JP2022078328A - 強度の上昇した天井、床材、および建材製品を提供するための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
配合に応じて、膨張パーライト重量含有量は、天井タイル配合物の10重量%~70重量%の範囲、またはそれ以上であってもよい。場合によっては、膨張パーライトの重量割合の増加は、天井タイルの機械的強度(例えば、破壊係数)を低下させ得る。機械的強度のこの低下は、所望の天井タイルの目標とされる機械的強度特性に基づいて、いくつかの組成物において使用され得る膨張パーライトの割合に対する制限を設定する。
パーライトベースの天井タイル
ある実施形態では、天井タイルベース組成物はパーライトを含む。そのような実施形態では、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、少なくとも約30重量%のパーライト、少なくとも約35重量%のパーライト、少なくとも約40重量%のパーライト、少なくとも約45重量%のパーライト、少なくとも約50重量%のパーライト、少なくとも約55重量%、少なくとも約60重量%のパーライト、少なくとも約65重量%のパーライト、少なくとも約70重量%のパーライト、少なくとも約75重量%のパーライト、少なくとも約80重量%のパーライト、少なくとも約85重量%のパーライト、または少なくとも約90重量%のパーライトを含んでよい。そのような実施形態では、天井タイルは、天井タイルの全重量に基づいて、約30重量%~約90重量%のパーライト、例えば、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約35重量%~約85重量%、約55重量%~約85重量%、または約60重量%~約80重量%、または約65重量%~約80重量%、または約70重量%~約80重量%、または約79重量%以下、または約78重量%以下、または約77重量%以下、または約76重量%以下、または約75重量%以下のパーライトを含んでよい。
ある実施形態では、例えば、天井タイルがパーライトおよびミクロフィブリル化セルロースを含み、木材パルプまたは紙パルプを含まない上記の実施形態を含み、天井タイルはミネラルウールをさらに含んでもよい。ミネラルウールおよび鉱物繊維なる用語は、本明細書では区別しないで使用される。
ある実施形態では、床材製品または建築製品は、床材製品または建築製品の全乾燥重量に基づいて、約10重量%以下のミクロフィブリル化セルロース(すなわち、無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよいミクロフィブリル化セルロース組成物に由来する)、例えば、約9重量%以下、または約8重量%以下、または約7重量%以下、または約6重量%以下、または約5重量%以下、または約4重量%以下、または約3重量%以下、または約2重量%以下、または約1重量%以下のミクロフィブリル化セルロースを含む。ある実施形態では、床材製品または建築製品は、少なくとも約0.1重量%のミクロフィブリル化セルロース、例えば、少なくとも約0.25重量%、または少なくとも約0.5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む。ミクロフィブリル化セルロースは無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物が無機粒子材料を含む床材製品または建築製品組成物に添加される場合、無機粒子材料は、床材製品または建築製品組成物中の他の無機粒子材料と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
ミクロフィブリル化セルロースは本明細書に記載の任意の好適な原料由来であってよい。
勾配=100×(d30/d70)
によって決定される。
無機粒子材料は、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏のようなアルカリ土類金属炭酸塩または硫酸塩、カオリン、ハロイサイトまたはボールクレーのような含水カンダイト粘土、メタカオリンまたは完全か焼カオリンのような無水(か焼)カンダイト粘土、タルク、マイカ、ハンタイト、ミネラルウール、ハイドロマグネサイト、粉末ガラス、パーライトまたは珪藻土、またはウォラストナイト、または二酸化チタン、または水酸化マグネシウム、またはアルミニウム三水和物、石灰、グラファイト、またはそれらの組み合わせであってもよい。
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは無機粒子材料の存在下または不在下で調製され得る。
これらの実施形態のそれぞれを、以下でより詳細に説明する。
粉砕は、従来の方法で好適に実施される。粉砕は、粒子状粉砕媒体の存在下での摩耗粉砕プロセスであってもよく、または自己粉砕プロセス、すなわち、粉砕媒体の不在下でのプロセスであってもよい。粉砕媒体とは、ある実施形態ではセルロースを含む繊維状基材と共粉砕され得る無機粒子材料以外の媒体を意味する。
あるいは、好適な粒径の天然の砂の粒子が使用されてよい。
セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、湿潤条件下、任意に無機粒子材料の存在下で、セルロースパルプと任意の無機粒子材料との混合物を加圧し(例えば、約500バールの圧力まで)、次により低圧のゾーンに送る方法によって達成され得る。混合物を低圧ゾーンに送る速度は十分に高く、低圧ゾーンの圧力は、セルロース繊維のミクロフィブリル化を引き起こすのに十分な程に低い。例えば、狭い入口オリフィスとはるかに広い出口オリフィスとを有する環状開口部に混合物を押し通すことによって圧力低下が起こり得る。混合物が加速してより大きな容積内(すなわち、低圧ゾーン)に入る際の急激な圧力低下は、ミクロフィブリル化を引き起こすキャビテーションを誘発する。一実施形態では、セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、ホモジナイザーで、湿潤条件下、任意に無機粒子材料の存在下で達成され得る。ホモジナイザーでは、セルロースパルプおよび任意の無機粒子材料は加圧され(例えば、約500バールの圧力まで)、小さいノズルまたはオリフィスに押し通される。混合物は、約100バール~約1000バールの圧力、例えば300バール以上、または約500バール以上、または約200バール以上、または約700バール以上の圧力に加圧され得る。均質化は繊維を高せん断力にさらし、加圧されたセルロースパルプがノズルまたはオリフィスを出る際に、キャビテーションがパルプ中のセルロース繊維のミクロフィブリル化を引き起こす。ホモジナイザーを通る懸濁液の流動性を改善するために、追加の水を添加してもよい。結果として得られるミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む水性懸濁液は、ホモジナイザーを複数回通過させるためにホモジナイザーの入口に戻されてもよい。無機粒子材料が存在する場合、および無機粒子材料がカオリンのような天然の板状鉱物である場合、均質化はセルロースパルプのミクロフィブリル化を促進するだけでなく、板状粒子材料の剥離を促進してもよい。
次に、水性懸濁液は任意に脱水され得る。
3gの乾燥材料を得るのに十分な共粉砕スラリーの試料をビーカーに計量し、脱イオン水で60gに希釈し、有効成分が1.5w/v%のポリアクリル酸ナトリウムの溶液5cm3と混合する。さらに、80gの最終スラリー重量になるまで脱イオン水を撹拌しながら添加する。
5gの乾燥材料を得るのに十分な共粉砕スラリーの試料をビーカーに計量し、脱イオン水で60gに希釈し、1.0重量%の炭酸ナトリウムおよび0.5重量%のヘキサメタリン酸ナトリウムの溶液5cm3と混合する。さらに、80gの最終スラリー重量になるまで脱イオン水を撹拌しながら添加する。
例1
3つの比較例(I~III)を以下の方法によって調製した。比較例はパルプおよびデンプンを含み、従来の天井タイル組成物の代表である。
濡れたタイルを、比較例IIIおよび実験タイルVIのタイル作製プロセスで上記のように作製した。両方のタイルをアルミニウム箔に包み、170℃で1時間オーブンに入れてデンプンをゼラチン化した(VIは対照と同じプロセスを経た)。得られたタイルの包みを解き、次に130℃で乾燥し、質量変化を10分間隔で記録する。各タイルについて、質量はおよそ指数関数的に減少し、そこから乾燥速度定数を導出する。
強熱減量(LOI)を調べるために、乾燥タイルをz方向に3つに切断した。ストリップの有機分を炉内で450℃で2時間焼き切る。実験タイルVIは、ミクロフィブリル化セルロースと無機粒子材料との複合体を使用した際にパルプをパーライトに置き換え、それによって可燃性材料が減少しているので、比較例IIIよりも低いLOIを有していた。加えて、実験タイルVIは、より低い標準偏差(STD)値によって示唆されるように、比較例IIIよりも均一な成分分布を有していた。表IVは、例3のLOIデータを示す。
この実験では、濾紙上に濾過プロセスによって形成し、続いて5バールで5分間圧力を加えた薄いタイルシート(厚さ約700μm)の湿潤強度を測定した。押圧された濡れたシートを引張測定のためにストリップに切断した。比較例VIIおよびVIIIの組成を表5に示す。比較例VIIはパルプを含有しないがデンプンを含有した。比較例VIIは、パルプおよびデンプンの両方を含有した。比較実験タイルVIIは、表5に示すように、弱すぎて湿潤強度を測定できなかった。実験タイルIXは、ミクロフィブリル化セルロースとタイルの全乾燥重量に基づいて8重量%の無機粒子材料との複合体を利用して作製された場合、比較例VIIおよびVIIIと比較して改善された引張強度を示す。記載されたように、実験タイルIXは、組成物からパルプおよびデンプンの両方を除き、製造プロセスにおいて「加熱(cooking)」(デンプンゼラチン化プロセス)の使用を回避した。実験タイルIXでは、70%超の引張強度の改善が記録された。
スラリーの成分を除いて、例1の天井タイルを調製するプロセスに従って、ファイバーボードを調製した。表VIは、スラリーの定量的および定性的組成を示す。使用された木材粒子は、典型的にはチップボードに使用されるトウヒを含んでいた。
(1)
ミクロフィブリル化セルロースおよび1つまたは複数の無機粒子材料の組成物を含む、建築製品。
(2)
前記建築製品が天井タイルである、(1)に記載の建築製品。
(3)
前記天井タイルはミネラルウール、またはパーライト、またはミネラルウールおよびパーライトの両方をさらに含む、(2)に記載の天井タイル。
(4)
前記天井タイルは、木材パルプまたは紙パルプ、ならびに、任意に、デンプンおよび/またはラテックス結合剤をさらに含む、(2)または(3)に記載の天井タイル。
(5)
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約50重量%以下のミクロフィブリル化セルロースを含む、(2)~(4)のいずれかに記載の天井タイル。
(6)
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約25重量%以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む、(2)~(5)のいずれかに記載の天井タイル。
(7)
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約10重量%以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む、(2)~(6)のいずれかに記載の天井タイル。
(8)
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約80重量%以下のパーライト、またはミネラルウール、またはパーライトおよびミネラルウールの両方を含む、(2)~(7)のいずれか一項に記載の天井タイル。
(9)
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約25重量%以下の木材パルプまたは紙パルプを含む、(4)~(7)のいずれか一項に記載の天井タイル。
(10)
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約10重量%以下の木材パルプまたは紙パルプを含む、(9)に記載の天井タイル。
(11)
前記天井タイルは、ミクロフィブリル化セルロースを含まない天井タイルと比較して改善された曲げ強度を有する、(2)~(10)のいずれかに記載の天井タイル。
(12)
前記天井タイルは少なくとも約400kPaの曲げ強度を有する、(11)に記載の天井タイル。
(13)
前記天井タイルは(ii)前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約20重量%以下のミクロフィブリル化セルロース、例えば、約10重量%~約20重量%、または約1重量%~約10重量%のミクロフィブリル化セルロース組成物、および/または(i)前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、20重量%以下の木材パルプもしくは紙パルプ、例えば、約5重量%~約20重量%の木材パルプ、例えば、約5重量%~約15重量%の木材パルプ、または約8重量%~約12重量%のパルプをさらに含む、(8)に記載の天井タイル。
(14)
前記ミクロフィブリル化セルロース組成物はミクロフィブリル化セルロースおよび無機粒子材料を約5:1~約1:166の重量比で含む、(1)~(13)のいずれかに記載の建築製品または天井タイル。
(15)
前記無機粒子は、存在する場合、炭酸カルシウムもしくはカオリンであるか、または炭酸カルシウムもしくはカオリンを含む、(2)~(14)のいずれかに記載の天井タイル。
(16)
前記ミクロフィブリル化セルロースは約20~約50の繊維勾配(fibre steepness)を有する、(1)~(15)のいずれかに記載の建築製品または天井タイル。
(17)
建築製品、例えば天井タイルにおけるミクロフィブリル化セルロース組成物の使用。
(18)
前記天井タイルの曲げ強度を改善するための、(17)に記載の使用。
(19)
前記ミクロフィブリル化組成物を前記建築製品の他の成分(単数または複数)と組み合わせることと、そこから前記建築製品を形成することとを含む、(1)~(18)のいずれかに記載の建築製品を作製するための方法。
(20)
前記ミクロフィブリル化セルロース組成物を天井製品の他の成分(単数または複数)と組み合わせることと、そこから天井タイルを形成することとを含む、(2)~(19)のいずれかに記載の天井タイルを作製するための方法。
Claims (22)
- 建設製品の全乾燥重量に基づいて、0.5重量%~25重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む、建設製品であって、前記ミクロフィブリル化セルロースが、5μm~500μmのd50および20~50の繊維勾配を有し、前記建設製品が、ファイバーボード、石膏ボード、プラスターボード、構造用断熱パネルまたは防音材である、建設製品。
- 前記建設製品が、前記建設製品の全乾燥重量に基づいて、35重量%以下の木材粒子をさらに含む、請求項1のいずれかに記載の建設製品。
- 前記建設製品がファイバーボードである、請求項2に記載の建設製品。
- 前記建設製品がファイバーボードであり、前記木材粒子がトウヒである、請求項3に記載の建設製品。
- 前記構築製品がファイバーボードであり、前記ファイバーボードが0.5重量%~10重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む、請求項3に記載の構築製品。
- 前記構築製品が配向性パーティクルボードである、請求項3に記載の構築製品。
- 前記建設製品が石膏をさらに含む、請求項1に記載の建設製品。
- 前記建設製品がプラスターボードである、請求項1に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項1に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項2に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項3に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項4に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項5に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項6に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項7に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、化学パルプ、機械パルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項8に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項1に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項2に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項3に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項4に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項5に記載の建設製品。
- 前記ミクロフィブリル化セルロースが、再生パルプまたは製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物から得られる、請求項6に記載の建設製品。
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