JPS623109B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はケイ酸カルシウム成形物に関する。さ
らに詳しくはケイ酸カルシウム水和物、石膏およ
び重合体ラテツクスとの混合物から得られる成形
物であり、軽量にして強靭であり、不燃性、耐水
性、耐熱性を有し、合成木材などの建築材料に好
適なケイ酸カルシウム成形物に関するものであ
る。 従来の合成木材は主原料がポリスチレン、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等の合
成樹脂を主体としたものであるため、高温に加熱
すると容易に著しい変形を生じ、燃焼し、発煙
し、あるいは崩壊するなどの難点を有している。
このような欠点を改善するため、現在、種々の工
夫や提案がなされて来たが、まだ、有効な方策が
見出されていない。例えば、上記の合成樹脂に添
加する粘度や炭酸カルシウム、石膏等の無機質の
充填剤の添加割合を増す方法が知られているが、
製品のカサ比重が大となり、且つ、製品の強度が
低下し、加工性も著しく悪くなるなどの難点があ
る。また合成樹脂に珪酸カルシウム水和物を充填
材とする方法をなされており、製品の軽量化や耐
熱性の向上が計られているが、木材に近いカサ比
重になるようにするためには珪酸カルシウム水和
物を多量に添加する必要があり製品の強度低下が
極めて大となり、合成木材としての性能を満たす
までに至つていない。さらに、耐熱性の向上のた
めに珪酸カルシウム水和物の添加割合を増すと製
品の吸水性が顕著になる難点もある。 一方ケイ酸カルシウムを主原料とし、これに補
強繊維を添加分散し、加圧脱水成型したのち、乾
燥して得られる耐火成形板が知られている。この
種の製品はカサ比重0.2〜0.6ｇ／cm³と軽量である
ものもあり、高温での耐火断熱性が優れている
が、製品の表面の粉状化と連続多孔質構造による
吸水性の大きいこと、また冷寒時の凍結による劣
化を生ずるという欠点がある。この欠点を改善す
るため、製品の表面をシーラー処理し、さらに撥
水剤や防水剤で表面処理する方法がなされている
が、完全に防水処理することが経済的に難しいだ
けでなく、防水処理した表面の損傷による吸水の
問題がある。また上記のケイ酸カルシウムの成形
板に樹脂を含浸させる方法もなされているが、製
品に均一に樹脂を分散させることが実際には難し
く、品質むらを生ずる。さらに、ケイ酸カルシウ
ム成形板が微細な多孔質構造から成つているた
め、木材と同等の加工性を期待するには多量の樹
脂分を必要とするため、ケイ酸カルシウム本来の
耐熱性が損われる。そのうえ、含浸に適する樹脂
液の形体としては、エマルジヨン型は成形板での
表面の過分離作用を生ずるために適さず、完全
な溶液型樹脂液が要求される。さらにこの種の樹
脂溶液には、一般に、有機溶媒が用いられている
ため、作業環境上の問題があり乾燥処理が難し
い。 一方、水硬性石膏を原料とする製品は木材に比
べてカサ比重が大きく、比強度も小さく、加工性
が悪いだけでなく、高温で加熱されると亀裂を生
じ、変形し崩壊する。また、80℃以上で数時間保
持すると強度が著しく低下するという欠点もあ
る。さらに、耐水性に関しては、石膏本来の溶解
性のため、結露等による吸水でも製品の性能に著
しい劣化を生ずる。加えて、石膏はスラリーから
脱水成形を行なう場合の過性状が極めて悪く、
成形効率が悪い難点がある。 そこで本発明者らは、上記のような欠点のない
成形物を製造するため鋭意研究をすすめた結果、
ケイ酸カルシウム水和物、石膏、重合体ラテツク
スおよびカチオン型高分子凝集剤を混合し、成形
することによつて、軽量にして強靭であり、優れ
た不燃性、耐熱性および耐水性を有する成形物を
製造できることを見出し本発明に到達した。すな
わち本発明は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、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物である。 本発明のケイ酸カルシウム成形物を製造する方
法について次に説明する。 原料のケイ酸カルシウムはケイ酸カルシウムの
水性分散液が用いられる。この水和物は石灰質原
料、例えば生石灰とケイ酸質原料、例えば無水ケ
イ酸とを水熱合成反応して得られる。得られたケ
イ酸カルシウムの水性分散液はPH10前後を示す。
本発明ではこの分散液をそのまま使用することが
できるが、特に好ましいものとしては長さが３〜
10μ程度のケイ酸カルシウムの単結晶を集合した
直径10〜60μ程度の集合粒子があげられ、通常ト
バモライト、ゾノトライトと呼ばれるケイ酸カル
シウム水和物が好適に使用できる。このケイ酸カ
ルシウム集合粒子は、珪酸質原料と石灰質原料と
をSiO₂とCaOのモル比がほぼ等しくなるように
調整した水性スラリーを常圧下で加熱し、反応さ
せてゲル化したのち、加圧下で160℃以上に昇温
して反応させる水熱合成反応によりスラリーとし
て得られる。本発明においてはこのスラリーをそ
のまま用いてもよいし、またスラリーを乾燥して
粉末にしたものに水を添加したものでも使用でき
る。 ケイ酸カルシウム水和物の固形分濃度は特に規
定されないが、10％以下が好ましく、特に生産性
を考慮すると５〜８％が好ましい。10％をこえる
と水性分散液の粘度が高くなる。 水硬性石膏は天然または合成の、α型およびβ
型の半水石膏、並びに、可溶性無水石膏など水硬
性を有するものを使用することができるが、特に
好ましいものとしてα型半水石膏をあげることが
できる。水和により生成する二水石膏は長さ10〜
50μの結晶であることが好ましい。さらに、水硬
性石膏の使用に際しては、必要に応じて、凝結調
整剤を使用することができる。凝結調整剤として
は特に制限はなくクエン酸ソーダやカルボキシメ
チルセルロースなどを使用することができる。 水硬性石膏の使用量はケイ酸カルシウム水和物
100重量部当り10〜150重量部、好ましくは20〜
100重量部、さらに好ましくは30〜80重量部であ
る。10重量部以下又は150重量部以上では加工性
や強度が低くなり好ましくない。 カルボキシル基をふくむスチレン−ブタジエン
共重合体ラテツクスの添加量は前記如く、ケイ酸
カルシウム水和物100重量部に対し、固形分とし
て５〜30重量部である。物性的には添加量は多い
ほど良いが、不燃性の低下、コストの上昇などの
問題が生ずるので、好ましい添加量は８〜20重量
部である。 カチオン型高分子凝集剤としては、ポリジアル
キルアミノアルキル（メタ）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、ポリビニルイミダゾリンなど
の４級アミン化合物があり、特にカチオン型の
（４級アミノ基を有する）ポリジアルキルアミノ
アルキル（メタ）アクリレートやポリアクリルア
ミド、例えばポリメチルアクリルアミドが好適で
ある。 凝集剤の使用量には特に制限はないが、重合体
ラテツクス１重量部（固形分として）に対して
0.5重量部以下が好ましい。その添加量は多いほ
ど曲げ強度などが増すが、成形加工性および不燃
性の点から重合体ラテツクス１重量部（固形分）
に対して0.01〜0.3重量部、好ましくは0.05〜0.2
重量部である。 本発明では、上記ケイ酸カルシウム水和物、水
硬性石膏、重合体ラテツクス、カチオン型高分子
凝集剤を均一に混合して先ず水性スラリーを造る
が、この水性スラリーは水性が著しく優れ、か
つその成形物の強度その他の物性が優れたものが
得られる。この理由は次のように考えられる。 水性スラリー中で重合体ラテツクスはに帯電
し、カチオン型高分子凝集剤はに帯電し、両者
が中和することが凝結作用が発揮され、ケイ酸カ
ルシウム水和物、水硬性石膏の粒子を凝集し、フ
ロツクを大にする。しかもカチオン型高分子凝集
剤は懸濁粒子間を架橋するので、さらにフロツク
を巨大化し、かつその強度を大とするから、上記
水性スラリーの水性が著しく改善される。 また成形物中では、添加した重合体ラテツクス
はケイ酸カルシウム同志を架橋により接着固定す
る作用を有する。その結果、本発明の成形物は強
度が著しく増加し、切削加工時に粉末が飛散しな
いし、釘を打ちやすく釘を打つても抜けず、耐水
性が大きいなど、種々の優れた特性を有する。さ
らに驚くべきことは、ケイ酸カルシウム100重量
部に対し、少量の重合体ラテツクスの添加で上記
のいちぢるしい作用効果があるので、ケイ酸カル
シウム成形物特有の軽量、不燃性などのすぐれた
機能を保持したまま杉材に匹敵する強度を発揮で
きる。 また本発明の成形物を製造するに当つては、各
成分を配合した成形前のスラリーのPHは7.5以
上、好ましくは８〜10に調整することによつて耐
熱性、曲げ強度などが優れた成形物が得られる。
PHの調整はスラリー中に凝集剤を添加することに
よつても可能だが、さらに硫酸や塩酸などの酸を
添加することによつてできる。カチオン型高分子
凝集剤と酸を組合せた場合のPH調整は、成形物の
強度、成形性能、腐食性などの点から硫酸で行う
のが好ましい。 成形品の強度をさらに向上させるには、繊維質
物質の添加が有効である。繊維質物質としてはア
スベスト、ガラス繊維、木綿、クラフトパルプ、
レーヨン、およびポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ビニロン、ナイロン等の合成繊維を使用する
ことができる。繊維質の添加量には特に制限はな
いが、通常成形物の30重量％以下であり、好まし
くはガラス繊維の場合10重量％以下、アスベスト
の場合15〜25重量％程度、またパルプや合成繊維
は５重量％以下である。 上記のようにして得られたスラリー状の配合混
合物は加圧過などの方法によつて脱水し、加圧
成形後乾燥して成形物を得ることができる。 成型方法としては、特に制限はなくプレス成
型、抄造成型、押出成型、減圧成型など最終製品
の目的、用途に応じて成型方法を選択することが
できる。成形物の乾燥温度は100〜180℃であり、
好ましくは105〜150℃である。乾燥温度が100℃
以下の場合は乾燥に長時間を要するだけでなく、
乾燥による複合粒子の密着性が悪くなり、強度が
低くなる。一方、乾燥温度が180℃以上で長時間
加熱乾燥すると、硬くなり材質的に粘りが失われ
る。なお、高温で乾燥する場合には耐熱老化防止
剤をスラリーの中に添加することもできる。製品
のカサ比重は成型圧力によつて調整できるが、通
常0.2〜1.0ｇ／cm³が好ましい。 本発明のケイ酸カルシウム成形物は軽量にして
強靭であり、優れた不燃性、耐熱性、耐水性を有
するばかりでなく断熱性や保温性も優れている。
本発明の成形物は木材に替る材料などの建築用等
に使用でき、極めて有用なものである。 次に本発明を実施例によつてさらに詳細に説明
する。なお部および％は特にことわらない限り重
量基準である。実施例において、物性は次の方法
で測定した。 曲げ強度；JIS Ａ 1408に準じた。 但し試験体寸法は15cm×10cm×2.5cmを用い
た。 加工性；表面状態、塗料の密着性、釘保持力（抜
けにくさ）などにより判定した。 燃焼性；JIS Ａ 1321に準じた。但し、試験体の
寸法は15cm×10cm×2.5cmを用い、加熱時間は
30秒とした。 成形性能；一定量の固形分を含有するスラリーを
一定厚さまで圧縮して成形するまでの時間
（秒）で規定した。 加熱線収縮率；成形物100℃電気炉内で３時間加
熱したのちの線収縮率（％） 実施例 １ 非晶質ケイ酸粉末と消石灰とをSiO₂：CaOの
モル比１：１の割合になるように調合し、CaOと
SiO₂との合計重量に対して４倍量の水を加えて
スラリーとし、90℃で３時間反応させゲル化せし
めた。次にこのゲル化したスラリーとスラリーの
3.5倍重量の加熱水とを堅形オートクレーブに仕
込み、撹拌しながら210℃、19Kg／cm³で1.5時間反
応させたのち、ケイ酸カルシウム水和物スラリー
を得た。このケイ酸カルシウム水和物スラリーを
105℃で十分に乾燥した乾燥物100部に対して、α
型半水石膏（日東石膏(株)製）50部、カルボキシ変
性スチレン−ブタジエン共重合体ラテツクス（日
本合成ゴム(株)製0593）12部（固形分として）、カ
チオン型高分子凝集剤のアクリルアミド系高分子
凝集剤（三洋化成(株)製サンブロツクＣ−454）1.2
部と85℃の温水130部を混合し、ガラス繊維（Ｅ
ガラスのチヨツプドストランド（13mm）ユニチカ
UMグラス(株)製）6.0部を添加し、十分に分散させ
た。次いで、このスラリーを100mm×150mmの型枠
に注入し、30Kg／cm²の圧力で加圧脱水成型、60℃
で20時間乾燥したものを試料Ａとし、120℃で６
時間乾燥したものと試料Ｂとした。試験結果を表
−１に示す。なお、各試料は各５個作製し、その
平均値を示した。 比較例 １ 実施例１で用いたと同じα型半水石膏100部に
温水200部を加えたスラリーにガラス繊維3.5部を
分散させ、成型圧90Kg／cm²で実施例１と同様に乾
燥条件を変えて試料ＣとＤを得た。表−１に試験
結果を示した。ケイ酸カルシウムを使用しない
と、加工性が悪く、1000℃、３時間加熱で変形崩
壊した。 比較例 ２ カチオン型高分子凝集剤を添加しなかつた以外
は実施例１と同様にして成形体を得た。60℃で乾
燥したものを試料Ｅ、120℃で乾燥したものと試
料Ｆとした。 試験結果を表−１に示す。カチオン型高分子凝
集剤を使用しないと曲げ強度、比較度が著しく劣
つた。

【表】 実施例 ２ カルボキシ変性スチレン−ブタジエン共重合体
ラテツクス7.0部、カチオン型高分子凝集剤0.7
部、ガラス繊維3.5部を使用し、ケイ酸カルシウ
ムと石膏の割合を変化させた以外は実施例１と同
様にして成形物を得た。乾燥は120℃で６時間行
なつた。結果を表−２に示す。 比較例 ３、４ α型半水石膏の配合量をケイ酸カルシウム１に
対しそれぞれ２、３とした以外は実施例２と同
じ。結果を表−２に示す。水硬性石膏の配合量が
本発明の範囲以上のとき、グリーンボデーの強さ
が著しく劣り、加工性も不可のものであつた。

【表】 実施例 ３ ガラス繊維3.5部、ケイ酸カルシウムと石膏の
割合を１：0.5とし、カルボキシ変性スチレン−
ブタジエン共重合体ラテツクスの使用量を変えた
以外は実施例１と同様にして成形体を得た。カチ
オン型高分子凝集剤はラテツクス１部に対し0.1
部とした。 その結果を表−３に示す。

【表】 実施例 ４ 成型原料スラリのPHを希硫酸（１：20）で調整
して以下に示す結果を得た。ケイ酸カルシウム
100部、α型半水石膏50部、カルボキシ変性スチ
レン−ブタジエン共重合体ラテツクス12部、カチ
オン型高分子凝集剤1.2部、ガラス繊維6.0部、温
水、（85℃）130部のスラリーを使用し、スラリー
のPHを希硫酸（１：20）で調整した以外は実施例
１と同様にして成形物を得た。 結果を表−４に示す。

【表】 実施例 ５ 配合を表−５のＡ〜Ｄの配合にした以外は、実
施例１と同様にして成形物を得た。なお、Ｂ〜Ｄ
は対照例である。結果を表−６に示す。

【表】

【表】 比較例 ５〜７ 共重合体ラテツクスとして、比較例５はカルボ
キシ変性をしていないスチレン−ブタジエン共重
合体ラテツクス（日本合成ゴム(株)製0602）、比較
例６はポリ塩化ビニルエマルジヨン、比較例７は
天然ゴムラテツクスをそれぞれ固形分として12部
を使用したほかは実施例１と同様に試験し、結果
を表−７に示した。 表−７の結果から次のことが認められる。比較
例５のものは加熱線収縮率が大きいこととヤング
率が小さいことで劣り、比較例６のものは、加熱
線収縮率が大きいことで劣り、比較例７のものは
曲げ強度、比強度が劣り、加熱線収縮率が大きく
ヤング率が小さいことでも劣る。

【表】

【表】 以上述べた如く、ケイ酸カルシウム水和物、水
硬性石膏、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およびカチオン型高分
子凝集剤を主成分とするするケイ酸カルシウム成
形物によると、それらの相乗作用により、成形
性、作業性および強度その他の物性において優れ
た成形品が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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物。 ２ 水性スラリーが補強繊維を含有している特許
   請求の範囲第１項記載のケイ酸カルシウム成形
   物。 ３ ケイ酸カルシウム水和物が石灰質原料とケイ
   酸質原料および水とから水熱合成反応によつて得
   られたものである特許請求の範囲第１項記載のケ
   イ酸カルシウム成形物。 ４ 水性スラリーのPHが7.5以上である特許請求
   の範囲第１項記載のケイ酸カルシウム成形物。 ５ 乾燥温度が100〜180℃である特許請求の範囲
   第１項記載のケイ酸カルシウム成形物。 ６ 水硬性石膏の使用量が20〜100重量部である
   特許請求の範囲第１項記載のケイ酸カルシウム成
   形物。 ７ 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の使用量が８〜20重量部であ
   る特許請求の範囲第１項記載のケイ酸カルシウム
   成形物。 ８ カチオン型高分子凝集剤が共重合体ラテツク
   ス１重量部に対して0.01〜0.3重量部である特許
   請求の範囲第１項記載のケイ酸カルシウム成形
   物。