JP6963420B2

JP6963420B2 - セメント成形品の製造方法

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Publication number: JP6963420B2
Application number: JP2017113818A
Authority: JP
Inventors: 公洋木村; 広直竹内; 晃介河端
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: JP2018202812A

Description

本発明は、セメント成形品の製造方法に関し、詳しくは、外壁材や屋根材等の建材に使用可能なセメント成形品の製造方法に関する。

従来、セメント成形品は、セメント及び水を含有するセメント材料を金型（成形型）に押出して、プレス成形、養生及び乾燥することにより製造される。セメント材料には、押出成形助剤として増粘剤が配合されることがある。

プレス成形においては、連続成型性が要求されるため、金型を高温にすることによって、あるいは金型に離型剤を塗布することによって離型性を確保することがある。特許文献１では、成形品の生産性の向上、及び離型性を確保するためにセメント材料に増粘剤を配合することが提案されている。

特開２０１２−２３２４６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法でセメント成形品を製造する場合、離型性を確保するために成形温度、すなわちプレス温度を高くすると、セメント材料の表面及び表層部に水膨れが発生し、成形不良を起こすことがあった。

本発明の目的は、プレス成形において、セメント材料に水膨れが発生することを抑制されたセメント成形品の製造方法を提供することである。

本発明の一態様に係るセメント成形品の製造方法は、セメント材料をプレス成形するセメント成形品の製造方法であって、
前記セメント材料は、熱可逆性の粘度変化を有する増粘剤を含有し、
前記プレス成形のプレス温度を、前記増粘剤の粘度低下開始温度よりも高く、かつ前記粘度低下開始温度よりも高くて前記増粘剤の粘度上昇開始温度よりも低い温度に設定し、
前記増粘剤は、メチルセルロース系セルロース誘導体であり、
前記プレス成形の金型には、水系エマルジョンの離型剤が塗布されている。

本発明の一態様に係るセメント成形品の製造方法は、前記メチルセルロース系セルロース誘導体が、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含むことが好ましい。

本発明の一態様に係るセメント成形品の製造方法は、前記離型剤の動粘度は、５ｍｍ ² ／ｓよりも大きいことが好ましい。
本発明の一態様に係るセメント成形品の製造方法は、前記プレス温度は、５５℃〜８５℃の範囲内であることが好ましい。

本発明の一態様に係るセメント成形品の製造方法によれば、プレス成形において、セメント材料に水膨れが発生することを抑制されたセメント成形品が得られる。

本発明に係る増粘剤における増粘剤を含有する水溶液の温度に対する粘度変化の挙動を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明において「水膨れ」とは、プレス成形時において材料中に含まれる水分が成形材料の表層部で膨張することにより、表面に気泡状の膨らみが発生する現象を意味する。

セメント材料は、プレス成形により、所望の形状に成形したり、表面に凹凸模様を付与したりすることができる。また、プレス成形は、複数のセメント材料に対して連続的に行ったり、長尺のセメント材料の複数の箇所に連続的に行ったりすることもできる。しかしながら、セメント材料に増粘剤を配合して、このセメント材料を約９０℃以上の高いプレス温度でプレス成形すると、セメント材料の表面に水膨れが発生し、セメント成形品に成形不良が生じることがあった。

本発明者らは、鋭意研究の結果、セメント材料の表面に発生する水膨れが、セメント材料中の増粘剤の粘度が温度依存性を有することに起因することを見出し、本発明に至った。セメント材料の表面に水膨れが発生するのは、以下のようなことによるものと推測される。

セメント材料が増粘剤を含有する場合、プレス成形においてプレス時の熱、圧力及び加熱時間等の条件によってセメント材料の表面と内部との間に温度差及び粘度差が生じる。また、セメント材料中の増粘剤は、プレス成形時の温度が高くなるとゲル化し、ゲル化すると増粘剤中の水が解離しやすくなる。特に、プレス成形時において、プレス板のプレス面に近いセメント材料表面の温度はセメント材料内部よりも高く、ゲル化温度に近くなるため、増粘剤が包摂する水がセメント材料の表層部に溜りやすくなり、その水がそのまま表層部で膨張すると水膨れとなりやすい。また、セメント材料内部はプレス板の熱が伝わりにくいためセメント材料表面との間で温度差が発生し、その温度差に伴い、粘度差も発生しうる。そのため、粘度の低くなるセメント材料表面の方に増粘剤中の水がより流動しやすくなる。これらにより、セメント成形品の表層部に水膨れが生じると考えられる。

そこで、本実施形態に係るセメント成形品の製造方法は、セメント材料をプレス成形するセメント成形品の製造方法であって、セメント材料は、熱可逆性の粘度変化を有する増粘剤を含有し、プレス成形のプレス温度を、増粘剤の粘度低下開始温度Ｔ₁よりも高く、かつ粘度上昇開始温度Ｔ₂よりも低い温度に設定する。また、粘度上昇開始温度Ｔ₂は、粘度低下開始温度Ｔ₁よりも高い。これにより、プレス成形において、セメント材料に水膨れが発生することを抑制されたセメント成形品を製造することができる。

セメント成形品は、セメントと水とを含有するセメント材料から形成される。セメント材料は、例えばセメントを主原料とし、更に珪酸質材料、補強材、混和剤等を含有する。セメントは、例えばポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、及びアルミナセメントからなる群から選択される少なくとも一種の材料を含有する。

上記の通り、セメント材料は、熱可逆性の粘度変化を有する増粘剤を含有する。熱可逆性の粘度変化を有する増粘剤とは、昇温過程と冷却過程との熱変化に対して可逆的な粘度挙動を示す増粘剤である。増粘剤は、セメント材料に粘性を付与することができ、プレス成形後のセメント材料の表面を平滑にすることができる。さらに、増粘剤は、その粘度が熱可逆性であることで、この増粘剤を含有するセメント材料をプレス成形すると、セメント材料に水膨れが発生することを抑制するのに寄与することができる。

増粘剤は、例えばメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのメチルセルロース系セルロース誘導体を挙げることができる。

増粘剤は、図１で示す挙動を示すことが好ましい。具体的に、増粘剤は、その水溶液を昇温させると、急激に粘度が低下し始める温度、すなわち粘度低下開始温度Ｔ₁（「第一ゲル化温度」ともいう）を有し、更に昇温させると、再び粘度が上昇し始める温度、すなわち粘度上昇開始温度Ｔ₂（「第二ゲル化温度」ともいう）を有することが好ましい。粘度上昇開始温度Ｔ₂（第二ゲル化温度）は、粘度低下開始温度Ｔ₁（第一ゲル化温度）よりも高い温度である。一方、この水溶液を第二ゲル化温度よりも昇温した状態から冷却すると、昇温時とは逆に、冷却とともに粘度が低下し、第一ゲル化温度付近の温度で再び粘度が上昇し始め、昇温時と同等の粘度に戻る。したがって、この場合、増粘剤の粘度は、昇温過程と冷却過程で可逆的な挙動を示す。すなわち、増粘剤は、熱変化に対して熱可逆性の粘度変化を有しうる。

なお、図１では、昇温速度と冷却速度とが異なるため、同じ温度における粘度、例えば昇温過程でのゲル化温度と冷却過程でのゲル化温度とにおける粘度が一致していないが、昇温速度と冷却速度とが同じである場合には、粘度が略一致した可逆的な変化となりうる。

換言すれば、増粘剤は、熱可逆性の粘度変化を有するとともに、第一ゲル化温度と、その第一ゲル化温度よりも高い第二ゲル化温度とを有することが好ましい。

増粘剤は、上記のメチルセルロース系セルロース誘導体のうちから選択される一種以上の成分を含有することが好ましい。メチルセルロース系セルロース誘導体は、ヒドロキシプロピルメチルセルロースであることが好ましい。メチルセルロース系誘導体の具体的な製品としては、信越化学工業株式会社製の品番６０ＳＨ−４０００、６５ＳＨ−４０００、及び９０ＳＨ−４０００等が挙げられる。

珪酸質材料は、養生を行う際に強固なマトリックス構造を得るために配合される。珪酸質材料としては、例えば珪砂、珪石粉、及び高炉スラグ等が挙げられる。珪酸質材料は、これらの群からなる少なくとも一種の材料を含有できる。

補強材は、セメント成形品の機械的強度などの物理的特性を向上させるために配合される。補強材としては、例えば繊維状補強材、及び粒子状補強材が挙げられる。

繊維状補強材は、例えばポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、及びアラミド繊維等の合成繊維、並びに炭素繊維、ガラス繊維、及びパルプ等が挙げられる。繊維状補強材は、これらの群からなる少なくとも一種の材料を含有できる。

粒子状補強材は、例えば砂利、パーライト、シラスバルーン、ガラス粉、及びアルミナシリケート等の無機粒子が挙げられる。粒子状補強材は、これらの群からなる少なくとも一種の材料を含有できる。粒子状補強材は、多孔質状の無機粒子、又は中空状の無機粒子であってもよい。

混和剤としては、例えば珪酸ソーダなどのセメント硬化促進剤が挙げられる。

セメント材料は、上記以外に軽量骨材、及び分散剤等を含有してもよい。

セメント材料は、セメント、増粘剤、補強材、及び水、並びにその他の材料を配合して混合及び混練することにより調製することができる。この場合、各成分の配合量（配合割合）は、適宜設定することができ、例えばセメント６５〜７５質量部、増粘剤０．９〜１．１質量部、水２６〜３０質量部、珪酸質材料１５〜２５質量部、発泡剤０．２〜０．４質量部、ビニロン繊維０．８〜１．２質量部、ポリプロピレン繊維０．８〜１．２質量部などとすることができる。

混合及び混練したセメント材料を押出成形機に供給し、セメント成形材料を例えば０．０６０〜０．０９０ＭＰａの真空圧で脱気（真空脱気）することにより、脱気した後、常法に従って押出すことにより押出成形された材料シートを作製する。押出成形では、セメント材料は、通常、セメント材料の流動性を考慮して、セメント材料中の増粘剤がゲル化しない程度に十分に低い温度、例えば４０℃以下で押出される。材料シートの寸法は、例えば長手方向の長さ５００〜５８０ｍｍの範囲内、短手方向の長さ２６５〜３４５ｍｍの範囲内、及び厚み８〜２０ｍｍの範囲内とすることができる。

続いて、上記の材料シートを所望の形状を有する一対の金型に配置し、一対の金型双方の外側（成形材料が配置される側とは反対側）に設置した一対の加熱させたプレス板で材料シートを押圧することによりプレス成形する。

本実施形態では、上記の通り、プレス成形のプレス温度を、増粘剤の粘度低下開始温度Ｔ₁よりも高く、かつその増粘剤の粘度低下開始温度Ｔ₁よりも高い増粘剤の粘度上昇開始温度Ｔ₂よりも低い温度に設定する。これにより、プレス成形の金型からのセメント成形品の離型性を確保しながら、セメント成形品に水膨れが発生することを抑制することができる。

プレス温度は、本実施形態では、増粘剤の粘度低下開始温度Ｔ₁及び粘度上昇開始温度Ｔ₂によって規定される。増粘剤が、例えばヒドロキシルプロピルメチルセルロースである場合には、５５〜８５℃の範囲内であることが好ましい。例えば、増粘剤が信越化学株式会社製の９０ＳＨである場合には、７０〜８５℃の範囲内とすることができる。

プレス成形時の成形圧力は、例えば０．５〜１０ＭＰａ、成形時間（押圧時間）は、例えば０．１〜３０秒間とすることができるが、これに限定されるものではなく、プレス成形条件は適宜設定することができる。

プレス成形の金型には、離型剤が塗布されていることが好ましい。この場合、プレス成形後のセメント成形体の付着を更に抑制し、プレス成形後のセメント成形体の離型性を向上させることができる。離型剤は、例えば水系エマルジョンであることが好ましい。この離型剤は、動粘度が５ｍｍ²／ｓよりも大きいことが好ましい。水系エマルジョンの具体例としては、理系化学工業株式会社製の製品名「Ｎｏ．３」等を挙げることができる。

上記のようにしてプレス成形した後のセメント成形体を、更に養生硬化することによって、セメント成形品を製造してもよい。ここで、養生硬化の条件としては、例えば温度約９０℃、時間約２４時間とすることができるが、これらに限定されるものではない。セメント成形体を養生硬化するにあたっては、セメント成形品の強度、耐久性、水密性等の品質が十分に確保されるように温度、湿度及び養生時間等の条件が適宜設定される。

養生方法としては、湿潤養生、保水養生、給熱養生等が挙げられる。湿潤養生は、セメントが水和するのに必要な水分が逸散しないようにセメント成形品を湿潤状態に保つ養生方法である。保水養生は、セメントの水和に必要な水を保持するためにセメント成形品の表面を水密性の高い膜、あるいはシートで覆う養生方法である。給熱養生は、セメント成形品を加熱し、セメントの水和を促進する養生方法である。

セメント成形品は、養生硬化後に更に乾燥されてもよい。乾燥条件は、例えば乾燥温度９０℃、乾燥時間６時間とすることができるが、これらに限られず、適宜設定することができる。

このようにして作られるセメント成形品は、例えば建築物の外装材、並びに内装材、及び屋根材等の建築板として使用することができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。以下に記載される「部」及び「％」は、特に示さない限りすべて質量基準である。

［セメント成形品の製造］
まず、表１の「基材組成」の欄に示す各材料及び水を、混合してからミキサで混練することでセメント材料を調製した。

次に、上記セメント材料を真空脱気させながら、押出成形機に供給し、表１中「プレス前シートサイズ」に記載の寸法となるように押出し、セメント材料からなる材料シートを作製した。

続いて、プレス成形用の屋根材形状を有する一対の金型に、表１に記載の「離型剤」を塗布してから、上記材料シートを、金型の一方（下側の金型）に配置し、金型の他方（上側の金型）の上方に配置されたプレス板を表１中「ホットプレス金型温度」に記載の温度、及び成形圧力１ＭＰａで押圧することにより、プレス成形をした。

続いて、プレス成形後のセメント材料を金型から脱形し、このセメント材料を温度９０℃まで徐々に昇温してから、約２４時間養生硬化した。その後、温度９０℃で６時間乾燥させることで、セメント成形品を製造した。

［セメント成形品の評価］
（１）水膨れの発生の有無
得られたセメント成形品の表面を目視により水膨れの有無を観察し、以下のように評価した。
Ａ：表面に水膨れが全く見られなかった
Ｂ：表面に水膨れがほとんど見られなかった
Ｃ：表面に水膨れが多く見られた

（２）金型への材料の付着の有無（金型からの離型性）
プレス成形をし、離型した直後の金型へのセメント材料の付着の有無を観察し、以下のように評価した。
Ａ：金型への材料の付着は全く見られなかった
Ｂ：金型への材料の付着が僅かに見られた
Ｃ：金型への材料の付着が多く見られた

なお、表１中の各成分の詳細は、以下に示す通りである。

有機系発泡バルーン：松本油脂製薬株式会社製品番ＫＭＦＷ−１００
増粘剤：メチルセルロース系セルロース誘導体（信越化学株式会社製品番９０ＳＨ−４０００；粘度低下開始温度７０℃、粘度上昇開始温度８５℃）
分散剤：ポリカルボン酸塩（三洋化成工業株式会社製品番ＭＤ４０−Ｇ）
増量材：スクラップ材（セメント硬化体の粉砕品、篩いメッシュ５ｍｍアンダー）
水系エマルジョンＡ：日新化学研究所株式会社製ＮＳＨ−１７１５；動粘度５ｍｍ²／ｓ）
水系エマルジョンＢ：（理系化学工業株式会社製リケーＮｏ．３；動粘度４５ｍｍ²／ｓ）

Claims

セメント材料をプレス成形するセメント成形品の製造方法であって、
前記セメント材料は、熱可逆性の粘度変化を有する増粘剤を含有し、
前記プレス成形のプレス温度を、前記増粘剤の粘度低下開始温度よりも高く、かつ前記粘度低下開始温度より高くて前記増粘剤の粘度上昇開始温度よりも低い温度に設定し、
前記増粘剤は、メチルセルロース系セルロース誘導体であり、
前記プレス成形の金型には、水系エマルジョンの離型剤が塗布されている、
セメント成形品の製造方法。
前記メチルセルロース系セルロース誘導体は、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含む、
請求項１に記載のセメント成形品の製造方法。
前記離型剤の動粘度は、５ｍｍ ² ／ｓよりも大きい、
請求項１又は２に記載のセメント成形品の製造方法。
前記プレス温度は、５５℃〜８５℃の範囲内である、
請求項１から３のいずれか一項に記載のセメント成形品の製造方法。