JPS5814384B2 - 無水石膏組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種石膏系建築材料、特に流し延べ床用プラス
ターとして好適に用いられる無水石膏組成物に関するも
のである。

従来、石膏プラスター、石膏ボード等の製造原料として
、主に半水石膏、たとえば各種化学工業製鉄工業等の工
程から副生ずる２水石膏をか焼することによって得られ
る焼石膏が用いられている。

半水石膏は水利・凝結速度が速い（凝結時間が短い）と
いう利点がある反面、水和凝結されて得られる硬化体の
強度がセメント硬化体にくらべて低くて、耐水性も低く
、これが現在石膏需要拡大の大きな障害となっている。

一方、無水石膏には、副生２水石膏を高温焼成（６００
〜１０００Ｃ）することによって得られる焼成■型無水
石膏；弗酸、チタン等の製造工程から多量に副生ずる副
生無水石膏；その他天然に産出する天然■型無水石膏等
があるが、これら無水石膏は単独では凝結速度が極めて
遅くて２水和物にすることが困難なことから実用性に乏
しく、僅かにその一部がキーンスセメントあるいは無水
石膏プラスターとして使用されているに過ぎず、たとえ
ば副生無水石膏の大部分はそのまま廃棄されているのが
実状である。

また、焼成■型無水石膏は需要が皆無に近くて、未だ工
業的規模の生産が行なわれていない。

しかし、■型無水石膏は硬化体強度がセメント硬化体を
凌駕するほど大きく、かつ耐水性を有するということは
よく知られている事実である。

したがって、無水石膏の凝結時間が短縮されて半水石膏
の凝結時間に匹敵するものとな１バさらに凝結時間を用
途に応じて任意に調節することができるようになれば無
水石膏は半水石膏と同様に取り扱うことができるように
な１バかつその硬化体は高強度で耐水性を有することか
ら無水石膏の工業的利用範囲は著しく拡大されて工業的
価値が飛躍的に増大することになる。

従来、無水石膏の凝結時間を短縮させたり、硬化体強度
を増強させるために、無水石膏に可溶性硫酸塩、たとえ
ばナトリウム、アンモニクム、マグネシウム、アルミニ
ウム、鉄などの硫酸塩を添加する方法が提案されている
。

この可溶性硫酸塩の添加により無水石膏の硬化体は硬化
してから１日後の強度が半水石膏の硬化体強度より大き
く、ボルトランドセメント硬化体と同程度となるが、未
だ半水石膏にくらべると凝結速度が町成り遅く、硬化体
の初期強度の発現も遅い。

そこで、無水石膏の凝結時間をさらに短縮させ硬化体の
初期強度の発現を速くさせるため、無水石膏に苛性アル
カリ、水ガラス、石灰等のアルカリ性物質を可溶性硫酸
塩と共に添用する方法が行なわれているが、この方法に
よっても未だ無水石膏の凝結時間を半水石膏と同程度に
することができず、また硬化体の初期強度の発現も十分
に速くすることができないばかりか、アルカリ性物質と
して苛性ソーダ、苛性カリのようなナトリウム原子を含
むものを用いると硬化体表面にその実用性を致命的に損
う白華現象が生じる。

かかる実情に鑑み、本発明者らは無水石膏の水利・凝結
時間を従来よりも著しく短縮させて半水石膏のそれに殆
ど匹敵するようにすると共に硬化体の初期強度の発現を
十分に速くさせようとして種々研究した結果、無水石膏
に硫酸カリウム、ナトリウム原子を含有しないアルカリ
性物質の１種または２種以上および半水石膏を特定の量
配合することによって目的にかなった無水石膏組成物が
得られることを知り、そしてかかる無水石膏組成物はこ
れを水利・凝結させて硬化体を製造する際にブリージン
グが発生しないので作業性はきわめて良好であり、また
得られた硬化体は白樺を示さず、かつきわめて高強度な
ので各種建築材料、特に流し延べ床材等に好適に用いら
れることを見出した。

本発明はかかる知見にもとづきなされたものであって、
その要旨とするところは、無水石膏１００重量部に、硫
酸カリウムを０．２〜５．０重量部、ナトリウム原子を
含有しないアルカリ性物質の１種または２種以上を０．
５〜１０．０重量部および半水石膏を５．０〜２３．０
重量部配合し、必要に応じてこれに公知の凝結遅緩剤、
消泡剤、分散剤、混和剤等を適量配合して成る無水石膏
組成物にある。

本発明の無水石膏組成物は、無水石膏に上記各成分を所
定量添加混合することによって製造される。

本発明の無水石膏組成物に用いられる無水石膏は水和・
凝結町能な無水石膏ならば如何なる種類のものでもよく
、たとえば弗酸、チタン等の製造工程より副生ずる無水
石膏；２水石膏あるいは半水石膏を高温焼成することに
よって得られる焼成■型無水石膏：天然無水石膏などが
代表的なものとして挙げられる。

副生無水石膏のなかには弗酸副生石膏のように不純物と
して酸が含まれているものがあるが、このような石膏を
原料として用いる場合は予めナトリクム原子を含まない
アルカリ性物質、たとえば消石灰、生石灰その他類似の
アルカリを原料石膏に添加して酸分を中和する必要があ
る。

この中和の際に苛性ソーダ、ソーダ灰のようなナ−Ｊウ
ム原子を含むアルカリ性物質を用いると本発明の無水石
膏組成物を水和・凝結させて硬化体を製造した際、硬化
体表面に白華が生じるので好ましくない。

原料石膏は結晶形、結晶空隙率等が異なったものを使用
しても差し支えはなく、また特別に微粉砕する必要はな
く、通常、粒径１ｍ關以下のものならば好適に用いられ
るので市販の粉末をそのまま用いることができる。

本発明の無水石膏組成物中には主として無水石膏の水利
・凝結速度を促進させる成分として硫酸カリクムを含有
させる。

無水石膏の凝結促進剤として、従来、カリ明バン、硫酸
アルミニウムのような可溶性硫酸塩が一般に用いられて
いるが、これらの硫酸塩は石膏スラリーを酸性にしてス
ラリーやその硬化体に接触する金属類を腐食させる。

したがって、これらの硫酸塩を凝結促進剤として用いた
場合は金属類の腐食を防止するため、アルカリを併用し
て石膏スラリーを中和しなければならないが、凝結促進
剤として硫酸カリウムを用いた場合には石膏スラリーは
通常中性ないしは弱アルカリ性を呈するのでこの場合は
特にスラリー中和用のアルカリを必要とせず経済的であ
る。

そればかりか、カリ明バン、硫酸アルミニウム等をアル
カリと共に無水石膏に添加した場合は石膏スラリー中に
水酸化アルミニウムの沈澱が生成して硬化体製造時の作
業性を悪化させるが、硫酸カリウムを無水石膏に添加し
た場合は、これ単独の場合は勿論のこと、アルカリと併
用した場合にも石膏スラリー中に水酸化物が生成しない
ので作業性は良好である。

このようなことから、硫酸カリウムは無水石膏の凝結促
進剤として特に好適なものと云える。

本発明の無水石膏組成物における硫酸カリウムの使用量
は無水石膏１００重量部に対して０．２〜５．０重量部
である。

硫酸カリウムの使用量が０．２重量部未満の場合は無水
石膏の凝結速度が極めて遅く、また５．０重量部を越え
て多く用いても無水石膏の凝結速度はそれほど速くなら
ず、かえって不経済である。

無水石膏に硫酸カリウムを添加しただけでは無水石膏の
凝結時間の短縮化は未だ不十分であり、かつその硬化体
の初期強度の発現も遅いのでこれを改善するため本発明
の無水石膏組成物中にはアκカリ性物質、特にナ−Ｊク
ム原子を含有しないアルカリ性物質を含有させる。

用いられるアルカリ性物質の種類としてはたとえば消石
灰、生石灰、ボルトランドセメント、ドロマイト等が挙
げられるが、本発明においてはこれらのみに限定される
ものではなく、またこれらのアルカリはそれぞれ単独の
みならず２種以上を混合して用いることもできる。

本発明におけるナトリクム原子を含有しないアルカリ性
物質の使用量は無水石膏１００重量部に対して０．５〜
１０．０重量部である。

０，５重量部未満の使用量では無水石膏の凝結速度の短
縮化やその硬化体の初期強度の発現を速めることは期待
できず、また１０．０重量部を越えて多く用いるとかえ
って硬化体の強度は低下する。

無水石膏に可溶性硫酸塩とナトリクム原子を含有するア
ルカリ性物質を添加して水利・凝結させて硬化体を製造
した場合に既に述べたように硬化体の表面に白華が生じ
るが、硫駿カリウムとナトリウム原子を含有しないアル
カリ性物質を無水石膏に添加して水和・凝結させた場合
には硬化体表面には白華現象は全く認められない。

これは本発明においてナトリウム原子を含まないアルカ
リ性物質を使用することによる最も大きな効果である。

無水石膏に硫酸カリウムとナトリウム原子を含まないア
ルカリ性物質を添加することにより無水石膏の凝結時間
は硫酸カリウム単独添加の場合にくらべてかなり短縮さ
れ、かつ硬化体の初期強度の発現も速くなるが、未だ無
水石膏の凝結速度は半水石膏にくらべてかなり遅く、そ
して硬化体の初期強度の発現も実用上十分に速いものと
は云えない。

また、無水石膏に硫酸カリウムとナトリウム原子を含ま
ないアルカリ性物質を添加したものは水和・凝結時にブ
リージングを起すので硬化体製造時の作業性を悪化させ
るばかりか、このように硬化体製造時にブリージングが
発生すると、無水石膏の凝結速度が大幅に遅らされると
共に硬化体の強度低下がもたらされる。

本発明においてはこれらの点を是正するため無水石膏組
成物中に半水石膏を含有させる。

本発明に用いられる半水石膏の種類としてはα型半水石
膏、β型半水石膏などが挙げられる。

これらの半水石膏は結晶形、結晶空隙が異なっていても
差し支えはなく、また特別に微粉砕する必要はなく、市
販の粉末品がそのまま用いられる。

本発明における半水石膏の使用量は無水石膏１００重量
部に対して５，０〜２３．０重量部である。

半水石膏の使用量が０．５重量部未満では無水石膏の硬
化速度が顕著に増加せず、また２３．０重量部より多く
用いると無水石膏の硬化速度が速過ぎて石膏スラリーの
取り扱いが困難になる。

これまで、無水石膏に半水石膏または２水石膏を少量添
加し、これらを種晶として利用して無水石膏の２水和物
化（水利・凝結化）を促進させようという試みがなされ
ているが、無水石膏に単に半水石膏または２水石膏を種
晶として必要とする量添加しただけでは無水石膏の凝結
時間を大幅に短縮することはできず、かつ硬化体の初期
強度の発現を速くしたり、硬化体強度を増強させること
は殆ど期待できない。

これに対して本発明においては、本発明の無水石膏組成
物中に半水石膏を通常種晶として必要とする量以上含有
させるものであって、これにより意外にも他成分との相
剰作用により無水石膏の凝結速度が著しく促進されるば
かりか石膏スラリーの密度が均質化されて硬化体製造時
にブリージンが全く発生しないこと、このブリージング
が発生しないことにより無水石膏の凝結速度が更に促進
されて本発明の無水石膏組成物の凝結時間は半水石膏に
殆ど匹敵するようになると共に硬化体の初期強度の発現
が速くなり、かつ硬化体強度も増加すること、半水石膏
の使用量を種々変化させることにより無水石膏の凝結時
間を任意にコントロールすることができること、硬化体
の寸法安定性を良好にすることができることなど種々す
ぐれた効果が得られることが見出された。

叙上の説明から明らかなように、本発明の無水石膏組成
物においては、これを水利・凝結させて硬化体を製造す
る際に硫酸カリウム、ナトリウムを含有しないアルカリ
性物質および半水石膏の３成分が無水石膏に相互に作用
して硬化体製造時の作業性を改善したり、硬化体の性能
を改善する上に種々すぐれた効果を発揮するが、本発明
の無水石膏組成物中にはこれら３成分のほかにさらに硬
化体製造時の作業性や硬化体の性能を改善するために必
要に応じて従来この種の組成物に常用されている公知の
任意の添加剤、たとえば凝結遅緩剤消泡剤、混和剤等を
適当な量配合することができる。

通常好適に用いられる凝結遅緩剤としてはクエン酸、ト
リポリリン酸ソーダ、ポリペプトン等が挙げられるが、
特にポリペプトンを用いた場合は他の凝結遅緩剤を用い
た場合にくらべて硬化物の強度低下が少なく、かつ少量
使用しただけで無水石膏組成物の凝結時間を任意にコン
トロールすることができるので有利である。

本発明の無水石膏組成物から軽量化石膏成形体を製造す
る場合は特に消泡剤を用いる必要はないが、高強度の成
形体を得ようとする場合にはアルコールＡ脂肪酸エステ
ルまたはシリコーン等の消泡剤を本発明の無水石膏組成
物に添加することが好ましい。

石膏成形体を製造する場合、石膏スラリーの流動性は作
業上の重量な因子であって、石膏スラリーは用途に応じ
た良好な流動性を示すことが作業性を良好にする点から
好ましい。

無水石膏は種類および製造条件の相違によりその標準混
水量が２５〜６５％（対石膏重量％）と大きく変動し、
通常混水量を多くすると石膏スラリーの流動性を良好に
することができて有利であるが、余り混水量を多くする
とブリージングが発生し、凝結時間が遅らされて長い養
生時間が必要になり、かつ得られた成形体の強度も弱く
て実用的ではない。

したがって、本発明の無水石膏組成物には混水量を少な
くした場合にも石膏スラリーの流動性を良好にすること
ができる分散剤、粘度調節剤等を添加することができる
。

用いられる分散剤の種類としては、たとえはりグニンス
ルホン酸塩、ナフタレンスルｚ塔酸塩、ポリアルキルア
リルスルホン酸塩、メラミンホルマリン縮合物等が挙げ
られる。

特に、ポリアルキルアリルスルホン酸塩とメラミンホル
マリン縮合物は減水効果が大きく、かつ成形体の強度低
下をもたらさないので好ましい分散剤と云える。

本発明の無水石膏組成物に添加される混和剤（骨材）の
種類としては、たとえば木粉、パーライト、シラスバル
ーンのような繊維、軽量化材、増量剤のほか砂、セメン
ト等も硬化体の用途に応じて用いられる。

その他、本発明の無水石膏組成物には必要に応じて起泡
剤、保水剤、耐摩耗材、高分子物質等を添加することも
できる。

次に本発明の構成および効果を実施例を用いて具体的に
説明するが、本発明はその要旨を越えないかぎり以下の
実施例に制約されるものではない。

比較例 副生無水石膏１００重量部に各種凝結促進剤および各種
アルカリ性物質を第１表および第２表に示すような量配
合して良く混合した。

次いで得られた混合物１００重量部に水３３重量部を添
加して攪拌・混練した。

混線後、得られた石膏スラリーを４０Ｈ（高；ｇ）×４
０Ｂ（幅）×１６０ｍｍＬ（長５）の寸法の金型に流し
込んで室内に放置し硬化させた。

このようにして得られた成形体の圧縮強度をＪＩＳ−Ｒ
５２０１の試験法にしたがい測定した。

石膏スラリーのｐＨ＞ＪＩＳ−Ｒ９１１２の方法による
凝結時間：ブリージングの発生の有無：得られた硬化体
の白華の有無；圧縮強度等を測定した結果を第１表およ
び第２表に示す。

第１表の実験Ａ１〜８から明らかなように、無水石膏に
可溶性硫酸塩のような凝結促進剤を添加しただけでは無
水石膏の凝結速度および硬化体の初期強度の発現はいず
れも非常に遅い。

また、第１表の実験Ａ９から明らかなように無水石膏に
半水石膏を添加して硬化体を製造した場合は製造過程で
ブリージングが発生せず、かつ硬化体に白華現象が認め
られないが、凝結速度および硬化体の初期強度の発現は
いずれも遅い。

さらにまた、第１表の実験Ａ２，４，８にみられるよう
に、無水石膏に凝結促進剤としてＮａ原子を含有する硫
酸塩を添加した場合に得られる硬化体はすべて日華が認
められた。

次に、第２表の実験息１０，１１，１２，１３１４，１
５，１７および１８にみられるようにＮａ原子を含まな
い凝結促進剤とＮａ原子を含むアルカリ性物質を併用し
て無水石膏に添加した場合は、硬化体に白華が生じるが
、実験厘１６，１９，２０および２１にみられるように
、Ｎａ原子を含まない凝結促進剤と、Ｎａ原子を含まな
いアルカリ性物質を併用した場合は、硬化体に白華は生
じない。

また、第２表のＡＩＯ〜２１から明らかなよううに凝結
促進剤とアルカリ性物質を併用して無水石膏に添加した
場合は凝結促進剤単独使用の場合にくらべて無水石膏の
凝結速度および初期強度の発現は共に速くなるが、いず
れも未だ半水石膏にくらべると遅く、半水石膏と同じよ
うに扱うことはできない。

実施例 ｌ 無水石膏１００重量部に、硫酸カリウムと種々のＮａ原
子を含まないアルカリ性物質および半水石膏を第３表に
示すような量配合し、良く混合して本発明の無水石膏組
成物をつくった。

次いで、この組成物を用いて比較例の場合さ同じ方法に
したがい石膏成形体を製造し、同様の試験をした。

得られた結果を第３表に示す。

なお比較のために無水石膏に硫酸カリウム以外の凝結促
追済を用いた場合とか凝結促進剤を用いなかった場合、
Ｎａ原子を含むアルカリ性物質を用いなかった場合、半
水石膏を用いなかった場合等に得られた結果を対照とし
て第３表に併記する。

第３表から明らかなように、硫酸カリウム、Ｎａ原子を
含まないアルカリ性物質および半水石膏の３成分が添加
された本発明の無水石膏組成物を水利・凝結された場合
は、凝結速度が十分速くて、ブリージング、白華等の発
生がなく、かつ得られた硬化体の初期強度の発現も十分
に速いが、本発明の無水石膏組成物において硫酸カリウ
ムの代りに他の可溶性硫酸塩が用いられた場合とか、本
発明で規定する三成分のうちのいずれか一つが欠けた無
水石膏組成物を水利・凝結させた場合は本発明の無水石
膏組成物がもたらすようなすぐれた効果を得ることがで
きない。

実施例 ２ 無水石膏１００重量部に、硫酸カリウムとＮａ原子を含
まないアルカリ性物質および半水石膏を第４表に示すよ
うな量配合し、良く混合して本発明の無水石膏組成物を
つくった。

次いで、この組成物を用いて比較例と同じ方法にしたが
い石膏成形体を製造し、同様の試験をした。

得られた結果を第４表に示す。

第４表から明らかなように、本発明の無水石膏組成物に
おいては凝結促進剤、アルカリ性物質Ｃ使用量を種々変
化させることにより水利・凝結時間を任意に調節するこ
とができると共にいずれの場合においても成形体製造時
にブリージングの炎生は無く、かつ得られた成形体の初
期強度の発明も充分に速い。

実施例 ３ 副生無水石膏１００重量部に硫酸カリウム、消石灰およ
びα半水石膏を第５表に示すような量配合し、良く混合
して本発明の無水石膏組成物をつくった。

次いで比較例１，２と同じ方法にしたがいこの組成物か
ら石膏スラリーおよび成形体を製造し、同様の試験をし
た。

得られた結果を第５表に示す。

第４表の実験煮５２，５３および５４から明らかなよう
に、本発明の無水石膏組成物においては半水石膏の含有
量を種々変化させることによっても凝結時間を任意に調
節することができる。

また、本発明の無水石膏組成物は同表の実験五５５およ
び５６から明らかなように、公知の凝結遅緩剤を用いて
凝結時間を調節することもできる実施例 ４ 本発明の無水石膏組成物を流し込み工法による建材の製
造に適用した場合の例を以下に示す。

副生無水石膏ｉｏｏ重量部にα半水石膏１８重量部、硫
酸カリウム１．０重量部および消石灰１．０重量部を配
合し、良く混合した。

一方、水を３３重量部用意し、このなかに上記混合物を
投入して攪拌・混練した。

混練後、得られたスラリーを比較例で用いたのと同じ型
枠に流し込んで室内に放置し、凝結・硬化させた。

石膏スラリーは半水石膏なみに２０分で凝結し、１時間
後という短時間のうちに脱型することができた。

成形体は型枠に流し込んだ後３時間の圧縮強度は１２３
ｆＱ／ｃｒＩと驚くほどの初期強度を発現した。

一般に半水石膏は水利・凝結後、硬化体の強度発現を速
くさせるため強制的に余剰水を乾燥・除去しているが、
この余剰水の除去に要すて熱量は莫大なものである。

これに対し、本発明の無水石膏組成物を水利・凝結させ
た場合は、余剰水は強制的に除去する必要はなく、硬化
体は短時間で取り扱い町能な強度を発現する。

実施例 ５ 本発明の無水石膏組成物を石膏流し延べ床材の施工に適
用した場合の例を以下に示す。

副生無水石膏１００重量部に硫酸カリウム１．０重量部
、α半水石膏１０重量部、消石灰０．９重量部、ポリア
ルキルアリルスルホン酸塩０．２重量部およびシリコー
ン系消泡剤０．０２重量部を配合し良く混合した。

一方、水を所定量用意し、このなかに上記混合物を投入
して攪拌・混合した。

混線後、得られたスラリーの粘度、流動性、凝結時間等
を測定した。

粘度はＢ型粘度計を用いて測定し、流動性はガラス板上
にガラスロートを用いてスラリーを流下させ（ガラス板
とロート脚下端間の距離は２５１１，ロート脚の内径８
ｍｍ、スラリー容量４４ｍｌ）、その拡がり幅をフロー
値とした。

また、同じ石膏スラリーを４０Ｈ×４０Ｂ×１６０Ｌｍ
−ｍの寸法の金型に流し込んで室内に放置して凝結・硬
化させた。

次いで２４時間後に硬化成形体の圧縮強度および残存自
山水を測定した。

得られた結果を第６表に示す。

なお、比較のために本発明の無水石膏組成物の代りに市
販の流し延べ床用α半水石膏組成物を用いて上記と同様
の試験をした結果を対照例として第６表に併記した。

第６表から明らかなように、本発明の無水石膏組成物を
流し延べ床材の製造に適用した場合も市販の流し延べ床
材を用いた場合にくらべて孫色はなく、むしろすぐれて
いる点が多い。

実施例 ６ 本発明の無水石膏組成物をボード用石膏プラスターに適
用した場合の例を以下に示す。

天然無水石膏ｉｏｏ重量部に硫酸カリウム１．０重量部
、β半水石膏１０重量部、消石灰２．０重量部および標
準砂２００重量部を配合し、良く混合した。

一方、水を所定量用意し、このなかに上記混合物を投入
して撹拌・混練した。

混練後、得られたスラリーを２０ＨＸ２０ＢＸ８０Ｌｍ
．ｍの寸法の金型に流し込んで室内に放置し、凝結・硬
化させた。

次いで２４時間後に成形体の曲げ強度をＪＩＳ−Ａ６９
０４の試験法にしたがい測定した。

得られた結果を第７表に示す。

なお、比較のために本発明の無水石膏組成物の代りに市
販のボード用β半水石膏プラスターを用いて上記と同様
の試験をした結果を対照例として第７表に併記した。

第７表から明らかなように、本発明の無水石膏組成物を
ボード用石膏グラスグーに適用した場合も市販のボード
用石膏プラスターを用いた場合と同様の取り扱いが町能
であり、製品の強度を格段に向上させることができる。

なお、本発明の無水石膏組成物から製造した石膏ボード
は３ケ月経過した後にも白華現象は生じなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無水石膏１００重量部に、硫酸カリウムを０．２〜
   ５．０重量部、ナトリウム原子を含有しないアルカリ性
   物質の１種または２種以上を０．５〜１０．０重量部お
   よび半水石膏を５．０〜２３．０重量部配合し、必要に
   応じてこれを公知の凝結遅緩剤消泡剤、分散剤、混和剤
   等を適量配合して成る無水石膏組成物。 ２ ナトリウム原子を含有しないアルカリ性物質が消石
   灰、生石灰、苛性カリ、ボルトランドセメントまたはド
   ロマイトである特許請求の範囲第１項記載の無水石膏組
   成物。