JPH04254460A - 水硬性無機質成形品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築用部材として好適
な、高強度で寸法安定性に優れた水硬性無機質成形品と
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築用無機質成形品、たとえばア
スベストセメント板、珪酸カルシウム板、軽量気泡コン
クリート板（ＡＬＣ）などのように、石灰質と珪酸質な
どからなる水硬性無機物質が高温の水蒸気下のオートク
レーブ中で養生されると、トバモライトと呼ばれる高結
晶性の水和物が形成される。そして、このような高結晶
性の水硬性無機物質からなる屋根材、床材、外壁および
間仕切り材などは高強度で、優れた断熱性と熱的安定性
が付与され、加えてその乾燥収縮を少なくし化学的抵抗
性を大きくすることができると言われている。したがっ
て、このような高温の水蒸気中での養生を必須とする上
記高性能な水硬性無機質成形品の補強用繊維としては、
高温のアルカリに耐えるアスベストや鉄筋などが使用さ
れてきた。しかしながら、天然素材であるアスベストは
、そのほとんどを輸入に依存しているため、価格の変動
が大きいのに加えて、近年アスベストが健康、衛生上有
害であることが明らかになったことにより、その使用が
忌避ないし制限されようとしている。

【０００３】そこで、耐アルカリ性に優れたアクリル系
繊維をアスベストの替わりに用いようとする試みがなさ
れている。たとえば、特開昭６１−６１５９号公報には
珪酸質と石灰質を主原料とする水硬性物質とアクリル系
繊維からなるスラリー状混合物を抄造法で成形し高温の
水蒸気中で養生する方法、また、特開昭６２−１９７３
４２号公報には極限粘度２．５以上の高強度高弾性率ア
クリル系繊維を用い１１０〜１６０℃の温度で水蒸気養
生する方法、また、特開昭６３−２８２１４４号公報に
はアクリルアミド系モノマを共重合した高強度高弾性率
アクリル系繊維を用い１１０℃以上の水蒸気中で養生す
る方法、および特開平２−１２９０５３号公報には重量
平均分子量４０万以上の高強度アクリル系繊維を用い１
８０℃で養生したセメント製品に関する発明などが開示
されている。

【０００４】ところで、近年、高強度な水硬性無機質成
形品を得る方法として、石灰質と珪酸質などからなる水
硬性物質を押出成形した後オートクレーブ養生する方法
が注目されている。たとえば、特開昭６４−１８９５３
号公報にはポゾラン性のない超微粉を含有し、かつ水／
固形比が２０〜４０重量％である押出成形組成物、ある
いは特開平１−９３４４６号公報には結晶質の超微粉珪
石を含有する押出成形組成物に関する発明などが開示さ
れている。

【０００５】ところが、これらの提案になる方法におい
ても、アクリル系繊維は１８０℃という高温の水蒸気養
生下、すなわちオートクレーブ養生下で充分な補強効果
が発現しないため高強度な水硬性無機質成形品が得られ
ていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
のようにアクリル系繊維がオートクレーブ養生下で充分
な補強効果が発現しないという問題点を解決し、押出成
形法において高強度で寸法安定性に優れた水硬性無機質
成形品と、その製造方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、セメントおよび非晶性珪酸質を主原料とする水硬性
物質とアクリル系繊維との混合物を押出成形後オートク
レーブ養生してなる成形品であって、曲げ強度を比重の
２乗で除した比曲げ強度が８０Ｋｇ／ｃｍ２　以上を呈
することを特徴とする水硬性無機質成形品とすることに
よって達成することができる。

【０００８】また、本発明の水硬性無機質成形品の製造
方法は、セメント、重量平均粒径が１μ以上の非晶性珪
酸質および重量平均粒径が１μ未満の非晶性珪酸質０〜
３０重量％を主原料とする水硬性物質とアクリル系繊維
との混合物を水とともに混練した後、押出成形し、次い
でオートクレーブ養生に供することを特徴とする水硬性
無機質成形品の製造方法である。

【０００９】

【作用】以下、さらに詳しく本発明について説明する。

【００１０】建築用部材として高強度で寸法安定性に優
れた水硬性無機質成形品を製造するには、石灰質（Ｃａ
Ｏ）と珪酸質（ＳｉＯ２　）をほぼ等量のモル数に配合
した水硬性物質を高温の水蒸気下のオートクレーブ中で
高結晶性の水和物にすることが必要である。このような
水硬性無機質成形品において、アクリル系繊維の補強効
果を十分発揮するには、第一に成形方法、第二に珪酸質
の種類、粒径およびその配合量が重要である。

【００１１】本発明において水硬性物質のうち石灰質は
セメントを用いる。セメントとしては、ポルトランドセ
メント、アルミナセメントなど単味セメントおよび高炉
セメントなど混合セメントが挙げられる。一方、珪酸質
は重量平均粒径が１μ以上の非晶性珪酸質および重量平
均粒径（以下、単に「粒径」と略す）が１μ未満の非晶
性珪酸質を用いる。粒径が１μ以上の非晶性珪酸質とし
てはフライアッシュ、高炉スラグなどが挙げられ、粒径
が１μ未満の非晶性珪酸質としてはシリカヒューム、珪
ソウ土、および白土などが挙げられる。これらの中でフ
ライアッシュとシリカヒュームの組合せが最も好ましく
用いられる。ここで、粒径が１μ未満の非晶性珪酸質の
配合量は０〜３０重量％であるが、好ましくは１〜２５
重量％、より好ましくは３〜２０重量％である。この配
合量が３０重量％を越えると上記珪酸質が凝集してしま
い、後述するように水の添加量が少ない状態での流動性
が低下し押出成形が困難となる。そのためアクリル系繊
維の補強効果が著しく低下することになる。

【００１２】ところで、上記水硬性物質にはアルカリ成
分として少量のＮａ２　ＯおよびＫ２　Ｏが含まれる。 特に、非晶性珪酸質にはその種類によってアルカリ成分
の含有量がかなり多くなることがある。これらアルカリ
成分は、アクリル系繊維の補強効果に悪影響を及ぼすた
めできるだけ少ないことが望ましく、その含有量は等価
Ｎａ２　Ｏ量（Ｎａ２　Ｏ＋０．６５８Ｋ２　Ｏ）とし
て３．３重量％以下が好ましく、より好ましくは３．０
重量％以下である。

【００１３】また、本発明の効果をより一層発現するた
め、石灰質と非晶性珪酸質との水和反応を速める添加剤
、すなわち水和反応促進剤を併用するのが望ましい。 ここで、水和反応促進剤としてはＭｇｃｌ２　、Ｃａｃ
ｌ２　などの無機の塩化物、無機のＣａ塩および酢酸Ｃ
ａなど有機酸のＣａ塩が挙げられるが、これらの中でＭ
ｇｃｌ２　は高強度な無機質成形品を得る上で特に好ま
しい。

【００１４】また、発明の効果を著しく損なわない範囲
内で珪砂、珪粉など結晶性珪酸質を配合してももちろん
構わない。

【００１５】さらに、無機質成形品に多孔性を与え、軽
量化するためにパーライト、シラスバルーン、ガラスバ
ルーンなどを適宜混合することができる。さらに、水硬
性物質の流動性を向上させるため、木材パルプ、アクリ
ル系繊維や芳香族ポリアミド繊維のフィブリル化物、ウ
オラストナイト、エデナイトおよびセピオライトなどの
無機繊維、マイカ、クレーおよびベントナイトなどその
他の充填剤を添加、配合することができる。

【００１６】次に、本発明に用いられるアクリル系繊維
は、特に限定されるものではないが、高温のアルカリに
耐え、かつ補強効果を高めるため高重合度のアクリル系
重合体からなる高強度高弾性率のアクリル系繊維である
ことが望ましい。たとえば、極限粘度が２．０〜５．０
の高重合度アクリロニトリル（以下、「ＡＮ」と略す）
系ポリマを使用し、引張強度が１０ｇ／ｄ以上で、弾性
率が１８０ｇ／ｄ以上のアクリル系繊維を用いることが
望ましい。

【００１７】ここで、本発明に用いられるアクリル系繊
維の具体的な製法例を説明する。

【００１８】まず、アクリル系繊維の製造に用いられる
ＡＮ系ポリマとしては、ＡＮ単独または少なくとも９０
モル％のＡＮと１０モル％以下の該ＡＮに対して共重合
性を有するモノマ、たとえばアクリル酸、メタクリル酸
、イタコン酸などのカルボン酸及びそれらの低級アルキ
ルエステル類、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロ
キシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタアクリ
レートなどのカルボン酸の水酸基を含有するヒドロキシ
アルキルアクリレート、アクリルアミド、メタクリルア
ミド、α−クロルアクリロニトリル、ヒドロキシエチル
アクリル酸、アリルスルホン酸、メタクリルスルホン酸
などの共重合モノマを例示することができるが、これら
の共重合モノマのうち強度の高いアクリル系繊維が得ら
れるアクリルアミド類が特に望ましい。

【００１９】これらのＡＮ系ポリマは、ジメチルスルホ
キシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）
、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などの有機溶剤、
塩化カルシウム、塩化亜鉛、ロダンソーダなどの無機塩
濃厚水溶液、硝酸などの無機系溶剤に溶解して、溶液粘
度が２０００ポイズ以上、好ましくは３０００〜１００
００ポイズ、ポリマ濃度が５〜２０％の紡糸原液を作成
する。

【００２０】かくして得られた前記高重合度ＡＮ系ポリ
マの溶剤溶液（紡糸原液）から、できる限り高強度高弾
性率で、内外構造差の少ない緻密な繊維を製造するため
には、この高重合度ＡＮ系ポリマの紡糸原液を紡糸口金
を通していったん空気などの不活性雰囲気中に吐出した
後、吐出された該紡糸原液を凝固浴中に導いて凝固を完
結させる、いわゆる乾湿式紡糸法を採用し、高度に延伸
することが望ましい。この乾湿式紡糸の具体的条件とし
ては、紡糸原液を紡糸口金面と凝固浴液面との距離が１
〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍの範囲内に設定さ
れた該紡糸口金面と凝固浴液面とで形成される微小空間
に吐出した後、凝固浴へ導いて凝固させ、次いで得られ
た繊維糸条を常法により、水洗、脱溶媒、１次延伸、乾
燥・緻密化、２次延伸、熱処理などの後処理工程を経由
せしめて延伸繊維糸条とする。この乾湿式紡糸によって
得られる繊維糸条は、延伸性が極めて優れているが、好
ましくは２次延伸方法として、１５０〜２７０℃の乾熱
下に少なくとも１．１倍、好ましくは１．５倍以上延伸
し、全有効延伸倍率が少なくとも１０倍、好ましくは１
２倍以上になるように延伸し、その繊度を０．５〜７デ
ニール（ｄ）、好ましくは１〜５ｄの範囲内とするのが
よい。この繊度が０．５ｄよりも小さいと延伸工程での
糸切れが多くなり、また７ｄよりも大きいと高強度が望
めないため好ましくない。

【００２１】かくして得られたアクリル系繊維は、水硬
性物質への分散性を高める上で繊維長が５ｍｍ以下、好
ましくは２ｍｍ以下に切断される。特に、高速回転刃、
リファイナー、高速ハンマーおよび高速ジエット流など
の粉砕機によって０．５ｍｍ以下の繊維長が３０重量％
以上、好ましくは５０重量％以上になるように切断され
たアクリル系繊維が好ましく用いられる。このとき、繊
維長の制御は粉砕時間や粉砕機の出力を調節したり、径
の異なるスクリーンで分級することによって行うことが
できる。

【００２２】かくして、上記のアクリル系繊維、水硬性
物質および各種の充填剤からなる配合物は水とともにミ
キサーで混合、混練された後、押出成形される。このと
き、アクリル系繊維の配合量は好ましくは０．１〜５重
量％、より好ましくは０．５〜２重量％である。また、
ミキサーとしてはオムニミキサー、アイリッヒおよびニ
ーダーなどが用いることができる。ところで、水硬性物
質１００重量部に対する水の添加量（ｗ／ｃ）は５０重
量部以下が好ましく、より好ましくは４０重量部以下、
特に好ましくは３０重量部以下である。ここで、水の添
加量が５０重量部より多いと高性能な無機質成形品を得
ることが難しくなる。特に、水硬性物質と多量の水から
なるスラリーを用いて成形する抄造法においては、珪酸
質が非晶性であってもあるいは結晶性であってもオート
クレーブ養生後において高強度な無機質成形品を得るこ
とは一般に難しい。

【００２３】次に、上記のように押出成形された成形物
はオートクレーブ中に投入され、たとえば、１８０℃の
水蒸気下で養生される。養生温度として１００〜１８０
℃の温度範囲を用いてももちろん問題ない。また、養生
時間は上記養生温度によって相違するが、３〜１５時間
の範囲で用いられる。

【００２４】かくして得られた本発明の成形品は、アク
リル系繊維の補強効果が十分発現され、曲げ強度が著し
く高く、かつ寸法安定性に優れたものである。

【００２５】ここで、本発明のような成形品分野におい
て、一般に曲げ強度は成形品の比重とともに増大するた
め、本発明の効果はこの比重の影響を考慮して検討され
るのがその特質を表わす上で好適であり、特に、曲げ強
度を比重の２乗で除した「比曲げ強度」値を用いて評価
をするのが好適である。本発明の成形品においては、か
かる比曲げ強度は、概して８０Ｋｇ／ｃｍ２　以上と非
常に高レベルを示すものであり従来類似品には見られな
い非常に優れたものである。本発明の成形品において、
より好ましくは該値が９０Ｋｇ／ｃｍ２　以上のもの、
さらに好ましくは９５Ｋｇ／ｃｍ２　以上のものであり
、このような物性を持つ本発明にかかる水硬性無機質成
形品は非常に優れた新規なものである。

【００２６】ここで、曲げ強度および比重は、成形品か
ら成形方向を長手方向として長さ１５ｃｍ×幅４ｃｍ×
厚さ６ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ　　Ａ　　１４
０８に準じ下記のようにして測定される値である。

【００２７】曲げ強度；気乾状態において、スパン１０
ｃｍ、荷重速度１ｍｍ／ｍｉｎで試験片の曲げ試験を行
い、常法により曲げ強度（Ｋｇ／ｃｍ２　）を算出する
。

【００２８】比重；２０℃の水を用いて試験片の飽水重
量および水中重量を、次いで１０５℃、２４ｈｒ乾燥し
て絶乾重量を各々測定し次式により嵩比重を算出する。

【００２９】比重＝絶乾重量／（飽水重量−水中重量）

【００３０】

【発明の効果】本発明にかかる水硬性無機質成形品は、
セメントと非晶性珪酸質を主原料とする水硬性物質とア
クリル系繊維との混合物を押出成形後オートクレーブ養
生して得られるものであって、アクリル系繊維の補強効
果が十分発現されるため著しく曲げ強度が高く、耐熱性
、耐衝撃性ならびに寸法安定性などに極めて優れている
。

【００３１】したがって、建築資材用、土木資材用など
多くの用途にその優れた性能を活用することができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果を具体的に
説明する。

【００３３】実施例１〜８、比較例１〜２アクリロニト
リル（ＡＮ）１００％からなる極限粘度が３．２のＡＮ
重合体をジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中で溶液重
合し、得られた紡糸原液を乾湿式紡糸した。凝固浴とし
ては、２０℃、５５％ＤＭＳＯ水溶液を使用した。得ら
れた未延伸繊維糸条を熱水中で５倍に延伸した後、水洗
し１８０〜２００℃の乾熱チューブ中で最高延伸倍率の
９０％で二次延伸し、繊度２デニール、強度１１．７ｇ
／ｄ、伸度１１．８％、弾性率２００ｇ／ｄのアクリル
繊維を得た。このアクリル繊維を繊維長２ｍｍに切断し
た。

【００３４】次に、セメントとしてポルトランドセメン
ト（等価Ｎａ２　Ｏ量１．０重量％）、非晶性珪酸質と
して粒径１０〜２０μのフライアッシュＡ（等価Ｎａ２
　Ｏ量１．８重量％）およびフライアッシュＢ（等価Ｎ
ａ２　Ｏ量３．５重量％）、粒径０．２μのシリカヒュ
ーム（等価Ｎａ２　Ｏ量１．２重量％）、結晶性珪酸質
として粒径１０μの珪砂（等価Ｎａ２　Ｏ量０．２重量
％）を表１の配合で用い、これら水硬性物質１００重量
部に対しアクリル繊維１重量部、メチルセルローズ１．
５重量部およびＭｇｃｌ２　を配合しアイリッヒで混合
した後、水を添加し混練した。得られた粘度状物を押出
成形して厚さ約６ｍｍの成形板とした。得られた成形板
を湿潤状態に２４時間、７０℃スチーム中に４時間放置
した後、１８０℃のオートクレーブ中で５．５時間水蒸
気で養生した。

【００３５】得られた成形板の曲げ強度を測定し、比曲
げ強度などの評価をした結果を表１に示した。かかる表
１から本発明の成形板は、補強性能に優れていることが
わかる。

【００３６】

【表１】

【００３７】比較例３〜４ 実施例１で用いたと同様のアクリル繊維を用いて繊維長
５ｍｍに切断した。

【００３８】次に、実施例１と同様にセメントとしてポ
ルトランドセメント、非晶性珪酸質としてフライアッシ
ュ、結晶性珪酸質として珪砂を表１の配合で用い、これ
ら水硬性物質１００重量部に対しアクリル繊維１重量部
、木材パルプ２重量部を配合し、これに水を添加して固
形分濃度５重量％のスラリーとした。次いで、低速撹拌
下でアニオン性ポリアクリルアミド系高分子凝集剤１０
０ｐｐｍを添加した。得られたセメントスラリーを５０
メッシュの金網で抄造して厚さ約６ｍｍの成形板とした
。

【００３９】得られた成形板を実施例１と同様にオート
クレーブ養生した後、曲げ強度を測定し、比曲げ強度な
どの評価をした結果を表１に示した。比較例のものは、
いずれも曲げ強度、特に比曲げ強度値が低く、本発明の
ものよりも明らかに強度面で劣ることがわかる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメントおよび非晶性珪酸質を主原料とす
   る水硬性物質とアクリル系繊維との混合物を押出成形後
   オートクレーブ養生してなる成形品であって、曲げ強度
   を比重の２乗で除した比曲げ強度が８０Ｋｇ／ｃｍ２　
   以上を呈することを特徴とする水硬性無機質成形品。
2. 【請求項２】セメント、重量平均粒径が１μ以上の非晶
   性珪酸質および重量平均粒径が１μ未満の非晶性珪酸質
   ０〜３０重量％を主原料とする水硬性物質とアクリル系
   繊維との混合物を水とともに混練した後、押出成形し、
   次いでオートクレーブ養生に供することを特徴とする水
   硬性無機質成形品の製造方法。
3. 【請求項３】重量平均粒径が１μ以上の非晶性珪酸質が
   フライアッシュであり、かつ重量平均粒径が１μ未満の
   非晶性珪酸質がシリカヒュームであることを特徴とする
   請求項２記載の水硬性無機質成形品の製造方法。
4. 【請求項４】水硬性物質に水和反応促進剤を添加するこ
   とを特徴とする請求項２または３記載の水硬性無機質成
   形品の製造方法。