JPH08208308A - 硬化性無機材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アルカリ金属珪酸塩との反応性が向上し、硬化
性に優れ、強度、外観に優れた無機質硬化体を得ること
ができる反応性無機材料の製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】０．５〜３０ｋｗｈ／ｋｇの機械的エネルギー
をカオリンに作用させた後、湿式下で解砕処理して、結
晶性の有するカオリンを表面積が大きい非晶性のものに
変化させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硬化性無機材料の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築資材に有用な無機質硬化体を
製造する方法として、例えば、アルカリ成分であるアル
カリ金属珪酸塩水溶液とメタカオリン，コランダムある
いはムライトの製造時に発生する集塵装置の灰、フライ
アッシュ等の硬化性無機材料及び充填材、有機ベントナ
イト等の混和材を混合混練して得た組成物を型内に注入
し、加熱硬化させる方法（特開平４−５９６４８号公
報、特開平４−６１３８号公報参照）が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らが
上記硬化性無機材料として、安定でかつ安価に供給可能
なカオリンやフライアッシュについて検討したところ、
カオリンについては結晶性が高いためアルカリ金属珪酸
塩と殆ど反応せず無機質硬化体が得られず、またフライ
アッシュについては産出する発電所により反応性のバラ
ツキがあるほか、反応速度が非常に遅いという問題があ
った。

【０００４】本発明の解決しようとする課題は上記の如
き従来の問題点を解消するために、アルカリ金属珪酸塩
との反応性が向上し、硬化性に優れ、強度、外観に優れ
た無機質硬化体を得ることができる反応性無機材料の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる硬化性無
機材料の製造方法は、０．５〜３０ｋｗｈ／ｋｇの機械
的エネルギーをカオリンに作用させた後、湿式下で解砕
処理する構成とした。上記の構成において、カオリンと
は、１：１層状珪酸塩でＡｌ₂ Ｓｉ₂ Ｏ₅ （ＯＨ）₄ の
化学式で示されるカオリン鉱物が５０重量％以上含有さ
れている無機質粉体を言い、具体的にはカオリナイト，
ディッカイト，ナクライトのカオリン鉱物やカオリン鉱
物の層間に水分子を含んだハロイサイトが挙げられる。

【０００６】本発明に使用されるカオリンは、上述のカ
オリン鉱物以外に粘土鉱物（雲母，タルク，スメクタイ
ト，アロフェン，イモゴライト等）やα−クォーツなど
のシリカ鉱物、長石，沸石等一般に粘土中に含まれる鉱
物が含まれていてもよい。なお、カオリン中、カオリン
鉱物の含有量が５０重量％より少ないと、本発明の製造
方法を用いてもアルカリ金属珪酸塩との反応性に優れた
硬化性無機材料を作製することが困難である。

【０００７】また、カオリンは、特に限定されないが、
機械的エネルギーの有効使用の面から考慮すると、その
粒径が平均粒径で０．１μｍ〜５００μｍのものが好ま
しく、０．１μｍ〜１００μｍのものが更に好ましい。
上記構成において、機械的エネルギーを作用させると
は、上記カオリンに圧縮力，剪断力，衝撃力等を加える
ことを意味し、具体的には、一般に粉砕を目的に使用さ
れている粉砕機を用いる方法が挙げられる。

【０００８】このような粉砕機としては、例えば、粉砕
の機構において衝撃，摩擦，圧縮，剪断等が複合したボ
ール媒体ミル（ボールミル，振動ミル，遊星ミル，媒体
攪拌型ミル等）、ローラミル、乳鉢等または衝撃，摩擦
が主流であるジェット粉砕機などが挙げられるが、特
に、機構的にカオリンに有効に機械的エネルギーを付与
することが可能なボール媒体型のミルが好ましい。

【０００９】なお、粉砕機を用いてカオリンに機械的エ
ネルギーを作用させる場合には、セメントクリンカーや
珪砂、石灰石等の粉砕時に使用れさるメチルアルコール
等のアルコール類又はトリエタノールアミン等のエタノ
ール・アミン類を中心とした液体系、ステアリン酸ナト
リウム・カルシウム等の固体系、アセトン蒸気等の気体
系の粉砕助剤を使用してもよい。

【００１０】粉体に作用させる機械的エネルギーは、
０．５ｋｗｈ／ｋｇ以上３０ｋｗｈ／ｋｇ以下に限定さ
れる。すなわち、機械的エネルギーが０．５ｋｗｈ／ｋ
ｇより小さいと結晶構造の変性が不十分なためアルカリ
金属珪酸塩との反応性を殆ど付与できず、機械的エネル
ギーが３０ｋｗｈ／ｋｇより大きくなると、粉砕装置へ
の負荷が大きい、媒体としてのボールや容器の磨耗が激
しい、処理粘土中への汚染（コンタミ）、コストのかか
りすぎ等の問題が生じる。なお、上記で示した機械的エ
ネルギーは、上記カオリンを入れて運転する時に粉砕装
置に投入した電力を処理するカオリンの単位重量当たり
で表した。

【００１１】湿式下で解砕する方法は、特に限定されな
いが、ボール媒体型ミル及び万能ミキサー，アイリッヒ
ミキサー，オムニミキサー等一般に粉体と液体の混合が
可能な混合機にカオリンに機械的エネルギーを作用させ
て得たカオリン粉体を溶媒と共に投入し、攪拌混合する
方法が挙げられる。溶媒としては、水またはメタノー
ル，エタノール，ブタノール等のアルコール類等一般に
湿式粉砕に使用されできる。

【００１２】また、溶媒の添加量は、機械的エネルギー
を作用させて得たカオリン粉体の１０容量％以上が好ま
しく、２０容量％以上１０００容量％以下が特に好まし
い。すなわち、溶媒の添加量がカオリン粉体の１０容量
％を下回ると、処理するカオリン粉体の流動性が著しく
低下するため解砕が十分に行われなくなる恐れがある。

【００１３】本発明にかかる製造方法で得られる硬化性
無機材料は、湿式で解砕後そのままスラリー状態で使用
しても構わないし、乾燥又は７５０℃以下で熱処理して
使用しても構わない。本発明にかかる製造方法によって
得られる硬化性無機材料は、アルカリ金属珪酸塩、水お
よび、必要に応じて補強繊維、無機質充填材、軽量骨材
等を混合混練して得た硬化性無機質組成物を硬化させる
ことによって無機硬化体を得ることができる。

【００１４】アルカリ金属珪酸塩とは、Ｍ₂ Ｏ・ｎＳｉ
Ｏ₂ （Ｍ＝Ｌｉ，Ｋ，Ｎａ、ｎ＝０または正の整数）で
あらわされるものであって、ｎが８以下のものが好まし
い。すなわち、アルカリ金属珪酸塩は、アルカリ金属珪
酸塩の分散性を向上させるために、一般に水と混合して
アルカリ金属珪酸塩水溶液の状態で硬化性無機材料と混
合されるが、ｎが大き過ぎると、水と混合してアルカリ
金属珪酸塩水溶液とした場合、ゲル化を起こしやすく粘
度が急激に上昇するため、硬化性無機材料との混合が困
難になる恐れがある。

【００１５】また、アルカリ金属珪酸塩水溶液の濃度
は、特に限定されないが、濃いと得られる硬化性無機質
組成物の粘度が高くなり、成形する際、困難となること
があり、又薄いと硬化性無機質組成物が硬化しないこと
があるので、１〜７０重量％が好ましく３０〜６０重量
％がさらに好ましい。なお、アルカリ金属珪酸塩は、単
独で用いられても、混合して用いられてもよい。

【００１６】アルカリ金属珪酸塩の添加量は、多くて
も、少なくても、得られる硬化性無機質組成物の硬化性
が不十分になる恐れがあるので、硬化性無機材料１００
重量部に対して３〜３００重量部が好ましい。水の添加
量は、多いと硬化性無機質組成物を硬化させて得られる
無機質硬化体の強度が低下し、又、少ないと、硬化性無
機質組成物の成形が困難になる恐れがあるので、硬化性
無機材料１００重量部に対して、アルカリ金属珪酸塩水
溶液に使用する水も併せて総量で３〜３００重量部が好
ましい。

【００１７】補強繊維としては、得られる硬化体に付与
したい性能に応じ、一般にセメント等無機硬化材料に使
用されている材料が任意に使用でき、例えば、ビニロ
ン，ポリプロピレン，アクリル，レーヨン，アラミド等
の合成繊維、ガラス繊維，チタン酸カリウム，ロックウ
ール等の無機繊維、カーボン繊維、鋼繊維などが挙げら
れる。

【００１８】これらの繊維はメッシュ状で使用しても構
わないし、長繊維あるいは短繊維のものを使用してもよ
い。上記補強繊維の繊維径および繊維長は、繊維径１〜
５００μｍ、繊維長１〜１５ｍｍが好ましい。すなわ
ち、繊維径が細くなり過ぎると混合時に再凝集し、交絡
によりファイバーボールが形成されやすくなり、最終的
に得られる無機質硬化体の強度が低くなるとともに、得
られる硬化体の表面凹凸が激しくなり良好な外見になら
なくなり、繊維径が太くなり過ぎるか繊維長が短くなり
過ぎると引張強度向上などの補強効果が小さくなり、繊
維長が長くなり過ぎると繊維の分散性及び配向性が低下
する恐れがある。

【００１９】また、補強繊維の添加量は、特に限定され
ないが、硬化性無機材料１００重量部に対して、１０重
量部以下が好ましい。すなわち、補強繊維の添加量が多
過ぎると、繊維の分散性、耐熱性等に問題が生じる恐れ
がある。無機質充填材は、硬化および乾燥時の収縮低
減，スラリーの流動性向上を目的として添加され、例え
ば、珪砂，珪石粉，フライアッシュ，スラグ，シリカヒ
ューム，マイカ，タルク，ワラストナイト，炭酸カルシ
ウム，粘土等が挙げられる。

【００２０】無機質充填材の添加量は、硬化性無機材料
１００重量部に対して８００重量部以下が好ましく、１
００重量部以上５００重量部以下がさらに好ましい。す
なわち、無機質充填材の添加量が多過ぎると、硬化およ
び乾燥収縮時の収縮低減不十分となる恐れがある。軽量
骨材は、得られる硬化体の軽量化を目的として使用さ
れ、有機質，無機質軽量骨材のいずれを使用してもよ
い。たとえば、有機質軽量骨材としては、スチレン，塩
化ビニリデン系，フェノール，ウレタン，エチレン等の
合成樹脂発泡体が挙げられ、無機質軽量骨材としては、
ガラスバルーン，シラスバルーン，フライアッシュバル
ーン，シリカバルーン，パーライト等の無機質発泡体が
挙げられる。

【００２１】また、軽量骨材は、比重０．０１〜１のも
のが好ましい。すなわち、比重が０．０１未満では成形
体の機械的強度の低下を招き、１を越えると軽量化の効
果が得られなくなる恐れがある。軽量骨材の添加量は上
記硬化性無機材料１００重量部に対し、０．１〜１００
重量部が好ましい。すなわち、添加量が０．１重量部未
満では軽量化の効果が得られず、１００重量部を越える
と機械的強度が低下する恐れがある。

【００２２】なお、硬化性無機質組成物は、特に限定さ
れないが、たとえば、セメント組成物を製造する際、通
常使用されるオムニミキサー，アイリッヒミキサー，万
能ミキサー，ライカイ機等に予め調製したアルカリ金属
珪酸塩水溶液、本発明の硬化性無機材料、充填材等を供
給し、混合する方法によって得ることができる。また、
無機質硬化体は、特に限定されないが、例えば、注入
法、プレス法、押出法等の一般的な方法によって硬化性
無機質組成物を所望形状に形成したのち、硬化される。

【００２３】硬化温度は、１℃以上３００℃以下が好ま
しく、１０℃以上１５０℃以下がさらに好ましい。すな
わち、硬化温度が高過ぎると、硬化時の収縮が大きくな
り、得られる無機質成形体にクラック等の発生が生じる
恐れがあり、低すぎると硬化反応速度が低下する恐れが
ある。

【００２４】

【作用】上記構成によれば、結晶性の高いカオリンが機
械的エネルギーを加えられることによって非結晶性の粉
体に変化する。そして、湿式で解砕することによって、
変化した非結晶状態を維持しながらさらに大きな表面積
の粉体にすることができる。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明を、その実施例を参照しつつ
詳しく説明する。 （実施例１）カオリン（山陽クレー（株）製 ＡＡカオ
リン（カオリン鉱物９５重量％，α−クォーツ５重量
％、ＢＥＴ比表面積１３ｍ² ／ｇ））を三菱重工（株）
製ウルトラファインミルＡＴ−２０（ジルコニアボール
１０mmφ使用、ボール投入量４４kg、カオリン混入量２
kg、粉砕助剤としてトリエタノールアミン２５％とエタ
ノール７５％との混合物を１０ｇ添加）で４．０ｋｗＨ
／ｔの機械エネルギーを作用後、上記処理後カオリン４
０％および水６０％にて本ミルにより３０分湿式解砕処
理を行い、その後２００℃で２時間熱処理乾燥を行って
硬化性無機材料を得た。

【００２６】（実施例２）カオリン（山陽クレー（株）
製 ＡＡカオリン（カオリン鉱物９５重量％，α−クォ
ーツ５重量％、ＢＥＴ比表面積１３ｍ² ／ｇ））を三菱
重工（株）製ウルトラファインミルＡＴ−２０（ジルコ
ニアボール１０mmφ使用、ボール投入量４４kg、カオリ
ン混入量２kg、粉砕助剤としてトリエタノールアミン２
５％とエタノール７５％との混合物を１０ｇ添加）で
４．０ｋｗＨ／ｔの機械エネルギーを作用後、上記処理
後カオリン３０％および水７０％にて振動ミル（中央化
工機製）により５時間湿式解砕処理を行い、その後２０
０℃で２時間熱処理乾燥を行って硬化性無機材料を得
た。

【００２７】（実施例３）カオリン（山陽クレー（株）
製 ＡＡカオリン（カオリン鉱物９５重量％，α−クォ
ーツ５重量％、ＢＥＴ比表面積１３ｍ² ／ｇ））をボー
ルミル（マキノ社製のボールミルＢＭ１５０、アルミナ
ボール１５mmφ使用、ボール投入量２００kg、カオリン
混入量１５kg）で４．０ｋｗＨ／ｔの機械エネルギーを
作用後、上記処理後カオリン３０％および水７０％にて
本ミルにより１２時間湿式解砕処理を行い、その後２０
０℃で２時間熱処理乾燥を行って硬化性無機材料を得
た。

【００２８】（比較例１）湿式解砕処理を行わなかった
以外は、実施例１と同様にして硬化性無機材料を得
た。 （比較例２）機械的エネルギーを０．１ｋｗＨ／ｔにし
た以外は、実施例１と同様にして硬化性無機材料を得
た。

【００２９】上記実施例１〜３および比較例１〜２で得
られた硬化性無機材料〜の結晶構造及びＢＥＴ比表
面積を調べ、その結果を表１に示す。なお、結晶構造は
Ｘ線回折により評価し、ＢＥＴ比表面積は窒素吸着によ
り測定した。

【００３０】

【表１】 表１から、機械的エネルギーをカオリナイトに加えるこ
とによって結晶性の高いカオリナイトが完全非晶質のも
のに変化すること、また、機械的エネルギーをくえわた
のち、湿式解砕することによって表面積の大きな硬化性
無機材料になることが判る。

【００３１】（実施例４〜８、比較例３，４）硬化性無
機材料〜のいずれかと、アルカリ珪酸塩水溶液、充
填材としての珪砂（８号珪砂）、および、補強繊維とし
てのビニロン繊維（クラレ社製 ＲＭ１８２ 長さ６m
m、径１４μｍ）とをそれぞれ表２に示す割合で、オム
ニミキサーにて５分間混合して硬化性無機質組成物を得
た。そして、この硬化性無機質組成物を幅１５０ｍｍ、
長さ１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの型枠内に注入し、オー
ブン内で表２に示す所定温度および所定時間で硬化させ
て無機質硬化体を得た。

【００３２】得られた無機質硬化体を切断して、幅１５
０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試験片を作成し
て、その硬化性、曲げ強度、外観評価をそれぞれ行い、
その結果を表２に併せて示した。なお、曲げ強度および
外観評価については、以下の方法を用いた。 （１）曲げ強度 表２に示す硬化条件で硬化脱型後、８５℃で硬化したサ
ンプルについては５０℃で１０時間乾燥及び気乾状態で
２４時間放置し、また２５℃で硬化したサンプルについ
ては気乾状態で２４時間放置後、ＪＩＳ Ａ １４０８
の方法に準じて曲げ強度を測定した。 （２）外観評価 表２に示す硬化条件で硬化後脱型し無機質硬化体の状態
（割れ、クラック等）を目視により、外観に割れ、クラ
ック等の異常がないを○、割れ、クラック発生×とし
た。

【００３３】但し、所定時間加熱しても未硬化の場合、
そのまま「未硬化」と記した

【００３４】

【表２】 表２から本発明の製造方法で得た硬化性無機材料を用い
れば、アルカリ金属珪酸塩との反応性がよく、強度的に
優れた硬化体を得られることが判る。

【００３５】

【発明の効果】本発明にかかる水硬性無機材料の製造方
法は、以上のように構成されているので、従来結晶性が
高くアルカリ金属珪酸塩との反応性が乏しいため使用す
る事が困難であったカオリンを表面積が大きくアルカリ
金属珪酸塩との反応性にすぐれた非晶質の硬化性無機材
料にすることができる。

【００３６】そして、この製造方法で得た硬化性無機材
料を用いれば、建築材料として有用な硬化性及び強度に
優れた無機質硬化体を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ０．５〜３０ｋｗｈ／ｋｇの機械的エネ
   ルギーをカオリンに作用させた後、湿式下で解砕処理す
   ることを特徴とする硬化性無機材料の製造方法。