JP5228220B2 - 可撓性でローラかけ可能なセメント系膜およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性があり、ローラかけ可能なセメント系の建設用膜に関する。一実施形態では、セラミックタイルを載せるための下敷として、ベースマット上の薄い水硬性の層が使用される。他の実施形態は、下敷、膜、および類似物用の可撓性水硬性組成物を対象とする。

セラミックタイルおよび天然石はともに、床および壁に対する表面カバリングとして美的で、実際的である。それらに、耐水性、清浄化の容易性、耐久性を持たせることができ、無限の種類の色彩およびデザインによって装飾を施すことができる。最近、それらは、水の存在することが多い浴室、台所、および休憩室で使用されることが全く普通になった。

家屋の建設では通常、下張り床として木材を使用することが必要であり、壁の上にドライ壁を設置することが必要である。木材またはドライ壁は繰り返し水に暴露されると、水を吸収すると膨張し、次いで水が蒸発すると収縮する。膨張収縮のこうした繰返しサイクルにより、セル壁が破壊され、長期間にわたる基材の軟化、崩壊、および分解がひき起こされる。湿っている場合、こうした基材は、かびによる攻撃をも受けやすくなり追加の損傷を被る場合もある。

セラミックタイルや天然石などの表面仕上げ材料を木材またはドライ壁に直接施用すると、膨張乾燥のサイクル、およびその結果の損傷により、仕上げ表面のひび割れおよび破壊に伴う問題がひき起こされる。セラミックタイルおよび天然石は、非常に堅くて脆い材料であり、基材がそったり移動したりしても曲がったり伸びたりしない。基材がそったり移動したりすると、それと一緒に接着タイルが移動し、基材の隣接領域が移動するとタイルがひび割れたり、破壊することになる。ひび割れたり、破壊したタイルを直ちに取り替えないと、水がひび割れ中を浸透できるようになり、基材の膨張および乾燥がさらに進み、セラミックタイルへのさらなる損傷がもたらされる。

通常、ＵＳＧ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬにより製造されたＤＵＲＯＣＫ（登録商標）Ｂｒａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ｂｏａｒｄ など、５／１６インチまたは１／２インチセメントボードをセラミックタイルの下に使用して接着性タイルを接着するための適合性表面を用意し、横方向に移動しない下敷を用意する。水に暴露されても、セメントは膨張または劣化せず、タイル下の強度および安定性が増す。

しかし、セメントボードの使用には、ある種の欠点がある。厚さ半インチのセメントボードの重量は１平方フィート当り約３ポンドであり、それを仕事現場までまたはその周辺に移動させる人々や、セラミックタイルを受ける位置にセメントボードを置く間に疲労をもたらす場合がある。セメントボードを下張り床に固定させるために、非常に多数の留め具が必要であり、それらが仕事に余分の労働を課す。ボードを切断してエッジで下敷に固定させたり、コーナーまたはキャビネットのまわりに張りめぐらすことが多い。切断中および切断後に、ダストおよび裸のエッジ中のアルカリ性ファイバーは、皮膚または肺を刺激する場合がある。セメントボードは防水性ではなく、その中を液体が透過できる。したがって、従来技術では、接着性の良好な表面を有し、移動せず、なおかつセメントボードより軽く刺激性の少ない下敷を開発する試みがなされた。

セラミックタイル用の下敷としてプラスチックシートが使用された。これは薄く、軽量であり、防水バリアを提供する。しかし、プラスチックの表面は、タイルを接着するのに用いられるモルタルの結合が不十分である。

２００３年のコンテストのために、数校の大学のエンジニアリング専攻の学生により、軽量で防水性のコンクリート組成物の薄い層を使用してコンクリート製のカヌーが作製された。ハンツビルのアラバマ大学チームは、ポルトランドセメント、ラテックス、アクリル強化剤、プラスチック微小球、および水の混合物を使用した。この混合物により、良好な加工性および耐水性を有する組成物が製造された。これは、１立方フィート当りの重量が１４．７ポンドしかなかった。

Ｙｕの米国特許第６，４５５，６１５号明細書には、単独または基材上で使用できる可撓性ポリマー改変セメントが開示されている。これは、建設エンジニアリング、水利組合プロジェクト、および市営工事での引っ込んだエリアで使用するために開示されている。水硬性セメント、ポリマー分散液、および水をカレンダー加工してシートを形成し、次いで、組成物が固化するまで乾燥した。この水硬性材料は、場合によっては、フライアッシュ、シリカヒューム、メタカオリン、およびスラグを含む他の水硬性材料を２０〜約５０％含む。

［発明の概要］
これらおよび他の問題点は、セラミックタイル用の下敷として使用するための改善された膜により対処される。この膜は、ベースマットと、そのベースマットに塗布される可撓性コーティングであり、少なくとも５０重量％のフライアッシュを含む水硬性成分と；水溶性のフィルム形成ポリマーを含むポリマーと；水とを含むコーティングとを備える。

好ましい実施形態では、セラミックタイル用の下敷として使用するための膜は、スパンボンドポリマーの２つの層の間に挟まれたメルトブローンポリマーの１つの中心層を有する、少なくとも３つの層を備えるベースマットと、そのベースマットに塗布される可撓性コーティングであり、水硬性成分と、水溶性のフィルム形成ポリマーを含むポリマーと、水とを含むコーティングとを具備する。コートされた膜を作製するためのこの特有のベースマットを使用すると、水硬性のセメント系スラリーでコートされているにも拘らず、防水性で、柔らかな触感を有し、強く、極めて可撓性である製品がもたらされる。スパンボンド層はスラリーを保持し、水硬性材料が水和するにつれて、このスラリーがそれらの層内のファイバーを結晶性マトリックス中に結合させる。

セラミックタイルの下部に使用するための下敷用の別の実施形態は、ベースマットと、硬化した水硬性成分を含む厚さ１／８インチ未満のコーティングとを備える。非常に薄い下敷の製造は、より少ない原材料しか使用しないために経済的であるのみならず、より小さい物理的なサイズのために最終製品の輸送および保管のコストが低減される。製品が薄いために、可撓性にすることも可能であり、そのためにセメントでコートされたベースマットでもコンパクトな輸送および保管のために巻くことができる。

可撓性膜の作製方法の一実施形態は、水硬性成分と、水溶性のフィルム形成ポリマーと、水とを含む成分を組み合わせるステップと、それらを混合してコーティングを形成するステップとを含む。その上にコーティングが塗布されるベースマットが、可撓性表面支持層上方にまたは無表面支持層で用意される。ベースマットの少なくとも１つの面をコートした後、そのコーティングを乾燥させて膜を形成する。

床下敷の作製方法の他の実施形態は、少なくとも５０％のフライアッシュを含む水硬性成分と、フィルム形成用の水溶性ポリマーと、水とを得るステップと、水硬性成分と、ポリマーと、水とを高せん断ミキサで混合してスラリーを形成するステップと、少なくとも１つの面を有するベースマット上にそのスラリーを注ぐステップと、ベースマットの少なくとも１つの面にそのスラリーを拡げるステップと、そのスラリーを乾燥させるステップとを含む。

基材とセラミックタイルの間に使用される、極めて可撓性で弾力性のある防水性膜が得られる。これは、厳しい、繰返し変形サイクルの後でもダメージに対する耐久性が非常に良好である。膜は、耐水分性および水分持久性が良好である。スラリーは、特にオーブンまたはキルンで乾燥された場合、非常に速やかに硬化する。製品が乾燥するときの可塑的な収縮で誘発されるひび割れは実際上皆無である。加工のための水の要求量は非常に少なく、水の添加割合が低くても混合物は、流動性がよく、セルフレベリング（ｓｅｌｆ−ｌｅｖｅｌｉｎｇ）である。

［発明の詳細な説明］
可撓性の水硬性材料は、とりわけセラミックタイル用の下敷としての使用に適したものにされる。第１の実施形態では、セメント系スラリーは、メッシュまたはスクリムに薄く塗布される。他の実施形態は、任意選択の水溶性フィルム形成ポリマーをセメントスラリーに添加する場合、支持用のメッシュを必要としない。別段の指示がなければ、組成物を説明する本明細書に記載の量または濃度は重量基準である。

種々の水硬性材料が、本発明の組成物において有用である。ある種の石炭またはその等価物の加工処理から得られる高石灰分のフライアッシュであるＣ級水硬性フライアッシュは、最も好ましい水硬性材料である。ＡＳＴＭ規則Ｃ−６１８には、Ｃ級フライアッシュ（Ｂａｙｏｕ Ａｓｈ Ｉｎｃ．，Ｂｉｇ Ｃａｊｕｎ，ＩＩ，ＬＡ）の特性が説明されている。水と混合された場合、このフライアッシュは、セメントまたは石膏と同様に硬化する。高アルミナセメントを含めたセメント、硫酸カルシウム無水物、硫酸カルシウム半水和物、または硫酸カルシウム二水和物を含めた硫酸カルシウム、石灰、他の水硬性材料およびそれらの組合せを含めた、フライアッシュと組み合わせる他の水硬性材料の使用も企図されている。フライアッシュの混合物の使用も企図されている。シリカヒューム（ＳＫＷ Ｓｉｌｉｃｉｕｍ Ｂｅｃａｎｃｏｕｒ，Ｓｔ．Ｌａｕｒｅｎｔ，Ｑｕｅｂｅｃ，ＣＡ）は、他の好ましい材料である。

理論に束縛されることを望むものではないが、フライアッシュ粒子の形が、本組成物のレオロジー特性に寄与すると考えられている。実質的に球形のフライアッシュにより、配合物中において「ボールベアリング」効果が創出され、水の要求量を増加することなく組成物のワーカビリティーが改善される。加えて、コンクリートが硬化し、強度を出すときに、一部のフライアッシュは、発熱量を著しく減少させることが分かった。ポゾラン性の材料が全てそうであるように、フライアッシュは一般に、ポルトランドセメント（Ｓｔ．Ｍａｒｙ’ｓ Ｃｅｍｅｎｔ Ｉｎｃ．，Ｄｅｔｒｏｉｔ，ＭＩ）のみの配合物よりもはるかに長い期間にわたる強度の増進をもたらす。

本組成物においてフライアッシュが好ましい他の理由は、その使用に伴って、ライフサイクル期待値および耐久性が増加することである。水和プロセス中において、フライアッシュは、水酸化カルシウムと化学的に反応して珪酸カルシウム水和物およびアルミン酸カルシウムを形成し、このために水酸化カルシウムが浸出するリスクが減少し、組成物の浸透性が少なくなる。フライアッシュは、水セメント比を低下させることにより水硬性組成物の浸透性をも改善する。これにより硬化組成物中に残る毛細管細孔の容積が減少する。球形のフライアッシュにより、本組成物の緊密性も改善されるが、これによっても浸透性が減少する。フライアッシュ中に存在することが多いアルミン酸三カルシウムが硬化促進剤として働いて硬化反応を速やかにするという理論付けもある。

本発明の一部の実施形態では、水硬性成分は、少なくとも５０重量％の水硬性フライアッシュを含む。好ましくは、水硬性成分は、少なくとも５５％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも６０％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも６５％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも７０％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも７５％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも８０％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも８５％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも９０％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも９５％の水硬性フライアッシュを含む。より好ましくは、水硬性成分は、少なくとも９９％の水硬性フライアッシュを含むか、または基本的に全てが水硬性フライアッシュである。水硬性成分の残りの成分は、任意の水硬性材料またはそれらの混合物を含む。一部の好ましい実施形態では、水硬性成分は、基本的に全てが水硬性フライアッシュである。

全組成物は、好ましくは、約４０〜約９２．５重量％の水硬性成分を含む。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約４５〜約９２．５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５０〜約９２．５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５５〜約９２．５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６０〜約９２．５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６５〜約９２．５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約４５〜約８５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５０〜約８５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５５〜約８５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６０〜約８５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６５〜約８５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約４０〜約８０重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約４５〜約８０重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５０〜約８０重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５５〜約８０重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６０〜約８０重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６５〜約８０重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約４０〜約７５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約４５〜約７５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５０〜約７５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約５５〜約７５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６０〜約７５重量％を構成する。より好ましくは、水硬性成分は、組成物の約６５〜約７５重量％を構成する。

任意選択のポリマーは、水溶性のフィルム形成ポリマーであり、好ましくはラテックスポリマーである。ポリマーは、液状または再分散可能な粉体のいずれでも使用できる。特に好ましいラテックスポリマーは、アクリル酸と酢酸ブチルのメチルメタクリレートコポリマー（Ｆｏｒｔｏｎ ＶＦ ７７４ Ｐｏｌｙｍｅｒ，ＥＰＳ Ｉｎｃ．Ｍａｒｅｎｇｏ，ＩＬ）である。

ポリマーは、任意の有用な量において添加されるが、好ましくは、乾燥固体基準に対して約５％〜３５％の量で添加される。より好ましくは、組成物は、約１０％〜約３５％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１５％〜約３５％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約２０％〜約３５％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約５％〜約３０％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１０％〜約３０％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１５％〜約３０％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約２０％〜約３０％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約５％〜約２５％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１０％〜約２５％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１０％〜約２０％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１５％〜約２０％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約５％〜約１５％のポリマーを含む。より好ましくは、組成物は、約１０％〜約１５％のポリマーを含む。

２種のインターロッキング（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ）マトリックス構造を形成するためには、本組成物中に水が存在しなければならない。系に水を添加する場合、本組成物中の全部の水を考慮すべきである。ラテックスポリマーを液体の形で供給する場合、ポリマーを分散するのに使用される水を組成物の水の中に含めるべきである。流動可能な混合物を生成する任意の量の水が使用できる。好ましくは、約５〜約３５重量％の水が、組成物中に使用される。より好ましくは、水の量は、約１０〜約３５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約１５〜約３５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約２０〜約３５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約２５〜約３５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約３０〜約３５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約１５〜約３０重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約１０〜約３０重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約２０〜約３０重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約２５〜約３０重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約１５〜約２５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約１０〜約２５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約２０〜約２５重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、約１５〜約２０重量％の範囲である。より好ましくは、水の量は、乾燥水硬性成分１００部当り約１０〜約２０重量％の水の範囲である。

水を水硬性材料に添加すると、水和反応が開始される。水和水をスラリーから吸収してセメント系材料の結晶性マトリックスが形成される。自由水が減少するにつれて、ポリマーはフィルムを形成し始め、硬化する。これらのプロセスは両方とも事実上同時に生じるので、セメント系材料の結晶性マトリックスおよびポリマーフィルムは、相互に密接に絡み合い、これら２種の物質の間の強力なリンクが形成される。

他の実施形態では、ポリマーを含まないセメント系材料の薄い層を、セラミックタイル用の安価で軽量の下敷として有用であるスクリムまたはベースマットに塗布する。ポルトランドセメントは、好ましい水硬性材料である。但し、フライアッシュ、高アルミナセメントを含めた他のセメント、硫酸カルシウム無水物、硫酸カルシウム半水和物、または硫酸カルシウム二水和物を含めた硫酸カルシウム、石灰、他の水硬性材料およびそれらの組合せの使用も本実施形態において企図されている。ポルトランドセメントと組み合わせて使用する場合、フライアッシュは、好ましくは、水硬性成分の全重量の最高６０％までの量において使用される。より好ましくは、フライアッシュは、水硬性成分の全重量の少なくとも１０％である。より好ましくは、フライアッシュは、水硬性成分の全重量の少なくとも２０％である。より好ましくは、フライアッシュは、水硬性成分の全重量の少なくとも３０％である。より好ましくは、フライアッシュは、水硬性成分の全重量の少なくとも４０％である。より好ましくは、水硬性材料は、約４０％のフライアッシュから約６０％のフライアッシュまでを含む。Ｃ級フライアッシュは好ましいフライアッシュである。

本実施形態の下敷の厚さは、好ましくは、１／８インチ（３ｍｍ）未満である。より好ましくは、下敷の厚さは、１ｍｍ未満である。上記のポリマー性組成物は、非常に様々な使用に適用可能であるが、下敷として使用するための十分な可撓性を有するポリマーのないセメント系組成物を得ることができる。水硬性材料の薄い層は、ベースマットに塗布される。添加される水の量は、流動可能な混合物を形成するのに十分である。均一な混合物が得られたら、スラリーは、薄いコーティングとしてベースマットに塗布される。好ましくは、コーティングは、ベースマットに感知できるほどの厚みを加えないが、孔のみを埋めるのに十分な厚さである。

セメントまたはポリマーセメント用の如何なるよく知られた添加物も、本組成物の全ての実施形態において、特定の目的に対する応用のために、それを改変するのに有用であり得る。フィラーは、様々な理由で添加される。膨張パーライト、他の膨張材料またはガラス、セラミックまたはプラスチック微小球などの軽量フィラーを添加すると、組成物または最終製品をさらに軽量にすることができる。組成物中に組み込まれ、小さな泡内に気体材料を封入することにより、微小球は、製品全体の重量を減少させ、それにより製品密度が減少する。通常の量において使用される発泡剤も製品密度の減少に有用である。

通常の無機フィラーおよび骨材も、コストを低減し、収縮ひび割れを減少させるのに有用である。通常のフィラーには、砂、タルク、雲母、炭酸カルシウム、仮焼粘度、軽石、破砕もしくは膨張パーライト、火山灰、籾殻灰、珪藻土、スラグ、メタカオリン、および他のポゾラン性材料が含まれる。これらの材料の量は、強度などの特性が悪い影響を受ける点を越えるべきではない。非常に薄い膜または下敷を調製する場合、砂や微小球などの非常に小さいフィラーの使用が好ましい。

組成物または最終物品の色を変えるために、着色剤が場合によっては添加される。フライアッシュの色は、通常灰色であり、Ｃ級フライアッシュは通常、Ｆ級フライアッシュより明るい。組成物に見合う任意の染料または顔料も使用できる。二酸化チタンは、白色化剤として任意選択で使用される。好ましい着色剤は、Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ，Ｃｙｎｔｈｉａｎａ，ＫＹから販売されているＡｊａｃｋ Ｂｌａｃｋである。

水硬性成分の硬化時間を加速または遅延させる硬化制御添加物は、これらの組成物での使用が意図されているものである。的確な添加物は、使用する水硬性材料および硬化時間が改変される程度に応じる。

補強材料を使用して組成物の強度を増加させることができる。ファイバーまたはメッシュの添加は場合によっては、組成物を一緒に保持する助けになる。スチールファイバー、ポリプロピレンやポリビニルアルコールなどのプラスチックファイバー、およびガラスファイバーが推奨されるが、補強材料の範囲は本明細書により限定されるものではない。

高性能可塑剤としての添加物は、水硬性スラリーの流動性を改善することが知られている。それらは、溶液中で分子を分散させるので、分子は、より容易に相互に相対的に移動し、それによりスラリー全体の流動性が改善される。ポリカルボキシレート、スルホン化メラミンおよびスルホン化ナフタレンが、高性能可塑剤として知られている。好ましい高性能可塑剤には、Ｇｒａｃｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ製のＡＤＶＡ ＣａｓｔおよびＧｅｏ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｃｅｄａｒｔｏｗｎ，ＧＡ製のＤＩＬＯＦＬＯ ＧＷ Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒが含まれる。

収縮低減剤は、製品が乾燥するときの可塑性収縮ひび割れの低減の助けになる。これらは一般に、表面張力を改変する機能があるので、スラリーが乾燥する時にスラリーが一緒に流動する。グリコールが、好ましい収縮低減剤である。

水硬性材料、ポリマー、水、および全ての任意選択の成分をミキサで合わせ、均一なブレンドが得られるまで混合する。好ましくは、ミキサは、滞留時間の短い高せん断ミキサである。小バッチ製品では、通常の実験用ブレンダが適切な混合デバイスである。より大量販売用の操業では、Ｉｐｈｏｆｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙにあるＰＦＴ ＧＭＢＨ ａｎｄ Ｃｏ．ＫＧ製造の市販の連続ミキサの使用が適している。好ましいミキサは、混合、および使用する場所まで連続式にスラリーをポンプ輸送することが可能である。これらのミキサは、固体の乾燥材料全てを、高速で回転するケージ攪拌機を使用して、水を含む液体添加物と一緒にブレンドする混合室を備える。通常の運転モードでは、ブレンドされたセメント系スラリーは、混合室から連続的に排出され、使用する場所までプログレシブキャビティポンプ（ロータ−ステータ型ポンプ）により前方にポンプ輸送される。本発明における好ましいＰＦＴミキサのモデルには、ＰＦＴ Ｍｉｘｉｎｇ Ｐｕｍｐ Ｇ４、ＰＦＴ Ｍｉｘｉｎｇ Ｐｕｍｐ Ｇ５、ＰＦＴ Ｍｏｎｏｊｅｔ ２．１３、ＰＦＴ Ｍｉｘｉｎｇ Ｐｕｍｐ Ｔ２Ｅ、ＰＦＴ Ｍｉｘｉｎｇ Ｐｕｍｐ ＭＳ１、および同ＭＳ２が含まれる。

混合後、流動性液体は、ミキサから排出され、適切な形に成形するために、モールドもしくは押出し機内に、剥離紙上に、またはベースマット上に注ぐことができる。コーティング、スプレッディング、モールディング、押出し、カレンダリング、ローリング、スクリーディング、または製造される物品に適した任意の成形法を含めた任意の方法を使用して、組成物を成形できる。セラミックタイル用の下敷として使用される膜を調製する場合、組成物を好ましくはベースマット上にローラかけまたはスクリードして膜を形成する。

組成物は、強度、および最終シートの取扱いの容易さのために、任意選択でベースマット上で成形される。この用途に対しては、任意のベースマット用材料が適している。スクリム、織りか不織かいずれかのクロス、ファイバーメッシュ、スパンボンド材料、およびメルトブローン組成物が、実用されるベースマットの例である。不織ファイバーマットは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリビニルアルコールなどのポリマー材料、またはガラスファイバーなどの非ポリマー材料から作製される。

不織材料に比較して、メッシュおよびスクリムは比較的大きな、直線的に配列されたストランド（ｓｔｒａｎｄ）またはヤーン（ｙａｒｎ）である。様々な方向に走るヤーンを、ヤーン間に孔が来るように配列できる。孔のないメッシュを使用することも企図される。ヤーンは、２種以上の方向において走ることができ、適切には、ケブラー、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコールおよびポリエステルを含めたポリマー材料、カーボンや鋼鉄などの無機材料、天然ファイバー、またはそれらの組合せから作製される。好ましいメッシュ材料は、通常フライスクリーンメッシュと呼ばれる、ポリマーコートされたガラスオープン織メッシュの単一層である。

単一層ベースマットも適切であるが、多層マットが好ましい場合も多い。様々なタイプのベースマット材料を合わせて特定の用途向けに最適化されたベースマットを創出することは有利である。セラミックタイル用の下敷として使用する場合、３層複合ベースマットは特に有利である。ファイバー状材料の使用は、構造および空隙率を制御するのに好ましい。少なくとも３種の層または薄層には、異なる構造および空隙率が存在し、それらにより、最終製品において異なる機能が発揮される。好ましいベースマットは、少なくとも２種の異なるタイプの薄層から構成される。第１の薄層タイプは、非常に多孔質であり、スラリーの良好な吸収が促進される。スパンボンドプロセスからの不織布は、第１の薄層として好ましい。スパンボンドプロセスは布地製造業者にはよく知られており、実質的に無限である、長い連続ファイバーの高空隙率薄層を生成する。第２の薄層タイプは、好ましくは、水に対して高度に不浸透性であり、それを横切っての液体の移動の抵抗になる。この層は、好ましくはやはり当業者にはよく知られている、メルトブローン製造プロセスを使用して作製される。メルトブローン薄層は、短くて細いファイバーから構成されており、非常に密で複雑なファイバーネットワークを形成するので、液体がその中を通過するのを困難にしている。

本発明の好ましいベースマットは、２つのスパンボンド薄層の間に挟まれた１つのメルトブローン薄層を含む。中心のメルトブローン薄層は、下敷を横切る水または他の液体の流動に対する抵抗に加えて、ベースマットを横切っての液体の移動に抵抗する。スパンボンド薄層をメルトブローン薄層のいずれか一方の側の上に置いて高空隙率を提供する。スパンボンド材料の空隙率のためにセメント系スラリーの良好な浸透および吸収が可能になる。太いファイバーがセメント系材料の結晶性マトリックス内に組み込まれ、強いボンドを形成する。

薄層は、適切な手段により相互に結合している。３層コンポジットは、Ｓ−Ｍ−ＳラミネートとしてＫｉｍｂｅｒｌｙ−Ｃｌａｒｋ，Ｒｏｓｗｅｌｌ，Ｇｅｏｒｇｉａから市販されている。この製品は、ポリプロピレンファイバーから作製されている。液体に対するバリアは用意されているが、この材料は依然として呼吸可能であり、その中を水蒸気が通過できる。末端用途および要求性能次第であるが、他の薄層が、特定の用途に対してより適していることがある。参照により本明細書に組み込まれている米国特許第４，０４１，２０３号には、ｓ−ｍ−ｓラミネートおよびその作製方法が十分に記載されている。

商業規模の生産ラインでは、膜は、好ましくは、ベースマットをスプールから巻き戻すことから始まり、それを混合領域方向に運ぶプロセスにより作製される。ベースマットがスラリーに対して浸透性である場合、スラリーのあふれを受けるために、ベースマットの下部の任意選択の剥離紙が有用である。ベースマットが不浸透性であり、コーティングステーションの設計が適切である場合、剥離紙への必要性は、排除できる。スラリー塗布用のコーティング装置に供給するために、ベースマットを表面支持層で合わせ、表面支持層上に置く。

ポリマーと水硬性成分を水中で混合することにより、コーティング用のスラリーを調製する。好ましくは、混合を高せん断ミキサ内で行なう。調製するバッチのサイズに応じて、連続ミキサまたはバッチミキサのいずれかが有用である。

ベースマットを用意し、セメント系スラリーをそれに塗布する。ベースマットをコートして、シートを形成するためには、ロッドコータ、カーテンコータ、スプレイヤー、スプレッダ、押出し機、プルトルージョン、ローラコータ、ナイフコータ、バーコータなどを含めた任意のコーティング装置が、スラリーとともに使用するのに適している。スラリーを拡げる好ましい方法は、スクリードバーを利用することである。スクリードバーは、ベースマットから過剰のコーティングをかきとる、金属、プラスチック、ゴム、または任意の材料でよい。薄いコーティングは、スクリードバーとベースマットの接触を保つことにより得られる。スラリーの頭がスクリードバーの前で盛り上がると、スラリーは拡がり、ベースマット面を均一に被覆する。

スラリーを拡げる場合、スクリードバーを可撓性表面支持層の上方または無表面支持層で置くことが有利であり得る。頭を盛り上がらせ、スラリーの薄いコーティングを得るために、圧力をスクリードバーにかける。試験において、硬い表面支持層の上方に位置したベースマットに対して圧力をかけると、ベースマットは移動を停止し、裂け始めた。ベースマットが可撓性ベルトにより支持されたライン部分にコーティング操作を移すと、十分な圧力をマットにかけることが可能になり、ベースマットが突出したり裂けたりすることなく薄いコーティングが得られた。ベースマットの直下の表面支持層なしでベースマットをコートすることも可能である。このケースでは、スクリードバーまたは他のコーティングデバイスは、懸垂されたベースマットの上方に位置する。過剰のコーティング材料を捕捉し、リサイクルさせるデバイスは、好ましくは、ベースマットの下方で、接触させないで位置させる。

コーティングプロセスを複数回繰り返すことにより、スラリーのより厚いコーティングを得ることが可能である。好ましくは、実質的に同じである２つのコーティングを塗布するために、２つのスクリードステーションが存在する。方向性のないシートを得ることが望ましい場合、セメント系スラリーをベースマットの両面に塗布することが可能である。ベースマットを使用しない場合、スラリーを剥離紙上にコートすることができ、製品が硬化し乾燥したらその紙を取り除く。

スラリーをベースマットに塗布した後、それを放置して乾燥、凝結および硬化させる。室温での空気乾燥、オーブンもしくはキルン乾燥、またはマイクロウエーブオーブンでの乾燥を含めた任意のスラリー乾燥法が有用である。室温で乾燥させた場合、膜は、２〜３時間で使用、包装、または貯蔵可能である。より好ましくは、コートされたマットまたはコートされた紙を、速やかに乾燥、硬化するオーブンに送る。ベースマットに薄く塗布されたスラリーは、１７５°Ｆ（８０℃）のオーブンで１０分間未満で乾燥する。ポリマーも光、特に紫外波長範囲の光を使用して硬化可能である。コーティングを熱いポリマーで作製すると、硬化時間は短縮されるが、ポットライフも短縮される。厳密な乾燥時間は、選択された厳密な組成、スラリーの厚さ、および乾燥温度によって決まる。組成物が硬化したら、もしあれば、剥離紙を通常の方法により除去する。

以下の実施例では、別段の指示がなければ、成分は全て重量によって測定される。本明細書で使用されるラテックスポリマー、Ｆｏｒｔｏｎ ＶＦ７７４は、液状であり、ポリマーの固体５１％および水４９％を含んでいた。以下の実施例では、「水」は、添加水を指し、ラテックスポリマー中の水を含まない。ポリマーに対する報告量に関しては、固体と水の両方を含む測定重量を報告する。

実施例１
表Ｉの配合１の成分からスラリーを作製した。液体ポリマー中に含まれる水に追加する水は加えないでスラリーを形成した。

上記の成分全てを高せん断ブレンダ内に入れ、３０秒間ブレンドしてスラリーを形成した。ＳＭＳラミネート上へのコーティングとして、得られたスラリーをこてにより塗布した。得られた生成物を２時間乾燥させ、続いて直径１インチ（２．５ｃｍ）の円筒状に巻いた。

実施例２
表Ｉの成分を再度混合し、それをＳＭＳラミネートに塗布することにより、別のセメント系膜を作製した。得られたコート生成物を２１０°Ｆ（９９℃）のオーブンに移し、３分間保持した。続いて、軟らかい可撓性膜をオーブンから取り出し、スラリーをベースマットに塗布してから４分未満で巻いた。

実施例３
ポリ塩化ビニルでコートしたガラスファイバーで作製された双方向メッシュベースマットを使用して２つの可撓性膜を製造した。このメッシュは、縦糸と横糸の両方向で１インチ当り９ガラスファイバーヤーンを有する開口した多孔性の構造であった。表ＩＩの２つの水硬性組成物をそれぞれこのベースマット片に塗布した。

図１は、ガラスファイバーメッシュベースマットを使用した２つの膜の写真を示す。示す通り、ガラスファイバーメッシュは完全にコートされ、本発明のフライアッシュ組成物で埋め込まれた。最終製品の可撓性および折畳性は、そのロールになるように膜が巻かれた直径１インチ（２．５４ｃｍ）（やはり図示されたペンと比較されている）未満の締まったロールにより示されている。

実施例４
実施例１の表Ｉに示すセメント系配合物を調製し、ＳＭＳポリマーラミネート上に塗布することにより、可撓性でローラかけ可能なセメントベースの膜を製造した。ＡＳＴＭ Ｃ６２７ Ｒｏｂｉｎｓｏｎ Ｆｌｏｏｒ Ｔｅｓｔにより耐久性を評価するために、調製された膜を使用して床を建造した。このＲｏｂｉｎｓｏｎ Ｆｌｏｏｒ Ｔｅｓｔの間、様々な硬度および様々な負荷を有するホイールをそれぞれ９００回転でタイル表面上を連続的に移動させる。各サイクル後、タイルを調べて、そのいずれかが緩んだり、壊れたりまたは削り取られたりしていないかを判定した。グラウトを精査して、それがはじけたか、ひび割れたかまたは粉々になったかを判定した。

厚さ２３／３２インチの合板パネルを、中心で１６インチ間隔の枠組み梁に取り付けた。１／８インチ×１／８インチＵノッチこてを使用して、薄い硬化モルタルを用いて可撓性のセメントベース膜を合板製下張り床に接着した。薄い硬化モルタルを用いて２インチ ×２インチセラミックモザイクタイルを可撓性のセメントベース膜に接着した。試験方法ＡＳＴＭ Ｃ６２７によって試験をすると、建造された床は、４サイクル目で２００５年Ｔｉｌｅ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｈａｎｄｂｏｏｋによる住居格付に不合格であった。

実施例５
表ＩＩＩにリストアップされた成分を使用して、下敷を調製した。

上記の水硬性混合物を調製し、一般にフライスクリーンメッシュと呼ばれるポリマーコートしたガラス製開放織メッシュの単一層にスキージによって塗布し、乾燥させた。

参照により本明細書に組み込まれているＡＳＴＭ Ｃ６２７ Ｒｏｂｉｎｓｏｎ Ｆｌｏｏｒ Ｔｅｓｔを使用して、下敷の２つの試料を試験した。木材の３／４インチ配向ストランドボード（ＯＳＢ）上に試験用の試料床を調製した。マスチックを使用して、下敷をこのＯＳＢに接着した。機械的な結合材は使用しなかった。次いで、薄い硬化接着剤を使用して２インチ（５ｃｍ）のセラミックタイルを下敷上に並べ、次いでタイルをグラウト材で固めた。試料を製造日から少なくとも２８日間硬化させてから、試験を行なった。

２つの試料のいずれもで、６番目の試験サイクルを通してタイルまたはグラウトにおける欠陥は全くなかった。試料の１つは７番目のサイクルに不合格であったが、２番目の試料は８番目の試験サイクルに合格した。

本発明のフライアッシュ組成物およびその作製方法の特定の実施形態を示し、説明したが、そのより広い態様および下記の特許請求の範囲での陳述における本発明から逸脱することなく、それらの変更および改変ができることは当業者には理解されよう。

実施例３の膜の可撓性を示す図である。

Claims (20)

1. セラミックタイル用の下敷として使用するための膜であって、
   ベースマットと、
   前記ベースマットに塗布する可撓性コーティングであり、Ｃ級フライアッシュからなる５５〜７５重量％の水硬性成分、水溶性のフィルム形成ポリマーを含む乾燥固体基準に対して５〜３５重量％のポリマー、及び５〜３５重量％の水を含み、如何なるセメント成分、及び上記Ｃ級フライアッシュ以外の如何なるフライアッシュをも含んでいないコーティングとを備えることを特徴とする可撓性でローラかけ可能なセメント系膜。
2. 前記ポリマーが、ラテックスポリマーであることを特徴とする請求項１に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜。
3. 前記ラテックスポリマーが、アクリルポリマーであることを特徴とする請求項２に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜。
4. 前記ベースマットは、スパンボンドポリマーの２つの層の間に挟まれたメルトブローンポリマーの１つの中心層を有する、少なくとも３つの層を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜。
5. 前記ベースマットが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、およびポリエステルの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載された可撓性でローラかけ可能なセメント系膜を作製する方法であって、
   Ｃ級フライアッシュからなる水硬性成分、水溶性のフィルム形成ポリマー、及び水を含む成分を組み合わせるステップと、
   成分を混合してコーティングを形成する混合ステップと、
   ベースマットを用意するステップと、
   少なくとも１つの可撓性表面支持層上方および無表面支持層のベースマットの少なくとも１つの面上にコーティングを塗布する塗布ステップと、
   コーティングを乾燥させて膜を形成するステップとを含むことを特徴とする可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
7. 前記塗布ステップが、コーティング、スプレーイング、スプレッディング、スクリーディング、およびローリングからなる群より選ばれる少なくとも１つの塗布方法を含むことを特徴とする請求項６に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
8. 前記塗布ステップが、スクリーディングを含むことを特徴とする請求項７に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
9. 前記スクリーディングするステップが、膜に第２のコーティングの塗布を行なうために繰り返されることを特徴とする請求項８に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
10. 前記スクリーディングが、可撓性表面支持層上で行なわれることを特徴とする請求項８又は９に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
11. 前記混合ステップが、高せん断条件下で成分を混合するステップを含むことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
12. 高せん断バッチミキサを使用して高せん断条件を供給することを特徴とする請求項１１に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
13. 請求項１乃至５のいずれかに記載された可撓性でローラかけ可能なセメント系膜を作製する方法であって、
    Ｃ級フライアッシュ、水溶性のフィルム形成ポリマー、及び水を含む成分を組み合わせるステップと、
    成分を混合してコーティングを形成する混合ステップと、
    ベースマットを用意するステップと、
    ベースマットの少なくとも１つの面上にコーティングを塗布するステップと、
    コーティングを硬化させて膜を形成する硬化ステップとを含むことを特徴とする可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
14. 前記混合ステップが、高せん断条件下で行なわれることを特徴とする請求項１３に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
15. 前記ベースマットを用意するステップが、ベースマットを巻き戻すステップを含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
16. 前記硬化ステップが、キルン内で膜を加熱するステップを含むことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
17. 請求項１乃至５のいずれかに記載された可撓性でローラかけ可能なセメント系膜を作製する方法であって、
    Ｃ級フライアッシュからなる水硬性成分、水溶性のフィルム形成ポリマー、及び水を含む成分を組み合わせるステップと、
    成分を高せん断条件下で混合してコーティングを形成するステップと、
    少なくとも１つの面を有するベースマットを用意するステップと、
    面にコーティングを塗布する塗布ステップと、
    コーティングを硬化させる硬化ステップとを含むことを特徴とする可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
18. 前記塗布ステップが、ローリング、スクリーディング、スプレーイング、スプレッディング、およびコーティングからなる群より選ばれる少なくとも１つの塗布方法を含むことを特徴とする請求項１７に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
19. 前記硬化ステップが、コーティングを乾燥するステップ、コーティングを加熱するステップ、またはコーティングを光に暴露するステップからなる群より選ばれる少なくとも一つのステップを含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。
20. 前記光が紫外波長範囲にあることを特徴とする請求項１９に記載の可撓性でローラかけ可能なセメント系膜の製造方法。

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