JPH06116001A

JPH06116001A - 乾式成型水硬性無機質成型品およびその製造方法

Info

Publication number: JPH06116001A
Application number: JP26181092A
Authority: JP
Inventors: Takeo Matsunase; 武雄松名瀬
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】乾式成型法において、親水性成分を配合するこ
とにより、オートクレーブ養生後に補強用の各種繊維が
その補強効果を発現し、高強度で寸法安定性に優れた水
硬性無機質成型品とその製造方法を提供する。【構成】セルロース系ポリマー、ポリアクリル酸系ポリ
マー、ポリビニール系ポリマー、ポリエチレン系ポリマ
ー、シリコン系、でんぷん系、リグニンスルフォン酸系
などの親水性成分、天然動物系、天然植物系、天然鉱物
系などの親水性成分中少なくとも１成分以上の親水性成
分をセメント固形配合材に対し５重量％以下と繊維をセ
メント基礎原料に混合し、乾式法で成型した後、オート
クレーブ養生してなる成型品であり、親水性成分１重量
部および補強繊維１重量部配合時の曲強度を比重の２乗
で除した比曲強度が４０ｋｇ／ｃｍ²以上である繊維補
強水硬性無機質成型品とその製造方法。

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オートクレーブ養生タ
イプの繊維補強水硬性無機質成型品とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築用無機質成型品、例えばアス
ベスト板、珪酸カルシューム板、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、このようなオートクレーブ養生
で得られる高結晶性の水硬性無機質からなる屋根材、床
材、外壁材、間仕切材などは、高強度で優れた断熱性と
熱的安定性が付与され、更に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。従っ
て、このような高温の水蒸気での養生を必須とする上記
高性能な水硬性無機質成型品の補強繊維としては、高温
アルカリに耐えるアスベストが一般に使用されてきた。

【０００３】しかしながら、アスベストは発癌性の疑い
から、アスベスト添加製品を製造、加工する担当者やそ
の製品を使用する一般市民の健康、衛生上の理由で、そ
の使用が忌避ないし制限されようとしている。

【０００４】そこで、各種繊維をアスベストの代わりに
用いようとする努力がなされている。各種繊維をアスベ
ストの代わりに用いる場合、水硬性無機質の成形方法に
よってその技術対応が大きくことなる。水硬性無機質の
成形法には、抄造法、押出成形法、乾式法、注形法など
がある。

【０００５】本発明に関わる乾式法は、瓦のような屋根
材などの水硬性無機質を製造する方法である。従来この
乾式法分野でもアスベストが使用され、この分野におい
てもアスベストの代わりになる補強繊維が望まれてい
る。乾式法は、セメントの石灰質と珪酸質などからなる
水硬性無機質を水がない状態で混合した乾燥状態の粉体
をプレスで予備成形し、水を水／セメント配合材固形分
比が１０〜２０％となるように供給した後、さらに４０
〜４００ｋｇ／ｃｍ²好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ²以
上のような高圧でプレスする。このため、乾式法の水硬
性無機質は、押出成形法とことなり、粘土状にならず乾
燥した粉体状に近い状態で成型することを特徴としてい
る。成型後、さらにオートクレーブ養生することによっ
て目的の成形品が得られる。

【０００６】しかし、この乾式法において、通常の配合
セメントに各種繊維を添加しオートクレーブ養生した場
合、成型板の強度が不十分であった。そこで、本発明者
らは、各種繊維をこの乾式法の分野にもアスベストの代
わりの補強繊維としても使用しようと試みた。

【０００７】

【課題を解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
のように「乾式法」で製造する水硬性無機質成型品にお
いて、各種繊維がオートクレーブ養生下で十分な補強効
果を発現できないという問題点を解決し、「乾式法」に
おいて高強度で寸法安定性に優れた水硬性無機質成型品
とその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の水硬性無機質成
型品は、セメント基礎原料中に、セルロース系ポリマ
ー、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリビニール系ポリマ
ー、ポリエチレン系ポリマー、シリコン系、でんぷん
系、リグニンスルフォン酸系などの親水性成分、天然動
物（天然タンパクを含む）系、天然植物系あるいは天然
鉱物系などの親水性成分中、少なくとも１成分以上の親
水性成分をセメント固形配合材に対し５重量％以下およ
び補強繊維が配合され、乾式法で成型された後、オート
クレーブ養生された成型品であり、親水性成分１重量部
および補強繊維１重量部配合時の曲強度を比重の２乗で
除した比曲強度が４０ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特
徴とする繊維補強水硬性無機質成型品である。

【０００９】また、本発明の水硬性無機質成型品の製造
方法は、セメント基礎原料中に、セルロース系ポリマ
ー、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリビニール系ポリマ
ー、ポリエチレン系ポリマー、シリコン系、でんぷん
系、リグニンスルフォン酸系などの親水性成分、天然動
物（天然タンパクを含む）系、天然植物系あるいは天然
鉱物系などの親水性成分中、少なくとも１成分以上の親
水性成分をセメント固形配合材に対して５重量％以下お
よび補強繊維を配合し、乾式法で成型した後、オートク
レーブ養生することを特徴とする繊維補強水硬性無機質
成型品の製造方法である。

【００１０】

【作用】以下、さらに詳しく本発明について説明する。

【００１１】建築用部材として高強度で寸法安定性に優
れた水硬性無機繊維質成型品を製造するには、石灰質
（ＣａＯ）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
な水硬性無機質成型品において補強繊維がオートクレー
ブ養生後に補強効果を十分発揮するには、成形方法、セ
メントの配合量およびセメントの反応に必要な水の制御
などが重要である。

【００１２】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、細粉珪砂やポゾラン活性シリカなどのようなシリ
カが使用される。

【００１３】しかし、従来の技術で述べたように、乾式
法において、通常の配合セメントに珪酸質成分を配合し
ただけでは、オートクレーブ養生後の各種繊維した成型
板の強度が十分発現できなかった。

【００１４】この原因は、乾式法の水比（水／セメント
固形成分重量比（％））が１０〜２０％と抄造法や押出
法と異なり小さいことによることが主因であって、次の
ような悪影響がある。

【００１５】（１）セメントやシリカと水との反応が、
不均一になる。

【００１６】（２）繊維が、粉体中に分散しにくい。

【００１７】（３）細かい粒子のセメントやシリカが凝
集しやすい。

【００１８】（４）成型時に割れやすい。

【００１９】（５）オートクレーブ養生時の反応が不均
一である。

【００２０】これらの悪影響を防止するため、本発明に
なる親水性成分を配合することが製品の強度を向上する
のに極めて有効である。かかる親水性成分の例として
は、セルロース系ポリマー、ポリアクリル酸系ポリマ
ー、ポリビニール（ＰＶＡ）系ポリマー、ポリエチレン
（ＰＥ）系ポリマー、シリコン系ポリマー、でんぷん
系、リグニンスルフォン酸系などの親水性成分、天然動
物（天然タンパクを含む）系、天然植物系、天然鉱物系
などの親水性成分であり、かかる親水性成分中少なくと
も１成分以上のセメント基礎原料に混合することによっ
て、オートクレーブ養生後の成型板の曲強度が非常に向
上する。

【００２１】セルロース系ポリマー成分として、メチル
セルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（Ｃ
ＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロ
ピールセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロー
スなどが含まれる。

【００２２】ポリアクリル酸系ポリマー成分には、ポリ
アクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタアクリル
酸、ポリアクリル酸ナトリュームなどが含まれる。

【００２３】ＰＶＡ系ポリマー成分としては、ポリビニ
ールアルコール、ポリビニールピロリドン、ポリビニー
ルメチルエーテルが含まれる。

【００２４】ＰＥ系ポリマー成分としては、ポリエチレ
ンオキサイト、ポリエチレングリコールなどが含まれ
る。デンプン系成分として、デンプン、ヒドロキシエチ
ルデンプン、カルボキシメチルデンプン、ジアルデヒド
デンプンなどが含まれる。

【００２５】天然動物（天然タンパクを含む）系成分と
して、ゼラチン、カゼインなどが含まれる。

【００２６】天然植物系成分として、アルギン酸ソー
ダ、ガラクタン、トラガントガム、アラビアガム、マン
ナンなどが含まれる。

【００２７】天然鉱物系材料として、活性炭素、ベント
ナイト、塩化マグネシューム、酸化マグネシュームなど
が含まれる。

【００２８】これらの親水性成分は、成型条件や用途に
よって、種類や分子量、添加量などを選択でき、さらに
は、併用することも可能である。また、親水性成分は、
セメント固形配合材に対して５重量％以下、さらに好ま
しくは３重量％以下添加される。

【００２９】初めに、セメント、シリカや繊維などのセ
メント配合材の均一混合は、重要な課題である。通常、
セメント配合材の混合は、オムニミキサー、アイリッヒ
およびヘンシェルミサーなどのミキサーが用いられる。
乾式法では、比重の異なる粉体、繊維との混合、添加す
る水の分散などいろいろ工夫された装置が使用される。
しかし、セメント配合材の均一な混合は、装置だけで達
成するのは不十分である。セメント、シリカや繊維など
のセメント配合材の均一混合は、このような装置を使用
したとしても不均一になりやすい。

【００３０】本発明の親水性成分の添加によって、セメ
ント配合材の均一混合が向上する。また、セメント、シ
リカと水の混合が均一になりことによって、反応も均一
になる。

【００３１】粒径が３０μｍ以下細粉状シリカや１μｍ
以下のシリカヒュームなどを多く配合する場合、少量の
水の添加によって凝集したり、粒状になりやすく不均一
な成型板になりやすいとき、親水性成分の配合によって
凝集や粒状化が防止され成型品の繊維の補強効果が向上
する。

【００３２】さらに、本発明に用いられる親水性成分
は、繊維の混合においても繊維の分散性向上、粒状化防
止の向上に効果を与えるものである。添加される繊維
は、２０ｍｍ以下好ましくは１０ｍｍ以下にカットされ
た短繊維であり、繊度は、１〜７ｄのものを使用するの
が好ましい。また、木材パルプ、アラミドパルプ、ポリ
エチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのよう
なパルプ状の繊維も使用される。

【００３３】カット長が長い場合や直径を細くした場
合、補強効果や耐衝撃性などの性質向上にはプラスであ
るが、混合時の分散にはマイナス面が大であり、特に乾
式法のような水比の小さい場合はその傾向が大である。
このような水比が小さい場合でも、本発明の親水性成分
を配合することによって、繊維の分散性は向上し、その
成型板の補強効果が向上する。

【００３４】通常、繊維は、セメント固形成分に対し１
０％さらに好ましく５％以下、使用される。

【００３５】本発明が適用できる繊維は、特に限定され
るわけではないが、ＰＰ、ポリビニールアルコール（Ｐ
ＶＡ）、ＰＥ、パルプ、アクリル系繊維、アラミド繊
維、ガラス繊維などがあり、繊維中２種類以上の繊維を
併用も可能である。

【００３６】特に、補強タイプのカット繊維と成型時の
保型性に有効なパルプ状繊維の併用は有効である。しか
し、パルプ状繊維は、混合時に、混合条件が悪いと毛玉
になりやすく、また、セメント、シリカ成分や水を抱き
込み、粒径が不揃いの小さな表面が堅いボールになりや
すく、水比の乾式法の場合はこの傾向が大である。この
粒径が不揃いのボールを成型板にした場合、繊維の補強
効果が発揮できなくなる。このような場合においても、
本発明の親水性成分を配合することによって、パルプ状
の繊維だけでなくカット繊維も含めて均一な分散の向上
を図ることができ、成型板の強度も向上する。

【００３７】乾式法においては、粉体状のセメントやシ
リカ、繊維などの配合物を予備成型後水を添加しさらに
本成型するか、または、粉体状の混合物に水を添加した
後直接本成型する方法によって任意の成型品を製造する
が、その成型にあって、予備成型品の移動、本成型品の
型からの取り外しなどで、成型品の縁、角や形状の複雑
な部分にひび割れや欠け落ちが生じやすい。これは、抄
造法や押出法と異なり水比が小さいため、セメント混合
物に高圧でプレスしたとしても、そのプレス直後のなま
成型物は脆くひび割れや欠け落ちが生じやすい。

【００３８】このなま成型品（プレス直後の硬化不十分
なものを「なま成型物」という）の脆さを防止するた
め、パルプ状の繊維などを添加する方法がとられるが、
前述のように、パルプだけではその分散が問題であり、
なま成型品の脆さを改善するには不十分と考えられる。

【００３９】そこで、本発明の親水性成分をセメント配
合材に添加することによって、なま成型品の脆さを防止
する効果がある。この親水性成分が添加水を粉体全体に
均一に分散し、水の添加量が非常に少なくなるようなポ
イントを作らなくしたり、さらに親水性成分と各種粉体
や繊維間の接着性をアップし、水が少ないにも拘らず、
なま成型品の脆さを防止すると考えられる。

【００４０】成型品は、ある程度硬化するまで予備養生
した後、オートクレーブ中の水蒸気によって養生され
る。オートクレーブ養生温度は、繊維の種類によって異
なるが、１００〜１８０℃で養生され、養生時間も温度
によるが３時間〜３日程度である。オートクレーブ養生
温度が１６０〜１８０℃のとき、セメント、シリカ、水
との反応によって高結晶の水硬性物質になるので好まし
い。セメントは、水と反応すると高アルカリ性になり、
オートクレーブ養生するとき、高温下でこのセメントの
高アルカリ性に耐える必要があり、そのオートクレーブ
養生温度によって、繊維の種類が選ばれる。ある種類の
繊維について言えば、オートクレーブ養生ができるよう
に今までにいろいろ努力され、上記オートクレーブ養生
温度と時間も適切に選ぶこともその一つの方法である。

【００４１】本発明の親水性成分もその一つ方法であ
り、オートクレーブ養生反応において、繊維の補強効果
を向上させる働きがあると考えられる。

【００４２】セメント、シリカと水の反応によって、高
アルカリ成分が生ずるが、セメント、シリカと水の混合
が不均一なとき、水があるスポットに多くなり、そのア
ルカリ性は、スポット的に非常高アルカリとなる。この
スポット部分に繊維があるとき、アルカリによる劣化を
受けやすい。水比が少ない乾式法においては、このよう
な不均一な反応が生じやすい。

【００４３】しかし、本発明の親水性成分を使用するこ
とによって、セメント、シリカと水の混合が均一で反応
も均一に進行するため、スポット的にアルカリが高くな
らず、繊維の劣化が防止できるため成型品の強度が向上
すると考えられる。

【００４４】上記のように、本発明の親水性成分の作用
は複合的であり、繊維や親水性成分の種類の選択、配合
比、水比、オートクレーブ養生条件、配合の混合条件、
成型条件などを製造する成型品の目的によって最適化さ
れる。

【００４５】さらに、成型品の目的によって本発明の成
型品に例えば下記のような工夫も可能である。成型品に
多孔質性を与え、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配合できる。さら
に、補強効果を向上するためウォラストナイト、エディ
ナイト、セピオライトなどの無機繊維、珪砂、マイカ、
クレー、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。

【００４６】ここで、本発明のような成型品分野におい
て、一般に曲強度は成型品の比重とともに増大する。し
たがって、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
曲強度を比重の２乗で除した「比曲強度」値を用いて評
価をするのが好適である。

【００４７】本発明の乾式成型法の成型品においては、
かかる比曲強度値は４０ｋｇ／ｃｍ²以上のものが得ら
れ、従来乾式法では、アクリル系繊維はオートクレーブ
養生タイプの成型品に補強繊維として使用できなかった
が、本発明によってアクリル系繊維の使用が可能になっ
た。本発明成型品の比強度において、より好ましくは４
５ｋｇ／ｃｍ²以上、さらに好ましくは５０ｋｇ／ｃｍ
²以上のものである。ここで、曲強度および比重は、成
型品から成型方向を長手方向とし長さ１５ｃｍ×幅３０
ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳＡ１
４０８に準じ以下のようにして測定される。

【００４８】曲強度、気乾状態において、スパン１０ｃ
ｍ、荷重速度１ｍｍ／ｍｉｎで試験片の曲試験を行な
い、常法により曲強度（Ｋｇ／ｃｍ²）を算出する。

【００４９】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測定し、次いで１０５℃、２４時間
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。

【００５０】比重＝絶乾重量／（飽水重量−水中重量）

【００５１】

【発明の効果】本発明にかかる水硬性無機質成型品は、
乾式法の成型品であって、各種親水性成分中少なくとも
１成分以上の親水性成分をセメント固形配合材に対し５
重量％以下と繊維をセメント基礎原料に混合し、乾式法
で成型した後、オートクレーブ養生してなる成型品であ
る。繊維の補強効果が十分発現されるため著しく曲強度
が高く、耐衝撃性ならびに寸法安定性などに優れてい
る。また、乾式成型の過程におてもひび割れや欠け落ち
が少なく、取扱いやすく、生産効率が向上できる。ま
た、その製品は、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。

【００５２】

【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。

【００５３】実施例１〜３セメント５７重量部と非晶シリカ４３重量部からなる基
礎原料１００重量部に対して、親水性成分の１種である
メチルセルロース（ＭＣ）１重量部と繊維としてアクリ
ル系繊維１重量部（実施例１）、パルプ１重量部（実施
例２）、ＰＰ繊維１重量部（実施例３）を各々配合し水
を無添加の粉体状態でアイリッヒ混合機によって３分間
混合した後、水１４部を添加しながらさらに５分間混合
した。この湿った状態の粉体を幅４０mm、長さ１６０mm
の型枠に入れ、プレス機によって、２００kg／cm²で圧
縮成型し厚さ５mmの成型板とした。

【００５４】得られた成型板を飽和水蒸気中に２０℃で
２４時間、７０℃で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。得られた
成型板を幅３０mm、長さ１５０mmに切断し、気乾状態ま
で乾燥し、曲強度を測定した結果を表１に示した。

【００５５】かかる表１から、後述する比較例の親水性
成分が無添加である場合に比較し（実施例と対応して比
較をした比較例の番号は、表１の「比強度アップ」欄の
「比較項」のデータ参照）、親水性成分を配合した実施
例の曲強度が顕著にアップしていることがわかる（表１
の「比強度アップ」欄参照）。ここで、曲強度アップ
は、セメント配合が同じ組成で、親水性成分を配合した
実施例の比曲強度Ａと親水性成分が無添加の比較例の比
曲強度Ｂから次式で求めたものである。以下、他の実施
例についても同じである。

【００５６】比曲強度さ＝Ａ−Ｂ比曲強度アップ率＝（Ａ−Ｂ）／Ｂ（％）実施例４セメント５７重量部と非晶シリカ４３重量部からなる基
礎原料１００重量部に対して、親水性成分の１種である
ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）１重量部と繊維とし
てアクリル繊維１重量部を配合した。以下、実施例１と
同様に混合成型し、曲強度を測定した結果を表１に示し
た。比較例１の親水成分が無添加の比曲強度に比較し、
ＰＶＡを添加する比曲強度が顕著にアップすることがわ
かる。

【００５７】実施例５セメント５７重量部と非晶シリカ４３重量部からなる基
礎原料１００重量部に対して、親水性成分の１種である
ＭＣ１重量部と繊維としてアクリル繊維０．５重量部＋
パルプ０．５重量部を配合した。以下、実施例１と同様
に混合成型し、曲強度を測定した結果を表１に示した。
比較例４の親水性成分が無添加の比曲強度に比較し、Ｐ
ＶＡを添加する比曲強度が顕著にアップすることがわか
る。

【００５８】実施例６、７セメント４０重量部と結晶シリカ１７重量部、非晶シリ
カ４３重量部からなる基礎原料１００重量部に対して、
親水性成分の１種であるＰＶＡ１重量部と繊維としてア
クリル繊維１重量部（実施例６）、同様にＭＣ１重量部
とＰＰ１重量部（実施例７）配合し、以下実施例１と同
様に混合成型し、曲強度を測定した結果を表１に示し
た。親水性成分が無添加の比曲強度（比較例５）に比較
し、ＰＶＡを添加する比曲強度が顕著にアップすること
がわかる。

【００５９】表１から、本発明にかかる親水成分を配合
したいずれの成型板の比曲強度も、比較例の親水性成分
無添加の成型板の比強度に比べ各種繊維の補強性能が優
れていることがわかる。

【００６０】

【表１】表１から、本発明にかか親水性成分を配合したいずれの
成型板の比曲強度も、比較例の親水性成分無添加の成型
板の比強度に比べ各種繊維の補強性能が優れていること
がわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 28/02 33/20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメント基礎原料中に、セルロース系ポリ
マー、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリビニール系ポリ
マー、ポリエチレン系ポリマー、シリコン系、でんぷん
系、リグニンスルフォン酸系などの親水性成分、天然動
物（天然タンパクを含む）系、天然植物系あるいは天然
鉱物系などの親水性成分中、少なくとも１成分以上の親
水性成分をセメント固形配合材に対し５重量％以下およ
び補強繊維が配合され、乾式法で成型された後、オート
クレーブ養生された成型品であり、親水性成分１重量部
および補強繊維１重量部配合時の曲強度を比重の２乗で
除した比曲強度が４０ｋｇ／ｃｍ²以上であることを特
徴とする繊維補強水硬性無機質成型品。
【請求項２】ポリプロピレン、ポリビニールアルコー
ル、ポリエチレン、パルプ、アクリル系繊維、アラミド
繊維、ガラス繊維などの繊維中１種類以上の繊維を含む
請求項１記載の水硬性無機質成型品およびその製造方
法。
【請求項３】セメント基礎原料中に、セルロース系ポリ
マー、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリビニール系ポリ
マー、ポリエチレン系ポリマー、シリコン系、でんぷん
系、リグニンスルフォン酸系などの親水性成分、天然動
物（天然タンパクを含む）系、天然植物系あるいは天然
鉱物系などの親水性成分中、少なくとも１成分以上の親
水性成分をセメント固形配合材に対して５重量％以下お
よび補強繊維を配合し、乾式法で成型した後、オートク
レーブ養生することを特徴とする繊維補強水硬性無機質
成型品の製造方法。