JP2008162833A

JP2008162833A - 無機質成形体およびその製造方法

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Publication number: JP2008162833A
Application number: JP2006353260A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakagawa; 温中川
Original assignee: Nichiha Corp
Current assignee: Nichiha Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP5080077B2

Abstract

【課題】
本発明は、施工性等の物性が良好で、しかも安価な無機質成形体およびその製造方法を提供するものである。
【解決手段】
水硬性無機質材料であるセメント系材料と、ケイ酸質含有材料である微粉ケイ酸質含有材料及び粗粉ケイ酸質含有材料と、木質補強材である木粉及びパルプとからなることを特徴とする無機質成形体。
さらに、セメント系材料と、微粉ケイ酸質含有材料と、粗粉ケイ酸質含有材料と、木粉と、パルプと、適量の水とを混練して原料混合物とする工程と、該原料混合物を押出成形する工程と、前記押出成形する工程にて押出された成形中間体を硬化養生する工程とからなることを特徴とする無機質成形体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、水硬性無機質材料と、ケイ酸質含有材料と、木質補強材とを主成分とする無機質成形体およびその製造方法に関するものである。

従来からセメント等の水硬性無機質材料と、ケイ酸質含有材料と、木質補強材とを主原料として適量の水、押出助剤（増粘剤）を添加混合し、押出成形機にて原料混合物を押出成形する、いわゆる押出成形法による無機質成形体の製造方法がある。
木質補強材としては、成形後の強度維持のために、パルプ系の補強繊維やポリプロピレン繊維や、ビニロン繊維などの有機繊維がよく使用される。
例えば、特開２００１−２３３６５３には、特定のパルプ繊維と特定の有機繊維が使用されることが開示されている。
しかしながら、ポリプロピレン繊維等の有機繊維は、高価なために製品価格が上がってしまい、安価での商品提供が難しい。
また、押出成形後の保形性のために木粉が使用される場合がある。
例えば、特開平３−２５７０５２には、補強繊維としてはガラス繊維が使用され、また、木粉が添加されることが開示されている。
また、特開平６−０３２６４３には、補強繊維としてビニロン繊維が使用され、また、撥水処理された木粉が添加されることが開示されている。
しかしながら、いずれも補強繊維として高価なガラス繊維やビニロン繊維が使用されているので、安価での商品提供が難しい。
特開２００１−２３３６５３号公報特開平３−２５７０５２号公報特開平６−０３２６４３号公報

本発明は、施工性等の物性が良好で、しかも安価な無機質成形体およびその製造方法を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するための本請求項１に記載の無機質成形体は、水硬性無機質材料であるセメント系材料と、ケイ酸質含有材料である微粉ケイ酸質含有材料及び粗粉ケイ酸質含有材料と、木質補強材である木粉及びパルプとからなることを特徴とする。

また、請求項２に記載の無機質成形体は、請求項１に記載の無機質成形体において、全固形分に対して、前記セメント系材料は２５〜４５質量％であり、前記ケイ酸質含有材料は２５〜４５質量％であり、前記木質補強材は７〜１５質量％であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の無機質成形体は、請求項２に記載の無機質成形体において、前記ケイ酸質含有材料の全固形分に対して、前記微粉ケイ酸質含有材料は２０〜５０質量％であり、前記木質補強材の全固形分に対して、前記木粉は１０〜６０質量％であることを特徴とする。

また、請求項４に記載の無機質成形体は、請求項２又は請求項３に記載の無機質成形体において、前記微粉ケイ酸質含有材料は、ブレーン比表面積７０００〜１１０００ｃｍ^２／ｇであり、前記粗粉ケイ酸質含有材料は、ブレーン比表面積３０００〜４０００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする。

また、請求項５に記載の無機質成形体は、請求項４に記載の無機質成形体において、前記木粉は、標準篩１６メッシュ通過分であり、前記パルプは、平均繊維長０．３〜１．５ｍｍであることを特徴とする。

また、請求項６に記載の無機質成形体は、請求項１又は請求項５に記載の無機質成形体において、さらに、増粘剤と減水剤とが含有されていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の無機質成形体の製造方法は、セメント系材料と、微粉ケイ酸質含有材料と、粗粉ケイ酸質含有材料と、木粉と、パルプと、適量の水とを混練して原料混合物とする工程と、該原料混合物を押出成形する工程と、前記押出成形する工程にて押出された成形中間体を硬化養生する工程とからなることを特徴とする。

本発明によれば、施工性等の物性が良好で、しかも安価な無機質成形体およびその製造方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明の無機質成形体は、水硬性無機質材料と、ケイ酸質含有材料と、木質補強材とを主成分としている。

［水硬性無機質材料］
水硬性無機質材料とは、水と接触することで、水和反応が起こり、硬化を始めるもので、セメントや石灰等がある。
本発明に使用する水硬性無機質材料としては、ポルトランドセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等のセメント系材料が好ましい。
特にそのなかでも、普通ポルトランドセメントを使用することが好ましい。

［ケイ酸質含有材料］
ケイ酸質含有材料とは、化学組成として、ケイ酸（ＳｉＯ_２）を含有している材料で、ケイ砂や珪藻土等がある。
本発明に使用するケイ酸質含有材料としては、ケイ砂、珪石粉、珪藻土、シリカフューム、フライアッシュ、ボトムアッシュ、高炉スラグ、鋼鉄スラグ、シラスバルーン、パーライト等がある。
特に、ケイ砂、フライアッシュを使用することが好ましい。

［粗粉ケイ酸質含有材料］
本発明に使用する粗粉ケイ酸質含有材料としては、前記ケイ酸質含有材料の中から、ブレーン比表面積３０００〜４０００ｃｍ^２／ｇのものを使用することが好ましい。
ブレーン比表面積が３０００ｃｍ^２／ｇよりも粗いと、ケイ酸カルシウム反応の反応性が低くなる。

［微粉ケイ酸質含有材料］
本発明に使用する微粉ケイ酸質含有材料としては、前記ケイ酸質含有材料の中から、ブレーン比表面積７０００〜１１０００ｃｍ^２／ｇのものを使用することが好ましい。
また、前記粗紛ケイ酸質含有材料をボールミルやローラミルにて、粉砕し、前記ブレーン比表面積に微粉化したものを使用してもよい。
ブレーン比表面積が１１０００ｃｍ^２／ｇよりも細かくても、それほど物性向上に寄与せず、逆に粉体としての扱いが難しくなり、コストアップにつながる。

［木質補強材］
木質補強材としては、木粉、木片、木毛、木繊維、パルプ、木質繊維束、木質ファイバー等があるが、本発明に使用する木質補強材としては、木粉とパルプとの組み合わせが好ましい。
さらに、木粉としては、標準篩１６メッシュ通過分であるものが好ましく、さらには、標準篩３０メッシュ通過分を使用することが好ましい。
パルプは、平均繊維長０．３〜１．５ｍｍ（ＪＡＰＡＮＴＡＰＰＩ紙パルプ試験法による）であるものが好ましい。
使用する木粉の樹種としては、硬化阻害成分をあまり含まないヒノキやベイツガ等はもちろん、硬化阻害成分を多く含んでいるスギやベイスギも選べる。
また、使用するパルプの樹種としては、ＬＵＫＰ、ＬＢＫＰが好ましい。

［増粘剤］
本発明で使用する増粘剤は、押出助剤として使用されるもので、粘性を高めることで、押出圧力を低下させ、造形性を良くするものである。
具体的には、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ＰＶＡ等が挙げられるが、セルロース誘導体を使用することが好ましい。

［減水剤］
本発明で使用する減水剤としては、カルボン酸系や、スルホン酸系、ポリエチレングリコール系を使用することが好ましい。
カルボン酸系のものとしては、ポリメタクリル酸のエーテル変性物やエステル変性物などの変性ポリカルボン酸、オキシカルボン酸等を用いる。
また、スルホン酸系のものとしては、ナフタレンスルホン酸、リグニンスルホン酸、アルキルアリルスルホン酸、メラミンスルホン酸等があるが、特に、ナフタレンスルホン酸・ホルマリン縮合物塩を使用することが好ましい。

［その他］
その他、適宜、無機質軽量体や有機質軽量体、無機質成形体の廃材、中間製品の粉砕物等を添加してもよい。
例えば、マイカは、通常、層状構造を有し、吸湿性がなく、剛性を有する高弾性体であるので、製品の寸法安定性に寄与する。
本発明において用いられるマイカとしては、平均粒径２００μm以上７００μm以下、アスペクト比が６０以上１００以下のフレーク状のものが好ましい。
なお、この場合のアスペクト比とは、粒径に対する厚みの比率のことをいう。
また、顔料が添加されてもよい。
顔料としては、酸化チタン、鉛白（塩基性炭酸鉛）、亜鉛華（酸化亜鉛）、三酸化アンチモン、カーボンブラック、黄鉛（クロム酸鉛）、黄色酸化鉄（含水酸化第二鉄）、べんがら（酸化第二鉄）、カドミウム系顔料、コバルト系顔料、銅系顔料、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナホワイト、シリカパウダー、クレー等が挙げられる。

［原料配合］
次に、本発明に係る無機質成形体の原料配合比率について説明する。
本発明においては、水硬性無機質材料２５〜４５質量％、ケイ酸質含有材料２５〜４５質量％、木質補強材７〜１５質量％で混合して、原料混合物とする。
水硬性無機質材料が４５質量％より多いと、最終成形体の長期的な耐久性が低下する危険性があり、２５質量％より少ないと、水硬性成分が少なく、硬化不足になって曲げ強度等の諸物性に問題が起こる危険性がある。
ケイ酸質含有材料が４５質量％よりも多いと、ケイ酸カルシウム反応で反応しないケイ酸分が多数存在し、耐凍結融解性能等の諸物性に問題が起こる可能性があり、２５質量％より少ないと、ケイ酸カルシウム反応に必要なケイ酸分が少なく曲げ強度低下につながる危険性がある。
木質補強材が１５質量％よりも多いと、流動性が悪化しやすくなって製造が難しくなり、７質量％より少ないと、曲げ強度等の物性に問題が起こる可能性がある。
また、全ケイ酸質含有材料に対して、微粉ケイ酸質含有材料は２０〜５０質量％であり、全木質補強材に対して、木粉は１０〜６０質量％となるように混合してある。
全ケイ酸質含有材料に対して、微粉ケイ酸質含有材料が５０質量％より多いと、製品が固くなり過ぎて施工性が悪化し、また、２０質量％より少ないと、最終強度に寄与しない。
全木質補強材に対して、木粉が６０質量％よりも多いと、たわみ量が低下して、靭性がなくなり、また、１０質量％よりも少ないと、逆に保形性に寄与せず、コストメリットもない。
また、水硬性無機質材料とケイ酸質含有材料との質量比率は、４０：６０〜６０：４０であることが望ましい。
ケイ酸質含有材料の質量比率が４０％より低いと、ケイ酸カルシウム反応が充分に起こりきらない危険性があり、また６０％よりも多いとケイ酸カルシウム反応で反応しないケイ酸分が多数存在することになる。

［製造方法］
次に本発明に係る無機質成形体の製造方法について説明する。
まず、セメント系材料と、微粉ケイ酸質含有材料と、粗粉ケイ酸質含有材料と、木粉と、木質パルプと、増粘剤とを適量の水とをニーダルーダー等で混練して原料混合物とする。
ここで、減水剤を添加して水の添加量を減じてもよい。
次に、前記原料混合物を押出成形機により押出成形する。
そして、押出された成形中間体を硬化養生し、無機質成形体となる。
硬化は、４０〜８０℃、６〜１２時間、養生はオートクレーブにて、１４５〜１７０℃、６〜１０時間行われることが好ましい。
こうして無機質成形体を製造し、該無機質成形体は外壁材等に使用される。

以下に本発明の実施例を挙げる。
表１、表２に示す原料配合にて、実施例１〜６、比較例１〜４を製造した。
セメントとして普通ポルトランドセメント、粗紛ケイ酸質含有材料としてブレーン比表面積３７００ｃｍ^２／ｇのケイ砂やフライアッシュ、微粉ケイ酸質含有材料としてブレーン比表面積１００００ｃｍ^２／ｇのケイ砂、木質補強材として、標準篩１６メッシュ通過分（目開き１ｍｍ）の木紛、平均繊維長１．０ｍｍ
のパルプ、軽量体として発泡ポリスチレンビーズ、さらに増粘剤としてヒドロキシエチルメチルセルロース（信越化学工業（株）製商品名メトローズ）、減水剤としてナフタレンスルホン酸・ホルマリン縮合物塩（花王（株）製商品名マイティ）を使用した。
硬化は、６０℃、１０時間、養生はオートクレーブにて１６５℃、８時間で行われた。
諸物性を表３、表４に示す。
曲げ強度、最大たわみ量は、ＪＩＳＡ１４０８に準じ測定した。
押出安定性は、押出成形時の押出成形体のスピード、方向、流れ、厚み、幅等
が安定しているかを目視により総合的に判断し、非常に良い→◎、良好→○、やや悪い→△、悪い→×、として評価した。
表面性は、押出直後の押出成形体表面の凹凸や亀裂等の有無を目視により判断
し、非常に良い→◎、良好→○、やや悪い→△、悪い→×、として評価した。
施工性は、押出成形体を硬化養生した後の製品としての釘打ち適性で判断し、
非常に良い→◎、良好→○、やや悪い→△、悪い→×、として評価した。
造形性は、押出成形体を硬化養生した後の成形体のカッターによる切断時の切断の鋭さ、表面の毛羽立ち、欠け等で判断し、非常に良い→◎、良好→○、やや悪い→△、悪い→×、として評価した。

表３によれば、木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約４５質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２３質量％である実施例１は、押出安定性は○（良好）の評価で、表面性も○（良好）、施工性も○（良好）、造形性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約２３質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２３質量％である実施例２は、押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価で、表面性も○〜△（良好〜やや悪い）、施工性は◎〜○（非常に良い〜良好）、造形性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約２０質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２４質量％である実施例３は、押出安定性は○（良好）の評価で、表面性は◎（非常に良い）、施工性は○（良好）、造形性は○（良好）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約３８質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２３質量％である実施例４は、押出安定性は○（良好）の評価で、表面性も○（良好）、施工性は◎〜○（非常に良い〜良好）、造形性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約３８質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約４９質量％である実施例５は、押出安定性は◎〜○（非常に良い〜良好）の評価で、表面性は○（良好）、施工性は○〜△（良好〜やや悪い）、造形性は○（良好）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約３８質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２０質量％である実施例６は、押出安定性は○（良好）の評価で、表面性も○（良好）、施工性も○（良好）、造形性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価であった。

実施例１〜６については、ポリプロピレン繊維等の高価な補強繊維を使用しなくても、使用した比較例１同等以上の諸物性を得ることができ、さらに安価で無機質成形体を製造することができた。

表４によれば、木質補強材としてパルプのみが添加され、ポリプロピレン繊維を２質量％添加された比較例１をブランクとしている。押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）、表面性は○（良好）、施工性は○〜△（良好〜やや悪い）、造形性は○（良好）の評価で、ブランクの比較例１と比べて実施例１〜６は遜色ない値を示している。

木質補強材として木粉のみが添加されている比較例２は、押出安定性は×（悪い）の評価で、表面性は△（やや悪い）、施工性は△〜×（やや悪い〜悪い）、造形性は×（悪い）の評価であった。

木質補強材としてパルプのみが１３質量％添加されている比較例３は、押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価であったが、表面性は△（やや悪い）、施工性は○〜△（良好〜やや悪い）、造形性は×（悪い）の評価であった。

微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間でない約８６質量％である比較例４は、押出安定性は◎〜○（非常に良い〜良好）であり、表面性も
○（良好）、造形性も◎（非常に良い）の評価であったが、施工性が△〜×（やや悪い〜悪い）の評価であった。

さらに、表５、表６に示す原料配合で、実施例７〜９、比較例５〜６を製造した。
軽量体として、発泡ポリスチレンビーズの換わりにパーライトを使用したこと以外は、実施例１〜６、比較例１〜４と同様の原料、硬化養生条件にて製造した。
諸物性を表７、表８に示す。
測定方法、装置は実施例１〜６、比較例１〜４と同様である。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約３８質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間である約２０質量％である実施例７は、押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価で、表面性は○（良好）、施工性は◎〜○（非常に良い〜良好）、造形性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約２０質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２２質量％である実施例８は、押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価で、表面性は○（良好）、施工性も○（良好）、造形性も○（良好）の評価であった。

木質補強材として木紛とパルプが添加され、全木質補強材に対して木紛が１０〜６０質量％の間の約５０質量％であり、さらに微粉ケイ酸質含有材料と粗紛ケイ酸質含有材料とが添加され、全ケイ酸質含有材料に対して微粉ケイ酸質含有材料が２０〜５０質量％の間の約２２質量％である実施例９は、押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）の評価で、表面性は○（良好）、施工性も○（良好）、造形性も○（良好）の評価であった。

木質補強材として木紛のみが添加されている比較例５は、押出安定性は△〜×（やや悪い〜悪い）の評価で、表面性は△（やや悪い）、施工性は△〜×（やや悪い〜悪い）、造形性は△（やや悪い）の評価であった。

木質補強材としてパルプのみが添加されている比較例６は、押出安定性は○〜△（良好〜やや悪い）、施工性も○〜△（良好〜やや悪い）の評価であったが、表面性は×（悪い）、造形性も×（悪い）の評価であった。

Claims

水硬性無機質材料であるセメント系材料と、ケイ酸質含有材料である微粉ケイ酸質含有材料及び粗粉ケイ酸質含有材料と、木質補強材である木粉及びパルプとからなることを特徴とする無機質成形体。
全固形分に対して、前記セメント系材料は２５〜４５質量％であり、前記ケイ酸質含有材料は２５〜４５質量％であり、前記木質補強材は７〜１５質量％であることを特徴とする請求項１に記載の無機質成形体。
前記ケイ酸質含有材料の全固形分に対して、前記微粉ケイ酸質含有材料は２０〜５０質量％であり、前記木質補強材の全固形分に対して、前記木粉は１０〜６０質量％であることを特徴とする請求項２に記載の無機質成形体。
前記微粉ケイ酸質含有材料は、ブレーン比表面積７０００〜１１０００ｃｍ^２／ｇであり、前記粗粉ケイ酸質含有材料は、ブレーン比表面積３０００〜４０００ｃｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の無機質成形体。
前記木粉は、標準篩１６メッシュ通過分であり、前記パルプは、平均繊維長０．３〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の無機質成形体。
さらに、増粘剤と減水剤とが含有されていることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の無機質成形体。
セメント系材料と、微粉ケイ酸質含有材料と、粗粉ケイ酸質含有材料と、木粉と、パルプと、適量の水とを混練して原料混合物とする工程と、該原料混合物を押出成形する工程と、前記押出成形する工程にて押出された成形中間体を硬化養生する工程とからなることを特徴とする無機質成形体の製造方法。