JPH0459670A - 表面性状を改質した軽量成形体 - 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］ この発明は建築の内、外装材もしくは断熱材又は什器等
に用いられる軽量成形体に関するものである。

Ｃ従来の技術〕 ケイ酸カルシウム系化合物を主成分とする成形体は人造
木材等と称されて建築用材料として広く用いられている
材料である。その製造方法としてはまずシリカ質原料と
石灰質原料に水を加えて混合スラリー状にし、まず９０
゛Ｃ程度で反応させてゲル化させる。これをオートクレ
ーブに入れて１９０〜２５０″Ｃで数時間反応させてゾ
ノトライトを合成する。このゾノトライトスラリーに必
要により靭性を向上させるためにガラス繊維、界面活性
剤、ポリマー混和剤等を適宜加えて撹拌混合し、型枠に
入れて加圧脱水成形を行い、１２０°Ｃ程度で乾燥して
成形体を得る方法である（セメント・コンクリート、Ｎ
ｏ、４６９．　Ｍａｒ、　１９８６．　　Ｐ３７〜４３
）。

このケイ酸カルシウム系成形体の表面にセメントモルタ
ル層を設け、このセメントモルタル層上に施釉して焼成
することにより表面強度と耐衝撃性を改善することは知
られている（特開昭６３−７４９８３号公報）。

一方、鉄網スラグに結合剤として次亜リン酸等のリン酸
又はリン酸アルミニウム等のリン酸塩を加えて型枠内に
流し込み、常温で凝結硬化させて成形体を形成する方法
が知られている。この成形体の表面にはＥＢＣＩ料を塗
布したり、ガラスコーティング、ホーローコーティング
等を施すことができる（特開昭６２−２３５８４５号公
報）。

ガラス質高炉水砕スラグ粉末をアルカリ水溶液で改質す
る方法は既に知られており（特開平１２５２５５９号公
報）、本発明者らはこの改質スラグ粉末を用いた成形体
を既に完成している（特願平１〜３３７８１８号明細書
）。この成形体にはポリマー混和剤が通常添加されてい
る。ポリマー混和剤は表面改質スラグ粒子間の結合剤と
して機能し、成形体の加工性、曲げ強度、表面性状を向
上させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の如（加工性、曲げ強度、表面性状を向上させるた
めにはポリマー混和剤の含有量を増やす必要があるが、
ポリマー混和剤を増量すると成形体の不燃性が失われる
という問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するべくなされたものであり、
ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラスの溶
解反応と水和反応により改質して得られる粉末を主材と
する成形体の表面に、ポリマー混和剤又はその前駆物質
を含浸させることによってかかる目的を達成したもので
ある。

本発明はまた成形体の表面に無機系含浸材を含浸させる
ことによってその表面硬度等を改善する方法を併せて提
供するものである。

ガラス質高炉スラグ粉末をガラスの溶解反応と水和反応
により改質して得られるスラグ（表面改質スラグ）粉末
は、ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液で処理す
ることによってガラスの溶解反応及び水和反応を生じさ
せ、それによって表面を改質したものである。形状はゾ
ノトライトと異なり、球状あるいは球が重なり合ったぶ
どうの房状である。主な水和生成物はトバモライトまた
はその類似鉱物である。原料のガラス質高炉スラグは水
砕スラグ、風砕スラグ等のいずれであってもよい。粒度
は細かいものがよく、例えばブレーン比表面積で４００
０ｃｆｆｌ／ｇ以上、特に８０００−１４０００ｃｍｌ
／ｇ程度のものが適当である。このような粒度のものを
得るために必要により粉砕機および分級機等で微粉化す
ることができる。原料スラグの比表面積は、本発明の軽
量成形体の物性、特にかさ比重に影響を与える。アルカ
リ水溶液は苛性ソーダ、苛性カリ等の苛性アルカリ液が
よく、濃度は０．５Ｎ以上、特にＩＮ以上が好ましい。

実用上は苛性ソーダが使いやすい。また、アルカリの組
合せも有効である。炭酸ナトリウムを苛性ソーダに適当
量組合せることも有効である。処理時間は処理温度等に
よって異なるが３０分間以上であり、通常１時間〜１０
時間程度である。反応を促進するために処理温度は高い
方がよく、実用上９０″Ｃ程度である。

また、１００’Ｃを越える水熱反応によることもよい。

このアルカリ処理によってガラス質高炉スラグ粒子の表
面でガラスの溶解反応と水和物の形成反応が起こる。そ
の結果、スラグ表面が多孔質化してＢＥＴ比表面積は２
０〜１４０ｍ／ｇ程度、好ましくは４０ｎｆ／ｇ以上、
さらに好ましくは９０ｍ／ｇ以上になる。

アルカリ処理後は水洗してアルカリを除去して使用する
。このような表面改質スラグの製造方法は特公昭５７−
７０９３号公報および、特開平１−２５２５５９号公報
に開示されている。この表面改質スラグは２５０〜８０
０”Ｃ程度、好ましくは４５０℃程度で加熱して脱水す
ることにより、初期の状態により異なるが、例えば、Ｂ
ＥＴ比面積１００ボ／ｇのものを１２０〜１４０ｍ／ｇ
程度に高めることができる。なお、この際、加熱脱水に
よるシンター現象を起こさないような温度と時間条件を
選択することが肝要である。

この加熱脱水処理スラグの使用によって比強度及び吸放
湿特性を向上できるので好ましい。

ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でカラスの溶
解反応と水和反応により改質して得られる粉末を主材と
する成形体の製造方法としては、この主材を単味で加圧
成形し、あるいは少なくともポリマー混和剤又は合成パ
ルプと水を加えて混練し加圧成形すればよい。

ポリマー混和剤は、表面改質スラグ粒子に均一に付着す
るものがよく、各種のゴムラテックス、合成樹脂エマル
ジョン等を使用できる。ゴムラテックスは、例えば、天
然ゴムラテックス及びスチレン−ブタジェン共重合体、
アクリロニトリル−ブタジェン共重合体、クロロプレン
重合体等のラテックスであり、合成樹脂エマルジョンは
例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル重合
体、アクリル酸エステル重合体、塩化ビニリデン重合体
、塩化ビニル重合体等のエマルションである。ポリマー
混和剤の添加量は、表面改質スラグに対する固形物重量
比で３〜２０％程度、特に５〜１０％程度が適当である
。３％未満では強度及び機械加工性の向上が不充分にな
り、一方、２０％を越えると耐火性の低下が実用上問題
となる。

合成パルプは、合成樹脂、主としてポリオレフィンに親
水性を与えてパルプ状にしたものであり、ポリエチレン
パルプ、ポリプロピレンパルプ等がある。表面改質スラ
グに対する重量比で１〜２０％程度、特に３〜１０％程
度が適当である。１％未満では機械加工性、表面光沢の
向上が不充分であり、一方、２０％を越えると耐火性が
低下する。

ポリマー混和剤と合成パルプは、その一方のみを加えて
もよく、また両方を併用してもよい。

成形体の強度等を高めるためにさらに補強繊維を加える
ことが好ましい。

補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、合
成繊維、天然繊維等である。合成繊維はポリエステル繊
維、ポリエチレン繊維等であり、天然繊維はパルプ、木
綿、鉱物繊維等である。これらの中で不燃性及びコスト
の点でガラス繊維が特に好ましい。補強繊維の添加量は
、繊維の比重にもよるが表面改質スラグに対する重量比
で２〜１５％程度が適当である。２％未満では補強効果
が実用上有効でなく、一方１５％を越えると均一分散性
の確保が難しくなる。

ポリマー混和剤の凝集剤を加えることによって表面改質
スラグへのポリマー混和剤の吸着性を高めることができ
、加圧成形過程での濾水（脱水）性が向上し、また、排
水中に漏出する有機物の量を少なくでき、排水処理を容
易に行なうことができる。凝集剤は、硫酸アルミニウム
等の無機系のものもあるが、本発明の成形体には有機系
のもの、特にカチオン型高分子凝集剤が好ましい。、カ
チオン型高分子凝集剤の例としては、ポリジアルキルア
ミノアルキルアクリレート、ポリアミノメチルアクリル
アミド、ポリビニルピリジニウムハロゲン塩、ポリビニ
ルイミダシリン等の４級アミン化合物などがある。凝集
剤の添加量は、カチオン型高分子凝集剤の場合には、ポ
リマー混和剤１重量部（固形物重量）に対し０．０５〜
０．２重量部程度が好ましい。

軽量成形体には、そのほか軽量骨材、増粘剤、分散剤、
顔料、針状ないし繊維状のケイ酸カルシウム水和物、水
硬性石コウ等をさらに含むことができる。軽量骨材はパ
ーライト、シラスバルーン等であり、添加量は表面改質
スラグに対する重量比で６０％を越えると成形体の強度
、加工性等が低下するので好ましくない。増粘剤は補強
繊維の分散性向上や成形時の保形性などを確保するもの
であり、水溶性高分子、−船釣にはセルロースエーテル
類が用いられる。分散剤はポリマー混和剤、補強繊維な
どの分散、混練スラリーの流動性向上などのために添加
されるものであり、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン
高縮合物、メラミンスルホン酸系化合物などが用いられ
る。顔料は成形体を着色するものであり、鉛白、鉛丹、
黄鉛、群青、紺青、酸化コバルト、二酸化チタン、チタ
ニウムイエロー、ヘンガラ、鉄黒、モリブデン赤、リサ
ージ、アルミニウム粉等の無機顔料、アゾ系、フタロシ
アニン系等の有機顔料を使用することができる。ケイ酸
カルシウム水和物は、シリカ質原料と石灰質原料に水を
加えて加熱反応させることによって得られ、ソノドライ
ド、トバモライト等の針状ないしは繊維状の結晶質のも
のが好ましい。

表面改質スラグと上記のケイ酸カルシウム水和物の配合
重量比は、９：１〜１：９、好ましくは７；３〜３ニア
の範囲が適当である。水硬性石コウは、α型及びβ型の
半水石コウ、無水石ロウ等のいずれのものであってもよ
いが価格の面からβ型半水石コウを主要成分とする焼石
コラが好ましい。

石コウの添加量は、表面改質スラグに対する重量比で１
０〜１５０％程度、好ましくは３０〜７０％程度が適当
である。１０％以下では曲げ強度の向上効果が少なく、
一方、１５０％を越えると機械加工性及び比強度が低下
する。必要によりクエン酸ソーダなどの石コウの凝結調
整剤をさらに添加することができる。

成形体を成形する方法としては、表面改質スラグ粉末（
またはそれを含むスラリー）、水硬性石コウ、ポリマー
混和剤等および水を含む混合物をまず混練する。補強繊
維、凝集剤、合成バルブ、ケイ酸カルシウム水和物、軽
量骨材、増粘剤、分散剤、顔料等を添加する場合には混
練する前または混練中に添加する。混練したスラリーに
気泡が混入し、成形体に欠陥が生ずる恐れがあれば、消
泡剤を添加したり、混練中や混練後減圧脱泡することも
できる。スラリー成形方法は、加圧、抄造、押出、減圧
など最終製品の目的、用途に応して選択すればよいが、
混練して得られたスラリーを加圧して脱水成形する方法
がよく用いられる。この場合、スラリーは通常は型枠等
の型に流し込んで加圧するが、均−脱水や成形効率を上
げるために、加圧面に金網、ろ紙、ろ布、多孔板などを
用いたり、減圧脱水・脱泡が可能なユニットを組み込ん
だり、また表面の意匠性を上げるためエンボス板を組み
込んだりすることができる。また加圧脱水後成形体を所
定の形状に切出すこともできる。加圧は所定の程度まで
脱水できる圧力でｊ〒えはよく、例えば成形体のかさ比
重が所定の値シこなるように調整すれば良く、通常１０
〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましくは２０〜６０ｋｇｆ
／ｃ＋ｆｌである。また、押出成形では加圧成形とは最
適水分量が異なる。抄造方式による成形では、ポリマー
混和剤など添加剤の成形体中への安定なとり込み（定着
）に工夫が要るなど、選択する成形方法により技術のポ
イントが変わるので注意すべきである。

乾燥は成形体の内部の水分を除去でき、かつ表面改質ス
ラグの結晶水が残る程度がよく、例えば１００〜１８０
°Ｃ程度、好ましくは１１０〜１５０°Ｃ程度で加熱乾
燥すればよい。成形体の乾燥によるひび割れを防止する
ために、まず６０〜８０’Ｃ程度で予備乾燥することも
好ましい。こうして得られる軽量成形体は、混練物から
水分を除いた組成になり、かさ比重はＯ−２〜１　ｇ／
ｃｉ程度、好ましくは０．４〜０．６ｇ／（ｍｌ程度の
多孔質体である。

そのほか表面改質スラグ粉末を単味で加圧成形すること
もできる。

こうして得られた成形体の表面にポリマー混相剤、その
前駆物質又は無機系含浸材を含浸させる。

ポリマー混和剤は前述のもののなかから適宜選択して使
用することができる。エマルジョンの粒径は微細にする
必要があり、０．０５〜５μｍ程度が好ましい。その前
駆物質はポリマー混和剤を形成する樹脂の七ツマ−であ
り、必要により溶剤で希釈して含浸させる。

無機系含浸材は成形体の表面硬度を高めるものであり、
金属アルコキシドを加水分解及び重縮合させたメタロキ
酸ポリマーを含浸させ加熱し、ツルゲル法によりガラス
質セラミ７クスを成Ｈりさせる。

ポリマー混和剤、その前駆物質及び無機系含浸材はいず
れかひとつを含浸させてもよく、２以上を含浸させても
よい。

含浸方法は浸漬、スプレー塗布等を利用すればよい。含
浸は成形体の表面がら０．５〜２ｒｕｍ含浸させる程度
行なえばよい。

含浸後はポリマー混和剤の場合にはそのまま乾燥させる
たけでよいが、前駆物質の場合には加熱、加水分解及び
重縮合等によって重合を進行させる必要がある。無機含
浸材はその種類によりそのまま乾燥し、あるいは加熱乾
燥する。

ｒ作用〕 表面改質スラグを用いた成形体は微小な空孔を多数有し
ており、簡単Ｑこ０．２〜２ｍｌＴ１程度浸透させるこ
とができる。これにより表面強度、表面性状の向上のた
めに添加していたポリマー混和剤の量を低減させること
ができる。

〔実施例〕 実施例１ ガラス質高炉スラグ（日本鋼管京浜製鉄断裂、高炉水砕
スラグ）をボールミルでブレーン比表面積４５００ｃｆ
ｆｌ／ｇまで粉砕し、これを分級原料とし気流分級機に
て分級し、ブレーン比表面積１４０００ｃｒｆｌ／ｇの
微粉スラグを得た。

この微粉スラグを温度が９０°Ｃでかつ濃度が３規定の
ＮａＯＨ溶液１００　ｍｌに対し５ｇの割合で添加し、
３時間撹拌処理することによりＢＥＴ比表面積１２０ボ
／ｇの表面改質スラグを得た。この表面改質スラグを充
分に水洗してアルカリ分を除去し、乾燥して成形体製造
用原料として用いた。

表面改質スラグ１００重量部に対し、ポリマー混和剤と
してカルボキシ変性スチレンブタジェン共重合体ラテ・
ノクスを５重量部（固形分として）、Ｅガラス繊維５重
量部、カチオン型凝集剤０．５重量部及び水３９０重量
部を加えて混練した。このスラリーを型枠に注入し、徐
々に加圧脱水しなから成形した。これを６０°Ｃで１５
時間さらに１１０°Ｃで５時間乾燥して軽量成形体を得
た。

無機含浸材としてメタロキ酸ポリマー（グラス力２０１
、日本合成ゴム■製）を用い、ディッピングにて３０秒
間含浸させた。これを取出して１２０°Ｃで１０分間乾
燥した。

実施例２ 含浸に使用した成形体は実施例１と同じである。

含浸させるモノマーとして、メタクリル酸メチルやスチ
レン等の低粘度のものが用いられる。

実施例３ 含浸に使用した成形体は実施例１と同しである。

含浸させるポリマー混和剤として平均粒径が０．１−の
アクリル変性エポキシ樹脂エマルジョン（固形分４８％
）を用い、水にて倍量に薄めて３０秒間ディッピングを
施した。

実施例４ 含浸に使用した成形体は実施例１と同じである。

含浸させるポリマー混和剤として平均粒径が０．１廂の
カルボキシ変性スチレン−ブタジェン共重合体ラテック
ス（固形分４５％）を用い、実施例３と同様のディッピ
ングを施した。

比較例１ 比較例１としては、実施例１の成形体に含浸処理を施さ
なかったものを用いた。

比較例２ ポリマー混和剤の量を３０重量部に増量したほかに実施
例１と同様にして成形体を製造し、含浸処理を施さない
で比較例２として用いた。

上記各側の成形体の各種物性を測定した結果を下表に示
す。

〔発明の効果〕 本発明によりポリマー混和剤の添加量を節減して耐火性
を損なうことなく強度、表面性状等を向上させることが
できた。

上記の物性値の測定方法は次の通りである。

曲げ強度：　ＪＩＳ　Ａ　１１６０〜１９７６に準した
。試験体寸法は４０印×１６０世Ｘ２５ｍｍとした。

加工性：ノコギリによる切断性、カンナによる切削性、
釘打ち性などを見て良好な順 から◎、○、△、×の４段階で評価し た。

表面性状：光沢、粉落を目視により良好な順から◎、○
、×の３段階で評価した。

耐火性：ＪＩＳ八１へ０４による１時間耐火度を測定し
て求めた。

表面硬度：　ＪＩＳ　Ｋ　５４０１−１９６９により判
定した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラスの溶
   解反応と水和反応により改質して得られる粉末を主材と
   する成形体の表面に、ポリマー混和剤、その前駆物質又
   は無機系含浸材が含浸されている軽量成形体