JP5374334B2 - 硬化体 - Google Patents

Description

本発明は、新規な硬化体に関するものである。

従来、壁、屋根、床、天井、柱、梁等の部位において、セメント、石膏等の無機系の結合材と骨材を含有する無機系硬化体が多く採用されている。例えば、各種高炉の鋳床や、住宅内装におけるコンロ周辺のキッチンバックパネル等、高温に晒される部分のある床や壁材の耐熱性材料として採用されている。
このような耐熱性材料として、例えば特許文献１には、セメントと特定の多孔性骨材を含む耐熱ブロックが記載されている。

しかし、特許文献１の耐熱性材料は、高温に耐え得る耐熱性を有しているが、一方で耐熱ブロックの温度が急激に上昇するおそれがある。

特開２００３−２５２６７２号公報

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、優れた耐熱性を有する硬化体を得ることを目的とするものである。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行なった結果、水硬性無機結合材、軽量骨材、特定の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体、及び繊維状物質を構成成分とする硬化体に想到し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の硬化体は、下記の特徴を有するものである。

１．（Ａ）水硬性無機結合材１００重量部に対して、（Ｂ）軽量骨材１０〜３００重量部、（Ｃ）少なくとも２種以上の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体１００〜１２００重量部、（Ｄ）融点１０００℃以上の繊維状物質５〜１００重量部、を構成成分とし、
上記（Ｃ）が、平均粒子径０．２μｍ以上２μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−１）、並びに平均粒子径２μｍ超１０μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−２）を含むことを特徴とする硬化体。

本発明は、水硬性無機結合材、軽量骨材、平均粒子径０．２μｍ以上２μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体、並びに平均粒子径２μｍ超１０μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体、繊維状物質を必須成分として含む無機質硬化体であることにより、優れた耐熱性能を発揮することができるものである。

（Ａ）水硬性無機結合材
本発明における水硬性無機結合材（以下、単に「（Ａ）成分」ともいう）としては、例えば、セメント、石膏、等が挙げられる。この中でも本発明では、セメントが好適に使用される。
セメントとしては、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、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント等のポルトランドセメントのほか、アルミナセメント、超速硬セメント、膨張セメント、酸性リン酸塩セメント、シリカセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、キーンスセメント等が挙げられる。これらは１種または２種以上を混合して使用できる。これらの中でも、ポルトランドセメントが好ましい。より具体的には、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント及び白色ポルトランドセメントの少なくとも１種が好ましいものとして挙げられる。

（Ｂ）軽量骨材
本発明における軽量骨材（以下、単に「（Ｂ）成分」ともいう）とは、天然鉱物の発泡または膨張した物質である膨張パーライト、膨張頁石、膨張バーミキュライト（ヒル石）、軽石、シラスバルーン等の他、シリカゲルを発泡させたもの、各種スラグを造粒して発泡させたもの、粘土粉体を造粒して発泡させたもの等の人工軽量骨材等が挙げられる。これらは１種または２種以上を混合して使用できる。この中でも、特に膨張パーライト及び／または膨張バーミキュライトを含むことが好ましい。（Ｂ）成分は、かさ比重が０．０５〜０．１５であることが好ましい。このような範囲である場合、優れた断熱性を発揮することができる。また、（Ｂ）成分の平均粒径は、特に限定されるものではないが、好ましくは１〜１０ｍｍ程度である。

（Ｂ）成分の比率は、（Ａ）成分１００重量部に対して、１０〜３００重量部、好ましくは５０〜２００重量部である。このような範囲である場合、優れた耐熱性、断熱性を発揮することができる。

（Ｃ）金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体
本発明における金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（以下、単に「（Ｃ）成分」ともいう）は、硬化体の耐熱性を向上させるものである。
金属酸化物としては、特に限定されないが、例えば、亜鉛、鉄、銅、錫、バリウム、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、アンチモン、インジウム等の酸化物、またそれらの複合酸化物等が挙げられる。本発明では特に、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム等が好ましい。
金属酸化物の前駆体としては、硬化体が高温に晒された際に、酸化反応等により上記の金属酸化物を生成するものであれば特に限定されず、例えば、亜鉛、鉄、銅、錫、バリウム、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、アンチモン、インジウム等の各種金属、またはそれら金属の水酸化物、硫酸塩、亜硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、酢酸塩、塩化物塩、ホウ酸塩、または上記金属の複合化合物等が挙げられる。本発明では特に、上記金属の水酸化物、硫酸塩、ホウ酸塩等が好ましい。

また、（Ｃ）成分の金属酸化物としては屈折率が１．４以上のものが好ましい。この場合、硬化体の耐熱性を向上させることができる。

（Ｃ）成分の比率は、（Ａ）成分１００重量部に対して、１００〜１２００重量部、好ましくは３００〜９００重量部である。このような範囲である場合、優れた耐熱性を有することができる。

本発明において、上記（Ｃ）成分は、平均粒子径０．２μｍ以上２μｍ以下（好ましくは０．６μｍ以上１．８μｍ以下）の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−１）（以下、単に「（Ｃ−１）成分」ともいう）、並びに平均粒子径２μｍ超１０μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−２）（以下、単に「（Ｃ−２）成分」ともいう）を含むものである。このように、平均粒子径が異なる少なくとも２種以上の（Ｃ）成分を含むことにより、優れた耐熱性を発揮することができる。

（Ｃ）成分中の（Ｃ−１）成分と（Ｃ−２）成分の重量比は、１：１〜１：８０であることが好ましい。この場合、優れた耐熱性能を発揮することができる。

この（Ｃ）成分の作用機構は明らかではないが、一般に粒子はレイリー散乱の理論から、その粒子の２倍の長さの波長の光を最も強く反射するため、（Ｃ−１）成分は波長０．５μｍ〜５μｍ程度の波長領域（可視光〜中赤外線領域）、また（Ｃ−２）成分は波長５μｍ〜２５μｍ程度の波長領域（中赤外線〜遠赤外線領域）において高い反射率を有すると推察される。このため、本発明の硬化体は、広範囲の波長領域において高い反射率を有しており、高温に晒された場合でも効率的に温度上昇を抑制することができるものと推察される。

本発明において、特に高い耐熱性を必要とする場合、金属酸化物と金属酸化物の前駆体をそれぞれ含むことが好ましい。この場合の（Ｃ−１）成分と（Ｃ−２）成分の組み合わせとしては、例えば、（Ｃ−１）成分として酸化チタン（屈折率：２．７１）、（Ｃ−２）成分として水酸化アルミニウム（酸化アルミニウム（屈折率：１．７６）の前駆体）とすることが好ましい。

（Ｄ）繊維状物質
本発明における繊維状物質（以下、単に「（Ｄ）成分」ともいう）は、融点１０００℃以上のものであり、硬化体に優れた耐熱性、耐久性を付与するものである。
（Ｄ）成分としては、例えば、ロックウール、セラミック繊維等の人工鉱物繊維、珪酸塩鉱物等の天然鉱物繊維が挙げられ、これらは１種又は２種以上を混合して使用できる。本発明では特に、ザクロ石、カンラン石等のネソ珪酸塩；異極鉱、ローソン石等のソロ珪酸塩；緑柱石や電気石等のシクロ珪酸塩；輝石類、珪灰石、角閃石、ゾノトラ石等のイノ珪酸塩；雲母類、滑石、緑泥石類等のフィロ珪酸塩；長石類、沸石類等のテクト珪酸塩；等の珪酸塩鉱物が好ましく、中でも、輝石類、珪灰石、角閃石、ゾノトラ石等のイノ珪酸塩が好ましい。

（Ｄ）成分の平均繊維長は１０〜４０００μｍ、好ましくは１０〜１０００μｍ、より好ましくは１００〜５００μｍである。また、（Ｄ）成分の比率は、（Ａ）成分１００重量部に対して、５〜１００重量部、好ましくは１０〜８０重量部である。このような範囲である場合、耐熱性、耐久性（耐クラック性）、等に優れる。

本発明の硬化体は、上記（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分を併用して用いることにより、優れた耐熱性、断熱性、耐久性を有するものである。作用機構は明らかではないが、（Ｄ）成分は融点が１０００℃以上と高温でり、１０００℃未満の温度では軟化しないため、硬化体が高温に晒された場合でも繊維状を維持することができる。これにより硬化体強度の低下を抑制することができるとともに、（Ｄ）成分は硬化体中で（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分のスペーサーとして作用すると推察される。このスペーサー効果により、（Ｂ）成分の空隙を保持すること、（Ｃ）成分の焼結による粒子径増大を抑制することができ、上述の反射特性等を維持すると推察される。この結果、本発明の（Ｂ）成分、（Ｃ）成分の効果を十分に発揮させることができると考えられる。

上記以外に、本発明の硬化体の構成成分として、（Ｆ）合成樹脂、（Ｇ）粘性調整剤、（Ｈ）充填剤、（Ｉ）前記（Ｄ）以外の繊維状物質を含むことができる。

（Ｆ）合成樹脂は、ラテックス、合成樹脂エマルション、粉末樹脂等のいずれであっても良い。とりわけ、プレミックスが可能であり、加水後の分散性に優れるという点で再乳化形粉末樹脂を好適に用いることができる。樹脂成分としては、最終的に得られる硬化体の強度向上、成形性の向上等を図ることができるものであれば限定的でなく、公知のもの又は市販品を使用することができる。例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、プロピオン酸ビニル樹脂、ベオバ樹脂、アクリル酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂成分を添加することにより、強度等の向上を図ることができる。樹脂成分の添加量は限定的ではないが、通常は（Ａ）成分１００重量部に対し、固形分換算で３〜５０重量部程度とすることが強度向上の点で望ましい。

（Ｇ）粘性調整剤は、粘性調整や保水性の向上による作業性の改良のために添加するものであり、セルロース類等の水溶性樹脂が使用できる。（Ｈ）充填剤としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩が使用できる。（Ｉ）前記（Ｄ）以外の繊維状物質は、収縮量低下、等のために添加するものであり、ガラス繊維等の無機繊維が使用できる。

さらに、上記以外にも必要に応じて、界面活性剤、減水剤、消泡剤、防錆剤、顔料等の公知の添加剤を含んでもよい。

本発明硬化体は、（Ａ）水硬性無機結合材、（Ｂ）軽量骨材、平均粒子径０．２μｍ以上２μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−１）、並びに平均粒子径２μｍ超１０μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−２）、及び（Ｄ）融点１０００℃以上の繊維状物質を必須構成成分とし、これらと適当量の水とを均一に混合した組成物（以下、単に「硬化体組成物」ともいう）を成形することによって得られるものである。硬化体組成物の各成分は、（Ａ）成分１００重量部に対して、（Ｂ）成分１０〜３００重量部、（Ｃ）成分５０〜１０００重量部、及び（Ｄ）成分５〜５０重量部を含むものである。

水の比率は、（Ａ）成分１００重量部に対し、好ましくは１００〜２０００重量部、より好ましくは２００〜１５００重量部である。この範囲の水を添加することにより、硬化体を効率的に形成することができる。

上記硬化体組成物の成形方法としては、特に限定されないが、例えば、硬化体組成物を型枠内に流し込み、乾燥後に脱型する方法、あるいは耐熱性が要求される各部位に直接塗付し、乾燥、成形する方法、等が挙げられる。

上記において、硬化体組成物を流し込む、あるいは塗付する際には、例えば、スプレー、ローラー、こて、刷毛塗り、レシプロ、コーター、流し込み、等の手段を用いた方法を採用することができる。また、使用できる型枠としては、例えばシリコン樹脂製、ウレタン樹脂製、金属製等の型枠、あるいは離型紙を設けた型枠等が使用できる。
また、硬化体組成物を乾燥させる際には、通常常温で行えばよい。

本発明硬化体の厚みは、通常１〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ程度である。この場合、優れた耐熱性、断熱性、耐久性を発揮することができる。

本発明の硬化体は、壁、屋根、床、天井、柱、梁、等の部位に使用することができ、硬化体が高温に晒された場合においても、優れた耐熱性を発揮し、急激な温度上昇を効果的に抑制することができる。

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

原料としては以下のものを使用した。
・ポルトランドセメント
・膨張パーライト：かさ比重０．０７
・ヒル石：かさ比重０．１２
・酸化チタン１：平均粒子径１μｍ
・酸化チタン２：平均粒子径０．３μｍ
・酸化チタン３：平均粒子径０．１μｍ
・水酸化アルミニウム１：平均粒子径６μｍ
・水酸化アルミニウム２：平均粒子径５０μｍ
・珪灰石：平均繊維長３００μｍ、融点１５４０℃、アスペクト比約３０
・ガラス繊維：平均繊維長１２００μｍ、融点（軟化点）約７３０〜９５０℃、アスペクト比約２００
・パルプ繊維：平均繊維長２０００μｍ、アスペクト比５０
・メチルセルロース
・酢酸ビニル系エマルション

（試験例１）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン１を５０重量部、水酸化アルミニウム１を６５０重量部、珪灰石を５０重量部、酢酸ビニル系エマルションを２５重量部、メチルセルロース５重量部、及び水を１０００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物１を作製した。
硬化体組成物１を１００×１００×５ｍｍの型枠に充填し、２３℃下で７日間乾燥後、脱型し硬化体１を得た。
得られた硬化体１において以下の耐熱性試験を行った結果、Ａ判定であった。

・耐熱性試験
硬化体１から高さ２５ｍｍの位置に６００℃のヒーターを設置して、硬化体１を１０分間加熱した後、試験体の裏面温度を測定した。試験結果を、表１に示す。評価基準は、以下の通りである。
Ａ：裏面温度４００℃未満
Ｂ：裏面温度４００℃以上４２５℃未満
Ｃ：裏面温度４２５℃以上４５０℃未満
Ｄ：裏面温度４５０℃以上

（試験例２）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン１を５０重量部、水酸化アルミニウム１を６５０重量部、珪灰石を２５重量部、ガラス繊維を２５重量部、酢酸ビニル系エマルションを２５重量部、メチルセルロース５重量部、及び水を１０００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物２を作製した。
試験例１と同様にして硬化体２を作製した。得られた硬化体２において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ａ判定であった。

（試験例３）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン１を１０重量部、水酸化アルミニウム１を７００重量部、珪灰石を２５重量部、ガラス繊維を１５重量部、酢酸ビニル系エマルションを２５重量部、メチルセルロース５重量部、及び水を１０００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物３を作製した。
試験例１と同様にして硬化体３を作製した。得られた硬化体３において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ａ判定であった。

（試験例４）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン１を３５０重量部、水酸化アルミニウム１を３５０重量部、珪灰石を１０重量部、ガラス繊維を１５重量部、酢酸ビニル系エマルションを５０重量部、メチルセルロース５重量部、及び水を１０００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物４を作製した。
試験例１と同様にして硬化体４を作製した。得られた硬化体４において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ａ判定であった。

（試験例５）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン２を５０重量部、水酸化アルミニウム１を６５０重量部、珪灰石を２５重量部、ガラス繊維を２５重量部、酢酸ビニル系エマルションを２５重量部、メチルセルロース５重量部に適量の水を加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物５を作製した。
試験例１と同様にして硬化体５を作製した。得られた硬化体５において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ｂ判定であった。

（試験例６）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを１００重量部、ヒル石を１００重量部、酸化チタン１を１５重量部、水酸化アルミニウム１を１５０重量部、珪灰石を１３重量部、ガラス繊維を８重量部、酢酸ビニル系エマルションを１３重量部、メチルセルロース８重量部、及び水を５００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物６を作製した。
試験例１と同様にして硬化体６を作製した。得られた硬化体６において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ｃ判定であった。

（試験例７）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン３を５０重量部、水酸化アルミニウム１を６５０重量部、珪灰石を２５重量部、ガラス繊維を２５重量部、酢酸ビニル系エマルションを２５重量部、メチルセルロース５重量部、及び水を１０００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物７を作製した。
試験例１と同様にして硬化体７を作製した。得られた硬化体７において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ｄ判定であった。

（試験例８）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを１００重量部、ヒル石を１００重量部、酸化チタン３を１５重量部、水酸化アルミニウム２を１５０重量部、珪灰石を１２．５重量部、ガラス繊維を７．５重量部、酢酸ビニル系エマルションを１２．５重量部、メチルセルロース２．５重量部、及び水を５００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物８を作製した。
試験例１と同様にして硬化体８を作製した。得られた硬化体７において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ｄ判定であった。

（試験例９）
ポルトランドセメント１００重量部に対して、膨張パーライトを６０重量部、ヒル石を６０重量部、酸化チタン１を５０重量部、水酸化アルミニウム１を６５０重量部、ガラス繊維を２５重量部、パルプ繊維を２５重量部、酢酸ビニル系エマルションを２５重量部、メチルセルロース５重量部、及び水を１０００重量部加えて、十分に攪拌してスラリー状の硬化体組成物８を作製した。
得られた硬化体８において、試験例１と同様に耐熱性試験を実施した結果、Ｄ判定であった。また、耐熱性試験後の硬化体は、亀裂が生じていた。

Claims (1)

1. （Ａ）水硬性無機結合材１００重量部に対して、（Ｂ）軽量骨材１０〜３００重量部、（Ｃ）少なくとも２種以上の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体１００〜１２００重量部、（Ｄ）融点１０００℃以上の繊維状物質５〜１００重量部、を構成成分とし、
   上記（Ｃ）が、平均粒子径０．２μｍ以上２μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−１）、並びに平均粒子径２μｍ超１０μｍ以下の金属酸化物及び／または金属酸化物の前駆体（Ｃ−２）を含むことを特徴とする硬化体。