JP2006175832A

JP2006175832A - 複合材

Info

Publication number: JP2006175832A
Application number: JP2004374217A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Fukuda; 恭彬福田; Hirobumi Shioji; 博文塩地; Morikazu Yoshikawa; 盛一吉川
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Mitsubishi Shoji Construction Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Mitsubishi Shoji Construction Materials Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】防音性（遮音・吸音）、防火・耐火性、軽量性、優れた圧縮および引張り強度（優れた可塑変形性）、通湿性等を有し得、構造耐力面材としても使用しうる複合材を提供する。
【解決手段】木質系の板もしくはシート材または金属系シート材と、３点曲げ試験においてクロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加しても、ひずみ可塑変形量が増加する特性を有する無機系の板もしくはシート材とを積層一体化してなる複合材。好適には、少なくとも１枚の木質系の板もしくはシート材と少なくとも１枚の無機系の板もしくはシート材とが接着剤を用いて積層一体化される。木質系の板もしくはシート材としては木材、単板、合板、パーティクルボードもしくは繊維板が挙げられる。一方、無機系の板もしくはシート材としては未膨張バーミキュライトを基材に配合し、かつその配合量が全組成物（固形分）の３〜７０質量％である組成物を成形したものが好適である。
【選択図】図１

Description

本発明は複合材に関し、さらに詳しくは木質系の板もしくはシート材または金属系シートと無機系の板もしくはシート材を積層一体化した複合材に関する。

従来、単一の板材もしくはシート材では得られない特性を得るために、異なる材質の板材もしくはシート材を積層することが数多く検討されている。しかしながら、優れた圧縮および引張り強度に加えて、優れた可塑変形性、通湿性等を有し得、構造耐力面材としても使用しうる複合材を得ることは困難であった。

本発明は、防音性（遮音・吸音）、防火・耐火性、軽量性、優れた圧縮および引張り強度（優れた可塑変形性）、通湿性等を有し得、構造耐力面材としても使用しうる複合材を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するために以下の発明を提供する。
（１）木質系の板もしくはシート材または金属系シートと、３点曲げ試験においてクロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加しても、ひずみ可塑変形量が増加する特性を有する無機系の板もしくはシート材とを積層一体化してなる複合材；
（２）接着剤を用いて積層一体化してなる（１）記載の複合材；
（３）接着剤が三次元架橋性接着剤である（２）記載の複合材；
（４）三次元架橋性接着剤が水性高分子−イソシアネート樹脂もしくはレゾルシノ−ル樹脂である（３）記載の複合材；
（５）木質系の板もしくはシート材が木材、単板、合板、パーティクルボードもしくは繊維板からなる（１）記載の複合材；
（６）無機系の板もしくはシート材が、クロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加してもひずみ可塑変形量が増加し、かつ曲げ強度は実質的に変わらないか、もしくはやや増加する特性を有する（１）記載の複合材；
（７）少なくとも１枚の木質系の板もしくはシート材と少なくとも１枚の無機系の板もしくはシート材とを交互に積層一体化してなる（１）〜（６）のいずれか記載の複合材；
（８）木質系の板もしくはシート材が、無機系の板もしくはシート材の締結端面の少なくとも一部に積層されてなる（１）〜（６）のいずれか記載の複合材；
（９）金属系のシート材が、無機系の板もしくはシート材の締結端面の少なくとも一部に積層されてなる（１）〜（６）のいずれか記載の複合材；
（１０）締結端面が無機系の板もしくはシート材の垂直部両端である（８）もしくは（９）記載の複合材；
（１１）無機系の板もしくはシート材が未膨張バーミキュライトを基材に配合してなり、かつその配合量が全組成物（固形分）の３〜７０質量％である組成物を成形して得られる（１）〜（１０）のいずれか記載の記載の複合材；
（１２）基材が、石膏、セメント、ケイ酸カルシウム、スラグ石膏の一種以上から選択される（１１）記載の複合材；
（１３）成形が抄造成形、押出し成形、プレス成形もしくは鋳込み成形である（１１）記載の複合材ならびに、
（１４）（１）〜（１３）のいずれか記載の複合材を用いてなる耐力壁構造、
である。

本発明によれば、防音性（遮音・吸音）、防火・耐火性、軽量性、優れた圧縮および引張り強度（優れた可塑変形性）、通湿性等を有し得、構造耐力面材としても使用しうる複合材を得ることができる。

本発明の複合材は、木質系の板もしくはシート材または金属系シートと、３点曲げ試験においてクロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加しても、ひずみ可塑変形量が増加する特性を有する無機系の板もしくはシート材とを積層一体化してなる。好適には積層一体化は接着剤を用いて行われる。この接着剤としては特に制限されず、たとえば酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、シアノアクリレート樹脂、ユリア樹脂、メラミン・ユリア樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等が一般的であるが、常温硬化型のものが好適であり、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を発生しないものが好適である。さらに好適には三次元架橋性接着剤が用いられ、たとえば水性高分子−イソシアネート樹脂、レゾルシノ−ル樹脂、等が挙げられる。水性高分子−イソシアネート樹脂としては、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、エチレン−酢酸ビニル、スチレン−ブタジエン系高分子等の水性エマルジョンおよび/またはポリビニルアルコール等の水溶性高分子の水溶液、等の混合液を主成分とする主剤と、ジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）等の、１分子中に２個以上のイソシアネート基を持つイソシアネート化合物をマスキングした架橋剤とからなる、耐熱性を向上させた２液型熱可塑性樹脂が好適である。レゾルシノ−ル樹脂としては、２価フェノールであるレゾルシノ−ルとホルムアルデヒドの付加縮合により得られる熱硬化性樹脂が挙げられる。

接着剤の塗布は常法で行うことができ、塗布量も接着面に均一に塗布しうる程度の任意の量を選択しうる。塗布後に、プレス処理を行うのが好適であり、必要に応じて加熱処理しうる。

本発明において、木質系の板もしくはシート材は、木材、単板、合板、パーティクルボードまたはパルプ、植物繊維（麻繊維、ケフナ繊維、竹繊維等）の繊維、の板もしくはシート等の木質系材料からなる。繊維としては、不織布、織物、編物等のいずれであってもよい。また、金属系シートとしてはアルミニウム、亜鉛鋼板等がコスト等の観点から好適であり、厚みは０．８ｍｍ以下が好適である。これらの木質系の板もしくはシート材または金属系シートは複合材に主として引張強度を与える。

一方、本発明における無機系の板もしくはシート材は、クロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加してもひずみ可塑変形量が増加し、かつ曲げ強度は実質的に変わらないか、もしくはやや増加する特性を有する。さらに好適には、その面材はクロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加してもひずみ可塑変形量が増加し、かつ曲げ強度は実質的に変わらないか、もしくはやや増加する特性を有する無機系材料からなる。この３点曲げ試験による測定はJIS A5430によることができる。

上記のように、本発明において使用される無機系の板もしくはシート材は木材と同様な上記の特性を有するが、無機系である点で木材と異なる。このような無機系材料としては、ケイ酸カルシウム、セメント、スラグ石膏等を主体とするものが挙げられるが、特に好適には、未膨張バーミキュライトを基材に配合してなり、かつその配合量が全組成物（固形分）の３〜７０質量％である組成物を成形して得られるものが挙げられる。この基材は、後述するバーミキュライトの特性を実質的に劣化させないものであれば特に制限されないが、親水性であるのが好適である。このような親水性基材としては、たとえば、石膏、セメント、ケイ酸カルシウム、スラグ石膏またはこれらの類似物が挙げられる。これらは適宜併用することもできる。石膏は無水もしくは含水塩のいずれであってもよく、セメントもポルトランドセメントをはじめとする各種セメントを使用し得る。この場合、骨材および混和材が使用される。また、ケイ酸カルシウムとしては、とくに制限されないが、ケイ酸質原料と石灰をオートクレーブ中で水熱反応させて得られるもの（トバモライトもしくはゾノトライト）が一般的である。スラグ石膏は、高炉水砕スラグ粉末を２０〜４０％含み、２水石膏（排脱石膏）を６０〜８０％、ポルトランドセメント１〜５％混合されたものが一般的である。

一方、上記基材に配合されるバーミキュライト（ヒル石）は、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする、黒雲母に類似した薄片状の鉱物であり、一般的な黒雲母系、緑泥石系のいずれでもよく、産地により組成等に差異があっても使用し得る。比表面積(窒素吸着法)は通常１０ｍ^２／ｇ以下である。粒径も特に制限されないが、通常、５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下,特に好ましくは０．５ｍｍ以下である。

本発明においては、このようなバーミキュライトを実質的に未膨張の状態で使用する。すなわち、バーミキュライトは、通常１０〜２０％程度の水を含んでおり、高温（層間水が脱離し始める約３２０℃から１０００℃）での急激な加熱により脱水され、層に垂直の方向に著しく膨張して、ヒルのように伸び多孔体となる（多くは１０００℃、１〜２秒で、もとの厚さの１０〜３０倍）。したがって、本発明においては実質的にこのような膨張を得ていないものが使用される。

さらに本発明においては、このバーミキュライトを基材に配合するに先立ち、活性化処理したものを用いるのが好適である。活性化処理は、バーミキュライトが吸着している有機物もしくは無機物を離脱させ、本来有する調湿、吸着性能等を再構成・回復させることを目的とする。たとえば、加圧水蒸気処理、食塩水による煮沸処理等が挙げられるが、好ましくは１０５℃〜２００℃の飽和蒸気圧での水蒸気処理によることができる。

また、特に基材がケイ酸カルシウム系である場合には、活性化処理されていないバーミキュライトを水熱反応前に配合しても、その後にたとえば１５０℃〜２００℃程度の飽和蒸気圧でオートクレーブ処理を受けるので、結果的に活性化処理がなされることになる。

基材へのバーミキュライトの配合は、その配合量が全組成物（固形分）の３〜７０質量％、好ましくは１０％〜５０質量％になるように行われる。基材の種類、目的とする建材の性能、たとえば調湿度等、に応じて選ばれるが、好適な吸放湿の量および速度を得るためのバーミキュライトの十分なチャンネリング（ネットワーク）を形成させるには、一般的には１５質量％以上が特に好ましい。

上記の組成物には、上記の未膨張バーミキュライトのほかに、その他の目的のために建材にそれぞれの基材に固有に用いられる種々の配合材、さらには、その他を適宜配合し得る。その種類、配合量は、常法によることができる。たとえば、骨材、補強材、混和剤、軽量化材等、より具体的にはパルプ、セルロース繊維、ガラス繊維、ヒュームドシリカ、発泡ガラス、シラスバルーン、アルミナバルーン、パーライト、ワラストナイト、セピオライト、砂利、砂、有機バインダー等が適宜選択される。

得られる組成物は、抄造成形、押出し成形、プレス成形、鋳込み成形等の常法により、ボード等の所望の形状、大きさの面材とすることができる。一般的にはボードの場合、工業的には、いわゆる抄造機を用いた抄造成形が選ばれる。

このように未膨張バーミキュライトを用いて得られる無機系の板もしくはシート材は、通湿性を有し、適度な放湿特性を有するので、調湿機能に優れる。たとえば、吸湿および放湿のバランス、量および速度に優れる。したがって、結露、ソリ等を防止でき、さらにはカビ、ダニ等の繁殖を効果的に抑制できる。仮に、内側で結露が発生しても吸水性に優れているため、外側に水を吸水、放出しうる。さらに、消臭機能に優れる。たとえば、ホルムアルデヒド，トルエン，キシレン等の揮発性化学物質もしくは臭いのあるガス類を吸着・分解しうる。

さらには本発明の無機系の板もしくはシート材は上述のような可塑変形性を有するので、特に風圧、地震等により急激な変形（歪み）を受けても、応力吸収性に優れ、クラック、破壊等の発生しにくいという利点を有する。

本発明においては、少なくとも１枚の上記の木質系の板もしくはシート材と少なくとも１枚の上記の無機系の板もしくはシート材とを、積層一体化する。たとえば、木質系の板もしくはシート材と無機系の板もしくはシート材の枚数は同数であっても異なっていてもよく、たとえば１＋１、１＋２、２＋１、２＋２、等のいずれであってもよい。これらは交互に積層されるのが通常であるが、必ずしも交互である必要はない。得られる複合材の両面は同一（すなわち、両面とも木質系もしくは無機系）であっても、異なるもの（片面が木質系で残りの面が無機系）でもよく、目的に応じて選定しうる。さらに、目的に応じ他の材料、たとえばプラスチックシート類、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の補強繊維類（樹脂を含浸していてもよい）、等を併用して少なくとも部分的に積層することもできる。

本発明においては木質系の板もしくはシート材が、無機系の板もしくはシート材の締結端面の一部に積層されていてもよい。締結具としては、くぎ、小ねじ、ボルト・ナット、びょう、ステープルもしくはピンが好適に使用される。また、金属系のシート材が、無機系の板もしくはシート材の締結端面の少なくとも一部に積層されていてもよい。締結端面はたとえば好適には無機系の板もしくはシート材の垂直部両端であるが、四隅部にL字型に用いることもできる。これらの態様においては、締結具のめり込みを防止しうる。

本発明の複合材の寸法は、用途により適宜選定しうる。

本発明の複合材は用途に応じ、常法により種々の製品形態に加工しうる。製品形態としては、たとえば、各種の内装部材、装飾用部材、外装部材等が挙げられる。

本発明の複合材は、木質系の板もしくはシート材と無機系の板もしくはシート材を用いることにより、両者の利点を生かしつつそれらの難点を補完しうるものである。たとえば、木質系の圧縮強度を向上するとともに無機系の引張り強度を向上し得；木質系を比重調整して軽量化し得；木質系を不燃化し得；剛性を高くしうるので開口部を設けたときの開口部への応力集中を緩和し得；無機系に比し締結具の保持力を向上しうるので、締結具の繰り返し使用を容易にする。さらに、本発明の複合材は、構造耐力面材としても使用し得るので、木質系材料の耐火性を向上させた耐力壁構造を提供しうる。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお部は質量部を表わす。
参考例１
ケイ酸質原料としてケイ石粉末２７部、石灰質原料として消石灰２７部および補強繊維としてパルプ６部、さらに未膨張バーミキュライト（南ア産、粒径０．２５〜０．５ｍｍ）４０部を出発原料として、これらに水を添加して混合し固形分約１２％のスラリーとし、抄造機により生シートを形成させた後，オートクレーブ中（１６０〜１８０℃、約１０時間）で加圧養生させ、ついで８０℃未満で所定の含水率になるまで乾燥させ、ケイ酸カルシウムボード（９１０ｍｍ×１８２０ｍｍ×４．０ｍｍ）を得た。
参考例２
ケイ石粉末４２部、消石灰４２部、パルプ６部および未膨張バーミキュライト１０部を用いて参考例１と同様にして珪酸カルシウムボードを得た。
参考例３
スラグ粉末１６部、排煙脱硫石膏粉末３８部、パルプ６部および未膨張バーミキュライト４０部に水を添加して混合し固形分約１２％のスラリーとした。ついで，抄造機で生シートを形成し、その後約８０℃で約１２時間、蒸気養生させ、さらに８０℃未満で乾燥させてスラグ石膏ボード（９１０ｍｍ×１８２０ｍｍ×４．０ｍｍ）を得た。
参考例４
半水石膏６０部、未膨張バーミキュライト４０部および水２４部を混合し、得られた混合物を所定の型に鋳込み成形して板状とし、ついで常温で養生し、さらに８０℃未満で乾燥して石膏ボード（９１０ｍｍ×１８２０ｍｍ×４．０ｍｍ）を得た。

参考例１〜４で得られたボードは、いずれも３点曲げ試験においてクロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加しても、ひずみ可塑変形量が増加する特性を有するものであった。
実施例１
図１の（a）において、参考例１で得られた珪酸カルシウムボードに合板（２）（厚さ５．５ｍｍ、３プライ）を三次元架橋性接着剤（株式会社オーシカ製水性高分子−イソシアネート樹脂「鹿印ピーアイボンドＴＰ−１１１」）を用いて２液を混合させた後、ヘラにより塗布して常法により貼り合わせた（（３）は接着剤層を示す）。得られた珪酸カルシウムボード/合板複合材の耐力試験を行なったところ、両面とも壁倍率（実倍率）３．６倍であった。比較のために、参考例１で得られたボード単独について耐力試験を行なったところ、壁倍率（実倍率）２．６倍であった。
実施例２
図１の（ｂ）において、参考例２で得られた珪酸カルシウムボード（４）2枚と合板（２）（厚さ５．５ｍｍ、３プライ）１枚を三次元架橋性接着剤（株式会社オーシカ製レゾルシノール樹脂「ディアノ−ルＤ−３２０」）を用い、アルデヒド硬化剤と混合してヘラにより交互に貼り合わせて（（５）は接着剤層を示す）、珪酸カルシウムボード/合板/ケイ酸カルシウムボードのサンドイッチ構造の複合材を得た。
実施例３
合板（厚さ５．５ｍｍ、３プライ）２枚を用いるほかは実施例２と同様にして、珪酸カルシウムボード/合板/ケイ酸カルシウムボード/合板のサンドイッチ構造の複合材（図１の（ｃ）に示す）を得た。

本発明は、防音性（遮音・吸音）、防火・耐火性、軽量性、優れた圧縮および引張り強度（優れた可塑変形性）、通湿性等を有し得、構造耐力面材としても使用しうる複合材を提供提供しうる。

（a）〜（ｃ）は、実施例１〜３で得られた複合材の断面概略図である。

符号の説明

１ケイ酸カルシウムボード
２合板
３接着剤層
４ケイ酸カルシウムボード
５接着剤層

Claims

木質系の板もしくはシート材または金属系シート材と、３点曲げ試験においてクロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加しても、ひずみ可塑変形量が増加する特性を有する無機系の板もしくはシート材とを積層一体化してなる複合材。
接着剤を用いて積層一体化してなる請求項１記載の複合材。
接着剤が三次元架橋性接着剤である請求項２記載の複合材。
三次元架橋性接着剤が水性高分子−イソシアネート樹脂もしくはレゾルシノ−ル樹脂である請求項３記載の複合材。
木質系の板もしくはシート材が木材、単板、合板、パーティクルボードもしくは繊維板からなる請求項１記載の複合材。
無機系の板もしくはシート材が、クロスヘッド速度が５ｍｍ/分から５０ｍｍ/分に増加してもひずみ可塑変形量が増加し、かつ曲げ強度は実質的に変わらないか、もしくはやや増加する特性を有する請求項１記載の複合材。
少なくとも１枚の木質系の板もしくはシート材と少なくとも１枚の無機系の板もしくはシート材とを交互に積層一体化してなる請求項１〜６のいずれか記載の複合材。
木質系の板もしくはシート材が、無機系の板もしくはシート材の締結端面の少なくとも一部に積層されてなる請求項１〜６のいずれか記載の複合材。
金属系のシート材が、無機系の板もしくはシート材の締結端面の少なくとも一部に積層されてなる請求項１〜６のいずれか記載の複合材。
締結端面が無機系の板もしくはシート材の垂直部両端である請求項８もしくは９記載の複合材。
無機系の板もしくはシート材が未膨張バーミキュライトを基材に配合してなり、かつその配合量が全組成物（固形分）の３〜７０質量％である組成物を成形して得られる請求項１〜１０のいずれか記載の記載の複合材。
基材が、石膏、セメント、ケイ酸カルシウム、スラグ石膏の一種以上から選択される請求項１１記載の複合材。
成形が抄造成形、押出し成形、プレス成形もしくは鋳込み成形である請求項１１記載の複合材。
請求項１〜１３のいずれか記載の複合材を用いてなる耐力壁構造。