(57)【要約】【課題】窓の結露を防止しうる優れた調湿性能を発揮することが可能であり、硬化体にひび割れなどの問題が発生することなく加熱及び冷却機能が付加された調湿建材及びその製造方法を提供する。【解決手段】珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料（好ましくは、多孔材を含む）を炭酸化処理することにより得られる炭酸化硬化体において、該炭酸化硬化体中に管状成形体（好ましくは、管状成形体中に流体を流し、炭酸化硬化体を冷却もしくは加熱する）の少なくとも一部が埋設されている調湿建材、及び珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料中に、管状成形体の少なくとも一部を埋設して賦形し、その後に常温〜１５０℃で炭酸化処理を行う調湿建材の製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料を炭酸化処理することにより得られる炭酸化硬化体において、該炭酸化硬化体中に管状成形体の少なくとも一部が埋設されていることを特徴とする調湿建材。
【請求項２】
無機質材料中に多孔材を含むことを特徴とする請求項１記載の調湿建材。
【請求項３】
管状成形体中に流体を流し、炭酸化硬化体を冷却もしくは加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の調湿建材。
【請求項４】
珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料中に、管状成形体の少なくとも一部を埋設して賦形し、その後に常温〜１５０℃で炭酸化処理を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の調湿建材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管状成型体が埋設された炭酸化硬化体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、室内環境を快適にするために、調湿性能を有した調湿建材の開発が進められている。調湿建材を壁材、天井材、間仕切り材などに用いることで、より快適な室内環境を得ようとするものである。
【０００３】
上記調湿建材としては、通常材料自体が吸放湿性などの調湿性能を有するものが用いられるが、近年は調湿材料の内部に冷却機能を付加する検討もなされている。
【０００４】
上記調湿建材としては、例えば特許文献１に、炭酸硬化反応によって製造された成形体であって主成分が炭酸カルシウムと非晶質シリカからなる調湿建材において、比表面積、及び平均細孔直径が特定の範囲である調湿建材が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、一般に火山軽石類などの多孔材に分類されるアロフェン又はイモゴライトと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が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、板状又は膜状の調湿材の裏面に、該調湿材を加熱及び冷却するためのペルチェ素子を設けてなる調湿装置が開示されている。
【０００７】
しかし、本発明者の検討によれば、特許文献１の調湿建材の調湿性能は必ずしも十分ではなく、例えば、冬場における窓の結露を防止する程度に調湿することは困難であった。
【０００８】
また、特許文献２の調湿建材では、内部に加熱及び冷却機能を付加するために管状成形体などを埋め込もうとすると、例えば、樹脂製の管状成形体は焼成過程で成形体が焼失する問題があり、管状成形体が金属製のような耐火性を有するものであったとしても、焼成時のセラミックス原料の収縮により焼成体にひび割が発生するという問題があった。
【０００９】
更に、特許文献３の調湿装置では、ペルチェ素子の片面は冷却面となるものの反対面は過熱面となるため蓄熱されることがあり、必ずしも十分な冷却効果が得られないため調湿性能が不十分になりやすいという問題があり、またペルチェ素子が高価なために建材用途としては経済面の問題もあった。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３０６５６０７号公報
【特許文献２】
特許第３０４１３４８号公報
【特許文献３】
特開平８−２７８０４６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の調湿建材の問題点に鑑み、窓の結露を防止しうる優れた調湿性能を発揮することが可能であり、硬化体にひび割れなどの問題が発生することなく加熱及び冷却機能が付加された調湿建材及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の調湿建材は、珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料を炭酸化処理することにより得られる炭酸化硬化体において、該炭酸化硬化体中に管状成形体の少なくとも一部が埋設されていることを特徴とする。
請求項２記載の調湿建材は、請求項１記載の調湿建材であって、無機質材料中に多孔材を含むことを特徴とする。
請求項３記載の調湿建材は、請求項１又は２記載の調湿建材であって、管状成形体中に流体を流し、炭酸化硬化体を冷却もしくは加熱することを特徴とする。請求項４記載の調湿建材の製造方法は、請求項１〜３の何れか１項記載の調湿建材の製造方法であって、珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料中に、管状成形体の少なくとも一部を埋設して賦形し、その後に常温〜１５０℃で炭酸化処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる珪酸カルシウムとしては、各種セメント材料やその水和物、鉄鋼スラグ、ワラストナイトなどの天然鉱物が挙げられるが、得られる炭酸化硬化体の機械的強度が優れていることから、ワラストナイトを使用するのが好ましい。ワラストナイトとは、ＣａＳｉＯ３で示される珪酸塩鉱物であり、白色の繊維状又は塊状物として天然に産出されるものである。
【００１４】
中でも高アスペクト比のワラストナイトや、ワラストナイトを高度に粉砕処理した高反応性ワラストナイトがより好ましく、例えば、アスペクト比が１０〜２５のワラストナイトであると、繊維補強効果に加え、炭酸化処理を行う前の賦形体の密度を高度に上げることが可能で、機械的物性に優れた炭酸化硬化体を得ることができる。
【００１５】
上記高アスペクト比のワラストナイトの製造方法は特に限定されないが、例えばジェットミルなどによる粗粉砕と分級処理により得ることができる。
【００１６】
また、高度に粉砕され、結晶構造が乱れた珪酸カルシウムを用いると、珪酸カルシウムの化学反応性が向上し、炭酸化処理時における炭酸化処理率が向上し、常温かつ短時間の処理で機械的物性に優れた炭酸化硬化体を得ることができる。
【００１７】
本発明に用いられる無機質材料としては、例えば、珪砂、石炭灰、炭酸カルシウム、石膏などの無機質材料等が挙げられるが、本発明にいう賦形性をより向上させるという点では、石膏が好ましい。
【００１８】
また、上記無機質材料が多孔材を含むものであってもよい。
上記多孔材としては、一般に吸放湿性を示す多孔質の材料であれば特に限定されず、例えば、珪藻土、シリカゲル及びゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト等の粘土鉱物が挙げられる。中でも、吸放湿性、成形性、化学安定性の点でアタパルジャイトが好ましい。
【００１９】
なお、本発明の炭酸化硬化体には、上記無機質材料以外にも、目的に応じ木片、パルプ等の天然繊維、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド等の合成樹脂繊維などが添加されても良い。また、ワラストナイト配合重量比率は、十分な機械的強物性を得るために、無機質材料に対し２０重量％以上が好ましい。
【００２０】
本発明における炭酸化処理とは、水存在下で、少なくとも珪酸カルシウム成分が炭酸化されうる処理のことを意味する。このような炭酸化処理としては、例えば気体、超臨界状態の二酸化炭素を利用する方法等が挙げられる。二酸化炭素濃度は、任意の濃度が利用されるが、１００％に近い濃度で処理することが、炭酸化の効率という点で好ましい。
【００２１】
炭酸化硬化体を得るためのプロセスは、特に限定されないが、通常、上記珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料と水とが混合されてなる混合物を、プレス、押し出し、抄造等の一般の無機成形法により賦形するプロセスと、該賦形体を炭酸化処理して固化するプロセスとからなる。
【００２２】
上記混合物に対する添加水量の割合は、例えば、乾燥した無機質材料を原料としてプレス成型法により賦形するプロセスを適用する場合、１．７〜７重量％が好ましい。この範囲より少ないと、炭酸化処理時に粒子間への二酸化炭素の溶解量が少なく反応速度が小さくなり十分な組織の緻密化が期待できない。また、この範囲より大きくなると、原料の混合や分散性が悪くなったり、１００℃以上の炭酸化処理時に層間剥離の原因になる場合がある。混合方法としては、周知の混合装置により混合されればよく、特に限定されない。
【００２３】
本発明に用いられる管状成形体としては、特に限定されず、例えば、一般に使用されるパイプ、チューブ、ホース等の管状成形体が挙げられる。
【００２４】
管状成形体の材質としては、特に限定されず、例えばプラスチック、セラミック、金属等が挙げられるが、中でも熱伝導がよく、可とう性、変形追従性に優れた金属やプラスチックが好ましい。
【００２５】
上記金属としては、例えば、銅、アルミニウムなどが挙げられ、プラスチックとしては、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ（アクリル−スチレン−ブタジエン共重合樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）、ＭＡ（メタクリル樹脂）、合成ゴム等の熱可塑性樹脂類；ポリカーボネート樹脂などのエンジニアリングプラスチックス類；ポリエステル、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂類；これらの樹脂類をガラス繊維や炭素繊維等で強化した複合樹脂類；又はこれらを組み合わせたもの等が挙げられる。中でも、可とう性、強度に優れる点で、塩化ビニル樹脂、ポリエチレンが好ましい。
【００２６】
これらの管状成形体は、上記炭酸化硬化体中に少なくとも一部が埋設されて調湿建材が構成される。（図２参照）。
【００２７】
本発明の調湿建材は、通常、上記管状成形体中に流体を流し炭酸化硬化体を冷却もしくは加熱して用いられる。しかし、使用条件によっては、管状成形体中に流体を流さなくても所定の調湿効果を有するものであれば、特に上記に限定されるものではない。
【００２８】
上記流体としては、気体、液体又は固体（粉体）、もしくはこれらの混合物など、流動性を有するものであれば特に限定されないが、安全性や効率性の点で水、不凍液などの液体、もしくは、空気、フロンガスなどの気体が好ましく、中でも冷却温度を低く出来る点から不凍液がより好ましい。
【００２９】
上記流体を冷却や加熱する際の方法としては、特に限定されず、一般的に用いられる流体冷却装置や加熱装置を用いることができ、例えば液体を冷却する場合は一般に使用されるチラー等が好適であり、気体の場合には一般のエアコン等に使用されるコンプレッサーが好適に用いられる。
【００３０】
上記調湿建材の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、上記珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料中に、予め管状成形体を埋設して賦形し、その後、炭酸化処理する方法が好適である。
【００３１】
上記の賦形方法としては、特に限定されないが、無機材料と水とからなる混合物をプレス成形法により賦形することが好ましく、この場合には加圧の際に、１秒以上加圧し、加圧後除圧し、除圧後再度１秒以上加圧し、これを複数回繰り返して賦形体を得る多段プレス成形法を用いることがより好ましい。
【００３２】
一般に、無機質材料等の原料をプレス成型法で圧縮成型すると、粉体と型枠内に摩擦力が発生するため、圧縮効率が落ちる傾向がある。このため、賦形体の緻密性を高め、例えば賦形体比重を１．６以上とするには、加圧時間や加圧圧力を増加させる必要がある。この場合、型枠内に発生する摩擦力は、加圧時間や加圧圧力と共に増加する反面、摩擦力が大きくなりすぎると、パッキングなどの剥離現象が発生しやすくなる傾向がある。それとは逆に、加圧時間の短縮や加圧圧力を低減しすぎると、原料同士が密着することができずに空隙が残りやすくなり、層間剥離等が賦形体に発生したり、賦形体の密度が上がらず強度が低い炭酸化硬化体となってしまうことがある。
【００３３】
しかし、上記多段プレス成形法を用いることで、型枠内に発生する摩擦力を低減することができ、加圧圧力を増加させることなく圧縮効率が高められるため、パッキングなどの剥離現象を発生させずに、高比重賦形体を作成することができる。又、圧縮効率が高まるため、所望賦形体密度を得るためのプレス時間の短縮も可能となる。
【００３４】
上記加圧回数と１回当たりの加圧時間の関係は、粉体種やプレス装置により選択されうる。加圧回数は特に限定されないが、パッキングなどの剥離現象抑制のためには、４回以上行うのが好ましい。１回当たりの加圧時間も１秒以上であれば特に限定されないが、生産効率の観点から１５秒以内が好ましい。加圧時間がこれより小さいと、粉体の微視的移動に充分な時間が与えられず、高充填化が不十分になることがある。除圧時の圧力は特に限定されないが、圧縮効率向上の観点から、加圧時の５０％以下にすることが好ましい。
【００３５】
なお、上記プレス成形法に用いられる型枠の材質としては、特に限定されないが、耐久性と軽量性の面からアルミニウム合金が好ましい。
【００３６】
上記無機質材料を炭酸化処理する際の処理温度としては、特に限定されないが、常温〜１５０℃であることが好ましく、より好ましくは４０℃〜１２０℃である。温度が高すぎると、例えば、管状成形体として塩化ビニル樹脂等汎用の熱可塑性樹脂製のものを用いる場合に、管状成形体に変形などが起こりやすくなり、そのために炭酸化処理時に賦形体内部から水が蒸発しやすくなり、炭酸化処理速度が低下することがあるだけでなく、炭酸化硬化体内部に微孔が生じやすくなり、機械的強度が低下することがある。また、温度が低すぎると、炭酸化処理に長時間を要することがあり好ましくない。
【００３７】
ここで、常温とは、特に冷却又は加熱装置を用いない、平常な状態での温度のことをいう。
【００３８】
上記炭酸化処理時の二酸化炭素の圧力としては特に限定されないが、０．２〜２０ＭＰａの範囲であることが好ましい。圧力が０．２ＭＰａより低いと、賦形体への二酸化炭素の浸透性、炭酸化処理率が低下し、炭酸化処理が充分に起こらなくなるか、若しくは、炭酸化処理が充分に起こるには長時間を要することがある。一方、圧力を２０ＭＰａよりも高くしても、炭酸化処理速度は大きく変わらず、逆に大きなエネルギーがかかるので、工業生産性や設備の大型化という観点から不適当である。
【００３９】
上記炭酸化処理の時間としては特に限定されないが、５〜１２０分であることが好ましい。処理時間がこれより少ないと、炭酸化が充分に起こらず、炭酸化硬化体の機械的強度が得られ難くなる。また、処理時間を１２０分より長くしても、炭酸化速度に大きな向上は見られず、生産上好ましくない。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４１】
（実施例１）
アスペクト比２０のワラストナイト粉砕品（清水工業社製、品番「Ｈ１２５０Ｆ」）、アタパルジャイト（昭和化学社製、品番「＃２」）を重量比１：１で混合した無機粉体１００重量部に対し、水７重量部を添加し、高速回転式混合機（三井鉱山社製、「ヘンシェルミキサーＦＭ２０−Ｃ１型」、容量２０リットル）にて、線速度１０ｍ／秒、で３０秒間混合し、無機混合物を得た。得られた混合物７００ｇを、内寸３００ｍｍ×３００ｍｍの平板作製用アルミニウム合金製型枠内に均一に展開した。
【００４２】
次に、上記展開された無機混合物上に、図１記載のような管状成形体１（銅管、外形６．３５ｍｍ）を配置し、その上から更に上記無機混合物５００ｇを展開し、管状成形体１の端部２，２以外の部分を無機混合物で完全に埋設した。
【００４３】
これを、プレス成型機で、プレス面圧４０ＭＰａで５秒間加圧し、一旦２０ＭＰａ以下まで減圧した後再度４０ＭＰａに加圧し、この圧力を５秒間間保持した。これを２４回繰り返し、無機混合物中に管状成形体１が埋設された賦形体を得た。
【００４４】
この賦形体を炭酸化処理装置に投入し、加圧圧力１ＭＰａ、処理温度５０℃で、３０分間炭酸化処理を行い、図２に例示するような、炭酸化硬化体３中に管状成形体１が埋設されてなるパネル状の調湿建材４を得た。
【００４５】
（比較例１）
ＡＬＣ粉砕物１００重量部に対し、水４０重量部を添加し、高速回転式混合機（三井鉱山社製、「ヘンシェルミキサーＦＭ２０−Ｃ１型」、容量２０リットル）にて、線速度１０ｍ／秒、で３０秒間混合し、無機混合物を得た。得られた混合物１２００ｇを、内寸３００ｍｍ×３００ｍｍの平板作製用アルミニウム合金製型枠内に均一に展開した。
【００４６】
これを、プレス成型機で、プレス面圧４０ＭＰａで５秒間加圧し、一旦２０ＭＰａ以下まで減圧した後再度４０ＭＰａに加圧し、この圧力を５秒間間保持した。これを２４回繰り返し、賦形体を得た。
【００４７】
この賦形体を炭酸化処理装置に投入し、加圧圧力１ＭＰａ、処理温度５０℃で、３０分間炭酸化処理を行い、炭酸化硬化体（管状成形体が埋設されていない）からなる調湿建材を得た。
【００４８】
得られた実施例及び比較例の調湿建材を用いて以下の評価を行った。
【００４９】
上記実施例及び比較例により得られた調湿建材を、窓ガラス面積３．２ｍ２を有する部屋（室空間２５．７ｍ３）の窓ガラスが設けられた側の室内腰壁部分に、複数の調湿建材を並べて配置し、調湿建材の面積が合計１．４４ｍ２になるように設置した。
【００５０】
このとき、実施例の調湿建材４は、図３に例示するように、調湿建材４，４・・に埋め込まれた管状成形体１，１・・を接続し、チラー５及びポンプ６に繋がる配管７により、０℃に冷却された不凍液を循環させた。
【００５１】
加湿条件及び暖房条件は以下の通りとし、第１日目の午後５時から翌日第２日目の午前６時まで調湿テストを実施した。
（加湿条件）
室内に加湿器を設置し、以下の条件で加湿した。
第１加湿量０．２リットル／１時間（時間：午後６時１５分〜午後７時１５分）
第２加湿量０．７リットル／３．５時間（時間：午後８時〜午後１１時３０分）
（暖房条件）
室内温度が１６〜１８℃になるように暖房機を用いて調節。
【００５２】
調湿テストの後、第２日目の午前６時の時点におけるガラス窓の結露量を測定した。得られた結露量は以下の通りであった。
実施例１  結露量  ２７．６ｇ
比較例１  結露量１６６．０ｇ
【００５３】
上記評価の結果、本発明の実施例においては、優れた調湿性能を発現し結露防止機能が発揮されることが判明した。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料を炭酸化処理することにより得られる炭酸化硬化体において、該炭酸化硬化体中に管状成形体の少なくとも一部が埋設されていることを特徴とするので、窓の結露を防止しうる優れた調湿性能を発揮することができるとともに、管状成形体を埋設することによって硬化体にひび割れなどの問題が発生することのない調湿建材を提供することができる。
【００５５】
上記無機質材料中に多孔材を含む場合には、多孔材による調湿性能が向上し、上記効果は更に確実なものとなる。
【００５６】
更に本発明の調湿建材は、管状成形体中に流体を流し、炭酸化硬化体を冷却もしくは加熱することで、上記効果は更に確実なものとなる。
【００５７】
本発明の調湿建材の製造方法は、珪酸カルシウムを主成分とする無機質材料中に、管状成形体の少なくとも一部を埋設して賦形し、その後に常温〜１５０℃で炭酸化処理を行うことを特徴とするので、上記の効果を確実に発揮する調湿建材を製造することができる。
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における管状成形体の一例を示す模式斜視図である。
【図２】本発明の調湿建材の一例を示す模式斜視図である。
【図３】本発明の調湿建材の使用方法を例示する模式図である。
【符号の説明】
１  管状成形体
２  端部
３  炭酸化硬化体
４  調湿建材
５  チラー
６  ポンプ
７  配管
【図１】
2004270333.tif 000003
【図２】
2004270333.tif 000004
【図３】
2004270333.tif 000005