JP2009023864A

JP2009023864A - 機能性建材

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Publication number: JP2009023864A
Application number: JP2007187574A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakamura; 裕中村; Yuuchiyu Ito; 優忠井東; Masaaki Nagai; 正明長井; Yasumitsu Shimada; 泰光嶋田; Kaku Matsunaga; 格松永
Original assignee: Ube Industries Ltd; Ube Board Co Ltd
Current assignee: Ube Board Co Ltd; Ube Corp
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-02-05
Also published as: TW200916431A; KR20090009146A

Abstract

【課題】優れた吸放湿特性を有すると共に、ＶＯＣや悪臭成分等の吸着能に優れ、且つこれらの吸着した物質を無害化する機能を有し、長期間に渡って室内空気の汚染を防ぎ、快適な環境に保持できる性能を有する、機能性建材を提供すること。
【解決手段】珪藻土３０〜７５質量％を含む原料を成型して得られる無機質成型体を、１５０〜２００℃の温度下で且つ４７０〜１５６０ｋＰａの圧力下で養生させることにより得られる微細な細孔を有する構造を持つ珪酸カルシウム水和物からなる機能性建材。好ましくは、上記の微細な細孔を有する構造を持つ珪酸カルシウム水和物が、孔径２〜２００ｎｍの細孔を有し且つ含水率が２〜２０質量％である珪酸カルシウム水和物であって、この細孔の内部に珪酸カルシウム結合水以外の遊離の弱アルカリ水を含有するものである、上記機能性建材。
【選択図】なし

Description

本発明は、優れた調湿能力を持ち、且つ揮発性有機化合物等の有害ガスを吸着し、アルカリ分解により有害ガスを無害化する機能を有していることから、建築物の内装建材等に好適に使用される機能性建材に関するものである。

夏場に高温多湿となる日本においては、建築物は構造的に通風性に配慮すると共に、材質的には木材、土壁等の調湿性を有する材料を使用した家屋が伝統的に利用されてきた。しかし、近年、空調機器が発達するに連れ、建築物の気密性を向上させることが要求されるようになり、それを可能にする新建材の開発も進み、各種新建材が使用されるようになった。これらの新建材は、気密性、耐火性、更には遮音性能に優れたものであり、空調機器使用下では結露等の問題はないが、調湿機能が十分でなく、空調を使用しない場合、建材表面の結露が問題となっている。

また、建築物の機密性が高まったことにより、これらの新建材、家具に使用される接着剤・塗料やフローリングに使用される防腐剤から発生するＶＯＣ (揮発性有機物質：volatile organic compound)による室内汚染がシックハウス症候群の原因として、更に大きな問題となっている。

前者の結露問題に対しては、出願人は、吸放湿特性に優れた内装用建材として、特許文献１の調湿建材を提案した。この特許文献１の調湿建材は、高い吸放湿速度、吸放湿容量を示し、機械的特性も優れていることから、内装用建材として使用すれば居住空間を快適な湿度に保つことが可能となる。

一方、後者のＶＯＣ問題に対しても、上記特許文献１の調湿建材は、基材中に含有される多孔質材料によってＶＯＣ等を吸着する機能も有している。しかしながら、その吸着量に限界があり、長時間使用し飽和吸着量に達すると、吸着したＶＯＣや悪臭成分等を再放出するといった問題があった。

特許第３７６２８５１号公報

本発明は、前述の特許文献１に開示された調湿建材を、その優れた吸放湿特性を維持したまま、更にそのＶＯＣや悪臭成分等の吸着能を向上させると共に、これらの吸着した物質を無害化する機能を該調湿建材に付加した、機能性建材の提供を目的とする。

本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、前述の特許文献１に開示された調湿建材の製造において、成型体の養生を高温・高圧下で行うことにより、微細な細孔を有する構造を持つ珪酸カルシウム水和物が形成され、優れた調湿速度、調湿容量を有し、且つＶＯＣや悪臭成分を無害化し、ＶＯＣや悪臭成分が再放出することがない機能性建材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、珪藻土３０〜７５質量％を含む原料を成型して得られる無機質成型体を、１５０〜２００℃の温度下で且つ４７０〜１５６０ｋＰａの圧力下で養生させることにより得られる微細な細孔を有する構造を持つ珪酸カルシウム水和物からなる機能性建材を提供するものである。

本発明の機能性建材は、建築物の内装用建材として十分な機械的特性、優れた調湿機能を有するのは勿論のこと、シックハウス症候群の原因となるＶＯＣや悪臭成分等の吸着能に優れ、且つこれらの吸着した物質を弱アルカリ水により溶解・分解して無害化する機能を有するため、長期間に渡って室内空気の汚染を防ぎ、快適な環境に保持できる性能を有しており、建築分野におけるその用途は広い。

以下、本発明の機能性建材について、その好ましい製造方法に基づいて説明する。
珪藻土は、本発明の機能性建材において、微細な細孔を有する珪酸カルシウム水和物を得るための出発原料である。出発原料中の珪藻土含有量が大でも少でも目的とする珪酸カルシウム水和物の生成が困難となり、機能性建材の強度低下にも繋がることから、過多または過少の配合は避けることになる。本発明では、珪藻土の配合量は、例えば珪藻土のＳｉＯ_２含有量が７８質量％の場合、質量比で原料全体の３０〜７５％、好ましくは５０〜７０％とすることにより、調湿性、ＶＯＣの弱アルカリ分解（無害化）及び強度が共に優れた特性を有する機能性建材を得ることができる。
珪藻土は、産状・産地により成分組成が多少変動する。変動の大きいものは配合量を補正することにより使用できるが、ＳｉＯ_２含有量が７０％以上の珪藻土を使用するのが好ましい。ＳｉＯ_２含有量が７０％未満の珪藻土を使用すると不純物の影響で十分反応せず、目的とする細孔が得られないおそれがある。
珪藻土以外の無機質成型体の原料成分としては、消石灰、珪砂、石膏、パーライト、研削ダスト等が挙げられ、これら無機材料の他、パルプ、繊維（無機、有機）等を含んでいてもよい。

本発明で用いられる無機質成型体は、抄造で成型することが最も適しているが、プレス成型等、板状建材の製造方法であればどの方法を使用しても性能に差異はない。一例として抄造で成型する場合、無機質成型体の原料としては、珪藻土３０〜７５質量％、消石灰２０〜４０質量％、珪砂１〜１０質量％、石膏１〜１０質量％、パルプ１〜１０質量％及び繊維０．１〜３質量％を含む原料を用いるのが好ましい。
抄造での成型を可能にするためには、抄造前のスラリーがある程度の粘性を有していることが要求されるが、原料に石膏を配合することで粘性を付与することができる。石膏を配合する場合、石膏量は、質量比で原料全体の好ましくは１〜１０％、より好ましくは３〜７％とする。石膏量が１％より少ないと、抄造が困難になる。また、抄造が難しくなると十分な調湿能力を付与するための珪藻土の添加ができなくなる。一方、石膏量が１０％より大であると膨張により爆裂を起こすことがあり好ましくない。
石膏は、天然品、合成品を問わず、２水、半水、無水物の何れもが使用可能である。

本発明において、原料に消石灰を配合した場合、消石灰は、成型後の養生過程で、珪砂及び珪藻土の一部をＳｉ源として、トバモライト形態（５ＣａＯ・６ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）の珪酸カルシウムを形成する。
トバモライトを形成するＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比は、理論的には、０．８３近くの値に設定する必要が在るはずであるが、ＣａＯに比してＳｉＯ_２の溶解度が低いことから、Ｓｉ量が過剰になるように設定することが好ましい。
原料に消石灰を配合する場合、消石灰の配合量は、質量比で原料全体の好ましくは２０〜４０％、より好ましくは２５〜３５％とする。消石灰の量が多過ぎると、成形体中に微細な細孔を得るために必要な珪藻土残存量が少なくなり、十分な調湿性、ＶＯＣの弱アルカリ分解（無害化）が得られず、逆に消石灰の量が少な過ぎると、珪酸カルシウム生成量が少なくなり、建材として十分な強度を有するものが得られないことがある。

本発明において、珪砂は、珪酸カルシウムのＳｉ源の一つとして原料に配合することができる。珪砂は、Ｃａとの反応速度が緩やかなため、反応速度が速い珪藻土とＣａ源の反応速度を規制し、その結晶化を容易にすることから、原料に配合することが好ましい。原料に珪砂を配合する場合、珪砂の配合量は、質量比で原料全体の好ましくは１〜１０％、より好ましくは１〜５％とする。

本発明で用いられる無機質成型体の原料には、上記無機材料の他に、パルプ及び繊維を配合してもよい。パルプ及び繊維は、成型体の強度及び靭性向上に大きな役割を果たす。該繊維としては、セピオライト、ワラストナイト等の繊維状無機物、レーヨン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニロン等の有機繊維が使用でき、長さ：３〜１２ｍｍ、太さ：１０〜１５０μｍのものを使用するのが好ましい。長さ及び太さが適当でないと、繊維の特性が十分に発現しなかったり、或は、繊維添加による特異的なダマ形成を引き起こし、逆に強度及び熱的特性低下を招いたり、外観不良となる。
原料に繊維を配合する場合、繊維の配合量は、質量比で原料全体の好ましくは０．１〜３％、より好ましくは０．５〜２．０％とする。繊維の配合量が少ないと強度発現の添加効果が十分発揮せず、多すぎると分散性低下によりダマを形成し強度低下に繋がるからである。

上記パルプとしては、木材パルプ、竹パルプ、ボロパルプ、リンターパルプ等の各種のものが使用可能であるが、生産量の９０％を占める木材パルプが好ましい。また、バージンパルプを使用する必要はなく、故紙から製造した回収パルプも特性的には何等問題なく使用でき、コストの面も勘案すると最も好ましい材料である。また、パルプを叩解させて使用することもできる。
上記パルプの繊維長は、０．３〜６ｍｍ、好ましくは０．５〜４ｍｍの範囲のものを使用することにより、無機材料との混合性に優れているだけでなく、じん性等の特性的に優れた建材ボードを得ることが可能となる。
原料にパルプを配合する場合、パルプの配合量は、質量比で原料全体の好ましくは１〜１０％、より好ましくは２〜５％とする。パルプの配合量が少ないと強度発現の添加効果が十分発揮せず、多すぎると分散性低下によりダマを形成し強度低下に繋がるからである。

また、本発明で用いられる無機質成型体の原料には、パーライトを配合することもできる。パーライトは、粒径０．６ｍｍ以下の使用が混合性、強度面から好ましい。また、原料に配合する場合の配合量は、配合量を増やせばより高い軽量化が可能となるが、過度の配合は強度の低下に繋がるため、質量比で原料全体の１０％以下、特に１〜５％とするのが好ましい。

本発明の機能性建材は、製造の最終段階で、サンディングマシンで研削して成形体の厚みを調整して製品とするが、その際に発生する微粉体（研削ダスト）を原料として再利用することができる。研削ダストの配合は、コスト低減に有効であるが、過剰の配合は強度低下に繋がるため、配合量は質量比で原料全体の１０％以下、特に２〜７％とするのが好ましい。

本発明で用いられる無機質成型体の一般的な製造方法は、まず、上記の珪藻土、珪砂、消石灰、石膏、繊維及びパルプを所定量配合し、更に必要に応じて研削ダスト、パーライトを加えた原料を水と攪拌・混合してスラリーを調製する。抄造によって成型する場合は濃度２〜５％のスラリーを調整するのが好ましい。他の成型法を用いる場合はその製法に適したスラリー濃度に調整する。
成型は、該スラリーの抄造が好ましいが、公知の各種板状建材の製造方法が使用可能である。抄造は通常の方法で行えばよい。抄造後の生板は、プレス等の成型工程を経た後、切断して、最終製品である機能性建材の所定の厚さより１〜２ｍｍ厚い無機質成型体を得る。

本発明の機能性建材は、上述のようにして得られた無機質成型体を、１５０〜２００℃の温度下、好ましくは１６０〜１８０℃の温度下で且つ４７０〜１５６０ｋＰａの圧力下、好ましくは６１０〜１０１０ｋＰａの圧力下で養生させることにより得られる。
養生はオートクレーブ中で行うことができる。この工程で、無機質成型体中の珪藻土が反応し、珪藻土の微孔を利用して成長した微細な細孔を有する構造を持つトバモライト形態の珪酸カルシウム水和物が形成される。
養生温度が低すぎると十分反応せず、希望する細孔が得られない。養生温度が高すぎるとゾノトライト形態（６ＣａＯ・６ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ）となり、希望する細孔が得られない。また、養生圧力が低すぎると十分反応せず、希望する細孔が得られない。養生圧力が高すぎるとゾノトライト形態となり、希望する細孔が得られない。

本発明の機能性建材は、上記珪酸カルシウム水和物が、孔径２〜２００ｎｍ、好ましくは２〜５０ｎｍの細孔を有し且つ含水率が２〜３０質量％、好ましくは２〜２０質量％である珪酸カルシウム水和物であって、この細孔の内部に珪酸カルシウム結合水以外の遊離の弱アルカリ水を含有するものが好ましい。
上記細孔の孔径が小さすぎると吸着能が低下するため有害ガスの分解能が低下する。上記細孔の孔径が大きすぎるとガスの分散が生じ、ガス分解能力が低下する。
上記細孔の孔径は、珪藻土量、養生温度・養生圧力により調整することができる。

また、上記含水率は、養生後の硬化体を、例えば１００〜１５０℃で０．５〜１時間程度乾燥することにより調整することができる。上記含水率が低すぎると弱アルカリ水の含有量が少なくなり、アルカリ分解する能力が低下する。上記含水率が高すぎると板自身の強度が低下して建材としての性能が確保できなくなる。
含水率を調整した硬化体は、通常、所定厚さに研削し、且つ所定サイズにトリミングし、最終製品（本発明の機能性建材）とする。また、最終製品には、透湿性の塗料、クロスを用いることにより、表面の化粧仕上げをすることも可能である。

以下に実施例及び比較例を挙げ、本発明を更に詳しく説明する。

実施例１
（１）原料組成及びスラリーの調製
水に、叩解木材バージンパルプ２．７質量部、叩解木材回収パルプ１．３質量部及び未叩解木材バージンパルプ０．９質量部よりなるパルプ類と、長さ３ｍｍのレーヨン０．８質量部を加え、固形分濃度２質量％の懸濁液としたものに、珪砂２質量部、珪藻土５０質量部、石膏５質量部、消石灰３０質量部，セピオライト１．１質量部、パーライト２．７質量部及び研削ダスト３．５質量部を添加した後，撹拌・混合して、抄造用のスラリーを得た。

（２）無機質成型体の製造（成型）
上記スラリーを丸網抄造機を使用して抄造を行い、得られた生板をプレスし、厚み約１５ｍｍの成型体原板を得た。該成型体原板を、長さ２４２０ｍｍに切断し、更にプレスすることにより厚さ約１１．５ｍｍの無機質成型体を得た。

（３）養生及び研削
上記無機質成型体を、オートクレーブ中で１８０℃、１００３ｋＰａ（１０気圧）の条件下で６時間以上養生して硬化体を得た。該硬化体をオートクレーブより取り出し、１１０℃で３５分乾燥した後、表面の研磨及びトリミングを行い、幅９００ｍｍ×長さ２４２０ｍｍ×厚さ９．５ｍｍの本発明の機能性建材を得た。

実施例２
実施例１において珪藻土、珪砂、及び消石灰の配合量をそれぞれ珪藻土３５重量部、珪砂３７重量部、及び消石灰１０重量部とした以外は、実施例１と同様の配合及び製造方法により本発明の機能性建材を得た。

比較例１
市販の石膏ボード（９．５ｍｍｔ）を比較例１の建材とした。

比較例２
実施例１において無機質成型体の養生を１８０℃、大気圧下で行った以外は、実施例１と同様の配合及び製造方法により建材を得た。
各例の概略を表１に示す。

評価試験例１
実施例１〜２で得られた本発明の機能性建材及び比較例１〜２で得られた建材について、機械的特性の評価を行った。機械的特性の評価項目と、その測定法、及び測定結果を表２に示す。

表２に示す測定結果から明らかなように、本発明の機能性建材は、強度的には、運搬時に掛かる負荷に十分耐える曲げ強度を有していることは勿論のこと、鋸引きの可能な硬さ、及び釘打ちが可能で十分な釘引抜抵抗値を示す等、内装材としての加工性にも優れた特性を有している。

評価試験例２
実施例１で得られた本発明の機能性建材について、微細構造の解析を電子顕微鏡、ＸＲＤにより行った。電子顕微鏡観察結果を図１に、ＸＲＤ結果を図３に、それぞれ示す。
また、原料珪藻土電子顕微鏡観察結果を図２に示す。

これら測定結果から次のことがわかる。実施例１で得られた本発明の機能性建材では、図１に示す電子顕微鏡観察結果から明らかなように、図２に示すような天然の珪藻土特有のクレーター状の画一的な形状は消失し、そこに微細な細孔構造を持つ珪酸カルシウム水和物が生成されているのが観察される。
また、実施例１で得られた本発明の機能性建材は、図３に示すＸＲＤ結果から特徴的なトバモライト形態の珪酸カルシウムのピークが確認され、また表１に示す細孔径分布測定結果から２〜５０ｎｍの細孔を有することが確認される。実施例２で得られた本発明の機能性建材（珪藻土量３５質量部）の全細孔容積は、実施例１で得られた本発明の機能性建材の約１／２、比較例１の建材（石膏ボード）は約１／１０、比較例２で得られた建材（実施例１の大気養生）は約１／３になる（表１参照）

評価試験例３
実施例１〜２で得られた本発明の機能性建材及び比較例１の建材（市販の石膏ボード）について、調湿特性を次の方法で測定した。測定は、約３００ｍｍ角のテストピース３枚を使用して行った。２０℃、相対湿度６０％の雰囲気下に７２時間放置したテストピースを、２０℃、相対湿度９０％の環境下に移し、２４時間までの重量変化（増加）を測定して吸湿特性を調べた。次に、再度、２０℃、相対湿度６０％の雰囲気下に移し、２４時間までの重量変化（減少）を測定した。その測定結果を図４に示す。

図４に示す測定結果から次のことがわかる。実施例１〜２で得られた本発明の機能性建材は、吸・放湿速度、吸・放湿量の両面で比較例１の建材（市販の石膏ボード）より格段に優れていることが分かる。

評価試験例４
実施例１〜２で得られた本発明の機能性建材及び比較例１〜２で得られた建材について、ＶＯＣや悪臭物質のアルカリ水溶解・分解特性を、ＪＩＳＫ１４７５（活性炭試験方法、溶剤蒸気の吸着性能）を参考に次の方法で測定した。測定には、最終製品から切出した５０ｍｍ角のテストピースを使用した。側面及び底面をアルミテープで被覆し重量を測定したテストピースを１．２Ｌ（リットル）の密閉容器内に挿入し、調整ガスを流速２Ｌ／ｍｉｎで流し、悪臭物質を吸着させた。１時間経過後にテストピースを取り出し、重量を測定して、吸着量を調べた、再び、テストピースを密閉容器内に挿入し、調整ガスを流した。この操作を繰り返してテストピースの１時間当たりの増量が５ｍｇ以下になるまで行って、増量分を悪臭物質吸着量とした。調整ガスとしては、１０００ｐｐｍ程度のホルムアルデヒド、酢酸を含有するガスを用いた。その結果を表３に示す。

表３に示す通り、実施例１で得られた本発明の機能性建材は、１時間当たりの増量が５ｍｇ以下になることはなく、測定８時間経過しても吸着量は飽和とならず、８時間後の吸着量はホルムアルデヒド３３ｇ／ｍ² 、酢酸３１７ｇ／ｍ² となった。特に水の溶解度が無限である酢酸の場合、吸着量が顕著なことから、吸着・弱アルカリ水溶解・分解されていると考えられる。
実施例２で得られた建材（珪藻土量３５質量部）は、８時間後のホルムアルデヒド吸着量が２４ｇ／ｍ² であり、アルカリを呈しない比較例１の建材（市販の石膏ボード）は、最初の１時間で増量が５ｍｇ以下と飽和になりホルムアルデヒド吸着量としては５．５ｇ／ｍ² であった。
また、比較例２で得られた建材は、ホルムアルデヒド吸着量が１４ｇ／ｍ²、酢酸６４ｇ／ｍ²と実施例１の半分以下であった。

評価試験例５
本発明の機能性建材において、ＶＯＣの吸着・分解能力に対する自由水の存在の影響を確認するために以下の試験を行った。
実施例１で得られた本発明の機能性建材のテストピースを２個用意し、そのうち一つを１０５℃にて絶乾状態とした。もう一つのテストピースは２０℃、相対湿度６０％で平衡含水率とした。これらのテストピース２個を前述した評価試験例４の測定方法により酢酸ガスの吸着量を測定した。
いずれのテストピースも、測定８時間では１時間当たりの増量が５ｍｇ以下になることはなかった。測定８時間経過後の酢酸ガス吸着量は、テストピース内に自由水のない絶乾品では５２ｇ／ｍ² 、テストピース内に自由水を含む平衡含水率品では３１７ｇ／ｍ² であり、自由水のない場合、吸着・分解能力に乏しいことがわかった。このことから自由水の存在がガスの分解に極めて重要であることが判明した。

実施例１で得られた本発明の機能性建材の電子顕微鏡観察結果を示す電子顕微鏡写真（倍率２００００倍）である。実施例１で使用した原料珪藻土の電子顕微鏡観察結果を示す電子顕微鏡写真（倍率２００００倍）である。実施例１で得られた本発明の機能性建材のＸＲＤ測定結果を示図である。評価試験例３で測定した各建材の調湿特性（吸放湿量の経時変化）を示す図である。

Claims

珪藻土３０〜７５質量％を含む原料を成型して得られる無機質成型体を、１５０〜２００℃の温度下で且つ４７０〜１５６０ｋＰａの圧力下で養生させることにより得られる微細な細孔を有する構造を持つ珪酸カルシウム水和物からなる機能性建材。
上記の微細な細孔を有する構造を持つ珪酸カルシウム水和物が、孔径２〜２００ｎｍの細孔を有し且つ含水率が２〜３０質量％である珪酸カルシウム水和物であって、この細孔の内部に珪酸カルシウム結合水以外の遊離の弱アルカリ水を含有するものである、請求項１に記載の機能性建材
上記無機質成型体が、珪藻土３０〜７５質量％、消石灰２０〜４０質量％、珪砂１〜１０質量％、石膏１〜１０質量％、パルプ１〜１０質量％及び繊維０．１〜３質量％を含む原料を用い、抄造で成型されたものである請求項１又は２に記載の機能性建材。
上記原料が、更に、１０質量％以下のパーライトを含むものである請求項３に記載の機能性建材。