JP4000390B2 - 夜光性または螢光性の人造石組成物 - Google Patents

Description

技術分野
この出願の発明は、夜光性または螢光性の人造石組成物に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、夜間装飾性、暗視野環境における光による方向指示や位置のガイド等として建築材、景観材等に有用な、蓄光性等の夜光性または紫外線吸収にともなう螢光性を有する人造石組成物に関するものである。
背景技術
従来より、天然石を粉砕し、これを樹脂等に混合して固化させた人造石が知られている。そして、この人造石について、大理石、御影石等の天然石調の意匠を持ち、しかも硬度、強度にも優れたものとするための工夫が様々に行われてきてもいる。
このような人造石の機能、性能向上の一つの試みとして、蓄光材等の夜光性物質や紫外線吸吸にともなって発光する紫外線発光材等の螢光性物質を用いて光機能を付与することも提案されている。この試みは、人造石のバインダーとしての樹脂成分に螢光物質を混合して固化させること、あるいは不飽和ポリエステル、メタクリル樹脂、ガラス等にアルミン酸ストロンチウム等の蓄光性螢光物質や紫外線螢光性物質を混合して固化させ、これを粉砕したものを骨材として用いて人造石を構成することとしてなされている。
しかしながら、従来の夜光性もしくは螢光性人造石の場合には、上記のいずれの方法によるものでも蓄光材等が作用するのは、人造石の表面部に露出しているバインダー樹脂成分や骨材の配置部位においてだけであって、人造石の成形体の内部に含まれた蓄光材等は全く作用しないという欠点があった。蓄光材等の夜光物質は非常に高価なものであり、少量の添加でも人造石製品の全体コストを３〜１０倍程度にまで上昇させるため、このような作用しない夜光物質を内部に含有している従来の人造石ではコスト的に実用的でなく、その発光も人造石の表層部にとどまるために発光の厚みが得られないという欠点があり、このような高いコストと発光性能の制約とによってその用途も極めて限定されてしまうという問題があった。
一方、コスト低減のためにその添加量を抑えると、発光や蓄光の作用効果がほとんど得られないという不都合が生じることになる。
このため、人造石の光機能を向上させるためには、低コスト化のためのより少ない蓄光材等の夜光性または螢光性物質の使用で、しかもその作用効果に優れ、表面だけではなく、人造石の発光の厚みも充分に得ることのできる新しい人造石の実現が望まれていた。
発明の開示
そこで、この出願の発明は、上記の課題を解決するのとして、５〜７０メッシュの大きさの透明性無機質細粒成分と、１００メッシュアンダーの大きさの無機質微粒成分と、１００メッシュアンダーの蓄光性または紫外線吸収にともなう発光性を有する夜光性もしくは螢光性成分と樹脂成分とが含有されている人工石組成物であって、
前記の透明性無機質細粒成分と無機質微粒成分並びに夜光性もしくは螢光性成分との重量の和が人造石組成物全体の９０重量％以上で、前記樹脂成分の重量は人造石組成分全体に対して１０重量％以下で含有されており、
前記無機質細粒成分は、その重量（Ｗ₁）のうちの５０〜１００％の割合が透明性無機質細粒成分であり、
前記透明性無機質細粒成分の重量（Ｗ₁）と、無機質微粒成分の重量（Ｗ₂）と夜光性もしくは螢光性成分の重量（Ｗ₂）との和（Ｗ₂＋Ｗ₃）との比が、Ｗ₁：（Ｗ₂＋Ｗ₃）＝１：２〜５：１であり、
前記無機質微粒成分の重量（Ｗ₂）と、夜光性もしくは螢光性成分の重量（Ｗ₃）との比が、
Ｗ₂：Ｗ₃＝１：２〜１０：１
であることを特徴とする夜光性または螢光性の人造石組成物を提供する。
発明を実施するための最良の形態
この出願の発明について以下にさらに詳しく説明する。
人造石の組成としては、この発明では、基本的成分として、まず第１には、５〜７０メッシュの大きさの無機質の細粒成分を含有する。この細粒成分は、天然または人工合成された各種のものであってよく、たとえば珪石、かんらん石、長石、石英石、雲母等の鉱物や、花崗岩、変成岩等の天然石、ガラス、陶磁器、金属等が例示されることになる。
ただし、この発明の人造石組成物においては、配合されるこの細粒成分の重量のうちの３０〜１００％の割合を、透明性の無機質細粒成分とすることが欠かせない。
透明性無機質細粒成分は、実質的に光透過性の大きな無機質成分であることを意味しており、その透明度には様々な程度があるが、天然、あるいは人工合成される無機物質において比較的光透過性の大きなものがこの発明において用いられることになる。このため、透明性の無機質細粒成分は、着色された状態、あるいは固有の色を有した状態のものであってもよい。
代表的には、石英石、珪石、ガラス等がこの発明における透明性無機質細粒成分として、例示されるが、これらに限定されることなく、珪石、石英石、ガラスをはじめとして、適宜な透明性のある無機質の細粒成分であればよい。
また、この細粒成分とともに１００メッシュアンダーの無機質微粒成分がこの発明の第２の成分として用いられる。この微粒成分としては、天然又は人造の各種の微粒成分が挙げられる。たとえば炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、珪石粉末等は得やすい微粒成分である。そして、この無機質微粒成分については、無機質細粒成分と同様に、比較的光透過性の大きなものを使用することが、この発明においてはより大きな効果を引出すために望ましい。
また、この微粒成分の１部として、色調の調整のための二酸化マンガン、二酸化チタン、珪酸ジルコニウム、酸化鉄等の成分や、難燃性／不燃性付与のための三酸化（五酸化）アンチモン、ホウ素化合物、臭素化合物等の成分が配合されていてもよい。
そして、この発明の人造石では、第３の成分として、１００メッシュアンダーの蓄光性や紫外線吸収にともなう発光性のある、夜光性もしくは螢光性の成分が含有される。このような成分の代表的なものとしてはアルミン酸ストロンチウム系蓄光材や硫化亜鉛等がある。これら各種の素材がこの発明において用いられることになる。
前記の細粒成分は、得られる人造石の骨材としての役割を果たし、その外観ならびに物理的性質に主要な要因として機能する。
そして、この細粒成分については、この発明においては、配合量の３０％以上が透明性のあるものでなければならない。
人造石の骨材としての役割を果たす無機質細粒成分は、その大きさは前記のとおり５〜７０メッシュの範囲にあるものとするが、このことは、無機質微粒成分との組合わせにおいて欠かせない要件である。一方、微粒成分は細粒成分に比べて１００メッシュレベルよりも相当細かいものであり、細粒成分の一つ一つの粒の間に侵入し粒の間の空間を埋めるように位置し、得られる人造石の固さやしなやかさといった性質を得ることに寄与する。
そして、前記の夜光性もしくは螢光性成分の場合には、微粒成分と同様の役割りを果たすとともに、夜光性もしくは螢光性という光機能を人造石に付与することになる。夜光性もしくは螢光性成分の大きさも、微粒成分と同様に１００メッシュアンダーとすることが欠かせないのである。
そして以上の各無機質成分については、その大きさとともに配合割合が重要な要件となる。
すなわち、この発明の人造石組成物においては、前記の無機質細粒成分の重量（Ｗ₁）と、無機質微粒成分の重量（Ｗ₂）と、夜光性もしくは螢光性成分の重量（Ｗ₃）との関係が、
Ｗ₁：（Ｗ₂＋Ｗ₃）＝１：２〜５：１
Ｗ₂：Ｗ₃＝１：２〜１０：１
であることが欠かせない。
Ｗ₁：（Ｗ₂＋Ｗ₃）については、より好ましくは１：１〜４：１程度であり、また、Ｗ₂：Ｗ₃については、１：１〜５：１程度であるのがより好ましい。
そして、前記のように、無機質細粒成分については、そのうちの透明性無機質細粒成分の割合は、
（０．３〜１．０）Ｗ₁
の関係にあるようにする。
以上のことは、人造石としての強度、硬度、密度等の物理的性質や、夜光性もしくは螢光性という光機能の実現にとって必要とされているのである。
なお、各成分の大きさは、具体的には、組合わせる成分の各々の大きさと配合割合によって適宜に選択されることになるが、微粒成分および夜光性もしくは螢光性成分は、一般的には１００〜２５０メッシュ程度のものとすることがより好ましい。
また、この発明においては、第４の成分として樹脂成分が欠かせないが、このものは、熱硬化性のものの中から広い範囲で選ぶことができる。
たとえば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が例示される。なかでも透明性、硬度、強度等の点からはメタクリル樹脂が好適なものとして示される。樹脂成分の配合割合は、この発明の人造石組成物においては、組成物全体の１０重量％以下とする。この樹脂成分は、前述の骨格を形成する成分である細粒成分や、微粒成分等に対して、これらを包み込み、全体を結合することに寄与し、人造石が完成したとき製品に弾性あるいは引張強度等を与える機能がある。このような樹脂成分の配合割合に対応して、細粒成分や微粒成分等からなる無機質骨材の使用量割合は限定される。すなわち、重量比で８９〜９５％程度でなければならない。９５％を超すと製品が脆くなり、使用しにくいものしか得られない。また、８９％未満では製品が柔らかすぎて石的な性質が得られず、使用範囲が樹脂板と同様な範囲となってしまう。
樹脂成分の観点からみると、人造石組成物の全体量１１％を超えると製品がプラスチック的になり、もはや人造石とは名のみの見かけだけのものとなる。また、樹脂成分を過度に少なくすることは製品の天然色に近い外観性を増大させる面もあるが製品が脆いものとなり、使用に適しなくなる。このような観点からは、より好ましくは、樹脂成分は５〜１１重量％となるようにする。
この発明の実施においてはこれら成分の構成比率が重要である。この発明では、以上の割合によって、緻密な組織を有する高密度品を可能とすることが特徴の一つでもある。ここで高密度は、人造石製品の中に含まれている細粒成分と微粒成分とが高密度に存在するという意味であり、その程度はたとえば密度２．２ｇ／ｃｍ³以上という、従来の人造石のレベルを越えているのである。
人造石の光機能についてさらに説明すると、この発明の人造石においては、光機能は、
１）無機質細粒成分の３０〜１００重量％を透明性無機質細粒成分とすること、また、望ましくは、同様に無機質微粒成分の３０〜１００重量％が透明性無機質微粒成分とすること
２）１００メッシュアンダーの夜光性もしくは螢光性の成分を、前記のとおりの特定の割合で配合すること
によって、夜光性もしくは螢光性のある人造石として実現されることになる。そして、その場合の特徴は、発光が厚みのものとして可能とされることである。従来のように表層部のみでの発光ではなく、人造石の厚み全体において発光されることになり、発光性能が優れ、しかも高価な夜光性もしくは螢光性成分の使用にともなう経済性にも優れたものとなる。
このことは、透明性骨材としての透明性の無機質細粒成分、さらには微粒成分の使用によって、外部より照射される光が人造石の内部にまで透過浸透し、効率よくその光エネルギーが夜光性もしくは螢光性の成分に吸収され、かつ、蓄光材等からなる夜光性もしくは螢光性成分が分散された螢光層が人造石の内部まで含めた大きな厚みとして確保されることから、長時間、高光度を保つことが可能とされるからである。発光時には、透明性無機質細粒成分は、光透過性が良好であることによって、高光度となるのである。
細粒成分全体に占める透明性成分の割合は前記のとおり３０〜１００重量％とするが、人造石の強度等の物理性能や、外観意匠性によっては、１００％の割合とすることが、光機能の観点では好ましいことは当然である。もちろんこのことに限定されることはないが、３０％未満の場合には所要の光機能が得られにくいことになる。
なお、この発明の人造石の実施においては、前記透明性細粒成分の一部に、夜光性または螢光性の成分を焼付け、もしくは常温被覆しておいてもよい。
細粒成分への焼付け被覆では、透明細粒成分の粒子表面には数μｍ〜数十μｍ、たとえば５〜５０μｍ、より好ましくは２０〜４０μｍ程度の被覆が施されているようにする。より具体的には、１２０〜１２００℃程度の高温において焼付けて被覆を施すことができる。
焼付けられる螢光物質としては、前記のアルミン酸ストロンチウム、硫化亜鉛等々の蓄光性または紫外線照射により発光する各種の螢光物質であってよい。
焼付けは従来より知られている各種の方法でなく、たとえば、アルミン酸ストロンチウム等の蓄光材の粉粒を分散させた分散液、あるいはペースト中に透明性無機質骨材、たとえば前記の細粒成分を混合し、乾燥して焼付けすることができる。
また常温コーティングによる被覆では、前記の分散液やペーストに透明粘着物質（バインダー）を用いておくことによっても被覆される。
なお、この発明の高密度人造石において重要なことは、特例を除いて、無機質成分が製品のどの部分においても均一に分散していることが望ましいことである。
そして、製品の外部表面は研磨または粗面化するのが望ましい。実施上は破れた細粒成分が露出しているようにするのが好ましい。
研磨はこの発明の深み感のある高密度人造石の持っている緻密な組織状態を表面露出させるのに実用的に便利な方法である。もちろん、製品の面の一部を研磨して細粒成分を露出し、同じ面の他の部分との間の相違を模様として使用することもできる。
また、人造石を得る場合において、目標とする色調や意匠性をいかなるものとするかは重要な問題である。御影石や大理石は天然のものからの製品が得にくいことと、色艶が美麗なために目標の一つとなる。この発明においては、細粒成分として透明性のものを使用することで、御影石調や大理石調等の艶のあるものを得ることができる。細粒成分として石英系天然石を粉砕して得た細粒を使用することができるからである。
石英系天然石を粉砕して得た細粒は、多くの場合無色で透明であるが、透明でない場合もいくぶんの透明性を残しているものが多い。
無機顔料や、アゾ顔料、フタロシアニン系顔料等の有機顔料、あるいは各種の染料を加えることによって、均一な色を持ち、深みと艶のある独特の色調を持たせることもできる。
なお、この発明の人造石組成物では、色成分として細粒成分とほぼ同じ大きさの粒状の有色のものとを混合して使用し、製品に色を与えることもできる。
いずれにしても、従来の人造石に比べて色の再現性が遙に容易に確保でき、変色がなく、深みと艶に優れたものが得られる。
蓄光性や紫外線発光性等とともに、通常では優れた色調特性をも有するこの発明の高密度人造石は、その形状において板状、棒状、筒状等の任意とすることができる。
このための成形方法も多様に選択されるのであって、たとえば注型成形、圧縮成形等が適宜に考慮される。
圧縮成形法では、水平型枠としての下受型に、細粒成分、微粒成分および樹脂成分を予め成形完了後の組成において必要な量だけ配合して混練した材料（混合材料）を投入し、上型を合わせ、これを５〜１００ｋｇｆ／ｃｍ²の面圧で押圧して圧縮成形を行うものである。そしてこの成形においては、圧縮時に、概略９０〜１４０℃の温度に５〜２０分間程度加熱する。
また、この加熱しながらの圧縮成形においては、圧力とともに型枠に振動を加え、型枠内の上記混合材料の流動性を良くすることもできる。
このような圧縮成形による方法は、平板成形品のように比較的単純な形状を成形法として量産効果を発揮し、また、材料のロスがほとんどないため経済性にも優れたものである。
そして、この発明においては、成形後の成形体表面に粗面化加工を施し、微粒成分が表面部に露出するようにしてもよい。
このための方法としては、まず、樹脂成分の選択的除去法が採用される。すなわち、たとえば、成形型から脱型した後に、成形品の表面に高圧水を噴出させて地肌面加工を施すことが有効である。
この加工は、厚みや、ノズルとの距離、加工形態等の種々の条件によって異なるので限定的ではないが、通常は、２〜２０ｃｍの厚みの場合、２〜５０ｃｍ程度のノズルの高さからは、５０〜１４００ｋｇ／ｃｍ²程度の水圧とすることができる。この圧力は、自然石を対象とする場合に比べて、より低い水圧条件となる。
つまり、樹脂分の存在によって、より容易に、高品位での加工が可能となるためである。
高圧水の噴出のためのノズルやそのシステムについては特に制限はない。各種のものが採用される。
この地肌面加工によって、ウォータージェットによる平坦化、あるいは粗面化が実現され、深みのある質感を持った人造石が製造される。
樹脂成分の存在によって、表面が白濁することもなく、また、薬品を用いるエッチング方法に比べて、廃液の処理も容易となる。
もちろん、必要に応じて、表面部を有機溶剤によって処理し、樹脂成分を軟化もしくは溶融させて部分除去することもできる。
この場合の有機溶剤としては、使用する樹脂成分に対応して選択すればよく、たとえば、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素、無水酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸やそのエステル化合物、あるいはアセトン、テトラヒドロフラン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ等が例示される。
成形体はこれらの有機溶剤に浸漬するか、あるいはこれら有機溶媒をスプレーもしくは流下させ、軟化もしくは溶融した樹脂成分を表面部から取除くことで表面凹凸を形成することができる。
あるいはまた、ワイヤーブラシ、切削手段等によって硬度の低い樹脂成分を表面部よりかき取るようにして凹凸を形成してもよい。
以上の各種手段によって粗面化し、地肌面加工を施した後に、前記した通り、表面を研磨することにより、表面の細粒成分の被覆層を部分的に破り、この被覆層と細粒成分の粒子とが断面として製品の表面部に露出させる。これによって、独特の深みと艶のある表面質感が実現される。これはすでに前述した通りの光の独特の反射現象に帰因するものである。
表面研磨のための手段には特に限定はなく、砥石、研磨布、研磨ベルトなどの工具を用いて、あるいは、バフ研磨剤、ラビングコンパウンド等の研磨剤を用いて実施する事ができる。
研磨材としては、研磨作用を主とするダイヤモンド、炭化ホウ素、コランダム、アルミナ、ジルコニアや、琢磨作用を主とするトリポリ、ドロマイト、アルミナ、酸化クロム、酸化セリウム等が適宜に使用される。
もちろん、このような研磨を施した後に、表面部をさらに粗面化し、凹凸を形成してもよい。ただし、この場合にも、上記の通り、少なくとも一部の細粒成分の粒子とその被覆層の断面が露出しているようにする。
こうすることによっても、優れた発光特性とともに、優れた肌合い、質感を有する人造石が製造される。
以下、実施例を説明する。もちろん、この発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
実施例
実施例１
次の配合（重量％）
透明性天然珪石 ：５０
（１０〜７０メッシュ）
水酸化アルミニウム ：１０
（平均粒径２２０メッシュ）
透明性珪石粉末 ：１０
（平均粒径２００メッシュ）
アルミン酸ストロンチウム蓄光材 ：２０
（平均粒径２００メッシュ）
メチルメタアクリレート（ＭＭＡ） ：１０
（０．１５％過酸化物系ＭＭＡ硬化剤含有）
を均一に混合してモルタル状とした。
得られた混合物を型枠内に投入し、厚み１１ｍｍの板状体に成形した。
次いで成形体の表面をダイヤモンド系砥石および炭化珪素、マグネシア系砥石を用いて研磨し、１０ｍｍ厚とした。
得られた人造石は、厚み方向全体の夜光性の蓄光／発光特性を示し、普通でも、深みのある、大理石調の乳白色と艶をもち、内部や表面に気泡が存在せず、組成は均一であった。
日本工業規格ＪＩＳ Ｋ−７１１２に従った試験では、比重２．３０であった。また、吸水率は、０．１２％であった。その他の特性は以下の表１の通りであった。

また、３％塩酸水溶液８時間浸漬、並びに３％水酸化ナトリウム水溶液８時間浸漬による耐酸性、耐アルカリ性試験によっても異常は認められなかった。
得られた製品を建物の壁板として使用したところ、深みのある美麗な御影石調の壁を得ることができた。また、晴天時に昼間の日光により蓄光した光が夜間において高光度で長時間その効果を維持した。厚みを有する発光部により質感が得られた。
実施例２
実施例１の配合において、珪石粉末を２０％、アルミン酸ストロンチウム系蓄光材を１０％に変更し、かつ、天然珪石の割合を６２％、メチルメタアクリレート（ＭＭＡ）の割合を８％に変更して均一に混合し、加圧加熱成形を行い、厚み２１ｍｍの板状体とした。
次いで表面部をダイヤモンド砥石及び、炭化珪素アグネシア系砥石を用い研磨し、さらに１１００ｋｇ／ｃｍ²のウォータージェット圧力（ノズル径０．７５ｍｍ、噴射距離４０ｍｍ）で、表面部の樹脂部分のみを除去した。
得られた人造石は、通常では、深みを有し、ノンスリップ機能を備えたものであり、夜間においては、蓄光性により、厚み方向全体に長時間視認可能なものであった。
非常停電時の夜光性誘導標識建材として、有効な人造石として、使用することができた。
実施例３
次の配合（重量％）
透明性天然珪石 ：４０
（２０〜７０メッシュ）
ガラス粉 ：１７
（１０〜３０メッシュ）
黒色顔料コーティング透明性天然珪石 ：７
（２０〜７０メッシュ）
水酸化アルミニウム ：１０
（平均粒径２５０メッシュ）
アルミン酸ストロンチウム蓄光材 ：１８
（平均粒径２００メッシュ）
メチルメタクリレート（ＭＭＡ） ：８
（０．１％ＭＭＡ硬化剤含有）
により、実施例１と同様にして厚み１２ｍｍの板状体を成形し、研磨した。深みのある御影石調の意匠が得られた。
暗視野においても、蓄光材による発光によって厚み方向全体に長時間の高発光性能をもつ板状体が得られた。
夜光性建材として使用することができた。
産業上の利用可能性
以上の通り、この発明では、夜行性等の光特性に優れた、また深みと艶のある優れた色調と、良好な特性を持つ高密度人造石を提供する。しかもこのように優れた製品の製造は従来品に比べてはるかに低コストで実現される。

Claims (7)

1. ５〜７０メッシュの大きさの無機質細粒成分と、１００メッシュアンダーの大きさの無機質微粒成分と、１００メッシュアンダーの蓄光性または紫外線吸収にともなう発光性を有する夜光性もしくは蛍光性成分と樹脂成分とが含有されている人造石組成物であって、
   前記の無機質細粒成分と無機質微粒成分並びに夜光性もしくは蛍光性成分との重量の和が人造石組成物全体の８９重量％以上で、前記樹脂成分の重量は人造石組成分全体に対して１１重量％以下で含有されており、
   前記無機質細粒成分は、その重量（Ｗ₁）のうちの３０〜１００％の割合が透明性無機質細粒成分であり、
   前記無機質細粒成分の重量（Ｗ₁）と、無機質微粒成分の重量（Ｗ₂）と夜光性もしくは蛍光性成分の重量（Ｗ₃）との和（Ｗ₂＋Ｗ₃）との比がＷ₁：（Ｗ₂＋Ｗ₃）＝１：２〜５：１であり、
   前記無機質微粒成分の重量（Ｗ₂）と、夜光性もしくは蛍光性成分の重量（Ｗ₃）との比が、
   Ｗ₂：Ｗ₃＝１：２〜１０：１
   であることを特徴とする夜光性または蛍光性の人造石組成物。
2. 無機質微粒成分は、その重量（Ｗ₂）のうちの３０〜１００％の割合が透明性無機質微粒成分である請求項１の人造石組成物。
3. 透明性無機質細粒成分並びに透明性無機質微粒成分は、石英石、珪石およびガラスから選択される少なくとも１種である請求項１の人造石組成物。
4. 樹脂成分はメタアクリル樹脂である請求項１の人造石組成物。
5. 夜光性もしくは蛍光性の成分がアルミン酸ストロンチウム蓄光材である請求項１の人造石組成物。
6. 無機質細粒成分の全てが透明性無機質細粒成分である請求項１の人造石組成物。
7. 無機質成分と夜光性もしくは蛍光性成分との重量の和が、人造石組成物全体の８９〜９５重量％で、樹脂成分の重量が人造石組成物全体の５〜１１重量％である請求項１の人造石組成物。