JP5722656B2 - 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、セメント系材料と、微粉ケイ酸質含有材料と、粗粉ケイ酸質含有材料と、木粉と、パルプと、適量の水とを混練して原料混合物とする工程と、該原料混合物を押出成形する工程と、前記押出成形する工程にて押出された成形中間体を硬化養生する工程とからなることを特徴とす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。

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。また、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。なお、長期耐久性とは、１０年以上の長期を経過しても物性の劣化や寸法の変化が小さいことである。

特開２００８−１６２８３３号公報

したがって、本発明の課題は、耐風圧性と長期耐久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、有機繊維とからなる原料混合物を押出成形してなる。無機質板において、セメントと珪酸含有物を質量比で４５：５５〜５５：４５の範囲で含有し、有機繊維を全固形分に対し３〜８質量％含む。そして、無機質板は、比重が１．４〜２．０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。本発明の無機質板において、珪酸含有物としてシリカフュームを全固形分に対し３〜１５質量％含むと、曲げ強度に優れるので好ましい。珪酸含有物は、シリカフュームと珪砂としても良い。また、有機繊維はパルプとポリプロピレン繊維であると、適度なたわみが得られ、施工性に優れるので好ましい。更に、マイカを全固形分に対し３〜５質量％含み、脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトを全固形分に対し０．５〜１．５質量％含むと、寸法安定性に優れるので好ましい。更に、板厚が６〜２５mmであると、運搬しやすく、かつ、施工しやすいので、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、有機繊維とからなる原料混合物を製造する工程と、得られた原料混合物を押出成形し、マットを製造する工程と、マットを養生する工程とからなる。原料混合物を製造する工程において、原料混合物中のセメントと珪酸含有物の質量比を４５：５５〜５５：４５にするとともに、有機繊維の含有量を全固形分に対し３〜８質量％とし、養生する工程は、１４０〜２００℃でオートクレーブ養生することにより行う。それにより、耐風圧性と長期耐久性に優れた無機質板が製造できる。原料混合物を製造する工程において、珪酸含有物としてシリカフュームを、原料混合物中の全固形分に対し３〜１５質量％含有させると、得られる無機質板は曲げ強度に優れるので好ましい。原料混合物中の珪酸含有物をシリカフュームと珪砂としても良い。原料混合物を製造する工程において、有機繊維をパルプとポリプロピレン繊維とすると、得られる無機質板は適度なたわみが得られ、施工性に優れるので好ましい。更に、原料混合物を製造する工程において、マイカを全固形分に対し３〜５質量％、脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトを全固形分に対し０．５〜１．５質量％含有させると、得られる無機質板は寸法安定性に優れるので好ましい。更に、板厚が６〜２５mmであると、製造コストが安く、かつ、生産性に優れるので、好ましい。

本発明によれば、耐風圧性と長期耐久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、有機繊維とからなる原料混合物を押出成形してなる。

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。

有機繊維としては、天然繊維と、合成繊維とがある。天然繊維としては、絹、羊毛、獣毛などの動物繊維や、木粉、木片、木毛、木質繊維などの植物繊維があるが、故紙、針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、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）等の木質繊維が好ましく、更には、平均繊維長が０．３〜１．５mmの木質繊維を用いると、強度などの物性に優れるのでより好ましい。また、合成繊維としては、ポリアミド繊維、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、ポリオレフィン繊維、ガラス繊維、セラミック繊維などがあげられる。本発明では、これらの有機繊維のうち、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。木質繊維と合成繊維を併用すると、強度、たわみなどの物性に優れるので、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向上させることができるので、好ましい。

また、脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトも使用することができる。脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトを使用することで、無機質板の吸水性を低下させるとともに、曲げ強度と寸法安定性を向上させるができるので、好ましい。

更に、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、押出圧力を低下させ、造形性を良くするため、押出助剤として、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、水溶性高分子、吸水性ポリマーなどを使用することもできる。

更に、カルボン酸系、スルホン酸系、ポリエチレングリコール系の減水剤や、プラスチック発泡体、プラスチック発泡体の粉砕物等の軽量化材や、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、、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、有機繊維とからなる原料混合物を押出成形してなり、セメントと珪酸含有物を質量比で４５：５５〜５５：４５の範囲で含有し、有機繊維を全固形分に対し３〜８質量％含む。そして、比重が１．４〜２．０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、耐風圧性と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、板厚に制限はないが、６〜２５mmであると、製造コストが安く、生産性に優れ、かつ、運搬しやすく、施工しやすいので、好ましい。

セメントと珪酸含有物を質量比で４５：５５〜５５：４５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。有機繊維を全固形分に対し３〜８質量％含有するのは、８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、３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、マイカを全固形分に対し３〜５質量％含み、脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトを全固形分に対し０．５〜１．５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、原料混合物を押出成形すること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、有機繊維とからなる原料混合物を製造する工程と、得られた原料混合物を押出成形し、マットを製造する工程と、マットを養生する工程とからなる。

原料混合物を製造する工程は、セメントと、珪酸含有物と、有機繊維と、適量の水を混合、混練することにより行う。混練は、ニーダルーダー等で行うことが好ましい。なお、原料混合物は、固形分濃度が６７〜８３質量％となるように調整する。原料混合物の固形分濃度を８３質量％以下とするのは、８３質量％より多いと押出成形することが困難で、生産性が悪いためであり、６７質量％以上とするのは、６７質量％より少ないと、押出成形して得られるマットの比重が低くなるとともに、脱水に時間がかかり生産性が悪いためである。

得られた原料混合物を押出成形し、マットを製造する工程では、前述した固形分濃度に調整した原料混合物を押出機に充填し、該押出機のダイスから押し出すことにより、板状のマットが製造される。押出圧力は通常０．５〜３ＭＰaで行う。なお、得られたマットは、表面に型板を押圧させ、凹凸模様を形成させることもできる。

マットを養生する工程は、１４０〜２００℃でオートクレーブ養生することにより行う。なお、オートクレーブ養生は、０．５ＭＰa以上の圧力で７〜１５時間行う。このオートクレーブ養生により、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。更には、１００℃以下で蒸気養生した後、オートクレーブ養生を行うと、生産性に優れるとともに、得られる無機質板の物性にも優れるので好ましい。

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、パルプ等と、水を混合、混練して原料混合物とし、該原料混合物を押出機のダイスから押し出して板状のマットとし、該マットをオートクレーブ養生して、実施例１〜７、比較例１〜４の無機質板を製造した。原料混合物の全固形分に対する各原料の割合、固形分濃度、オートクレーブ養生温度は表１に示す通りである。

そして、得られた実施例１〜７、及び比較例１〜４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。

実施例１〜７の無機質板は、比重が１．４〜１．６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、寸法安定性にも優れた。
一方、セメントと珪酸含有物を質量比で７０：３０で含有する比較例１の無機質板は、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率が０．１５％と大きく、寸法安定性に劣った。
パルプとポリプロピレン繊維をあわせて１０質量％含有する比較例２の無機質板は、比重が１．２１と低く、曲げ強度も２０Ｎ／mm^２よりも低かった。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日間寸法変化率はいずれも０．１％よりも大きく、寸法安定性に劣った。
オートクレーブ養生温度を１２０℃で製造した比較例３の無機質板は、曲げ強度が２０Ｎ／mm^２よりも低かった。また、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％よりも大きく、寸法安定性に劣った。
原料混合物を固形分濃度６５質量％で製造した比較例４の無機質板は、比重が１．１２と低く、曲げ強度は２０Ｎ／mm^２よりも小さく、二酸化炭素濃度５％環境下での７日間寸法変化率は０．１％よりも大きかった。

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、耐風圧性と長期耐久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 (8)

1. セメントと、珪酸含有物と、有機繊維とからなる原料混合物を押出成形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４５：５５〜５５：４５の範囲で含有し、
   有機繊維を全固形分に対し３〜８質量％含み、
   マイカを全固形分に対し３〜５質量％含み、
   脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトを全固形分に対し０．５〜１．５質量％含み、
   比重が１．４〜２．０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. 珪酸含有物としてシリカフュームを全固形分に対し３〜１５質量％含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
3. 珪酸含有物は、シリカフュームと珪砂である
   ことを特徴とする請求項２に記載の無機質板。
4. 有機繊維はパルプとポリプロピレン繊維である
   ことを特徴とする請求項１に記載の無機質板。
5. セメントと、珪酸含有物と、有機繊維とからなる原料混合物を製造する工程と、
   得られた原料混合物を押出成形し、マットを製造する工程と、
   マットを養生する工程とからなり、
   原料混合物を製造する工程において、原料混合物中のセメントと珪酸含有物の質量比を４５：５５〜５５：４５にするとともに、有機繊維の含有量を全固形分に対し３〜８質量％、マイカの含有量を全固形分に対し３〜５質量％、脂肪酸カルシウムで被覆されたモンモリロナイトの含有量を全固形分に対し０．５〜１．５質量％とし、
   養生する工程は、１４０〜２００℃でオートクレーブ養生することにより行う
   ことを特徴とする無機質板の製造方法。
6. 原料混合物を製造する工程において、珪酸含有物としてシリカフュームを、原料混合物中の全固形分に対し３〜１５質量％含有させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の無機質板の製造方法。
7. 原料混合物を製造する工程において、原料混合物中の珪酸含有物をシリカフュームと珪砂とする
   ことを特徴とする請求項６に記載の無機質板の製造方法。
8. 原料混合物を製造する工程において、有機繊維をパルプとポリプロピレン繊維とする
   ことを特徴とする請求項５に記載の無機質板の製造方法。