JP2017137208A

JP2017137208A - 繊維混入石膏板の製造方法

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Publication number: JP2017137208A
Application number: JP2016018505A
Authority: JP
Inventors: 孝博仁平; Takahiro Nihei; 正章小田; Masaaki Oda
Original assignee: A&A Material Corp
Current assignee: A&A Material Corp
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: JP6629615B2

Abstract

【課題】石膏ボード廃材由来の再生無水石膏を原料とし、良好な特性を有する繊維混入石膏板の製造方法の提供。【解決手段】石膏ボード廃材を粉砕した二水石膏粉を６００℃〜１２００℃で焼成して得られるｐＨ９．５以上１２未満の再生無水石膏を主原料とし、無機充填材、補強繊維及び硬化促進剤を含む配合物に水を加えて混合し、抄造法によりシート状にした後加圧成形し、養生硬化させる繊維混入石膏板の製造方法であって、前記無機充填材を再生無水石膏１００質量部に対して３０〜１５０質量部含み、前記補強繊維を粉体原料の合計１００質量部に対して５〜１５質量部含み、前記硬化促進剤を添加する水の量１００質量部に対して２〜１２質量部含むことを特徴とする繊維混入石膏板の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、繊維補強された石膏板の製造方法に関する。

従来より建築物の内装に広く用いられている建材として石膏ボードがある。石膏ボードは、反応性が高く硬化が速い半水石膏を主原料としており、これに他の混和材等と水を加えて混練したスラリーを、上下に配した石膏ボード用原紙の間に流し込み成形装置を通して連続的に板状に成形する方法で製造されている。こうした石膏ボードは、芯材である石膏硬化体を両面に貼られた紙で補強した構成のため、剛性が高い反面、靱性に乏しく、曲面への施工には適さない欠点がある。これに対し、多量の補強繊維を内添した繊維混入石膏板は、曲面施工が可能な不燃建材として有用であり、デザイン性の高い建築物の内装材として随所に使用されている。かかる繊維混入石膏板は、多量の水に補強繊維、石膏、その他の混和材等を分散させて抄き上げる抄造法により成形されるが、石膏ボードの主原料である半水石膏は、硬化速度が速すぎるため反応制御が難しく、抄造法には適していない。このため繊維混入石膏板では、反応性の低いII型無水石膏を主原料とし、これに補強繊維及び硬化促進剤を配合して抄造成形後養生硬化することにより製造されている（特許文献１〜４）。

特開昭６３−６０１４６号公報特開昭６４−２４０６１号公報特開昭６４−５１３５７号公報特開昭６４−５１３５８号公報

これまで繊維混入石膏板の主原料であるII型無水石膏としては、比較的安価で入手が容易であったフッ酸製造時に生じるいわゆるフッ酸石膏が用いられてきた。フッ酸石膏は、蛍石に濃硫酸を作用させてフッ酸を製造する工程で生じるが、濃硫酸の使用と反応温度が高い条件下で反応が進むことから、II型無水石膏として生成する。このため、排煙脱硫石膏などの二水石膏を焼成するのに比べてII型無水石膏の製造コストが低く、しかも副産物であることから取引価格も安価というメリットがあった。しかしながら、近年、フッ酸の工業的製造方式が変更されたのに伴い、フッ酸製造時に得られるII型無水石膏は入手困難となっており、新たなII型無水石膏源が必要となっている。そこで、本発明者は、種々のII型無水石膏源について調査研究を行った結果、建築物の解体等で大量に発生する石膏ボードの廃材を利用し、これを粉砕、焼成した再生無水石膏が最も有望であるとの判断に至った。ところが、繊維混入石膏板のII型無水石膏源として、この石膏ボード廃材由来の再生無水石膏を利用しようとしたところ、フッ酸石膏とは特性が大きく相違しているため、従来と同じ条件では良好な繊維混入石膏板を安定して効率よく得ることができないことが判明した。
従って、本発明の課題は、石膏ボード廃材由来の再生無水石膏を原料とし、良好な特性を有する繊維混入石膏板を安定して効率よく得るための製造方法を提供することにある。

そこで本発明者は、石膏ボード廃材由来の二水石膏を焼成して特定のｐＨの再生無水石膏を得、これに特定量の無機充填材と補強繊維と硬化促進剤とを配合してスラリーを得、これを抄造成形して養生硬化させることにより、曲面施工性が良好な繊維混入石膏板が安定して効率的に得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、次の〔１〕〜〔４〕を提供するものである。

〔１〕石膏ボード廃材を粉砕した二水石膏粉を６００℃〜１２００℃で焼成して得られるｐＨ９．５以上１２未満の再生無水石膏を主原料とし、無機充填材、補強繊維及び硬化促進剤を含む配合物に水を加えて混合し、抄造法によりシート状にした後加圧成形し、養生硬化させる繊維混入石膏板の製造方法であって、
前記無機充填材を再生無水石膏１００質量部に対して３０〜１５０質量部含み、前記補強繊維を粉体原料の合計１００質量部に対して５〜１５質量部含み、前記硬化促進剤を添加する水の量１００質量部に対して２〜１２質量部含むことを特徴とする繊維混入石膏板の製造方法。
〔２〕前記補強繊維の一部または全部として、リファイナー処理した針葉樹パルプを用いる〔１〕に記載の繊維混入石膏板の製造方法。
〔３〕前記硬化促進剤として、アルカリ金属硫酸塩およびアルカリ金属硫酸水素塩から選択される１種又は２種以上を用いる〔１〕又は〔２〕に記載の繊維混入石膏板の製造方法。
〔４〕再生無水石膏が、II型無水石膏を６０質量％以上含む、ブレーン比表面積３０００〜６０００ｃｍ²／ｇの再生無水石膏である〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の繊維混入石膏板の製造方法。
〔５〕加圧成形後、５〜２０℃、相対湿度８０〜９５％の条件で２日〜１０日間低温養生する〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の繊維混入石膏板の製造方法。

本発明の製造方法によれば、入手が容易な石膏ボード廃材から得られる再生無水石膏を用いて、曲面施工性が良好な繊維混入石膏板が安定して効率良く得られる。

二水石膏の加熱減量率測定結果を示すグラフである。二水石膏を焼成した際のｐＨ測定結果を示すグラフである（いずれも試料１０ｇを各加熱温度で１時間加熱処理後に測定）。

本発明においては、石膏ボード廃材を粉砕した二水石膏粉（以下、石膏ボード粉砕粉）を６００〜１２００℃で焼成して得られるｐＨ９．５以上１２未満の再生無水石膏を主原料とする。一般に、二水石膏を空気中で３００℃以上まで加熱すると無水石膏が生成するとされている。そこで、本発明者は、本発明の目的に適した再生無水石膏を得るための、有用な焼成条件について種々の検討を行った。その結果、加熱減量率の測定では図１に示すとおり試薬二水石膏と石膏ボード粉砕粉の間に大きな差は認められなかったが、それぞれのｐＨを測定したところ図２に示すような差が生じ、石膏ボード粉砕粉のｐＨ値が急激に高くなる範囲の再生無水石膏を繊維混入石膏板に使用したところ、水和反応の進行が早く、強度発現性が良くなることを見い出した。

石膏ボード廃材としては、既に建材として使用された石膏ボードの廃材の他、新築、改修等施工時に発生する石膏ボード端材、石膏ボード製造時の廃材等も含まれる。石膏ボード廃材は、通常ボードの形態又はその断片であるので、表面材の紙と芯材の石膏硬化物とを分離し、芯材を粉砕することで、主成分を二水石膏とする石膏ボード粉砕粉を得る。ここで粉砕の程度は、焼成のし易さを考慮すると、平均粒子径が５０μｍ以下となるように行うのが好ましい。

二水石膏粉は、６００〜１２００℃で焼成して無水石膏にする。ここで、得られる再生無水石膏のｐＨを９．５以上１２未満になるように焼成することが製造時の原料スラリーのｐＨを適正範囲に安定させる上で重要であり、これにより良好な繊維混入石膏板を安定して得ることができる。より好ましいｐＨは１０．５〜１１．５である。より好ましい焼成条件は、８００〜１０００℃×３０分以上である。再生無水石膏のｐＨが高すぎるあるいは低すぎる場合、抄造する際の原料スラリーが好適なｐＨの範囲とならず、結果的に養生工程での水和反応が進みにくくなるため良好な品質の繊維混入石膏板を安定して得ることができない。
ここで、再生無水石膏のｐＨは、再生無水石膏５ｇを５０ｍｌの水に分散させたときのｐＨである。

得られる再生無水石膏は、良好な繊維混入石膏板を得る点から、II型無水石膏を６０質量％以上含むのが好ましく、７０質量％以上含むのがより好ましく、８０質量％以上含むのがさらに好ましく、９０質量％以上含むのがさらに好ましい。
また、再生無水石膏のブレーン比表面積の値は、十分な強度を得る点及び抄造する際の原料ロスを少なくする点から、２０００〜９０００ｃｍ²／ｇであるのが好ましく、３０００〜６０００ｃｍ²／ｇであるのがさらに好ましい。

繊維混入石膏板を製造するにあたり、本発明では、原料として、さらに無機充填材、補強繊維及び硬化促進剤を使用する。無機充填材としては、例えば炭酸カルシウム、珪藻土、珪石、ワラストナイト及びパーライトから選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。また、繊維混入石膏板製造時の、切断工程で発生する切断屑を粉砕したもの及び研磨工程で発生する研磨粉を、スクラップ原料として有効利用する場合があるが、これも無機充填材の一部に含まれるものとする。無機充填材は、低温養生での硬化反応に寄与しないため、バインダー同士の強固な結合を阻害する一方、養生後の板に柔軟性を与える効果を有する。このため、曲面施工性を向上させる役割を持っているといえる。また、無機充填材は、原料スラリーのｐＨに大きな影響を及ぼさない粉体が好ましい。無機充填材の使用量は、再生無水石膏１００質量部に対して、３０〜１５０質量部が好ましく、５０〜１００質量部がより好ましい。無機充填材の添加量が３０質量部未満では必要な柔軟性を得ることが難しく、１５０質量部を超えると強度低下の影響が大となる。

補強繊維としては、例えばパルプ等の天然繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等の無機繊維、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、アクリル等の合成繊維が挙げられ、これらのうち１種又は２種以上を適宜用いる。なかでも針葉樹パルプをリファイナー処理したものが抄造時のプロセスファイバーとして有効であり、かつ補強効果も高いことから好適である。補強繊維の使用量は、曲面施工性を得る点から、粉体原料の合計１００質量部に対し５〜１５質量部であるが、５〜１０質量部がより好ましい。補強繊維の使用量が５質量部未満では十分な補強効果が得られず、１５質量部を超えると分散不良や不燃性能低下の原因となる。

硬化促進剤としては、無水石膏の水和反応に対し促進効果を持つものであれば特に限定されるものでは無く、中性〜弱塩基性の硫酸塩及びそれらの複塩、酸水素塩などが挙げられる。中でもアルカリ金属硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ＳＯ₄）、硫酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₄）等）及びアルカリ金属硫酸水素塩（例えば硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ₄）、硫酸水素カリウム（ＫＨＳＯ₄）等）が好適であり、これらのうち１種又は２種以上を用いることができる。なお、従来使用されていたフッ酸無水石膏の場合には、その生成反応過程において主反応後に余剰の硫酸根を処理するための消石灰が添加されていた。このため、消石灰の影響でフッ酸無水石膏はｐＨが１２前後となっており、繊維混入石膏板を製造する際にはアルミニウム硫酸塩などを硬化促進剤として加え、ｐＨをやや下げることが有効とされていた（特許文献４）。しかし、本発明においては再生無水石膏を作る際の焼成条件でｐＨを調整するため、酸性寄りの硬化促進剤を添加する必要はない。硬化促進剤の使用量は、十分な強度と良好な曲面施工性を有する繊維混入石膏板を得るという点から、添加する水の量１００質量部に対して２〜１２質量部が好ましく、３〜１０質量部とするのがより好ましい。２質量部未満では必要な促進効果が得られず、１２質量部を超えて過剰に加えても促進効果の向上は認められない。硬化促進剤は、あらかじめ水に溶解してから使用することもできる。

前記原料に水を加えて混合して原料スラリーとする。ここで、用いる水の量は、良好な分散性と抄造性を確保する点から、原料固形分全体（硬化促進剤を除く）の質量に対し５〜２５倍が好ましく、１０〜２０倍がより好ましい。スラリーとするにはパルパー等の撹拌機で混合撹拌するのが好ましい。
このとき、原料スラリーの温度は、抄造効率の点から１５〜３８℃が好ましく、２０〜３５℃がより好ましい。また、原料スラリーのｐＨは、低温養生における水和反応を効率よく進ませ、良好な強度発現を得るため、ｐＨ１０〜１２の範囲が好ましく、ｐＨ１０．５〜１１．５の範囲がより好ましい。

原料スラリーの抄造は、例えば丸網抄造機等を用いて行うことができる。バット内に溜めた原料スラリーをシリンダーで抄き上げ、メーキングロールで所望の厚さに積層してシートとする。
得られたシートは、２〜１０ＭＰａで加圧成形し、所望の厚さにする。

養生硬化法としては、低温養生が好ましく、５〜２０℃、相対湿度８０〜９５％の条件で２日〜１０日間養生硬化するのが好ましい。

本発明方法によれば、石膏ボード廃材由来の再生無水石膏を用いているにもかかわらず、建築材料として十分な曲げ強さ及び曲面施工性を有し、良好な寸法安定性、遮音性、加工性等も備える繊維混入石膏板を安定して得ることができる。

次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例及び比較例に使用した原料は下記のとおりである。

再生無水石膏：
（１）焼成温度約８００℃，ｐＨ１１，ブレーン値約５０００ｃｍ²／ｇ
（２）焼成温度約１０００℃，ｐＨ１０，ブレーン値約５０００ｃｍ²／ｇ
（３）焼成温度約５００℃，ｐＨ８．２，ブレーン値約５０００ｃｍ²／ｇ
炭酸カルシウム：ブレーン値約５５００ｃｍ²／ｇ
パーライト：発泡粉砕パーライト粒度０．３ｍｍ以下
スクラップ：繊維混入石膏板の製造時の切断工程で発生する切断屑を粉砕したもの及び研磨工程で発生する研磨粉
パルプ：針葉樹晒しパルプカナダ標準ろ水度約３２０ｍＬ
（ブレーン値はＪＩＳＲ５２０１、カナダ標準ろ水度はＪＩＳＰ８１２１−２による）

以下の表１に記載する配合割合にて原料配合物を得、原料配合物の固形分１００質量部に対し１０００質量部の水を加えて混合撹拌して原料スラリーを得た。次に原料スラリーを抄造法を模したテーブル試験によりシート状に成形し、更にプレス圧６ＭＰａで脱水プレスすることにより、幅４０ｍｍ、長さ１６０ｍｍの生板を得た。得られた生板を、温度１０℃、湿度８０％に設定した恒温恒湿槽に入れて７日間低温養生することにより、厚さ約１０ｍｍの繊維混入石膏板を得た。得られた繊維混入石膏板の諸特性を表１に併記する。

諸特性についての試験方法は概略以下のとおりである。
かさ密度：ＪＩＳＡ５４３０：９．５による。
石膏の水和率：養生直後に約４０ｍｍ角の試験片を切り出して４０℃×２４時間乾燥し、質量（Ｗ₁）を測定する。次に、１８０±５℃で３０分加熱し、常温まで冷却後、質量（Ｗ₂）を測定して式１より求めた。
なお、石膏の分子量は、二水石膏（１７２．１）、無水石膏（１３６．１）、結晶水（３６．０）とし、スクラップ中の二水石膏量は５０％とした。
式１Ａ：無水石膏配合率（％）
Ｂ：スクラップ配合率（％）
Ｃ：質量減少率（％）＝（Ｗ₁−Ｗ₂）／Ｗ₁×１００
Ｘ：無水石膏が水和した二水石膏の結晶水（％）
＝（Ｃ−Ｙ）／（１００−Ｃ）×１００
Ｙ：スクラップ中の二水石膏の結晶水（％）
＝（Ｂ×０．５）×（３６．０／１７２．１）
Ｚ：水和率（％）＝Ｘ／Ａ×１３６．１／３６．０×１００
曲げ強さ：４０ｍｍ×１６０ｍｍサイズの試験片を４０℃で２４時間乾燥後、曲げスパン１００ｍｍ、クロスヘッドスピード１ｍｍ／分による３点曲げ試験法により最大荷重を測定してＪＩＳＡ５４３０：９．３．２より求めた。

表１に示した諸特性より、実施例１〜７については、十分な曲げ強さがあり、良好な繊維混入石膏板となっている。これに対し、比較例１〜４は総じて曲げ強さの値が小さい結果となった。比較例１は再生無水石膏のｐＨが低いため、反応性が悪く、石膏の水和が不十分である。比較例２及び３は硬化促進剤の添加が不足しているため、やはり石膏の水和が不十分である。比較例４については補強繊維が足りないため、石膏の水和が十分に進んで曲げ強さが大きくなってはいるが、硬く脆いため、曲面施工性は確保できていない。

次に、実施例２の配合を用いて、工場実機による繊維混入石膏板の試作を行った。丸網抄造機を用い、厚さを６ｍｍとした以外、プレス条件、養生条件は前記テーブルテストと同様とした。得られた実機試作品の物性を表２に示す。かさ密度、曲げ強さ及び吸水による長さ変化率の測定は、ＪＩＳＡ５４３０に準拠して実施した。ただし、試験時の含水状態は４０℃×２４時間以上静置し恒量となるまで乾燥させた状態とした。

表２に示す評価結果より、曲げ強さが大きく、かつ吸水による寸法変化率が小さく、高品質の繊維混入石膏板を得られたことがわかる。
また、前記実機試作品の定尺試験体（９１０ｍｍ×１８２０ｍｍ）について、曲率半径Ｒ＝８００ｍｍの胴縁下地にビス留めする曲面施工試験を行った結果、破断及びクラック等の発生は認められず、良好な曲面施工性を有していた。

以上より、本発明の製造方法によれば、入手が容易な石膏ボード廃材から得られる再生無水石膏を用いて、曲面施工性が良好な繊維混入石膏板を安定して得ることができる。

Claims

石膏ボード廃材を粉砕した二水石膏粉を６００℃〜１２００℃で焼成して得られるｐＨ９．５以上１２未満の再生無水石膏を主原料とし、無機充填材、補強繊維及び硬化促進剤を含む配合物に水を加えて混合し、抄造法によりシート状にした後加圧成形し、養生硬化させる繊維混入石膏板の製造方法であって、
前記無機充填材を再生無水石膏１００質量部に対して３０〜１５０質量部含み、前記補強繊維を粉体原料の合計１００質量部に対して５〜１５質量部含み、前記硬化促進剤を添加する水の量１００質量部に対して２〜１２質量部含むことを特徴とする繊維混入石膏板の製造方法。
前記補強繊維の一部または全部として、リファイナー処理した針葉樹パルプを用いる請求項１に記載の繊維混入石膏板の製造方法。
前記硬化促進剤として、アルカリ金属硫酸塩およびアルカリ金属硫酸水素塩から選択される１種又は２種以上を用いる請求項１又は２に記載の繊維混入石膏板の製造方法。
前記再生無水石膏が、II型無水石膏を６０質量％以上含む、ブレーン比表面積３０００〜６０００ｃｍ²／ｇの再生無水石膏である請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維混入石膏板の製造方法。
加圧成形後、５〜２０℃、相対湿度８０〜９５％の条件で２日〜１０日間低温養生する請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維混入石膏板の製造方法。