JP3192824B2

JP3192824B2 - 無機質積層体

Info

Publication number: JP3192824B2
Application number: JP15053793A
Authority: JP
Inventors: 昌岳神谷; 龍俊中野; 勝三新田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH071646A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、壁、瓦、床等の建築材
料に使用される無機質積層体に関する

【０００２】

【従来の技術】従来、粘土鉱物などの無機固体成分をア
ルカリの存在下で熱によって硬化させて得ることができ
る無機成形体については、いくつかの提案がなされてい
る。例えば、特開平４−５９６４８号公報では、アルカ
リ金属珪酸塩水溶液とメタカオリン、コランダムあるい
はムライトの製造時に発生する集塵装置の灰、フライア
ッシュ等の無機固体成分と、充填材と、有機ベントナイ
ト等の混和材とを混入することにより建築資材に有用な
無機成形体を製造することを提案している。

【０００３】また、特開平４−６１３８号公報では、ア
ルカリ金属珪酸塩水溶液と上記無機固体成分と充填材と
を混練後、この混練物を型内に注入し加熱硬化させて成
形体を得ることを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らが
上記に示されるアルカリ反応性の無機固体成分のうち、
産業廃棄物であり、その有効利用方法が求められている
フライアッシュについて検討したところによると、一般
に市販されているフライアッシュ（ＪＩＳ灰）はアルカ
リとの反応性が低く、建材に適応する品質を持つ硬化体
を作成する事が困難である。

【０００５】そこで、本発明者らは、特願平４−３０２
３２６号公報において先に提案しているように上記フラ
イアッシュの粒度分布を制御する事によって強度、耐久
性を著しく改善できる事を見いだした。この発明によれ
ば、建材として適応できる品質を所有するレベルまでフ
ライアッシュを改善できたが、加飾性の面において問題
点が残っていた。

【０００６】すなわち、フライアッシュに含有されて
いるカーボンの影響で、得られた硬化体の色が黒を中心
とした暗色系のものになってしまい、色の点で十分な対
応がとりにくい、耐凍結融解性を確保するために、ビ
ニロン繊維などの繊維を相当量添加せねばならず、その
影響で注型成形時の泡ぬけ不良等の問題が生じ表面加飾
が困難になる等、建材として重要な加飾性が制限される
という問題があった。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みて、表面
色が薄い色になり、装飾を施すことが容易になるとと
も、外観、強度、耐久性に優れた無機質積層体を提供す
る事を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる無機質積
層体は、このような目的を達成するために、粒径２０ミ
クロン以下の粒子を８０重量％以上含むフライアッシュ
と、濃度が１重量％以上のアルカリ金属水酸化物水溶液
および固形分濃度が１重量％以上のアルカリ金属珪酸塩
水溶液のうちの少なくとも何れか一方の水溶液とを主反
応成分とする第１無機質組成物を硬化してなる第１層の
少なくとも片面に、溶融状態のフライアッシュまたは粘
土を噴霧冷却して得た無機質粉体と、濃度が１重量％以
上のアルカリ金属水酸化物水溶液および固形分濃度が１
重量％以上のアルカリ金属珪酸塩水溶液のうちの少なく
とも何れか一方の水溶液とを主反応成分とする第２無機
質組成物を硬化してなる第２層が、積層されている構成
とした。

【０００９】つぎに、上記構成に関してより詳しく説明
する。第１無機質組成物を構成する粒径２０ミクロン以
下の粒子を８０重量％以上含むフライアッシュとして
は、化学成分がＳｉＯ₂４０〜８０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃
１０〜４０重量％のものが好適である。粒径２０ミクロ
ン以下のフライアッシュを作成する方法は、例えば湿式
沈降分級、風力分級、比重による分離等通常行われてい
る分級機、もしくはジェットミル、ロールミル、ボール
ミル等の微粉砕機及び分級機と粉砕機の連続システムを
使用する方法が挙げられる。

【００１０】第２無機質組成物を構成する無機質粉体と
は、溶融状態のフライアッシュまたは粘土を大気や不活
性ガス中に噴射して急冷する、所謂、金属・セラミック
ス・プラスチックの表面被覆法として使用されている溶
射によって得られる粉体であって、比表面積５〜１００
ｍ²／ｇ、平均粒径２０ミクロン以下で通常０．０００
１ミクロン以上のものが好ましい。

【００１１】この無機質粉体の原料として使用されるフ
ライアッシュとしては、通常、ＪＩＳＡ６２０１に
規定されるものを言い、化学的組成としてＳｉＯ₂が４
０〜８０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が１０〜４０重量％を主成
分として含有し、Ｆｅ₂Ｏ₃やＣａＯ等を副成分として
含有するものが好適に使用される。一方、粘土はＳｉＯ
₂が５〜８５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃が９０〜１０重量％を
化学組成として含有する粘土が好ましく、例えば、カオ
リナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト等
のカオリン鉱物、白雲母、イライト、フェンジャイト、
海緑石、セラドナイト、パラゴナイト、ブランマライト
等の雲母粘土鉱物、モンモリロナイト、バイデライト、
ノントロナイト、サボナイト、ソーコナイト等のスメク
タイト、緑泥岩、パイロフィライト、タルク、ばん土頁
岩を使用することができる。

【００１２】フライアッシュあるいは粘土の加熱溶融温
度は、５００〜１６０００℃が好ましい。５００℃より
低いと粉体の結晶度が依然として高いためアルカリとの
反応性が低く、１６０００℃より高い温度は、溶射法で
実現が困難である。また、溶融した粉体の噴射速度は３
０〜８００ｍ／ｓ程度が好ましい。噴射速度が３０ｍ／
ｓ未満及び８００ｍ／ｓを越えると、溶射装置の性能
上、実現が難しい。

【００１３】溶融に用いる熱源としては、プラズマ、ガ
ス、爆発、アーク等、一般の表面被覆などの溶射で使用
されているものを使用することができる。第１無機質組
成物および第２無機質組成物を構成する水溶液に使用さ
れるアルカリ金属水酸化物とは、ＭＯＨ（Ｍ＝Ｌｉ、
Ｋ、Ｎａまたはそれらの混合物）で表されるものであ
る。水溶液濃度は１重量％以上であれば、飽和溶液（Ｋ
ＯＨの場合約６４重量％、ＮａＯＨの場合約７８重量
％）まで使用できる。

【００１４】アルカリ金属水酸化物濃度が１％未満の場
合には粉体との反応性が低い。アルカリ金属珪酸塩水溶
液としては、Ｍ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₂（Ｍ＝Ｌｉ、Ｋ，Ｎａ
またはそれらの混合物）で表され固形分濃度｛（Ｍ₂Ｏ
重量＋ＳｉＯ₂重量）／溶液重量×１００｝が１％以上
のアルカリ金属珪酸塩の水溶液であればよいが、１〜７
０％の濃度範囲のものが好適である。固形分濃度が１％
未満の場合には無機質粉体との反応性が低くなる虞があ
る。

【００１５】また、アルカリ金属珪酸塩は、ＳｉＯ₂の
ｎは８以下のものが好ましい。ｎが８を越えた場合、ア
ルカリ金属珪酸塩水溶液が高粘度となるため粉体との混
合が困難になるとともに、ＳｉＯ₂が過剰になるため反
応が不十分で、良好な硬化体が得られなくなる虞があ
る。また、無機質粉体と、上記アルカリ金属水酸化物水
溶液もしくはアルカリ金属珪酸塩水溶液との混合割合
は、無機質粉体１００重量部に対し、上記アルカリ金属
水酸化物水溶液もしくはアルカリ金属珪酸塩水溶液が１
０重量部〜３００重量部程度とすることが好ましい。

【００１６】アルカリ金属水酸化物水溶液もしくはアル
カリ金属珪酸塩水溶液が１０重量部より少ないと反応に
必要な硬化剤の量が少なくなりすぎるため、硬化体の作
製が困難になる傾向があり、３００重量部より多いと硬
化剤が過剰となるため硬化体の耐久性に問題が生じる虞
がある。第１無機質組成物および第２無機質組成物に
は、必要に応じて無機質充填材が添加されてもよい。こ
れら充填材としては、例えばタルク、ベントナイト、珪
砂、ジルコンサンド、フライアッシュ、シリカヒュー
ム、スラグ、炭酸カルシウム、マイカ、粘土、ばん土頁
岩、ワラストナイト、火山灰、ボーキサイト、セメン
ト、石灰、石膏、アルミナ、セピウオライト等の他一般
にセメント等無機硬化材料に使用されている材料を使用
できる。これらの充填材は、その用途に応じて適宜選択
され、単独であるいは混合して使用できる。フライアッ
シュまたは溶射によって得られる無機質粉体１００重量
部に対し、５００重量部を超えると機械的強度が低下す
る傾向があるため５００重量部以下が好ましい。

【００１７】また、積層体の軽量化を目的として、必要
に応じて、例えばスチレン、塩化ビニリデン系、フェノ
ール、ウレタン、エチレン等の合成樹脂発泡体、ガラス
バルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、
シリカバルーン、パーライト等の無機質発泡体等を充填
材として混合することも出来る。なお、上記発泡体は、
比重が０．０１〜１程度のものが好ましい。比重が０．
０１未満では、成形体の機械的強度の低下を招く虞があ
り、１を越えると軽量化の効果が得られなくなる。上記
発泡体の添加量は、上記フライアッシュまたは無機質粉
体１００重量部に対し、０．１〜１００重量部が好まし
い。添加量が０．１重量部未満では軽量化の効果が得ら
れず、１００重量部を越えると機械的強度が低下する虞
がある。

【００１８】また、第１無機質組成物および第２無機質
組成物には、必要に応じて補強繊維が添加されてもよ
い。補強繊維は成形体に付与したい性能に応じ任意の物
が使用でき、例えばビニロン、ポリプロピレン、アクリ
ル、レーヨン、アラミド等の合成繊維、ガラス繊維、チ
タン酸カリウム、ロックウール等の無機繊維、カーボン
繊維、鋼繊維等の他一般にセメント等無機硬化材料に使
用されている材料を使用できる。

【００１９】これらの繊維はメッシュ状で使用しても構
わないし、長繊維あるいは短繊維のものを使用してもよ
い。但し、太すぎたり短すぎたりすると補強効果が不十
分になる虞があるので、繊維径１〜５００μｍ、繊維長
１〜１５ｍｍのものが好ましい。因に、短繊維を使用す
る場合、上記補強繊維の太さが細すぎると、混合時に再
凝集し、交絡によりファイバーボールが形成され易くな
り得られる成形体の強度が低く、しかも成形体の表面凹
凸が激しくなり良好な外観の物が得られなくなる傾向が
ある。

【００２０】一方、繊維の添加量は、多すぎると繊維の
分散性、耐熱性等に問題が生じる場合があるので、上記
フライアッシュあるいは無機質粉体１００重量部に対
し、１０重量部以下が好ましい。第２層の厚みは、第２
層の厚み（第２層が第１層の両面に積層されている場合
には、第２層の合計の厚み）／積層体の厚みが、０．１
／１００〜５０／１００程度とすることが好ましい。こ
れは０．１／１００未満であると均一な硬化層が得られ
にくく、５０／１００を超えると、建材として非常に高
価になると共に、加飾性向上のため繊維量を比較的少な
くした場合、第２層の割合が増えるので可撓性が小さく
なり硬化体として落体強度、衝撃強度が弱くなる虞があ
る。

【００２１】本発明の積層体の製造方法としては、、注
型、プレス、押出等一般に無機系硬化体の成形法をとる
事が可能であるが、例えば、まず第２無機質組成物スラ
リーを型枠に必要厚みだけ流し込み、次に第１無機質組
成物スラリーを必要厚みだけ注入し、必要に応じて再び
第２無機質組成物スラリーをついで流し込んだのち、常
温で硬化させるかもしくは２００℃以下の温度で加熱硬
化させることよって、第１層の片面に第２層が形成され
た積層体や、第１層の両面に第２層が形成された積層体
を容易に作製することが出来る。

【００２２】

【作用】本発明の無機質粉体は、製造時に成分として含
まれるカーボンが飛ぶため、この無機質粉体を用いて得
られる第２層は、白あるいは薄い茶色系のものとなる。
したがって、第２層を表面層として用いることで、自由
な色に着色したカラフルな建材等を提供できることが可
能なものとなる。

【００２３】また、まだ理由は十分に解明できていない
が、本発明者らが検討したところによると、本発明の無
機質粉体を用いると、普通のフライアッシュのみを用い
た硬化体に比べ、耐凍害性を確保するために混入する繊
維量が少なくて済み、成形時において、泡ぬけ不良等の
問題がない。したがって、第２層を表面層として用いる
ことで、加飾性に富んだ表面層を有する建材等を提供で
きることが可能なものとなる。

【００２４】さらに、第１層と第２層とを構成する無機
質組成物の反応形態が大きく違わないため、剥離等の問
題がなく、又一体成形可能など生産上も有利である。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明を、その実施例を参照しつつ
詳しく説明する。表１に示す原料粉としてのフライアッ
シュ及び粘土を３０００℃で溶融後、８０ｍ／ｓの速度
で大気中に噴霧し急冷して、第２無機質組成物用として
Ｉ〜IVの4 種類の活性無機質粉体を作製した。

【００２６】また、表１には、各原料粉および活性無機
質粉体の組成、平均粒径、ＢＥＴ比表面積、結晶構造、
粉体形状、粉体色を合わせて示した。なお、組成、平均
粒径（粒度分布）およびＢＥＴ比表面積は、以下の粉体
物性評価法を用いて測定した。ＢＥＴ比表面積窒素吸着装置により測定組成蛍光Ｘ線装置により測定粒度分布粒度分析装置（レーザー回折式粒度
分布計、セイシン企業（株）製：ＰＲＯ−７０００Ｓ）
により測定

【００２７】

【表１】

【００２８】一方、第１無機質組成物用として表２に示
す〜の４種類のフライアッシュを用意した。

【００２９】

【表２】

【００３０】（実施例１〜５、比較例１〜６）各配合物
を表３または表４に示す配合でオムニミキサーによって
５分間混合し、第１無機質組成物および第２無機質組成
物を得た。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】そして、得られた第１無機質組成物および
第２無機質組成物を用いて、積層体試料を作製し、その
外観、および、物性の評価を行い、その結果を表５また
は表６に示した。但し、比較例１および比較例２では第
１無機質組成物のみ、比較例３および比較例４では第２
無機質組成物のみで試料を作製し、積層体では無かっ
た。

【００３４】なお、外観評価に用いた試料は、砂岩調表
面を有するゴム型（３００ｍｍ各正方形、厚み２０mm）
に、第２無機質組成物、第１無機質組成物の順に各層が
表３に示す厚みとなるように流し込み、９０℃のオーブ
ン内で１０時間加熱硬化させて得た。一方、物性の評価
に用いた試料は、幅１５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ
１０ｍｍの型枠内に各層の厚みの比が外観評価に用いた
試料と同じ比になるように第２無機質組成物、第１無機
質組成物の順で注入し、９０℃のオーブン内で１０時間
加熱硬化させて得た。

【００３５】また、外観評価および物性評価の評価方法
は、以下に示すとおりである。｛評価方法｝（１）曲げ強度上記試験片を、硬化後５時間乾燥させた後、気乾状態で
２４時間放置し、ＪＩＳＡ１４０８の方法に準じて
曲げ強度を測定した。（２）熱水試験上記試験片を９８℃以上の熱水中に８時間放置し、割
れ、クラック、剥離の発生の有無を確認した。（３）無機質積層体の表面色、外観試料の表面（第２層側）の色を目視により評価した。（４）耐凍害性試験ＡＳＴＭＣ−６６６Ｂ法に準拠した。（５）加飾性（外観）脱型後、その表面（第２層側）を、色、加飾模様の鮮明
度、泡の有り無しについて目視で判断した。（６）落体試験（５）で作成した試料を５０ｃｍの高さから落し、外観
を評価した。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】表５および表６に示すように、実施例の積
層体は、いずれも、比較例のものに比べ、強度、外観、
加飾性に優れていた。また、実施例５のように第２層を
第１層の両面に設けたものは、表面層の加飾性や外観を
向上させるだけでなく、裏面層側に設けた第２層が乾燥
収縮あるいは、熱膨張収縮による層間づれや反り、剥が
れなどを防止し、耐久性により優れたものであった。

【００３９】

【発明の効果】本発明にかかる無機質積層体は、以上の
ように構成されているので、外観、強度、加飾性および
耐久性に優れ、建材としての好適に使用できる。また、
無機質粉体のみで成形体を製造すると、無機質粉体の製
造費用が嵩むため、普通のフライアッシュを使用したも
のに比べかなりコストが高く、単独で建材として使用す
るには用途が制限されるが、第２層と第１層とが積層さ
れているので、製造コストも余り大きくならない。

【００４０】さらに、第１層および第２層を構成する無
機質組成物には、反応形態に大きな差がないため、両層
が剥離などを起こすことなく一体化されるとともに、一
体成形が可能で製造工程も簡略化できる。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 C01B 33/20 - 39/54 C01J 2/02 C04B 7/00 - 40/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径２０ミクロン以下の粒子を８０重量
％以上含むフライアッシュと、濃度が１重量％以上のア
ルカリ金属水酸化物水溶液および固形分濃度が１重量％
以上のアルカリ金属珪酸塩水溶液のうちの少なくとも何
れか一方の水溶液とを主反応成分とする第１無機質組成
物を硬化してなる第１層の少なくとも片面に、溶融状態
のフライアッシュまたは粘土を噴霧冷却して得た無機質
粉体と、濃度が１重量％以上のアルカリ金属水酸化物水
溶液および固形分濃度が１重量％以上のアルカリ金属珪
酸塩水溶液のうちの少なくとも何れか一方の水溶液とを
主反応成分とする第２無機質組成物を硬化してなる第２
層が、積層されている無機質積層体。