JPH08325045A - 石膏ボードの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度特性が優れた高比重の石膏ボードを経済
的に製造する。 【構成】 半水石膏１００重量部に対して二水石膏１０
〜２５０重量部を配合した石膏スラリーを、石膏ボード
用原紙の間に流し込み成型する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石膏ボードの製造方法
に関するものである。さらに詳しくは、強度特性が優れ
た高比重の石膏ボードをより経済的に製造する手段を提
供するものである。

【０００２】

【従来の技術】石膏ボードは安価かつ防火性の高い無機
質内装建材として多用されているが、昨今の集合住宅の
増加あるいはプライバシーの保護に対する意識の高まり
から、遮音性を改善することが強く望まれている。こう
した要求に対応するためには、石膏ボード用原紙の間に
充填された石膏を主成分とする芯材である石膏硬化体の
比重を高めることが有効な手段である。この石膏硬化体
の比重は、スラリーに配合する水の量によって決定さ
れ、水を増量するに従って確実に低下する傾向にある。
従って、石膏硬化体の比重を高めるには、水の添加量を
削減し、比重の高い石膏スラリー組成物を形成させるこ
とが肝心である。

【０００３】ところで、石膏ボードは、通常、ミキサー
中に焼き石膏と水を投入し、攪拌混合して得た石膏スラ
リーを、２枚の石膏ボード原紙の間に流し込み成型する
ことで製造するが、流し込み成型時の作業性を確保する
には、ある程度の流動性を確保する必要がある。特に、
混合機の形状が複雑で、狭い流入経路が組まれた製造工
程では、流動性に優れた石膏スラリーを用いる必要があ
る。このため、従来から石膏スラリーの流動性を調整す
るには、混練水量を加減するか、減水剤あるいは分散剤
と称される界面活性剤を添加するなどの方策が採用され
てきた。

【０００４】これらの内、界面活性剤によるスラリー流
動性の調整は、その種類によっても効果を異にするが、
流動性が調整できる範囲は比較的狭い。すなわち、界面
活性剤の添加量とスラリー流動性は、一般に明快な相関
性を持つが、ある程度の添加量でその効果は飽和に達し
てしまうことが多い。又、大量に添加した場合には、ス
ラリー中に気泡を発生させてしまうため、硬化体の比重
を低下させてしまうなどの問題も有している。これに対
して、混水量の増減は、幅広い範囲で流動性が調節でき
る点において極めて有効な手段といえる。しかしなが
ら、成型作業性を高めるために混練水量を増加させる
と、石膏硬化体中に水和反応にあづからない多量の水が
取り込まれることになり、石膏硬化体の比重は大幅に低
下すると同時に硬化体の乾燥には多量の熱が必要にな
る。すなわち、このように混水量を増大させて石膏スラ
リーの流動性を確保することは、遮音性の改善された高
比重の石膏ボードを経済的に実現する上で好ましくない
ことは言うまでもない。

【０００５】また、少量の混練水量で良好な成型体を確
保するための方策として、例えば陶磁器型材などではα
型半水石膏が使用されている。このα型半水石膏は、二
水石膏を水熱処理することによって得られるものであ
り、単に二水石膏を大気中で仮焼した焼き石膏に比較し
て、少量の混練水量で流動性に優れたスラリーを与え
る。しかしながら、製造方法が煩雑であるが故にその価
格は焼き石膏の４倍〜１０倍と高価であり、自ずと利用
範囲が限られてしまっているのが現状である。

【０００６】こうしたことから、遮音性を改善するため
に不可欠な高比重の石膏ボードを得るために、石膏スラ
リーに配合する水量を減らす技術と、これを利用したス
ラリー組成物の出現が強く望まれているが、今のところ
工業的に選択し得る有効な方策は見いだされていない。
すなわち、前述したように減水剤や分散剤の添加では自
ずとその減水効果に限界があり、混練水量の大幅な削減
は困難である。また、混練水量を低減するにはα型半水
石膏の使用が効果的であるが、このものは前述したよう
にかなり高価であり、石膏ボードの製造コストを著しく
高めてしまうことになる。したがって、石膏ボードの汎
用性を失わせることになるので、実際には採用し得ない
方策である。

【０００７】一方で、石膏板の形状には、石膏ボードの
ように石膏硬化体の表面が紙で被覆されたものや被覆さ
れていないもの、あるいは抄造板のように表面が紙で被
覆されていない形状であっても紙繊維が補強物として石
膏硬化体の内部に含まれているものなど様々なものがあ
る。このうち、石膏硬化体の表面が紙で被覆されていな
い形状の板材では、その曲げ強度は、石膏マトリックス
自体の強度に依存して変化する。一般的に、石膏マトリ
ックス自体の強度は、原料である半水石膏に対する不純
物の種類や量に応じて変化し、接着剤のように石膏結晶
の結合力を増強する薬剤や補強繊維などのもの以外の添
加では、その添加が強度を低下させる方向に働く。この
現象は、半水石膏の原料である二水石膏の添加時におい
ても同様で、石膏硬化体の表面が紙で被覆されていない
形状からなる板材では、二水石膏を添加すると、繊維補
強や接着剤添加を実施することなしには石膏硬化体の強
度は保持されず、二水石膏の添加により、硬化体の強度
は極端に低下し、板材としての使用はほとんど不可能な
状態であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな点に鑑みなされたもので、強度特性の改善された高
比重の石膏ボードを得るために、石膏スラリー調製時の
水添加量を低減しつつ流動性を確保し、かつ、これを経
済的に提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、石
膏を主成分とする芯材の両面を石膏ボード用原紙で被覆
した石膏ボードの製造方法において、半水石膏１００重
量部に対して二水石膏を１０〜２５０重量部配合した石
膏スラリーを、石膏ボード原紙の間に流し込み成型する
ことを特徴とするものである。

【００１０】本発明者らは、半水石膏に対する添加物と
流動性の関係および石膏硬化体の高比重化と、これから
得られる板材の強度の関係について様々な検討を鋭意重
ねた結果、半水石膏に対して二水石膏を配合し、これか
ら得られるスラリーを石膏ボード用原紙で被覆すること
で、流動性の改善された石膏スラリーを実現しつつ、強
度特性の優れた板材を提供できる事実を点を見いだし、
本発明を完成するに至った。

【００１１】まず、本発明では、石膏スラリーの流動性
を改善する目的で二水石膏を配合する。二水石膏の配合
量は、半水石膏１００重量部に対し１０〜２５０重量部
であり、これにより、水と半水石膏およびその他の添加
剤からなる水系石膏スラリーの流動性を大幅に改善する
ことができる。すなわち少量の混練水量で流動性に優れ
た石膏スラリーが得られるのである。これは、水中にお
ける半水石膏の沈降性を改善するために実施するもので
あり、半水石膏よりも密実な結晶を有する二水石膏の特
徴を有効に利用したものである。

【００１２】通常、半水石膏は、１４０〜１６０℃で焼
成して得られるため、結晶水が飛散した後に形成される
微細な空孔を多数有する。また、脱水時に生ずる結晶内
のひずみも大きいとされ、水中に投入することにより速
やかに崩壊し、微粉末になる性質を有する。一般的に、
空孔を多く含む粉体や微粉体は、比表面積が大きいの
で、親水性が高く、混練時に多量の水を保持する。これ
は、半水石膏においても同様で、特に先の微粉末化現象
もあり、セメントなどに比較して同じ流動性を確保する
には大量の水添加が必要となる。このため、工業的な半
水石膏では、十分な流し込み作業性を得るためにJIS R9
112で決定される混水量程度の水を添加して流動性を確
保している。一方で、二水石膏は、先の半水石膏の原料
でもあり、半水石膏に比較して密実であり、水中でも微
粉末になる性質はない。従って、半水石膏に二水石膏を
加えることで、半水石膏の粉体特性を改善することがで
きる。

【００１３】半水石膏に対する二水石膏の添加量である
が、半水石膏に十分な流動特性を与えるために、少なく
とも半水石膏１００重量部に対して１０重量部以上の二
水石膏を添加する必要がある。公知の技術に、半水石膏
に対して二水石膏の微粉末を添加する方法があるが、こ
れは、半水石膏の硬化を促進させることを目的としてお
り、通常、その効果は５％以下程度の添加で達成され
る。石膏の水和硬化反応での二水石膏微粉末の作用は、
種結晶添加効果によるもので、二水石膏の析出反応にお
ける誘導時間の制御を目的とし、二水石膏微粉末を添加
すればするほど、硬化が促進されるとされていた。この
硬化の促進により、石膏スラリーの流動性が短時間のう
ちに低下してしまうため、二水石膏の添加によって、ス
ラリーの流動性の改善が可能とは考えられていなかっ
た。

【００１４】しかしながら、本発明ではこの点を逆に利
用することで、すなわち半水石膏１００重量部に対して
少なくとも１０重量部以上の二水石膏を添加すること
で、驚くべきことに、水系石膏スラリーの混合物の流動
性を改善することができるようになった。これは、硬化
成分である半水石膏の量が二水石膏の添加によって相対
的に少なくなり、硬化促進される半水石膏量がこれに応
じて少なくなること、水添加から二水結晶析出までの誘
導時間がたとえ０分となっても、混練作業が不可能とな
るまで、すなわち硬化がある程度進行するまでには時間
的猶予があるためであると考えられる。

【００１５】一般に、石膏スラリーの流動性は、半水石
膏の粉末度や添加する水量によっても変化するが、通
常、半水石膏と水から石膏スラリーを製造する場合、JI
S R 9112で示される混水量が用いられる。しかしなが
ら、本発明の適用では、二水石膏粉末を添加することに
より、石膏スラリーの流動性が大幅に改善されるため、
必要とする流し込み作業性が得られる最低限度の流動性
が得られるまで水添加量を削減することができる。これ
により、通常の混水量に比較して大幅に水の添加が削減
できるため、反応余剰水の乾燥熱量を節約出来るととも
に、より高強度でより比重の高い硬化体が得られるよう
になる。

【００１６】通常、半水石膏に対する二水石膏の添加量
が多くなるほど、石膏硬化体の強度は極端に低下し、板
材としての強度は、繊維補強や接着剤添加なしには維持
できなくなる。しかし、本発明ではこの点が改善でき、
本発明による石膏スラリーを、２枚の石膏ボード用原紙
中に流し込み一体化させて板材を製造することで、半水
石膏に対しては不純物である二水石膏を配合した場合に
おいても、繊維補強なしには実現できなかった石膏板の
製造が可能となった。また驚くべきことに、二水石膏の
添加を半水石膏に対して大幅に増やした場合において
も、通常の石膏ボードの曲げ強度に比較して遜色のない
板材が得られることを見いだした。このとき、焼き石膏
１００重量部に対して、二水石膏を２５０重量部にまで
増やした場合においても、通常の石膏ボードと遜色のな
い曲げ強度を有する石膏ボードが得られる。

【００１７】次に、本発明に使用する原材料について記
述する。二水石膏には、排脱石膏、天然石膏、燐酸石膏
などの副産化学石膏が使用できる。これらの石膏の粉末
度は様々であるが、先に述べたように、粉体の粉末度は
石膏スラリーの流動性に影響を与えるため、望まれる流
動性が確保できるように粉砕あるいは分級して使用する
ことが望ましい。たとえば、排脱石膏や燐酸石膏は、通
常、粉末状態で供給されるため、粉砕、分級する工程を
省略でき、本発明の実施には特に好ましいが、天然石膏
などは塊状に産出されるため、粉砕して粉末度を調製す
ることが望ましい。

【００１８】本発明では、半水石膏の原料である二水石
膏をあえて焼成することなく使用するため、半水石膏を
製造するための焼成エネルギーを削減する点でも有利で
ある。また、各種二水石膏は、その産出形態に応じて含
水率が異なり、半水石膏の焼成では、事前に乾燥する工
程が組み込まれているが、本発明では、これら含水状態
の二水石膏がそのまま使用できるため、この乾燥エネル
ギーも削減できる。なお、このような含水状態にある二
水石膏の使用では、二水石膏の含水量分の水を、添加す
べき水量から除して添加すればよく、この点でも供給水
量が削減できる点でメリットがある。

【００１９】石膏硬化体には、各種特性を付与するた
め、様々な添加物が使用されている。たとえば、強度を
高める目的では繊維や接着剤が使用されるが、これらを
添加した水系石膏スラリーでは、石膏スラリーの流動性
が低下することが知られている。本発明では、繊維補強
や接着剤の添加を実施することなく、曲げ強度が優れた
石膏ボードを得ることが出来るが、先の添加物のよう
に、石膏スラリーの流動性を低下させるような材料の配
合を行う場合は、望まれる流動性が得られるまで二水石
膏の添加を適宜加減して使用する。

【００２０】また、通常の石膏ボードではバインダー、
発泡剤、減水剤、遅延剤、あるいは防火剤や防かび剤な
ど、様々な添加剤が使用いるが、これら薬剤は、石膏を
主成分とする板材に対して特に効力を発揮するものであ
る。本発明は、半水石膏に対して、その原料である二水
石膏を有効に活用し、これから得られる石膏硬化体の表
面を石膏ボード用原紙で被覆したものであり、製造され
た板材は、従来の石膏ボードとは全く同じ成分から成
る。このため、従来の薬剤がそのまま使用することが出
来る。従って、板に望まれる特性に応じて、適宜選択し
て薬剤を添加することが好ましい。

【００２１】石膏ボード用原紙は、坪量が異なるもの、
表面処理などにより通気度が異なるもの、難燃化処理さ
れたもの、あるいは表面が化粧されたものなど多数市販
されるが、本発明ではこれらの原紙がそのまま使用でき
る。石膏ボードにおけるこれら原紙の役割は、石膏スラ
リーの型枠としての機能が期待されるが、本発明による
石膏ボードの製造方法では、十分に流動性が確保された
石膏スラリーが得られるため、如何様な石膏ボード用原
紙で型枠を形成しても、十分に石膏スラリーが流展する
作用が期待できる。

【００２２】

【作用】本発明では、石膏スラリー調製時の水添加量を
低減しつつ流動性を確保し、かつ、これを石膏ボード用
板紙で被覆することで、曲げ強度の優れた板材を経済的
に提供できる。まず、本発明では、二水石膏の多量添加
により、水と半水石膏およびその他の添加剤からなる水
系石膏スラリーの流動性を改善することで、添加すべき
水量を大幅に削減し、これを石膏ボード用原紙で被服・
一体化することで、強度特性に優れた比重の高い芯材と
原紙を強固に複合化している。これにより、これまで半
水石膏に対して二水石膏を配合した場合に生じていた大
幅な曲げ強度の低下を、繊維複合や接着剤添加を実施す
ることなく回避できる。また、少量の混練水量で流動性
に優れた石膏スラリーが得られるため、経済的に優れる
が、これは、半水石膏の原料でもあり緻密な二水石膏を
有効に利用したためである。

【００２３】

【実施例】続いて本発明の実施例を説明する。まず、使
用した原材料について説明する。半水石膏には、日本石
膏ボード株式会社製石膏ボード用焼き石膏（ブレーン比
表面積＝４５３０cm² /g、JIS R 9112による混水量＝８
１％）を使用した。また二水石膏には、代表的なものと
して排脱石膏４種と燐酸石膏２種および天然石膏をそれ
ぞれ１種用いた。それぞれの二水石膏の粉体特性を表１
に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】なお、ここでの数値は、比表面積はブレー
ン法を、平均粒径はレーザー回析式粒度分布測定装置
を、比重は窒素ガス置換式ピクノメーターを、結合水量
は熱分析を、それぞれ用いて求めた。またさらに石膏ボ
ード用原紙には、十條板紙社製石膏ボード用原紙（坪量
２２０g/m²）を用いた。

【００２６】本発明による石膏ボードは、次の要領で製
造した。まず、石膏ボードの芯材を形成する石膏スラリ
ーは、半水石膏と二水石膏を所定の割合で乾式混合した
後、この混合物１５００ｇを所定量の水に投入し、２０
秒間ハンドミキサーで混合して製造した。このスラリー
を直ちに２枚の石膏ボード用原紙の間に流展し、１０mm
の厚さに成型した。本発明による石膏ボードは、この成
型物を２時間室内で養生し、４５℃で２日間乾燥したの
ち２０cm角で切断して得た。

【００２７】また、得られたスラリーの流動性はフロー
値で評価した。すなわち、先の石膏スラリーを平板上に
置いたφ４cm×ｈ４cmのアクリルパイプに充填し、この
パイプを静かに引き上げた場合の平板上でのスラリーの
広がりを２点測定し、その平均値をフロー値とした。石
膏ボードの比重は、所定の石膏ボードの寸法測定値と重
量測定値から算出した。さらに石膏ボードの曲げ強度
は、５cm×２０cm×１cmの供試体をインストロン万能試
験機を用いて３点曲げ試験し、３試験体の平均値とし
た。

【００２８】実施例１から実施例５を表２に示す。ま
た、これらの対比として、芯材を形成する石膏板の表面
に石膏ボード用原紙を配さないものを比較例１から比較
例６を同表に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】板材の生産は、流し込み成型によるのが生
産効率上好ましいが、流し込み成型を行うには、原料ス
ラリーに十分な流動性が確保されると同時に、材料の分
離などが生じない必要かつ十分な軟度を調整することが
必要である。したがって、ここでは、流し込み成型を行
うために必要な流動性を表す指針として、セメントスラ
リーの流動性を測定するパイプコーン試験を用い、１４
cmあるいは１０cmといった一定のフローが得られる配合
で実施した。なお、二水石膏には排脱石膏Ａを用いた。

【００３１】実施例１から実施例５では、排脱石膏Ａを
半水石膏１００重量部に対して１０〜２５０重量部加え
ることで、半水石膏を加えなかった比較例１と比べて、
混水量が激減し、同一のスラリー流動性がより少量の水
添加で達成できることが確認される。また、本発明によ
る実施例では、半水石膏と二水石膏の配合が同じ条件で
得られた比較例に対して、はるかに高強度の板が得られ
ることが確認される。さらに従来の技術では、半水石膏
に対して二水石膏を配合すると、得られる板の強度が極
端に低下するため、繊維や接着剤の添加などが不可欠で
あったが、本発明では、得られる石膏硬化体と石膏ボー
ド用原紙が強固に一体化されるため、この現象が大幅に
改善される。

【００３２】次に、実施例６から実施例１５と、これら
の対比として比較例７から比較例１１を表３に示す。こ
の表３は、各種二水石膏を配合に加えたものについて
の、スラリー流動性の改善効果を示す。なお、ここで
は、半水石膏１００重量部に対し二水石膏を所定量添加
して得られた石膏スラリーの流動性と、これから得られ
た石膏ボードの比重を示した。二水石膏は、実施例６か
ら実施例１０では排脱石膏Ａを、実施例１１から実施例
１５では排脱石膏Ｂを使用した。

【００３３】

【表３】

【００３４】従来、石膏スラリーの流動性の調整は、比
較例に示すように、水比を調節して行われてきたが、本
発明により、同じ水添加量においても二水石膏添加量を
適宜調節することで、所望の流動性が達成出来ることが
確認される。また、比較例７では、実施例と同じ水比６
０％で石膏スラリーを製造しようとしたが、スラリーに
は全く流動性が得られず、フロー値及び石膏ボードの比
重は測定できなかった。さらに、比較例において、水比
を高めて流動性を改善し、得られた石膏スリーから石膏
ボードを製造したが、比較例では確実に比重が低下する
傾向にあるものの、本発明による石膏ボードでは、比重
の低下が最小限度に押さえることができる。このため、
二水石膏の添加により流動性が向上した分、実質的に水
の添加量を削減でき、経済的には好まし結果をもたら
す。

【００３５】さらに、表４には、表１に示した代表的な
各種の二水石膏を用い、スラリー流動性の改善効果を示
す。また比較例１２として、半水石膏に二水石膏を添加
しない結果を示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４からは様々な二水石膏において、スラ
リー流動性の改善効果が認められるが、銘柄に応じて、
その改善効果が異なることが確認される。粉体と水の混
合物の流動性は、粉体の粉末度に影響を受けるため、本
発明の実施においても、この点を加味し、必要とする石
膏スラリーの流動性に応じて、適宜二水石膏の添加量を
加減することが肝心である。しかしながら、一定の添加
量において、これら二水石膏の添加は石膏スラリーの流
動性を改善させることは事実であり、これにより、実質
的に水添加量を削減することが出来るため、より比重が
高く強度特性の優れた石膏ボードが得られるようにな
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明では、石膏スラリー調製時の水添
加量を低減しつつ流動性を確保し、かつ、これを石膏ボ
ード用原紙で被覆することで、曲げ強度の優れた板材を
経済的に提供できる。また、半水石膏に対して二水石膏
を配合した場合に生ずる大幅な曲げ強度の低下を、繊維
複合や接着剤添加を実施することなく回避できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石膏を主成分とする芯材の両面を石膏ボ
   ード用原紙で被覆した石膏ボードの製造方法において、 半水石膏１００重量部に対して二水石膏１０〜２５０重
   量部を配合した石膏スラリーを、石膏ボード用原紙の間
   に流し込み成型することを特徴とする石膏ボードの製造
   方法。