位置した状態となる。

本例の工法に従ってタイル壁面を形成する場合、先ず最下段のタイルパネル１２を、上下方向の位置出しをした上で柱１０Ａ，１０Ｂに固定し、次いで次段（最下段の直上段）のタイルパネル１２を柱１０Ａ，１０Ｂに固定する。

このとき、上段のタイルパネル１２を下段の一対のタイルパネル１２にまたがるように且つ下段のタイルパネル１２の上辺に載せるようにして配置し、釘又は固定金具にて柱１０Ａ，１０Ｂに固定する。以下順次に同様の作業を繰り返して次第にタイル面を上方に延ばして行く。

上記のように本例の工法の場合、上段のタイルパネル１２を下段の一対のタイルパネル１２にまたがるように且つ下段のタイルパネル１２上に載せるように配置してこれを柱１０Ａ，１０Ｂに固定して行くため、上方に行くに従って左右に隣接するタイルパネル１２間で上下に位置ずれが生じるといったことを防止でき、良好にタイルパネル１２を張付施工することができる。

また各タイルパネル１２の左，右端が柱１０Ａ，１０Ｂ上に位置するため、タイルパネル１２の柱１０Ａ，１０Ｂへの固定も容易であるとともに、左右のタイルパネル１２の突合せ部に生ずる目地が、上段タイルパネル１２或いは下段タイルパネル１２における左右方向中間部の縦目地１８と丁度合致した状態となって、タイルパネル１２同士の継目が外観上目立ち難く、美観も良好である利点を有する。また加えて本例の工法によれば水密性も良好である。

図８はタイルパネルの他の形態例を示したものであって、この例のタイルパネル１２の場合、タイル２６の左右方向の大きさが上記柱１０Ａ，１０Ｂ間のピッチＰに対して１／２の大きさとされている。尚、他の点については図７に示すタイルパネル１２と同様である。この図８のタイルパネル１２を用いた場合においても、上記と同様の効果を奏することができる。

図９は別の実施の形態に係る軽量建築パネル（タイルパネル）１Ｂを説明する断面図、図１０は図９の部分的な斜視図である。このタイルパネル１Ｂは、板状体２Ｂの前面にアリ形のタイル引掛部２ｈが突設されており、タイル４Ｂの裏面に該タイル引掛部２ｈを受け入れる凹所４ｈが設けられている。該凹所４ｈ内にタイル引掛部２ｈが配置され、これらが接着剤３によって接着されている。このように、該凹所４ｈ内にタイル引掛部２ｈを配置して接着剤で接着する場合、タイル４Ｂが板状体２Ｂに極めて強固に固定される。

なお、図９，１０において、符号３１は通気見切り縁、３２はスペーサ、３３はネジ、３４は通気金具、３５はビス、３６は透湿防水シートである。

実施例１
粘土３０重量部、廃ビン破砕ガラス（ガラス−１）１０重量部、長石６０重量部、ＳｉＣ（ＳｉＣ‐１）０．１重量部をタイル原料として用いた。

なお、ガラス−１は、平均粒径３０．２μｍ、粒度範囲１〜２００μｍの廃ビン破砕ガラスである。

また、ＳｉＣ‐１は、図１の粒度分布を有するものである。この粒度分布は、ＳｉＣ‐１を水に分散させ、レーザー回折粒度測定装置（（株）堀場製作所製ＬＡ−５００）を用いて測定したものである。

該タイル原料を混合混練し、練り土とした。この練り土を、押出成形機によって幅５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍに連続的に押出成形し、これを長さ２００ｍｍにカットして成形体とした。乾燥後、トンネル窯にて１２２５℃×１２時間焼成した。

得られたタイルの比重を測定した結果、１．８３であった。なお、タイル原料の組成及びタイルの比重を表１に示す。このタイルの曲げ強度は３１ＭＰａであった。

また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

比較例１
タイル原料のＳｉＣとして、図２に示す粒度分布を有するＳｉＣ‐２を用いたこと以外は実施例１と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．８８であった。このタイルの曲げ強度は３０ＭＰａであった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

比較例２
タイル原料のＳｉＣとして、図３に示す粒度分布を有するＳｉＣ‐３を用いたこと以外は実施例１と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．８９であった。このタイルの曲げ強度は３０ＭＰａであった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

実施例１と比較例１，２との比較から明らかな通り、発泡剤の含有量が同一である場合、粒度分布の広い発泡剤（実施例１）を用いることにより、より比重が小さく、強度も十分に高いタイルを得ることができる。

実施例２
タイル原料の廃ビン破砕ガラスとして、平均粒径３０．５μｍ、粒度範囲１〜３４０μｍの廃ビン破砕ガラス（ガラス−２）を用いたこと以外は実施例１と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．５８であった。このタイルの曲げ強度は１９ＭＰａであった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

実施例１と実施例２との比較から明らかな通り、発泡剤の配合量が同一であっても、ガラスの粒度分布を広くすると（実施例２）、より比重が小さい。

実施例３
ＳｉＣ‐１の含有量を０．０８５重量部とし、焼成温度を１２５０℃としたこと以外は実施例１と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．７０であった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

比較例３
タイル原料のＳｉＣとしてＳｉＣ‐２を用い、かつＳｉＣ‐２の含有量を０．１０重量部としたこと以外は実施例３と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．７０であった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

実施例３と比較例３との比較から明らかな通り、比重が同一のタイルを製造する場合、粒度分布の広い発泡剤を用いることにより（実施例３）、発泡剤の配合量を少なくすることができる。

実施例４
タイル原料において、ガラス（ガラス−１）を１５重量部とし、長石を５５重量部としたこと以外は実施例１と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．１０であった。このタイルの曲げ強度は１３ＭＰａであった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

比較例４
タイル原料のＳｉＣとしてＳｉＣ‐２を用いたこと以外は実施例４と同様にしてタイルを作成し、比重を測定した。その結果、比重は１．２０であった。このタイルの曲げ強度は１２ＭＰａであった。また、得られたタイルの気孔径と占有面積を測定した結果を表２に示す。

実施例４と比較例４との比較から明らかな通り、発泡剤の含有量が同一である場合、粒度分布の広い発泡剤（実施例４）を用いることにより、より比重が小さく、強度も十分に高いタイルを得ることができる。

また、実施例４と実施例１との比較から明らかな通り、低耐火性のガラスの配合割合を大きくし、中耐火性の長石の配合割合を小さくすることにより（実施例４）、タイルの比重をより小さくすることができる。

ＳｉＣ（ＳｉＣ‐１）の粒度分布を示すグラフである。 ＳｉＣ（ＳｉＣ‐２）の粒度分布を示すグラフである。 ＳｉＣ（ＳｉＣ‐３）の粒度分布を示すグラフである。 実施の形態に係る軽量建築パネルの模式的な断面図である。 従来の軽量建築パネルの模式的な断面図である。 タイルパネルを柱上に部分的に固定した状態を示す正面図である。 図６のタイルパネルの斜視図である。 異なるタイルパネルの斜視図である。 別の実施の形態に係る軽量建築パネル（タイルパネル）１Ｂを説明する断面図である。 図９の部分的な斜視図である。

Claims (5)

1. 発泡剤及び耐火性の異なる２種類以上の無機化合物を含む原料を成形し、焼成して得られる軽量発泡無機建材において、
   気孔率が２０〜６０体積％であり、
   任意の断面における単位面積当たりの全気孔面積のうち、１μｍ以下の気孔が占める面積割合が２０％以上であり、かつ１７５μｍ以上の気孔が占める面積割合が２０％以上であることを特徴とする軽量発泡無機建材。
2. 請求項１において、前記発泡剤は、平均粒径が３〜１０μｍであり、粒径の標準偏差が２．０〜５．０μｍであることを特徴とする軽量発泡無機建材。
3. 請求項１又は２において、１μｍ以下の気孔が占める面積割合が２０〜５０％であり、１〜１７５μｍの気孔が占める面積割合が０〜６０％であり、１７５μｍ以上の気孔が占める面積割合が２０〜５０％であることを特徴とする軽量発泡無機建材。
4. 板状体に接着剤によって請求項１ないし３のいずれか１項の軽量発泡無機建材を接着してなることを特徴とする軽量建築パネル。
5. 請求項４において、該軽量発泡無機建材は吸水率が５％以下であることを特徴とする軽量建築パネル。

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