WO2012172886A1 - 内装用建材及びその製造方法 - Google Patents

内装用建材及びその製造方法 Download PDF

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WO2012172886A1
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building material
slaked lime
mpa
strength
interior building
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PCT/JP2012/061849
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French (fr)
Inventor
秀洋 西
剛志 大田
斉 西田
Original Assignee
ニッコー株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/10—Lime cements or magnesium oxide cements

Definitions

  • the present invention relates to an interior building material having both functions of deodorization and humidity control and a method for producing the same.
  • humidity conditioning materials humidity conditioning / deodorizing agents or humidity conditioning / deodorizing materials, those using Wakkanai diatomaceous earth (for example, see Patent Document 1), plaster (slaked lime is carbon dioxide) Focusing on the humidity control characteristics of the reaction to become calcium carbonate) (for example, see Patent Document 2), stucco mixed with calcined bone powder, silica, diatomaceous earth, etc.
  • Patent Document 3 inorganic A humidity conditioning / deodorizing agent combined with a humidity control material and a metal oxide (for example, see Patent Document 4), an allophane, imogolite composition made of a carbonate solid (for example, see Patent Document 5), siliceous
  • Patent Document 6 inorganic A humidity conditioning / deodorizing agent combined with a humidity control material and a metal oxide
  • Patent Document 5 an allophane, imogolite composition made of a carbonate solid
  • siliceous Various things such as a shale as a main raw material and a humidity control / deodorant (see, for example, Patent Document 6) have been developed.
  • the amount of moisture absorbed and released is in accordance with JIS A 1470-1 “Test method for moisture absorption / release of moisture-controlled building materials—Part 1: Humidity response method—Test method for moisture absorption / release by humidity fluctuation” It is determined that the moisture absorption amount in the humidity range (50-70%) is 29 g / m 2 (12 hours) or more and the moisture release amount is 70% or more of the moisture absorption amount after 12 hours. Further, the equilibrium moisture content is determined to be 0.12 kg / m 3 /% or more and the average equilibrium moisture content is 5 kg / m 3 or more according to JIS A1475 “Measurement method of equilibrium moisture content of building materials”.
  • odor types are typical odors that occur in daily life, such as ammonia, acetaldehyde, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, trimethylamine, and valeric acid.
  • materials that mainly have a humidity control function there are materials that deodorize specific odors.
  • aldehyde-based and ammonia-based odors are selectively adsorbed on a plaster material, and nitrogen-based odors such as ammonia and trimethylamine are selectively adsorbed and deodorized on carbonated solids of allophane and imogolite compositions.
  • nitrogen-based odors such as ammonia and trimethylamine are selectively adsorbed and deodorized on carbonated solids of allophane and imogolite compositions.
  • ammonia and trimethylamine adsorb and deodorize, but some aldehyde-based and sulfur-based odors such as hydrogen sulfide and mercaptan hardly deodorize.
  • human olfaction is very sensitive, the above-mentioned life odor, in which various odor components are mixed, feels odor even if only a specific odor can be removed.
  • the present invention combines the two functions of deodorization and humidity control, which are friendly to the indoor environment, in which the odor is continuously removed by physical adsorption or chemical adsorption, and the indoor humidity is adjusted.
  • the purpose is to provide interior building materials.
  • Another object of the present invention is to provide a production method capable of mass-producing interior building materials having both the deodorizing and humidity control functions.
  • the present invention creates a raw material containing water by a spray dryer method with a predetermined component, and after efficiently performing pressure molding, undergoes treatment steps in the order of carbonation reaction and low-temperature firing.
  • An interior building material (solidified body) having sufficient functions of deodorizing and humidity control with sufficient strength is obtained.
  • clay, slaked lime, ceramic porous powder and metal oxide are used as components.
  • the functional characteristics of each component are as follows: clay is for molding plasticity and strength appearance, slaked lime is moisture-adjusted by carbonation reaction, aldehyde odor physisorption deodorization and strength appearance, ceramic porous
  • the powder is for humidity control and the physical adsorption deodorization of ammonia, trimethylamine, aldehyde and acetic acid odors, and the metal oxide is for the hydrogen sulfide, mercaptan sulfur and aldehyde odor chemisorption deodorization.
  • the blending ratio of the above components is 10 wt% to 30 wt% clay, 35 wt% to 65 wt% slaked lime, 15 wt% to 40 wt% ceramic porous powder, 1 wt% to 10 wt% metal oxide, and 15 wt% to 25 wt% water content.
  • Blend and adjust to granule by spray dryer method As a manufacturing method, in order to efficiently mass-produce a uniform product, each component is mixed, water is added to form a slurry, and a water-containing raw material obtained by granulation by a spray dryer method is obtained. . In order to reinforce the strength, it is possible to add inorganic fibers such as fine glass, carbon, and mineral as long as the granulation by the spray dryer method is not hindered.
  • the pressure molding is performed, for example, at a pressure of 14.7 MPa to 24.5 MPa (150 to 250 kgf / cm 2 ). Assuming the case of obtaining products with a product size of 300 mm square or more and a thickness of 5 mm to 10 mm (for example, tiles, panels, etc.), the pressure range in pressure molding is handling at the time of removal immediately after molding. In order to obtain a possible strength, 14.7 MPa or more is necessary. If molding is performed at a pressure lower than this, the raw strength is insufficient, and it is difficult to handle due to chipping or breakage. In addition, when the pressure molding exceeds 24.5 MPa, the material becomes dense, and naturally, the strength is improved and the handling becomes easy.
  • the interior building material (solidified body) having the two functions of deodorizing and humidity control is composed of 10 wt% to 30 wt% clay, 35 wt% to 65 wt% slaked lime, 15 wt% to 40 wt% ceramic porous powder,
  • a raw material blended in the range of 1 wt% to 10 wt% of metal oxide and 15 wt% to 25 wt% of water content and adjusted to a granular shape by the spray dryer method is 14.7 MPa to 24.5 MPa (150 to 250 kgf / cm 2 ).
  • the carbonation reaction is carried out at a molar ratio of 1: 1 between slaked lime and carbon dioxide, followed by low-temperature firing treatment at a temperature range of 400 to 500 ° C. to obtain a bending strength of 6 MPa or more. It is characterized by having a solidified body.
  • the molded body is processed in a two-stage process until the solidified body.
  • carbonation of slaked lime is performed in a carbon dioxide atmosphere, and strength is developed.
  • low-temperature firing is performed as a secondary treatment to remove the adsorbed water, interlayer water, structural water, and bonded water of the clay, thereby obtaining a solidified body having a strength higher than that of the primary treatment.
  • the firing temperature is a temperature that does not reduce the strength obtained by the carbonation reaction, and it is important to suppress the oxidation reaction of the metal oxide.
  • the interior building material of the present invention is composed of water-containing raw materials composed of clay, slaked lime, ceramic porous powder, and metal oxide, and the respective composition ratios are subjected to pressure molding, carbonation reaction and low-temperature firing molding and processing steps.
  • the manufacturing method can mass-produce the said interior building material.
  • the graph which shows the relationship between diatomaceous earth filling amount and humidity control property The figure which shows the odor removal rate 90 minutes after of the manganese dioxide (MnO2) composition ratio of 1 wt% in Example 2.
  • clay, slaked lime, ceramic porous powder and metal oxide are used as a component constituting the interior building material of the present invention.
  • the functional characteristics of each component are as follows: clay is for molding plasticity and strength appearance, slaked lime is moisture-adjusted by carbonation reaction, aldehyde odor physisorption deodorization and strength appearance, ceramic porous
  • the powder is for humidity control and the physical adsorption deodorization of ammonia, trimethylamine, aldehyde and acetic acid odors, and the metal oxide is for the chemisorption deodorization of hydrogen sulfide, mercaptan sulfur and aldehyde odors.
  • the manufacturing method for manufacturing the interior building material is obtained by mixing the above components, adding water to form a slurry, and obtaining a water-containing raw material that is granulated by a spray dryer method. To form a molded body.
  • inorganic fibers such as fine glass, carbon, and mineral as long as the granulation by the spray dryer method is not hindered.
  • a two-stage process is performed to make the molded body into a building material (solidified body) for interior use.
  • carbonation of slaked lime is performed in a carbon dioxide atmosphere, and strength is developed.
  • low-temperature firing is performed as a secondary treatment to remove the adsorbed water, interlayer water, structural water, and bonded water of the clay, thereby obtaining a solidified body having a strength higher than that of the primary treatment.
  • the firing temperature is a temperature that does not reduce the strength obtained by the carbonation reaction, and it is important to suppress the oxidation reaction of the metal oxide.
  • the clay used as a component in the present invention has been used for a long time to improve the molding plasticity of ceramics, bricks, tiles, and other ceramics. Water, structural water and bound water are dehydrated and appear to have water resistance. Further, kaolinite and halloysite, which are kaolin minerals having a property of dehydrating at a low temperature of 400 ° C. to 500 ° C. at which the metal oxide does not oxidize, can be used.
  • the composition ratio is desirably 10 wt% to 30 wt%. When the composition ratio of the clay is less than 10 wt%, the moldability is deteriorated. On the other hand, if the composition ratio of the clay exceeds 30 wt%, a high pressure is required at the time of molding, and molding becomes difficult.
  • the slaked lime (calcium hydroxide) is an air-hard material, and has a property of solidifying by carbonation (calcium hydroxide ⁇ calcium carbonate) in a carbon dioxide atmosphere. In addition, it has humidity control (however, less than half the capacity of ceramic porous powder) and physical adsorption deodorization of aldehyde odor.
  • the composition ratio is desirably 35 wt% to 65 wt%. When the composition ratio is less than 35 wt%, the strength is lowered. When the composition ratio exceeds 65 wt%, the humidity control property is lowered, and a high pressure is required at the time of molding, which makes molding difficult.
  • the composition ratio is desirably 15 wt% to 40 wt% in consideration of humidity control which is the subject of the present invention. When the composition ratio is less than 15 wt%, the humidity control property is poor, and when the composition ratio exceeds 40 wt%, the strength decreases.
  • titanium oxide As the metal oxide, titanium oxide, iron oxide, manganese dioxide or the like can be used. Preference is given to iron oxide or manganese dioxide, which acts effectively on chemisorption and deodorization as a catalyst mainly against sulfur-based and aldehyde-based odors such as hydrogen sulfide, methyl disulfide and mercaptan and does not require ultraviolet light.
  • the composition ratio is desirably in the range of 1 wt% to 10 wt% from the deodorizing effect, the color design and cost.
  • titanium oxide requires ultraviolet energy, an effect inside the material that does not transmit light cannot be expected, and it is limited to the function of the surface only and is inefficient.
  • water can be added to the mixed components as appropriate and stirred with a mixer to make a raw material, which can be pressure-molded or extruded, but because it uses a ceramic porous powder with moisture absorption and water absorption,
  • a mixer to make a raw material, which can be pressure-molded or extruded, but because it uses a ceramic porous powder with moisture absorption and water absorption.
  • the amount of water to be added needs to be small, but since the dispersion of water becomes non-uniform, efficient productivity and the appearance of stable strength cannot be expected.
  • extrusion molding the addition of water can be increased and the dispersion becomes uniform, but the production efficiency decreases.
  • the size of the granule is preferably 100 ⁇ m to 500 ⁇ m for molding. If it is fine, delamination occurs, and if it is large, high press pressure is required.
  • the molded body obtained by the pressure molding is characterized in that it is sequentially subjected to “carbonation of slaked lime” and “dehydration of clay” until a final interior building material (solidified body) is obtained.
  • the reason for this is that the slaked lime in the components is carbonated in a carbon dioxide atmosphere for the primary treatment, and the primary strength appears. If the strength of 6 MPa or more is to appear only by the carbonation reaction, the slaked lime filling amount must be 65 wt% or more.
  • it must be densely molded with a high-pressure press, and in order to improve molding plasticity, the clay component is increased and the proportion of the ceramic porous powder is reduced, so that the humidity control performance is naturally lowered.
  • the ceramic porous powder filling amount is 15 wt% or more and the slaked lime filling amount is in the range of 35 wt% to 65 wt%.
  • the secondary treatment "dehydration of clay" is to dewater adsorbed water, interlaminar water, structural water and bonded water from clay for imparting molding plasticity, and to make water more resistant. Is the purpose.
  • the temperature at this time is 400 ° C. or higher.
  • the firing temperature at that time is a temperature that does not reduce the strength obtained by carbonation (if it is 500 ° C.
  • Diatomaceous earth is used as a ceramic porous body that is an effective component for the humidity control effect, the composition ratio is constant at 10 wt% clay, the ratio of diatomaceous earth is 0 wt%, 15 wt%, 30 wt%, 90 wt%, the ratio of slaked lime is 90 wt%, A 20 wt% water-containing raw material with 75 wt%, 60 wt%, and 0 wt% was prepared, and pressure-molded at 20 MPa, followed by a carbonation reaction with a molar ratio of slaked lime and carbon dioxide of 1: 1 (0 wt% of slaked lime is Then, a low-temperature baking treatment was performed at 450 ° C.
  • the humidity control of the sample obtained in this way is in accordance with the moisture absorption / release moisture amount according to JIS A 1470-1 “Hygroscopic building material moisture absorption / release test method-Part 1: Humidity response method – Humidity fluctuation test method” (Relative humidity range (50-90%)).
  • the results are shown in FIG.
  • the amount of moisture absorption increases as the composition ratio (filling amount) of diatomaceous earth increases. Further, it is understood that when the ratio of diatomaceous earth is 15 wt% or more, excellent performance as a humidity control material is exhibited.
  • Manganese dioxide (MnO2) is used as an effective component for deodorization and a metal oxide.
  • the composition ratio of manganese dioxide is 1wt%, 5wt%, 10wt%, the clay at this time is 10wt%, the diatomaceous earth is 30wt%, and the slaked lime is 59wt%, 55wt%, 50wt%, 20wt%
  • a water-containing raw material is prepared, pressure-molded at 20 MPa (204 kgf / cm 2 ), a subsequent treatment step, a carbonation reaction is performed at a molar ratio of slaked lime and carbon dioxide of 1: 1, and then a low-temperature firing treatment is performed at 450 ° C. It processed for 1 hour and was set as the solidified body.
  • Comparative Example 1 a hydrated raw material of 90 wt% slaked lime and 10 wt% clay is prepared and 20 wt% is formed, and pressure-molded at 20 MPa, followed by a carbonation reaction at a molar ratio of slaked lime to carbon dioxide of 1: 1. To prepare a sample. Furthermore, as Comparative Example 2, a commercially available humidity control tile was used as a sample. Masking the back and sides of a total of 5 types of samples, 3 types of the above-mentioned product and 2 types of samples of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and maintaining the surface area of each sample at 100 cm 2 is 10L. And sealed in a Tedlar bag.
  • Example 3 to Example 5 illustrate the tendency of strength appearance using components, slaked lime, and clay that are effective for appearing sufficient strength as an interior building material and bending strength of 6 MPa or more.
  • the strength of slaked lime appears due to the carbonation reaction.
  • the composition ratio of slaked lime was changed at 35 wt%, 45 wt%, 55 wt%, and 65 wt%.
  • manganese dioxide was fixed at 5 wt%
  • clay was 30 wt%, 20 wt%, 10 wt%, and 10 wt%
  • diatomaceous earth was 30 wt%, 30 wt%, 30 wt%, 30 wt%, and 20 wt%.
  • a carbonation reaction was performed at a molar ratio of slaked lime to carbon dioxide of 1: 1.
  • the sample for bending strength was measured at a load cell speed of 0.5 mm / min with a width of 20 mm, a length of 80 mm, a thickness of 5 mm, a test span width of 60 mm.
  • the results are shown in Table 2.
  • the said strength measurement measured the intensity
  • the dry strength was 3 MPa to 4 MPa, and there was no significant change.
  • the target bending strength carbonation strength
  • the diatomaceous earth ratio must be 20 wt% or less (in order to improve the molding plasticity, the clay ratio is set to 10 wt%), and it is adjusted as shown in FIG. Wetness decreases.
  • the strength of the clay is considered to appear in the carbonation reaction by removing adsorbed water, interlaminar water, structural water and bound water by low-temperature firing, and obtain a solidified body having a strength higher than the primary strength.
  • the composition ratio of the clay was changed at 10 wt%, 20 wt%, and 30 wt%.
  • manganese dioxide was 5 wt% and diatomaceous earth was 30 wt% constant
  • slaked lime was 55 wt%, 45 wt% and 35 wt%
  • a constant water content was 20 wt%.
  • the composition ratio of clay is 10 wt%, the strength after firing reaches the target bending strength of 6 MPa, and tends to increase up to 20 wt%.
  • the composition ratio was fixed at 10 wt% clay, 55 wt% slaked lime, 30 wt% diatomaceous earth, and 5 wt% manganese dioxide, respectively, and the moisture content of the raw material was changed at 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, and 25 wt%. And after press-molding them at 20 MPa, a carbonation reaction was performed at a molar ratio of slaked lime to carbon dioxide of 1: 1, and a low-temperature baking treatment was performed at 450 ° C. for 1 hour.
  • the bending strength sample was 20 mm in width, 80 mm in length, 5 mm in thickness, 60 mm in test span width, and measured at a load cell speed of 0.5 mm / min. The results are shown in Table 4.
  • the strength increases as the water content of the raw material increases.
  • the water content is 20 wt% or more, the strength after firing becomes the target bending strength of 6 MPa or more.
  • the water content is 25 wt%, a high strength of 8.7 MPa after firing can be obtained.
  • the water content is 25 wt% or more, there is a case where molding of the raw material or mold leakage may occur at the time of pressure molding, which is not preferable in terms of molding. Therefore, it is considered that the water content is preferably 25 wt% or less.

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Abstract

　臭気を物理吸着あるいは化学吸着により継続して除去し続け、さらに室内の湿気を調整する室内環境に優しい、脱臭性と調湿性の二つの機能を併せもつ内装用建材を提供する。　成分として粘土、消石灰、セラミック多孔質粉、金属酸化物、及び水を含んだ原料を加圧成形し、その後、炭酸化反応、低温焼成の順で処理し、十分な強度の固化体とした。

Description

内装用建材及びその製造方法
　本発明は、脱臭性と調湿性の二つの機能を併せ持つ内装用建材及びその製造方法に関する。
　我国の高温多湿な気候における建築物は、従来、通気性を良くした構造であり、さらに土間や土蔵等に代表される土壁や漆喰、珪藻土等のセラミック多孔質材などの調湿材を適材適所に用いて構築されていた。近年、さらなる快適な生活環境を求め、冷暖房機器、加湿器や空気清浄機などの電気製品を設置することにより、四季を問わず安定した快適な住環境が整ってきた。また、同時にこれら電気製品の普及に伴って、一般住宅をはじめとした建築物では通気性を良くするのではなく。高気密性を重視するようになった。
　ところが、このような高気密化は、シックハウス症候群と呼ばれる空気汚染をはじめ、湿度調整不足に起因すると思われる、結露現象およびカビ・ダニが発生する結果を招き、これらに起因して人の健康を害するアトピー疾患の一因ともなっている。すなわち、高気密化に伴い新たな問題が発生している。
　さらに、上記問題に加えて、生活臭すなわち臭気についても問題が起きている。室内にて犬、猫などのペットを飼う傾向が戸建・集合住宅を問わず増加し、ペットの体臭や糞尿臭が発生し、消臭・芳香剤などで応急的に対処している。また、厨房とリビングがオープンな空間になり料理臭が室内に篭もり不快を感じるようにもなってきている。さらには、病院や老齢介護施設では加齢臭およびし尿臭が発生し、そこで居住する人の不快は言わずもがな、看護師・介護者においても不快感を覚え、劣悪な労働環境を招くことから、就労者減少の一因になる事までが懸念されている。
　このような問題に対処する製品として、近年は、冷暖房機器や空気清浄機には脱臭機能を付与した電気製品が出てきている。これら機器は常時連続運転によりはじめて調湿や脱臭効果を発揮するのであり、間欠運転では効果が小さくなる。連続運転ではランニングコストが嵩み、地球温暖化防止のための二酸化炭素削減や省エネルギー化に逆行する。また、フィルター交換や機器のメンテナンスなど煩雑さが常に伴う。
　従って、高気密性の建築物のメリットを生かしつつ、このような課題を解決するために、電気製品に頼らず、電気エネルギーを使わず省エネルギーで、しかもメンテナンスフリーであり、常に臭気を物理吸着あるいは化学吸着により継続して除去し続け、さらに室内の湿気を調整する室内環境に優しい、すなわち脱臭性と調湿性の二つの機能を併せもつ内装建材が求められている。
　従来から、調湿材、調湿・脱臭剤或いは調湿・消臭材として開発されているものとしては、稚内珪藻土を利用したもの（例えば、特許文献１参照）、漆喰（消石灰が二酸化炭素により炭酸カルシュウムになる反応）の調湿特性に着目しそれを改善したもの（例えば、特許文献２参照）、漆喰に焼成骨粉、シリカ、珪藻土等を混合したもの（例えば、特許文献３参照）、無機調湿材料と金属酸化物を組み合わせて調湿・脱臭剤としたもの（例えば、特許文献４参照）、アロフェン、イモゴライト組成物を炭酸固化体としたもの（例えば、特許文献５参照）、珪質頁岩を主原料として調湿・消臭剤としたもの（例えば、特許文献６参照）等さまざまなものが開発されている。
　一方、調湿性に関して、吸放湿量がＪＩＳＡ１４７０－1「調湿建材の吸放湿性試験方法－第１部：湿度応答法―湿度変動による吸放湿試験方法」に準じて中湿域（相対湿度範囲（５０－７０％））での吸湿量が２９g／m2（１２時間）以上、放湿量が１２時間後の吸湿量の７０％以上であることと決められている。また、平衡含水率がＪＩＳＡ１４７５「建築材料の平衡含水率測定方法」により含水率勾配が０．１２kg／m3／％以上、平均平衡含水率が５kg／m3以上と定められている。
　また、脱臭性に関して、臭気種類は悪臭防止法の特定悪臭物質２２物質の内、一般生活で発生する代表的臭気、例えはアンモニア、アセトアルデヒド、硫化水素、メチルメルカプタン、トリメチルアミン、吉草酸などを芳香消臭脱臭剤協議会の効力試験方法に準じて内装材の性能を評価する。調湿機能を主とするもののなかにも、特定の臭気を脱臭する材料がある。例えば、漆喰材ではアルデヒド系及びアンモニア系の臭気を、アロフェン、イモゴライト組成物の炭酸固化体ではアンモニアやトリメチルアミンのような窒素系臭気をそれぞれ選択的に吸着脱臭する。また、珪質頁岩のようにアンモニアやトリメチルアミンは吸着脱臭するが、アルデヒド系、硫化水素やメルカプタン等のイオウ系臭気はほとんど脱臭しないようなものもある。しかしながら、人の嗅覚は非常に敏感であるがゆえに、さまざまな臭い成分が混在した前述した生活臭では、ある特定の臭気だけを除去できても臭いは感じるものである。いわゆる、代表的な生活臭成分である、アンモニア、トリメチルアミン、硫化水素、メルカプタン、二硫化水素、酢酸、イソ吉草酸、ノネナール、ホルムアルデヒド、アセドアルデヒド等、いずれの臭気をも常に除去するものでなくては求められる脱臭機能を有しているとはいえない。
　また、内装建材として使い勝手がよいものは厚さが薄く、軽量で大判であることが望まれる。当然、十分な材料強度（荷重強度：１０８Ｎ、曲げ強さ：６MPa以上（厚さ約７mm）が必要となる。しかしながら、調湿性および脱臭性の機能を有するには、多孔質体であることが必要不可欠であり、それに起因して自ずと強度が低下するのが一般的である。このような材料で、一般的に十分な強度を出現するためには、非常に高い圧力で加圧成形する方法、炭酸化材料の漆喰に代表されるように原料中に強度を補強するため繊維を多く加えて加圧や押出し成形する等の方法がとられる。これらの方法は高圧プレス機が必要となり設備投資が大きくなるか、あるいは少ロットで混合し、いちいち手チャージで材料を投入するような不連続で量産化が難しいなどの課題がある。従って、磁器タイルを生産するような設備で、前述の内装用建材として望まれる十分な強度を出現し、しかも量産化することがなかなか難しい現実があった。
特開平４－３５４５１４号公報 特開２０００－２９７４８３号公報 特開２００４－２４４２２７号公報 特開２００４－２４２８４８号公報 特開２００４－１１５２７８号公報 特開２００１－２１９０５９号公報
　本発明は上記した従来の問題点に鑑み、臭気を物理吸着あるいは化学吸着により継続して除去し続け、さらに室内の湿気を調整する室内環境に優しい、脱臭性と調湿性の二つの機能を併せもつ内装用建材を提供することを目的とする。
　また、本発明は前記脱臭性と調湿性の二つの機能を併せもつ内装用建材を量産化し得る製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は、前記課題を解決するために、所定成分をスプレードライヤー法により含水した原料を作成し、効率よく加圧成形した後、炭酸化反応、低温焼成の順で処理工程を経ることで、十分な強度を有した脱臭性および調湿性の二つの機能を併せ持つ内装用建材（固化体）を得るものである。
　本発明では、成分として粘土、消石灰、セラミック多孔質粉および金属酸化物を用いる。それぞれの成分の機能上の特徴は、粘土は成形可塑性と強度出現のために、消石灰は炭酸化反応することによる調湿性、アルデヒド系臭気の物理吸着脱臭性および強度出現のために、セラミック多孔質粉は調湿性およびアンモニア、トリメチルアミン、アルデヒド系、酢酸系臭気の物理吸着脱臭性のために、金属酸化物は硫化水素、メルカプタンのイオウ系、アルデヒド系臭気の化学吸着脱臭性のためである。
　前記成分の配合比は、粘土１０wt％～３０wt％、消石灰３５wt％～６５wt％、セラミック多孔質粉１５wt％～４０wt％、金属酸化物１wt％～１０wt％、含水量１５wt％～２５wt％の範囲で配合し、スプレードライヤー法により顆粒状に調整する。
　製造方法としては、均一な製品を効率よく量産するため、各成分を混合し水を加えスラリー状にし、スプレードライヤー法により顆粒状にした含水原料を得て、この原料を加圧成形体とする。尚、強度を補強するためスプレードライヤー法による顆粒化を阻害しない限度で微細なガラス、炭素、鉱物などの無機繊維を添加することも可能である。
　また、前記加圧成形は、例えば、１４．７MPa～２４．５MPa（１５０～２５０kgf／cm2）の圧力で成形する。加圧成形における圧力の範囲については、製品寸法３００mm角以上の大きさで、厚さ５mm～１０mmの製品（例えば、タイルやパネル等）を得る場合を想定すると、成形直後の取出し時点でのハンドリング可能な強度を得るため１４．７MPa以上必要であり、これ以下の圧力で成形すると生強度が不足し、欠けや破損する等して取り扱いが難しい。また、２４．５MPaを超えて加圧成形した場合、材料が緻密になり、当然、強度は向上し取り扱いが容易になるが、反面、次の工程の炭酸化反応において緻密なるが故に二酸化炭素の吸収速度が遅くなり、効率が悪くなる傾向がある。
　その後の炭酸化反応は消石灰と二酸化炭素のモル比１：１の割合で行い、低温焼成は温度４００～５００℃の範囲で処理して固化体を得る。
　そして、前記固化体の十分な強度としては、曲げ強度６MPa以上とする。
　また、前記脱臭性と調湿性の二つの機能を併せ持つ内装用建材（固化体）の製造方法は、粘土１０wt％～３０wt％、消石灰３５wt％～６５wt％、セラミック多孔質粉１５wt％～４０wt％、金属酸化物１wt％～１０wt％、含水量１５wt％～２５wt％の範囲で配合し、スプレードライヤー法により顆粒状に調整した原料を、１４．７MPa～２４．５MPa（１５０～２５０kgf／cm2）の圧力で加圧成形し、その後、炭酸化反応を消石灰と二酸化炭素のモル比１：１の割合で行い、その後に温度４００～５００℃の範囲で低温焼成処理し、曲げ強度６MPa以上の強度を有した固化体としたことを特徴とする。
　即ち、前記成形体は固化体まで二段階の処理工程で行なう。一次処理は、二酸化炭素雰囲気中で消石灰の炭酸化反応を行い、強度を出現させる。次に二次処理として低温焼成を行い粘土の吸着水・層間水・構造水・結合水を除去し、一次処理の強度よりさらに高い強度の固化体を得る。この際、焼成温度は炭酸化反応で得られた強度を減少しない温度で、しかも、金属酸化物の酸化反応を抑えることが重要である。
　本発明の内装用建材は、成分が粘土、消石灰、セラミック多孔質粉、金属酸化物からなる含水した原料を、それぞれの組成割合を加圧成形、炭酸化反応及び低温焼成の成形及び処理工程にて固化体とする過程で、合理的な割合にすることによって、十分な強度を有する、脱臭性と調湿性の二つの機能を併せもつ内装用建材を提供できる。
　また、その製造方法は前記内装用建材を量産化し得るものである。
珪藻土充填量と調湿性の関係を示すグラフ。 実施例２における二酸化マンガン（MnO2）組成割合１wt％の９０分後の臭気除去率を示す図。 実施例２における二酸化マンガン（MnO2）組成割合５wt％の９０分後の臭気除去率を示す図。 実施例２における二酸化マンガン（MnO2）組成割合１０wt％の９０分後の臭気除去率を示す図。 実施例２における比較例１の９０分後の臭気除去率を示す図。 実施例２における比較例２の９０分後の臭気除去率を示す図。
　以下、本発明に係る内装用建材の実施の一例について説明する。
　本発明の内装用建材を構成する成分としては、粘土、消石灰、セラミック多孔質粉および金属酸化物を用いる。それぞれの成分の機能上の特徴は、粘土は成形可塑性と強度出現のために、消石灰は炭酸化反応することによる調湿性、アルデヒド系臭気の物理吸着脱臭性および強度出現のために、セラミック多孔質粉は調湿性およびアンモニア、トリメチルアミン、アルデヒド系、酢酸系臭気の物理吸着脱臭性のために、金属酸化物は硫化水素、メルカプタンのイオウ系、アルデヒド系臭気の化学吸着脱臭性のためである。
　前記内装用建材を製造する製造方法は、均一な製品を効率よく量産するため、前記各成分を混合し水を加えスラリー状にし、スプレードライヤー法により顆粒状にした含水原料を得て、この原料を加圧成形して成形体とする。尚、強度を補強するためスプレードライヤー法による顆粒化を阻害しない限度で微細なガラス、炭素、鉱物などの無機繊維を添加することも可能である。
　そして、前記成形体を内装用建材（固化体）にするために二段階の処理を行なう。一次処理は、二酸化炭素雰囲気中で消石灰の炭酸化反応を行い、強度を出現させる。次に二次処理として低温焼成を行い粘土の吸着水・層間水・構造水・結合水を除去し、一次処理の強度よりさらに高い強度の固化体を得る。この際、焼成温度は炭酸化反応で得られた強度を減少しない温度で、しかも、金属酸化物の酸化反応を抑えることが重要である。
　本発明で成分として使用する粘土は、古くから陶磁器、レンガ、瓦等の焼き物の成形可塑性向上に利用されているが、このような用途と共に、焼成することにより該粘土に含まれる吸着水、層間水、構造水および結合水を脱水し、耐水性を有する強度を出現する。
　また、金属酸化物が酸化しない温度４００℃～５００℃の低温で脱水する性質を持つカオリン鉱物であるカオリナイト、ハロイサイトを用いることができる。組成割合は１０wt％～３０wt％が望ましい。この粘土の組成割合が１０wt％未満と少ない場合は成形性が悪くなる。また、粘土の組成割合が３０wt％を超えると成形時に高圧力が必要になり成形しにくくなる。
　前記消石灰（水酸化カルシュウム）は気硬性材料であり、二酸化炭素雰囲気中で炭酸化（水酸化カルシュウム⇒炭酸カルシュウム）し固化する性質がある。また、併せて調湿性（但し、セラミック多孔質粉に比べ半分以下の能力であるが）やアルデヒド系臭気の物理吸着脱臭性を有する。組成割合は３５wt％～６５wt％が望ましい。組成割合が３５wt％未満と少ない場合は強度が低下する。組成割合が６５wt％を超えると調湿性が低下すると共に、成形時に高圧力が必要になり成形しにくくなる。
　前記セラミック多孔質粉としてはゼオライト、セピオライト、木炭、活性炭および珪藻土などを用いることができるが、調湿性に優れ埋蔵量が豊富な国内で産出する珪藻土が好ましい。組成割合は本発明の課題である調湿性を考えると１５wt％～４０wt％が望ましい。組成割合が１５wt％未満と少ない場合は調湿性が劣り、組成割合が４０wt％を超えると強度が低下する。
　前記金属酸化物としては酸化チタン、酸化鉄および二酸化マンガン等を用いることが可能である。主に硫化水素、二硫化メチルおよびメルカプタン等のイオウ系並びにアルデヒド系の臭気に対して触媒として化学吸着脱臭性に有効に作用し、紫外線を必要としない、酸化鉄や二酸化マンガンが好ましい。組成割合は脱臭効果、色調意匠性およびコストから１wt％～１０wt％の範囲が望ましい。尚、酸化チタンは紫外線エネルギーを必要するため光が透過しない材料内部での効果は期待できず、表面だけの働きに限定され非効率である。
　製造方法としては、混合した成分に適宜水を添加してミキサーで攪拌し原料とし、加圧成形や押出し成形することも可能であるが、吸湿・吸水性のあるセラミック多孔質粉を用いるので、加圧成形の場合、添加する水分量は少量である必要があるが、水分の分散が不均一になるため効率の良い生産性と安定した強度の出現は望めない。また、押出し成形の場合、水分添加は多くでき分散が均一になるが生産効率は低下する。従って、前記成分を混合し水を加えスラリー状にし、スプレードライヤー法により含水量を１５wt％～２５wt％の範囲で顆粒状に調整した原料を得て、加圧成形する方法が肝要である。尚、顆粒の大きさは１００μm～５００μmが成形上望ましい。細かいと層間剥離が発生し、大きいと高いプレス圧力が必要となる。
　前記加圧成形により得た成形体は、最終の内装用建材（固化体）とするまで順次「消石灰の炭酸化」と「粘土の脱水化」の処理を行なうことが特徴である。
　その理由は、一次処理に二酸化炭素雰囲気中で成分中の消石灰を炭酸化し一次強度を出現する。炭酸化反応だけで６MPa 以上の強度を出現しようとすると、消石灰の充填量を６５wt％以上にしなければならない。しかも、高圧プレス機にて緻密に成形しなければならず、成形可塑性を良くするため、粘土成分を増やし、セラミック多孔質粉の割合を減らすことになり、自ずと調湿性能が低下する。また、大判化するにはさらに大型の高圧プレス機が必要になり大きな設備費も掛かる。従って、高い調湿性能を維持するためにはセラミック多孔質粉の充填量を１５wt％以上にすると共に消石灰の充填量を３５wt％～６５wt％の範囲にすることが望ましい。
　二次処理の「粘土の脱水化」は、成形可塑性を付与するための粘土から吸着水、層間水、構造水および結合水を脱水し強度をさらに出現することと、耐水性のあるものにすることが目的である。この時の温度は４００℃以上である。また、その際の焼成温度は炭酸化し得られた強度を減少しない温度（５００℃以上であると炭酸化した材料表面にクラックが発生する）で、しかも、酸化金属成分の酸化反応を抑える４００℃～５００℃（５００℃を超えると金属酸化物の酸化が２０％以上になる）の範囲で低温焼成することが肝要である。
　以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
　調湿性効果に有効な成分のセラミック多孔質体として珪藻土を用い、その組成割合を粘土１０wt％一定とし、珪藻土の割合を０wt％、１５wt％、３０wt％、９０wt％、消石灰の割合を９０wt％、７５wt％、６０wt％、０wt％とした２０wt％の含水原料を作成し、２０MPaで加圧成形し、後の処理工程、消石灰と二酸化炭素のモル比１：１で炭酸化反応（消石灰０wt％は除く）を行ない、次に低温焼成処理を４５０℃で１時間処理し、固化体とした。これによって得られた試料の調湿性を吸放湿量ＪＩＳＡ１４７０－１「調湿建材の吸放湿性試験方法－第１部：湿度応答法―湿度変動による吸放湿試験方法」に準じて湿域（相対湿度範囲（５０‐９０％））で測定した。結果を図１に示す。
　図１に示すように、珪藻土の組成割合（充填量）が多くなるほど吸湿量が増加する。また、珪藻土の割合が１５wt％以上であれば、調湿材として優れた性能を示すことが理解される。
　脱臭性に有効な成分、金属酸化物として二酸化マンガン（MnO2）用いる。二酸化マンガンの組成割合を１wt％、５wt％、１０wt％の割合で、この時の粘土は１０wt％、珪藻土は３０wt％とそれぞれ一定にし、消石灰は５９wt％、５５wt％、５０wt％とした２０wt％の含水原料を作成し、２０MPa（２０４kgf／cm2）で加圧成形し、後の処理工程、消石灰と二酸化炭素のモル比１：１で炭酸化反応を行ない、次に低温焼成処理を４５０℃で１時間処理し、固化体とした。
　また、比較例１として、消石灰９０wt％および粘土１０wt％で２０wt％の含水原料を作成し、２０MPaで加圧成形し、後の処理工程、消石灰と二酸化炭素のモル比１：１で炭酸化反応を行って試料を作成した。
　さらに、比較例２として市販の調湿タイルを試料とした。
　上記本実施品３種類の試料と、比較例１及び比較例２の２種類の試料の合計５種類の試料の裏面および側面をマスキングし、それぞれの試料の表面積を１００cm2一定にしたものを１０Ｌのテドラーバッグに入れ密封した。試料１種類について臭気（アンモニア濃度１０００ppm、硫化水素濃度２００ppm、イソ吉草酸濃度１５ppm、エチルメルカプタン濃度３００ppm、トリメチルアミン濃度２００ppm、アセトアルデヒド濃度３００ppmの６種類）ごとにそれぞれ試料を入れた密封テドラーバックを作成し、それぞれの臭気を注入し、検知管により３０分、６０分、９０分毎の臭気濃度を測定し、臭気除去率を求め比較した。測定結果を表１に、９０分後の臭気除去率を図２、図３、図４、図５、図６にそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図２～図４に示すように、本実施例の３種類の試料は二酸化マンガンの割合が増えるに従って脱臭の臭気種類及び除去率が増加しているのが分かる。また、比較例１（炭酸化した）及び比較例２（市販の調湿材）の試料は特定の臭気のみを除去する傾向があることが分かる。
　次に、内装用建材としての十分な強度、曲げ強さ６MPa以上を出現するために有効な成分、消石灰および粘土を用いた強度出現の傾向を、実施例３～実施例５で説明する。
　消石灰の強度は炭酸化反応により出現する。消石灰の組成割合を３５wt％、４５wt％、５５wt％、および６５wt％で変化させた。この時の二酸化マンガンは５wt％一定とし、粘土は３０wt％、２０wt％、１０wt％、及び１０wt％、珪藻土は３０wt％、３０wt％、３０wt％および２０wt％で、２０wt％一定の含水原料とした。そして、２０MPaで加圧成形後、消石灰と二酸化炭素のモル比１：１で炭酸化反応をおこなった。曲げ強さ用試料は幅２０mm、長さ８０mm、厚さ５mm、試験スパン幅６０mmで、ロードセル速度０．５mm／minで測定した。その結果を表２に示す。尚、前記強度測定は、試料成形後、６０℃で１２時間の乾燥後の強度を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　結果は、消石灰の組成割合に関わらず乾燥強度は３MPa～４MPaで大きな変化はなかった。また、本温度で粘土の組成割合が減少しても乾燥強度に大きな変化は見られず、消石灰の組成割合が６５wt％で目標とする曲げ強度（炭酸化強度）６MPaを超え、７．５MPaに達している。但し、消石灰の組成割合が６５wt％の場合、珪藻土割合が２０wt％以下にならざるを得ず（成形可塑性を良くするため粘土割合を１０wt％にするため）、図１の傾向にあるように調湿性は低下する。
　粘土の強度は低温焼成による吸着水・層間水・構造水・結合水を除去し、炭酸化反応で出現すると考えられ、一次強度よりさらに高い強度の固化体を得る。粘土の組成割合を１０wt％、２０wt％、および３０wt％で変化させた。この時の二酸化マンガンは５wt％および珪藻土は３０wt％一定とし、消石灰は５５wt％、４５wt％および３５wt％で、２０wt％一定の含水原料とした。２０MPaで加圧成形後、消石灰と二酸化炭素のモル比１：１で炭酸化反応を行い、低温焼成は４５０℃で１時間行った。曲げ強さ用試料は幅２０mm、長さ８０mm、厚さ５mm、試験スパン幅６０mmで、ロードセル速度０．５mm／minで測定した。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　結果は、粘土の組成割合が１０wt％で焼成後強度が目標とする曲げ強度６MPaを達成し、２０wt％までは増加する傾向にある。但し、２０wt％以上加えても強度増加効果は無い（減少傾向）ようである。
　原料の含水量が、強度に及ぼす影響について調べて見る。組成割合は粘土１０wt％、消石灰５５wt％、珪藻土３０wt％および二酸化マンガン５wt％をそれぞれ一定とし、原料含水量を５wt％、１０wt％、１５wt％、２０wt％および２５wt％で変化させた。そして、それらを２０MPaで加圧成形後、消石灰と二酸化炭素のモル比１：１で炭酸化反応を行い、低温焼成処理を４５０℃で１時間行った。曲げ強さ試料は幅２０mm、長さ８０mm、厚さ５mm、試験スパン幅６０mmで、ロードセル速度０．５mm／minで測定した。その結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　結果は、原料の含水量が増加するに従って強度は強くなる。含水割合が２０wt％以上で焼成後強度が目標とする曲げ強さ６MPa以上になる。また、含水量２５wt％では焼成後強度が８．７MPaの高強度が得られる。しかしながら、水分が２５wt％以上の場合、加圧成形時に原料の型付や、型漏れが発生する場合があり成形上好ましくない。従って、含水量は２５wt％以下が望ましいと考えられる。

Claims (5)

  1. 　成分として粘土、消石灰、セラミック多孔質粉、金属酸化物、及び水を含んだ原料を加圧成形し、その後、炭酸化反応、低温焼成の順で処理し、十分な強度の固化体としたことを特徴とする脱臭性と調湿性の二つの機能を併せ持つ内装用建材。
  2. 　前記原料は、粘土１０wt％～３０wt％、消石灰３５wt％～６５wt％、セラミック多孔質粉１５wt％～４０wt％、金属酸化物１wt％～１０wt％、含水量１５wt％～２５wt％の範囲で配合し、スプレードライヤー法により顆粒状に調整したことを特徴とする請求項１記載の内装用建材。
  3. 　前記加圧成形は１４．７MPa～２４．５MPaの圧力で成形し、その後の炭酸化反応は消石灰と二酸化炭素のモル比１：１の割合で行い、低温焼成は温度４００～５００℃の範囲で処理し、固化体としたことを特徴とする請求項１又は２記載の内装用建材。
  4. 　前記固化体は、曲げ強度６MPa以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内装用建材。
  5. 　粘土１０wt％～３０wt％、消石灰３５wt％～６５wt％、セラミック多孔質粉１５wt％～４０wt％、金属酸化物１wt％～１０wt％、含水量１５wt％～２５wt％の範囲で配合し、スプレードライヤー法により顆粒状に調整した原料を、１４．７MPa～２４．５５MPa（１５０～２５０kgf／cm2）の圧力で加圧成形し、その後、炭酸化反応を消石灰と二酸化炭素のモル比１：１の割合で行い、その後に温度４００～５００℃の範囲で低温焼成処理し、曲げ強度６MPa以上の強度を有した固化体としたことを特徴とする脱臭性と調湿性の二つの機能を併せ持つ内装用建材の製造方法。
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