JPH0725656A - 石膏ボード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐水性、耐熱性及び強度を低下させることな
く、石膏ボードの軽量化を可能にする。 【構成】 石膏ボードはボード用原紙１，２とこれに挟
まれたボード本体３とからなっている。ボード本体３
は、石膏と珪酸カルシウム化合物とを複合して構成され
ている。珪酸カルシウム化合物としては、ゾノトライト
及びトベルモライトの一方又は双方であることが好まし
く、それらが会合した二次凝集体（例えば直径４０μｍ
程度の球状会合体）とすることがよい。また、原料スラ
リーに予め二水石膏の微結晶を種晶として０．５〜１０
重量％混合しておくと、二水石膏の結晶が微晶化してボ
ード用原紙１，２に対するボード本体３の接着強度が高
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は軽量化を図った石膏ボー
ド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石膏ボードは、安価で不燃性に優れる等
の性質が評価されて建材として多用されており、一般に
石膏を主体とする板状のボード本体に両面からボード用
原紙を積層した構成である。これを製造するには、焼石
膏を起泡剤、安定剤、繊維等の添加剤と共にミキサーで
水と混合して原料スラリーを製造し、その原料スラリー
をボード用原紙上に層状に流すと共に上から別のボード
用原紙で挟んで板状に展圧し、石膏スラリーを硬化・凝
結させた後に乾燥させるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の石膏ボードは、カサ比重が０．８〜１．１程度もあ
るため、比較的重くて運搬・施工性に劣り、工事費が高
くなるという欠点があった。

【０００４】この種の石膏ボードの軽量化を図るには、
パーライトや蛭石等の軽量骨材を複合することも考えら
れる。しかし、パーライトを複合させると耐水性及び耐
熱性が低下する上に製造コストが高価になり、また蛭石
を複合させると十分な軽量化を図り得ない上に耐熱性が
悪くなるという問題を生ずる。また、できるだけ多量の
気泡を含ませることにより軽量化を図ることも考えられ
るが、この方法では気孔率が上昇すると石膏ボードとし
ての強度が大きく低下して好ましくない。

【０００５】そこで、本発明は、軽量化できると共に、
耐水性、耐熱性及び強度を低下させることがなく、しか
も安価に製造することができる石膏ボード及びその製造
方法を提供することを目的とする。また、他の目的は、
珪酸カルシウムと石膏との複合化により上記目的を達成
しながら、ボード本体とボード用原紙との接着強度を十
分に高めて石膏ボード全体としての強度向上を図ること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の石膏ボードは、
ボード本体とボード用原紙とを積層してなり、そのボー
ド本体を石膏と珪酸カルシウム化合物との複合体から構
成したところに特徴を有する（請求項３の発明）。この
石膏ボードを製造するには、半水石膏と珪酸カルシウム
化合物とを前記半水石膏の水和に必要な水と共に混合し
て原料スラリーを製造し、この原料スラリーをボード用
原紙に対して積層状態となるように流して硬化させれば
よい（請求項１の発明）。また、珪酸カルシウム化合物
としては、ゾノトライト及びトベルモライトの一方又は
双方を使用することが好ましい（請求項２の発明）。

【０００７】更に、ボード本体を石膏と珪酸カルシウム
化合物との複合体により構成すると共に、その石膏の結
晶粒を直径１．５μｍ、長さ１５μｍ以下とすることが
ボード用原紙との間の接着強度の点から好ましい（請求
項６の発明）。この石膏ボードを製造するには、ボード
本体を構成するための原料スラリーをボード用原紙に対
して積層状態となるように流し、このときに原料スラリ
ーを半水石膏と珪酸カルシウム化合物とを混合して構成
すると共に、その原料スラリーが硬化して生成する二水
石膏の微晶化処理を施せばよい（請求項４の発明）。微
晶化処理としては、原料スラリーの攪拌速度を高めた
り、石膏の水和を低温下で行わせたりしてもよいが、原
料スラリーに二水石膏を種晶として混合しておくことが
最も効果的である（請求項５の発明）。

【０００８】

【作用】珪酸カルシウム化合物は蛭石やパーライトに比
べて安価に製造でき、また石膏との親和性が高く、いか
なる割合にても混合することができる。珪酸カルシウム
化合物は蛭石に比べてカサ比重が一般に小さいから、こ
れを混合して製造した石膏ボードは十分に軽量化するこ
とができると共に、気孔率を過剰に高くする必要がない
から、十分な強度を得ることができ、更には、蛭石やパ
ーライトに比べて耐火性に優れる。

【０００９】石膏ボード中の珪酸カルシウム化合物の組
成比は要求される強度とかさ比重とにより適宜設定すれ
ばよいが、例えば珪酸カルシウム化合物としてゾノトラ
イトを採用し、内百分率（重量）で表したとき、５〜３
０％が好ましい（より好ましくは７〜２５％）。その組
成比を５％としたときのカサ比重は０．７７、３０％と
したときのカサ比重は０．２７であり、両組成比間のカ
サ比重はほぼ連続的に変化する。

【００１０】この発明で使用する珪酸カルシウム化合物
の製造方法を例示すれば、次のようである。 （１）珪藻土、アモルファスシリカ、珪石粉等の珪酸原
料に対し生石灰を消和した消石灰を、ＣａＯ分とＳｉＯ
2 分とのモル比（以下「ＣＳモル比」という）が０．７
〜０．８となるようにして水と共に混合し、これをオー
トクレーブ中で攪拌しながら例えば１５０℃以上で５〜
１０時間程度（好ましくは、１８０℃、５時間）水熱反
応させる。これにより、珪酸カルシウム化合物のスラリ
ーが生成される。 （２）上述（１）の製法において、ＣＳモル比を０．９
５〜１．０５とすると共に、オートクレーブ中のスラリ
ー温度を１９０〜２００℃、反応時間を３〜５時間とす
る。

【００１１】なお、珪酸カルシウム化合物のスラリー
は、これを脱水して適当なスラリー濃度とした上で半水
石膏と混合してボード本体の原料スラリーとしてもよ
く、また乾燥して粉末化し、その粉末を半水石膏及び水
と混合して原料スラリーとしてもよい。粉末によって珪
酸カルシウム化合物を添加する場合には、原料スラリー
の適正な流動性を確保するために含水量を増加させる必
要がある。

【００１２】また、上述のように珪酸カルシウム化合物
を製造する際、Ｃ−Ｓ−Ｈ（１）とトベルモライトとの
混合物、トベルモライトを主体とする結晶、ゾノトライ
トを主体とする結晶、トベルモライトとゾノトライトと
の混合結晶が生成され、これらの一次結晶が互いに絡み
合った二次凝集体（例えば直径４０μｍ程度の球状会合
体）が生成されるように製造条件を調整することが望ま
しい。このような珪酸カルシウム化合物の二次凝集体は
カサ比重が０．０１〜０．２と極めて軽量であり、しか
もその二次凝集体の外周面は微小な繊維状結晶に覆われ
た形態となっているため、これと石膏が十分に絡みあっ
てボード本体としての強度がより高まるからである。

【００１３】なお、原料の石膏としては、半水石膏を利
用するが、これを主成分として少量の無水石膏を含んで
もよいことは勿論である。

【００１４】ところで、ボード本体にボード用原紙を積
層した構成の石膏ボードでは、ボード本体とボード用原
紙との接着強度は石膏ボード自体の強度に大きな影響を
与え、石膏ボードの強度を高めるには、両者の接着強度
を高めることが望ましい。しかるに、上述のようにボー
ド本体を石膏と珪酸カルシウムとの複合体により構成し
た場合、一般的には、石膏のみの場合に比べてボード用
原紙に対する接着強度が低くなる傾向を示した。

【００１５】しかし、本発明者の研究によれば、硬化し
た二水石膏の結晶粒の大きさを直径１．５μｍ、長さ１
５μｍ以下とすることにより、ボード用原紙との間の接
着強度が大きく高まることが判明した。二水石膏の微小
結晶が、粒径約２０〜１００μｍの珪酸カルシウム二次
粒子間の間隙やその二次粒子とボード用原紙との間の間
隙を埋めてボード用原紙との接着強度を高めるるものと
考えられる。

【００１６】上述の石膏ボードを製造するには、請求項
４の発明のように二水石膏の硬化時にその微晶化処理を
行えばよく、特に、請求項５の発明のように原料スラリ
ーに予め所定量の二水石膏を種晶として混合するように
すれば、最も効果的である。また、この方法で製造する
と、電子顕微鏡写真にて確認されるが、二水石膏の一部
の結晶が珪酸カルシウム二次粒子の内部又は表面から成
長して珪酸カルシウム二次凝集体と二水石膏の結晶とが
一体になった複合結晶が生成される。この複合結晶は、
ボード本体内にて相互に絡み合ってボード本体自体の強
度も高める。上述のような珪酸カルシウムの二次粒子か
ら二水石膏の結晶が成長する現象は、石膏の水和に必要
な量を大幅に上回る量の水を石膏に添加し、これを加圧
脱水して成形する加圧プレス成形法（例えば特公昭５６
−４０１０３号公報）によっては見られないものであ
る。

【００１７】なお、原料スラリーを構成するための水は
半水石膏の水和に必要な量に加えてスラリーとして流動
性を得るために必要な最小限の量を添加することが最も
好ましい。また、種晶として混合する二水石膏は、混合
量を原料スラリーに対して０．５ないし１０重量％とす
ることが好ましい。０．５重量％に満たないときには添
加の効果が少なく、１０重量％を以上ではその効果が飽
和するからである。添加量とその効果とを勘案した最も
好ましい範囲は１〜５重量％であった。また、二水石膏
はボールミル等で粉砕した微小結晶であることが望まし
く、例えば比表面積が１，０００〜１３，０００cm2 ／
ｇの範囲、より好ましくは５，０００〜１３，０００cm
2 ／ｇの範囲が効果的である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。石膏ボードのボード本体は、カサ比重が小さい珪酸
カルシウム化合物が石膏中に分散した構造になるため、
ボード本体のカサ比重が小さくなって軽量化される。こ
の結果、軽量の石膏ボードが得られ、その運搬や施工が
非常に楽になる。勿論、そのボード本体の気孔率を過剰
に高くする必要がないから、石膏ボードとしての強度を
高めることができる上に、蛭石やパーライトを骨材とし
て複合したものに比べて耐火性が大きく高まる。しか
も、ボード本体とボード用原紙とを積層して構成されて
いるから、加圧プレス成形法によって製造された珪酸カ
ルシウムボードとは異なり、施工時のシーラー処理等の
表面処理が不要となり、施工工期の短縮が可能になる。
さらには、特に請求項６の石膏ボードでは、ボード用原
紙とボード本体との接着強度が高まり、石膏ボード自体
の強度が向上するという効果が得られる。

【００１９】また、本発明の製造方法によれば、上述の
石膏ボードを効率的に生産でき、しかも加圧プレス成形
法による珪酸カルシウムボードの製造方法とは異なり、
高圧プレス機が不要で、プレス脱水工程がない分、生産
性を高めることができるという効果が得られる。

【００２０】

【実施例】 ＜実施例１，２＞純度９７．５５％の生石灰を１２倍量
の６０℃以上の水に消和して得た消石灰と、純度９６．
８５％の珪石粉とをＣＳモル比が０．９７５、水比（水
／固形分）が１４及び１８となるように水と共に混合
し、オートクレーブ中において１９０℃〜２００℃で４
時間の水熱合成を行った。このスラリーを脱水乾燥し、
珪酸カルシウム化合物としてゾノトライト及びトベルモ
ライトの混合粉末（以下「粉末ＣＳ」という）を得た。

【００２１】天然石膏を１８０℃にて１時間焼成して焼
石膏を得た。

【００２２】上記した粉末ＣＳ、焼石膏、水を、次の第
１表の割合でメルメント及びポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ）と共に配合し、１分間で均一に混合した。なお、
次表において、数値は重量部を表す。 第１表 実施例番号 焼石膏 粉末ＣＳ 水 メルメント ＰＶＡ １ 82.5 17.5（水比１４） 160 0.3 0.3 ２ 87.5 12.5（水比１８） 170 0.3 0.3 上記原料スラリーは、平板の上に置いた矩形木枠内に、
ボード用原紙の上から流し込んだ。そして、空気が入ら
ないようにして表面側のボード用原紙を原料スラリーの
上に置き、この上に押し板を介して１０Ｋｇの重錘を載
せ、３０分静置して硬化させた。その後、乾燥機にて４
０℃で２４時間乾燥させた。

【００２３】上述のようにして製造した石膏ボードは、
図１に示すとおり、表裏のボード用原紙１，２間にボー
ド本体が挟まれた構造となる。その特性は次の第２表に
示すとおりであった。なお、-1，-2の添字は同一の配合
比で製造した２つのものを示す。 第２表 実施例番号 比重 曲げ強さ 耐水性 加熱収縮率 クラック １-1 0.498 55 ○ 2.2 なし １-2 0.501 57 ○ 2.1 なし ２-1 0.450 45 ○ 2.0 なし ２-2 0.495 57 ○ 2.1 なし 「曲げ強さ」は、厚さ１２mmで７５mm×１５０mmの試料
で、スパン１２０mmの３点曲げ試験を行った結果であ
り、単位は［Ｋgf／cm2］である。また、「耐水性」
は、水温１４℃の水槽中に２４時間水深３０mmに試料を
浸漬した後の状態を観察し、○印は試料の崩壊が生じな
かったことを示す。また、「加熱収縮率」は２０mm×２
０mm×５０mmの試料を１０００℃で４時間加熱し、徐冷
後に長手方向の寸法の収縮率を測定した結果［％］であ
り、耐熱性の指標となる。更に、「クラック」は上記加
熱試験終了後にクラックの発生を観測したもので、これ
も耐熱性の指標となるデータである。

【００２４】珪酸カルシウム化合物を添加することなく
焼石膏を１００％とし、空気泡活性剤を添加した以外
は、実施例１と同様にして石膏ボードを製造した。これ
は、従来より提供されている一般的な石膏ボードと同等
であり、これを比較例１として特性を前記実施例と同様
に測定した。

【００２５】また、実施例２において珪酸カルシウム化
合物に代えてパーライトを使用して製造したものを比較
例２とし、蛭石を使用して製造したものを比較例３とし
て各特性を前記実施例と同様にして測定した。これらの
結果は次の第３表に示す通りであった。

【００２６】 第３表 比較例番号 比重 曲げ強さ 耐水性 加熱収縮率 クラック(mm) １-1 0.82 59.5 ○ 10 0.16×13 １-2 0.81 59.5 ○ 11 0.26×15 ２-1 0.51 52 × 25 0.10×5 ２-2 0.53 53 × 20 0.06×6 ３-1 0.71 56 ○ 15 0.20×10 ３-2 0.72 55 ○ 14 0.20×5 実施例１，２の石膏ボードによれば、比較例１との対比
から明らかなように、石膏を１００％使用した従来の石
膏ボードに比べて重量を約６０％に軽量化でき、しかも
曲げ強さにおいて遜色なく、耐熱性を大きく向上させる
ことができる。また、比較例２、３との対比から明らか
なように、十分な軽量化が可能でありながら、パーライ
トや蛭石等の軽量骨材を添加したものとは異なり、耐水
性の低下が発生しないばかりか、耐熱性を逆に高めるこ
とができる。

【００２７】＜実施例３〜８及び比較例４＞この実施例
は、原料スラリーに二水石膏粉末を予め加えたところが
前記実施例１，２と相違する。

【００２８】焼石膏８７．５重量部、カサ比重０．０６
のゾノトライトの二次粒子１２．５重量部、比表面積１
２，０００cm2 ／ｇの二水石膏（添加量は各実施例毎に
相違する）、１０％ＰＶＡを３重量部、固形分に対して
１７５％の水を加え、１分間混練した。この原料スラリ
ーを前記実施例１，２と同様にして石膏ボードとして製
造し、生成されたボード本体中の二水石膏結晶の大きさ
とボード原紙との接着性を測定した結果は、次表に示す
ようであった。 第４表 実施例番号 種晶の添加率 二水石膏の大きさ 接着性 図面番号（写真） ３ 3.0 0.66φ×6.3 ◎ 図３ ４ 2.0 0.66φ×8.7 ◎ 図４ ５ 1.0 0.7 φ×7.1 ○ 図５ ６ 0.5 1.0 φ×10.0 ○ 図６ ７ 0.25 1.4 φ×13.6 △ 図７ 比較例４ 0.125 1.7 φ×17.6 × 図８ 比較例５ 0 3.1 φ×26.6 × 図９ 接着性の評価法は次のようである。一方の面のボード用
原紙にカッターで切れ目を形成し、その面を上にして石
膏ボードを折り曲げる。石膏ボードが破断したとき、他
方のボード用原紙とボード本体との剥離状態を観察し、
破断部から１mm以下の範囲でボード用原紙がボード本体
から剥離している場合を◎、１０mm以下の場合を○、３
０mm以下の場合を△、それ以上の場合を×として表し
た。

【００２９】また、結晶構造を示すために電子顕微鏡写
真を図面の代用として添付している。各実施例及び比較
例に対応する図面番号（図面代用写真）は上表に示すと
おりである。

【００３０】同表及び各写真から明かなように、二水結
晶の種晶の添加量を増大させると、ボード本体中の二水
結晶が著しく微晶化し、それに併せてボード本体とボー
ド用原紙との接着強度が高まる。特に、二水石膏の結晶
粒の直径が１．５μｍ以下、長さが１５μｍ以下で優れ
た接着性が得られる。また、このような結晶の大きさが
得られるのは、二水石膏の種晶の添加率を０．５重量％
以上としたときである。なお、実施例３の物性を実施例
１，２と同様な評価法により評価したところ次表の結果
を得た。 第５表 実施例番号 比重 曲げ強さ 耐水性 加熱収縮率 クラック ３ 0.510 57 ○ 2.1 なし ＜比較例６＞なお、本発明に係る石膏ボードの製造方法
の生産性を確認するため、次の比較試験を行った。

【００３１】焼石膏８７．５重量％、カサ比重０．０６
のゾノトライトの二次粒子１２．５％からなる基材を９
２重量部、Ｅガラス繊維６重量部と、パルプ（ＮＢＫ
Ｐ）２重量部を水４００重量部でパルパーにて解こうし
た液、比表面積１２，０００cm2 ／ｇの二水石膏３重量
部と、追加水７００重量部とを混合して均一なスラリー
を調整し、この原料スラリーに０．１％カチオン凝集剤
（東亜合成株式会社製Ｃ３０２）１０重量部を加えて緩
く攪拌することによって石膏、ゾノトライト、繊維を凝
集させて１０分間放置する。その後、１００メッシュの
金網を敷いた金型内にそのスラリーを供給し、やはり１
００メッシュ金網を介してプレス雄型にてスラリーの加
圧脱水を行う。０．５２の目的比重まで加圧しても成形
体の強度が上がらないため、その状態で３０分間静置し
て硬化させ、脱型して４０℃にて２４時間乾燥させる。

【００３２】このようにして得られるボードの物性は以
下の通りで、本発明品と同等であるが、前記各実施例の
石膏ボードが約２分にて製造できるのに対して約４０分
の時間を要し、生産性は本発明品の１／２０であった。 比重 曲げ強さ 耐水性 加熱収縮率 クラック(mm) 0.56 46 ○ 2.9 なし なお、本発明の石膏ボードを低コストで量産するには、
図２に示すように、ロール状のボード用原紙１１を巻戻
しつつ走行させ、その上に原料スラリー１２をミキサ１
３から所定の厚さで層状に流し出し、その後、原料スラ
リー１２の層表面に別のボード用原紙１４を重ねて添着
する構成とすればよい。このボード用原紙１１として
は、通常の紙系の石膏ボード原紙に限らず、ガラス繊維
不織布等を採用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における石膏ボードの構造を示
す断面図

【図２】同じく石膏ボードを量産する場合の概略断面図

【図３】実施例３のボード本体の結晶構造を示す写真

【図４】実施例４のボード本体の結晶構造を示す写真

【図５】実施例５のボード本体の結晶構造を示す写真

【図６】実施例６のボード本体の結晶構造を示す写真

【図７】実施例７のボード本体の結晶構造を示す写真

【図８】比較例４のボード本体の結晶構造を示す写真

【図９】比較例５のボード本体の結晶構造を示す写真

【符号の説明】

１１…ボード用原紙 １２…原料スラリー １３…ミキサ １４…ボード用原紙

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボード本体を構成するための原料スラリ
   ーをボード用原紙に対して積層状態となるように流した
   後に硬化させて石膏ボードを製造する方法であって、前
   記原料スラリーは、半水石膏と珪酸カルシウム化合物と
   を半水石膏の水和に必要な水と共に混合してなることを
   特徴とする石膏ボードの製造方法。
2. 【請求項２】 珪酸カルシウム化合物はゾノトライト及
   びトベルモライトの一方又は双方であることを特徴とす
   る請求項１記載の石膏ボードの製造方法。
3. 【請求項３】 ボード本体とボード用原紙とを積層して
   なり、前記ボード本体が石膏と珪酸カルシウム化合物と
   の複合体により構成されていることを特徴とする石膏ボ
   ード。
4. 【請求項４】 ボード本体を構成するための原料スラリ
   ーをボード用原紙に対して積層状態となるように流した
   後に硬化させて石膏ボードを製造する方法であって、前
   記原料スラリーは半水石膏と珪酸カルシウム化合物とを
   半水石膏の水和に必要な水と共に混合してなると共に、
   その原料スラリーが硬化して生成する二水石膏の微晶化
   処理を施すことを特徴とする石膏ボードの製造方法。
5. 【請求項５】 微晶化処理は、原料スラリーに二水石膏
   を種晶として混合することである請求項４記載の石膏ボ
   ードの製造方法。
6. 【請求項６】 ボード本体とボード用原紙とを積層して
   なり、前記ボード本体が石膏と珪酸カルシウム化合物と
   の複合体により構成されると共に、その石膏の結晶粒は
   直径１．５μｍ以下、長さ１５μｍ以下であることを特
   徴とする石膏ボード。