JPH0971486A - 珪酸カルシウム成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量、高強度、低吸水性、耐熱性、防火性等
の特徴を有し、加工性にも優れる建築材料として好適な
珪酸カルシウム成形体を、より低コストで製造できる方
法を提供する。 【解決手段】 珪酸カルシウム水和物、樹脂および水を
混合してスラリーとし、脱水成形し、乾燥水分除去を行
う珪酸カルシウム成形体の製造方法において、上記樹脂
として繊維状樹脂を用い、ついで上記成形体を繊維状樹
脂の溶融温度以上に加熱保持する珪酸カルシウム成形体
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、珪酸カルシウム成
形体の製造方法に関する。さらに、詳しくは、軽量、高
強度、低吸水性、耐熱性、防火性等の特徴を有し、かつ
鋸引きや釘打ち等の加工性にも優れる、建築材料として
好適な珪酸カルシウム成形体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軽量、高耐熱性で鋸引きや釘打ち
等の加工性にも優れ、建築材料に使用される珪酸カルシ
ウム成形体として、珪酸カルシウム水和物、水分散性の
樹脂（例えば、カルボキシル基を含むスチレン−ブタジ
エン共重合体ラテックス）、カチオン型高分子凝集剤、
補強繊維および水を混合した水性スラリーを、加圧濾過
などの方法により脱水し、成形し、乾燥してなる合成木
材が提案されている（特公昭６２−３２１４８号公
報）。

【０００３】しかし、この技術による成形体は、嵩密度
０.５ｇ／ｃｍ³で曲げ強度が１００ｋｇ／ｃｍ²前後と
天然木材に比較すると機械的強度は非常に低く、例えば
建築用の構造部材として使用することは困難であった。
また、非常に高い吸水性を示すために、耐凍害性に劣
る、表面が汚染され易い等の問題点を有しており塗装等
の大がかりな表面処理を施すことなしに屋外や水回りで
使用することも困難であった。

【０００４】そこで、この成形体の問題点を改良する方
法として、珪酸カルシウム水和物−樹脂−補強繊維等か
らなる成形体に、（１）カップリング剤を添加する方法
（特公平５−１７１８７号公報、特開昭６３−１０００
４９号公報）、（２）セメント用分散剤を添加する方法
（特開昭６２−１２３０５３号公報）（３）水と反応し
てエトリンガイトを生成する物質を添加する方法（特開
平３−３６３５号公報）、（４）アルカリ金属またはマ
グネシウムの硫酸塩を添加する方法（特開平６ー４８８
０７号公報）、（５）樹脂に熱硬化性水溶性カチオン樹
脂と高分子ラテックスとを組み合わせて用いる方法（特
開平１−１１９５５４号公報）、（６）樹脂に特定の合
成樹脂ラテックス、エマルジョンを用いる方法（特公平
４ー７２７８８号公報、特開昭６４ー７２９５０号公
報）、（７）撥水剤を添加する方法（特開平１−２６４
９４８号公報）、（８）樹脂に粉末状樹脂を用いる方法
（特開平４−６１３７号公報）、等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）〜（６）に記載の方法による成形体は、機械的強
度に向上は認められるものの、吸水性についてはまだ高
いレベルにある。また、（７）に記載の方法による成形
体は、低吸水性にはなっているものの機械的強度がほと
んど向上していないことに加え、ポリジメチルシリオキ
サン等の高価な撥水剤を使用するため、成形体の製造コ
ストの大幅なアップにつながり実用的なものではなかっ
た。

【０００６】さらに、これらの方法はいずれも樹脂をラ
テックスやエマルジョンとして添加するため、成形時に
スラリーの脱水性が悪くなったり、脱水の際に水と共に
樹脂が抜け出てしまったりすることがあるために、その
対策が必要になる。また、ラテックスやエマルジョンタ
イプの樹脂には通常界面活性剤等がかなり含有されてい
るため、成形時に脱水により生じた水を排水するのに特
殊な処理が必要になったりもし、これらは製造コストア
ップの原因になる。

【０００７】この様なラテックスやエマルジョンタイプ
の樹脂を添加することに起因して発生する問題点を解決
する方法としては、（８）に記載の方法が提案されてお
り、（８）に記載の方法によれば、成形体の加工性や加
工時の発塵性も改良される。しかしながら、（８）に記
載の方法には成形体の強度向上、低吸水化に関しては、
何等記載がない。

【０００８】本発明の目的は、高強度、低吸水性であっ
て、軽量、耐熱性、防火性等の特徴を有し、加工性にも
優れる珪酸カルシウム成形体をより低コストで製造でき
る方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の様
な状況を鑑み、鋭意研究を重ねた結果、樹脂を繊維状に
してスラリー中に添加しかつスラリーを成形した後にそ
の樹脂の溶融温度以上に加熱保持し、樹脂を溶融、流動
させることによって、ラテックスやエマルジョンタイプ
の樹脂を添加することに起因して発生する前述の問題点
を解決できることに加え、高強度、低吸水性の珪酸カル
シウム成形体が得られることを見い出し、本発明を完成
するに至った。

【００１０】すなわち、本発明は、珪酸カルシウム水和
物、樹脂および水を混合したスラリーを脱水成形し、乾
燥して珪酸カルシウム成形体を製造する方法において、
上記樹脂として繊維状樹脂を用い、かつ成形した後に繊
維状樹脂の溶融温度以上に加熱保持することを特徴とす
る珪酸カルシウム成形体の製造方法、である。以下、本
発明を詳しく説明する。

【００１１】本発明に係る珪酸カルシウム水和物とは、
生石灰、消石灰等の石灰質原料と珪石粉等の珪酸質原料
とをそれぞれ水中に分散させて水性スラリーとした後、
水熱反応させて得られるものをいい、トバモライト、ゾ
ノトライト等の結晶質のものやＣＳＨ−Ｉ、ＣＳＨ−Ｉ
Ｉと呼ばれる比較的結晶性の低いものを例示できる。石
灰質原料と珪酸質原料との配合割合は、合成する珪酸カ
ルシウム水和物の種類によって異なり特に限定されるも
のではないが、トバモライトの場合はＣａＯ／ＳｉＯ₂
モル比で０.８程度、ゾノトライトの場合には１程度と
するのが好ましい。

【００１２】珪酸カルシウム水和物は、水性スラリーと
して得られるが、本発明においてはこのスラリーをその
まま乾燥せずに用いてもよいし、スラリーを乾燥して粉
末にしたものを用いてもよい。本発明の製造方法は、樹
脂として繊維状樹脂を用いることを特徴とするが、樹脂
は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の何れであってもよい。

【００１３】熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリ
エステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、アラミド、アクリル等を例示できるが、こ
れらに限定されるものではない。また、熱硬化性樹脂と
しては、エポキシ、フェノール、メラミン等を例示でき
るが、これらに限定されるものではない。

【００１４】樹脂は単独で用いても二種類以上を混合し
て用いてもよい。本発明に用いる繊維状樹脂は、径が５
０μｍ以下で長さが１〜５０ｍｍの範囲のものを用いる
ことが好ましく、径が２０μｍ以下で長さが３〜２０ｍ
ｍの範囲のものであればさらに好ましい。径が太すぎた
り、長さが短か過ぎたりすると高強度の成形体が得るの
が難しくなる。一方、長さが長過ぎるとスラリー中で均
一に分散させることが難しく成形体の諸物性低下の原因
になる。

【００１５】本発明に用いる繊維状樹脂は、添加量につ
いて特に制限はなく、どのような物性の成形体を製造す
るかにより適宜選択すればよいが、珪酸カルシウム水和
物１００重量部に対して３〜３０重量部とすることが好
ましい。添加量が少ないと珪酸カルシウム成形体の高強
度化、低吸水化が難しく、多すぎると耐熱性、防火性が
低下する。

【００１６】本発明の製造方法は、樹脂として、繊維状
樹脂に加えて、粉末状の樹脂を添加してもよい。また、
本発明の効果のうち、珪酸カルシウム成形体の高強度化
のみ、あるいは高強度化と低吸水性化のみを達成したい
のであれば、水溶性樹脂、エマルジョンタイプの樹脂を
繊維状樹脂と併用することも可能である。本発明の製造
方法は、必要に応じ補強繊維を添加してもよい。補強繊
維の添加は高強度化に有効である。

【００１７】本発明に用いる補強繊維は、ガラス繊維、
カーボン繊維、ロックウール、パルプ、レーヨン等であ
り、これらは単独で用いても二種類以上を混合して用い
てもよい。なお、有機繊維を用いる場合には、樹脂と有
機繊維との合計量を珪酸カルシウム水和物１００重量部
に対して３０重量部以下にすることが好ましい。３０重
量部を越えた場合には、耐熱性、防火性の低下が見られ
るようになる。

【００１８】本発明の製造方法では、珪酸カルシウム水
和物の一部を、ワラストナイト、セピオライト、タル
ク、水酸化アルミニウム等、一般に充填材として知られ
ている無機物に置換することも可能であるが、置換率は
２０％以下にすることが好ましい。２０％を越えると珪
酸カルシウム成形体の強度が低下する傾向が見られる。
本発明の製造方法は、まず、珪酸カルシウム水和物、繊
維状樹脂および水、さらに必要に応じて添加する補強繊
維等を混合して均一な水性スラリーとする。原料の投入
順序や混合方法については、各原料が均一に混合されれ
ば特に限定されるものではなく、状況に応じて決定すれ
ばよい。またスラリー中には、各原料の均一混合を促進
するための分散剤、成形時のスラリーの濾水性、脱水性
を向上するための凝集剤、成形性、保形性を向上するた
めの成形助剤等を必要に応じて添加してもよい。

【００１９】この様にして得られたスラリーを加圧濾過
などの方法によって脱水し、加圧成形して成形体とす
る。成形方法としては、プレス成形法、抄造成形法、押
し出し成形法等の従来公知の方法が目的、用途に応じて
適宜採用できる。本発明の製造方法は、スラリーを脱水
し成形した後、スラリーを乾燥して水分を除去すること
に加えて繊維状樹脂の溶融温度以上に加熱し、保持する
ことを特徴とする。加熱し、保持する方法としては、電
気乾燥器による方法、電磁波照射による方法が例示でき
る。

【００２０】繊維状樹脂を溶融させ、流動させることに
よって、珪酸カルシウム成形体の高強度化が可能にな
る。繊維状樹脂の溶融温度以上に保持する時間は、温
度、成形体の形状、樹脂の種類等の条件により決定する
ことが好ましい。また、まず、乾燥が終了して水分を含
まない状態の成形体を得て、ついで水分を含まない状態
で成形体を繊維状樹脂の溶融温度以上に加熱保持して繊
維状樹脂の溶融流動させれば、さらなる高強度化に加え
て低吸水化も可能となる。

【００２１】この場合、水分を除去するための乾燥は、
繊維状樹脂が溶融する条件で行われても、溶融しない条
件で行われてもよく、加熱乾燥、電磁波照射による乾
燥、真空乾燥等の方法が例示できる。繊維状樹脂の溶融
温度以上に加熱保持し溶融させ、流動させる処理の回数
は、スラリーの構成および目的とする物性によって、２
度以上でもよい。

【００２２】本発明でいう樹脂の溶融温度とは、ＪＩＳ
Ｋ ６９１０に準じて測定した融点をいう。なお、こ
の溶融温度が幅をもって測定される場合には、その上限
温度をいう。熱硬化性樹脂に対しては、架橋反応を進行
させていない段階の樹脂について測定した融点をいう。
また、本発明で乾燥が終了するとは、乾燥のための処理
による重量減少が見られない状態をいい、例えば、繊維
状ポリプロピレン樹脂を用いた場合に１９０℃で５時間
加熱乾燥し、加熱による重量減少が見られなくなった状
態をいう。

【００２３】本発明の珪酸カルシウム成形体の製造方法
は、得られた珪酸カルシウム成形体を高強度化すること
ができるが、以下の様な機構により達成されるものと考
えられる。まず、ラテックスやエマルジョンタイプの樹
脂を添加した場合は、珪酸カルシウム水和物粒子内部に
も樹脂が入り込んでしまうため、珪酸カルシウム水和物
粒子同士の接着に有効に作用する樹脂の量が実際に添加
した量よりも少なくなる。これに対し繊維状等の固体状
樹脂を添加した場合には、樹脂は溶融しても珪酸カルシ
ウム水和物粒子内部まで容易に入り込めるレベルまで粘
度が低下しないため、珪酸カルシウム水和物粒子同士の
接着に有効に作用する樹脂の量が多くなる。

【００２４】さらに、同じ固体状樹脂であっても、粉末
状樹脂の場合は珪酸カルシウム水和物粒子間に介在して
元々隣接している水和物粒子間の補強に寄与するが、繊
維状樹脂の場合には粒子間にまたがる様に介在して隣接
していない水和物粒子間をも橋かけ的に補強するため
に、より有効な補強効果を発揮できる。次に、スラリー
を形成し、脱水し、成形してから、乾燥により水分を除
去した珪酸カルシウム成形体の状態で、さらに、繊維状
樹脂の溶融温度以上に加熱し、保持して樹脂を溶融する
処理により、珪酸カルシウム成形体のさらなる高強度化
に加え、低吸水化も可能となる。

【００２５】従来、低吸水性の珪酸カルシウム成形体
は、撥水剤等の高価な添加剤を添加することにより得ら
れていたが、本発明によれば撥水剤等を添加することな
く低吸水性の珪酸カルシウム成形体が得られる。従来技
術による成形体（例えば特公昭６２−３２１４８号公報
による成形体）等は、電子顕微鏡観察（ＳＥＭ観察）に
よれば樹脂は珪酸カルシウム水和物の粒子間に介在して
いるものの三次元の連続性には乏しく、そのために強度
不足に加え高い吸水性をも示すものと考えられる。

【００２６】しかし、スラリーを成形し、乾燥が終了し
た後に繊維状樹脂の溶融温度以上に加熱保持して繊維状
樹脂を溶融させ、流動させることで、三次元方向に連続
性が高い樹脂の構造が形成され、珪酸カルシウム成形体
の強度がさらに向上すると共に低吸水性になるものと考
えられる。なお、珪酸カルシウム成形体を乾燥する条件
は、繊維状樹脂が溶融する条件であつても溶融しない条
件であつてもよいが、溶融する条件で乾燥を行った場合
でも、乾燥終了後に繊維状樹脂の溶融温度以上に加熱保
持することが低吸水性の珪酸カルシウム成形体を得る上
で好ましい。乾燥し水分を除去した後に、樹脂の溶融温
度以上に加熱し、保持することで、水の蒸発時に樹脂層
に生じた構造上の変化が三次元方向に連続性のあるもの
となり低吸水性の珪酸カルシウム成形体が得られるもの
と考えられる。

【００２７】熱硬化性樹脂を用いた場合は、樹脂の溶融
温度以上に加熱保持した後、さらに加熱して樹脂の架橋
反応を進行させて樹脂を硬化させる。なお、本発明にお
いては、成形後の一連の加熱処理は樹脂を劣化させない
条件で行うことが望ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、実施例によりさらに本発明
を具体的に説明する。なお、実施例における物性等は以
下に示す方法で測定した。 （１） 曲げ強度 ＪＩＳ Ａ １４０８に準じて測定した。

【００２９】（２） 吸水量 ２００×２００×２０ｍｍの試験体を温度２０℃、相対
湿度６０％の室内に含水率が平衡に達するまで放置した
後、重量測定しこれを乾燥重量Ｍ_d（ｇ）とする。次に
この試験体を２００×２００ｍｍの面を水平にして２０
〜２５℃の水中に上面が水面下約３０ｍｍの位置になる
ように置き、２４時間放置する。２４時間経過した後、
試験体を取り出し表面に付着している水を湿布でふき取
り、直ちに重量測定しこれを吸水時の重量Ｍ_w（ｇ）と
する。吸水量は次式によって算出した。

【００３０】 吸水量（ｇ／ｃｍ³ ）＝（Ｍ_w−Ｍ_d ）／Ｖ Ｖ：乾燥重量測定時の試験体について行った外寸測定結
果より算出した試験体体積（ｃｍ³ ）

【００３１】

【実施例１】珪石粉と消石灰とをＣａＯ／ＳｉＯ₂モル
比が１になるように混合し、珪石粉と消石灰との合計重
量に対して１０倍量の水を加えてオートクレーブ中で撹
拌しながら温度２１０℃、圧力１９ｋｇ／ｃｍ²で６時
間、水熱反応させて珪酸カルシウム水和物スラリーを得
た。

【００３２】このスラリーに珪酸カルシウム水和物１０
０重量部に対して繊維状ポリプロピレン樹脂（径：１２
μｍ、長さ：５ｍｍ、溶融温度：１７４℃）を１５重量
部、ガラス繊維３重量部を添加し、均一になるように混
合した。このスラリーを３００×３００ｍｍの型枠に注
入して、加圧脱水して成形し、水分が蒸発してしまい重
量減少が見られなくなるまで１９０℃で５時間加熱乾燥
して珪酸カルシウム成形体を得た。珪酸カルシウム成形
体の試験結果を表１に示した。

【００３３】

【実施例２】実施例１と同様の珪酸カルシウム水和物ス
ラリーに珪酸カルシウム水和物１００重量部に対して繊
維状ポリエステル樹脂（繊維径：１０μｍ、繊維長１０
ｍｍ，溶融温度：２６０℃）１０重量部、ガラス繊維６
重量部を添加し、均一になるように混合した。

【００３４】このスラリーを３００×３００ｍｍの型枠
に注入して、加圧脱水成形後、２７０℃で重量減少が見
られなくなるまで４時間加熱乾燥して、珪酸カルシウム
成形体を得た。 珪酸カルシウム成形体の試験結果を表
１に示した。

【００３５】

【実施例３】実施例１と同様のスラリーを３００×３０
０ｍｍの型枠に注入して、加圧脱水して、成形し、１３
０℃で８時間加熱乾燥し加熱による重量減少が見られな
くなることを確認した後、１９０℃で３時間加熱して珪
酸カルシウム成形体を得た。珪酸カルシウム成形体の試
験結果を表１に示した。

【００３６】

【実施例４】実施例２と同様のスラリーを３００×３０
０ｍｍの型枠に注入して、加圧脱水して、成形し、１５
０℃で７時間加熱乾燥し加熱による重量減少が見られな
くなることを確認した後、２７０℃で２時間加熱して、
珪酸カルシウム成形体を得た。 珪酸カルシウム成形体
の試験結果を表１に示した。

【００３７】

【実施例５】実施例１と同様の珪酸カルシウム水和物ス
ラリーに珪酸カルシウム水和物１００重量部に対して繊
維状ポリエチレン樹脂（繊維径：２０μｍ、繊維長：１
０ｍｍ，溶融温度：１６６℃）２０重量部、ガラス繊維
３重量部を添加し、均一になるように混合した。

【００３８】このスラリーを３００×３００ｍｍの型枠
に注入して、加圧脱水して、成形し、１２０℃で１０時
間加熱乾燥し加熱による重量減少が見られなくなること
を確認した後、１８０℃で２時間加熱して、珪酸カルシ
ウム成形体を得た。珪酸カルシウム成形体の試験結果を
表１に示した。

【００３９】

【比較例１】実施例１と同様の珪酸カルシウム水和物ス
ラリーに、珪酸カルシウム水和物１００重量部に対して
アクリル酸エステル共重合体エマルジョン（成膜した際
の溶融温度：１３９℃）１０重量部（固形分換算）、ガ
ラス繊維３重量部を添加し、均一になるように混合し
た。

【００４０】このスラリーを３００×３００ｍｍの型枠
に注入して、加圧脱水成形し、１２０℃で１０時間加熱
乾燥して、珪酸カルシウム成形体を得た。 成形体の試
験結果を表１に示した。

【００４１】

【比較例２】ポリプロピレン樹脂を粉末状（平均粒径：
６０μｍ）としたこと以外は実施例１と同様の方法で珪
酸カルシウム成形体を得た。 成形体の試験結果を表１
に示した。

【００４２】

【比較例３】加圧脱水後、１３０℃で１２時間の加熱の
みを行った以外は、実施例１と同様の方法で珪酸カルシ
ウム成形体を得た。 成形体の試験結果を表１に示し
た。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】本発明の珪酸カルシウム成形体の製造方
法は、従来の珪酸カルシウム系合成木材の特徴に加え
て、高強度、低吸水性をも具備した珪酸カルシウム成形
体を製造することができる。すなわち、軽量、耐熱性、
防火性等の特徴を有し、さらに、従来のものに比べて極
めて高強度で、しかも吸水性が低い、加工性にも優れる
建築材料として好適な珪酸カルシウム成形体を、より低
コストで製造することが可能である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 珪酸カルシウム水和物、樹脂および水を
   混合したスラリーを脱水成形し、乾燥して珪酸カルシウ
   ム成形体を製造する方法において、上記樹脂として繊維
   状樹脂を用い、かつ成形した後に繊維状樹脂の溶融温度
   以上に加熱保持することを特徴とする珪酸カルシウム成
   形体の製造方法。