JP4532932B2 - 建築用内装材料 - Google Patents

Description

本発明はメソポアからマクロポアを持つ珪藻土、石膏硬化体、マグネシアセメント硬化体からなり、水蒸気、V.O.C.、臭気などの吸着性能の高い建築用内装材料であり、且つ高強度、軽量の大形ボードとして環境を改善するものを低コストで供給するものである。

珪藻土を原料に用いた調湿材料や、脱臭材料に関する特許は数多く出願されているが、吸着機能を目的としたものは以下の様な技術がある。

特開平11―217256は珪藻土及び煉瓦粉末に珪藻土硬化体、化学薬品を加えて特殊セメントで硬化させた発泡体製品である。

特開平６−321655は塗料廃棄物にセメント、石炭灰、珪藻土等を加えてオートクレー部養生した無機質建材がある。

特開平７−206539は高強度軽量セラミックス成形体の製造に於いて珪酸ソーダ、アルミン酸ソーダを結合材として用い、これらの原料の一部に珪藻土を含み、加圧、成形、ロール成形による高強度の成形体を得る方法である。

特開平10−291850は水硬性材料に珪藻土を加えた硬化体であるが、これら水硬性材料にはポルトランドセメントが使用されている。

特開2001−302308は本発明と目的を同じくする調湿、消臭効果を持つ多孔体の成形方法であり、硬化剤はセメントと石膏と高分子硬化剤が使用される。

特開2002−348168は珪藻土を原料とする塗り壁材料であり、セメントにより硬化させるものである。

特開2003−96930も本発明と同じ目的の建材であるが、水硬性物質としてセメント、スラグ、石膏を含むものがある。

特開2003−335564は珪藻土を主原料とし、無機系硬化剤によって成形したものである。

以上の様に珪藻土を原料として硬化剤で硬化させて建材を造る方法は数多くの技術が知られている。本発明の様に硬化剤として石膏やマグネシアセメントなどを用いる組み合わせは容易に考えられるものであるが、本発明の新規性であり、また特徴とする所は、真空土練機を用いて真空脱気した後加圧押出成形することにより、柱状の珪藻土粒子は押出方向に配向した木材の様な方向性をもった板状体とすることが出来、且つ脱気による高密度化された高強度の建築用の大形板材の製造が可能なことである。

なお、高密度石膏ボードの製造方法は発明者による特開2002−241155があり、また特開平７−81997に於けるゼオライト−マグネシア系の軽質耐火材料は、マグネシアセメントの軽量であり、且つ高強度を発揮する材料として発明されたもので、これらの材料の特性を生かし、真空押出し成形方法により更に大幅な物性の向上を図る為に発明されたものである。

本発明は建築用内装材料として、高い気孔率を持つ軽量であり且つ強度、特に靱性の高い大形サイズのボードを低コストで製造する方法である。

建築用内装ボードとして市場に普及している石膏ボード、合板、フレキシブルボードなどは何れも900×1800を最少サイズとするものであり、また施工作業等の制約から１枚当たり20kgを超えない重量の範囲の製品であり、更に靱性が高く、取扱い時に破損しないものが求められ、更に内装ボードは釘打ちが出来、釘の保持力を持つものも求められている。

これらの条件を解決するための第１の課題は、まず均質な気孔組織で目標強度40kg／cm²以上を持ち、かさ比重が1.3以下のものとすることである。石膏硬化体はほぼ珪藻土と近似の3000Å〜10μｍのマクロ気孔体であり、マグネシアセメント硬化体でほぼ同様の気孔サイズを持つものであり、これらを組み合わせて高密度（かさ比重約1.3）のボードとすることは理論的に可能性がある。実験によれば石膏を真空脱押出したものはかさ比重1.3〜1.4であり、曲げ強度40kg〜45kgを示すものであった。

釘打ち出来る石膏ボード製品として、最近ドイツより輸入されているボードは、かさ比重1.2、曲げ強度35kgであり、これらの物性が本発明の目安となる。

結合材にマグネシアセメントを使用すれば石膏の約２倍程度の強度の発現は可能であり、また結合水が多く、かさ比重も小さくなる。

第２の課題は曲げ強度と靱性である。この種の水和化合物により造られる材料はセラミックス材料と比べて本来靱性を持っていて、曲げ弾性係数に於いても50×10³〜100×10³kg／cm²を示すものであるが、製品厚さが10mm以下の薄いものは繊維質材料を２％〜３％加える事により、引っ張り強度は著しく向上するものである。本発明に於いてもパルプ或いは衣料繊維を加えて且つ配向させて木材のように強度の異方性を持った製品を目標とするものである。

第３の課題は製品組織の均質性である。従来のボード類の製造プロセス、特に目標商品であるドイツのボードは加圧圧力20kg／cm²で大型の油圧プレスで成形するものであり、膨大な設備投資を要するものであるが、この種材料は原料の配合混合時に包含された空気は組織内に内蔵されて脱気することは極めて困難なものであり、これらの二次的に入った気泡は成形体の中に偏在して強度の面で欠点となり、品質のバラツキや不良率を高める原因となっている。本発明の真空脱気による押出し成形はこの面で特徴のある成型方法である。この様な造り方はこれまで、発明者を含め多くのメーカー技術者が試みた事もあったが、本来急結性の石膏やマグネシアセメントはポットライフが極めて短く、組成上の研究がされなかった為、実用化に至っていないものである。

第４の課題は珪藻土の粒子は幅0.015mm〜0.035mm、長さ0.1mm〜0.15mmの柱状といわれている。また石膏の結晶に於いても針状、リボン状であり、マグネシアセメントに於いても同様であるが、これら長方形の粒子を押出し成型によって押出方向へ配向させて木材の様にボードの幅と長さの方向に異方性を持っているが、長軸方向には極めて高い強度と弾性を持つ特徴ある組織を造るものである。

第５の課題はコストである。建築用内装材料は石膏ボードに代表される様に大量の需要があるがコストは極めて安いものである。コストダウンの要点は生産性、生産スピードである。セメント質のボードに於いて、硬化養生の為にオートクレーブ等の設備を使って、膨大な設備投資となっているが、石膏及びマグネシアセメントは本来急結性であり、成形時に於いてはオープンタイムを長くする必要があるが、成型後の加熱条件で急結性を回復させる事が可能である。即ち、請求項５及び請求項６に示す遠赤外線処理は照射時間が数分間で材料自身が熱線を吸収して80℃〜90℃に加熱されると急速に硬化反応は進行し、余剰水分を脱水すれば極めて短時間で製品となるものである。

なお、請求項４に示す珪藻土の假焼600℃以下としたのは、珪藻土成分中の非晶質珪酸分を残して、狭雑する粘土質や有機物の結晶水を脱水させる事により、軽量化の効果を示すからである。

建築用内装材料として最も広く使用されているのは石膏ボードであるが、組織密度は低い為、クラフト紙で積層され表面材としては使用出来ない事と、釘打ちが出来ない事が欠点とされ世界各国で高密度の石膏ボードの開発や製造が開始されている。また、住宅内装材として表層に壁紙を施工する為、シックハウス対策が環境の問題となっている、本発明はこれらの諸条件を解決したものであり、また石膏ボードリサイクルは建材廃棄物の大きいテーマであり、これらを解決する有効な手段となり、低コストのリサイクル製品として市場に供給する。

本発明は建築用内装材料として大形サイズのボードであり、且つ釘打ちが出来る強度と靱性を持ち、材質の特徴による軽量と共に調湿、脱臭等、環境改善の機能を持った新規な製品を目的とするものであり、その実施形態の１例を説明する。

珪藻土は天然産出状態のものを含水率40％以下に乾燥したものを乾物換算の珪藻土とし

CaSO₄となった無水石膏を主剤として用いるが、硬化時間を促進させる為に半水石膏を少

となる時間が遅くなる事を実験により確認し、350℃〜500℃に間で焼かれたものは好適であった。石膏の配合量は製品の使用目的により変えるものであり、調湿機能を要求されるものは珪藻土量を多く、石膏を少なく配合するが、石膏量30％以下では押出成型が困難であり、また強度の面に於いても不充分である。また、この種の非可塑性の材料の押出成型は出来るだけ水分を少なくして腰を強くし、且つ粘着性の高い高分子材料としてポリエチレンオキサイドを0.1％〜0.2％加え、更に水分を30％〜35％加えて成形する。

押出成形されたい板状の生板はコンベアー上を進行させながら波長５μｍ〜20μｍの遠赤外線放射空間に於いて５分〜６分間処理をすると水分が熱線を吸収して80℃〜90℃とな

なり、急速に硬化反応は進行する。更に30分間湿度80％〜90％、温度90℃〜100℃で湿度乾燥して余剰の水分を脱水させて製品が出来る。

また、マグネシアセメントを使用する場合は、本発明者による特開平７−81997に於けるゼオライトを珪藻土と置換して製造するものであるが、マグネシアセメントとして代表的な5MgO、MgCl₂・8H₂Oからオキシクロライドセメント組成物として30％〜70％の範囲で珪藻土を混合して可塑状態として押出成形するものであるが、マグネシアセメントは上記組成に調整したものは調合後スラリータンクの中で撹拌しながら第一次水和反応をさせる為、40℃〜50℃の温度で約１時間処理をして粘稠なスラリ状となったものを所定量の珪藻土とミキサー内で混合して可塑状態とし、真空土練機に入れて成形する。なお、スラリ状のマグネシアセメントの硬化反応を一時抑制する為、0.1％〜0.2％の高分子材料を加える。成形された生板は石膏の場合と同様に遠赤外線処理をした後、乾燥して製品となるものである。

マグネシアセメントは石膏やポルトランドセメント硬化体と比較すると、比重を考慮した比強度は数倍高いものであると共に材料自身の吸湿性が高いものであり、珪藻土の併用によって調湿や脱臭機能を発揮する。また、硬化体の表面強度は硬く、内装材料として好適なものである。

石膏による成形体

１．原料

型無水石膏を用いた。

２．配合比（重量比）

３．混合及び成形（50kg）
１）水溶液（1.5kgの繊維と５kgの水と75gのアルコックス）を高速ミキサー内に入れ
て粘稠水溶液の中で繊維を分散させる。
２）次に繊維分散液へ更に水10kgを加えたものを用意し、珪藻土25kg、石膏25kgを混
合するミキサーに入れて混合し、混練して可塑状態のペースト状とする。
３）真空土練機を用いて幅300mm×長さ1000mm×厚さ10mmの平板を押出成形し、遠赤
外線照射コンベアーで７分間加温した。
４）湿度80％、温度90℃の乾燥室内に入れて30分間養生し、乾燥脱水して製品とした
。

４．物性

※釘保持力は丸釘2.47φ×長さ50mm、打ち込み深さ12.5mmで行い、速度0.5mm／分で
引き抜いたときの保持力。
※曲げ強度及び弾性率、スパン200mmで測定。

５．評価
物性をドイツ製の高密度石膏ボードと比較すると、

以上の様に主要物性はほぼ同等であるが、特に弾性率に於いて特徴を示し、靱製の高いものである。

マグネシアセメントによる成形体

１．原料
珪藻土乾燥粉末、衣料繊維とマグネサイトを800℃に焼いた活性マグネシアを使用。

２．配合比（重量比）

３．混合及び成形（50kg）
１）1.5kgの繊維に水５kgを加え、更に75gのアルコックスを加えて高速ミキサー内で
粘稠水溶液の中で繊維を分散させる。
２）活性マグネシア10kgと無水塩化カルシウム５kgに水８kgを入れて混合し、40℃〜
50℃に加温されたタンクの中で撹拌しながら１時間処理をする。（マグネシアス
ラリー）
３）珪藻土35kgをミキサーにいれ、次にマグネシアスラリーを23kg投入して混合した
後、繊維分散液５kgを入れて混練して可塑状態のペースト状とする。
４）真空土練機に投入して幅300mm×長さ1000mm×厚さ10mmの平板を押出成形し、遠
赤外線照射コンベアーで７分間加温し、
５）湿度80％、温度90℃の乾燥室内に入れて３時間養生硬化させて製品とした。

４．物性

５．評価
以上の物性測定値から注目すべきは極めて高い曲げ強度であり、また吸湿性は高く、調湿機能を持つ材料である。

Claims (4)

1. 含水率４０％以下に乾燥した珪藻土30％〜70％と、硬化剤としての石膏又はマグネシアセメント30％〜70％の重量比から成る組成物に水、増粘剤、繊維質材料を加えて可塑状態とした後、真空土練機を用いて脱気するとともに平板状に押出し成形して結晶粒子を同一方向に配向させ、遠赤外線放射空間に於いて加温し、養生硬化させることにより、かさ比重１．３以下の均質な気孔組織で釘打ち可能とした建築用内装材料。
2. 請求項１に示す石膏は、廃石膏ボードの石膏を３５０℃以上で焼成した無水石膏に半水石膏を添加したものである建築用内装材料。
3. 請求項１に示すマグネシアセメントは、活性マグネシアと、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムの一種以上からなるものである建築用内装材料。
4. 請求項１の珪藻土は、600℃以下の温度で焼成したものである建築用内装材料。