JPH03237051A - 高強度珪酸カルシウム成形体及びその製造方法 - 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） この発明は、高強度珪酸カルシウム戊形体及びその製造
方法に関する。

（従来の技術） 石灰質原料と珪酸質原料とを水熱合成して得られる珪酸
カルシウムの成形体は、軽量で高強度、耐熱性、不燃性
に優れた性質をもった材料として、建材などに広く使用
されている。また最近、このような珪酸カルシウムの性
質を利用して、天然の木材に類似したカサ比重、強度、
切削、切断、研磨等の加工性、ネジ釘保持性、接着性な
どの特性を有するようにする各種の提案もなされている
。

しかしながら、現実には、上記のような各種の特性を併
せ持つようにすることは容易でなく、かかる建材の製造
は、いまだ実現に至っていないのが実情である。従来、
この種の材料としては、ゾノトライトのマトリックスを
ガラス繊維で補強したものがその代表的なものであるが
、これだけのものではガラス繊維とゾノトライトとの接
着力が弱いため、通常これに５〜１０重量％の合成樹脂
を加え、接着力を増強している。確かに、こうしたもの
はガラス繊維との強い接着力が得られて、曲げ強度は満
足できるようになっていたが、この場合は数％の合成樹
脂が中に存在するために燃え易く、不燃性、耐熱性が著
しく劣り、また、このものの加工性も木材と比較してか
なり低下したものとなっていた。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、合成樹脂を配合することなく、ガラス繊維
及びパルプを使用して、これらか分散して強固に固着さ
れた高強度珪酸カルシウムを得ることによって、天然水
相に一層類似した不燃性の建祠を得ようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） この発明は、トバモライト、Ｃ−５−Ｈ及び石英が混在
し、補強材としてガラス繊維及びパルプをそれぞれ２〜
１０重量％含む成形体であって、該成形体を粉末Ｘ線回
折したときのＴ　ｉ　／　Ｑ　ｉ比が０．１〜１．０で
あり、絶乾カサ密度が０．　３〜０．７ｇ／ｃｃである
高強度珪酸カルシウム成形体（ただし、Ｔｌ及びＱｉは
、それぞれトバモライト結晶の（００２）面、石英結晶
の（１０１）面のＸ線回折強度を示す。）（請求項１）
及び石灰質原料と珪酸質原料と繊維とからなり、石灰質
原料と珪酸質原料との配合比がＣａ　Ｏ／　Ｓ　ｉ　Ｏ
２モル比で０．６〜０．９とし、珪酸質原料は結晶質シ
リカと非晶質シリカよりなりかつ結晶質シリカと非晶質
シリカとの比率が非晶質シリカ／（結晶質シリカ＋非晶
質シリカ）の重量比で０．２〜０．８とし、繊維は耐ア
ルカリガラス繊維とパルプよりなりかつ各々の配合比が
２〜１０重量％としたものを原料としたもので、まず石
灰質原料と非晶質シリカの少なくとも一部とを、水と混
合して５０℃以下のスラリーとし、このスラリーを８０
℃以上の温度に加温してゲル化し、ここに得られたゲル
状物を耐アルカリガラス繊維を含む残余の原料とともに
均一に混合し、この混合物を圧力３〜３０ｋｇｆ／ｃ−
で脱水成形して成形体を得て、この成形体をオートクレ
ーブ中で加熱反応し、これにより得られる成形体を粉末
Ｘ線回折したときのＴ　ｉ　／　Ｑ　ｉ比を０．１〜１
−１０とすることを特徴とする高強度珪酸カルシウム成
形体の製造方法（請求項２）（ただし、Ｔｉ及びＱｉは
、それぞれトバモライト結晶の（００２）面、石英結晶
の（１０１）面のＸ線回折強度を示す。）である。

以下に、これらの発明をさらに説明する。

本願の第１発明の高強度珪酸カルシウム成形体は、トバ
モライト、Ｃ−８−Ｈ及び石英が混在している珪酸カル
シウムのマトリックスに、ガラス繊維及びパルプが分散
して固着されているものである。ここにおけるガラス繊
維及びパルプは、各々内削で２〜１０％の範囲である。

これが２％未満であると強度が充分でなく、また１０％
を超えでもその割に強度が向上しない。

さらに、成形体を構成する珪酸カルシウムの粉末Ｘ線回
折を行ったときの、Ｔ　ｉ　／　Ｑ　ｉ比（ただし、Ｔ
ｉ及びＱｉは、それぞれトバモライト結晶の（００２）
面、石英結晶の（１０１）面のＸ線回折強度を示す。）
が０．１〜１．０であり、絶乾カサ密度が０．３〜０．
７ｇ／ｃｃて、珪酸カルシウムのマトリックス自体の強
度が高いことが必要である。

珪酸カルシウムに補強材を加えて天然木材に類似した材
料を得ようとする場合、補強材としてはガラス繊維が最
適とされている。しかしながら、ガラス繊維を用いて珪
酸カルシウム基材が強度発現するためには、珪酸カルシ
ウムのマトリックス自体の強度が高いこと、珪酸カルシ
ウムのマトリックスとガラス繊維との接着強度が高いこ
と、補強材のガラス繊維が浸蝕されて強度が低下しない
こと、などが必要になる。

本願発明者らは、各種の実験を通して、珪酸カルシウム
のマトリックスが、Ｃ−８−Ｈ及び石英とで出来ている
ときは、マトリックスの強度が弱く、マトリックスとガ
ラス繊維との接着も不十分となって、曲げ破壊の際にガ
ラス繊維がマトリックスから引き抜かれ、所望の強度が
得られないことを確認した。。また、マトリックスの大
部分がトバモライト結晶となっている場合は、ガラス繊
維の強度が低下し、曲げ破壊に際しマトリックスの破壊
と同時に、またはそれ以前にガラス繊維が破壊し、ガラ
ス繊維の補強効果を示さないことを確かめた。これに幻
して、マトリックスにトバモライト、Ｃ−８−Ｈ及び石
英が混在し、これにガラス繊維が固着しているものは、
マトリックスの強度が高いとともに、マトリックスとガ
ラス繊維の接着強度、ガラス繊維自身の強度が、いずれ
も高いレベルにあることを見出したものである。

そして、特にマトリックスの強度については、Ｔ　ｉ　
／　Ｑ　ｉ比（ただし、Ｔｉ及びＱｉについては前記の
通り）が０．１〜１．０で高い強度を示し、これを外れ
ると強度が低下することを確認した。

さらに、成形体の切断、切削、研磨、ネジ釘の保持力な
ど、材料の加工性、施工性の改善のためには、前記マト
リックスに対して２〜１０重量％のパルプが固着されて
いることが必要である。これが２％未満では効果なく、
１０％を超えても効果はあまり上がらないだけでなく、
不燃性が著しく低下する。

なお、絶乾カサ密度は、０．３未満では必要なネジ釘保
持力が期待できず、また０、７を超えると、釘打ちや切
断、切削加工などが困難となるので、Ｏ１３〜０．７ｇ
／ｃｃとする。

請求項２の発明は、請求項１の発明の珪酸カルシウム成
形体の製造方法である。

まず、原料の中の石灰質原料についていえば、これは消
石灰、生石灰、石灰乳などいずれでもよい。珪酸質原料
としては、結晶質シリカと非晶質シリカを用い、その比
率が非晶質シリカ／（結晶質シリカ＋非晶質シリカ）の
重量比で０．２〜０．８の範囲とする。この範囲を外れ
ると、本発明の目的とする高強度の珪酸カルシウム成形
体を得ることができない。結晶質シリカとしては、通常
の珪石粉末を用いることかでき、非晶質シリカとしては
、珪藻上、弗石、シリカフラワーなどが例示できるが、
珪藻上が好ましい。その粒度は５０即以下がよい。石灰
質原料と珪酸質原料の配合比は、Ｃａｂ／５ｉｎ２モル
比で０．６〜０．９とする。この範囲を外れると、本発
明の目的とする製品が得られない。さらにいえば、これ
が０，６未満てはトバモライトの生成が困難であり、０
．９を超えるとガラス繊維が浸蝕されるので、所望の曲
げ強度の製品が得られない。

ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比でさらに好ましい範囲は０．７
〜０．８５である。

ガラス繊維は耐アルカリガラス繊維で、これを適当な長
さに切断したチョツプドストランドを用いるとよい。そ
の配合比は２〜１０重量％である。

これが２重量％未満であると所望の補強効果が得られず
、１０重量％を超えると成形が困難となる一方、補強効
果もさして上がらない。ガラス繊維とともにパルプを用
いる。パルプは、ガラス繊維との併用によりガラス繊維
の分散性を改善し補強効果を示す外、製品の加工性、施
工性を大幅に改善するのに寄与する。通常の木材パルプ
を湿式又は乾式で離解して使用する。この配合比は、２
重量％未満では前記の効果は得られず、１０重量％を超
えると製品の不燃性が著しく低下する一方、前記効果の
向上がそれほどみられない。

これらの原料の配合は、前記原料の中の石灰質原料と非
晶質シリカの少なくとも一部とを、水と混合してスラリ
ーとする。この際、非晶質シリカの添加割合としては、
非晶質シリカ／（結晶質シリカ＋非晶質シリカ）比で０
．２〜０．８の範囲とすることが好ましい。これが低い
とゲル化後の０ ゲルの強度が弱くて、脱水成形後の脱型時における保形
性が不十分で、ハンドリングが困難となる。

また、この比が大きくなると、脱水成形特圧力が上がり
過ぎて、製造上好ましくない。また、石灰質原料の添加
は、非晶質シリカに対して、ＣａＯ／５ｆＯ２モル比で
０．８以上とすることが好ましい。これが０．８モル未
満ではゲル化があまり進行しないからである。なお、こ
の場合、石灰質原料の全部を添加してもよいことはもち
ろんである。ここでパルプを添加することは、原料の沈
降分離を防ぐので好ましいが、耐アルカリ繊維の添加は
、遊離石灰により浸蝕されるので好ましくない。水／固
体重量比については、特別な規制は必要ないが、３〜１
０の範囲が良好である。

水比がこの程度でゲル化も十分進行し、またゲルの膨潤
も大きくなり過ぎることがない。原料混合物の混合を行
なう際に必要なことは、５０℃以下の温度で行うことで
ある。５０°Ｃを超えた温度で混合を行うと、その後の
オートクレーブでの反応でトバモライトの生成が著しく
遅延して、所期の１ 製品が得られなくなる恐れがある。この理由は、恐らく
５０℃を超える高温で石灰質原料と非晶質シリカとを混
合すると、トバモライトに転移し難いＣ−８−Ｈが多く
生成するためであろうと推測される。ゲル化を行なう際
は、常圧下で８０℃以上とし、ゲル化時間は非晶質シリ
カの反応性にも左右されるが、通常１〜５時間である。

ゲル化時間の攪拌は間欠的に行うことが好ましい。

こうして得られたゲルに残りの原料を加え、これを均一
に混合する。ここに於ける残りの原料は、使用する原料
からゲル化前に加えた原料を除いたものであり、この中
には耐アルカリガラス繊維が常に含まれる。水もさらに
加えられるが、ここでの水／固体重量比も特に規制され
ない。繊維質原料を均一に混合するためには、前記水比
が２．０〜４．０の範囲が適当である。ここで使用され
る混合機としては、拡散混合型のものが好ましく、−例
としてはオムニ型ミキサーがあげられる。この場合の混
合時間は、５分以内で十分である。この混合物は、その
後金型に入れて加圧脱水成形す２ るが、その圧力は３〜３０ｋｇｆ／ｃ−が適当である。

これが３ｋｇｆ／ｃ−未満であると、脱型後の保形性が
よくなく、移送時に変形などを起こし、３０ｋｇｆ／ｃ
Ｊを超えると、加圧養生後の成形体に層状のクラックが
発生しやすい。型枠は任意のものが使用できるが、製品
の厚みは出来れば、１００　ｒａｍ以内が好ましい。あ
まり厚いと反応の均一性が損なわれる恐れがある。ここ
で成形された成形体の水／固体重量比は、通常１．０〜
３．０の範囲にあるが、この場合、その後の反応及び乾
燥した製品のカサ密度は、はぼ０．３〜０．　７　ｇ／
ｃｃとなる。

上記の成形体を、次にオートクレーブ中で加熱反応する
。反応条件としては、飽和水蒸気圧下で、温度は通常１
４０〜２００℃の範囲で行う。

１４０℃未満ではトバモライトの生成が著しく遅延し、
２００℃を超えると一部ゾノドライトが生成し、製品の
強度が低下するためいずれも好ましくない。経済性と品
質の安定性の両面からすると、１６０〜１９５℃の範囲
で反応を行なわせるこ３ とがより好ましく、さらに好ましくは１７０〜１９０℃
の範囲である。反応時間は、反応後の成形体の粉末Ｘ線
回折を行った場合のＴ　ｉ　／　Ｑ比が０．１〜１．０
の範囲となる条件に設定するが、本発明実施例１〜４の
例でいえば、１８０°Ｃの温度で３〜８時間の範囲であ
り、１６０℃の温度の場合５〜１８時間、１９５℃の温
度の場合２〜６時間の範囲となる。もちろん、本発明で
はこれらの温度と時間に限定されるものではない。合成
後の硬化体は乾燥し、最終製品とする。

（発明の効果） 以上の本発明による珪酸カルシウム成形体は、カサ密度
が０．３〜０．　７　ｇ／ｃｃと軽量で、比強度−（曲
げ強度）／（カサ密度）２が２６０以上であり、切断、
切削、研磨等の加工性が容易で、加工時の発塵もなく、
しかもビスねじの保持力も大きいものとなる。さらに、
製品表面あるいは内部には、亀裂、フクレ、気孔なども
なく、不燃性、耐熱性、寸法安定性などにも優れ、壁材
、間仕切材、床材、断熱祠などとして幅広く使用される
も４ のとなる。

実施例１〜４及び比較例１〜３゜ 生石灰粉末２．４７ｋｇを９０℃の温水８．６５粒の中
に投入し消化させ石灰乳を得た。この石灰乳を３２℃に
冷却した後に、珪藻上微粉末（３２５メツシュ全通’Ｉ
　Ｏ，６７ｋｇを添加し、水／固体重量比が、３．５と
なるように冷水を追加した後に均一に混合した。その後
、温浴」二で加熱し、８０〜９２℃で２時間ゲル化を行
った。ゲル化後、これを直ちに６０℃まで冷却し、珪石
粉末（鳥屋根珪石２５０メツシュ全通）２．０２ｋｇ。

珪藻土微粉末０．６７ｋｇ及び耐アルカリガラス繊維０
．３７）ｃｇを添加し、オムニ型ミキサーで２分間均一
に混合した。この混合物の組成は次の通りであった。

　５ ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比　　　−・−−−−０，８３非
晶質シリカ／（結晶質シリカ→−非晶質シリカ）・・・
・・　０．　４ 耐アルカリガラス繊維配合率　・・・・・・５％パルプ
配合率　　　　　　　　・・・・・・５％この混合物を
、内寸法６１０　Ｘ　１２２０　ｍｍの金型に投入して
、１２．　　Ｏｋｇｆ　／ｃｆｌＹで脱水成形した。

この成形体の脱型後の厚みは１８ｍｍであった。次に、
これをオートクレーブに入れ、飽和蒸気圧下で１８０℃
で所定時間反応させてオートクレーブより取り出し、乾
燥機を用い１０５℃で絶乾に乾燥した。乾燥後の製品の
カサ密度は０，５４〜０．５６ｇ／ｃｃで、サイズは６
１０　Ｘ　１−２２０祁、厚さは１８和白で、寸法変化
はなかった。

また、この実施例］のＳＥＭ写真を、第１図示す。この
写真には、石英の表面全体が白色の粒子凝集体を呈して
いるＣ−８−Ｈで覆われており、所々にトバモライトが
生成しているのが認められ６ る。

これら製品の物性測定結果を第１表に示す。

なお、同表には比較例を示したが、これはＴ　ｉ　／　
Ｑ　ｉが０．１〜１．０の範囲外となるように造られた
ものである。

第１表に示されている曲げ強度は、ＪＩＳＡ　　１４０
８によった。ただし、試験体の寸法は、幅８０　ｍｍ　
Ｘ長さ１８０’ｍｍＸ厚さ１５ｍｍで２゜スパン長は１
００ＩＤＩｎとした。燃焼性は、ＪＩＳＡ　　１３２１
に従った。

切削性は、製品の略中央に近い部分から、長さ（Ｘ）５
０ｍｍＸ幅（Ｚ）１０ｍ＋ｎｘ厚さ（Ｙ）５０ｍｍの大
きさの試験体を切り出し、第２図に示すような刃角２８
°の刃物を用いて、切り込みｉｔ　１　＋＋ｏｎで切削
速度２０　＋ｏｍ　／　ｉ＋ｉｎで切削し、切削屑が連
続したものを○、不連続のものを×、中間的なものを△
として判定した。

７ 実施例５゜ オートクレーブの反応時間を５時間３０分とした以外は
実施例１と同様な方法により製品を得た。

実施例５にかかる珪酸カルシウム戊形体のマトリックス
のＳＥＭ写真を第３図に示す。この第３図によると、ト
バモライト、Ｃ−８−Ｈが混在しているのが分かる。実
施例５の珪酸カルシウム成形体のマトリックスの、粉末
Ｘ線回折チャートを第４図に示す。ここに示されるよう
に、トバモライト及び石英のピークがみられ、トバモラ
イトの（ＯＯ２）面（２θ＝７．８２°）及び石英の（
１０１）而（２θ＝２６．６５°）の強度比をＴｉ、Ｑ
ｉとすると、Ｔ　ｉ　／　Ｑ　ｉは０．６４であった。

また、この実施例５のものを曲げ破壊し、その破断面の
ガラス繊維及びパルプのＳＥＭ写真を、第５図（Ａ）お
よび（Ｂ）、第６図（Ａ）および（Ｂ）に示す。

第５図（Ａ）には、ガラス繊維の表面が珪酸カルシウム
の基材で覆われている状態がよく示されている。同図（
Ｂ）は、第５図（Ａ）に示したガ９ ラス繊維の中の１本をさらに拡大して示したもであるが
、これによれば、ガラス繊維の表面にＣ−５−Ｈとトバ
モライトが固着していることが分かり、これによって基
材とガラス繊維とが強固に固着されていることか分かる
。第６図（Ａ）は、上記と同種の破断面を示すものであ
るが、ここにはパルプの表面が珪酸カルシウムの基材て
覆われている状態が示されている。同図（Ｂ）は、第６
図（Ａ）に示したものをさらに拡大して示したちである
か、これによれば、表面にＣ−８−Ｈと一部ではあるが
トバモライトが固着していることが分かり、これによっ
て基材とパルプとが強固に固着されていることが分かる
。

実施例６〜８及び比較例４〜６゜ 非晶質シリカの比率及び添加方法を変えた以外は実施例
４と同様な方法により製品を得た。結果を第２表に示す
。比較例４〜６についても同様にして行った。

　０

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１の珪酸カルシウム成形体のＳＥＭ写
真、第２図は、この発明になる珪酸カルシウム成形体の
切削性を試験するための方法を示した説明図、第３図は
、実施例５の珪酸カルシウム成形体のＳＥＭ写真、第４
図は、実施例５の珪酸カルシウム成形体の粉末Ｘ線回折
チャート、第５図（Ａ）、（Ｂ）及び第６図（Ａ）、（
Ｂ）は、実施例５の珪酸カルシウム成形体を曲げ破壊し
たものの破断面のガラス及びパルプのＳＥＭ写真。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トバモライト、Ｃ−Ｓ−Ｈ及び石英が混在し、補
   強材としてガラス繊維及びパルプをそれぞれ２〜１０重
   量％含む成形体であって、該成形体を粉末Ｘ線回折した
   ときのＴｉ／Ｑｉ比が０．１〜１．０であり、絶乾カサ
   密度が０．３〜０．７ｇ／ｃｃである高強度珪酸カルシ
   ウム成形体。 （ただし、Ｔｉ及びＱｉは、それぞれトバモライト結晶
   の（００２）面、石英結晶の（１０１）面のＸ線回折強
   度を示す。）
2. （２）石灰質原料と珪酸質原料と繊維とからなり、石灰
   質原料と珪酸質原料との配合比がＣａＯ／ＳｉＯ＿２モ
   ル比で０．６〜０．９とし、珪酸質原料は結晶質シリカ
   と非晶質シリカよりなりかつ結晶質シリカと非晶質シリ
   カとの比率が非晶質シリカ／（結晶質シリカ＋非晶質シ
   リカ）の重量比で０．２〜０．８とし、繊維は耐アルカ
   リガラス繊維とパルプよりなりかつ各々の配合比が２〜
   １０重量％としたものを原料としたもので、まず石灰質
   原料と非晶質シリカの少なくとも一部とを水と混合して
   ５０℃以下のスラリーとし、このスラリーを８０℃以上
   の温度に加温してゲル化し、ここに得られたゲル状物を
   耐アルカリガラス繊維を含む残余の原料とともに均一に
   混合し、この混合物を圧力３〜３０ｋｇｆ／ｃｍ＾２で
   脱水成形して成形体を得て、この成形体をオートクレー
   ブ中で加熱反応し、これにより得られる成形体を粉末Ｘ
   線回折したときのＴｉ／Ｑｉ比を０．１〜１．０とする
   ことを特徴とする高強度珪酸カルシウム成形体の製造方
   法。