JPH0725576B2 - 建築材料の着色方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は建築材料を微小粒状物の形の無機顔料で着色す
る方法に関する。

セメントや石灰で結合した建築材料、例えば石膏、石灰
質砂岩、セメント繊維板またはコンクリート板、特に屋
根タイルおよび舗装用の敷石およびスラブを着色する必
要がある場合には、一般に無機顔料によって着色され
る。建設業においては、赤、黒、褐色または黄色の顔料
としては酸化鉄または水酸化鉄を、黒褐色の顔料として
は酸化マンガンを、緑色の顔料としては酸化クロムを、
また白色顔料としては酸化チタンを使用するのが通常で
ある。さらに黒色顔料としてカーボンブラックを、黄色
の顔料としてニッケルおよびクロム・ルチルを、青色お
よび緑色の顔料としてコバルトを含むスピネルを、黒色
顔料として銅を含むスピネルを、また青色顔料として硫
酸バリウムとマンガン酸バリウムとの混晶を使用するこ
ともできる。

コンクリート材料の着色のためには、通常顔料を粉末の
形で使用する。これらは混練顔料として容易に分散させ
得るという利点をもっている。コンクリート混合物の中
にこのような顔料粉末を完全に均一に分布させるには、
最高数分の短時間で完結させることができる。しかしこ
のような細かい粉末の欠点は、流動特性が良くなく、し
ばしばケーキングを起こし貯蔵中に凝集して塊になるこ
とである。従って粉末を正確な量で混入することは困難
である。幾つかの粉末の他の欠点は、塵埃を出すことで
ある。

乾燥顔料粉末の代わりに、水性顔料懸濁物を使用するこ
とによりコンクリート部材に顔料を加えると、この欠点
を避けることができる。しかし顔料を30〜70重量％含む
このようなペーストまたはスラリを使用することは遅々
として普及していない。何故ならば余分に水を含むため
に製造場所と建築現場との間の距離によって輸送コスト
がかなり増加するからである。さらにペーストまたはス
ラリ中に存在する大量の水はすべてがコンクリート混合
物に吸収されることはできない。

従って建築業界では依然として乾燥顔料粉末が使用され
ている。プラスチックス業界および塗料業界で使用され
ているような微小粒状物の形の顔料は、未だ使用されて
いない。何故ならば、直径が25〜600μｍのこのような
粒状物は、コンクリート混合物に分散させることが困難
である、と信じられているからである。分散が困難な顔
料凝集物は、遥かに長い混合時間を必要とする。建設業
で通常使用されているような短い混合時間では、顔料の
分布が不完全なためコンクリートの表面に色の斑点、縞
および巣が生じる。従って顔料の色を完全に出すことは
できず、コンクリートの部材に或る与えられた強さの色
を出すためには多量の顔料が必要になる。

顔料およびコンクリート中における顔料の分散を促進す
る１種またはそれ以上のバインダーから実質的に成る顔
料粒状物は、コンクリート材の着色剤としてドイツ特許
Ｃ 36 19363号に記載されている。コンクリート中に
おける分散を容易にさせるものとして該特許に挙げられ
たバインダーは、次の通りである、アルキルベンゼンス
ルフォネート、アルキルナフタレンスルフォネート、リ
グニンスルフォネート、硫酸化したポリグリコールエー
テル、メラミン‐フォルムアルデヒド縮合物、グルコン
酸、低分子量の部分的にエステル化したスチレン／無水
マレイン酸共重合体および酢酸ビニルとクロトン酸との
共重合体の塩。顔料の割合は、好ましくは２〜６重量％
である。

上記分散剤は、コンクリート混合物中において液化剤と
して作用する。分散剤は、水対セメントの比に影響を及
ぼし、コンクリートの相容性に影響する。

無機顔料中においては添加バインダーは、有機物であり
異物である。

本発明の目的は、建築材料を着色する当業界の現状にけ
る上記欠点をもたず、自由流動性で塵埃を生じない無機
顔料の微小粒状物を提供することである。

本発明の目的は、１種またはそれ以上の顔料とホウ素、
アルミニウム、珪素、チタン、亜鉛および／または錫と
から成る微小粒状物の形の無機顔料で建築材料を着色す
る方法により達成される。この方法が本発明の主題であ
る。

本発明においては、驚くべきことは、純粋に無機性の添
加剤を含むこれらの顔料微小粒状物は有機性の物質を含
んでいないにもかかわらず、コンクリート調合物中で液
化剤として作用する物質を含む顔料粒状物と比べ、コン
クリート調合物中での分散性が同等であることが見出だ
された。

顔料微小粒状物またはビーズ状粒状物は、顔料の懸濁液
から噴霧乾燥により得られる粒状物である。これらの粒
状物は、噴霧乾燥器中において遠心式アトマイザーをゆ
っくりと回転させるか、または加圧ノズル（単一ノズル
または二ノズル）を低い空気／液体比で使用することに
よりつくることができる。

二ノズルを使用すると、直径が最高200μｍの粒子が得
られるが、直径が最高300μｍのもっと大きい粒子をつ
くるためには、アトマイザー・ディスクを使用すること
ができる。最高直径が600μｍで比較的狭い粒度分布を
もった最も粗い粒子は、加圧ノズルを使用すると得るこ
とができる。直径がこれよりも大きい二次凝集物は、流
動ベッドと組み合わせた噴霧乾燥器を用いて得ることが
できる。

本発明方法において添加する化合物は、好ましくは酸化
物および／または水酸化物であるが、硼酸塩、アルミン
酸塩、珪酸塩、チタン酸塩、亜鉛酸塩および／または錫
酸塩から成ることができ、上記の形のまたはこれらの化
合物を生成する物質として添加される。例えば製造工程
中に分解して酸化物となるチタン酸エステルまたは珪酸
エステルのような化合物を使用することができる。

本発明方法の特に好適な具体化例においては、添加され
る化合物はシリカ・ゾルまたは水ガラスである。これら
はいずれの場合にもコンクリートの成分として存在する
物質である。

本発明方法において添加される化合物の量は顔料の量に
関し酸化物として計算して0.05〜5.0重量％、好ましく
は0.1〜１重量％である。これよりも少ないと効果がな
く、多いと分散が困難になる。これらの化合物は溶液、
コロイド、または懸濁液の形で粒状物の製造の全工程中
において使用することができ、或いは顔料を生成させる
段階でその形で加えることもできる。

本発明においては、本発明の粒状物は、粒径が特定の値
を越えてはならず、この値は使用する顔料に依存するこ
とが見出だされた。この粒径は、主として粒状物の全体
としての重さに依存し、この重さは粒子の多孔度に依存
する。さらに多孔度は、乾燥する前の圧入可能な原料懸
濁液の固形分含量に依存する。懸濁液の固形分含量は、
粒径および顔料粒子の形によって変化する。1957年８月
付けのDIN 53 194号によって定義された緻密化した嵩
密度または緻密化した嵩重量が嵩密度の目安として使用
される。本発明の顔料粒状物は、緻密化した嵩密度を決
定するときでも破壊しないという特徴をもっている。本
発明の粒状物の緻密化した嵩密度は、好ましくは0.5〜
2.5g/ml、最も好ましくは0.8〜1.5g/mlである。

顔料の性質にもよるが、約50μｍ以下の細かい粒子は、
粉末を乾燥させた時に塵埃を出す原因になるので、粒径
はあまり小さすぎてはいけない。またこのような小さい
粒子が存在すると粉末の自由流動性が損なわれる。

本発明の粒状物の平均粒径は、50〜500μｍ、好ましく
は100〜300μｍである。

この大きさの粒子から成る顔料微小粒状物は、取り扱い
に対して安定な自由流動性の粉末を生じ、塵埃を出さ
ず、本発明の添加剤と組み合わせた場合、建築材料の着
色に特に適している。従来考えられていた（ドイツ特許
Ｃ 36 19363号）こととは対照的に、コンクリート混
合物中で粒状物に作用する剪断力は、混合過程中に顔料
を完全に分散させるのに十分である。

本発明の粒状物中に存在する無機顔料は、好ましくは
鉄、クロムまたはマンガンの酸化物および／またはチタ
ン酸化物である。

酸化鉄顔料を用いると特に良好な結果が得られる。

粒状物の緻密化された嵩密度は、顔料、添加剤の種類と
量、および懸濁液の水分含量によって変化する。緻密化
された嵩密度が低すぎると得られる粒状物は不安定にな
り、高すぎると分散性が悪くなる。本発明の酸化鉄黒色
粒状物は、好ましくは緻密化された嵩密度が0.8〜1.0g/
mlであり、酸化鉄赤色粒状物は、好ましくは緻密化され
た嵩密度が1.2〜1.4g/mlである。

本発明の粒状物は、通常約１重量％の水を含んでいる。
顔料粒子の細かさおよび形によって水分含量は高くなる
が、粒状物の自由流動性が決定的に悪影響を受けること
はない。従って珪酸ナトリウムの形でSiO₂を0.15重量％
含む酸化鉄赤色顔料は、６重量％の水を含んでいても悪
影響はないが、水分含量は10重量％を越えてはいけな
い。

下記実施例において流動性は、DIN-4のカップ（1974年
４月のDIN 53211号）からの流出時間を試験すべき粒状
物に適用して測定することにより決定した。

コンクリート中の分散性は、下記のデータに従って白色
セメントの三角柱をつくり、その着色強度を測定して試
験した。セメント対石英砂の比1:4、水：セメント値0.3
5、着色レベルはセメントに関し1.2％、使用混合機ベル
リンのエル・カー・トニ・テクニーク（RK Toni Techni
k）社製1551型、５の混合容器付き、回転速度140回転
／分（500gのセメントにより混合物をつくる）。30、4
0、50、60、70および80秒後に４個の試料混合物（300
g）を取り出し、これに32.5N/mm²の圧力をかけて試験片
（５×10×2.5cm）をつくった。試験片を温度30℃、相
対湿度95％で24時間硬化させた後、50℃で24時間乾燥し
た。ハンターラブ（Hunterlab）の装置を使用して色デ
ータの測定を行った。上面で３点、下面で３点の測定点
を採り、顔料混合物１個当たり24個の測定点を採った。
得られた平均値は、80秒間混合した試料に関するもので
ある（最終の色強度＝100％）。

分散性をさらに試験するために、80kgの容量をもった大
きな「チクロス（Zyklos）」混合機を使用して混合物を
つくった。この目的のため砂およびセメントを先ず乾燥
状態で混合し（30秒間）、水を加えた後に始めて顔料粒
状物を加え、さらに混合する（再び30秒間）。コンクリ
ートの屋根タイルに関して得られた結果は、小さな実験
室用混合機を使用して得られた分散性と一致した。

実施例 １ 黒色酸化鉄バイフェロックス（Bayferrox）330［バイエ
ル（Bayer）社の製品名］の中間製品として得られる黒
色酸化鉄の懸濁液を、毎時40kgの割合で噴霧乾燥器に導
入する。酸化鉄を微粉末のマグネタイトの形で約50重量
％含むペーストにSiO₂を360g/含む珪酸ナトリウム溶
液を酸化鉄に関し１重量％加える。

この懸濁液は４バールの圧力において乾燥機に装着され
た中空円錐ノズル（噴霧角30゜、穴1.1mm）に到達す
る。天然ガスの表面バーナーから温度480℃において燃
焼ガスを噴霧乾燥器に入れる。ガスの放出温度は140℃
であった。

平均粒径200μｍ、残留水分含量約１重量％の機械的に
安定な粒状物の形で黒色酸化鉄顔料を毎時20kgの割合で
得た。粒状物の緻密化した嵩密度は、0.93g/mlである。
4mmのDINのカップからの流出時間として測定された流動
性は、64秒であって満足すべき値であった。最高80秒ま
で混合時間を増加させて色強度を測定するコンクリート
三角柱での分散性の試験によれば、僅か30秒の混合時間
で色強度の85％が得られ、最終色強度は40秒後に得られ
た。その後は最長の80秒まで変化はなかった。

比較のため同じ試験系列で通常の顔料粉末（黒色酸化鉄
バイフェロックス330）を試験した。この場合この粉末
の色強度は、60秒後に最高に達し、それ以上80秒まで混
合しても何の変化もなかった。40秒の混合時間後に最終
色強度の80％しか得られなかった。

実施例 ２ 実施例１と同じ方法を繰り返したが、他の添加剤を黒色
酸化鉄懸濁物に導入した。珪酸ナトリウムの代わりにSi
O₂を30重量％含むシリカ・ゾルを顔料に関し１重量％加
えた。

得られた安定な粒状物は、150〜250μｍの粒子から成
り、残留水分含量は1.5重量％、緻密化した嵩密度は0.9
2g/ml、DIN-4のカップからの流出時間は65秒であった。
40秒の混合時間後にコンクリート中で最終的な色強度が
得られた。

実施例 ３ 実施例１の黒色酸化鉄懸濁物に黒色酸化鉄含量に関しAl
₂O₃を２重量％含むアルミン酸ナトリウムを加えた。

得られた粒状物は取り扱いに対して安定で、粒径は200
μｍの範囲にあり、残留水分含量は1.9重量％、緻密化
した嵩密度は0.90g/ml、流出時間は70秒であった。

分散性の試験においては、50秒の混合時間後に最終的な
色強度が得られた。

実施例 ４ 黒色酸化鉄懸濁物に黒色酸化鉄含量に関し珪酸テトラエ
チルエステル１重量％を加えた。他の点で方法は実施例
１と同じである。この場合得られた粒状物は、200μｍ
粒径を有し、残留水分含量は1.5重量％、緻密化した嵩
密度は0.94g/ml、DINのカップからの流出時間は57秒で
あった。50秒の混合時間後に最終的な色強度が得られ
た。

実施例 ５ 実施例４に使用した珪酸テトラエチルエステルの代わり
に、オルトチタン酸テトラエチルを酸化鉄含量に関し１
重量％加えた。

得られた安定な粒状物は粒径が200μｍの範囲にあり、
残留水分含量は1.3重量％、緻密化した嵩密度は0.90g/m
l、DINのカップからの流出時間は63秒であった。40秒の
混合時間後に最終的な色強度が得られた。

実施例 ６ 乾燥すべき懸濁液は水65中に100kgの赤色酸化鉄バイ
フェロックス130（バイヤー社の商品名）を含み、これ
にSiO₂を360g/含む珪酸ナトリウム0.5kgを加えた。他
の工程条件は毎時70kgで懸濁液を導入したこと以外実施
例１と同じである。

得られた安定な赤色酸化鉄粒状物は、粒径が200μｍの
範囲にあり、残留水分含量は６重量％であった。緻密化
した嵩密度は1.30g/mlであり、流動性は優秀でDINのカ
ップからの流出時間は58秒であった。分散性の試験にお
いてはコンクリートの三角柱で50秒の混合時間後に最終
的な色強度が得られた。

対照例 実施例１に使用した珪酸ナトリウムの代わりに黒色酸化
鉄含量に関し４重量％のリグニンスルフォン酸アンモニ
ウムを加えた。150〜250μｍの安定な粒状物が得られ
た。残留水分含量は1.5重量％、緻密化した嵩密度は0.9
7g/ml、DINのカップからの流出時間は60秒であった。40
秒の混合時間後に最終的な色強度が得られた。

従ってこの場合コンクリート混合物に分散助剤を加えて
も改善は見られなかった。

本発明の主な特徴及び態様は次の通りである。

1.無機顔料が１種またはそれ以上の顔料および１種また
はそれ以上のホウ素、アルミニウム、珪素、チタン、亜
鉛および錫の化合物から成る群から選ばれる化合物とか
ら成る微小粒状物の形をした無機顔料で建築材料を着色
する方法。

2.該化合物は、酸化物または水酸化物の形で粒状物中に
存在する上記第１項記載の方法。

3.該化合物は、１種またはそれ以上の硼酸塩、アルミン
酸塩、珪酸塩、チタン酸塩、亜鉛酸塩または錫酸塩から
成る群から選ばれる上記第１項記載の方法。

4.粒状物中に存在する化合物は、珪酸ナトリウムである
上記第１項記載の方法。

5.粒状物中に存在する化合物は、シリカ・ゾルである上
記第１項記載の方法。

6.粒状物は、顔料の量に関し酸化物として計算して0.05
〜５重量％の該化合物を含む上記第１項記載の方法。

7.顔料微小粒状物は、平均粒径が50〜500μｍである上
記第１項記載の方法。

8.粒状物中に存在する化合物は、１種またはそれ以上の
鉄、クロム、マンガンおよびチタンの化合物から成る群
から選ばれる上記第１項記載の方法。

9.無機顔料が酸化鉄顔料である上記第８項記載の方法。

10.該粒状物の水分含量は0.1〜10重量％である上記第１
項記載の方法。

11.該粒状物の緻密化した嵩密度は0.5〜2.5g/mlである
上記第１項記載の方法。

12.有機液化剤を実質的に含まず、１種またはそれ以上
の顔料と少なくとも１種のホウ素、アルミニウム、珪
素、チタン、亜鉛および錫の化合物から成る群から選ば
れる化合物とから成る微小粒状物の形をした建築材料を
着色するための無機顔料。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機顔料が１種またはそれ以上の顔料およ
   び１種またはそれ以上のホウ素、アルミニウム、珪素、
   チタン、亜鉛および錫の化合物から成る群から選ばれる
   化合物とから成る微小粒状物の形をした無機顔料を用い
   ることを特徴とする建築材料を着色する方法。
2. 【請求項２】有機液化剤を実質的に含まず、１種または
   それ以上の顔料と少なくとも１種のホウ素、アルミニウ
   ム、珪素、チタン、亜鉛および錫の化合物から成る群か
   ら選ばれる化合物とから成ることを特徴とする微小粒状
   物の形をした建築材料を着色するための無機顔料。