JPS60155558A - 石膏ボード配合物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石膏ボード配合物、特に高い耐火性を有する石
膏ボード配合物に関する。

一般に石膏ボード製品が硬化石膏のコアとコアを検校す
るカバーシート（通常紙）とからなることは当業者には
周知である。石膏ボード製品は内装壁並びに天井材とし
て広く使用されており、石膏パネル、プラスタボード、
石膏壁板等として用いられている。

石膏ボードにおいては水分（石膏の約２１重量％）が結
合されていることにより、各種建材の防火遮断層に用い
て有用性が顕著である。石膏ボード配合物若しくは硬化
プラスタ配合物は火炎からの熱を受けたとき、内部の水
分が蒸気として緩徐に放出されるため、石膏焼成物の如
く作用している間熱伝導が遅延される。この場合各種の
石膏建材の耐熱性はＡＳＴＭ　（アメリカ材料試験協会
）の定めた手順によって行なわれるサンプルの耐火試験
により決められる。例えば、ＡＳＴＭの規定０３．６セ
クシヨン３．３には石骨壁板の特殊難燃表示、タイプＸ
が定められている。すなわち、ＡＥＩＴＭの規定Ｅ１１
９に従って石膏ボードを木製フレーム部材の各面に単層
でくぎ止めし試験した場合の、厚さｈインチ（１６ｍｍ
）の石膏ボードに対し少なくとも一時間の難燃等級が、
且厚さＡインチ（１３ｍｍ）の石膏ボードに対し４５分
の難燃等級が規定されている。

例えば実験室での防火試験において火炎を受ける際の石
膏ボードの変化を調べた結果、一般に石膏ボードのコア
が高温に置かれていると太１コに収縮し、これにより亀
裂が生じ、このため石膏ボードを通し過度の熱が通過せ
しめられて石膏ボードが急速に破壊されることが判明し
ている。即ち石膏は焼成するに応じ変化してその硬化強
度が低下する。

石膏ボード製品の耐火性を高めるため、従来石膏ボード
成形中にある種の繊維および非発泡性のひる鉱石を、硫
酸カルシウム半水和物（プラスタ又は焼石膏又は石膏ス
タッコ）と水とのスラリ中に加えていた。かかる技術思
想については米国特許第２，５２６，０６６号、第２，
６８１，８６１号、第２゜７４４．０２２号、第２，８
０３，５７５号、第２，８５３，３９４号、第３，４５
４，４５６号および第３，６１６，１７３号等に開示さ
れている。この場合石膏ボードの加熱中非発泡性のひる
石の作用により石膏ボードの収縮を補完することになる
。即ちひる石は石膏中の、結合された水分が除去される
に応じ膨張する。

一方加熱により石膏の凝集性が劣化し石膏コアの強度お
よび結合性が低下するが、石膏コア中の繊維成分により
石膏コア全体の機械的な結合度が増大するので、石膏コ
アの崩壊が阻止される。

また米国特許第３，６１６，１７３号には、小さな無機
粒子並びに非発泡性のひる石を石膏ボードコアにある割
合で含ませることにより、石膏ボードコアの耐火性を更
に向上する構成が開示されている。

この場合粒径が１μ扉以下から約４０μｍのクレイおよ
び粒径が１μｍより小のコロイドシリカ若しくはコロイ
ドアルミナあるいはその混合物が混入され、これと鉱物
繊維混合物とが協働して高い耐火性が付与されると考え
られる。一方米国特許第３，４５４．４５６号によれば
、１００メツシユ（１４７μｒＩＬ）以下の細かな粒子
になし、ある割合で混入した非発泡性ひる石が存在する
と、石膏ボードコアに大きな割れや亀裂の発生が防止さ
れる。当該特許によれば火炎による収縮を小に且割れを
小さくするには、米国規格の５０メツシユ（２９７μｒ
ＩＬ）を通過し１４０メツシユ（１０５μｍ）の篩にか
かる粒径の非発泡性ひる石を準備する必要がある。

本発明による石膏ボードコアはそのサンプルを一度加熱
した後、時間を置いて防火テストを行なったところ、全
く収縮が生ぜず一時間の露炎で０１５０インチ（０，０
３８（ＩＩ）まで膨張することが判明した。又最初の加
熱で石膏ボードサンプルの石膏が硬石膏Ｈに変化したこ
とが判明した。しかして本発明は石膏ボードコアの配合
物に硬石膏を用いる。この硬石膏は耐火性を改善するよ
うに予め熱処理され予め収縮された石膏添加剤と考えう
る。

本発明の一目的は耐火性の高い石膏ボード配合物を提供
することにある。

本発明の他の目的は露炎により収縮されずに膨張しかつ
加熱された石膏材の結合性の良好な耐火性の石膏ボード
配合物を提供することにある。

本発明のこの目的は、石膏内に従来の如く非発泡性ひる
石を混入するかわりに、約２〜４０重量の硫酸カルシウ
ム硬石膏■を、単独をあるいは小量のガラス繊維ないし
は非発泡性ひる石若しくは珪灰石と混合して加えること
により達成されうる。

以下本発明を好ましい実施例に沿って説明する。

本発明による耐火石膏ボードの如き石膏配合物の主成分
は、硬化石膏、すなわち三水硫酸カルシウムであり、周
知の方法により水および周知の添加剤を加えてスラリ状
にした焼石膏な水和結晶化することにより得る。焼石膏
としては天然又は合成により得られるアルファ半水和物
又はベータ半水和物、可溶の硬石膏又はその混合物を使
用できる。又周知の添加剤としては、石膏配合物に所望
の特性を与えかつ製造を容易にするため例えば発泡剤、
促進剤、遅延剤、分散助剤、コア接着剤およびその混合
物を使用し得、石膏配合物に対し所定量添加する。

例えば石膏壁板な製造する際、まず乾燥成分および水を
計量しミキサに入れ、更に注入可能な水性スラリを生成
しうる量例えば稀界面活性発泡材溶液なミキサに加え発
泡させてその混合物スラリの密度を調整することにより
、コア材を作る。次に混合物スラリをミキサの底部に設
けられた一以上の出口部から取り出し、多層紙のような
カバーシートを支承している移動コンベア上に放出する
。

次いで多層紙のような他のカバーシートを、一方のカバ
ーシート上に載せたスラリの上面に置く。

これによりスラリを移動コンベヤにより移動せしめられ
る２枚のカバーシート（石膏ボード製品の両面に位置す
ることになる）間に位置せしめる。

この場合石膏ボードの厚さを成形ロールに通過させるこ
とにより調整し、一方石膏ボードの縁部において好適な
機械的装置により、二枚のカバーシートの相互に重なる
縁部な連続的に筋を付けつ＼折り重ねた上、接着剤を付
けることにより石膏ボードを二枚のカバーシート内に封
入する。更に移動コンベアによりベルト上のスラリを移
動し、且スラリの硬化と同時に案内部材により石膏ボー
ドの厚さおよび幅を所望の値に維持する。次に石膏ボー
ドを切断し、縁部を処理して乾燥部へ送り乾燥する。

このようにして得られる本発明の石膏ボードは実質的に
硬化石膏および硫酸カルシウム硬石膏層からなる石膏ボ
ードコアであり、この場合硫酸カルシウム硬石膏層とは
空気中の水分あるいは水と迅速に水和する可溶物とは異
なり水に対し不溶性を持つ硫酸カルシウムである。

また石膏ボードコアには強度および結合性を高めるため
ガラス繊維を含ませてもよい。一方石膏ボードコアのよ
うな石膏配合物には所定量の石膏の他に硬石膏を加え得
、且硬石膏を所定量の石膏の一部と置換してもよい。ま
た石膏ボードコアには更に無機鉱物充填剤、特に針状粒
子の珪灰石（ＣａＳ１０３）若しくは非発泡ひる石を約
１乃至５重量パーセント加え得る。

更に、硬石膏■として遅焼成のもの、特にアスペクト比
すなわち繊維の長さおよび直径の比が２０対１より大の
繊維状粒子からなるものを用いることが好ましいが、早
焼成の硬石膏■も使用できる。

天然の石膏あるいは工業生産による石膏から硬焼成の（
１２００°Ｃより高い温度で焼成される）硬石膏は天然
の硬石膏と同様に使用できる。また異なる硬石膏…を混
合したものも使用できる。硬石膏層のみが使用される場
合約２〜４０重量パーセント含ませるが、特に珪灰石、
不発泡ひる石、ないしはガラス繊維の充填剤を含ませる
場合約１〜１０重量パーセントにし得る。

以下本発明による石膏配合物の具体的な実貌例を示す。

この場合量の単位は特に指定しない限り重量部で示して
いる。また本発明はこれらの例に限定されるものではな
く特許請求の範囲の技術的思想に含まれる設計変更を包
有することは理解されよう。

実験例１ 本実験例における各配合物は製造ラインにより公称厚さ
１．３偏の紙で被覆した石膏ボードに成形せしめた。石
膏ボードはすべて実質的に同一に成形し、且含ませた硬
化調整剤、稠度減力剤、結合助剤、発泡剤、水および他
の補助剤の各型も各ボードにおいて実質的に同一にした
。１５．２５ｍ×２５．５薗のアリコート（サンプル）
パネルを、各石膏ボードから切り取り小規模の耐火テス
トを行なった。

小規模の耐火テストに際し、切り取ったサンプルを耐火
レンガで作られサンプルより０．６３５ｍ大きい正面開
口部を有したテスト炉の前部に垂直に置いた。テスト炉
には天然ガスによる複数のバーナを具備させ、これによ
りサンプルに対し局部的でなく全体的にバーナの炎を与
えて、サンプルの炎を受ける面に沿う温度を実質的に均
一にした。

テスト炉内の温度およびサンプルの炎を受ける面の温度
は熱電対により測定した。且サンプルをばねひずみ計の
ブラケット内に収め一時間の耐火テスト中のサンプルの
膨張および収縮状態を測定した。各耐火テストにおいて
テスト炉の温度を出来る限り同一の時間・温度曲線に一
致するよう調整した。更にこの場合サンプルを適所に置
いた後テスト炉を点火し、テスト炉の温度を耐火テスト
の最初の５分間で５３８”Ｃ〜５９３”０まで上昇させ
、１０分間で７４６’Ｏ〜７５５’Ｃまで上昇せしめ、
残りのテスト時間中約７５５°Ｃに維持した。

耐火添カロ剤を含まない従来の石膏ボードコアでは、通
常耐火テストの最初の１０分間で被櫟紙が燃え、熱によ
り約０．０５〜０．０６ｍ膨張し、次いで石膏ボードコ
アの焼成物が石膏として収縮し始めた。

最大収縮は通常耐火テストの最初の４０分間に生じた。

またこの一連の耐火テストにおいて、比較基準サンプル
として非発泡性ひる鉱石および切断されただラス繊維を
含ませた上記米国特許に従って耐火配合物を作成した。

サンプル２〜５においてこれに用いた硬石膏は平均粒子
サイズ１．５マイクロメータに粉砕した粒状の硬焼硫酸
カルシウム硬石膏とした。且耐火テスト中並びにその終
期に各サンプルの結合度を視認した。非発泡性ひる石を
含むサンプルは膨張により微小亀裂を生じボードコアに
弱化を生じて、その原形を維持できなかった。一方硬石
膏を含ませた場合、石膏コアは円滑に焼かれ結合性が良
好で微小亀裂を生じなかつ実験例１において添加剤を石
膏ボードコアの全配合成分に対する重量パーセントで示
しである。

また比較基準サンプル１並びにサンプル２，３の結果を
第１図にグラフで示す。非発泡性のひる鉱石およびガラ
ス繊維を含ませない硬石膏サンプル２においては、６０
分間の耐火テストで比較基準サンプルに比し膨張および
収縮の差が小さいことが第１図のグラフから理解されよ
う。サンプル３の場合、硬石膏の量を相当に低減し、且
非発泡性のひる石を含ませることにより、充分な耐火性
を持たせ得る。サンプル４については第１図に示してい
ないが、硬石、膏添加量をサンプル３の半分以下にした
ところ耐火テストの最稜段の３０分内の収縮特性はサン
プル３と同じであった。またサンプル５には硬石膏量を
低くし且非発泡性ひる石を含ませてないが、硬石膏配合
物の膨張・収縮性が極めて良好であった。

実験例２ 本実験例は実験例１と同様に耐火テストを行なった。こ
の場合石膏ボードのスラリに使用した半水和物の一部な
硬石膏材と置換し、小さなサイズの紙で検校した石膏ボ
ードを実験規模の石膏ボード成形ラインにより作成した
。これに使用した粒状の硬石膏量をデータで示しである
。またこの実験で用いたフランクリンファイバ（ＦＲＡ
ＮＫＬ工ＮＦＩＢＥＲ’（登録商標名））充填剤は平均
直径が約２μｍ、長さが通常５０〜６０μｍの単結晶を
有する硬石膏…状の硫酸カルシウムウィスカである。且
表示の都合上一時間の耐火テストの累積収縮のみを示午
　）　不　ヤ　乍　を 上記の結果から各種の異なる量の硬石膏により耐火性に
優れた石膏ボードを得ることができることが明らかとな
ろう。サンプル８では硬石膏を平均粒径１２μ席に粉砕
し、一方サンプル９では硬石膏を平均粒径８μｍに粉砕
して、非発泡性のひる鉱石およびガラス繊維を用いた場
合と等価な収縮特性が得られた。サンプル１２乃至１４
においては細かに粉砕した粒状の硬石膏充填剤を含ませ
ており、実質的に縮膨が０の状態から膨張状態に変化し
、サンプル１５乃至１７においては小諷の硬石膏ウィス
カー繊維を含ませており、小収縮状態から膨張状態に変
化した。

実験例３ 量産規模の石膏ボード製造装置を用い、公称厚さ１．３
ノの紙で被覆した石膏パネルを１．２７ＩＢ　Ｘ　３．
６　ｍの寸法に形成し、大規模の耐火テストを行なった
。

この耐火テストにおいては、上記の石膏パネルを、荷重
の加わってない支承壁の如く、８９ＷＬ１１Ｌのスチー
ルスタッド上にネジ止めして立設せしめ、加熱による熱
伝導状態なＡＳＴＭ　（アメリカ材料試験協会）規定に
−１１９に従って配設した９個の熱電対によりモニタし
た。このテストによれば、（１）石膏パネルの熱を直接
受けない非加熱面に付設したａ−１の熱電対の平均温度
値が周囲温度より２００°Ｆ（約９３°Ｃ）だけ上昇す
る前、並びに（２）石膏パネルの加熱を直接受けない非
加熱面に付設された個々の熱電対が周囲温度より１２５
°Ｆ（約５２°Ｃ）だけ上昇する前に、石膏パネルの耐
熱し得た回数を観察する。

非発泡性ひる鉱石５ｘおよびガラス繊維０．３ｘを含む
比較基準用の石膏パネルにおいては２０３°Ｆ（９５°
Ｃ）で４３分４０秒後非直接加熱面の一点に破壊を生じ
、１６２°ｄで４４分後非直接加熱面の多点で破壊を生
じた。更に視認により石膏パネルの直接加熱面の縁部に
最大０．６３５ｃｍの間隙を生じ且直接加熱面に割れや
頭髪態様の亀裂の徴候が確認された。、 フランクリンファイバの如き硫酸カルシウム硬焼の硬石
膏クイスカー繊維充填剤３．２５％および珪灰石３．２
５ｊ１１’を含む実験例２の石膏パネルの場合、一点に
おける破壊が４５分３０秒の電熱時間で、また多点にお
ける破壊が４６分１２秒の電熱時間で生じ、破壊までの
時間が夫々長くなった。且視認により最大撓みが１．２
７０　ｃｍ　、最大間隙が０．１５９ｅ。

またーのスタッドに沿って大きな−の亀裂が確認された
。

上述から明らかなように本発明による石膏配合物は石膏
壁板として極めて有用であり、この石膏壁板な用いて構
築した設備全体の耐火性を大巾に向上できることは理解
されよう。また本発明の石膏配合物は乾燥した焼石膏配
合物と水とを混合して得られる硬化石膏コアを用いて作
られるような他の製品の製造にも適用できる。しかして
本発明の石膏配合物に基づく乾燥した焼石膏プラスタ混
合物は金属鋳型のプラスタ釡びに乾燥したプラスタ混合
物に採用でき、この場合プラスタ並びにプラスタ混合物
を水と混合した上スチールビームおよび防蝕材等を表面
に塗布する、あるいは鋳造して仕切ブロックないしは天
井タイル、天井パネルにして耐火性を向上し得る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による２配合物サンプルおよび比較基準サ
ンプルの一時間耐火テストにより得られた膨張・収縮曲
線を示す。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石膏スラリからの硬化石膏固形分と実質的に２〜４
   ０重鷲ｘの硫酸カルシウム硬石膏■とから成り、少なく
   とも実験室での防火テストによる少なくとも一時間の耐
   火性を有する石膏ボードのコアの成形に適した石膏ボー
   ド配合物。 ２硬石膏■が天然鉱石から得られる硫酸カルシウム硬石
   膏である特許請求の範囲第１項記載の石膏ボード配合物
   。 ３、硬石膏■が焼成された硫酸カルシウム硬石膏である
   特許請求の範囲第１項記載の石膏ボード配合物。 ４、焼成された硫酸カルシウム硬石膏が粒状の硫酸カル
   シウム硬石胃である特許請求の範囲第３項記載の石膏ボ
   ード配合物。 ５、焼成された硫酸カルシウム硬石膏は長さと直径と比
   を表わすアスペクト比が２０対１より大である針状の微
   ノ」１繊維の硫酸カルシウム硬石膏である特許請求の範
   囲第３項記載の石膏ボード配合物。 ６、硬化石膏固形分には実質的に１〜１０重量％の硫酸
   カルシウム硬石膏…と実質的に１〜５重社％のひる鉱石
   と実質的に０．１〜１重蓋％のガラス繊維とが含まれて
   なる特許請求の範囲第１項記載の石膏ボード配合物。 Ｚ硬化石膏固形分には実質的に１〜１０重鼠％の硫酸力
   ルシクム硬石膏■と実質的に１〜５重社％のひる石とが
   含まれてなる特許請求の範囲第１項記載の石膏ボード配
   合物。 ８、硬化石膏からなるコアとコアを被覆するカバーシー
   トとを備え、コアには実質的に６０分間の火災熱を受け
   ても結合性を保持しかつ収縮を阻止する硫酸カルシウム
   硬石膏■が実質的に２〜４０重量％含まれた耐火性の石
   膏ボード製品。 ９、コアには実質的に０．１〜１重量Ｘのガラス繊維と
   非発泡性ひる石および珪灰石からなる群から選択された
   実質的に１〜５重量重量材料とが含まれてなる特許請求
   の範囲第８項記載の石膏ボード製品。 １０．硫酸カルシウム半水和物と、実質的に１〜１０重
   Ｍ％の硫酸カルシウム硬石膏■と、ガラス繊維、非発泡
   性ひる石、珪灰石およびその混合物からなる群から選択
   された実質的に０１〜５重量％の材料とを含む耐火性の
   プラスタ製品。