JP4886198B2 - 軽量無機質板 - Google Patents

Description

本発明はケイ酸カルシウム水和物と木質補強材とを主成分とする軽量無機質板およびその製造方法に関するものである。

従来からケイ酸質原料と石灰質原料とを含むスラリーを高温高圧下で反応せしめてケイ酸カルシウム水和物を生成し、該ケイ酸カルシウム水和物を含むスラリーを抄造脱水成形し、得られた板状成形体を養生硬化せしめることによって製造される軽量無機質板が提供されている。
上記軽量無機質板は軽量ではあるが硬く脆い性質を有し、曲げ強度および剛性が不足している。
そこで該軽量無機質板の強度および剛性を向上せしめるために原料混合物にフェノール樹脂前躯体（プレポリマー）を添加し、養生硬化中に該フェノール樹脂前躯体を硬化（樹脂化）する方法が提案されている（例えば特許文献１，２，３参照）。

特許第３４４８１２１号公報 特開平５−２９４７０４号公報 特開２００４−７５４６２号公報

上記軽量無機質板の原料混合物にフェノール樹脂前躯体を添加し、硬化することによって強度を向上せしめる方法は、顕著な強度向上効果を得るために、フェノール樹脂前躯体の添加量を多くする必要があった。
しかしフェノール樹脂前躯体の添加量を多くすると、原料費が高くなり、軽量無機質板が安価に提供出来なくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、ケイ酸カルシウム水和物と木質補強材とを主成分とする板状硬化成形体の表面および／または裏面に多数の微細孔が形成されている熱硬化性樹脂膜を形成被覆した軽量無機質板を提供するものである。
該微細孔の大きさは５〜５００ｍｍ²であることが望ましく、また該木質補強材は、径５μｍ以上および／または長さ１．５ｍｍ以上の太径長繊維木質補強材と、径０．１μｍ以下および／または長さ１．５ｍｍ未満の微細径短繊維木質補強材との混合物であることが望ましく、該主成分には更に水硬性無機物質が添加されていることが望ましい。
更に本発明はケイ酸質原料と、石灰質原料とを主成分とする原料混合物を水に分散せしめてスラリーを調製し、該スラリーを高温高圧下で上記ケイ酸質原料と石灰質原料とを反応せしめてケイ酸カルシウム水和物を生成し、該ケイ酸カルシウム水和物を含むスラリーを抄造脱水成形し、得られた板状成形体の表面および／または裏面に熱硬化性樹脂プレポリマー粉末を散布するかあるいは熱硬化性樹脂プレポリマー溶液を斑点状に塗布し、該板状成形体を熱圧することによって該板状成形体と熱硬化性樹脂プレポリマーとを硬化せしめる軽量無機質板の製造方法により提供するものである。

〔作用〕
本発明にあっては、熱硬化性樹脂を軽量無機質板の内部に添加するのではなく、板の表面および／または裏面に熱硬化性樹脂膜を形成被覆するので、熱硬化性樹脂による強度の向上効果が顕著に発現する。したがって熱硬化性樹脂の使用量を内部添加方式よりも大巾に減らすことが出来かつ、内部添加と同等の機械的挙動を得ることが可能となる。また該熱硬化性樹脂膜には多数の微細孔が形成されているので、板の吸放湿性が確保される。

〔効果〕
本発明は軽量無機質板の表面および／または裏面に多数の微細孔が形成されている熱硬化性樹脂膜を形成被覆することによって板の強度向上を図るので、該熱硬化性樹脂の必要量を最小限にとどめることが可能であり、したがって材料コストを低減することが出来、同時に吸放湿性に優れた製品を提供することが出来る。

以下に本発明を詳細に説明する。
〔ケイ酸質原料〕
本発明で用いられるケイ酸質原料としては、例えばケイ酸、無定形ケイ酸、ケイ砂、ケイ石粉、ケイ藻土、石英、長石類、粘土鉱物、白土、フライアッシュ、パーライト等のＳｉＯ₂ を主成分とする原料である。

〔石灰質原料〕
本発明で用いられる石灰質原料とは消石灰、生石灰、カーバイト滓等のＣａＯを主成分とする原料である。

〔木質補強材〕
本発明に使用される木質補強材としては、例えば木質パルプ、木質繊維束、故紙解繊または粉砕物、マイクロフィブリル化したセルロース（ＭＦＣ）等が例示される。
望ましい木質補強材としては、ダブルディスクリファイナー（ＤＤＲ）で処理した木質パルプ（平均繊維長１．５〜３ｍｍ、径５〜２５μｍ）、故紙解繊物（平均繊維長０．５〜１．５ｍｍ未満、径５〜２５μｍ）、ＭＦＣ（平均繊維長０．１〜１ｍｍ、径０．０１〜０．１μｍ）がある。上記木質補強材のソースとしては、針葉樹未晒し（ＮＵ）、針葉樹晒し（ＮＢ）、広葉樹未晒し（ＬＵ）、広葉樹晒し（ＬＢ）等が適宜選択される。
上記木質補強材は径や長さの異なるものを二種以上混合使用することが望ましい。望ましくは径５μｍ以上および／または長さ１．５ｍｍ以上の太径長繊維木質補強材と、径０．１μｍ以下および／または長さ１．５ｍｍ未満の微細径短繊維木質補強材との併用であり、具体的には、例えば径５〜２５μｍの木質パルプあるいは故紙解繊物と、径０．０１〜０．１μｍのＭＦＣとの組合わせがある。
上記組合わせにおいて、太径長の繊維は板の補強と共にスラリーの濾水性を向上させて良好な抄造性を付与し、微細径短の繊維は板の補強と共に板の構造を緻密にすることにより強度物性を向上せしめる。更に二種以上を組み合わせることで、濾水性を損なうことなく固形分捕捉を向上することが可能となり、マツト成形性、ブレス成形性を確保しつゝ安定した物性の板が得られる。

〔熱硬化性樹脂膜〕
本発明の熱硬化性樹脂膜は熱硬化性樹脂プレポリマーを無機質板の表面および／または裏面に散布または斑点状に塗布することによって形成される。本発明に使用される熱硬化性樹脂プレポリマーとしては、フェノール樹脂初期縮合物、メラミン樹脂初期縮合物、尿素樹脂初期縮合物、ウレタン樹脂プレポリマー、ポリイソシアナート、エポキシ樹脂プレポリマー等が例示される。円滑に硬化（樹脂化）する点からみて、フェノール樹脂初期縮合物および／またはエポキシ樹脂プレポリマーを使用することが望ましいが、コストの面、作業性の面からみるとフェノール樹脂初期縮合物の使用が望ましい。
上記熱硬化性樹脂プレポリマーは粉末、あるいは水溶液、あるいは有機溶剤溶液あるいは１００％液状物として提供される。

〔水硬性無機物質〕
本発明で使用される水硬性無機物質としては、例えば高炉スラグ、高炉スラグセメント、フライアッシュ、シリカヒューム、ポルトランドセメント等がある。

〔第三成分〕
上記原料以外に、本発明では例えばパーライト、石膏粉末、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、木質セメント板廃棄物粉末等の充填材、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、アセテート繊維、綿繊維等の有機繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、岩綿、金属繊維等の無機繊維等の補強材が添加されてもよい。また耐水性または内部接合力の向上を目的としてアクリル樹脂エマルジョン、スチレン−ブタジエン共重合体樹脂エマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン等の合成樹脂エマルジョンを添加してもよい。

〔ケイ酸カルシウム水和物スラリーの調製〕
上記ケイ酸質原料と石灰質原料とを水に分散させてスラリーとし、該スラリーのｐＨを苛性ソーダ等のアルカリにより調整した後、高温高圧下で攪拌すると、ケイ酸カルシウム反応によって該スラリー中にトバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ₂・５Ｈ₂Ｏ）あるいはゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ₂・Ｈ₂Ｏ）あるいはトバモライトとゾノトライトとの混合物が生成する。
上記トバモライトはケイ酸質原料と石灰質原料との比率をＣａ／Ｓｉ＝０．６５〜１．２になるような範囲に設定し、反応温度を１５０〜２００℃の範囲に設定することによって生成し、上記ゾノトライトはケイ酸質原料と石灰質原料との比率をＣａ／Ｓｉ＝０．７５〜１．５になるような範囲に設定し、反応温度を１７０〜３００℃の範囲に設定することによって生成する。
上記水硬性無機物質を添加する場合、通常上記ケイ酸カルシウム反応によってケイ酸カルシウム水和物が生成された後に添加する。上記水硬性無機物質は該スラリー固形分に対して通常２０〜５０質量％程度添加される。
上記木質補強材、水硬性無機物質以外の第三成分も、通常上記ケイ酸カルシウム水和物の生成後に添加する。上記木質補強材は通常スラリー固形分中３〜２０質量％程度添加されるが、１０質量％以下の添加量で充分な補強効果が得られる。

〔抄造〕
抄造はフローオン方式、ハチェック方式、脱水プレス方式等公知の装置を用いた方法で行なわれるが、抄造に際してはスラリー中の固形分濃度は通常１〜１５質量％程度に調節される。そして抄造されたマットは真空吸引あるいはプレスにより脱水され、所望なればメイキングロール等を用いて該マットを所定枚数積層してもよい。

〔プレス成形〕
上記抄造されたマットは所望なればプレス成形によって所定の形状に成形される。この場合の成形圧力は通常０．５〜５．０ＭＰａである。

〔養生硬化〕
上記抄造され望ましくは成形された成形物は養生される。養生条件は通常５０〜８０℃で６〜２４時間行なわれる。養生温度が低い場合は勿論養生時間は長くなる。上記養生工程において、水硬性無機物質を添加した場合は、該水硬性無機物質中に含まれる活性ＳｉＯ₂ がスラリー中の石灰質原料から溶出したアルカリ、主としてＣａ⁺⁺イオンと反応してケイ酸カルシウムあるいはアルミン酸カルシウムゲルを生成して硬化する。
養生後は通常８０〜１２０℃、２〜５時間程度加熱乾燥を行なって製品とする。

〔熱硬化性樹脂プレポリマーの散布または塗布〕
上記プレス成形後あるいは養生硬化後において、上記熱硬化性樹脂プレポリマーの粉末を成形体の表面および／または裏面に散布するか、あるいは上記熱硬化性樹脂プレポリマーの溶液を成形体の表面および／または裏面に斑点状に塗布する。上記熱硬化性樹脂プレポリマーの溶液を成形体の表面および／または裏面に斑点状に塗布するには、該溶液をそのまゝあるいは該溶液にポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム等の増粘剤を添加した溶液をスプレー塗布、あるいは凸版印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷等によって印刷する。
上記熱硬化性樹脂プレポリマーの散布または塗布量は、表裏面に散布または塗布する場合には、通常片面に固形分として０．０３〜０．０８ｇ／ｃｍ²、片面のみに塗布する場合には、通常固形分として０．０５〜０．１５ｇ／ｃｍ²程度に設定する。
熱硬化性樹脂プレポリマーは粉末として成形体表面および／または裏面に散布することが望ましい。溶液として成形体表面および／または裏面に塗布する場合には、成形体表面および／または裏面から内部に溶液が浸透して強化効果が低下するおそれがあるが、粉末散布の場合には該粉末が成形体表面および／または裏面に粉末が留まり易い。
熱硬化性樹脂プレポリマーを該成形体表面および／または裏面に散布または塗布後は、該成形体を通常圧力０．５〜５．０ＭＰａ、温度を該熱硬化性樹脂プレポリマーの硬化（樹脂化）温度に設定してプレスを行なう。フェノール樹脂初期縮合物の場合は、通常１６０〜２２０℃で１０分間の熱プレスが行なわれる。
このようにして成形体の表面および／または裏面に散布または塗布された熱硬化性樹脂プレポリマーは高分子化および／または硬化して多数の微細孔が形成されている熱硬化性樹脂膜となる。上記熱硬化性樹脂膜の微細孔の大きさを５〜５００ｍｍ²に設定することが望ましい。該微細孔の大きさが５ｍｍ²に満たない場合には充分な吸放湿性が得られず、一方該微細孔の大きさが５００ｍｍ²を越えると充分な強度向上効果が得られない。
プレス後は自然乾燥、所望なれば加熱乾燥して軽量無機質板製品を得る。

〔実施例１〜５、比較例１，２〕
実施例１〜４については、ケイ石粉と消石灰とを水に分散させて固形分濃度３０質量％のスラリーを調製する。該ケイ石粉と消石灰との混合比率はケイ石粉に含まれるＳｉＯ₂と消石灰に含まれるＣａＯとのモル比が５：５になるようにする。
該スラリーのｐＨを苛性ソーダ等のアルカリにより調整した後アジテーターのついた水熱合成用のオートクレーブ中で２ＭＰａの圧力下、２００℃の温度に加熱し、攪拌しつゝ９時間反応させる。該反応によりケイ石粉のＳｉＯ₂と消石灰のＣａＯとが反応してゾノトライトが生成され、またスラリー中にはケイ酸カルシウム反応中間生成物が存在する。
実施例５については、ＳｉＯ₂とＣａＯとのモル比が７：３になるように調節し、オートクレーブ中で２５０℃の温度で９時間反応させることによって、トバモライトを生成せしめる。
上記ゾノトライトまたはトバモライトスラリー中に表１に示す木質補強材、水硬性無機物質等を表１に示す量で配合し、固形分濃度１０質量％のスラリーを調製する。
上記混合スラリーはハチェック式抄造機によって抄造脱水されてマットとされ、該マットを１．５ＭＰａの圧力でプレスして所定形状に成形する。
実施例については、プレス成形後に成形物表裏面にフェノール樹脂初期縮合物水溶液を固形分として片面０．０５ｇ／ｃｍ²、両面０．１ｇ／ｃｍ²、の割合でスプレー散布し、圧力０．８ＭＰａ、温度２００℃で１０分間熱プレス成形し、その後自然乾燥、自然養生した。得られた各試料の表裏面のフェノール樹脂膜の微細孔の大きさは表１に示される。
比較例１については実施例と同様に表１の配合のスラリーを抄造脱水成形し、フェノール樹脂初期縮合物水溶液を散布することなく熱プレス成形後自然乾燥、自然養生し、比較例２については、実施例と同様に表１の配合のスラリーを抄造脱水成形し、フェノール樹脂初期縮合物水溶液を微細孔が形成されないように固形分として片面片面０．０５ｇ／ｃｍ²、両面０．１ｇ／ｃｍ²、の割合でスプレー散布し、該成形物を養生硬化した後自然乾燥した。
実施例１〜５、比較例１，２の軽量無機質板の物性を表１に示す。

表１を参照すると、フェノール樹脂初期縮合物粉末を散布した実施例１，２，３、および水硬性無機物質としてセメント／スラグを添加した実施例４およびトバモライトを使用した実施例５はフェノール樹脂初期縮合物を散布しない比較例１に比べると曲げ強度、ヤング率共に大巾に向上している。特にセメント／スラグを添加した実施例４は、他の実施例と比較しても曲げ強度、ヤング率共に格段に向上していることが認められる。微細孔の大きさに関しては大きくなるにつれて若干曲げ強度の低下がみられるが、実施例３の試料においても比較例１の試料より曲げ強度ははるかに大きい。また熱硬化性樹脂膜に微細孔が存在しない比較例２の試料は実施例１〜５の試料よりも吸放湿性が格段に小さい。

本発明では高強度でかつな不燃性で、充分な吸放湿性を有する軽量無機質板が得られる。該軽量無機質板は建築板等に有用である。

Claims (4)

1. ケイ酸カルシウム水和物と木質補強材とを主成分とする板状硬化成形体の表面および／または裏面に、フェノール樹脂初期縮合物および／またはエポキシ樹脂プレポリマーを熱圧してなる、多数の微細孔が形成されている熱硬化性樹脂膜を形成被覆し、吸放湿性が７３g/m²以上であることを特徴とする軽量無機質板。
2. 該微細孔の大きさは５〜５００ｍｍ²である請求項１に記載の軽量無機質板。
3. 該木質補強材は、径５μｍ以上および／または長さ１．５ｍｍ以上の太径長繊維木質補強材と、径０．１μｍ以下および／または長さ１．５ｍｍ未満の微細径短繊維木質補強材との混合物である請求項１に記載の軽量無機質板。
4. 該主成分には更に水硬性無機物質が添加されている請求項１または２または３に記載の軽量無機質板。