JPH0459672A - 軽量成形体積層体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は建築の内装材もしくは断熱材又は什器等に用
いられる軽量成形体に関するものである。

［従来の技術〕 ケイ酸カルシウム系化合物を主成分とする成形体は人造
木材等と称されて建築用材料として広く用いられている
材料である。その製造方法としてはまずシリカ質原料と
石灰質原料に水を加えて混合スラリー状にし、まず９０
°Ｃ程度で反応させてゲル化させる。これをオートクレ
ーブに入れて１９０〜２５０°Ｃで数時間反応させてゾ
ノトライトを合成する。このゾノトライトスラリーに必
要により靭性を向上させるためにガラス繊維、−界面活
性剤、ポリマー混和剤等を適宜加えて撹拌混合し、型枠
に入れて加圧脱水成形を行い、１２０°Ｃ程度で乾燥し
て成形体を得る方法である（セメント・コンクリート、
Ｎ（１４６９，Ｍａｒ、１９８６．Ｐ３７〜４３）　　
。

このケイ酸カルシウム系成形体を積層体にした例として
はケイ酸カルシウム成形体上にセメントモルタル層を設
け、このセメントモルタル層上に施釉して焼成すること
により表面強度と耐衝撃性を改善した例が知られている
（特開昭６３−７４９８３号公報）。また、ケイ酸カル
シウム成形体の少なくとも一表面層にケイ酸カルシウム
結晶と炭素を主成分とする物質、炭化物、窒化物、金属
酸化物等の混合層を形成させて曲げ強度の低下を抑えて
断熱性を向上させた例も知られている（特開昭６１５１
３３７号公報）。

一方、スラグを用いた成形体としては、鋼スラグに結合
剤として次亜リン酸等のリン酸又はリン酸アルミニウム
等のリン酸塩を用いて常温で凝結硬化させた建築外装材
用の成形体が知られている。

この成形体の表面にＥＢＣ塗料を塗布したり、ガラスコ
ーティング、ホーローコーティング等を施すことも知ら
れている（特開昭６２−２３５８４５号公報）。

ガラス質高炉水砕スラグ粉末をアルカリ水溶液で改質す
る方法は既に知られており（特開平１２５２５５９号公
報）、本発明者らはこの改質スラグ粉末を用いた成形体
を既に完成している（特願平ｌ−３３７８１８号明細書
）。この成形体にはポリマー混和剤が通常添加されてい
る。ポリマー混和剤は表面改質スラグ粒子間の結合剤と
して機能するとともに成形体の加工性、曲げ強度、表面
性状を向上させる等の機能も果している。

〔発明が解決しようとする課題］ 前述の如く、加工性、曲げ強度、表面性状を向上させる
ためにはポリマー混和剤の含有量を増やす必要があるが
、ポリマー混和剤を増量すると成形体の不燃性が失われ
るという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するべくなされたものであり、
ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラスの熔
解反応と水和反応により改質して得られる粉末を主材と
し、ポリマー混和剤を含有する層とガラス質高炉スラグ
粉末をアルカリ水溶液でガラスの溶解反応と水和反応に
より改質して得られる粉末又はケイ酸カルシウム水和物
を主材としポリマー混和剤を前記の層と異なる含有量で
含有する層を有し、そのポリマー混和剤の含有量の多い
ほうを表層とし、少ないほうをコア層とすることによっ
てかかる目的を達成したものである。

また、ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラ
スの溶解反応と水和反応により改質して得られる粉末を
主材する層を少な（とも−層有し、又はケイ酸カルシウ
ム水和物を主材とする層をさらに一層以上有する軽量成
形体積層体において例えば表層のポリマー混和剤の量を
減少させ、一方合成パルプ、不燃パルプを配合すること
によって表層の紙のような質感を与えることができ、ま
た、天然石材、金属等からなる一の表層とガラス質高炉
スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラスの溶解反応と水和
反応により改質して得られる粉末を主材とする一のコア
層が接着剤を介して接合された構造を有する軽量成形体
積層体によって表面の耐熱性と装飾性を高めることがで
きる。本発明はかかる手段をも提供するものである。

ガラス質高炉スラグ粉末をガラスの溶解反応と水和反応
により改質して得られるスラグ（表面改質スラグ）粉末
は、ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液で処理す
ることによってガラスの溶解反応及び水和反応を生じさ
せ、それによって表面を改質したものである。形状はゾ
ノトライトと異なり、球状あるいは球が重なり合ったぶ
どうの房状である。主な水和生成物はトバモライトまた
はその類似鉱物である。原料のガラス質高炉スラグは水
砕スラグ、風砕スラグ等のいずれであってもよい。粒度
は細かいものがよく、例えばブレーン比表面積で４００
０ＣＩＩＹ／ｇ以上、特に８０００〜１４０００ＣＩｌ
ｌ／ｇ程度のものが適当である。このような粒度のもの
を得るために必要により粉砕機および分級機等で微粉化
することができる。原料スラグの比表面積は、本発明の
軽量成形体の物性、特にかさ比重に影響を与える。アル
カリ水溶液は苛性ソーダ、苛性カリ等の苛性アルカリ液
がよく、濃度は０，５Ｎ以上、特にＩＮ以上が好ましい
。実用上は苛性ソーダが使いやすい。また、アルカリの
組合せも有効である。炭酸ナトリウムを苛性ソーダに適
当量組合せることも有効である。処理時間は処理温度等
によって異なるが３０分間以上であり、通常１時間〜１
０時間程度である。反応を促進するために処理温度は高
い方がよく、実用上９０゛Ｃ程度である。

また、１００°Ｃを越える水熱反応によることもよい。

このアルカリ処理によってガラス質高炉スラグ粒子の表
面でガラスの溶解反応と水和物の形成反応が起こる。そ
の結果、スラグ表面が多孔質化してＢＥＴ比表面積は２
０〜１４０ｎ（／ｇｇ程度好ましくは４０％／ｇ以上、
さらに好ましくは９０ｒｒｒ／ｇ以上になる。

アルカリ処理後は水洗してアルカリを除去して使用する
。このような表面改質スラグの製造方法は特公昭５７−
７０９３号公報および、特開平１−２５２５５９号公報
に開示されている。この表面改質スラグは２５０〜８０
０°Ｃ程度、好ましくは４５０°Ｃ程度で加熱して脱水
することにより、初期の状態により異なるが、例えば、
ＢＥＴ比面積１００ｎ（／ｇのものを１２０〜１４０ｒ
ｄ／　ｇ程度に高めることができる。なお、この際、加
熱脱水によるシンター現象を起こさないような温度と時
間条件を選択することが肝要である。

この加熱脱水処理スラグの使用によって比強度及び吸放
湿特性を向上できるので好ましい。

ケイ酸カルシウム水和物は、シリカ質原料と石灰質原料
に水を加えて加熱反応させることによって得られ、ヅノ
トライト、トバモライト等の針状ないしは繊維状の結晶
質のものが好ましい。表面改質スラグと上記のケイ酸カ
ルシウム水和物の配合重量比は１０：０〜０：１０、好
ましくは９：１〜１：９、さらに好ましくは７：３〜３
ニアの範囲が適当である。

本発明の表面改質スラグ又はケイ酸カルシウム水和物を
主材とする層は少なくともポリマー混和剤、合成パルプ
又は補強繊維のいずれかを含有させる。

ポリマー混和剤は、表面改質スラグ粒子に均一に付着す
るものがよく、各種のゴムラテックス、合成樹脂エマル
ジョン等を使用できる。ゴムラテックスは、例えば、天
然ゴムラテックス及びスチレン−ブタジェン共重合体、
アクリロニトリルブタジェン共重合体、クロロプレン重
合体等のラテンクスであり、合成樹脂エマルジョンは例
えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、酢酸ビニル重合体
、アクリル酸エステル重合体、塩化ビニリデン重合体、
塩化ビニル重合体等のエマルジョンである。ポリマー混
和剤の添加量は、表面改質スラグ又は表面改質スラグと
ケイ酸カルシウム水和物との和に対する固形物重量比で
１〜２０％程度、特に３〜ｌＯ％程度が適当である。１
％未満では強度及び機械加工性の向上が不充分になり、
一方、２０％を越えると耐火性の低下が実用上問題とな
る。

合成パルプは、合成樹脂、主としてポリオレフィンに親
水性を与えてパルプ状にしたものであり、ポリエチレン
バルブ、ポリプロピレンバルブ等がある。表面改質スラ
グに対する重量比で１〜２０％程度、特に３〜１０％程
度が適当である。１％未満では機械加工性、表面光沢の
向上が不充分であり、一方、２０％を越えると耐火性が
低下する。

補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、合
成繊維、天然繊維等である。合成繊維はポリビニルアル
コール繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維等であり
、天然繊維はパルプ、木綿、鉱物繊維等である。これら
の中で不燃性及びコストの点でガラス繊維が特に好まし
い。補強繊維の添加量は、繊維の比重にもよるが表面改
質スラグに対する重量比で１〜２０％程度、特に５〜１
０％程度が適当である。１％未満では補強効果が実用上
有効でなく、一方２０％を越えると均一分散性の確保が
難しくなる。

本発明の表面改質スラグ又はケイ酸力ルシムウ水和物を
主材とする層は、その他の成分も含むことができる。他
の成分の例としてはポリマー混和剤の凝集剤、軽量骨材
、分散剤、顔料、水硬性層コウ等を挙げることができる
。

ポリマー混和剤の凝集剤を加えることによって表面改質
スラグへのポリマー混和剤の吸着性を高めることができ
る。凝集剤は、硫酸アルミニウム等の無機系のものもあ
るが、本発明の成形体には有機系のもの、特にカチオン
型高分子凝集剤が好ましい。カチオン型高分子凝集剤の
例としては、ポリジアルキルアミノアルキルアクリレー
ト、ポリアミノメチルアクリルアミド、ポリビニルピリ
ジニウムハロゲン塩、ポリビニルイミダシリン等の４級
アミン化合物などがある。凝集剤の添加量は、カチオン
型高分子凝集剤の場合には、ポリマー混和側１重量部（
固形物重量）に対し０．０５〜０．２重量部程度が好ま
しい。

軽量骨材はパーライト、シラスバルーン等であり、添加
量は表面改質スラグに対する重量比で１００％を越える
と成形体の強度、加工性等が低下するので好ましくない
。

分散剤はポリマー混和剤、補強繊維などの分散、混練ス
ラリ一の流動性向上などのために添加されるものであり
、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン高縮合物、メラミ
ンスルホン酸系化合物などが用いられる。

顔料は成形体を着色するものであり、鉛白、鉛丹、黄鉛
、群青、紺青、酸化コバルト、二酸化チタン、チタニウ
ムイエロー、ヘンガラ、鉄黒、モリブデン赤、リサージ
、アルミニウム粉等の無機顔料、アブ系、フタロシアニ
ン系等の有機顔料を使用することができる。

水硬性石コウは、α型及びβ型の半水石コウ、無水石コ
ウ等のいずれのものであってもよいが価格の面からβ型
半水石コウを主要成分とする焼石コラが好ましい。石コ
ウの添加量は、表面改質スラグに対する重量比で１０〜
１５０％程度、好ましくは３０〜７０％程度が適当であ
る。１０％以下では曲げ強度の向上効果が少なく、一方
、１５０％を越えると機械加工性及び比強度が低下する
。必要によりクエン酸ソーダなどの石コウの凝結調整剤
をさらに添加することができる。

本発明の積層体の一の態様においては少なくとも表面改
質スラグ粉末を主材とする層と表面改質スラグ又はケイ
酸カルシウム水和物を主材とする層を有する。これらの
層は配合を変えることによって積層物に種々の特徴を付
与する。例えば表層として使用する層のポリマー混和剤
の含有量を高めることによって耐摩耗性、曲げ強度等を
改善することができ、コア層として使用する層のポリマ
ー混和剤の量を少な（することによって調湿性、不燃性
等を高めることができる。表層のポリマー混和剤を減少
させてそのかわりに天然パルプを配合することによって
表面に紙のような質感を与えることができる。従来、成
形体を着色する場合には全体に顔料を含有させていたが
、表層の顔料を含有させることによって積層体の物性の
変化を少なくとどめて着色することができる。この代表
的態様はコア層の両側に表層を積層した態様である。

その場合、表層の一方又は両方の主材にケイ酸カルシウ
ム水和物を用い、コア層に表面改質スラグを主材とする
ことができる。他の態様としては一の表層と一のコア層
からなる２層積層物がある。

この積層物の使用態様例としては建築物の骨組側にコア
層が（るようにして張付ける。これらの態様において表
層は１〜３閣程度、コア層は５〜２０鵬程度とすること
ができる。コア層を２層以上設けることもできる。表層
とコア層の間にロービングクロス等を積層することによ
って曲げ強度を高めることができる。

この積層体を成形する方法としては、表面改質スラグ、
ケイ酸カルシウム水和物、ポリマー混和剤等および水を
含む混合物をまず混練する。補強繊維、凝集剤、合成パ
ルプ、軽量骨材、増粘剤、分散剤、顔料等を添加する場
合には混練する前または混練中に添加する。混練したス
ラリーに気泡が混入し、成形体に欠陥が生ずる恐れがあ
れば、消泡剤を添加したり、混練中や混練後減圧脱泡す
ることもできる。混練して得られたスラリーは通常は順
次型枠等の型に流し込んで加圧脱水を繰返す。スラリ一
の組成あるいは用いる装置等によってはまずスラリ一の
積層体を形成し、これを加圧脱水成形して一気に積層体
とすることもできる。

均−脱水や成形効率を上げるために、加圧面に金網、ろ
紙、ろ布、多孔板などを用いたり、減圧脱水・脱泡が可
能なユニットを組み込んだり、また表面の意匠性を上げ
るためエンボス板を組み込んだりすることができる。ま
た加圧脱水後成形体を所定の形状に切出すこともできる
。加圧は所定の程度まで脱水できる圧力で行えばよく、
例えば成形体のかさ比重が所定の値になるように調整す
れば良く、通常１０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましく
は２０〜６０ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃｒＡである。

乾燥は成形体の内部の水分を除去でき、かつ表面改質ス
ラグの結晶水が残る程度がよく、例えば１００〜１８０
°Ｃ程度、好ましくは１１０〜１５０°Ｃ程度で加熱乾
燥すればよい。成形体の乾燥によるひび割れを防止する
ために、まず６０〜８０°Ｃ程度で予備乾燥することも
好ましい。こうして得られる軽量成形体は、混練物から
水分を除いた組成になり、かさ比重は０．２〜Ｉｇ／ｃ
Ｉｌｌ程度、好ましくは０．４〜０．６ｇ／ｃ１１１程
度の多孔質体である。

この積層体は表面に金属シートを貼付けたりセラミック
を溶射したり、塗料を塗布するなど表面仕上を行なうこ
とができる。

本発明の別の態様においては天然石材、金属等からなる
一の表層と表面改質スラグ粉末を主材とする一のコア層
が接着剤を介して接合された構造を有する。この態様の
ものは天然石材、金属等に接着剤を塗布し、その上にス
ラリーを投入して加圧脱水成形し、次いで乾燥すればよ
い。加圧脱水条件及び乾燥条件は前述と同様でよい。

〔作用〕

表面改質スラグ粉末を主材とする層を設けることによっ
て積層体を軽量化し、曲げ強度、調湿性等を向上させて
いる。これに表面改質スラグ粉末又はケイ酸カルシウム
水和物を主材とする層を組合せることによって積層体の
種々の物性を改善し、あるいは種々の機能を付与してい
る。例えばコア層に軽量性、加工性、調湿性、不燃性等
を主に分担させ、表層に美観、耐傷付性、緻密さ等を分
担させることができる。

〔実施例〕

実施例１ ガラス質高炉スラグ（日本鋼管京浜製鉄新製、高炉水砕
スラグ）をボールミルでブレーン比表面積４５００ｃ１
１１／ｇまで粉砕し、これを分級原料とし気流分級機に
て分級し、ブレーン比表面積１４０００ｃｆｆｌ／ｇの
微粉スラグを得た。

この微粉スラグを温度が９０°Ｃでかつ濃度が３規定の
ＮａＯＨ溶液１００戚に対し５ｇの割合で添加し、３時
間撹拌処理することによりＢＥＴ比表面積１００ボ／ｇ
の表面改質スラグを得た。この表面改質スラグを充分に
水洗してアルカリ分を除去し、乾燥して積層体製造用原
料として用いた。

表面改質スラグ１００重量部に対し、Ｅガラス繊維８重
量部、ポリマー混和剤としてカルホキシ変性スチレンー
ブタジェン共重合体ラテックス３０重量部、合成パルプ
３重量部、カチオン型凝集剤３重量部、顔料としてダイ
ピロキサイドカラ一のイエロー（Ｔｉ−３１−Ｎｉ系、
大日精化製）３重量部及び水３５０重量部を加えて混練
し、このスラリーを型枠に注入して徐々に加圧脱水して
表層を形成した。

表面改質スラグ１００重量部に対し、Ｅガラス繊維５重
量部、ポリマー混和剤としてカルボキシ変性スチレン−
ブタジェン共重合体ラテックス５重量部、カチオン型凝
集剤０．５重量部、シラスバルー７１０重量部及び水３
７０重量部を加えて混練し、このスラリーを上記表層の
上に注入して徐々に加圧脱水してコア層を形成した。こ
の２層構造の加圧脱水体を６０°Ｃで１５時間、次いで
１１０°Ｃで５時間乾燥し、表層が５　ｍｍでコア層が
２０価の積層体を得た。

実施例２ 表層のポリマー混和剤をカルボキシ変性スチレン−ブタ
ジェン共重合体ラテックスからアクリル変性エポキシ樹
脂エマルジョンに変えたほかは実施例１と同様にして２
層構造の積層体を得た。

実施例３ 表層を加圧脱水後、その上に５１１ＩＩｎメンシユアク
リル変性エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維製のロー
ビングクロスを敷き、その上からコア層用スラリーを投
入したほかは実施例１と同様にして中間ハローピングク
ロスを有する積層体を得た。

比較例１ 実施例１の表層と同一組成で厚さ２５腫の単層品を実施
例１と同様にして製造した。

比較例２ 実施例１のコア層と同一組成で厚さ２５圓の単層品を実
施例１と同様にして製造した。

これらの各成形体の物性値を測定しｆコ結果を下表に示
す。

定した。

［発明の効果〕 本発明により不燃性を確保したまま曲げ強度表面性状を
向上させることができ、あるいは物性を損なわない着色
するとか表面に紙のような質感を与えるなどの改良を行
なうことができる。

上記の物性値の測定方法は次の通りである。

曲げ強度＋　ＪＩＳ　Ａ　１１０６〜１９７６に準した
。試験体寸法は幅４０ＩＩ！ｌＴｌ×長さ１６０ｍｍと
した。

加工性：ノコギリによる切断性、カンナによる切削性、
釘打ち性などを見て良好な順 から◎、○、△、×の４段階で評価し た。

表面性状：光沢、粉落等を目視により良好な順から◎、
○、△、×の４段階で評価した。

耐火性：　ＪＩＳ　Ａ　１３０４による１時間耐火度を
求めた。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラ
   スの溶解反応と水和反応により改質して得られる粉末を
   主材する層を少なくとも一層有し、又はケイ酸カルシウ
   ム水和物を主材とする層をさらに一層以上有する軽量成
   形体積層体
2. （２）ガラス質高炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラ
   スの溶解反応と水和反応により改質して得られる粉末を
   主材とし、ポリマー混和剤を含有する層とガラス質高炉
   スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラスの溶解反応と水和
   反応により改質して得られる粉末又はケイ酸カルシウム
   水和物を主材とし、ポリマー混和剤を前記の層と異なる
   含有量で含有する層を有し、その一方が表層で他方がコ
   ア層である軽量成形体積層体
3. （３）天然石材、金属等からなる一の表層とガラス質高
   炉スラグ粉末をアルカリ水溶液でガラスの溶解反応と水
   和反応により改質して得られる粉末を主材とする一のコ
   ア層が接着剤を介して接合された構造を有する軽量成形
   体積層体