JP2008162833A - 無機質成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
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
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。
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。
ケイ酸質含有材料とは、化学組成として、ケイ酸(SiO2)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。
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3000〜4000cm2/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3000cm2/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。
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7000〜11000cm2/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11000cm2/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(JAPAN TAPPI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。
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。
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、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。
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。
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。
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3700cm2/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10000cm2/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、JIS A 1408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。
○(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。
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。
Claims (7)
- 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7000〜11000cm2/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3000〜4000cm2/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。
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