(57)【要約】【課題】  高温多湿な日本の住宅用建築材料として、瓦やレンガ等の原料である極めて安価なせっ器粘土を使用して、エネルギー消費の極めて少ない炭酸固化法による調湿機能を有する安価な材料を提供すること。【解決手段】  消石灰１０〜７０ｍａｓｓ％と粘土瓦やレンガ等の安価な原料であるせっ器粘土３０〜９０ｍａｓｓ％との混合粉末粉末からなる含水成形体を炭酸固化させることにより作製した、かさ比重が１．５〜２．０、曲げ強さ２〜１０ＭＰａの安価な調湿材料。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
消石灰とせっ器粘土との混合粉末からなる含水成形体を炭酸固化することにより得られた調湿材料。
【請求項２】
せっ器粘土中に含有される結晶性の悪い粘土鉱物のもつ表面吸着水及び層間水構造を調湿機能として利用した請求項１の調湿材料。
【請求項３】
消石灰１０〜７０ｍａｓｓ％とせっ器粘土３０〜９０ｍａｓｓ％の範囲で混合した粉末を原料とする請求項１または２の調湿材料。
【請求項４】
せっ器粘土の一部に、無機系廃棄物粉末を使用した請求項１、２または３の調湿材料。
【請求項５】
消石灰の一部に、カルシウム含有廃棄物粉末を使用した請求項１、２、３または４の調湿材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、せっ器粘土、炭酸カルシウム、及び無機系廃棄物との複合体からなる調湿材料に関する。
【背景技術】
【０００２】  日本の気候が高温多湿であることから、昔の住宅は、木材や土壁が建材として使用され、比較的空気の抜けやすい、湿気がたまりにくい住宅構造であった。しかし、夏の暑さ、冬の寒さへの対策として、またエネルギーの有効活用を目的として、最近の住宅は高断熱・高気密化が進み、結果として室内外の温度差も大きくなり、構造的に結露を生みやすい住環境となっている。さらに、加湿器ややかんのスチームなども高湿度の住環境を生みやすくしている。【０００３】  この様な状況の下、壁材として古くからある土壁の良さが見直され、回帰する動きもあるが、土壁の施工には熟練左官工が必要であり、かつ施工期間が極めて長いなどの理由により、優れた調湿機能を有するにもかかわらず、土壁施工は増加しているとはいえない。一方、多孔質無機粉末である鹿沼土や珪藻土と粘土との混合物を成形した後、８００℃前後の温度で焼成した調湿建材が開発され市販されている。これらは、十分な調湿機能を有しているが、焼成工程を要することによる化石燃料の燃焼による炭酸ガス放出、多孔質無機粉末が従来の建材用原料としては比較的高価であり、最終製品の価格が高くなること等の問題を有している。また、上記多孔質無機粉末を石こう、セメント、あるいは樹脂等で固化体とした調湿建材も製造販売されている。【０００４】  特許文献１には、稚内珪藻土の粉砕物を単独で使用するか、あるいはこれとその他のセラミックス原料と配合して成形、焼成することを特徴とする調湿機能材料の製造方法、及び稚内珪藻土を単独で使用するか、あるいはこれをフィラーとしてその他の材料と複合し、不焼成とすることを特徴とする調湿機能材料の製造方法が開示されている。【０００５】  さらに、特許文献２では、アロフェン又はイモゴライトと石膏、モルタルなどの凝結硬化剤と混合、成形、凝結させてなる調湿建材、及びアロフェン又はイモゴライトを単独又は他のセラミックス原料と混合、成形、焼成させてなる調湿建材について開示されている。【０００６】  一方、特許文献３では、珪藻土、鹿沼土、ゼオライト等天然多孔質材が１００重量部に対して、セピオライト３０〜５０重量部、消石灰６０〜９０重量部、天然繊維１〜５重量部、及び水２０〜４０重量部からなる複合素地を成形、常温で養生してなる天然多孔質壁材及びその製造方法が開示されている。これら特許文献１、２及び３における調湿材料は、いずれも多孔質粉末を調湿機能付与材として使用しており、多孔質粉末が建築材料の原料としては高価であること、また、産出する地域以外での生産活動には、原料の運搬経費等が必要となることなど、調湿材料を普及させる上で問題がある。【０００７】  特許文献４では、水酸化アルミニウムにカオリン質粉体を配合し、水ガラスを添加した成形体を６００〜１１５０℃で焼成することにより作製された調湿建材が開示されており、９００℃で焼成したものが最も高い調湿機能を示したとしているが、化石燃料等を使用した焼成工程を経ることでコスト高になるだけでなく、炭酸ガス放出という地球温暖化の原因を助長する。【０００８】  特許文献５では、可塑性を有するカオリン鉱物を成形した後、９００〜１１００℃で仮焼後、アルカリ性溶液に浸せきさせて多孔質化する���とを特徴とする調湿内装壁材の製造方法が開示されているが、焼成過程を必要とするゆえのコスト高及び炭酸ガス排出の問題、及び多孔質化に使用するアルカリ性溶液の排出処理の問題等がある。【０００９】  特許文献６では、有機繊維または鉱物質繊維に加水処理および解繊処理を施して天然鉱物粉体を混合し、この混合物を加圧成形および固化処理して板状となすことを特徴とする調湿性繊維板の製造方法を開示しているが、使用する繊維は短繊維であることから、高強度化は期待できても、折り曲げた際破壊すること、使用する天然鉱物がオーパリンシリカやスメクタイトを主成分とする鉱物、ベントナイト、あるいは木節粘土などの１ｋｇあたり５０円以上の原料を使用すること、および成形助剤や固化後の増強材としてメトローズを使用しているなど、安価な実用調湿材を製造するには未だ検討すべき問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２７２８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３８０２１号公報
【特許文献３】特許番号第２９８８１９６号
【特許文献４】特開２００２−２４９３７２号公報
【特許文献５】特開平１１−２９３７３号公報
【特許文献６】特開２００３−１１７９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  本発明の目的は、せっ器粘土を調湿機能付与材として使用し、消石灰とせっ器粘土との混合粉末の含水成形体を炭酸固化することにより得られる、安価な調湿材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、以下の（１）ないし（５）のせっ器粘土を調湿機能付与材として使用した調湿材料を要旨としている。
（１）消石灰とせっ器粘土との混合粉末からなる含水成形体を炭酸固化することにより得られた調湿材料。
（２）せっ器粘土中に含有される結晶性の悪い粘土鉱物のもつ表面吸着水及び層間水構造を調湿機能として利用した（１）の調湿材料。
（３）消石灰１０〜７０ｍａｓｓ％とせっ器粘土３０〜９０ｍａｓｓ％の範囲で混合した粉末を原料とする（１）または（２）の調湿材料。
（４）せっ器粘土の一部に、無機系廃棄物粉末を使用した（１）、（２）または（３）の調湿材料。
（５）消石灰の一部に、カルシウム含有廃棄物粉末を使用した（１）、（２）、（３）または（４）の調湿材料。
【発明の効果】
【００１２】  安価な粘土瓦やレンガ等の原料であるせっ器粘土を調湿機能付与材として使用し、消石灰とせっ器粘土との混合粉末による含水成形体を炭酸固化することにより得られた、炭酸カルシウムとせっ器粘土の複合体である調湿材料を製造することができる。
【発明の実施をするための最良の形態】
【００１３】  原料として使用する消石灰およびせっ器粘土について説明する。
本発明における調湿材料を作製する上で使用する原料の１０〜７０ｍａｓｓ％の消石灰原料には、石灰石を仮焼して生石灰とした後、消化することにより消石灰とした原料を使用するが、その一部にカルシウム含有廃棄物である生コン廃泥、貝殻、鶏糞等を８００℃以上で仮焼した粉末を使用することも可能である。
【００１４】  また、本発明で使用する原料の３０〜９０ｍａｓｓ％のせっ器粘土としては、粘土瓦、レンガ、タイル、植木鉢等の生産に国内の陶業地で使用されている安価な原料を使用することができる。せっ器粘土は、第４紀の頁岩の風化物、凝灰質頁岩の風化物といわれ、石英、長石、結晶性の悪い雲母及び粘土鉱物により主として構成される、可塑性の大きい低級粘土である。一般に、板状形態を示す粘土鉱物の水には、粒子の表面に吸着する吸着水、粘土鉱物の結晶の層間に含まれる層間水、及び結晶構造の内部に含まれる結晶水の三種類が存在する。これらの中で吸着水及び層間水は、１００〜２００℃の温度域に加熱されると粘土鉱物中から放出されるが、再び室温に戻されると空気中の水分等を吸収し、吸着水及び層間水として粘土鉱物中に存在するという特性を有している。
【００１５】  これまでに木節粘土等の粘土鉱物を調湿性付与材として使用した例はあるが、食器等の陶磁器原料として使用されている木節粘土は、一部石英の微粒子を含有しているが、主として結晶性のよいカオリン鉱物により構成され、鉄分含有量の少ない原料ではあるものの、枯渇化が問題となっており、かつ１ｋｇ当たり５０円以上の価格となっている。一方、１ｋｇ当たり１〜３円と極めて安価なせっ器粘士は、鉄分を数％含有しており、粘土瓦やレンガ工場において、半湿式成形による成形体を約１５０℃での乾燥後、焼成工程まで時間が経過した場合、空気中の水分を吸着して重量増となる現象から、本発明ではせっ器粘土に含有される結晶性の悪い粘土鉱物の吸着水や層間水の可逆反応を調湿機能として利用できると考えたものである。したがって、製造される調湿材料に使用されるせっ器粘土中の粘土鉱物の含有量が、最終の調湿機能に大きく影響するものである。
また、本発明で使用するせっ器粘土の一部にフライアッシュ、砕石廃泥、浄水汚泥、建設汚泥、石材スラッジ、スラグ、ため池やダム堆積泥等の無機系廃棄物の粉末を使用することが可能である。
【００１６】  消石灰１０〜７０ｍａｓｓ％とせっ器粘土３０〜９０ｍａｓｓ％の合計１００ｍａｓｓ％の混合粉末に対して適量の水を添加し、アイリッヒミキサー等で充分に混合した後、３０ＭＰａ以下の圧力で一軸プレス成形機により作製した成形体を炭酸固化反応させることにより調湿材料とする。消石灰とせっ器粘土との混合粉末の成形体密度は、成形圧力が高くなるほど高密度の調湿材料が得られることから、一軸プレス成形においては、成形圧力が高くなるほど成形体の密度が高くなるが、成形圧力が高くなると高能力の高価なプレス成形機が必要になることから、一般的な陶磁器質タイルの乾式プレス成形圧力である３０ＭＰａ以下の圧力で十分である。また、成形方法としては、多量の水を添加した押出成形法や型への流し込み成形法により成形することも可能である。
【００１７】  つぎに、消石灰を１０〜７０ｍａｓｓ％、せっ器粘土３０〜９０ｍａｓｓ％の混合粉末による含水成形体の炭酸固化することにより調湿材料とする方法は、反応時間はかかるものの空気中に放置し、空気中に含まれる炭酸ガスにより固化させても良いし、炭酸ガス雰囲気中で強制的に炭酸固化させても良い。炭酸固化過程で炭酸ガスによる炭酸化反応が水を媒体として進むことから、成形体内部に若干の水分を残した状態が望ましい。この様に、本発明による調湿材料は不焼成であることから、調湿機能を付与するせっ器粘土に含有される結晶性の悪い粘土鉱物の有する表面吸着水や層間水の構造を損なうことなく、調湿材料を製造し得る方法である。
【００１８】  以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】  入交産業製消石灰（雪印）３０ｍａｓｓ％とせっ器粘土７０ｍａｓｓ％の混合粉末に対して水を６ｍａｓｓ％添加・混合した後、２５ＭＰａの圧力で一軸プレス成形した約２５０×２５０×１０ｍｍの成形体を、炭酸ガス雰囲気中で炭酸固化することにより調湿材料とした。使用したせっ器粘土としては、香川県内で粘土瓦用原料として使用されている豊中粘土、山本粘土及び丸亀粘土、愛知県三河地区で瓦用原料として調合・販売されている（株）カオリンの配合土、兵庫県淡路島でいぶし瓦用原料として（株）平成産業で使用されている鳥飼粘土、さらに岐阜県多治見市で産出する高田せっ器粘土の計６種類である。これらせっ器粘土は粘土瓦、レンガ、タイル、陶管の原料として使用されており、主たる構成物質としては石英、長石及び結晶性の悪いカオリン鉱物、クロライト、イライトなどの粘土鉱物である。【００２０】  上記６種類のせっ器粘土による固化体について、三点曲げ法による曲げ強さ、アルキメデス法によるかさ比重を測定した。さらに、固化体の２５０×２５０ｍｍの一面を残し、他の５面をアルミニウム製テープで被覆することにより封止し、これを温度２５℃、湿度５０％の恒温恒湿槽中に２４時間おいた後、槽内を温度２５℃、湿度９５％とし、２４時間経過後の固化体の重量増変化を吸湿量（ｇ／ｍ２）として測定した。その後、恒温恒湿槽内を温度２５℃、湿度５０％とし、２４時間経過後の重量減変化を放湿量（ｇ／ｍ２）として測定し、これら測定結果を表１に示す。【００２１】
【表１】
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【００２２】  表１において、かさ比重は１．７１〜１．９２の間にあり、一般的な陶磁器質材料に比べて小さい値となっている。また、吸・放湿量はいずれの試料においても１９０ｇ／ｍ２以上の値を示しており、せっ器粘士を調湿機能付与材として使用し、炭酸固化体を作製することにより優れた調湿材料を作製できることが判明した。なお、試作した６種類の試料の中で、吸・放湿量が異なるのは、せっ器粘土中に含有する粘土鉱物種の量及び種類によるものと考えられる。
【実施例２】
【００２３】  実施例１で使用したものと同一の消石灰と豊中粘士を使用し、消石灰１０〜７０ｍａｓｓ％と豊中粘土３０〜９０ｍａｓｓ％、計７種類の配合物について、実施例１と同様の方法で調湿材料を作製し、同様の評価試験を行った。表２に原料配合と試作した固化体の諸物性を示す。【００２４】
【表２】
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【００２５】  消石灰の配合量に関係なくかさ比重は１．８１〜１．９１の間の値を示しているが、曲げ強さは消石灰の配合量の増加と共に増加し、消石灰配合量６０，７０ｍａｓｓ％で一定の値となっている。吸・放湿量は豊中粘土の配合量の増加と共に増加しており、豊中粘土９０ｍａｓｓ％の試料では、吸湿量５３４ｇ／ｍ２、放湿量４５９ｇ／ｍ２と大きい値を示しており、豊中粘土３０ｍａｓｓ％でも吸湿量１６８ｇ／ｍ２、放湿量１３１ｇ／ｍ２と十分な調湿機能を示している。
【実施例３】
【００２６】  実施例１で使用したものと同一の豊中粘土を５０ｍａｓｓ％、消石灰を３０ｍａｓｓ％に固定し、残りの２０ｍａｓｓ％にそれぞれ砕石廃泥、石材スラッジ、高炉スラグ、フライアッシュ、生コン廃泥仮焼物を使用した５種類、及び豊中粘土を５０ｍａｓｓ％、消石灰を２０ｍａｓｓ％、生コン廃泥仮焼物３０ｍａｓｓ％の計６種類の配合物について、実施例１と同様の方法で調湿材料を作製し、同様の評価試験を行った。砕石廃泥はコンクリート用粗骨材や細骨材を採掘する過程で、不要部分として排出されるものであり、本実施例で使用した砕石廃泥は、平均粒子径が２６μｍで、主たる構成物質は石英、長石及びモンモリロナイトや雲母鉱物等の粘土鉱物である。石材スラッジは墓石や建築材料として花崗岩等を切断・研磨加工する工程で排出される加工屑で、平均粒子径が９．８μｍ、主たる構成物質は石英、長石、雲母鉱物である。高炉スラグは、鉄鉱石から銑鉄を製錬採取する際に複製されるもので、ＪＩＳＡ５０１１−１に規定されている粒径が１．２ｍｍ以下の高炉スラグ細骨材である。フライアッシュは石炭火力発電所から排出される石炭灰で、平均粒子径が２６μｍで主たる構成物質は石英、ムライト、残留炭素である。生コン廃泥は、生コン製造プラントにおいて、プラント洗浄時に排出されるもので、平均粒子径が１５μｍ、主たる構成物質は石英、カルシウムシリケート化合物、炭酸カルシウムであり、８００℃で仮焼して生コン廃泥仮焼物として使用した。表３に原料配合と試作した固化体の諸物性を示す。【００２７】
【表３】
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【００２８】  使用する無機系廃棄物の種類により吸・放湿量は異なるが、いずれも２００ｇ／ｍ２以上の吸湿量、１４０ｇ／ｍ２以上の放湿量を示しており、せっ器粘土及び一部無機系廃棄物を使用した炭酸固化体は調湿材料として使用できることが判明した。なお、生コン廃泥仮焼物を使用した試料は、他の無機系廃棄物を使用した試料と比較して大きい曲げ強さを示しているが、生コン廃泥中に含有されている炭酸カルシウムが、カルシウム源となり、結果として消石灰配合量が３０ｍａｓｓ％以上となったことによるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  安価な瓦、レンガ等の原料であるせっ器粘土を調湿機能付与材として使用した、炭酸カルシウムとせっ器粘土との複合体である調湿材料を、高温多湿な日本の住宅の建築材料として使用できる可能性がある。