JP5714923B2 - 無機質板、及び無機質板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築板に好適な無機質板、及び無機質板の製造方法に関するものである。

従来から、セメント等の水硬性無機粉体と、木質パルプ繊維などの木質補強材とを主成分とする無機質板がある。例えば、特許文献１には、セメント類と繊維物質とを主体とした原料混合物に更にアルカリ処理した無機質中空フィラーを添加してスラリーとし、該スラリーを抄造脱水したマットを複数積層して積層マットとし、該積層マットを成形養生硬化せしめる無機質板の製造方法が開示されている。このような無機質板は、曲げ強度などの物性に優れるので、住宅の内壁材、外壁材等の建築板として使用されている。

しかし、近年、無機質板の用途を広げ、該無機質板を中層ビルなどに施工することが検討されている。しかし、中層ビルの高さは３６ｍあることもあり、その風圧は高いので、施工するには無機質板の耐風圧性を向上させる必要がある。更に、近年、住宅の長期耐久性の更なる向上が求められているので、該無機質板にも、長期耐久性の更なる向上が求められている。

特開平９−２２７２００号公報

無機質板の物性の中でも、曲げ強度は耐震、耐風圧に大きく寄与し、寸法安定性は無機質板の長期耐久性に大きく寄与する。そのため、無機質板の耐風圧性を向上させるには、曲げ強度に優れることが必要であり、長期耐久性を向上させるには、寸法安定性に優れることが必要である。したがって、本発明の課題は、曲げ強度、寸法安定性に優れた無機質板、及びその製造方法を提供するものである。

本発明の無機質板は、セメントと、珪酸含有物と、木質補強材からなる層を積層してなり、比重が１．５〜２．０であり、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率が０．１％以下であり、７日間吸水寸法変化率が０．１％以下であり、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率が０．１％以下であり、曲げ強度が２０Ｎ／mm^２以上である。なお、曲げ強度は、ＪＩＳ Ａ １４０８に準拠して測定した値であり、２０Ｎ／mm^２以上であると、高さ３６ｍ、風圧４６ｍ／分という厳しい条件下の耐風圧試験に合格するほど耐風圧性に優れる。放湿寸法変化率は、２０℃、湿度６０％の恒温恒湿室で試験体を平衡状態とさせた後、該試験体の長さ（ｌ_１とする）を測定し、その後、該試験体を８０℃の乾燥機に入れ、１０日経過した後に、該試験体を乾燥機から取り出し、再度、該試験体の長さ（ｌ_２とする）を測定し、（ｌ_１−ｌ_２）をｌ_２で除算した値に１００を乗算することにより求めた値である。吸水寸法変化率は、２０℃、湿度６０％の恒温恒湿室で試験体を平衡状態とさせた後、該試験体の長さ（ｌ_３とする）を測定し、その後、該試験体を水中に浸せきし、７日経過した後に、該試験体を水中から取り出し、湿布で表面に付着した水を拭き取った後、再度、該試験体の長さ（ｌ_４とする）を測定し、（ｌ_４−ｌ_３）をｌ_３で除算した値に１００を乗算することにより求めた値である。二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率は、２０℃、湿度６０％の恒温恒湿室で試験体を平衡状態とさせた後、該試験体の長さ（ｌ_５とする）を測定し、その後、該試験体を二酸化炭素濃度５％環境下で７日間曝した後に、再度、該試験体の長さ（ｌ_６とする）を測定し、（ｌ_５−ｌ_６）をｌ_５で除算した値に１００を乗算することにより求めた値である。８０℃で１０日間の放湿寸法変化率は、放湿による寸法変化の程度を示しており、７日間吸水寸法変化率は、吸水による寸法変化の程度を示し、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率は、炭酸化による寸法変化の程度を示しており、これらの値がいずれも０．１％以下である無機質板は、経年による劣化が小さく、寸法安定性に優れている。よって、施工してから長期を経過しても物性の劣化は小さく、長期耐久性建築板として有用である。また、本発明の無機質板において、セメントと珪酸含有物を質量比で３５：６５〜４５：５５の範囲で含有し、木質補強材として針葉樹パルプを６〜８質量％含むので、該無機質板は、曲げ強度、たわみ、寸法変化率が特に優れる。更に、木質補強材を７〜１０質量％含み、木質補強材として故紙を含有すると、無機質板に適度なたわみが得られるので好ましい。更に、マイカを３〜５質量％含むと、より寸法安定性に優れるので、好ましい。
また、本発明は、無機質板の製造方法も提供する。本発明の無機質板の製造方法は、セメントと、珪酸含有物と、木質補強材からなる原料スラリーを製造する工程と、得られた原料スラリーを抄造し、積層マットを製造する工程と、積層マットをプレスし、養生する工程とからなる。プレス、養生する工程において、プレス圧は５０kg／cm^２以上であり、養生はオートクレーブにて１７０〜２００℃で行う。それにより、曲げ強度、長期耐久性に優れた無機質板が製造できる。なお、積層マットを製造する工程において、積層マットの製造は、原料スラリーを抄造、加圧脱水して得られたシートを積層することにより行うことが好ましい。また、原料スラリーを製造する工程において、原料スラリー中のセメントと珪酸含有物の質量比を３５：６５〜４５：５５とし、木質補強材として針葉樹パルプを原料スラリーの固形分に対して６〜８質量％含ませるので、得られる無機質板は、曲げ強度、たわみ、寸法変化率が特に優れる。更に、原料スラリーを製造する工程において、木質補強材を原料スラリーの固形分に対して７〜１０質量％とし、木質補強材として故紙を含ませると、無機質板に適度なたわみが得られるので好ましい。更に、原料スラリーを製造する工程において、原料スラリーにマイカを固形分対比で３〜５質量％含ませると、より寸法安定性に優れるので、好ましい。

本発明によれば、曲げ強度、寸法安定性に優れた無機質板、及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。

本発明の無機質板は、セメントと、珪酸含有物と、木質補強材とからなる層を複数積層してなる。

セメントとしては、ポルトランドセメント、早強セメント、アルミナセメント、フライアッシュセメント、高炉スラグセメント、シリカセメント、白色セメント等がある。本発明では、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。

珪酸含有物としては、珪砂、ケイ石粉、シリカ粉、シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ、シラスバルーン、パーライト、珪藻土等がある。本発明では、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。

木質補強材としては、故紙、針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）や針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹未晒しクラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、広葉樹晒しクラフトパルプ（ＬＢＫＰ）等がある。本発明では、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。また、ディスクリファイナー等の叩解機で叩解してカナディアンフリーネス３００〜６００ｍｌにした木質補強材を用いると、強度などの物性が向上するので、好ましい。

上記以外の原料として、マイカも使用することができる。マイカは、平均粒径が２００〜７００μｍで、アスペクト比が６０〜１００のフレーク状のものが望ましい。マイカは、通常層状構造を有し、吸湿性がなく、剛性を有する高弾性体であり、無機質板の寸法安定性を大幅に向上させることができるので、好ましい。

また、セメント組成物も使用することができる。セメント組成物としては、製造工程で発生した硬化前の無機質板の不良板、硬化後の無機質板の不良板、建築現場で発生した無機質板の端材、廃材などがある。いずれも衝撃式粉砕機及び／又は擦過式粉砕機で平均粒径５０〜１５０μｍに粉砕し、使用する。該セメント組成物を使用することで、製造コストを安くすることができるとともに、産業廃棄物を減らすことができる。

更に、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、蟻酸カルシウム、酢酸カルシウム、アクリル酸カルシウム、水ガラス等の硬化促進剤や、ベントナイト、バーミキュライト等の鉱物粉末や、ロウ、ワックス、パラフィン、シリコン、コハク酸、高級脂肪酸の金属塩等の防水剤、撥水剤や、発泡性熱可塑性プラスチックビーズ、プラスチック発泡体等や、ナイロン、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、ガラス繊維などの化学繊維や、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースなどの水性糊料、スチレン−ブタジエンラテックス、アクリル樹脂エマルジョンなどの合成樹脂エマルジョンの強化剤も使用することができる。

そして、本発明の無機質板は、セメントと、珪酸含有物と、木質補強材からなる層を積層してなり、比重が１．５〜２．０であり、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率が０．１％以下であり、７日間吸水寸法変化率が０．１％以下であり、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率が０．１％以下であり、曲げ強度が２０Ｎ／mm^２以上である。その製造方法については後述するが、このような物性を持つことにより、曲げ強度、長期耐久性に優れた建築板として、外壁、内壁を構成することができる。

なお、本発明の無機質板において、セメントと珪酸含有物を質量比で３５：６５〜４５：５５の範囲で含有し、木質補強材を７〜１０質量％含むことが好ましい。セメントと珪酸含有物を質量比で３５：６５〜４５：５５の範囲で含有すると、オートクレーブ養生による水熱反応が良好に進み、トバモライト生成量が多くなり、マトリックスが緻密化して、得られる無機質板は、十分な強度を発現できるとともに、寸法変化率が小さくなる。木質補強材を７〜１０質量％含有するのは、１０質量％より多いと、セメントの硬化が阻害され、得られる無機質板の強度が低下する恐れがあり、７質量％より少ないと、無機質板は十分なたわみが得られない恐れがあるためである。更に、マイカを３〜５質量％含むと、より寸法安定性に優れるので、好ましい。

そして、本発明の無機質板は、湿式製法により製造することができる。
本発明の製造方法は、セメントと、珪酸含有物と、木質補強材からなる原料スラリーを製造する工程と、得られた原料スラリーを抄造し、積層マットを製造する工程と、積層マットをプレスし、養生する工程とからなる。

原料スラリーを製造する工程は、セメントと、珪酸含有物と、木質補強材を混合することにより行う。セメントと、珪酸含有物と、木質補強材は、粉体（乾燥）状態で添加しても良いし、予め各原料を別の水に混合しておいてから添加しても良いが、スラリーの固形分濃度が２０質量％以下となるように調整する。スラリーの固形分濃度を２０質量％以下とするのは、２０質量％より多いとスラリーを脱水する際に時間がかかり、脱水された抄造シートに亀裂が入りやすく、抄造しにくいなどの問題が発生するためである。

得られた原料スラリーを抄造し、積層マットを製造する工程では、まず、フェルト、金網等を用いて、スラリーを水と固形物に分離する。具体的には、フェルトの上にスラリーを流下させ、スラリーを脱水する方法や、スラリーを円形の金網ですきあげて脱水する方法などにより行うことができる。そして、得られた抄造シートの上に別の抄造シートを積層することにより、積層マットを製造する。抄造シートの積層方法は、抄造シートの搬送方向に、抄造シートを製造する装置を複数用意し、各装置で製造された抄造シートを積層する方法や、抄造シートをロールに巻き付けて積層し、所定の厚みが得られたら該ロールより外す方法等により行うことができる。

得られた積層マットをプレスし、養生する工程は、積層マットを５０kg／cm^２以上の圧力でプレスし、その後、オートクレーブ養生することにより行う。なお、プレスの際に、積層マットの上、又は下に型板を配置し、積層マットの表面に凹凸模様を形成することもできる。また、オートクレーブ養生は、１７０〜２００℃、０．５ＭＰa以上の圧力で７〜１５時間行う。

次に、本発明の実施例をあげる。

ポルトランドセメントと、珪砂と、木質補強材と、水を混合してスラリーとし、該スラリーを脱水フェルト上に流下せしめて脱水しながら抄造シートを賦形し、該抄造シートをロールで巻き取ることにより積層し、得られた積層マットを、プレス、オートクレーブ養生して、実施例１〜６、比較例１〜５の無機質板を製造した。スラリーの全固形分に対する各原料の割合、固形分濃度、プレス圧、オートクレーブ養生温度は表１に示す通りである。なお、実施例１、２、４〜６と、比較例１〜４は、木質補強材としてカナディアンフリーネス４５０mlの針葉樹未晒しクラフトパルプを配合し、実施例３、比較例５ではカナディアンフリーネス４５０mlの針葉樹未晒しクラフトパルプと故紙を配合した。また、実施例１、３〜６、比較例１、３〜５では更にマイカを配合した。

そして、得られた実施例１〜６、及び比較例１〜５の各無機質板について、比重、厚さ、曲げ強度、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率を測定したので、その結果も表１に示す。

プレス圧が５０kg／cm^２より大きく、オートクレーブ養生温度が１７０℃以上の実施例１〜６の無機質板は、比重が１．５〜１．６で、曲げ強度が２０Ｎ／mm^２よりも大きく、曲げ強度に優れた。また、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率がいずれも０．１％未満であり、これらの物性にも優れた。
一方、プレス圧が４０kg／cm^２、オートクレーブ養生温度が１００℃の比較例１の無機質板は、比重が１．３５と低く、曲げ強度が２０Ｎ／mm^２よりも小さく、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率がいずれも０．１％よりも大きかった。
プレス圧が１００kg／cm^２、オートクレーブ養生温度が１８０℃であるが、針葉樹未晒しクラフトパルプを１１質量％配合した比較例２の無機質板は、比重が１．４１であり、曲げ強度は２０Ｎ／mm^２よりも小さく、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率はいずれも０．１％よりも大きかった。
プレス圧が１００kg／cm^２、オートクレーブ養生温度が１８０℃であるが、ポルトランドセメントを４４．５質量％、珪砂を４４．５％配合した比較例３の無機質板は、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率が０．１％以下であったが、曲げ強度が１８．４Ｎ／mm^２未満であり、曲げ強度に劣った。
プレス圧が１００kg／cm^２、オートクレーブ養生温度が１８０℃であるが、マイカを１０質量％配合した比較例４の無機質板は、比重が１．３３と低く、曲げ強度は２０Ｎ／mm^２よりも小さく、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率はいずれも０．１％よりも大きかった。
プレス圧が１００kg／cm^２、オートクレーブ養生温度が１８０℃であるが、故紙を８．０質量％、マイカを３．０％配合した比較例５の無機質板は、８０℃で１０日間の放湿寸法変化率、７日間吸水寸法変化率、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率がいずれも０．１％未満であり、これらの物性に優れたが、曲げ強度が２０Ｎ／mm^２未満であり、曲げ強度に劣った。

以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載の発明の範囲において種々の変形態を取り得る。

以上説明したように、本発明によれば、曲げ強度、寸法安定性に優れた無機質板、及びその製造方法を提供することができる。

Claims (7)

1. セメントと、珪酸含有物と、木質補強材からなる層を積層してなる無機質板であって、
   セメントと珪酸含有物を質量比で３５：６５〜４５：５５の範囲で含有し、
   木質補強材として針葉樹パルプを６〜８質量％含有し、
   比重が１．５〜２．０であり、
   ８０℃で１０日間の放湿寸法変化率が０．１％以下であり、
   ７日間吸水寸法変化率が０．１％以下であり、
   二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率が０．１％以下であり、
   曲げ強度が２０Ｎ／mm^２以上である
   ことを特徴とする無機質板。
2. 木質補強材を７〜１０質量％含み、
   木質補強材として故紙を含有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
3. 更に、マイカを３〜５質量％含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
4. セメントと、珪酸含有物と、木質補強材からなる原料スラリーを製造する工程と、
   得られた原料スラリーを抄造し、積層マットを製造する工程と、
   積層マットをプレスし、養生する工程とからなり、
   原料スラリーを製造する工程において、原料スラリー中のセメントと珪酸含有物の質量比を３５：６５〜４５：５５とし、木質補強材として針葉樹パルプを原料スラリーの固形分に対して６〜８質量％含ませ、
   プレス、養生する工程において、プレス圧は５０kg／cm ^２ 以上であり、養生はオートクレーブにて１７０〜２００℃で行うことにより無機質板の比重を１．５〜２．０にする
   ことを特徴とする無機質板の製造方法。
5. 積層マットを製造する工程において、積層マットの製造は、原料スラリーを抄造、加圧脱水して得られたシートを積層することにより行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の無機質板の製造方法。
6. 原料スラリーを製造する工程において、木質補強材を原料スラリーの固形分に対して７〜１０質量％とし、木質補強材として故紙を含ませる
   ことを特徴とする請求項４に記載の無機質板の製造方法。
7. 原料スラリーを製造する工程において、原料スラリーにマイカを固形分対比で３〜５質量％含ませる
   ことを特徴とする請求項４に記載の無機質板の製造方法。