JPH1036164A - 耐割れ、耐反り性を有する、低比重高強度珪酸カルシウム成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量性、耐熱性及び機械的強度の全てにおい
て優れ、且つ乾燥時の耐割れ、耐反り性に優れた珪酸カ
ルシウム成形体を提供する。 【解決手段】 珪酸カルシウム水和物を主体とする水性
スラリーの固形分 １００重量部に対して、主鎖及び側
鎖からなり全体の分子量が５万〜５００万で、５〜１０
００ｃｐの粘度(Ｂ型粘度計、５％水溶液、２５℃）を
有する両性水溶性高分子化合物の固形分１〜５０重量
部、該両性水溶性高分子化合物の固形分 １００重量部
に対してアルカリ土類金属系もしくはアルミニウム系の
水溶性金属化合物をその金属換算量で０.０３〜０.１２
モルの比率で、及び水を含有する水性スラリーを、成
形、乾燥してなる比重が０.０５〜０.３、曲げ強度が５
〜６０kg／cm²である耐割れ、耐反り性を有する、低比
重高強度珪酸カルシウム成形体。

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
体に関し、特に低い比重を有するにも拘わらず極めて高
い機械的強度を有し、乾燥時の耐割れ、耐反り性に優れ
た珪酸カルシウム成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】珪酸カルシウム成形体は軽量で強度が大
きく、断熱性、耐火性に優れるために、保温材、断熱
材、建材等の広い分野で用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような珪酸カルシ
ウム成形体の耐熱性を更に向上させるために成形体の比
重を小さくして熱伝導率を低くすることが有効である。
しかしながら比重を小さくすれば強度が低下するという
問題点がある。このような問題点を解決するものとして
例えば特公昭５１−３４４１３号にポリアクリルアミド
あるいはその変性物を主体とする高分子凝集剤を添加す
る方法が知られている。しかしこの方法は比重は０.２g
／cm³程度に低下されているが、曲げ強度は１.６〜７.
５kg／cm²の範囲であり、機械的強度は十分とはいえな
い。

【０００４】特公昭６２−３２１４８号にはスチレン−
ブタジエン系ラテックス及びカチオン型高分子凝集剤を
添加する方法が開示されているが、この方法では曲げ強
度は４０kg／cm²以上と高いが、比重も０.５g／cm³程度
と高く、軽量性、耐熱性及び機械的強度を同時に達成す
ることはできない。更に特公平４−７２７８８号には重
合体エマルジョンと凝集剤を添加する方法が開示されて
いるが、この方法でも曲げ強度は１３０kg／cm²以上と
高いが、比重も０.４４g／cm³程度と高く、やはり軽量
性、耐熱性及び機械的強度を同時に達成することはでき
ない。このような問題点を解決するために、本出願人は
従来用いられている高分子凝集剤とは異なる、通常紙力
増強剤として分類されている水溶性高分子化合物のう
ち、特に主鎖及び側鎖からなり全体の分子量が５万〜５
００万の両性の高分子化合物を用いることにより、軽量
性、耐熱性及び機械的強度の全てにおいて優れた珪酸カ
ルシウム成形体が得られることを見いだし特許出願（特
願平８−１３０８７３号）した。しかしながら、上記珪
酸カルシウム成形体は乾燥時に割れたり、反りを生ずる
ことがあった。本発明の目的は軽量性、耐熱性及び機械
的強度の全てにおいて優れ、且つ乾燥時の耐割れ、耐反
り性に優れた珪酸カルシウム成形体を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は珪酸カルシウム
水和物を主体とする水性スラリーの固形分 １００重量
部に対して、主鎖及び側鎖からなり全体の分子量が５万
〜５００万で、５〜１０００ｃｐの粘度(Ｂ型粘度計、
５％水溶液、２５℃）を有する両性水溶性高分子化合物
の固形分 １〜５０重量部、該両性水溶性高分子化合物
の固形分 １００重量部に対してアルカリ土類金属系も
しくはアルミニウム系の水溶性金属化合物をその金属換
算量で０.０３〜０.１２モルの比率で、及び水を含有す
る水性スラリーを、成形、乾燥してなる比重が０.０５
〜０.３、曲げ強度が５〜６０kg／cm²である耐割れ、耐
反り性を有する、低比重高強度珪酸カルシウム成形体に
係る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において使用される珪酸カ
ルシウム水和物スラリーは、従来公知の方法（例えば、
特公昭４５−２５７７１号、特公昭５２−４３４９４
号、特公昭５５−２９９５２号、国際公開ＷＯ８８／１
０３３８号公報参照）に従って製造されるものであり、
具体的には生石灰、消石灰、カーバイト滓等のごとき石
灰質原料と珪藻土、珪酸、石英、無定形珪酸、珪砂、粘
土類、スラグ、長石、白土、フライアッシュ、バーミュ
キュライト等の珪酸質原料とを水熱合成反応して得られ
るものである。

【０００７】石灰質原料および珪酸質原料の種類、配合
割合、水熱合成反応の条件等については特に限定を設け
る必要はない。生成する珪酸カルシウム水和物は、スラ
リーとして得られ、珪酸カルシウムの結晶型は、針状結
晶であるゾノトライトであっても板状結晶であるトバモ
ライトであってもよい。本発明においては、水熱合成反
応によって生成した珪酸カルシウム水和物のスラリー
は、そのまま用いてもよいし、またはスラリーを脱水乾
燥して粉末にしたものに水を添加したものを使用しても
よい。また、スラリー中の珪酸カルシウム水和物の濃度
（固形分濃度）は、特に限定はされないが、撹拌に困難
を生じない点から、３０重量％以下、好ましくは２０％
〜５重量％の範囲内であることが望ましい。

【０００８】本発明で使用される水溶性高分子化合物は
主鎖及び側鎖からなり全体の分子量が５万〜５００万、
好ましくは５０万〜４００万である水溶性の両性高分子
化合物であり、通常、紙力増強剤として分類されている
化合物である。主鎖の分子量は１万〜１００万の範囲が
好ましい。高分子化合物の主鎖は例えばアクリル酸、メ
タクリル酸等から選ばれる１種以上と、アクリルアミ
ド、メタクリルアミド等から選ばれる１種以上を共重合
させることにより得られ、この主鎖に例えばヒドロキシ
エチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレー
ト、アクリルアミド等をグラフト重合し、更にグラフト
基末端のアクリルアミドのアミド基を４級化させ、また
残りのグラフト基のヒドロキシエチルアクリレ−ト等の
末端にアクリル酸ソ−ダを付加させる等の方法により、
上記の両性高分子化合物が得られる。このような主鎖と
側鎖を有する上記高分子化合物は、主鎖のみからなる高
分子化合物に比し、粘度が低い。本発明で用いる高分子
化合物の粘度（Ｂ型粘度計、５％水溶液、２５℃）は５
〜１０００ｃｐ、特に１０〜５００ｃｐの範囲に通常含
まれる。一方、主鎖のみからなる高分子化合物は通常、
同一測定条件で２０〜６００００ｃｐ程度の粘度を有す
る。ここで例えば５ｃｐという最小の粘度を有する主鎖
と側鎖を有する高分子化合物と同一の分子量を有する、
主鎖のみからなる高分子化合物の粘度は例えば２０ｃｐ
程度であり、前者と後者の粘度は、同一の分子量で比較
した場合、必ず相違するものである。

【０００９】全体の分子量が５万未満では水溶性高分子
自身の被膜強度が弱い為、珪酸カルシウムの強度は発現
しない。５００万を越えると珪酸カルシウム粒子が凝集
し均一に分散されない為、成形体の強度は発現しない。
この水溶性高分子化合物の使用割合は珪酸カルシウムス
ラリーの固形分 １００重量部に対して１〜５０重量部
（固形分）とするのが好ましい。１重量部未満では珪酸
カルシウム成形体の強度が発現せず、５０重量部を越え
ると珪酸カルシウム成形体の強度は発現するものの準不
燃性も達成できない。

【００１０】本発明の両性水溶性高分子化合物としては
例えばハリマ化成のハーマイドＥＸ３０４Ｓ、ハーマイ
ドＥＸ３６０等を挙げることができる。本発明では上記
水溶性高分子化合物の割合を珪酸カルシウムスラリーの
固形分１００重量部に対して３〜１０重量部（固形分）
とすることにより優れた不燃性を付与することができ
る。３重量部未満では不燃性ではあるが成形体強度が発
現せず、１０重量部を越えると不燃性を達成できない。

【００１１】本発明では、上記両性水溶性高分子化合物
の固形分に対してアルカリ土類金属系もしくはアルミニ
ウム系の水溶性金属化合物を配合することにより、該成
形体の乾燥時に割れたり、反りを生ずることを防止する
ことができる。アルカリ土類金属系の水溶性金属化合物
としては、例えば硫酸マグネシウム、塩化マグネシウ
ム、硝酸マグネシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウ
ム等を、アルミニウム系の水溶性金属化合物としては、
例えば硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、硝酸アル
ミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等
を挙げることができる。これらの化合物は両性水溶性高
分子化合物の固形分 １００重量部に対して、その金属
換算量で０.０３〜０.１２モル配合するのが好ましい。
０.０３モル未満ではその効果が少なく、０.１２モルを
越えるとゾノトライトおよび両性水溶性高分子化合物の
凝集性が上がり粗大なフロックが形成され、結果として
ゾノトライト繊維の全体的な絡み合いが不十分となり、
成形体の強度が不十分となる。

【００１２】特開昭６１−８３６６７号に珪酸カルシウ
ムスラリーに有機高分子凝集剤および硫酸アルミニウ
ム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム等の定着剤を
添加した後、脱水成形して珪酸カルシウム成形体を得る
方法が記載されている。しかし、ここで用いられている
有機高分子凝集剤はアニオン性、ノニオン性およびカチ
オン性のものであり、本発明のような両性のしかも紙力
増強剤のような高分子化合物については何の記載もな
く、このような両性以外の高分子化合物では本発明のよ
うな優れた効果は得られないものである。

【００１３】本発明では必要に応じて添加剤として、ガ
ラス繊維、ロックウールなどの無機繊維、また場合によ
ってはナイロン繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊
維、ポリプロピレン繊維、パルプ繊維などの有機繊維な
どの繊維状補強材を適当量、あるいは増量材として炭酸
カルシウムや、ベントナイト系、カオリン系、モンモリ
ロナイト系粘土などの一般的は添加材の適当量を使用す
ることができ、例えば珪酸カルシウムスラリーのスラリ
ー固形分 １００重量部に対して０.５〜５重量部用いる
のが好ましい。また保温断熱性を向上させるため、マイ
クロカプセル（特開平７−２０６５４５号等）を珪酸及
び珪酸カルシウム結晶体 １００重量部に対して５〜３
００重量部用いることもできる。本発明の珪酸カルシウ
ム成形体は、上記のようにして得られた組成物を加圧濾
過等の方法によって脱水してから、従来公知の種々の成
形法、例えばプレス成形法、抄造成形法、押出成形法、
減圧成形法等によって所望の形状に成形した後乾燥して
得ることができる。成形法は、最終製品の目的や用途に
応じて適宜選択することができる。また、成形体の乾燥
方法としては、乾燥時間を短縮し、かつ乾燥後の成形体
の品質を均質なものとするために、６０〜２００℃、好
ましくは８０〜１２０℃で加熱乾燥することが好まし
い。

【００１４】本発明では低比重であるにも拘わらず極め
て優れた強度を有する珪酸カルシウム成形体を得ること
ができ、得られる成形体の比重は０.０５〜０.３の範囲
であって、その曲げ強度は５〜６０kg／cm²の範囲のも
のである。またアルカリ土類金属系、アルミニウム系の
水溶性金属化合物もしくはポリアルミニウムクロライド
を配合することにより、珪酸カルシウム成形体の乾燥時
に割れたり、反りを生ずることがない。

【００１５】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げで本発明をよ
り具体的に説明する。なお粘度はＢ型粘度計、５％水溶
液、２５℃の条件で測定したものである。表において水
溶性金属化合物の添加量は両性水溶性高分子化合物の固
形分 １００重量部に対する金属換算量（モル）であ
る。

【００１６】実施例１ 平均粒径７μmのシリカ粉末と３５０＃（メッシュ通
過）の消石灰をＳiＯ₂：ＣaＯのモル比が１：１の割合
になるように調合し、ＣaＯとＳiＯ₂との合計重量に対
して２０倍量の水を加えてスラリーとした。これを１０
０rpmで撹拌しながら２００℃、１６kgf／cm²で３時間
反応させて珪酸カルシウム（ゾノトライト）スラリーを
得た。次いで主鎖の分子量が３０万で、これにアクリル
系ビニル化合物をグラフト化させその末端にアニオン性
のカルボキシル基とカチオン性の第４級アンモニウム塩
基の両方を有する全体の分子量が３００万（粘度：１６
０ｃｐ）の両性ポリアクリルアミド系水溶性高分子化合
物を、上記珪酸カルシウムスラリーの固形分１００重量
部に対して、固形分で５重量部加える前に、添加剤とし
て硫酸アルミニウムを上記両性水溶性高分子化合物の固
形分 １００重量部に対してその金属換算量で０.０５モ
ル、水溶液にして撹拌しながら加えた。次いで上記両性
水溶性高分子化合物を約１０倍に希釈し少量ずつミキサ
ーで激しく撹拌しながら加えていく。更にパルプ繊維１
重量部を激しく撹拌しながら加え十分に分散させた。こ
れを２０cm角のモールドに注入して７kgf／cm²の圧力で
加圧脱水成形し、脱型、その後１００℃で８時間乾燥し
て得られた成形体の性能を測定した。その結果を表１〜
２に示す。 曲げ強度：ＪＩＳ Ａ １４０８に準じた。（ただし試験
体寸法 １５×１０×２.５cm） 分子量測定：ＧＰＣにより測定〔ポリエチレングリコー
ル換算の重量平均分子量〕 反りの評価：２０cm角モールドで５mm厚の成形体を作成
し、この成形体を２０×１０×０.５cmに切り出して、
乾燥時における反り評価用のサンプルに供した。このサ
ンプル面の対角線の交点の反りを測定し、また反りの方
向も確認した。 割れの評価：２０×１０×０.５cmの成形体で割れの有
無を目視した。 不燃性：建設省告示１８２８及び１２３１に準じた。

【００１７】実施例２〜９ 用いる水溶性金属化合物及びその添加量を表１〜２に示
した様にする以外は、実施例１と同様の方法にてケイ酸
カルシウム成形体を作製した。その性能を測定し、結果
を表１〜２に示す。

【００１８】比較例１〜７ 用いる水溶性金属化合物及びその添加量を表１に示す様
にする以外は、実施例１と同じ条件でケイ酸カルシウム
成形体を作製した。その性能を測定し、結果を表１〜２
に示す。水溶性金属化合物の添加量が本発明の範囲以外
の時成形体の反りが大きくなり、割れが生じる場合があ
る。

【００１９】

【表１】 （注）両性水溶性高分子化合物は珪酸カルシウム固形分
１００重量部に対し５重量部の比率で添加

【００２０】

【表２】 反りの値 −：上に凸の方向の反り、 ＋：下に凸の方
向の反り（以下同様）

【００２１】図１〜２に実施例１〜３及び比較例１〜３
の成形体の曲げ強度及び反りをそれぞれプロットしたグ
ラフを示す。

【００２２】比較例８〜１３ 実施例１と同じポリアクリルアミド系の両性水溶性高分
子化合物と、添加剤として硫酸アルミニウムの代りに硫
酸鉄（III）を、上記ポリマー ５重量部に対して金属換
算量で表３に示す添加量だけ用いる以外は実施例１と同
じ条件で成形体を作成した。その性能を測定し結果を表
３〜４に示す。本発明の水溶性金属化合物以外の添加剤
を用いた場合、反りが大きくなり、割れが生じる場合が
ある。

【００２３】比較例１４〜１９ 実施例１の両性水溶性高分子化合物を用いるかわりに分
子量３００万（粘度：８７００ｃｐ）のアニオン系水溶
性高分子化合物を５重量部用い、表３〜４に示す水溶性
金属化合物の添加量にする以外は、実施例１と同じ方法
にて成形体を作成し、性能を評価した。結果を表３〜４
に示す。本発明の水溶性金属化合物を用いない場合、強
度は発現せず、また本発明の両性水溶性高分子化合物を
用いた場合より上に凸方向の反りが大きくなり割れを生
じやすい。

【００２４】

【表３】 （注）両性水溶性高分子化合物は珪酸カルシウム固形分
１００重量部に対し５重量部の比率で添加

【００２５】

【表４】

【００２６】実施例１０〜１３ パルプ繊維を用いない以外は、実施例２の配合で表５に
示すように比重を変えてケイ酸カルシウム成形体を作製
した。その性能を測定し、結果を表５に示す。

【００２７】比較例２０〜２１ パルプ繊維を用いない以外は、実施例２の配合で表５に
示すように比重を変えてケイ酸カルシウム成形体を作製
した。その性能を測定し、結果を表５に示す。比重が本
発明の範囲外のとき、例えば０.０３のときは成形体が
非常に脆くて扱いにくく、０.６０のときは重く、軽量
という目的からはずれる。

【００２８】

【表５】

【００２９】実施例１４〜１７ 実施例１と同じポリアクリルアミド系の両性水溶性高分
子化合物を用い、その添加部数を表６に示すように変
え、用いる水溶性金属化合物の配合量を実施例２と同じ
にする以外は、実施例１と同様の方法で珪酸カルシウム
成形体を作製しその性能を測定した。結果を表６に示
す。

【００３０】

【表６】

【００３１】

【発明の効果】本発明では、特定の主鎖及び全体の分子
量を有する水溶性の両性高分子化合物及びアルカリ土類
金属系もしくはアルミニウム系の水溶性金属化合物を用
いることにより、軽量性、耐熱性及び機械的強度の全て
において優れ、且つ乾燥時の耐割れ、耐反り性に優れた
珪酸カルシウム成形体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１〜３及び比較例１〜３の成形体の曲
げ強度をプロットしたグラフである。

【図２】 実施例１〜３及び比較例１〜３の成形体の反
りをプロットしたグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 珪酸カルシウム水和物を主体とする水性
   スラリーの固形分１００重量部に対して、主鎖及び側鎖
   からなり全体の分子量が５万〜５００万で、５〜１００
   ０ｃｐの粘度(Ｂ型粘度計、５％水溶液、２５℃）を有
   する両性水溶性高分子化合物の固形分 １〜５０重量
   部、該両性水溶性高分子化合物の固形分 １００重量部
   に対してアルカリ土類金属系もしくはアルミニウム系の
   水溶性金属化合物をその金属換算量で０.０３〜０.１２
   モルの比率で、及び水を含有する水性スラリーを、成
   形、乾燥してなる比重が０.０５〜０.３、曲げ強度が５
   〜６０kg／cm²である耐割れ、耐反り性を有する、低比
   重高強度珪酸カルシウム成形体。
2. 【請求項２】 水溶性金属化合物がアルミニウム系の水
   溶性金属化合物である請求項１記載の珪酸カルシウム成
   形体。
3. 【請求項３】 両性水溶性高分子化合物の割合が３〜１
   ０重量部（固形分）である優れた不燃性を有する請求項
   １記載の珪酸カルシウム成形体。