(57)【要約】【課題】撥水剤などの化学添加剤を多量に添加することなく水和反応を阻害せずに吸水性を低く抑えるとともに、強度、耐炭酸化製、耐凍害性などの物性を確保できるようにした繊維セメント板を提供する。【解決手段】繊維セメント板の固形原材料の組成を１００重量部で、ポルトランドセメント（Ａ）とシリカ質微粉末（Ｂ）の合量が７０〜９２重量％、有機質繊維（Ｃ）が３〜１０重量％、残余が軽量化材等の増量材（Ｄ）として、さらに、前記固形原材料の総量１００に対して、脂肪酸エステル化合物（ａ）、シリコーン系化合物（ｂ）、反応性シリカ質超微粉末（ｃ）のうち２種類以上の添加物を、それらの合量で０．１〜５．０重量％添加する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形原材料の組成が１００重量部で、
ポルトランドセメント（Ａ）とシリカ質微粉末（Ｂ）の合量が７０〜９２重量％、
有機質繊維（Ｃ）が３〜１０重量％、
残余が軽量化材等の増量材（Ｄ）からなり、
さらに、前記固形原材料の総量１００に対して、脂肪酸エステル化合物（ａ）、シリコーン系化合物（ｂ）、反応性シリカ質超微粉末（ｃ）のうち２種類以上の添加物を、それらの合量で０．１〜５．０重量％添加したことを特徴とする繊維セメント板。
【請求項２】
前記ポルトランドセメント（Ａ）は低熱セメントであることを特徴とする請求項１に記載の繊維セメント板。
【請求項３】
前記シリカ質微粉末（Ｂ）は、１００重量部で、６〜３０重量％のシリカフェームを含むことを特徴とする請求項１に記載の繊維セメント板。
【請求項４】
前記シリカ質微粉末（Ｂ）は、ブレーン比表面積で７０００〜１４０００ｃｍ２／ｇの珪石粉末からなることを特徴とする請求項１に記載の繊維セメント板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの項に記載の組成の繊維セメント板の原材料に水を混合し、原料スラリーを調整する原料混合工程と、
前記原料スラリーを脱水プレスにより板状に成形する脱水プレス工程と、
脱水された成形品を養生する養生工程と、
を含むことを特徴とする繊維セメント板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維セメント板およびその製造に係り、特に、建築物の内装壁材や外装壁材として用いられる繊維セメント板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の繊維セメント板は、セメント、シリカ質原料、繊維材、増量材等を所定の割合で配合し、これらに水を加えて原料とし、製造される。その成形法には、押出成形、抄造プレス成形、脱水プレス成形があり、成形された繊維セメント板は、脱水、養生、乾燥、裁断といった工程を経て製品になる。
【０００３】
繊維セメント板に要求される重要な物性には、強度、寸法安定性、耐炭酸化性、耐凍害性などがある。このうち、繊維セメント板の耐炭酸化性、耐凍害性は、基材の吸水特性によって大きく影響される。
【０００４】
吸水性の高い繊維セメント板では、基材中へ侵入する水の量が大きくなり、その副作用として、水の吸収・放出時の膨張収縮や、大気中の炭酸ガスと基材中の細孔に存在する水に溶解しているセメント起源のカルシウムが反応し、その熱による水分の放出に伴う炭酸化収縮や、低温環境下での細孔水の氷結と融解とを繰り返す凍結融解作用があり、これらの作用は耐久性を大きく低下させる。
【０００５】
従来から行われてきている吸水性を抑制する対策としては、▲１▼繊維セメント板の表裏面への塗装による水の侵入防止、▲２▼骨材の配合による水分起源の膨張収縮の緩和がある。
【０００６】
塗装による対策では、塗料の塗りむらや塗膜の経年劣化により、やがては水の侵入を防げなくなり、膨張収縮が再発することが多い。
【０００７】
また、骨材の配合による対策では、寸法安定性を改善する反面、強度を低下させたり、塗装塗膜の密着強度を低下させるなど、他の物性への悪影響が大きい。
【０００８】
近年では、基材中に撥水剤などの化学添加剤を分散させて硬化体を形成し、吸水量を低減させる方法が提案されている。この種の従来技術としては、例えば、特開２００２−１７１５号公報に開示されている方法を挙げることができる。この従来技術は、脂肪酸金属塩または脂肪酸エステルを主成分とする脂肪酸系の粉末撥水剤や、シリコーン系の粉末撥水剤、シラン系の粉末撥水剤を水硬性原料中に添加するというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、化学添加剤を添加する場合、寸法安定性、耐炭酸化性、耐凍害性を改善せしめるほどの吸水性改善のためには、化学添加剤を多量に添加する必要があるが、その反面で、水和反応の阻害を引き起こし、強度を確保できなくなるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、撥水剤などの化学添加剤を多量に添加することなく水和反応を阻害せずに吸水性を低く抑えるとともに、強度、耐炭酸化製、耐凍害性などの物性を確保できるようにした繊維セメント板およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、
固形原材料の組成が１００重量部で、
ポルトランドセメント（Ａ）とシリカ質微粉末（Ｂ）の合量が７０〜９２重量％、
有機質繊維（Ｃ）が３〜１０重量％、
残余が軽量化材等の充填材（Ｄ）からなり、
さらに、前記固形原材料の総量１００に対して、脂肪酸エステル化合物（ａ）、シリコーン系化合物（ｂ）、反応性シリカ質超微粉末（ｃ）のうち２種類以上の添加物を、それらの合量で０．１〜５．０重量％添加したことを特徴とするものである。
【００１２】
各成分の添加目的および組成限定の理由は、次のとおりである。
【００１３】
主要原材料であるポルトランドセメントとシリカ質微粉末は、珪酸カルシウム反応に直接関わるバインダーの役割を担う物質であるため、それらの配合割合は重要である。ポルトランドセメントとシリカ質微粉末の合量が７０重量％以下になると、水と水和する過程でマトリックスの緻密化が進まず、吸水し易い組織になる。他方、ポルトランドセメントとシリカ質微粉末の合量が９２重量％以上になると、マトリックス中に他の充填材や有機質繊維などが入り込む余地がなくなり、材料の構成バランスが取れず吸水性以外の製品品質が低下する。したがって、ポルトランドセメントとシリカ質微粉末の合量は、７０〜９２重量％であるのが好ましく、この範囲で他の材料とのバランスを考慮して決定される。
【００１４】
なお、ポルトランドセメントとシリカ質微粉末の混合物に含まれる石灰質とシリカ質の比は、モル比換算にてＣａＯ／ＳｉＯ２として、０．３〜０．９５、より好ましくは０．４５〜０．７である。
【００１５】
ポルトランドセメントには、低熱セメントが用いられる。ここで本発明に関わる低熱セメントとは、普通セメントに比べて、組成化合物としてビーライトを多く含み、ＪＩＳ　Ｒ　５２１０に規定の低熱セメント若しくはビーライトおよびアルミネート相の含有率が低熱セメント同等の水硬性材料を指し、それ以外のセメントは、単に普通セメントとして区別する。低熱セメントは、間隙相質の中でも接水時の反応熱の発生が極めて多く、かつ、耐薬品性や寸法安定性に影響するといわれるアルミネート相が少なく、市販の低熱セメントは普通セメントの５０％以下となっている。
【００１６】
シリカ質微粉末は、セメントと共に珪酸カルシウム反応に供されるもので、１００重量部中、シリカ質がＳｉＯ２換算で５０重量％以上のものである。ここで、「微粉末」とは、ブレーン比表面積が６０００ｃｍ２／ｇのものを指す。
【００１７】
また、シリカ質微粉末として、１００重量部中６〜３０重量％をシリカフュームと置換した原料とする。６重量％以下では、配合の効果が見られない。３０重量％以上では吸水性の抑制効果に変化が見られず、そればかりか脱水プレスなどの成形法によっては生産性を悪くする。より好ましくは、１０〜１５重量％である。
【００１８】
ブレーン比表面積が７０００ｃｍ２／ｇを超えることで、セメントとの珪酸カルシウム反応が促進するため、マトリックスの緻密化となり強度特性や吸水特性を改善する。ブレーン比表面積が１４０００ｃｍ２／ｇ以上では、粒子の凝集や分散の問題から、それ以上の品質の改善が見込めず、経済的にも粉砕処理費がかさむため好ましくない。
【００１９】
本発明に係る繊維セメント板では、添加物として、脂肪酸エステル化合物、シリコーン系化合物、シリカ質反応性超微粉末の中、２種類以上を添加し、硬化体の吸水特性を改善する。
【００２０】
各添加物の吸水性、撥水性に関わる作用は次のようなものである。
【００２１】
脂肪酸エステル化合物は、原料組成物に対して撥水性を付与し、繊維セメント板の吸水特性を改善する。すなわち、脂肪酸エステル化合物の一部がセメント起源のアルカリによる加水分解と、カルシウム成分との反応による脂肪酸カルシウム塩の形成により、セメントをベースとする原料組成物に対して化学的に強固に結びつき、その際、脂肪酸エステル化合物の持つ疎水性アルキル基が基材の細孔表面に配列することで撥水性を示すものと考えられる。
【００２２】
なお、脂肪酸エステル化合物は、具体的には、炭素数６〜２２程度の脂肪酸と炭素数１〜２２程度のアルコールとのエステルが好ましい。
【００２３】
次に、シリコーン系化合物は、セメントをベースとする原料組成物に含まれるＳｉに対して自身が持つＳｉとがシラン結合することで強固に結合する。
【００２４】
このシリコーン系化合物は、熱的、化学的な安定性が高く不活性なシリコーンオイルなどがある。具体的には、ジメチルシリコーンオイルまたは長鎖アルキル基含有シリコーンオイルを用いることができる。
【００２５】
また、シリコーン化合物中の一部の末端基を疎水性の高いアルキル基やアリール基で置換したシリコーン系化合物の場合、脂肪酸エステル化合物と同様に疎水性アルキル基が基材細孔表面に配列することで撥水作用を示すものと考えられる。
【００２６】
特に、オルガノシラン、あるいはオルガノシランの縮合物である環状オルガノポリシロキサンを加水分解した分岐状オルガノポリシロキサンに対して、それらの末端をアルキル基やアリール基により変性したシリコーン化合物の場合、少量の添加でも撥水作用が大きく、経済的に有利となるため好ましい。
【００２７】
反応性シリカ質超微粉末は、セメントとシリカ質微粉末による珪酸カルシウム反応生成物からなる基材に形成された連結性のある細孔に存在してポゾラン反応をすることで、細孔の連結性を分断して毛細管作用を低下させることによって防水効果を付与するものと考えられる。
【００２８】
この反応性シリカ質超微粉末は、単なるシリカ質微粉末よりも反応活性なシリカ質が多く、かつ粒子がシリカフュームよりも細かいものをいう。
【００２９】
反応性シリカ質超微粉末の粒子径は、顕微鏡観察においてシリカフュームの粒子が０．３〜０．６μｍレベルであるのに対して、その半分程度の大きさを示す。
【００３０】
ここでいう「反応活性」の有無は、次の試験をもって決定する。
【００３１】
▲１▼標準試料の調整；セメントと市販の粉末珪石（ブレーン比表面積　３０００〜４０００ｃｍ２／ｇ）を重量でそれぞれ　６：４　の割合にて混合する。これを、水と混練してモルタルとし、型枠にて成形体とする。この成形体は、翌日脱型した後、蒸気養生（６０℃、２４時間）を行い、標準試料とする。
【００３２】
▲２▼被検体試料の調整；セメント、市販の粉末珪石および該シリカ質微粉末を重量でそれぞれ　６：３．５：０．５　の割合にて混合する。これを、前述の標準試料の調整にて用いた同率の水にて混練して、モルタルとし、型枠にて成形体とする。この成形体は、翌日脱型した後、蒸気養生（６０℃、２４時間）を行い、被検体試料とする。
【００３３】
▲３▼反応活性の判定；▲１▼および▲２▼の各試料を粉砕して、Ｘ線回折により、セメントの水和が起源のポルトランダイト（２θ≒１８°）のピーク強度を確認する。標準試料、被検体試料それぞれの該ピーク強度を、Ｉ０およびＩＳとする。判定は、次の場合に反応活性があるとする。　　　　　ＩＳ／Ｉ０≦０．９
本発明に係る反応性シリカ質超微粉末として利用できるものには、例えば、光ファイバーのガラスの研磨粉末がある。
【００３４】
上記のように、脂肪酸エステル化合物、シリコーン系化合物、反応性シリカ質超微粉末は、吸水性を抑制し撥水性を付加する作用のメカニズムがそれぞれ異なるので、単独ではなく、２種類以上を併用することで、相乗的な効果が得られ、繊維セメント板の吸水特性を大幅に改善することができる。
【００３５】
これらの添加剤において、２種類以上の添加剤の合量が固形原材料の総量に対する割合で０．１重量％以下の場合、十分な吸水性の改善に至らず、他方、５．０重量％を越えるとセメントの水和そのものが阻害されてしまい、強度を低下させる。したがって、添加量は、０．１〜５．０重量％が好ましい。
【００３６】
添加剤の組合せが、脂肪酸エステルとシリコーン系化合物である場合は、いずれも流動性の高い液状であり、前もって混合液体としておくことで、調整段階の工程が省略でき、また、コスト的にシリコーン化合物単体よりも有利であり、価格性能比が大きく向上する。
【００３７】
添加剤の組合せが、シリコーン化合物と反応性シリカ質超微粉末である場合は、撥水効果の高いシリコーン化合物とその作用がまったく異なる反応性シリカ質超微粉末を選択した上で、液状のシリコーン化合物に反応性シリカ質超微粉末を分散させたスラリー状の添加剤とするのが好ましい。反応性シリカ質超微粉末の分散性が向上し、効率的な配合が可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による繊維セメント板の製造方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態による繊維セメント板の製造工程の流れを示す工程図である。
【００３９】
原料混合工程１０では、ポルトランドセメントとシリカ質微粉末の合量が７０〜９２重量％、有機質繊維が３〜１０重量％、残余が充填材である固形原材料に水を混合し、ハンドミキサーにより２分間混練し、固形分濃度が２８％の原料スラリーを調整する。
【００４０】
次いで、原料スラリーに対して、脂肪酸エステル化合物、シリコーン系化合物、反応性シリカ質超微粉末のうち２種類以上の添加物１１を固形原材料の総量１００に対して、それらの合量で０．１〜５．０重量％添加する。
【００４１】
調整された原料スラリーは、ポンプによって脱水プレス機に送られて脱水プレス工程１２に供される。脱水プレスの条件は、最終的な到達圧力が５．０ＭＰａで、保持時間が１８秒間である。
こうして、脱水プレスされて板状に成形された成形品は、まず、前置き養生工程１４として、湿空槽に入れて常温常圧で５時間養生したのち、蒸気養生工程１６では湿空槽に入れて６０〜８０℃を保って６〜１０時間養生を行う。次いで、オートクレーブ養生工程１８では、オートクレーブに入れて１６０〜１８０℃、６〜９．９気圧を保って６〜１０時間養生する。
【００４２】
その後、養生した成形品は、乾燥工程２０、所定の寸法の板に加工する切削加工工程２２、塗装工程２４、塗料を乾燥させる乾燥工程２６を経て繊維セメント板の製品が得られる。
【００４３】
【発明の実施例】
図２は、本発明による繊維セメント板の実施例の組成と性能試験の結果を示す。また、性能の比較のために、比較例１乃至９を挙げている。
【００４４】
原材料として使用した原料は、次の通りである。
・低熱セメント；低熱ポルトランドセメント
・普通セメント；普通ポルトランドセメント
・シリカ質微粉末；珪石粉末
シリカフューム（ＥＦＡＣＯ）
・有機質繊維；パルプ（ＬＢＫＰ）、合成繊維（ＰＰ）
・増量材；軽量骨材
・添加剤；脂肪酸エステル化合物；ＥＸ−１０５
シリコーン化合物；アデカスーパーガードＨＳ
反応性のシリカ質超微粉末；光ファイバー研磨粉
物性試験の各種目は、次の条件で行っている。
・比重　；　ＪＩＳ　Ａ　５４３０「かさ比重試験（１）」に準拠
・吸水率　；　ＪＩＳ　Ａ　５４２２「含水率試験」に準拠
・曲げ強度　；　ＪＩＳ　Ａ　５４３０「曲げ強度試験（２）」に準拠
・長さ変化率　；　ＪＩＳ　Ａ　５４３０「吸水による長さ変化率試験」に準拠。
・凍結融解試験　；　ＪＩＳ　Ａ　５４２２「耐凍結融解性試験」に準拠。ただし、耐久サイクルとして通常の２００サイクルに１５０サイクル加えた３５０サイクル後の観察とした。
【００４５】
・炭酸化後の凍結融解試験
▲１▼　　　炭酸化処理　；　試料の含水率を１０±２％に調整後、２５℃、６５％ＲＨ、ＣＯ２濃度　５％の恒湿恒温槽に２４０時間暴露。
▲２▼　　　凍結融解試験　；　ＪＩＳ　Ａ　５４２２「耐凍結融解性試験」に準拠。
【００４６】
以下、実施例と比較例とを比較しながら、実施例の効果について説明する。
実施例１、実施例２
実施例１、実施例２は、ともに低熱セメントが４５重量％、シリカ質微粉末が４５重量％で、これらの合量は原材料全体の９０重量％を占め、有機質繊維、増量材がそれぞれ５重量％という組成で共通している。実施例１と実施例２が異なるのは、添加剤の種類であり、実施例１は、脂肪酸エステル化合物とシリコーン化合物を原材料１００に対して合計０．３重量％添加したものであるのに対して、実施例２は、シリコーン化合物と反応性シリカ超微粉末を合計２．０重量％添加したものである。
【００４７】
実施例３、実施例４
実施例３、実施例４は、実施例１および実施例２と低熱セメントとシリカ質微粉末の組成を変えて、これらの合量は原材料の７５重量％で、その分、増量材を２０重量％に増したという組成で共通している。添加剤については、実施例３が脂肪酸エステル化合物とシリコーン化合物を原材料１００に対して合計１．０重量％添加したものであるのに対して、実施例４は、脂肪酸エステル化合物と反応性シリカ超微粉末を合計３．０重量％添加したものである。
【００４８】
従来の繊維セメント板との比較
比較例８、比較例９は、普通セメント、珪砂、有機質繊維、増量材を原材料とする、従来の標準的な窯業サイデイング材の配合からなる繊維セメント板である。このうち、比較例８の方は、脂肪酸エステル化合物と反応性超微粉末を３．０重量％添加されている。
【００４９】
比較例８は添加剤を用いているにも関わらず吸水率が２７．１％と高く、比較例９になると３５．０％にもなるのに対して、実施例１乃４は、吸水率が最大で２３．８％で平均すると１４．２％である、総じて吸水性が良好に抑制されている。
【００５０】
曲げ強度についても、実施例１乃至４は、比較例８、比較例９に比べて良好な数値を示し、また、比較例８、９は、凍結融解試験並びに炭酸化後の凍結融試験において、いずれも異常がみられたのに対して、実施例１乃至４は、異常はなかった。
【００５１】
このように従来の標準的な繊維セメント板に比べて、実施例１乃至４は、吸水性を低く抑えた上で、強度、寸法安定性、耐炭酸化性、耐凍害性などの性能を良好に確保できることがわかる。
【００５２】
低熱セメントおよび添加剤の効用
実施例１と比較例１は、前者のセメントが低熱セメントであるのに対して後者は普通セメントである点以外は、同じ組成である。比較例１は、吸水率が３１．４％と高いのに対して実施例１は２３．８％と大幅に改善されていることがわかる。この吸水率の差に伴って、普通セメントの比較例１では、凍結融解試験並びに炭酸化後の凍結融試験において、いずれも異常がみられた。
【００５３】
比較例２は、実施例１並びに実施例２と原材料の組成は同一であるが、添加剤を添加していない点が異なるものである。比較例２は、吸水率３４．０％と高い数値を示し、凍結融解試験並びに炭酸化後の凍結融試験において異常がみられた。
【００５４】
以上のことから、吸水性を低く抑えるには、低熱セメントと添加剤の一方だけでは効果がなく、両者がいっしょになってはじめて効果があるのがわかる。
【００５５】
添加剤の組合せの効用
比較例３と実施例１との違いは、前者が脂肪酸エステル化合物を単独で添加したのに対して、後者が脂肪酸エステル化合物とシリコーン化合物の二種類を配合した点であり、その他の組成は全く同一である。この違いは、吸水率に大きく反映され、実施例１は比較例３に較べると、大幅に吸水率を低く改善されることがわかる。
【００５６】
上記の比較例３は、脂肪酸エステル化合物を単独で実施例１の添加物配合量と同じ量を添加したものであるが、比較例４は、脂肪酸エステル化合物を単独で多量に添加した例である。
【００５７】
この比較例４は、比較例３に較べて吸水率は多少の改善がみられるものの、凍結融解試験並びに炭酸化後の凍結融試験において異常が認められ、添加剤は、単独で量を多く入れれば吸水率が下がるというものではないことがわかる。
【００５８】
シリカ質微粉末の効用
比較例５は、実施例３の組成において、シリカ質微粉末を少なく配合し、その減少分を増量材で代用した組成をもつものである。同じように、比較例６は、実施例の３の組成において、シリカ質微粉末を少なく配合し、その減少分を珪砂で代用した組成をもつものである。この比較例６で使用した珪砂は、シリカ質微粉末として使用する珪石粉末に較べて粒度の大きいものである。
【００５９】
実施例３と、比較例５、６を比較すると、シリカ質微粉末と珪砂の違いだけでありながら、実施例３では、吸水率が大幅に低く改善されるのがみて取れる。
【００６０】
実施例３と比較例７との違いは、前者がシリカ質微粉末のうち、シリカフュームを２９重量％含むのに対して、後者は３重量％しか含有しない点であり、その他の組成は同一である。
【００６１】
実施例３と比較例７を比較すると、シリカフュームが吸水率の改善に大きく寄与しているとがわかる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、撥水剤などの化学添加剤を多量に添加することなく吸水性を低く抑えるとともに、セメントの水和を阻害せずに強度、耐炭酸化製、耐凍害性などの物性を確保できるようにした繊維セメント板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による繊維セメント板の製造工程を示す工程図。
【図２】本発明の実施例および比較例の組成および物性を示す図表。
【図１】
2004051454.tif 000003
【図２】
2004051454.tif 000004