JPH033635B2

JPH033635B2 -

Info

Publication number: JPH033635B2
Application number: JP7670186A
Authority: JP
Inventors: Kazuichi Kobayashi; Satoshi Ootaka; Hideo Uchama
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1991-01-21
Also published as: JPS62235276A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は高強度軽量ケイ酸カルシウム成形体の
製造方法に関するものである。さらに詳しくは、
本発明は高強度かつ軽量で耐火性、寸法安定性に
すぐれ木材と同様の加工性を具備しており、建築
材料として好適に使用することのできるケイ酸カ
ルシウム、補強繊維、ラテツクスおよびエトリン
ガイトからなるケイ酸カルシウム成形体の製造方
法に関するものである。［従来の技術］ケイ酸カルシウムは軽量で熱的に安定な物質で
あり、この特性を利用した成形体が市販されてい
る。このうち、軽量という特性を生かしたものに
断熱材、保温材があり、また熱的に安定で耐火性
という特性を生かしたものに珪カルボードがあり
それぞれ大量に生産されている。しかし前者は嵩
密度が0.3ｇ／cm³以下のものであり、後者は嵩密
度が0.7ｇ／cm³以上のものである。この中間の嵩
密度である0.3〜0.7ｇ／cm³に相当する成形体につ
いては従来ほとんど商品化されていなかつた。この嵩密度0.3〜0.7ｇ／cm³という値は天然の木
材のそれとほぼ同じであり、ケイ酸カルシウムを
成形して人造木材を製造しようとする試みが提案
されている。すなわち、(1)ケイ酸カルシウム水和
物100重量部、水硬性石膏10〜150重量部、重合体
エマルジヨン５〜30重量部、重合体エマルジヨン
用凝集剤および水さらに補強繊維からなる水性ス
ラリーを成形、乾燥してなるケイ酸カルシウム成
形体が提案されている（特開昭54−160428号公
報）。また、(2)ケイ酸カルシウム水和物100重量
部、カルボキシル基を含むスチレン−ブタジエン
共重合体ラテツクス５〜30重量部（固形分とし
て）、カチオン型高分子凝集剤および水からなる
水性スラリーを成形、乾燥してなるケイ酸カルシ
ウム成形体が提案されている（特開昭60−246251
号公報）。さらに、本出願人は、これら公知の発
明の問題点を改善するため、(3)ケイ酸カルシウム
水和物100重量部、補強繊維１〜30重量部、ラテ
ツクス１〜40重量部および分散剤0.1〜５重量部
からなるケイ酸カルシウム成形体について提案し
た（特願昭60−2661311号公報）。［発明が解決しようとする問題点］しかし、(1)の発明の成形体は明細書の実施例に
よれば嵩密度0.5ｇ／cm³のときの曲げ強さが最高
でも約100Kgｆ／cm³にすぎない。また、この成形
体には水硬性石膏が多量に含有されているために
耐水性に難点があるだけでなく、高温にさらされ
た場合800〜1000℃で石膏が分解して有毒な硫黄
酸化物が発生したり、石膏の結晶水が100〜500℃
で失われるので、安全性、耐熱性、寸法安定性等
の面に難点がある。また、(2)の発明の成形体は、(1)の発明の成形体
に認められた耐水性、安全性、耐熱性、寸法安定
性の問題点を解消しようとするものであるが、強
度的にはほとんど改善が認められない。また、ラ
テツクスの使用量が多いために耐火性に問題があ
る。さらに、(3)の発明の成形体は、(1)の発明の成形
体および(2)の発明の成形体に認められた問題点を
解消しようとするものであり、成形体の嵩密度が
0.5ｇ／cm³のときの曲げ強度は約120Kgｆ／cm³と改
善するものであるが、強度的にはいまだ不十分で
ある。本発明はこれら発明の問題点を改良して人造木
材等の建築材料、とくに耐火性、耐熱性建築材料
として好適なケイ酸カルシウム成形体の製造方法
を提供するものである。［問題点を解決するための手段および作用］本発明はエトリンガイトを含有することを特徴
とする高強度軽量ケイ酸カルシウム成形体の製造
方法に関するものである。本発明のケイ酸カルシウム成形体はケイ酸カル
シウムスラリー、補強繊維、ラテツクスおよび製
造過程で水と反応してエトリンガイトを生成する
物質を混合し、成形したのち乾燥することによつ
て製造できる。製造過程で水と反応してエトリン
ガイトを生成する物質を特定量混合することによ
り、従来のケイ酸カルシウムの大きな問題点であ
つた強度を改善することができる。本発明においてケイ酸カルシウムとしては石灰
質原料、ケイ酸質原料および水とから水熱合成反
応によつて得られた通常トバモライト、ゾノトラ
イトと呼ばれるケイ酸カルシウムが好適であり、
ケイ酸カルシウム成形体の製造に当たつてはケイ
酸カルシウムスラリー詳しくはケイ酸カルシウム
水和物水性スラリーとして使用される。石灰質原
料としては生石灰、消石灰等があり、ケイ酸質原
料としてはケイ石、ケイ砂、フエロシリコンダス
トなどがある。これらは微粉砕物として使用され
る。石灰質原料、ケイ酸質原料および水を所定割
合に配合し、通常はオートクレーブによつて水熱
合成反応を行つてケイ酸カルシウム水和物水性ス
ラリー（以下、単にケイ酸カルシウムスラリーと
略す）を得る。石灰質原料とケイ酸質原料の配合
割合は合成するケイ酸カルシウムの種別、使用す
る原料の出所などによつて相違するが、例えばゾ
ノトライト（6CaO・6SiO₂・H₂O）を合成する
場合にはCaO／SiO₂モル比が１になるように石
灰質原料とケイ酸質原料を配合する。また、水と
これら原料との配合割合は水／（石灰質原料＋ケ
イ酸質原料）重量比で５〜15である。所定の割合
に配合した石灰質原料、ケイ酸質原料および水の
混合物はオートクレーブに送入し、150〜250℃の
温度で１〜24時間撹拌しながらあるいは断続的に
撹拌しながら水熱合成反応を行つてケイ酸カルシ
ウムスラリーを得る。次に、ケイ酸カルシウムスラリーに補強繊維、
ラテツクス、および水と反応してエトリンガイト
を生成する物質などを混合する。補強繊維としてはガラス繊維、カーボン繊維等
の無機繊維、ナイロン、ポリプロピレン、レーヨ
ン、ビニロン等の有機繊維が使用でき、これらの
１種または２種以上を混合して使用する。補強繊
維は成形体の強度および弾性率を向上させ、製造
時のスラリー中でケイ酸カルシウムおよびラテツ
クスの保持性を向上させて加圧脱水成形時のろ過
分離を良好ならしめる作用があるが、加工性、耐
水性、耐熱性等の面からその使用量はケイ酸カル
シウムの固形分100重量部に対して１〜30重量部、
好ましくは３〜15重量部がよい。ラテツクスとしては溶液型、エマルジヨン型の
いずれでもよく、具体的にはスチレン−ブタジエ
ン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重
合体、ブタジエン重合体、メタクリル酸メチル−
ブタジエン共重合体、イソプレン（共）重合体、
エチレン−プロピレン共重合体等のラテツクスが
挙げられる。ラテツクスは成形体中でケイ酸カル
シウム同士およびケイ酸カルシウムと補強繊維を
固着する作用を有する。それゆえ成形体は高強度
を示し、切削加工時に粉末が飛散せず、釘等の保
持力が良い等のすぐれた加工性を示す。ラテツク
スはケイ酸カルシウム固形分100重量部に対して
１〜40重量部好ましくは３〜20重量部使用され
る。ラテツクスの使用量が少なすぎると加工性に
難があり、強度もやや弱く、また多すぎると耐熱
性に問題が生じる。なお、ラテツクスの固着作用
を改善する粘着付与剤、ラテツクスの特性を改善
する硫黄系加硫剤、非硫黄系加硫剤、融着付与剤
などの添加剤を１種および２種以上使用すること
ができ、これら添加剤の使用により成形体の表面
硬度、弾性、針の保持力などの物性向上を図るこ
とができる。水と反応してエトリンガイトを生成する物質と
しては種々のものが使用できる。すなわち、 (1) ACIの分類でＫタイプ、ＭタイプおよびＳタ
イプからなる群より選ばれた少なくとも一種類
以上の膨張材、 (2) カルシウムサルホアルミネート系クリンカー
の単独物または石膏との混合物、あるいはアル
ミネート系クリンカーと石膏との混合物、 (3) (イ)高炉スラグ粉または水酸化アルミニウムを
含む物質、(ロ)石膏、(ハ)消石灰または生石灰の混
合物、 (4) アルミセメントと石膏の混合物などである。これらの物質はケイ酸カルシウム成形体の製造
過程すなわちケイ酸カルシウムスラリーと補強繊
維、ラテツクス等の混合過程、ろ過脱水成形過程
および乾燥過程において、水と反応して針状のエ
トリンガイト結晶（3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・nH2O、ｎ＝31〜
32）および／またはその部分脱水塩がを生成し、
その結晶の相互のからみあいと膨脹作用による補
強繊維の固定によつてケイ酸カルシウム成形体の
強度を向上させる作用を有する。また、エトリガ
イトが生成することによつて乾燥過程での収縮が
大幅に減少し、成形体の層間剥離の減少、そりの
防止製造歩留りの向上などの作用を有する。水と
反応してエトリンガイトを生成する物質はケイ酸
カルシウムの固形分100重量部に対して１〜15重
量部使用される。使用量が多すぎると加工性に難
があり強度も低下する。ポルトランドセメントもアルミネート系クリン
カーの主成分であるカルシウムアルミネート
（3CaO・Al₂O₃、4CaO・Al₂O₃・Fe₂O₃）を含有
しており石膏と共存させれば当然のことながらエ
トリンガイトを生成するが、ポルトランドセメン
トの他の成分（3CaO・SiO₂、2CaO・SiO₂）の
水和反応によつて遊離のCa（OH）₂が生成して成
形体のPHが上昇するという難点があり、またカル
シウムアルミネートの含有量が少ないためにポル
トランドセメントを多量に使用してもエトリンガ
イト生成による効果が小さく、成形体の強度とい
う面からはポルトランドセメントの添加はあまり
有効でない。なお、以上の物質のほかに分散剤、濾過助材等
を適宜使用してもよい。ケイ酸カルシウムスラリー、補強繊維、ラテツ
クスおよび水と反応してエトリンガイトを生成す
る物質等の混合は、従来通常に使用されている混
練機、ニーダー等を用いて行えばよい。要は各物
質が均一に分散したスラリーを調製すればよい。
均一に分散したスラリーは次に成形される。スラ
リーの成形法としては例えば型枠にスラリーを充
填して加圧脱水する方法が挙げられるが、目的、
用途に応じて従来公知の成形法が適宜採用され
る。成形したのち乾燥すると目的とするケイ酸カル
シウム成形体が得られる。乾燥する際の温度は特
に制限されないが、100〜180℃通常110〜160℃の
温度が採用される。以下に本発明の実施例を示す。実施例における試験結果は次の方法に依つた。 (1) 曲げ強度：JISA1408に準じた。 (2) 加工性：かんながけ、釘打ち、のこぎり引き
等の木材の加工操作を実施した場合の木材との
比較で判定した。 (3) 乾燥時の収縮率：プレス成形後及び乾燥時の
成形体の厚さを測定し乾燥時の収縮率を求め
た。実施例１ケイ石粉と消石灰とをSiO₂：CaOのモル比が
１：１になる様に混合し、CaOとSiO₂との合計
重量に対して10倍量の水を加えてオートクレーブ
中で撹拌しながら温度210℃、圧力19Kgｆ／cm²で
５時間水熱合成反応させた。この様にして得られ
たケイ酸カルシウム水和物スラリーに、ケイ酸カ
ルシウム100重量部に対してスチレン−ブタジエ
ン共重合体ラテツクス（日本ゼオン(株)製、商品名
LX416）固体重量５重量部、分散剤（フジサワ薬
品(株)製、商品名パリツク＃１）３重量部及び膨脹
材（電気化学(株)製、商品名CSA＃20、成分とし
ては3CaO・3Al₂O₃・CaSO₄、CaSO₄）2.5重量部
を添加、混合した後、ガラス繊維（日東紡績(株)
製、商品名CS−12−GYD）７重量部を添加、混
合した。得られた高分散ケイ酸カルシウムスラリーを30
cm×30cm型枠に充填し、30Kgｆ／cm²の圧力で加圧
脱水し、120℃で16時間乾燥し、厚さ２cmの板状
のケイ酸カルシウム成形体を得た。成形体の試験結果を第１表に示す。実施例２、３膨張材（電気化学(株)製、商品名CSA＃20）の
添加量を5.0、10.0重量部とした以外は実施例１
と同様にして成形体を得た。その試験結果を第１表に示す。比較例１膨張材を無添加とした以外は実施例１と同様に
して成形体を得た。その試験結果を第１表に示す。比較例２膨張材（電気化学(株)製、商品名CSA＃20）の
添加量を20.0重量部とした以外は実施例１と同様
にして成形体を得た。その試験結果を第１表に示す。比較例３膨張材の代わりに普通ポルトランドセメントを
2.5重量部添加した以外は実施例１と同様にして
成形体を得た。その試験結果を第１表に示す。比較例４膨張材の代わりにアルミナセメント（旭硝子(株)
製、商品名アルミナセメント１号）を2.5重量部
添加した以外は実施例１と同様にして成形体を得
た。その試験結果を第１表に示す。比較例５非エトリンガイト系膨張材（小野田セメント(株)
製、商品名エクスパン）を2.5重量部添加した以
外は実施例１と同様にして成形体を得た。その試験結果を第１表に示す。比較例６膨張材の代わりにα型半水石膏2.5重量部添加
した以外は実施例１と同様にして成形体を得た。その試験結果を第１表に示す。実施例４第２表（注）に示す化学成分のアルミネート系
クリンカーに二水石膏をSO₃／Al₂O₃＝３となる
様に加え、ブレーン5000cm²／ｇに粉砕したものを
膨張材の代わりに2.5重量部加え、実施例１と同
様に成形体を得た。その試験結果を第２表に示す。比較例７膨張材の代わりに、ブレーン5000cm²／ｇに粉砕
した第２表（注）に示す化学成分のアルミネート
系クリンカーを2.5重量部加え、実施例１と同様
に成形体を得た。その試験結果を第２表に示す。実施例５、６膨張材の代わりに、ブレーン5000cm²／ｇに粉砕
した第３表（注）に示す化学成分のカルシウムサ
ルホアルミネート系クリンカーを2.5重量部加え、
実施例１と同様に成形体を得た。その試験結果を第３表に示す。実施例７膨張材の代わりに高炉スラグ粉（宇部興産(株)
製、商品名パワーメント）２重量部、二水石膏１
重量部及び消石灰（日本石油(株)製、商品名特号
Ｓ）0.5重量部を添加した実施例１と同様にして
成形体を得た。その試験結果を第４表に示す。（発明の効果）本発明の製造方法によればエトリンガイトが生
成することによつて乾燥過程での収縮が大幅に減
少し、成形体の層間剥離の減少、製造歩留の向上
などの効果がある。本発明の製造方法に依り製造
されたケイ酸カルシウム成形体は嵩密度が0.3〜
0.9ｇ／cm³と小さいにも拘らず、強度が極めて高
く加工製も優れている。また高温に加熱した際に
も、硫黄酸化物、窒素酸化物等の有毒ガスを発生
しないので優れた建築材料として好適に使用され
る。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１ケイ酸カルシウムを主原料としてケイ酸カル
シウム成形体を製造する方法において、水と反応
してエトリンガイトを生成する物質をケイ酸カル
シウムの固形分100重量部に対して１重量部以上
15重量部以下の範囲で配合し、水の存在下で混
合、成形したのち乾燥することを特徴とする高強
度軽量ケイ酸カルシウム成形体の製造方法。２水と反応してエトリンガイトを生成する物質
が、ACIの分類でＫタイプ、ＭタイプおよびＳタ
イプからなる群より選ばれた少なくとも一種類以
上の膨脹材剤であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の高強度軽量ケイ酸カルシウム成
形体の製造方法。３水と反応してエトリンガイトを生成する物質
が、カルシウムサルホアルミネート系クリンカー
の単独物または石膏との混合物、あるいはアルミ
ネート系クリンカーと石膏との混合物であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高強度
軽量ケイ酸カルシウム成形体の製造方法。４カルシウムサルホアルミネート系クリンカー
が3CaO・3Al₂O₃・CaSO₄を含有することを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の高強度軽量ケ
イ酸カルシウム成形体の製造方法。５エトリンガイトを生成する物質が、(イ)高炉ス
ラグ粉または水酸化アルミニウムを含む物質、(ロ)
石膏、(ハ)消石灰または生石灰の混合物であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高強度
軽量ケイ酸カルシウム成形体の製造方法。