(57)【要約】【課題】  耐火性に優れ、かつ、曲げ強度に優れた石膏成形体およびその製造方法を提供する。また、当該石膏成形体を含む建築用材料を提供する。【解決手段】  石膏と酢酸セルロースを含有し、前記酢酸セルロースの含有量が、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して６質量部以上３５質量部以下である石膏成形体。また、前記石膏成形体は、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含む原料を混練し、混合物を得る混練工程と、前記混合物を成形する成形工程と、を有する石膏成形体の製造方法により製造できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏と酢酸セルロースとを含み、
前記酢酸セルロースの含有量が、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して６質量部以上３５質量部以下である石膏成形体。
【請求項２】
前記酢酸セルロースの含有量が、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して２３質量部以下である請求項１に記載の石膏成形体。
【請求項３】
コーンカロリーメータを用いた発熱性試験において、加熱開始後の総発熱量が８ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間が５分以上である請求項１または２に記載の石膏成形体。
【請求項４】
曲げ強度が６Ｎ／ｍｍ2以上である請求項１から３のいずれかに記載の石膏成形体。
【請求項５】
前記石膏は二水石膏を含む請求項１から４のいずれかに記載の石膏成形体。
【請求項６】
前記石膏は石膏ボードの破砕物である請求項１から５のいずれかに記載の石膏成形体。
【請求項７】
厚さが９．５ｍｍ以上２１ｍｍ以下の板状部を有する成形体である請求項１から６のいずれかに記載の石膏成形体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の石膏成形体を含む建築用材料。
【請求項９】
石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含む原料を混練し、混合物を得る混練工程と、
前記混合物を成形する成形工程と、を有する石膏成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記混練は、溶液混練である請求項９に記載の石膏成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石膏成形体およびその製造方法、ならびに、前記石膏成形体を含む建築用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
石膏ボードは、耐火性や遮音性に優れ、安価であることから、建築用材料として広く使用されているが、石膏ボードの使用の増加に伴い、廃棄される石膏ボード（廃石膏ボード）の処理が問題となっている。今後も、廃石膏ボードの廃棄量の増大が予想されることから、廃石膏ボードを再利用（リサイクル）する技術の開発はますます重要となっている。
【０００３】
石膏ボードに含まれる石膏は、主に二水石膏であり、再利用においては、加熱により半水石膏または無水石膏に変換した後に利用されることが多い。この加熱にはコストがかかるという問題があるため、石膏ボードの大半は、依然として、産業廃棄物として埋立処分されているのが現状である。そこで、廃石膏ボードの石膏成分を、半水石膏または無水石膏に変換することなしに、再利用できる技術が望まれている。
【０００４】
また、石膏は、強度が低いという欠点があり、強度を向上させるために、石膏に強化繊維、樹脂、木質チップ等を混合させる方法も知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、人工木材（ＷＰＣ）の代替品として、天然の木材と同等若しくはそれを超える難燃性を有する木質調合成樹脂組成物として、合成樹脂成分１００重量部と石膏成分３０乃至２００重量部とを含む樹脂組成物であって、当該組成物は、当該合成樹脂成分中に当該石膏成分が均一に分散して混合せしめられており、且つ、当該組成物には、更に繊維成分が混在せしめられており、更に、当該石膏成分には、その中に、２乃至１５重量％、好ましくは、３乃至８％、より好ましくは、４乃至６％の結晶水が閉じ込められている事を特徴とする難燃性を有する木質調合成樹脂組成物が開示されている。
また、特許文献２には、天然の木材と同等若しくはそれを超える難燃性を有する木質調合成樹脂組成物の成形体製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１３７３４０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５０７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１や２に記載の木質調合成樹脂組成物は、ある程度の耐熱性を有してはいるものの、建築基準法の定める基準を満足するまでには至っていない。そのため、建築用材料としては使用できず、用途が限られていた。
建築基準法で定められた防火材料としての基準を満足する性能を有することで、建築用途の使用範囲を広げられるが、石膏に有機物を添加した場合、耐火性は低下する傾向にある。一般的に、耐火性を維持するためには、有機物の添加量が制限され、少量の添加量では十分な強度の向上は期待できないと考えられていた。そのため、石膏に有機物を添加した系においては、曲げ強度と耐火性を両立させることは困難であると考えられていた。
【０００８】
かかる状況下、本発明の目的は、耐火性に優れ、かつ、曲げ強度に優れた石膏成形体およびその製造方法を提供することである。また、本発明の目的は、前記石膏成形体を含む建築用材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞  石膏と酢酸セルロースとを含み、前記酢酸セルロースの含有量が、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して６質量部以上３５質量部以下である石膏成形体。
＜２＞  前記酢酸セルロースの含有量が、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して２３質量部以下である前記＜１＞に記載の石膏成形体。
＜３＞  コーンカロリーメータを用いた発熱性試験において、加熱開始後の総発熱量が８ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間が５分以上である前記＜１＞または＜２＞に記載の石膏成形体。
＜４＞  曲げ強度が６Ｎ／ｍｍ2以上である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の石膏成形体。
＜５＞  前記石膏は二水石膏を含む前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の石膏成形体。
＜６＞  前記石膏は石膏ボードの破砕物である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の石膏成形体。
＜７＞  厚さが９．５ｍｍ以上２１ｍｍ以下の板状部を有する成形体である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の石膏成形体。
＜８＞  前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の石膏成形体を含む建築用材料。
＜９＞  石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含む原料を混練し、混合物を得る混練工程と、前記混合物を成形する成形工程と、を有する石膏成形体の製造方法。
＜１０＞  前記混練は、溶液混練である前記＜９＞に記載の石膏成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐火性に優れ、かつ、曲げ強度に優れた石膏成形体およびその製造方法が提供される。また、前記石膏成形体を含む建築用材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】酢酸セルロースの含有量における曲げ強度試験の結果をプロットしたグラフである。
【図２】酢酸セルロースの含有量における耐火試験の結果をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。なお、本明細書において「〜」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。
【００１４】
［石膏成形体］
本発明は、石膏と酢酸セルロースとを含み、前記酢酸セルロースの含有量が、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して６質量部以上３５質量部以下である石膏成形体（以下、「本発明の石膏成形体」と記載する場合がある）に関する。
【００１５】
本発明は、石膏に少量の酢酸セルロースを添加した石膏成形体は、酢酸セルロースの添加量が少量にもかかわらず、市販の石膏ボードと同等の曲げ強度を有すること、さらに、有機物（酢酸セルロース）の添加にもかかわらず、難燃剤を添加しなくても、建築基準法で定められた準不燃材料または難燃材料の条件を満足しうるという知見を見出したことに基づくものである。
【００１６】
本発明の石膏成形体において、酢酸セルロースの含有量の下限は、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して６質量部以上である。酢酸セルロースの含有量を６質量部以上とすることで、市販の石膏ボードのように石膏ボード用原紙（以下、「石膏紙」と称する）で挟むことなしに、市販の石膏ボードと同等以上の曲げ強度を有する石膏成形体とすることができる。
必ずしも石膏紙で挟む必要がないため、板状以外の形状にも成形しやすく、石膏成形体の形状の自由度が高くなるという利点もある。
【００１７】
曲げ強度をより向上させるためには、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースの含有量が８質量部以上であることが好ましく、１０質量部以上であることがより好ましい。
【００１８】
また、本発明の石膏成形体において、酢酸セルロースの含有量の上限は、前記石膏と前記酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して３５質量部以下である。酢酸セルロースの含有量は、３５質量部を超えても、曲げ強度の向上に対する効果は低いうえに、樹脂単独と同等の耐火性しか得られない。
【００１９】
また、酢酸セルロースの含有量が３５質量部では、使用用途によっては耐火性の観点から、石膏成形体を厚くする必要があり、使用時の取り扱いが困難な場合がある。耐火性により優れ、使用時に取り扱いやすい成形体とするためには、酢酸セルロースの含有量は３０質量部以下が好ましく、２５質量部以下がより好ましい。
【００２０】
本発明の石膏成形体は、コーンカロリーメータを用いた発熱性試験において、加熱開始後の総発熱量が８ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間（耐火時間）が５分以上である石膏成形体とすることができる。なお、「コーンカロリーメータを用いた発熱性試験」は、ＩＳＯ  ５６６０−１（２００２）に準拠したものである。
なお、建築基準法に定める難燃材料または準不燃材料または不燃材料は、コーンカロリーメータを用いた発熱性試験における耐火時間に応じて分類される。具体的には、加熱開始後、試験片表面を加熱することによって生じる総発熱量が８ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間（耐火時間）を測定し、２０分以上必要な成形体（すなわち、加熱開始後２０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ2以下の成形体）は、「不燃材料」と定義される。加熱開始後、総発熱量８ＭＪ／ｍ2に１０分以上２０分未満で到達する成形体（すなわち、加熱開始後１０分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ2以下の成形体）は、「準不燃材料」と定義される。加熱開始後、総発熱量８ＭＪ／ｍ2に５分以上１０分未満で到達する成形体（すなわち、加熱開始後５分間の総発熱量が８ＭＪ／ｍ2以下の成形体）は、「難燃材料」と定義される。
すなわち、本発明の石膏成形体は、建築基準法で定められた難燃材料または準不燃材料または不燃材料の基準を満足する成形体（特に、建築基準法で定められた難燃材料または準不燃材料の基準を満足する成形体）とすることができる。
【００２１】
耐火性の観点からは、特に、本発明の石膏成形体は、酢酸セルロースの含有量が、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して２３質量部以下であることが好ましい。酢酸セルロースの含有量が２３質量部以下であれば、一般的な石膏ボードと同様の厚さ（９〜２１ｍｍ）の板状体としても、建築基準法で定められた難燃材料以上の耐火性を有する成形体とできるため好ましく、２０質量部以下がより好ましく、１５質量部以下がさらに好ましい。
【００２２】
本発明の石膏成形体の強度は、ＪＩＳ  Ａ６９０１（２０１４）せっこうボード製品のＧＢ−Ｒの規格値である曲げ破壊荷重３６０Ｎ以上（スパン３００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ９．５ｍｍ）、すなわち曲げ強度では６Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましく、ＧＢ−Ｒ−Ｈの規格値である曲げ破壊荷重５００Ｎ以上（スパン３００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ９．５ｍｍ）、すなわち曲げ強度では８．３Ｎ／ｍｍ2以上であることがより好ましい。
また、本発明の石膏成形体において、曲げ強度の上限は特に限定されず、例えば、２０Ｎ／ｍｍ2以下や、１５Ｎ／ｍｍ2以下とすることができる。
なお、「曲げ強度」は、ＪＩＳ  Ａ１４０８（２０１１）建築用ボード類の曲げ及び衝撃試験方法に基づき算出することできる。
【００２３】
以下、本発明の石膏成形体を構成する成分について説明する。
【００２４】
［石膏］
石膏とは、硫酸カルシウムを主成分とする鉱物であり、石膏ボードとして建築用材料に広く使用されている。
本発明の石膏成形体を構成する石膏の種類は、特に限定されず、二水石膏であっても、半水石膏であっても、無水石膏であっても、それらの混合物であってもよい。耐火性をより向上させるためには、石膏は、二水石膏を含む（例えば、石膏成分中に二水石膏を９０質量％以上や９５質量％以上含む）ことが好ましく、実質的に二水石膏からなることがより好ましい。
石膏は、石膏ボードの破砕物等のリサイクル石膏であってもよい。本発明の石膏成形体は、リサイクル石膏を大量かつ有効に使用できる新規の用途となり、リサイクル石膏の利用拡大が期待できる。
【００２５】
石膏ボードの破砕物の形状や大きさは、特に限定されるものではないが、酢酸セルロースと均一に混合するためには粉末あるいはフレーク状であることが好ましい。例えば、平均粒径（直径または最大径）が、０．１〜５ｍｍ程度の粉末を用いることができる。
【００２６】
［酢酸セルロース］
酢酸セルロース（ＣＡ）とは、セルロースを酢酸エステル化した半合成樹脂であり、その合成方法により、エステル化の程度（アセチル置換度）や分子量等を調整される。
本発明の石膏成形体を構成する酢酸セルロースの種類は、特に限定されず、目的に応じて、１種類の酢酸セルロースから構成されても、物性の異なる２種以上の酢酸セルロースで構成されてもよい。
酢酸セルロースのアセチル置換度（平均置換度）は、特に限定されず、石膏成形体の製造方法等を考慮して適宜決定すればよいが、通常１．６〜３．０程度であり、１．８〜２．９が好ましく、２．２〜２．６であることがより好ましい。
酢酸セルロースの重量平均分子量は、５０，０００〜５００，０００とすることができ、１００，０００〜３００，０００であってもよい。
【００２７】
本発明の石膏成形体は、難燃剤等を添加しなくても、耐火性と曲げ強度を両立することができるが、より耐火性や曲げ強度を向上させるために、石膏と酢酸セルロース以外の成分を含んでいてもよい。
例えば、より強度を向上させるために、ガラス繊維や炭素繊維等を混合させてもよい。また、意匠性の観点から、着色剤等を混合させてもよい。また、石膏紙や可塑剤等を含んでいてもよい。
【００２８】
一方で、石膏および酢酸セルロース以外の可燃性成分が多すぎると、石膏本来の耐火性が損なわれる。そのため、曲げ強度と耐火性を両立するために、通常、本発明の石膏成形体は、石膏成形体１００質量部に対して、石膏と酢酸セルロースとの合計の含有量が９０質量部以上である。好ましくは９５質量部以上であり、より好ましくは９８質量部以上である。
【００２９】
本発明の石膏成形体の形状は、その使用目的等を考慮して適宜設計すればよく、板状部や棒状部を有する成形体とすることができる。板状部の厚さの下限は、８ｍｍ以上であっても、９．５ｍｍ以上であってもよい。板状部の厚さの上限は、２１ｍｍ以下であっても、１５ｍｍ以下であっても、１２．５ｍｍ以下であってもよい。例えば、厚さが９．５〜２１ｍｍの板状部を有する成形体（好ましくは、板状体）とすることができ、このような厚みであると市販の石膏ボードとの置き換えが容易である。
【００３０】
また、建築用材料としての使用を想定した場合、密度が高すぎると、取り扱いが困難となる。本発明の石膏成形体の密度は、通常１．０〜１．２５程度である。
【００３１】
［製造方法］
また、本発明は、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含有する原料を混練し、混合物を得る混練工程と、前記混合物を成形する成形工程と、を有する石膏成形体の製造方法（以下、「本発明の製造方法」と記載する場合がある）に関する。ここで、前記原料は、石膏と酢酸セルロースを含む原料組成物であって、前記原料組成物中の石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含有するものである。本発明の製造方法により、上述した本発明の石膏成形体を好適に製造できる。
【００３２】
原料に使用できる石膏は、特に限定されず、従来公知の石膏が使用できる。また、石膏は、二水石膏であっても、半水石膏であっても、無水石膏であっても、それらの混合物であってもよい。
【００３３】
また、原料に用いる石膏は、リサイクル石膏であってもよい。すなわち、使用後の石膏ボードや石膏ボード加工時の端材を使用してもよい。
上述のように、廃棄された石膏ボードの有効活用が求められており、この観点から、使用される石膏は、リサイクル石膏であることが好ましい。
本発明の製造方法では、リサイクル石膏を原料に用いたとしても、特段の化学処理を施すことなく建築用材料として使用できる耐火性と曲げ強度に優れた石膏成形体を製造可能である。
【００３４】
原料に用いる石膏がリサイクル石膏である場合、石膏ボードの破砕方法は特に限定されない。石膏ボードは、石膏紙が付着した状態で破砕しても、石膏紙を剥離して破砕してもよい。また、酢酸セルロースとの混合時に石膏ボードを破砕してもよい。
【００３５】
石膏ボードの破砕物の形状や大きさは、特に限定されるものではないが、酢酸セルロースと均一に混合するためには粉末あるいはフレーク状であることが好ましい。酢酸セルロースとより均一に混合するという観点からは、石膏ボードの破砕物は粉末であることが好ましい。例えば、粒径（直径または最大径）が、０．１〜５ｍｍの粉末を用いることができる。
このような石膏ボードの破砕物としては、ハンマーミルのような破砕機を用いて機械的に破砕した破砕物が用いられる。
なお、石膏ボードの破砕物は、石膏紙を含んでも、石膏紙が分離されたものであってもよい。
【００３６】
原料に使用できる酢酸セルロースは、特に限定されず、従来の公知の酢酸セルロースを使用することができる。この酢酸セルロースは、形状は特に限定されず、製造装置等に応じて適宜調整することができる。また、酢酸セルロースは、粉末状であっても、ペレット状であっても、フレーク状であっても、繊維状であってもよい。
原料に用いる酢酸セルロースは、本発明の石膏成形体を構成する酢酸セルロースの物性と同様のものを使用できる。
また、原料に用いる酢酸セルロースは市販の酢酸セルロースをそのまま用いることもできる。可塑剤などの添加剤を含むペレット等をそのまま使用してもよく、事前に除去して用いてもよい。
【００３７】
石膏と酢酸セルロースの混合比は、使用用途や混錬方法に応じて、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含有する範囲で適宜調整すればよい。耐火性と曲げ強度に優れた石膏成形体を得るためには、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースの含有量は８質量部以上であることが好ましく、１０質量部以上であることがより好ましい。また、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースの含有量は３０質量部以下が好ましく、２５質量部以下がより好ましく、２０質量部以下がさらに好ましく、１５質量部以下がさらに好ましい。
【００３８】
また、石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、酢酸セルロースを６質量部以上３５質量部以下含有する原料は、石膏と酢酸セルロース以外の成分を含んでいてもよく、例えば、ガラス繊維や炭素繊維、着色剤等を含んでいてもよい。
【００３９】
本発明の製造方法は、混練が溶液混練である第１の態様と、混練が溶融混練である第２の態様とに大別できる。
以下、それぞれの態様について説明する。
【００４０】
本発明の製造方法の第１の態様は、混練が溶液混練である製造方法である。
すなわち、混練工程が、石膏、酢酸セルロースおよび溶媒を含む原料を混練し、混合物を得る混練工程である製造方法である。
【００４１】
混練工程にて、使用できる溶媒は、酢酸セルロースを溶解や膨潤できる溶媒であれば特に限定されないが、除去のしやすさから、沸点の低い溶媒が好ましい。
このような溶媒としては、アセトンや含水アセトン等が挙げられる。
【００４２】
混練工程にて、使用する溶媒の量は、石膏と酢酸セルロースを混練し、粘土状にすることができる量であればよく、溶媒の種類等に応じて適宜調整すればよい。例えば、原料に含まれる石膏と酢酸セルロースとの合計１００質量部に対して、原料に含まれる溶媒３０〜８０質量部とすることが好ましい。溶媒の量が少なすぎると、石膏と酢酸セルロースとが均一に混合しにくく、成形しにくい。溶媒の量が多すぎると、流動性が高くなりすぎて成形性が低下するばかりでなく、溶媒の除去も長時間かかるため経済的でない。
【００４３】
混練には、公知の方法、例えば、ニーダー、ミキサー等を用いて行うことができる。
【００４４】
混練工程にて得られた石膏と酢酸セルロースを含む混合物は、成形工程にて成形される。成形は、例えば、石膏と酢酸セルロースを含む混合物を、目的に応じた任意の金型に充填し行うことができる。
また、従来の石膏ボードの製造方法と同様にして製造することができ、石膏紙で挟み成形してもよい。
【００４５】
石膏と酢酸セルロースを含む混合物は、成形後に乾燥させ、溶媒を揮発させることで、石膏成形体が得られる。
乾燥温度は、溶媒の種類等に応じて適宜決定される。乾燥温度が高すぎると、石膏中の結晶水が揮発し、耐火性が低下しうる。また、乾燥温度が低すぎると、溶媒を揮発させるために長時間かかるため好ましくない。乾燥温度は、１０℃以上が好ましく、２５℃以上がより好ましい。また、乾燥温度の上限は１５０℃であることが好ましく、１２０℃以下がより好ましい。
【００４６】
乾燥時間は、石膏成形体の大きさや溶媒の種類、乾燥温度等に応じて適宜決定される。乾燥時間は、溶媒が揮発できる時間以上であればよく、１時間以上であっても、２時間以上であっても、５時間以上であっても、１０時間以上であってもよい。乾燥時間の上限は特に限定されないが、２４時間以下や１２時間以下とすることができる。
【００４７】
本発明の製造方法の第２の態様は、混練が溶融混練である製造方法である。
すなわち、混練工程が、石膏、溶融された酢酸セルロースを含む原料を混練し、混合物を得る混練工程である製造方法である。
溶融温度は、酢酸セルロースが溶融する温度であればよく、酢酸セルロースの分子量や可塑剤の添加等により適宜調整できる。例えば、溶融温度は、５０〜２３０℃や１８０〜２３０℃とすることができる。ただし、１５０℃以上にすると二水石膏が半水石膏に変換するため、水の蒸発を抑える機能が必要となる。
溶融混練された石膏と酢酸セルロースとの混合物は、成形工程にて、成形される。
【００４８】
混練工程と成形工程とは、押出成形機を用いて連続的に行うことができる。押出成形機は従来公知の装置を使用できる。例えば、ホッパー部と、シリンダー部と、金型部とを備えた押出成形機を使用することができる。ホッパー部は、原料に用いられる石膏や酢酸セルロースの供給口である。シリンダー部は、ヒーターと、スクリューが内設されたシリンダーを有する。シリンダー部において、ヒーターでシリンダーが加熱されることで、ホッパー部より供給された酢酸セルロースは溶融し、石膏と混合される。さらに、シリンダー部において、石膏と溶融された酢酸セルロースを含む原料は溶融混練される。金型部は、任意の金型を有し、シリンダー部から押し出された溶融混練された混合物が、前記金型に充填され成形される。
また、通常、押出成形機を使用することで、溶融温度を１５０℃以上としても、水の蒸発を抑えることができる。
このような装置として、例えば、特開２０１５−１５０７３４号公報に開示された装置を使用することができる。
【００４９】
［建築用材料］
本発明の建築用材料は、本発明の石膏成形体を含む建築用材料である。上述のように、本発明の石膏成形体は、耐火性および曲げ強度に優れるため、建築用材料として好適に使用できる。
使用目的に応じ、その形状は適宜決定でき、石膏ボードのように、本発明の石膏成形体を石膏紙で挟み板状の建築用材料としてもよい。
本発明の建築用材料は、具体的には、壁材、間仕切り材、内装材、床材、外装材等として使用することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００５１】
＜材料＞
・石膏：中央環境開発株式会社製リサイクル石膏（石膏ボードを粉砕処理し、石膏紙と分別した石膏粉を、更に、３ｍｍメッシュの篩で分級し、篩を通過した微粉体）
・酢酸セルロース（ＣＡ）：ダイセル製Ｌ−７０
【００５２】
＜実施例１＞
中央環境開発株式会社製リサイクル石膏（３６０ｇ）をポリエチレン袋にとり、アセトン（１００ｍＬ）を加えて石膏を湿らせた後、酢酸セルロース（粉末状、４０ｇ）を加えた。次いで、アセトンを数回にわけて合計で１００ｍＬ加えながら手練りし、粘土状とした。続いてニーダー（日本ニーダー社製ＰＫ８００、製品名「パンニーダー」）で約１５分間混練し、混練物（１）を得た。
【００５３】
（１）曲げ強度試験用のサンプルの製造
前記混練物（１）の一部を、幅５０ｍｍ×高さ１０ｍｍ×長さ４００ｍｍの型枠に、押し込んで表面を平滑にし、型枠から外した。２５℃で１２時間乾燥させることでアセトンを揮発させ、曲げ強度試験用の酢酸セルロース含有石膏ボードを作製した。
【００５４】
（２）耐火試験用のサンプルの製造
前記混練物（１）の一部を、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１０〜１５ｍｍの型枠に、押し込んで表面を平滑にし、型枠から外した。２５℃で１２時間乾燥させることでアセトンを揮発させ、耐火試験用の酢酸セルロース含有石膏ボードを作製した。
【００５５】
＜実施例２〜実施例４＞
石膏および酢酸セルロース（ＣＡ）を表１に示す割合とした以外は、実施例１と同様の方法で、実施例２〜実施例４の曲げ強度試験用の酢酸セルロース含有石膏ボードおよび耐火試験用の酢酸セルロース含有石膏ボードを作製した。
【００５６】
＜比較例１−１〜比較例１−４＞
石膏および酢酸セルロース（ＣＡ）を表１に示す割合とした以外は、実施例１と同様の方法で、曲げ強度試験用のサンプルとして、比較例１−１〜比較例１−４の酢酸セルロース含有石膏ボードを作製した。
【００５７】
＜比較例２＞
石膏および酢酸セルロース（ＣＡ）を表１に示す割合とした以外は、実施例１と同様の方法で、耐火試験用のサンプルとして、比較例２の酢酸セルロース含有石膏ボードを作製した。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
＜評価＞
＜曲げ強度試験＞
試験片として、実施例１〜実施例４、比較例１−１〜比較例１−４の酢酸セルロース含有石膏ボードを用いて、曲げ強度試験を行った。強度試験は、スパンＬ＝２００ｍｍ、０．０２ｍｍ／ｓｅｃの荷重速度での３点曲げ破壊試験による破壊荷重Ｐ（Ｎ）を測定した。測定後、破断面の幅ｗ（ｍｍ）と厚さｈ（ｍｍ）を測定し、曲げ強度σ（Ｎ／ｍｍ2）＝３ＬＰ／（２ｗｈ2）を求めた。測定は混合率ごとに６〜８試験体で行い、平均値と標準偏差を求めた。結果を図１に示す。
【００６０】
さらに、ＪＩＳ  Ａ６９０１（２０１４）せっこうボード製品のＧＢ−Ｒの規格値であるスパン３００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ９．５ｍｍのときの曲げ破壊荷重３６０Ｎ、すなわち曲げ強度で６Ｎ／ｍｍ2と比較し、実施例１〜実施例４、比較例１−１、比較例２の酢酸セルロース含有石膏ボードの強度を評価した。結果を表２に示す。
【００６１】
＜耐火試験＞
試験片として、実施例１〜実施例４、比較例２の酢酸セルロース含有石膏ボードを用いて、ＩＳＯ−５６６０（２００２）に準拠する東洋精機製作所Ｃ３型コーンカロリーメータにより燃焼試験を行った。即ち、サンプルホルダにセットした試験片の上面開口部９．５×９．５ｍｍを電気ヒーターで加熱するとともにスパークを照射し、発火もしくは着火による燃焼によって消費された酸素量を経時的に測定し、発熱量に換算した。そして、総発熱量が７．２ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間（耐火時間）が２０分以上のものを「不燃材料」、１０分以上のものを「準不燃材料」、５分以上のものを「難燃材料」、５分未満のものを「不合格」と判定した。
なお、建築基準法に定める基準では、総発熱量が８ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間によって「不燃材料」、「準不燃材料」、「難燃材料」に分類するが、本試験では装置のタイムラグを考慮し、耐火時間を、総発熱量８ＭＪ／ｍ2より１割少ない７．２ＭＪ／ｍ2に達するまでの時間として、基準より厳しい条件で判断を行った。
結果を図２および表２に示す。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
図１および表２に示すように、酢酸セルロースの含有量が１０質量％の実施例１の石膏ボードは、ＧＢ−Ｒ規格値と同程度以上の曲げ強度を有し、酢酸セルロールの含有量が２０質量％の実施例２の石膏ボードでは、ＧＢ−Ｒ規格値の約２．５倍の曲げ強度を達成することができる。
また、実施例１〜実施例４の石膏ボードはいずれも、ＧＢ−Ｒ規格値に相当する曲げ強度６Ｎ／ｍｍ2と同程度以上の曲げ強度を有し、曲げ破壊荷重３６０Ｎ以上に相当する強度を有していた。
【００６４】
図２に示すように、酢酸セルロースの含有量が４０質量％の比較例２の石膏ボードでは、耐火性向上の効果は確認できない。一方、酢酸セルロースの含有量が３５質量％以下では、酢酸セルロースの含有量が高くなるほど、耐火性は低下する傾向にあり、実施例４の石膏ボードでは、わずかではあるが耐火性の向上が確認できる。酢酸セルロースの含有量が２０質量％の実施例３の石膏ボードは、難燃材料としての基準を満足し、実施例１、実施例２の石膏ボードでは、準不燃材料の基準を満足した。
【００６５】
以上のことより、実施例１、実施例２の石膏ボードは、市販の石膏ボードと同等以上の曲げ強度を有し、かつ、準不燃材料の基準を満足できるものであることがわかる。また、実施例３の石膏ボードは、市販の石膏ボードの約２倍の曲げ強度を有し、かつ、難燃材料の基準を満足するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によれば、耐火性および曲げ強度に優れた石膏成形体を提供でき、前記石膏成形体は、建築用材用として利用できる。また、本発明の石膏成形体は、リサイクル石膏の二水石膏のままでの新規用途となり、リサイクル石膏の利用拡大が期待できる。
【図１】
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【図２】
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