JPH02252675A - 無機質材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無機質材料、特に美しい表面層を有する軽量、
耐火性、断熱性を兼ね備えた無機質材料に係るものであ
る。

［従来の技術］ 無機質材料を用いて各種パネルや内装材、断熱材等を形
成することは古くから知られ、又実用にも供されている
。

この様な無機質材料としては、セメント、モルタル、石
膏、珪酸カルシウムの単独若しくは複合体が知られ、又
用いられている。

又、これらの無機材料を用いたパネル等の表面に各種の
化粧層を設けたものも知られている°。

［発明の解決しようとする課題］ しかしながら、従来提案乃至実用化されている無機材料
にあっては、一般にかなりの重量を有し、大型にする程
その移動に手間を要ｙる欠点がある。

又、無機質材料であるからそれ自体は耐火性を有しては
いるものの、これをパネル状にすると、高温において一
部剥離や割れ等の崩落を生じる欠点を有している。

更に、これら無機材料をパネル化等成形し、その表面に
化粧層を設ける場合、その化粧層は耐火性を保持せしめ
る為、やはり無機質物質を用いることになるが、実際、
実用に供されている物は、タイルに代表される様に、熱
膨張の関係から反りや割れが生じる為、大面積のものを
作り難いのが実情である。

［課題を解決する為の手段］ 本発明者はかかる従来品の欠点を尽く排除し、無機質材
料が本来有している耐火性、断熱性を損わず、剥離や割
れもな（、しかも軽量で美しい表面層を有し、大面積体
をも可能にし得る無機質材料を見出すことを目的として
種々研究、検討した結果、特定の珪酸カルシウムを特定
処理したものを基材どして用い、これに特定組成のガラ
ス質表面層を設けることにより、前記目的を達成し得る
ことを見出した。

か（して本発明は、ゾノトライト及び／又はβワラスト
ナイト粒子相互がＣａＯ／　［５ｉｎｓ　＋ｃｂｂｏｓ
及び／又はＭＯ，）］の比が０．９５〜０，７となる様
に金属アルコキシドの加水分解によって得られる金属酸
化物乃至その水和物により結合されてなる基板上に、該
基板と熱膨張係数がほぼ一致し、月９５０℃以下でガラ
ス化するガラス組成物から成る表面層を形成せしめたこ
とを特徴とする無機質材料を提供するにある。

本発明に用いられるゾノトライトは、一般的に合成法と
して石英質珪砂やヒユームドシリカ等のシリカ質原料と
生石灰原料をほぼ等モル水中で混合し、固型分濃度４〜
８％の水性スラリーを撹拌機付のオートクレー１９１８
０℃以上において４〜８時間水熱処理することにより得
ることができる。又、βワラストナイトは、前記ゾノト
ライトを６５０〜１１２５℃で熱処理することにより得
られるものであり、これも」二連するゾノトライトの性
質と実質的に同じであり、形態上の変化や物性的に大き
く変化することはない。

従って本発明においては、最終成形体が組成上ゾノトラ
イトから出発し、βワラストナイ１〜に変ったものであ
っても、或は出発物質がβワラストナイトであっても差
し支えない。但し、α−ワラストナイトは収縮したり亀
裂が生じるので本発明には不適であり、従ってゾノトラ
イトを加熱する際、αワラストナイトに転移する１１２
５℃を超える温度を採用するのは不遡当である。

尚、前述の如（ゾノトライトとβワラストナイトとは性
質上殆ど区別がない為、以下代表してゾノトライトによ
って説明する。

ゾノトライト結晶は、前述の如く形態的に板状晶と針状
晶があり、結晶構造的には多結晶と単結晶及び双晶に区
分される０本発明における粒子とはこれらを総括したも
のである。

しかしながら、本発明の目的に最も適合した形態どして
は、成形性の良さ、比強度の高さ等の観点から針状性に
優れたものほど望ましい。

かかる針状性に優れたゾノトライトとしては、例えば特
開昭６１−７７６１９号、特開昭６０−２１０５６１号
各公報に示されており、このようなゾノトライトは特に
好ましい結果を与える。かくして得られたゾノトライト
スラリーは、針状乃至微細繊維状であることから脱水機
能を有する型枠中（フィルタープレス機等）に流し込む
手段等により、容易に脱水と成形が可能となる。

本発明において、加圧することは脱水成形と共に、高強
度を発現せしめる為の一つの重要な手段となり得る。か
（して脱水されたゾノトライト成形体は、針状晶の集合
体を形成し、この計４に墨量の空隙には、脱水されなか
った水が存在している。（この場合、乾燥後の成形体の
嵩密度は０．０８以上となる）しかし、含水成形体は十
分な強度を有し、型枠から膜形後の寸法は、最終成形体
のそれとほぼ一致したもｐが得られる。従ってプレス脱
水成形の際に、最終成形体の形状に成形することは有意
義な手段である。

又、プレス後の成形体に適宜なパターンを入れたり、切
断や研削加工することも可能である。又、最終成形体に
求められる性能に応じて成形体の嵩密度や最終成形体の
ゾノトライト等の充填率は、型枠に導入されるスラリー
量と、成形体の厚さ等によって調整することが可能であ
る。又、所望によりスラリー中に繊維補強材やフィラー
等の他の成分を本発明の目的を逸脱しない限り適宜混入
せしめることができる。

更に、本発明においては特開昭６０−２１０５６１号に
記載されているような脱水プレスによらない処の嵩密度
０，０４と言うような超軽量成形体も本発明に有効に利
用し得る。又、ゾノトライト水性スラリーから調製され
た粉末を成形したものも使用することができる。

本発明に使用し得るジノ！・ライトの乾燥後の成形体の
嵩密度は、前述の如＜　０．０４ｇ／ｃｍ”からゾノト
ライトの真比重である２、７ｇ／Ｃｍ″に近いもの迄可
能であるが、実用範囲としては０．０８〜２．３　ｇ／
ａｍ”を採用するのが適当である。かくして得られたゾ
ノトライト成形体は、次いでこれに金属アルコキシドが
含浸される。しかしながら、この成形体は前述の如く粒
子間にまだ水を含有しているので、このままでは金属ア
ルコキトは含浸せず、従ってこの水を全部若しくは一部
を残す迄乾燥せしめる。この場合、乾燥を完全に行なう
ことは金属アルコキシドの含浸率を高めることができる
が、反面、一部の水を残すことは後述する金属アルコキ
シドを加水分解する工程において加水分解を速める効果
を有する。従って成形体の乾燥程度は目的に従って任意
に選択することが良い結果をもたらす、乾燥手段として
は、自然乾燥、３００〜１０００℃の加熱炉等による乾
燥、高周波乾燥等積々の乾燥手段が採用され、何れの乾
燥手段によっても収縮率は０．０１％程度である。又熱
膨張係数は２．５〜４．５　ｘｉｏ−’／’ｃであり、
ゾノトライト、βワラストナイト成形体は熱安定性に優
れた特徴を有することから太き（収縮したり亀裂が生じ
ることはなく、高い寸法精度を有する最終成形体を得る
ことが可能となる。

実際、これら成形体に金属アルコキシドが含有されるが
、用いられる金属アルコキシドの一般的性質としては、
粘性が低（、成形体内部への浸透力の優れたものがよく
、具体的にはメチルアルコキシド、エチルアルコキシド
、プロピルアルコキシドのモノマーやオリゴマーが好ま
しく、これらは夫々単独或は混合して用い得る。又、金
属アルコキシドの金属としては、珪素、アルミニウム、
ジルコニウムを挙げることができ、これらも夫々単独或
は混合して用いることができる。特にメチルシリケート
の３〜４量体（シリカ分５１％）（多摩化学社製Ｍシリ
ケート５１）は浸透力に優れているので好適である。

含浸手段は、真空脱気、加圧含浸等積々の方法を採用し
得るが、前述した本発明に好適なゾノトライトやβワラ
ストナイトの乾燥成形体の場合には、金属アルコキシド
の液中に単に浸漬するだけで成形体の真比重から計算で
求めら理論空隙率の１００％空隙に容易に含浸せしめる
ことが可能である。しかしながら、本発明に好適な成形
体にあっても金属アルコキシドを予め加水分解して得ら
れるコロイド状微粒子が分散したゾル液や、市販のコロ
イダルシリカゾル等は殆ど含浸されない。

含浸に要する時間は、用いられる成形体の嵩密度や厚さ
によって異なるが、一般に数分から数時間で理論空隙率
の１００％が含浸する。含浸率については、必要に応じ
て浸漬時間を短縮したり、−度含浸させたものから所定
量を取り去ることによって調整したり、表層部のみに含
浸せしめることもできる。

かくして得られた金属アルコキシドが含浸された成形体
は、成形体内部に含まれる水や空気中の水分により、成
形体自身の塩基性による触媒作用も関連して加水分解が
進行する。しかしこの反応は進行速度が遅く、この為金
属アルコキシドの一部が蒸発することにより、それだＧ
プ有効に作用しなかったり、又は加水分解に多大な時間
を要する。この為、本発明においては強制的に加水分解
を進行せしめることが望ましい。かかる手段は種々ある
が、例えば金属アルコキシドを含む成形体を冷水中に浸
漬後、１００℃前後に加温するのが好ましい。直接温水
中に浸漬すると加水分解を起こす前に成形体内部に含浸
された金属アルコキシドが膨張し、成形体の外に出てし
まう為、有効に作用しなくなる。又、オートクレーブ内
で高圧水蒸気により分解することも考えられるが、この
場合にも金属アルコキシドが蒸発して有効に作用しない
ので好ましくない。本発明における最適手段としては、
冷水中に浸漬後、加温する方法であるが、温度は高い程
加水分解は速く進行する。

従ってこのような操作はオートクレーブ中で行なうと好
ましい０分解に要する温度は１２０〜２００℃で時間は
数分から数時間を採用するのが適当である。

又、アルコキシドの種類はメチルアルコキシドを採用す
ると低温且つ短時間で加水分解が完結し、又アルコキシ
ドの成形体外への流出が少ないので好ましい、かくして
加水分解の終了した成形体は水中より取り出し、乾燥す
ることにより最終成形体として得ることができる。

このようにして得られた成形体は、副生じたアルコール
や残留分等が抜は出し、多孔質状態を呈しているので、
再度アルコキシドを含浸せしめ、前記同様の処理１稈を
繰り返すことによって更に高強度品を得ることが可能と
なる。

又、必要により成形体中のゾノトライトやβワラストナ
イト相互の結合剤として作用しているシリカ等の金属分
を焼成によってより強度の高い成形体とすることができ
る。

含有されるアルコキシドの量は、ゾノトライト及び／又
はβワラストナイトとの含量に対し、２．６−１７．６
重量％が必要である。これは、ＣａＯ／　［ＳｉＯ＊＋
　（１４Ｊｓ及び／又はＭＯｉ）］の比が０．９５〜０
．７に調整することが必要である。

前記比が０．９５を超える場合には機械的強度が不十分
であり、又研削加工も難かしく、整形が不可能となり、
逆に０，７より小さいと熱収縮が生じ、軽量性が損われ
たり、一部割れを生ずるので不適当である。そして特に
これら範囲のうち０．９〜０．８を採用するのが好まし
い。

かくして得られたゾノトライト及び／又はβワラストナ
イト基板上には、該基板と熱膨張係数がほぼ一致し、且
９５０℃以下でガラス化するガラス組成物から成る表面
層が形成される。

かかるガラス組成物としては、ＳｉＯｘ−ＲよＯ〜Ｂ２
Ｏｓ−Ａｌｔｏｓ−ＣａＯ系を採用するのが好ましい。

（但し、Ｒはアルカリ金［） この様なガラス組成物を前記基板上に形成せしめる手段
としては、上記各成分を（チぼ１５０メツシユアンダー
の粉末で用い、これを所望により分散剤やＰＶＡ等のバ
インダーと共に固型分濃度で３０〜６０重量％の水懸濁
液とし、これを最終製品の表面層としての厚さが０．２
〜１ｍａ＋どなる様に基板上に設け、次いで８００〜１
１００℃５好ましくは９５０〜１０００℃で焼成せしめ
る。この場合、焼成温度に達する迄の昇温時間を１時間
以上とり、更に焼成温度に３０分以上保持し、次いで１
時間以上の時間をかけて降温せしめると、高強度且均−
な表面層が得られるので好ましい。

尚、表面層の厚さは、０．２ｍｍより薄いと強度が不十
分となり、逆に１ｍｍを超えると単に重量が重くなり、
基板の軽量性が損われるので好ましくない。

［実施例〕 生石灰１０重量部、ヒユームドシリカ１０重量部、水３
８０重量部からなる水性スラリーを攪拌機付のオートク
レブに仕込み、２００℃で６時間反応せしめ、固形分濃
度５％を有するゾノトライト針状晶スラリーを得た。か
かるスラリーを脱水機構を有する型枠内に流し込み、５
０ｋｇ／ｃｍ”で加圧脱水し、嵩密度０．８４を有する
２００Ｘ　１００Ｘ　１０＋＋＋ａ＋の成形体を得た。

この成形体は２００Ｘ　５０Ｘ　１０ｍｍに切断して２
つにし、一方は比較用にそのまま曲げ試験を行ない、他
方の試料は１０５℃で恒鳳にせしめた後、エタノールで
希釈せしめた３０％のメチルシリケート（多摩化学社製
Ｍシリケート５１）中に１時間浸漬後取り出し、表面の
メチルシリケートをふき取り、オートクレーブ中の冷水
中に浸漬し、約３０分かけて１２０℃に昇温し、このま
ま１時間保持した後、　１００℃以下に降温しで取り出
し、乾燥を行なった。

夫々の嵩密度と曲げ試験結果は下表の通りであった。

次に、　５ｉｎｓ　　６３重量％、ＫａＯｉ、５重量％
、Ｎａｘｏ　２．５重量％、Ｂ、０．　２１．２重量％
、Ａｌｔｏｓ６．５重量％、ＣａＯ３，５重量％を夫々
　１５０メツシユアンダーの粉末でＰＶＡと共に固型分
濃度５０重量％の水懸濁液とした。

かかる液を前記アルコキシド処理せしめた基材の片面に
最終品の厚さが０．５＋＋＋ｍとなる様に塗布し、常温
から約１時間３０分かけて９７０℃迄昇温後、この温度
に約４０分間保持後、約１時間３０分かけて常温迄降温
せしめた。得られた製品はガラス表面層が均一に平滑で
あり、光沢を有し、泡やふくれ等は一切視認されなかっ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ゾノトライト及び／又はβワラストナイト粒子相互
   がＣａＯ／［ＳｉＯ＿２＋（Ｍ＿２Ｏ＿３及び／又はＭ
   Ｏ＿２）］の比が０．９５〜０．７となる様に金属アル
   コキシドの加水分解によって得られる金属酸化物乃至そ
   の水和物により結合されてなる基板上に、該基板と熱膨
   張係数がほぼ一致し、且９５０℃以下でガラス化するガ
   ラス組成物から成る表面層を形成せしめたことを特徴と
   する無機質材料。 ２、金属アルコキシドの金属が、珪素、アルミニウム、
   ジルコニウムである請求項（１）の無機質材料。 ３、金属アルコキシドのアルコキシドが、メチルアルコ
   キシド、エチルアルコキシド、プロピルアルコキシドの
   モノマー或はオリゴマーである請求項（１）の無機質材
   料。 ４、表面層を形成するガラス組成物がＳｉＯ＿２−Ｒ＿
   ２Ｏ−Ｂ＿２Ｏ＿２−Ａｌ＿２Ｏ＿２−ＣａＯ系のガラ
   ス組成物（Ｒ：アルカリ金属）である請求項（１）の無
   機質材料。