JPS605049A - 無機硬化体の製法 - 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】 ［技術分野］ この発明は、建築材料として用いられる無機硬化体の製
法に関する。さらに詳細には、抄造にあたり、石綿を使
用しないで抄造体を得るセメント系無機建材等無機硬化
体の製法に関するものである。

［背景技術］ 従来よりセメントを結合材とし石綿を補強材として含ま
せるようにした無機硬化体が広く使用されている。石綿
を補強繊維として用いるようにすると、無機硬化体に対
する補強効果が著しくなるとともに、ハチ・ニック抄造
方式等の大量生産に適した抄造法により無機硬化体をつ
くるのが可能になるからである。この方法では、原材料
を含むスラリーをハチニック抄造機等の抄造機で抄き上
げ、得られた賦形体を養生して無機硬化体を作るように
する。その際、石綿を原材料の固型分基準で５重量％以
上用いると抄き上げが可能となる。

しかしながら、石綿を使用する上で石綿公害を引き起こ
す恐れがあり、これから先も石綿を使用し続けることは
、社会環境を守る上で問題となる。

その為、近年、石綿を含まない無機硬化体の研究がさか
んに行われている。その−例としで、石綿の代わりにパ
ルプを含ませるようにした無機硬化体があり、現在すで
にその製品が市場に出廻っている。しかし、この無機硬
化体には、次のような欠点があり、一般の建築材料とし
て用いるのには不適当であった。すなわち、不燃性でな
いという欠点である。抄造法によりこの無機硬化体を作
るには、原材料の固型分基準で約６重量％（以下、すべ
て原材料の固型分基準で表す）以上のパルプを使用する
必要があるが、このように多量のパルプを使用すると、
得られた無機硬化体が不燃性セな（なるの！ある。また
、強度、特に吸水時の強度が不充分であるという欠点も
あるので、外装用建築材料として用いるには不適当であ
った。

現在、石綿の代替繊維としてパルプ以外に、ガラス繊維
、カーボン繊維、鋼繊維、ウオラストナイト等の無機繊
維、ビニロン７アクリル、ポリエチレン等の有機繊維等
も種々検討されているが、いずれも、１本の繊維の太さ
が石綿に比し太く、石綿のようにセメントとのなじみが
良くないので、単独で使用されるに至っていない。

［発明の目的］ 前述したような事情に鑑み、この発明は、石綿を使用す
ることなく、不燃性でしがも強度が高く、その上抄造法
により大量生産出来る無機硬化体の製法を提供すること
を目的とする。

［発明の開示］ 発明者らは研究を重ねた結果、短く切断することなく叩
解フィブリル化したパルプと、フィブリル化しないで単
に離解しただけのバージンパルプをうま（使用すること
により、不燃性でしかも強度の高い硬化体を抄造法によ
り大量生産出来ることを見い出し、ここにこの発明を完
成した。

すなわち、針葉樹、広葉樹等のバージンパルプをＰＦＩ
ミル、シングルディスクリファイナ−。

ダブルディスクリファイナ−等の叩解機の叩解条件をう
ま（設定することにより、繊維長５９０ミクロン以上（
２８メツシユＯｎ）を６０重量％以下に保ちながらフィ
ブリル化してショツパー濾水度を４０°ＳＲ以上９５°
ＳＲ以下にしたパルプを全固形分に対し１〜５重量％の
割合、ショツパー濾水度４０’ＳＲ以下の単に離解した
だけのバージンパルプを全固形分に対し０．５〜１．０
重量％の割合でそれぞれ配合することとすれば、スラリ
ー固型分中のパルプの量が６重量％以下でもハチニック
方式により抄き上げることが可能であり、しがも、バー
ジンバルブの効果でサクション、メーキングロール、プ
レスの各工程での水抜は性も改良されるため、この発明
の目的とするところの不燃性で比重が高（て高強度の板
が得られるということを見い出し、ここにこの発明を完
成したのであ乞従って、この発明は、セメントを含むス
ラリーから抄造法により得た賦形体を養生して無機硬化
体を得る方法において、抄造にあたり、繊維長５９０ミ
クロン以上が６０重量％以上でフィブリル化によりショ
ツパー濾水度を４０°ＳＲ以上９５゜ＳＲ以下に調整し
たパルプを、全固型分に対し１〜５重量％の割合および
ショツパー濾水度が４０”ＳＲ以下の叩解処理をしない
パルプを全固形分に対し０．５〜１．０重量％の割合で
それぞれ含有し、必要あらばこれにフィラー、補強繊維
を配合して、濃度を４〜１５重量％、濾過係数を５ｃｍ
４／ｓ６（以下に調整したスラリーを用いることを特徴
とする無機硬化体の製法をその要旨とする。

ここに、濾過係数はつぎのように定義される。

すなわち、まず、前記のような配合で濃厚に調整したス
ラリー０．５〜１ｐを、実際に生産で使用するハチニッ
ク抄造機のシーブシリンダ金網と同一の目開き（通雷は
４８〜６５メツシユ）の金網が設置された容器内に投入
し、直ちに濾液量Ｖ　（ｅｒ＆）と濾過時間θ（秒）を
Ｖが１００ｄに至るまで測定する。得られた濾過曲線Ｖ
（θ）から（ｄθ／ｄＶ）を算出し、グラフの縦軸に（
ｄθ／ｄＶ）、横軸にＶをとったときに得られる下記の
式（ａｌであられされる近似直線 る。この平均値より算出したに′を金網の有効面積Ｓ　
（ｃａｔ）で除した値を濾過係数にとする。

以下にこの発明の詳細な説明する。

ここで結合材として用いるセメントとしては、水硬性の
ものであれば特に限定されない。例えば、ポルトランド
セメント、高炉セメントなどである。

パルプとしては、針葉樹、広葉樹のサラシあるいは未す
ラシクラフトパルプ等を用いるのが良い。

亜硫酸紙、クラフト紙等の故紙は多量に用いると含有さ
れている不純物の影響でセメントの硬化不良を招いたり
する場合がある。ただし、故紙は、−ｍに繊維長の短い
ものが多いので、ショツパー濾水度が比較的大きい。そ
のため、石綿等と併用して少量ながら使用される場合が
多く、この発明でも、前述の４０°靭以上９５°５Ｒｐ
ｌ下までフィブリル化したパルプと併用して繊維長５９
０ミクロン以上のものが６０ｉｉ量％（以下％と略す）
に）。

上で、濾水度が４０°Ｓｌ？以上９５°ＳＲ以下に保た
れる範囲内で使用することが出来る。

この発明では、ショツパー濾水度４０°ＳＲ以上９５°
ＳＲ以下、５９０ミクロン以上の長さの繊維が６０％以
上であるような針葉樹および／または広葉樹パルプが、
全固型分量の１〜５％用いられ、４０”ＳＲ以下の離解
しただけの針葉樹およびまたは広葉樹パルプが全固形分
中の０．５〜１．０％用いられる。すなわち、前述のフ
ィブリル化されたパルプ量が１％未満では、たとえ他の
濾過性を悪くするような微粒のフィラーを併用しても、
ハチニック方式で抄造可能な濾過係数まで下げることが
出来ない。たとえ出来たとしてもシリンダの網目から水
と共に抜けるセメント粒子の量が多くなり、製品品質に
おいて期待のものが得られないばかりか、生産工程にお
いてもパイプの詰り等のトラブルが生じ、好ましくない
。また、前述のフィブリル化されたパルプ量が５％を越
えるようになると、抄造は勿論可能であるが、他の有機
補強繊維を加えた場合の好ましい添加量をも考え合わせ
ると不燃性の面で不合格となる。他方、４０°ＳＲ以下
のバージンパルプが０．５％未満では、抄造時に抄き上
げができてもその後の工程、すなわち、フェルトを介し
てケーキの脱水をする工程で脱水性が不良となり、メキ
ングロールでケーキを巻き取るときに、含水率が高すぎ
るためケーキがロール表面に付着したり、形がくずれた
りする恐れが多くなる。逆に、１％を越えて使用した場
合は、濾過係数が上昇し、濾液固形分濃度が濃くなって
セメントの歩留りが極端に低下するとともに、ケーキ（
グリーンシート）を加圧成形する場合、圧力開放時の膨
張（スプリングバック）が大きくなるため、製品比重の
低い無機硬化体しか得られなくなる。

アスベストを含まない繊維補強無機硬化体をバチニック
方式等の抄造法によりつ（る場合は、前述したように、
フィブリル化したパルプを１〜５％使用する必要がある
が、フィブリル化したパルプだけでは、抄造そのものが
たとえできたとしても、フェルト上、メーキングロール
上においであるいはプレス時においてケーキの脱水性が
悪く、充分な比重を有する無機硬化体が得られない。こ
れに対し、この発明にかかる製法では、バージンパルプ
を０．５〜１％併用するので、フィブリル化パルプのみ
を使用した場合に比べ、製造時にケーキからの脱水が効
率よく行われるため、パルプ繊維とセメントとが均一に
よく締った高比重の無機硬化体が得られるのである。

この発明の方法で使用するバージンパルプは・通常に離
解された針葉樹パルプおよび／または広葉樹パルプであ
ってショツパー濾水度が４０°ＳＲ以下のものであるが
、このバージンパルプだけでは、他のフィラー等を併用
することとしても抄造はできない。このことは、たとえ
０．５〜１％の範囲を越える量を使用したとしても同様
である。これは、スラリーの濾過性が良すぎてセメント
粒子が濾液中に逃げてしまい、ハチニック抄造機を用い
た場合にシーブシリンダの内外に液面差がつかないから
である。したがって、ショツパー濾水度が４０〜９５°
ＳＲの高度に叩解されたパルプとこのバージンパルプを
併用することによって、はじめて抄造法によりマトリッ
クスが充分つまった高比重の無機硬化体を効率よく生産
できるようになるのである。

つぎに、フィブリル化されたパルプの繊維長であるが、
ＰＦＩミル、シングルディスクリファイナ−２ダブルデ
ィスクリファイナ−等の叩解機で叩解するが、フィブリ
ル化と同時に繊維も短く切断される現象が進む。ショツ
パー濾水度を上げるためにパルプを叩解する必要はある
が、あまり叩解しすぎると繊維が短く切れ、硬化体の補
強材としての役目が果たせなくなってくる。たとえば、
パルプ繊維長が５９０ミクロン未満のものはほとんど補
強効果を発揮せず、ショツパー濾水度を上げることのみ
にしか効果を発揮しないので、これの量は、できるだけ
低（おさえることが望ましいここで、繊維長が５９０ミ
クロン以上の〕＜）レプをパルプ全量の６０％以上とし
た理由は、これより少ないと、硬化体の吸水率が上がり
、著しく吸水時の強度が低下するためである。

次に、フィラーを用いる場合は、セピオライト、ベント
ナイト等で特に膨潤度が３倍以上のものか、平均粒子径
５ミクロン以下の品質あるいは非晶質シリカを用いるの
がよい。

ここに、膨潤度は下記のように定義される。

このようなフィラーを前述のパルプと併用して、セメン
ト、水と混合する事により、スラリーの濾過係数を、更
に下げる事ができ、抄造し易いスラリーとする事ができ
るものである。すなわちフィラーを併用する事でパルプ
の叩解度の低目のものを使用しても抄造可能な濾過係数
を得る事ができるもので、パルプ叩解時の動力費削減が
できるばかりでなく、製品の使用目的に応じ、パルプだ
けでなく、フィラーによっても配合を変える事ができる
という融通性（フレキシビリティ−）が生ずるのである
。また、フィラーとして５ミクロン以下の品質、非晶質
のシリカを用いると養生中にセメント成分と反応し、一
層高強度で高品質の製品ができるという長所も生じる。

上述のフィブリル化されたパルプとこのようなフィラー
を併用すると、なぜスラリーの濾水性が悪くなく、しか
も、セメントの歩留りが向上するかは定かでないが、推
察するに、フィブリル化されたパルプの微細繊維にフィ
ラーがうまくからみ合い、網目のようになって濾過され
ている為と思われる。フィラーの添加量は全固型分に対
して１〜１０％とするのがよい。１０％を越えると強度
低下を起こす恐れがある。

つぎに、パルプ以外の補強繊維としては、ガラス繊維、
カーボン繊維、鋼繊維、ウオラストナイト等の無機繊維
またはポリビニルアルコール（ラニロンともいう。以下
ＰＶＡと略記する。）、アクリル、ポリエチレン等の有
機繊維が使用出来るが、有機繊維でばＰＶＡ、無機繊維
ではウオラストナイトが最も好ましい。また、ＰＶＡ繊
維やアクリル繊維でも、ところどころに幅もしくは径が
大きくなったものを用いるのが好ましい。２種類以上の
補強繊維が同時に使用されてもよい。ＰＶＡ繊維は、そ
の親水基のため、有機繊維の中で最もセメントとの結合
性が良く、補強効果が優れていることは公知である。こ
れをフィブリル化されたパルプおよびバージンパルプと
併用することにより、一層の強度向上、特に耐衝撃性強
度の向上が図れる。その理由は、ＰＶＡ単独では今一つ
セメントとのなじみが悪く抜は易いが、前記パルプと併
用することにより、ＰＶＡ繊維とフィブリル化されたパ
ルプの微細繊維がうまくからみ合い、ＰＶＡのすべりが
防止されることによると推定出来る。ＰＶＡ繊維あるい
はアクリル繊維としては、太さ５〜５０ミクロン、長さ
３〜】ＯＩｌｍのちのを用いるのが好ましい。ＰＶＡ繊
維あるいはアクリル繊維の含有量は０．３〜２％とする
のが好ましい。この範囲であれば最も補強効果が大きい
からである。２％を越えてＰＶＡあるいはアクリルの量
を増やしても、硬化体の強度は殆ど上がらず、配合費用
のみ上昇する。これは、ＰＶＡあるいはアクリルが２％
を超えて含有されると、その分散性が悪くなってくるた
めと推定される。また、０゜３％未満では、補強の役割
が果せず、特に未硬化時のシート保形性が不充分となる
。

ＰＶＡあるいはアクリルとして、湿式紡糸法。

乾式紡糸法などによって紡糸されたものを、熱処理時に
型付けして、繊維の幅もしくは径がところどころ大きく
なったものを使用するといっそう高強度の硬化体を得る
ことができる。第１図はそのような繊維の形態モデルを
あられす斜視図、第２図は第１図を矢印Ａ側より見た側
面図、第３図は第１図を矢印Ｂ側より見た側面図である
。これらの図にみるように、繊維１は、繊維軸方向にと
ころどころに幅の大きくなった部分２を有している。こ
れらの部分２は、少なくとも一方の面から眺めて、第２
図の如く幅が大きくなったものである。つまり、繊維が
加熱時型付けによって押し付けられて中が広くなった部
分２は、繊維によしれが生じているのが、通常であるこ
とから、眺める角度によって第２図の如く中広（みえた
り、第３図の如く偏平にみえたりするからである。しか
し、このモデル図に示すものに限定されるものではな（
、どの角度からみても径の太いものであってもよい。第
４図および第５図は、繊維の顕微鏡写真をあられすもの
であって第４図は型付前の側面図、第５図は熱処理型付
後の側面図である。第５図にもみるように、熱処理型付
後は、ところどころに幅または径の大きい部分２が形成
されている。

部分２の繊維径（ｔｌ）と、元の繊維径（ｔ２）は、１
１　＞１２の関係になっている。部分２は、繊維軸方向
に規則正しく配列されている必要はない。部分２の径は
、好ましくは元の繊維径（ｔ２）に対し２〜３倍程度で
あるが、特にこれに限定されない。また、部分２の個数
は、好ましくは繊維長５０〜２０００μに対して、長さ
２０〜１００μ位の部分を・−個所有すればよい。この
部分はセメントマトリックスとの界面での接着性を向上
させる作用をする。したがって、このような部分を有す
るＰＶＡ繊維あるいはアクリル繊維をセメントマトリッ
クス中に混合して得られた硬化体は、通常のＰＶＡ繊維
あるいはアクリル繊維の使用に比べて著しく強度（曲げ
強度、衝撃強度等）が増大する。この強度発現の機構は
未だ明らかでないが、繊維の断面積を減少させることな
く、その表面積を増大させることが出来ているために、
セメントマトリックスとの接着面積が増大すると共に、
凸部により繊維が抜けにくくなることが原因と推察され
る。断面積が全く減少しないため、繊維自体の強度低下
もない。

ところどころに幅または径の大きい部分をｐｖＡ繊維あ
るいはアクリル繊維に設げるための熱処理は、たとえば
第６図に示されているようにして行う。金属等からなる
ロール３および周面に微小で多数の凹凸を持つ金属等か
らなるロール４を使用し、ロール４の表面温度を２００
〜３００°Ｃ紛度として、両ロール３．４の間に繊維５
を通す。

そうする−と、ところどころに幅または径の大きい部分
を持つ繊維が得られる。両ロール３，４間の隙間（クリ
アランス）は使用繊維の厚みや径に応じて決める必要が
あるが、厚みあるいは径が１６μ程度の場合は８μ程度
とするとよい。また、ロール４に設けられる凹凸の凸部
間の間隔は、幅または径の大きい部分の所望とする間隔
に応じて決める必要がある。

ウオラストナイトは無機繊維の中でセメントと一番なじ
み易く、補強材としての効果があることは、よく知られ
ている。このウオラストナイトも前述のＰＶＡと同じよ
うにフィブリル化された）ｉルプと併用することにより
、その効果が向上する。すなわち、フィブリル化された
パルプの微細繊維の周囲にウオラストナイトがからみ合
い、セメントの歩留りを向上させ、結果的に強度向上に
つながるのである。また、ウオラストナイトを使用する
ことにより、パルプを主体に使用した無機硬化体の欠点
である寸法変化率を小さく押さえる効果もでる。ウオラ
ストナイトの繊維長、太さ、形状は特に限定されないが
できるだけたてよこ比（アスペクト比）の大きいものが
良好であることはいうまでもない。ウオラストナイトの
使用量は２〜１５％が好ましい。２％未満では、ウオラ
ストナイト添加の効果が小さくなり、１５％を超えると
補強効果そのものは低下しないが、硬化体の比重が減少
するため、全体として補強効果が薄くなる。

以上に述べた原材料と水を混合してスラリーを作るが、
このスラリーの固型分濃度は４〜１５％とすることが必
要である。好ましくは６〜１０％である。４％未満の場
合は、スラリー中の固型分が抄造機の抄き上げ部（金網
）に抄き上がってくる効率が悪く、生産性が悪くなり、
その上、スラリー中の固型分が沈澱して、予定した組成
の無機硬化体が得られなくなる傾向がある。他方、１５
％を超えると、抄き上げたケーキの厚みが不均一となり
、均質な硬化体を得ることが困難になる傾向にある。

スラリーの濾過係数を５　ｃ［ｎ’　／ｓｅｃ以下Ｇこ
調整する必要があり、これはノーチェック方式等で抄造
できる絶対条件である。この発明で番よ、この５ｃｍ’
／ｓｅｃを、パルプ、無機フィラーの量を前述のごと（
に調整することにより達成できる。

以上述べてきた配合でスラリーを作り、／Ｓチェック抄
造機等の抄造機で抄き上げ、積層して適当な厚みの賦形
体とする。この賦形体を養生すれＬｅｔ’硬化体が得ら
れる。

つぎに、実施例を比較例と併せて説明する。

［実施例、比較例］ 第１表に示される原材料を使用し、／”１チエ・ンク抄
造機を用いるハチニック方式により、実）ＩＨ〜１２．
比較例１〜６の無機硬化体を作った。製造条件および得
られた硬化体を試験Ｇこ供した帛占果も第１表に示す。

なお、スラリーの濾過（系数番よすべて５ｃｍ’　／ｓ
ｅｃとした。

表中、耐凍害性の評価において、◎は良好、○は普通、
×は不適をそれぞれ示している。また、ＮＵＫＰは針葉
樹未さらしクラフトノ＜）レプである（以　下　余　白
） 第１表より、実施例１〜１２で得られた無−硬化体は比
較例１〜６で得られたものに比べ、性能がすぐれている
ことがわかる。

〔発明の効果〕

この発明の方法は、以上のように構成されているので、
石綿を使用しなくても、不燃性でしかも強度が高い無機
硬化体を抄造法により大量生産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は幅がところどころ大きくなったＰＶＡ繊維ある
いはアクリル繊維の形態モデルをあられす斜視図、第２
図は第１図を矢印Ａ側より見た側面図、第３図は第１図
を矢印Ｂ側より見た側面図、第４図および第５図は、Ｐ
ＶＡ繊維あるいはアクリル繊維の顕微鏡写真をあられす
ものであって、第４図は型付前の側面図、第５図は熱処
理型付後の側面図、第６図は熱処理の説明図である。 代理人　弁理士　松　本　武　彦 第２図 第３図 第５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　セメントを含むスラリーから抄造法により得た
   賦形体を養生して無機硬化体を得る方法において、抄造
   にあたり、繊維長５９０ミクロン以上が６０重量％以上
   でフィブリル化によりショツパー濾水度を４０°ＳＲ以
   上９５°ＳＲ以下に調整したパルプを、全固型分に対し
   １〜５重量％の割合、およびショツパー濾水度が４０°
   ＳＲ以下の叩解処理をしないパルプを全固形分に対し０
   ．５〜１．ＯＭ量％の割合でそれぞれ含有し、必要あら
   ばこれにフィラー、補強繊維を配合して、濃度を４〜１
   ５重量％、濾過係数を５ｃｍ４７ｓｅｃ以下に調整した
   スラリーを用いることを特徴とする無機硬化体の製法。
2. （２）パルプが、針葉樹および／または広葉樹のサラシ
   もしくは未すラシのパルプである特許請求の範囲第１項
   記載の無機硬化体の製法。
3. （３）　フィラーが、セピオライト、ベントオイトおよ
   び平均粒子径５ミクロン以下の品質あるいは非晶質のシ
   リカからなる群の中から選ばれた少なくとも１種であり
   、全固型分に対し１〜１０重量％重量％子いる特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の無機硬化体の製法。
4. （４）　補強繊維が、太さ５〜５０μ、長さ３〜１０ｍ
   のビニロン繊維であり、全固型分に対し０．３〜２重量
   ％含まれている特許請求の範囲第１項から第３項までの
   いずれかに記載の無機硬化体の製法。
5. （５）　補強繊維が、ところどころに幅もしくは径の大
   きくなった部分をもつヒニロン繊維である特許請求の範
   囲第１項から第４項までのいずれかに記載の無機硬化体
   の製法。
6. （６）補強繊維が、太さ５〜５０μ、長さ３〜１０ｍｍ
   のアクリル繊維であり、全固型分に対しく１．３〜２重
   量％含まれている特許請求の範囲第１項から第３項まで
   のいずれかに記載の無機硬化体の製法。
7. （７）補強繊維が、ところどころに幅もしくは径の大き
   くなった部分を持つアクリル繊維である特許請求の範囲
   第１項から第３項までと第６項のいずれかに記載の無機
   硬化体の製法。 （８１補強繊維が、ウオラストナイトであり・全固型分
   に対し２〜１５重量％含まれている特許請求の範囲第１
   項から第３項までのいずれかに記載の無機硬化体の製法
   。