JPH0741355A - 人造鉱物質繊維成形体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不燃で防火性・耐火性に優れ、軽量で高強
度、加工性や施工性の良いノンアスベスト建築材料とし
て利用することができる人造鉱物質繊維成形体を製造す
る。 【構成】 人造鉱物質繊維を予め破砕し強靭な部分のみ
にしたものを骨格とし、これに硫酸カルシウム及び水酸
化カルシウムを含有する無機結合材との化学反応による
結晶或いは固溶体を生成せしめ、繊維相互の交差点にお
いて強固に結合せしめんとするもので、該組成物に水を
加えて混練し、これを注型、プレス成形、押出成形等に
より成形後、養生・乾燥を行ない、人造鉱物質繊維成形
体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロックウール、スラグウール等の人造鉱物質
繊維を主成分とし、これに硫酸カルシウム及び水酸化カ
ルシウムを含有する無機結合材、スラグ微粉末、添加
材、助材、水等を添加混練後成型したものを自然養生或
は湿熱養生し、該人造繊維の表面に結晶或いは固溶体を
生成せしめ、該人造鉱物質繊維相互の交差点において強
固に結合せしめた人造鉱物質繊維成形体とその製造方法
に関するものであり、不燃で防火性・耐火性に優れ、軽
量で高強度、加工性や施工性の良いノンアスベスト建築
材料として利用することができる人造鉱物質繊維成形体
を得ることを目的としている。ロックウール、スラグウ
ール等の人造鉱物質繊維を結合材で結合した成形体は、
一般に耐火性、断熱性、吸音性能に優れているため、断
熱保温、吸音材として広く使用されているが、軽量であ
ることを特徴としているため、嵩比重は０．５以下が普
通とされている。しかしながらこれら成形体は、その強
度は極めて小さく、そのままでは外力の加る場所におい
て使用することは不可能であり、耐火被覆材、断熱材等
の内挿材や、天井材等の外力を受けがたい場所に使用さ
れるのが普通である。そしてこれら成形体に使用されて
いる結合材は、澱粉やフェノール樹脂等であるため、耐
湿・耐水性が弱く、また火災発生時には煙や有害ガス発
生の原因ともなっております。またこれら成形体には一
般に石綿（アスベスト）が含有されるため、加工・取付
時は固より、施工後においても、環境衛生上 近時、建
築施工の省力化と工期の短縮化を図るため、建築用部材
については軽量にして高強度で加工性が高く、また耐火
性能にも優れ、且つ、大判（３尺×６尺または４尺×８
尺）で取り扱えるノンアスベストの部材が強く要求され
ている。現在市販品として製造されている石綿セメント
板、パルプセメント板、木片セメント板等は、何れも強
度と耐火性は優れているものの、一般に嵩比重は１．０
〜２．２と重く、且つ、加工性が極めて悪く、石綿（ア
スベスト）を含有するものが多い。また一方ハードボー
ドは強度と加工性は良好であるが、耐火性は極めて劣っ
ている。現在、前記条件を全て満足するような建築用材
料の開発が望まれている。本発明は、かかる点に鑑みて
なされたものであり、前記諸条件を全て満足するような
建築用材料を得ることに成功し、この課題を見事に解決
することができたものである。本発明の人造鉱物質繊維
成形体は、嵩比重が本発明による成形体は、嵩比重０．
２〜１．２の範囲においては、鋸引き、鉋掛け、釘打ち
が可能であり、平板状に成形したした場合の曲げ強度
は、嵩比重０．８で１００Ｋｇ／Ｃｍ^２、嵩比重１．２
で１８０Ｋｇ／Ｃｍ^２と、優れた曲げ強度を有するもの
であり、且つ、充分な耐火性能をもつノンアスベスト材
として、前記の要望条件を全て満足しうる理想的な建築
用材料を得ることに成功したものである。ところで現在
普通に行なわれている人造鉱物質繊維成形体の製造方法
は、殆ど抄造法に限られている。抄造法は大判の成形体
が大量に生産できる利点があるが、抄造機の網上で濾水
するときに組成中の微細物および水溶性物質が白水中に
流出するため、使用し得る組成物成分選択の自由度が少
なく、また大量の白水が流出するので、廃水処理の問題
を考慮しなくはならない。またこの方式により製造され
る成形体は板状体にかぎられるため、石目模様、タイル
目模様その他の表面凹凸模様の表現が困難である。本発
明者は前記の抄造法以外の製造方法について研究を重ね
た結果、組成物成分に増粘性添加材を添加することによ
り、注型、プレス、押出成型、ローラー圧延成型等が可
能となり、表面凹凸模様等の所望形状の成型体を製造す
ることが可能となった。以下、特許請求の範囲第１番目
の発明に就いて説明する。本発明は、ロックウール、ス
ラグウール等の人造鉱物質繊維を予め破砕し、繊維長を
２ｍｍ以下にすることにより、殆ど強度的欠陥部をなく
し強靭な部分のみにした、人造鉱物質破砕繊維を主成分
とし、これに硫酸カルシウム及び水酸化カルシウムを含
有する無機結合材、スラグ微粉末、添加材、助材、水等
を添加されてなる組成物からの成形体で、該人造鉱物質
繊維の表面において、無機結合材との化学反応によって
サルフェート系の結晶或いは固溶体を生成せしめ、該人
造鉱物質繊維相互の交差点において、スラグ微粉末によ
る肉盛り効果により更に強固に結合せしめた、嵩比重が
０．２以上の人造鉱物質繊維成形体に関するものであ
る。従来、一般的に、繊維成形体の強度については、繊
維長の長い繊維を使用すればその強度は増大するものと
考えられていた。しかし、本発明者は、人造鉱物質繊維
成形体について研究の結果、嵩比重０．２以上の成形体
においては、繊維を２ｍｍ以下に破砕した繊維長の短い
繊維を使用した方が却って成形体の強度は増加するとい
う、従来全く予想することも出来なかった驚くべき事実
を発見した。このように２ｍｍ以下の短い繊維長に破砕
した人造鉱物質破砕繊維を使用した本発明の成形体が、
繊維長のより長い普通の繊維を使用した成形体より強い
強度を示す理由については、次のことが考えられる。す
なわち、ロックウールやスラグウール等の人造鉱物質繊
維は、ガラス繊維と較べると、原料として鉱滓スラグ等
を使用しているため比較的不均質であり、またその製造
の過程においても各々の単繊維のなかに弱いところが複
数個所存在し、これが強度的欠陥部となっている。した
がって、この強度的欠陥部を数多く有する人造鉱物質繊
維をそのまま成形した人造鉱物質成形体が外力を受けた
ときは、繊維の弱い個所がまず破断し、その弱い個所に
応じた強度しか示すことが出来ない。ところが繊維長を
２ｍｍ以下と極めて短くした場合は、弱い箇所は破断さ
れ強度的欠陥部は無くなっているので、繊維本来の強力
を発揮し得る状態になる。従って、この極めて短い繊維
長の繊維を使用して形成された成形体は、強度低下の要
因が一つ取り除かれていることになるという点がその理
由である。従来、ロックウールやスラグウールのような
鉱滓スラグを主原料とした人造鉱物質繊維は価格が安価
であり、また製鉄工業における産業廃棄物の有効利用の
見地からもその活用が望まれていたが、その成形品に強
度が得られず応用範囲が限られていた。本発明の人造鉱
物質繊維の破砕により、その成形品に繊維本来の強度を
発揮することが可能となり、近時建築業界から要求され
る大判で高性能、ノンアスベストの建築用材料の開発が
可能となった。次に、人造鉱物質破砕繊維相互の交差点
を結合する方法につき種々研究を行なった。通常使用さ
れる有機、無機の各種結合材につき研究を行なった結
果、フェノール樹脂、尿素樹脂等の有機結合材は使用量
が多いと一般に結合力は増大するが、成形体の有機成分
を増加させることになり、耐火性は低下する。澱粉質等
の有機結合材はさらに耐水性も低下する。水ガラス等の
無機結合材は耐火性は当然優れているが、一般に嵩比重
が大となり、また硬度が上り、加工性が悪くなる傾向が
あり、強度も余り出ない。研究の結果、開発された結合
材は硫酸カルシウム及び水酸化カルシウムを含有する無
機結合材である。この結合材はロックウール、スラグウ
ール等の人造鉱物質繊維の表面において、その繊維成分
の一つであるＣ_３Ａ（Ｃ＝ＣａＯ、Ａ＝Ａｌ_２Ｏ_３）と
水の存在において化学的に反応し、結晶或いは固溶体を
生成し、この人造鉱物質繊維相互の交差点において強固
に結合させるものである。本発明に使用するロックウー
ル、スラグウール等の人造鉱物質繊維は製鉄工業におけ
る高炉水滓スラグを主原料にしたものが望ましく、その
組成はシリカ（ＳｉＯ_２）２５〜５０％、アルミナ（Ａ
ｌ_２Ｏ_３）５〜２０％、酸化カルシウム（ＣａＯ）２５
〜５０％、マグネシア（ＭｇＯ）２〜２０％を主成分と
するものが適している。無機結合材としては、硫酸カル
シウム及び水酸化カルシウムを主体として、これに珪酸
塩類、燐酸塩類、チオ硫酸塩類等を添加したものを使用
する。この場合の反応機構は次のように考えられる。一
般にサルフェート系複塩は塩基性で安定な不溶性化合物
で、トリサルフェート型のＣ_３Ａ・３ＣａＳＯ_４・３２
Ｈ_２Ｏとモノサルフェート型のＣ_３Ａ・ＣａＳＯ_４・１
２Ｈ_２Ｏがあり、前者はエトリンジャイトとも呼ばれ針
状結晶で、後者は六角板状結晶である。この反応は、ま
ず第一段階としてエトリン ジャイトの生成反応 Ｃ_３Ａ＋３（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）＋２６Ｈ_２Ｏ →Ｃ_３Ａ・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏ 次に、第二段階として、生成したエトリンジャイトのモ
ノサルフェートへの変化 ２Ｃ_３Ａ＋Ｃ_３Ａ・３ＣａＳＯ_４３２Ｈ_２Ｏ＋４Ｈ_２Ｏ →３（Ｃ_３Ａ・ＣａＳＯ_４・１２Ｈ_２Ｏ） がおこり、さらに第三段階として次のような固溶体生成
反応 がおこるものと考えられ、上記の反応系では（４）の固
溶体生成反応が最も有力とかんがえられる。これらの反
応系において、硫酸カルシウムの量が多過ぎると第一段
階の反応が長引いて、エトリンジャイトの量が多くなり
過ぎ、結合材としての強度発現は弱い。一方、硫酸カル
シウムの量が多過ぎなければ、第一段階の反応はすみや
かに終り、第二段階のエトリンジャイトのモノサルフェ
ート化が急速に進み、更にその一部が第三段階の固溶体
に変化するため強固な結合力を発現するに至るものであ
る。人造鉱物質繊維成形体において、その強度に寄与す
る要因としては、繊維自身の強度と、繊維相互が重なり
合い交叉し、その交叉点を結合材が結合している結合力
とが考えられる。すなはち、繊維を破砕し強度的欠陥部
を無くし、強靭な部分のみとした繊維を使用しても、繊
維の交叉点の結合力が弱くては、成形体に充分な強度は
得られない。前記サルフェート系固溶体の結合力を高め
るために、ハンダ付けにおけるハンダの肉盛りに着眼
し、繊維の原料である鉱滓スラグを微粉砕した微粉スラ
グを原料中に添加した。その結果、成形体の強度は極め
て増大した。これは繊維相互の交叉点において微粉スラ
グがハンダの肉盛り材となり、これ等全体にサルフェー
ト系固溶体による結合化反応が行なわれたためと考えら
れる。さらに、原料組成中に少量の珪酸塩類、燐酸塩
類、チオ硫酸塩類等の添加により、成形体の強度は向上
する。次に特許請求の範囲第２番目の発明は、請求の範
囲第１番目の人造鉱物質繊維成形体の製造法に関するも
のであり、予め繊維長を２ｍｍ以下に破砕し強靭な部分
のみとした人造鉱物質破砕繊維を主成分とし、これに無
機結合材、スラグ微粉末、添加材、助材等から成る組成
物に、水を添加、混練し、これを注型、プレス、押出成
型、ローラー圧延成型等により成型後、自然養生或は湿
熱養生を行い硬化させた後乾燥することを特徴としてお
り、主成分たる人造鉱物質繊維の量は成形品中の固形分
の５重量％以上を占めており、成形品の嵩比重は０．２
以上である。本発明者は、ロックウール、スラグウール
等の人造鉱物質繊維の強度的欠陥部を破砕するために種
々の機械装置を使用して研究を行った結果ミックスマラ
ー（新東工業（株）製）が最も適していることを見出し
た。ミックスマラーの原理は、本体中に投入した綿状の
人造鉱物質繊維の上をマラーホイール（車輪の様な形状
をしたもの）が回転しながらひいて行くもので、処理時
間と繊維長の関係は第１表の通りである。 第１表の結果より、ミックスマラーの処理時間が５分以
上で、人造鉱物質繊維の繊維長は２ｍｍ以下に破砕され
ることがわかった。２ｍｍ以下に破砕され強靭な部分の
みとなった人造鉱物質破砕繊維を主成分とし、これに繊
維相互の交叉点の結合材たる硫酸カルシウム及び水酸化
カルシウムを含む無機結合材を加え、更にこの繊維相互
の交叉点の結合部の肉盛り材としてのスラグ微粉末を加
え混合し、水を添加してから混練し、これを注型、プレ
ス、押出成型、ローラー圧延成型等により成型する場
合、これ等の混練組成物を成型可能にするための粘稠化
材並びに成型された組成物が保型するための粘結材等の
添加材を加える必要がある。混練組成物に潤滑性、流動
性を与え成型を容易にするための粘稠材、並びに成型体
に保型性を与えるための粘結材としては、カルボキシメ
チルセルローズ、メチルセルローズ、ポリビニルアルコ
ール、アルギン酸ソーダ、澱粉、植物性ゴム質、植物性
粘質物、合成樹脂等が使用できる。本発明による成形体
において、その嵩比重の調節は、混練組成物に添加する
助材並びに水の量により行う。この助材はパーライト、
シラスバルーン、軽石粉、ひる石、珪藻土等の軽量充填
材や、カオリン、ベントナイト等の各種粘土類で、この
助材の添加量が多くなると成形体の嵩比重は小さくなる
が、混練組成物の粘性は粘稠となり固くなる。水の添加
量が多くなっても成形体の嵩比重は小さくなるが、混練
組成物は柔らかくなり、更にはペースト状になる。従っ
て、本発明による成形体を成型するためには、混練組成
物の粘稠性を、注型、プレス、押出成型、ローラー圧延
成型等の成型方法の夫々に最適に調節する必要があり、
また成型品の嵩比重を所望の値にする必要があるため、
これら混練組成物の粘稠性と成型品の嵩比重からの両者
の要求により、混練組成物に添加する助材の種類と量、
水の量を夫々決めなければなりません。スラグ微粉末の
一部をポルトランドセメントで置き換えると、成型品の
耐凍結融解性が極めて良好になる。ワックス等の撥水
材、シリコン樹脂などの耐水性向上剤等適宜添加するこ
とにより、その撥水、耐水性能を増加せしめることが出
来る。 実施例 １ 人造鉱物質繊維としてロックウールの粒状綿を用い、こ
れをミックスマラーにて１０分間処理して２ｍｍ以下の
長さに破砕された繊維となし、これを第２表に示す組成
にて、双腕型ニーダーを使用して混練し、真空式押出成
型機により平板を成型し、６０℃にて１０時間湿熱養生
を行い硬化させた後１２０℃にて熱風乾燥を行った。嵩
比重０．６、０．９、１．２に成型した成型品の物性を
第３表に示す。 上記の結果より、これ等成型品は建築材料として外壁
材、内壁材、軒裏材、天井材等に使用することが出来
る。 実施例 ２ 人造鉱物質繊維としてロックウールの粒状綿を用い、こ
れをミックスマラーにて１０分間処理して２ｍｍ以下の
長さに破砕された繊維となし、これを第４表に示す組成
にて、真空式双腕型ニーダーを使用して混練し、ローラ
ー圧延成型機により平板を成型し、６０℃にて１０時間
湿熱養生をおこない硬化させた後１２０℃にて熱風乾燥
を行った。嵩比重１．４、及び１．６に成型した成型品
の物性を第５表に示す。 上記の結果より、これ等成型品は建築材料として屋根
材、床材等に使用することが出来る。 実施例 ３ 人造鉱物質繊維としてロックウールの粒状綿を用い、こ
れをミックスマラーにて１０分間処理して２ｍｍ以下の
長さに破砕された繊維となし、これを第６表に示す組成
にて、捏和機を用いて混合混練し、このペースト状組成
物を注型機に流して平板を成型し、６０℃にて１０時間
湿熱養生を行い硬化させた後１２０℃にて熱風乾燥をお
こなった。嵩比重０．２及び０．４に成型した成型品の
物性を第７表に示す。 上記の結果より、これ等成型品は建築材料として鉄骨の
耐火被覆材、天井材、断熱材、吸音材等に使用すること
が出来る。以上詳述したごとく、特許請求の範囲第１番
目の発明によれば、比較的軽量で、しかも高い？ 曲げ
強度と耐火性を具えるとともに、鋸引き、鉋掛け、釘打
ち等を自由に行いうるので加工性が優れており、外装
材、内装材、天井材、屋根材、床材、鉄骨の耐火被覆
材、断熱材、吸音材等のあらゆる分野に使用しうる人造
鉱物質繊維成形体を提供しうる効果を奏する。また特許
請求の範曲第２番目の発明によればミックスマラーでの
処理より繊維長が２ｍｍ以下に破砕された人造鉱物質繊
維を主体とする成型品が、注型、プレス、押出成型、ロ
ーラー圧延成型等により箸しく経済的に生産しうるし、
抄造法のように白水中への成分の流出もなく、任意断面
形状の成型品を容易に経済的に生産しうる効果を奏しう
るものである。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は図面に代る走査型電子顕微鏡写真で
ある。第１図は本発明に使用したロックウール表面の電
子顕微鏡写真（５，０００倍）である。第２図は本発明
による方法にて成形した成形体の電子顕微鏡写真（５，
０００倍）であり、ロックウールの表面に化学的反応に
により、結晶や固溶体が生成し、ロックウール繊維相互
の交差点において結合されていることが分かる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１） 人造鉱物質繊維を予め破砕し２ｍｍ以下の強靭
   な部分のみにしたものと、これに硫酸カルシウム及び水
   酸化カルシウムを含有する無機結合材、スラグ微粉末、
   添加材、助材、水等を添加されてなる組成物からの成形
   体で、該成形体の主成分たる人造鉱物質繊維の表面にお
   いて、硫酸カルシウム及び水酸化カルシウムを含有する
   無機結合材との化学的反応によりサルフェート系の結晶
   或いは固溶体を生成せしめ、該人造鉱物質繊維相互の交
   差点において、スラグ微粉末による肉盛り効果により更
   に強固に結合せしめた、嵩比重が０．２以上であること
   を特徴とする人造鉱物質繊維成形体。 （２） 全組成固形分のうち５重量％以上が予め２ｍｍ
   以下に破砕し強靭な部分のみとした人造鉱物質繊維から
   成るところの、人造鉱物質繊維、無機結合材、スラグ微
   粉末、添加材、助材等から成る人造鉱物質破砕繊維組成
   物に、上記全組成固形物１００重量部に対し２０〜２５
   ０重量部の水を添加、混練し、これを注型、プレス、押
   出成型、ローラー圧延成型等により成型後、自然養生或
   は湿熱養生を行い硬化させた後乾燥することを特徴とす
   る嵩比重０．２以上の人造鉱物質繊維成形体の製造方
   法。