JP5744538B2

JP5744538B2 - 建材用組成物及び炭酸化建材の製造方法

Info

Publication number: JP5744538B2
Application number: JP2011013824A
Authority: JP
Inventors: 盛岡　実; 実盛岡; 山本　賢司; 賢司山本; 樋口　隆行; 隆行樋口; 渡辺　晃; 晃渡辺; 茂富岡
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP2012153565A

Description

本発明は、主に、住宅やオフィスビルの建材として利用可能な建材用組成物及び炭酸化建材の製造方法に関する。

一般住宅やマンション、オフィスビルなどに用いられる建材としてセッコウボードが挙げられる。セッコウボードは、生産性が高く、一定の強度を有し、寸法安定性にも優れ、不燃性や耐火性の特徴を活かして広範に利用されている。

しかしながら、セッコウボードは耐水性に乏しいため、主に内装に用いられており、降雨の影響を受ける外装には適用しにくいものであった。また、衝撃性にも劣るものであった。

従来、セッコウボードの耐水性を高める方法としては、例えば、ステアリン酸などの撥水剤を配合する方法などが提案されている（特許文献１〜特許文献２）。しかしながら、撥水剤を用いる方法では、接着性が阻害される問題があり、また、耐水性の改善効果も十分なものではなかった。一方、高強度に改質する技術としては、例えば、ケイ酸水溶液を用いてセッコウボードを製造する方法（特許文献３）などが提案されている。
しかしながら、充分に耐衝撃性が改善されるレベルまで強度向上を図れるものではなかった。

近年、建材に求められる性能は益々高度化しており、セッコウボードの利点を活かしつつ、外装にも適用可能な耐水性に優れる建材の開発が強く待たれていた。さらに、加熱後にも高い衝撃性も併せ持つ建材の開発が期待されている。

特表２０００−５０５７７４号公報特表２０００−５０５７７５号公報特開２０１０−１１６３１３号公報

本発明者らは鋭意努力を重ね、焼きセッコウにγ-２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を配合した特定の建材用組成物を炭酸化処理することによって、セッコウボードの弱点である耐水性や耐衝撃性を改善した建材が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

本発明は、セッコウボードの利点を活かしつつ、外装にも適用可能な耐水性に優れ、浸漬後や加熱後の曲げ強度にも優れ、さらに、高い衝撃性も併せ持つ建材用組成物と炭酸化建材の製造方法を提供する。

すなわち、本発明は、（１）焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を含有する建材用組成物を水で練り混ぜ成形した後、炭酸化養生を行うことを特徴とする炭酸化建材の製造方法、（２）建材用組成物が、焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ _２の合計１００質量部中、焼きセッコウ１０〜９０質量部に対しγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２１０〜９０質量部である（１）の炭酸化建材の製造方法、である。

本発明の建材用組成物及び炭酸化建材の製造方法により、セッコウボードの利点を活かしつつ、外装にも適用可能な耐水性に優れ、浸漬後や加熱後の曲げ強度にも優れ、さらに、高い衝撃性も併せ持つ建材を製造することが可能となる。

なお、本発明における部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。

本発明で言う焼きセッコウとは、ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏで表される半水セッコウを総称するものである。半水セッコウにはα型やβ型が存在するが、いずれも使用可能である。

さらに、廃セッコウをリサイクルして得られた焼きセッコウも使用可能である。

本発明で言うγ-２ＣａＯ・ＳｉＯ_２とは、ＣａＯとＳｉＯ_２を主成分とする化合物のうち、ダイカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の一種である。ダイカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ_２にはα型、αプライム型、β型、γ型が存在する。本発明は、γ型のダイカルシウムシリケートに関する。

本発明では、ＣａＯ原料とＳｉＯ_２原料を用いる。
ＣａＯ原料としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムを使用することができる。
ＳｉＯ_２原料としては、ケイ石微粉末、粘土、シリカフューム、フライアッシュ、非晶質シリカ、その他、各産業から副生するシリカ質の物質を選定できる。
ただし、本発明では、不純物の存在を限定する必要がある。具体的には、ＣａＯ原料やＳｉＯ_２原料から混入するＡｌ_２Ｏ_３やＦｅ_２Ｏ_３の合計が、１０００℃加熱後の原料に対して、５％以下である必要がある。Ａｌ_２Ｏ_３やＦｅ_２Ｏ_３の合計が４％以下であることがより好ましく、３％以下であることが最も好ましい。
殊に、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、１０００℃加熱後の原料に対して、２％以下であることが好ましく、１．５％以下であることがより好ましく、１％以下であることが最も好ましい。
Ａｌ_２Ｏ_３やＦｅ_２Ｏ_３の合計が、１０００℃加熱後の原料に対して５％以下でないと、β−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２が生成しやすく、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の純度が悪くなる。特に、Ｆｅ_２Ｏ_３の影響が大きいため、Ａｌ_２Ｏ_３とＦｅ_２Ｏ_３の合計が、１０００℃加熱後の原料に対して５％以下であることに加えて、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、１０００℃加熱後の原料に対して２％以下であることが好ましい。Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、１０００℃加熱後の原料に対して、１．５％以下になると、格段に品質安定性が高まる。

ＣａＯ原料とＳｉＯ_２原料の配合割合は、原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が１．８〜２．２になるように調製する必要がある。原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比がこの範囲外では、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の純度が悪くなる。γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２以外に、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ランキナイト、ワラストナイトが副生する場合があるが、本発明の効果を実質的に阻害しない範囲、具体的にはこれらの副生物の合計が３０％以下では特に問題はない。

本発明のγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２は、ロータリーキルンにて焼成することで得られる。その温度であるが、焼点温度で１３５０〜１６００℃で焼成することが必要であり、１３７５〜１５５０℃が好ましく、１４００〜１５００℃がより好ましい。焼点温度が１３５０℃未満では、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の純度が悪くなる。具体的には、遊離石灰や不溶解残分が多くなる傾向にある。逆に、焼点温度が１６００℃を超えると、溶融してキルン内にコーチングが付着して、操業が困難になる場合がある。また、焼成エネルギーが大きく、不経済でもある。
なお、本発明で言う焼点温度とは、キルン内の最高温度を意味する。通常、キルン内の最高温度はバーナーから伸びるフレーム（炎の形）の前方付近にある。

本発明では、焼成後、冷却操作を行う。冷却条件は特に限定されるものではないが、特殊な急冷操作を行わなければよい。具体的には、一般的なポルトランドセメントクリンカーの冷却条件に準じた方法で良く、ロータリーキルンで焼成後、大気環境下でクーラー等を通して冷却すればよい。

γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の粉末度は、特に限定されるものではないが、通常、ブレーン比表面積で２０００〜９０００ｃｍ^２／ｇが好ましく、２５００〜８０００ｃｍ^２／ｇがより好ましい。ブレーン比表面積が２０００ｃｍ^２／ｇ未満では、耐水性の向上効果や耐衝撃性の向上効果が十分に得られない場合があり、９０００ｃｍ^２／ｇを超えるように粉砕しても更なる効果の向上が期待できず、粉砕コストが嵩むため経済性の観点から好ましくない。

本発明の建材用組成物は、焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を含有する。その配合割合は、特に限定されるものではないが、焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の合計１００部中、焼きセッコウ１０〜９０部、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２１０〜９０部が好ましく、焼きセッコウ２０〜８０部、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２２０〜８０部がより好ましく、焼きセッコウ３０〜７０部、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２３０〜７０部が最も好ましい。焼きセッコウが１０部未満であったり、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２が９０部を超えると、水和硬化の性状が悪く、建材の生産性が悪くなる場合や歩留まりが低下する場合があり、逆に、焼きセッコウが９０部を超えたり、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２が１０部未満であると、耐水性や耐衝撃性の向上効果が十分でない場合がある。

本発明では、焼きセッコウやγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の他に、特に限定されるものではないが、各種の繊維物質（ガラスファイバー、ビニロンファイバー、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維等の有機繊維、カーボン繊維、パルプ繊維）、撥水剤、流動化剤、フィラー（シリカフューム、フライアッシュ、高炉スラグ、石灰石微粉末や沈降炭酸カルシウム、ケイ石微粉末）等を、本発明の目的を阻害しない範囲で併用できる。

本発明の建材の製造方法では、建材用組成物を水で練り混ぜて硬化させた後、炭酸化処理を行う。

建材用組成物を水で練り混ぜる際の水の使用量は、焼きセッコウが完全に水和するに必要な水量を最低限用いる。
すなわち、下記の水和反応式に必要な水の水量を最低限用いる。
ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ＋３／２Ｈ_２Ｏ → ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ

炭酸化処理の条件は特に限定されるものではないが、通常、２０〜８０℃の温度で処理することが好ましく、３０〜７０℃の温度で処理することがより好ましい。２０℃未満では炭酸化処理の効率が十分でない場合があり、８０℃を超えると、ボードが反り返ったり、ひび割れが発生したりする場合がある。

炭酸ガス濃度は、特に限定されるものではないが、通常、５〜５０％が好ましく、１０〜３０％がより好ましい。５％未満では炭酸化処理の効率が十分でない場合があり、５０％を超えると炭酸化処理効率の更なる向上効果が緩慢になる。一方、安全性確保の観点から管理が難しくなる一面もある。なお、炭酸化処理に用いる炭酸ガスは、排ガスを用いることもできる。排ガスはセメント産業、火力発電、製鉄等の各産業や、ボイラー等からも排出されており、いかなる排ガスも用いることができる。

排ガスを用いる際、炭酸ガス以外の不純物を除去しながら建材の炭酸化処理を行うことが望ましい。その具体的な方法としては、例えば、排ガスを水分と接触させることが有効である。ここで言う水分とは、氷、水、水蒸気のいかなる状態でもよい。

「実験例１」
焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を表１に示す割合で配合して建材用組成物を調整した。建材用組成物１００部に対して、水３５部を配合して練り混ぜ、厚さ１２．５ｍｍの３×６板（９１０ｍｍ×１８２０ｍｍ）を作成した。練り混ぜから１時間後に炭酸化処理を開始した。炭酸化処理は６０℃・炭酸ガス濃度２０％・相対湿度５０％の条件で２４時間行った。得られたボードの曲げ破壊荷重、吸水率、耐衝撃性をＪＩＳＡ６９０１に従い測定した。結果を表１に併記する。

＜使用材料＞
焼きセッコウ：試薬１級。
γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２：石灰石微粉末（成分はＣａＯが５５．４％、ＭｇＯが０．３７％、Ａｌ_２Ｏ_３が０．０５％、Ｆｅ_２Ｏ_３が０．０２％、ＳｉＯ_２が０．１０％、強熱減量が４３．５７％）と、ケイ石微粉末（成分はＣａＯが０．０２％、ＭｇＯが０．０４％、Ａｌ_２Ｏ_３が２．７１％、Ｆｅ_２Ｏ_３が０．２７％、ＳｉＯ_２が９５．８３％、ＴｉＯ_２が０．２３％、強熱減量が０．５１％）を用いてロータリーキルンで焼成して製造したもの。ブレーン比表面積が３０００ｃｍ^２／ｇに粉砕した。純度９５％
水：水道水

＜測定条件＞
曲げ破壊荷重：ボードの作成時に測定し、さらに、水に４時間浸漬した後や、３００℃で２時間加熱した後にも測定した。これにより、耐水性や耐熱性を評価した。
吸水率：水に４時間浸漬した時の吸水率を求めた。
耐衝撃性：５００ｇの鉄球を落下させ、へこみや割れなどが発生する高さ（損傷高さ）を計測した。焼きセッコウのみで作製したボードの損傷高さを１００とした時の相対値で表した。

「実験例２」
焼きセッコウ５０部とγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２５０部を配合して建材用組成物を調製し、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２の粉末度を表２のように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表２に示す。

「実験例３」
焼きセッコウ５０部とブレーン比表面積が３０００ｃｍ^２／ｇのγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２５０部を配合して建材用組成物を調製し、炭酸化処理の条件を表３のように変化したこと以外は実験例１と同様に行った。結果を表３に示す。

本発明の建材用組成物及び炭酸化建材の製造方法は、セッコウボードの利点を活かしつつ、外装にも適用可能な耐水性に優れ、浸漬後や加熱後の曲げ強度にも優れ、さらに、高い衝撃性も併せ持つ建材を提供できるので、一般住宅、マンション、オフィスビルなどに広範に利用できる。

Claims

焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２を含有する建材用組成物を水で練り混ぜ成形した後、炭酸化養生を行うことを特徴とする炭酸化建材の製造方法。
建材用組成物が、焼きセッコウとγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ _２の合計１００質量部中、焼きセッコウ１０〜９０質量部に対しγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ_２１０〜９０質量部である請求項１に記載の炭酸化建材の製造方法。