JPH0225856B2 - - Google Patents

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、ハチエツ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
ラリーをハチエツ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。その一例として、
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
つている。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
には不適当であつた。すなわち、不燃性でないと
いう欠点がある。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
性でなくなるのである。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つた。 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、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つていない。 ［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、不燃性でしかも強度が高
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
となく叩解フイブリル化したパルプと、フイブリ
ル化しないで単に離解しただけのバージンパルプ
をうまく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、シングルデイスクリフアイナー、ダ
ブルデイスクリフアイナー等の叩解機の叩解条件
をうまく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％以上に保ち
ながらフイブリル化してシヨツパー濾水度を
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、シヨツパー濾水度
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％以下でもハチエツク方式によ
り抄き上げることが可能であり、しかも、バージ
ンパルプの効果でサクシヨン、メーキングロー
ル、プレスの各工程での水抜け性も改良されるた
め、この発明の目的とするところの不燃性で比重
が高く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る。 従つて、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た無機硬化
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％以上でフイブリル化
によりシヨツパー濾水度を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
％の割合およびシヨツパー濾水度が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
これにフイラー、補強繊維を配合して、濃度を４
〜15重量％、濾過係数を５cm⁴／sec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0.5〜１を、実際に生産で使用す
るハチエツク抄造機のシーブシリンダ金網と同一
の目開き（通常は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（cm³）と
濾過時間θ（秒）をＶが100cm³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
とつたときに得られる下記の式(a)であらわされる
近似直線 dθ／dV＝２／K′（Ｖ＋α） (a) の50cm³までの勾配の平均値（２／K′）を求める。
この平均値より算出したK′を金網の有効面積Ｓ
（cm²）で除した値を濾過係数Ｋとする。 以下にこの発明を詳細に説明する。 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
あるいは未サ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出
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、一般に繊維長の短いものが多いので、シヨ
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゜SR以上95゜SR以下までフ
イブリル化したパルプと併用して繊維長590ミク
ロン以上のものが60重量％（以下％と略す）以上
で、濾水度が40゜SR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、シヨツパー濾水度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棒樹およびまたは
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、前述のフイ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
ような微粒のフイラーを併用しても、ハチエツク
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ルプの詰り等のトラブ
ルが生じ、好ましくない。また、前述のフイブリ
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、フエ
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つてセメ
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（スプリングバツク）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ハ
チエツク方式等の抄造法によりつくる場合は、前
述したように、フイブリル化したパルプを１〜５
％使用する必要があるが、フイブリル化したパル
プだけでは、抄造そのものがたとえできたとして
も、フエルト上、メーキングロール上においてあ
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、フイブリル化
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つた高比重の無機
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
葉樹パルプであつてシヨツパー濾水度が40゜SR以
下のものであるが、このバージンパルプだけで
は、他のフイ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、ハチエツク抄造機を用
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。したがつて、シヨツパー濾水度
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つて、はじめて
抄造法によりマトリツクスが充分つまつた高比重
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、フイブリル化されたパルブの繊維長で
あるが、PFIミル、シングルデイスクリフアイナ
ー、ダブルデイスクリフアイナー等の叩解機で叩
解するが、フイブリル化と同時に繊維も短く切断
される現像が進む。シヨ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つてくる。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、シヨ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、できるだけ低くおさえることが望ましい。 ここで、繊維長が590ミクロン以上のパルプを
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、フイラーは必ずしも必要ではないが、用
いるとすれば、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
クロン以下の晶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。 膨潤度：24時間後の吸水した水の量／吸水前のフ
イラー重量 このようなフイ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
フイ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、フイラーによつても配合を変える事
ができるという融通性（フレキシビリテイー）が
生ずるのである。また、フイラーとして５ミクロ
ン以下の晶質、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。 上述のフイブリル化されたパルプとこのような
フイラーを併用すると、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、フイブリル化さ
れたパルプの微細繊維にフイラーがうまくからみ
合い、網目のようになつて濾過されている為と思
われる。フイ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は、必ずしも必
要ではないが、用いるとすれば、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（ビニロンとも
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
では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つた
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。これをフイ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
じみが悪く抜け易いが、前記パルプと併用するこ
とにより、PVA繊維とフイ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３〜10mmのも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つてく
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つ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
どころ大きくなつたものを使用するといつそう高
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わす斜視図、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つた部分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つたものであ
る。つまり、繊維が加熱時型付けによつて押し付
けられて巾が広くなつた部分２は、繊維によじれ
が生じているのが、通常であることから、眺める
角度によつて第２図の如く巾広くみえたり、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
はなく、どの角度からみても径の太いものであつ
てもよい。第４図および第５図は、繊維の顕微鏡
写真をあらわすものであつて第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（t₁）と、元の繊維径（t₂）
は、t₁＞t₂の関係になつている。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位の部分を一個
所有すればよい。この部分はセメントマトリツク
スとの界面での接着性を向上させる作用をする。
したがつて、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ツクス中
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、セメントマトリツクス
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けるための
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℃程度
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と同じようにフイブリル化されたパ
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、フイ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）に抄き上がつてくる効
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５cm⁴／sec以下に調整す
る必要があり、これはハチエツク方式等で抄造で
きる絶対条件である。この発明では、この５cm
^４／secを、パルプ、無機フイラーの量を前述のご
とく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、ハチエ
ツ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ば
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、ハチエツク
抄造機を用いるハチエツク方式により、実施例１
〜12、比較例１〜６の無機硬化体を作つた。製造
条件および得られた硬化体を試験に供した結果も
第１表に示す。なお、スラリーの濾過係数はすべ
て５cm⁴／secとした。 表中、耐凍害性の評価において、◎は良好、〇
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パルプである。

【表】

【表】

〔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つたPVA
繊維あるいはアクリル繊維の形態モデルをあらわ
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、PVA繊維あるいは
アクリル繊維の顕微鏡写真をあらわすものであつ
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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％以上でフイブリル化によりシヨツパー濾水
   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、およびシヨツ
   パー濾水度が40゜SR以下の叩解処理をしないパル
   プを全固型分に対し0.5〜1.0重量％の割合でそれ
   ぞれ含有し、濃度を４〜15重量％、濾過係数を５
   cm⁴／sec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 パルプが、針葉樹および／または広葉樹のサ
   ラシもしくは未サ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。