(57)【要約】【課題】着色しているが、石に類似した、自然な風合いを有し、耐候性能、曲げ強度に優れた硬化体、及びその製造方法を提供する。【解決手段】アタカマイト又はクリソコラと、アルミノシリケートとを含有する硬化体。及び、アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとを含有する原料を混合し、原料混合物を製造する工程と、得られた原料混合物を成型、養生する工程と、得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程とを含む硬化体の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アタカマイト又はクリソコラと、アルミノシリケートとを含有する
ことを特徴とする硬化体。
【請求項２】
アタカマイト又はクリソコラは、表面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の硬化体。
【請求項３】
更に、補強材を含有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の硬化体。
【請求項４】
補強材を全固形分に対し７５質量％以下含有する
ことを特徴とする請求項３に記載の硬化体。
【請求項５】
建材である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の硬化体。
【請求項６】
アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとを含有する原料を混合し、原料混合物を製造する工程と、
得られた原料混合物を成型、養生する工程と、
得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程とを含む
ことを特徴とする硬化体の製造方法。
【請求項７】
得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程により、硬化物の表面にアタカマイト又はクリソコラを形成させる
ことを特徴とする請求項６に記載の硬化体の製造方法。
【請求項８】
得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程において、
銅化合物を含有する水溶液は、硫酸銅水溶液又は塩化銅水溶液である
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の硬化体の製造方法。
【請求項９】
原料混合物を製造する工程において、
更に、補強材を添加、混合する
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の硬化体の製造方法。
【請求項１０】
補強材を全固形分に対し７５質量％以下となるよう添加する
ことを特徴とする請求項９に記載の硬化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミノシリケートを含有する硬化体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への意識が高まっており、企業においては、二酸化炭素の排出を抑制する取り組みや、産業廃棄物を有効利用する取り組みが行われている。それらの取り組みの一つとして、アルミノシリケート硬化体の開発が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、石炭飛灰粉体および珪酸ナトリウム水溶液を原料とし、常温養生又は蒸気養生により固化して硬化体を製造することが記載されている。そして、得られた硬化体を建材等に用いることも記載されている。特許文献１によれば、セメントを使用しないので、二酸化炭素の排出を低減できるとともに、産業廃棄物の有効利用にも繋がる。また、得られた硬化体は、曲げ強度、耐候性能に優れ、石に類似した、自然な風合いを有する。
【０００４】
しかし、特許文献１の硬化体は、色が白色又は灰色であるため、意匠性の向上が望まれている。意匠性を向上させる方法として、硬化体を着色することがあり、その具体的な方法として、該硬化体の表面に塗膜を形成する方法がある。しかし、特許文献１の硬化体は強アルカリであり、塗膜を形成しても、塗膜は劣化しやすい。また、硬化体の表面に着色塗膜を形成すると、石に類似した、自然な風合いが損なわれてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０１６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、着色しているが、石に類似した、自然な風合いを有し、耐候性能、曲げ強度に優れた硬化体、及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、硬化体を提供する。本発明の硬化体は、アタカマイト又はクリソコラと、アルミノシリケートとを含有する。アタカマイトとクリソコラは、銅を骨格とした無機物であり、銅により色彩を有する。そのため、本発明の硬化体は、着色しているが、石に類似した、自然な風合いを有することができる。なお、本発明の硬化体は、アルミノシリケートにより構成されるので、非常に高強度であり、耐候性能にも優れる。
また、本発明の硬化体において、アタカマイト又はクリソコラが表面に形成されていると、表面が着色しており、意匠性に優れるので、好ましい。
更に、本発明の硬化体が補強材を含有すると、該硬化体の比重を低くできるとともに、たわみを向上させることができるので、好ましい。補強材を全固形分に対し７５質量％以下含有すると、強度を維持しつつ、比重を低くし、たわみを向上させることができるので好ましい。本発明の硬化体は、高強度で、意匠性に優れるので、内壁材、外壁材、床材、装飾部材、タイル、ブロック等の建材として好適である。
また、本発明は、硬化体の製造方法も提供する。本発明の硬化体の製造方法は、アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとを含有する原料を混合し、原料混合物を製造する工程と、得られた原料混合物を成型、養生する工程と、得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程とを含む。本発明によれば、アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとを反応させて硬化体とするので、得られた硬化体は、高強度であるとともに、石のような風合いを有する。また、本発明では、得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程を有するので、該硬化体を着色することができるとともに、石のような風合いを保持することができる。得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程により、硬化物の表面にアタカマイト又はクリソコラを形成させると、強度、意匠性に優れるので、好ましい。更に、得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程において、銅化合物を含有する水溶液は、硫酸銅水溶液又は塩化銅水溶液であると、アタカマイト又はクリソコラの形成が円滑に行えるので、好ましい。
原料混合物を製造する工程において、更に、補強材を添加、混合すると、該硬化体の比重を低くできるとともに、たわみを向上させることができるので、好ましい。その場合には、補強材を全固形分に対し７５質量以下％となるよう添加すると、強度を維持しつつ、比重を低くし、たわみを向上させることができるので好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、着色しているが、石に類似した、自然な風合いを有し、耐候性能、曲げ強度に優れた硬化体、及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００１０】
本発明の硬化体は、アタカマイト又はクリソコラと、アルミノシリケートとを含有する。
【００１１】
アタカマイトは化学組成Ｃｕ２Ｃｌ（ＯＨ）３の無機物であり、クリソコラは化学組成（Ｃｕ，Ａｌ）２Ｈ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４・ｎＨ２Ｏであり、いずれも銅を骨格とした無機物であり、銅により色彩を有する。
アルミノシリケートは、アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリの反応物である。アルミノシリケート粉体は、シリカとアルミナを含有すれば特に限定されず、例えば、カオリン、石炭飛灰、スラグ、流紋岩類、アロフェン、パイロフィライト、ムライト、焼却汚泥、白土等があり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。なお、カオリンとはカオリン鉱物又はカオリナイト類を含有する粉体であり、流紋岩類とは、黒曜石、真珠岩、松脂岩等の天然ガラス質岩粉砕物、又はこれらを焼成してなる粉体である。
アルカリ金属塩としては、アルカリ金属水酸化物、ケイ酸アルカリ、炭酸アルカリ、炭酸水素アルカリがある。アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどがあり、ケイ酸アルカリとしては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどがあり、炭酸アルカリとしては炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどがあり、炭酸水素アルカリとしては炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどがある。これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。なお、アルカリ金属塩は、固形分の質量比でアルミノシリケート粉体１００に対し５〜４０含有すると、アルミノシリケート粉体とアルカリ金属塩の反応が進み、得られる硬化体は強度、寸法安定性、耐水性に優れるので好ましい。
【００１２】
本発明では、更に、補強材、粘土等を含有してもよい。
補強材としては、無機補強材、有機補強材がある。無機補強材としては、珪砂、ケイ石粉、シリカ粉、珪藻土、シリカフューム、シラスバルーン、パーライト、バーミキュライト、マイカ、ガラス繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール、ワラストナイト等がある。有機補強材としては、木片、竹片、木粉、故紙、針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹未晒しクラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、広葉樹晒しクラフトパルプ（ＬＢＫＰ）等の木質補強材や、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、アセテート繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等の合成繊維、発泡性熱可塑性プラスチックビーズ、プラスチック発泡体等がある。本発明では、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。
粘土としては、ベントナイト、酸性白土等があり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種類以上を含有してもよい。
なお、補強材を全固形分に対し７５質量％以下、粘土を全固形分に対し０〜５質量％含有することが好ましい。補強材としては、無機補強材、有機補強材があり、どちらか一種のみを用いても良いし、両方用いても良い。有機補強材を含有すると、不燃性が低下する懸念があるので、有機補強材は全固形分に対し１０質量％以下含有することが好ましい。
【００１３】
そして、本発明の硬化体の製造方法は、アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとを含有する原料を混合し、原料混合物を製造する工程と、得られた原料混合物を成型、養生する工程と、得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程とを含む。
【００１４】
原料混合物を製造する工程は、アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとを含有する原料を混合することにより行う。アルミノシリケート粉体と、アルカリ金属塩と、ケイ酸アルカリとの合計を、全固形分に対し２０〜９９．９質量％とすると、該原料混合物の流動性、成形後の保形性に優れ、生産性が良いとともに、養生して得られた硬化体が、強度、たわみなどの物性に優れるので好ましい。また、原料混合物の水含有量を全固形分対比で５〜３０質量％とすると、該原料混合物の流動性、成形後の保形性に優れるので好ましい。
なお、原料混合物を製造する工程において、粘土及び／又は補強材も混合することができる。その場合には、粘土を全固形分に対し０〜５質量％、補強材を全固形分に対し７５質量％以下混合することが好ましい。補強材としては、無機補強材、有機補強材があり、どちらか一種のみを用いても良いし、両方用いても良い。有機補強材を含有すると、不燃性が低下する懸念があるので、有機補強材は全固形分に対し１０質量％以下混合することが好ましい。
【００１５】
得られた原料混合物を成型、養生する工程において、成型は、原料混合物を枠に流し込む方法、原料混合物を散布し、プレス又は圧締する方法、原料混合物をダイスから押出す方法等により行うことができる。また、養生としては、自然養生、蒸気養生、オートクレーブ養生、水中養生等により行うことができる。通常、自然養生では、外気で１〜２８日間養生し、蒸気養生は湿度５０％以上、温度４０〜１９０℃で３時間〜２８日間養生し、オートクレーブ養生では、１１０〜１９０ ℃で３〜２４時間養生し、水中養生では水中で１〜２８日間養生することが行われているが、これに限定されず、必要に応じて湿度、温度、時間を調整して良い。また、養生方法は組み合わせても良く、蒸気養生の後にオートクレーブ養生を行っても良い。
【００１６】
得られた硬化物を、銅化合物を含有する水溶液に浸漬する工程では、銅化合物として、硫酸銅、塩化銅、水酸化銅等を使用することができる。銅化合物を含有する水溶液が、硫酸銅水溶液又は塩化銅水溶液であるであると、アタカマイト又はクリソコラが形成されやすいので、好ましい。なお、銅化合物を含有する水溶液において、銅化合物の濃度は特に限定されないが、０．５〜２質量％であると、着色が適切に行えるので、好ましい。更に、浸漬する時間は特に限定されないが、８〜１６時間以内であると、着色が適切に行えるので、好ましい。
【００１７】
次に、本発明の実施例をあげる。
【００１８】
石炭飛灰３３．４質量％、スラグ１．１質量％、ケイ酸ナトリウム３．５質量％、水酸化カリウム３．５質量％、砂５８．５質量％と、水とを混合して、水含有量が全固形分対比で２４％の原料混合物とし、該原料混合物を型枠に流し込み、６０℃で１６時間養生した。その後、型枠から外し、８０℃で７日間養生して硬化させ、更に、試験体全体を硫酸銅水溶液（硫酸銅の濃度は１質量％）に１０時間浸漬し、得られた硬化体を実施例１とした。なお、試験体の厚みは３５mmとした。
【００１９】
硫酸銅水溶液に浸漬する前に、試験体の表面側を下とし、該試験体の下半分だけを硫酸銅水溶液（硫酸銅の濃度は１質量％）に１０時間浸漬した以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を実施例２とした。すなわち、実施例２では、表側の半分だけを硫酸銅水溶液に浸漬した。
【００２０】
試験体を塩化銅水溶液（塩化銅の濃度は１．０質量％）に１０時間浸漬した以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を実施例３とした。
【００２１】
試験体を表面側を下とし、該試験体の下半分だけを塩化銅水溶液（塩化銅の濃度は１．０質量％）に１０時間浸漬した以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を実施例４とした。
【００２２】
原料混合物に、更に、ビニロン繊維を全固形分に対し１．０質量％含有させた以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を実施例５とした。
【００２３】
試験体を硫酸銅水溶液に浸漬させなかった以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を比較例１とした。
【００２４】
試験体を硫酸銅水溶液に浸漬させず、該試験体の表面に緑色系アクリル樹脂を塗布し、室温で乾燥させた以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を比較例２とした。
【００２５】
試験体として、セメント３７質量％と、砂６３質量％と、水とを混合して、水含有量が全固形分対比で３０％の原料混合物とし、該原料混合物を型枠に流し込み、一日自然養生し、その後、型枠から外し、更に１４日間自然養生した以外は実施例１と同様にして、得られた硬化体を比較例３とした。
【００２６】
得られた実施例１〜５、及び比較例１〜３について、外観、耐候性能、密着性能、耐凍結融解性能を確認するとともに、比重、曲げ強度、たわみを測定したので、その結果を表１に示す。外観は、石に類似した、自然な風合いを有しているが、着色している場合を”○”とし、それ以外は全て”×”とした。耐候性能は、試験体に対し、メタルハライドランプを光源に用いて紫外線照射１６時間（温度６５℃、湿度７０％）、紫外線照射なし２時間（温度６５℃、湿度７０％）、シャワー散水１０秒、結露６時間（温度３０℃、湿度９８％）、シャワー散水１０秒を１サイクルとし、３０回繰り返し、試験前後の外観を比較して、破損等の変化があった場合を”×”とし、変化がなかった場合を”○”と評価した。密着性能は、試験体を２４時間浸水して吸水せしめた後、５０℃、相対湿度ＲＨ７０％、２時間調湿後、粘着テープにて剥離試験を行ない、粘着テープへの付着物があった場合を”×”とし、付着物がなかった場合を”○”と評価した。耐凍結融解性能は、ＡＳＴＭ Ｂ法  ３００サイクルを行い、試験体に異状があった場合を”×”とし、異状がなかった場合を”○”と評価した。曲げ強度とたわみは、７×２０cmとした試験片を用いること以外はＪＩＳ  Ａ  １４０８に準じて測定した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
比較例１の硬化体は、石に類似した、自然な風合いを有していたが、灰色であり、着色していなかった。
比較例２の硬化体は、表面に緑色系アクリル塗膜が形成されていて緑色であるが、石のような自然な風合いは有していなかった。また、耐候性能、耐凍結融解性能において塗膜剥離が発生し、密着性能でも、粘着テープへの塗膜の付着が見られた。
比較例３の硬化体は、石に類似した、自然な風合いを有し、全体が緑色に着色していたが、耐候性能、耐凍結融解性能、曲げ強度に劣った。
一方、実施例１、３、５の硬化体は、石に類似した、自然な風合いを有するとともに、全体が緑色に着色しており、外観に優れた。また、曲げ強度、たわみ、耐候性能、密着性能、耐凍結融解性能に問題はなかった。なお、実施例５の硬化体は、比重が低くなったにもかかわらず、曲げ強度を維持し、たわみに優れていた。
実施例２、４の硬化体は、石に類似した、自然な風合いを有するとともに、表側のみが緑色に着色しており、外観に優れた。また、曲げ強度、たわみ、耐候性能、密着性能、耐凍結融解性能に問題はなかった。
なお、実施例１、２、５の着色部分を組成分析（エネルギー分散型X線分析）したところ、クリソコラに近似した組成を有することが確認され、実施例３、４の着色部分をＸ線回析したところ、アタカマイトであると同定された。また、実施例１、３、５の硬化体を切断し、断面を確認したところ、内部に着色していない、灰色の部分を有することが確認された。
【００２９】
以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載の発明の範囲において種々の変形態を取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、着色しているが、石に類似した、自然な風合いを有し、耐候性能、曲げ強度に優れた硬化体、及びその製造方法を提供することができる。