(57)【要約】【課題】ケイ酸カルシウム系吸音材の吸音特性をほとんど低下させることなく機械的特性をより向上させる。【解決手段】ケイ酸カルシウム水和物からなる吸音材（４）の中に、多数の気孔（５）が連通した連続気孔（７）をほぼ同一方向に配列させる。この連続気孔は吸音材の製造過程における反応系にアルミニウムを添加して気泡を発生させその気泡の特定の挙動を利用して水平方向に気泡を配列させることにより作る。この吸音材の吸音特性は高くなるから、その吸音特性をある程度低く抑さえれば、その分、吸音材の機械特性を向上させることが可能になる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ酸質原料と石灰質原料とを主原料とする水スラリーに発泡材を添加して、型枠の中で発泡と硬化をさせて半可塑物を得る工程（半可塑物製造工程）と、
前記半可塑物を高温、高圧下で水蒸気養生する工程（養生工程）とを経る吸音材の製造方法であって、
前記半可塑物製造工程において、前記発泡材として金属アルミニウムを使用し、かつ、前記水スラリーに、増粘剤及び界面活性剤を添加することを特徴とする吸音材の製造方法。
【請求項２】
前記増粘剤がメチルセルロースであることを特徴とする請求項１に記載の吸音材の製造方法。
【請求項３】
前記増粘剤の添加量が前記ケイ酸質原料および前記石灰質原料の固形分１００重量部に対して０．１〜２．０重量部であり、前記金属アルミニウムの添加量が前記ケイ酸質原料および前記石灰質原料の固形分１００重量部に対して０．０５〜０．２重量部であり、
かつ、前記水スラリーと前記金属アルミニウム、前記増粘剤、および前記界面活性剤との混合物の粘度が４００〜２５００ｃｐｓであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸音材の製造方法。
【請求項４】
前記ケイ酸質原料および前記石灰質原料の一部として軽量気泡コンクリートまたは前記半可塑物の製造工程で発生する解砕屑が含まれ、その解砕屑の含有量は前記ケイ酸質原料および前記石灰質原料の固形分の合計に対して３０重量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木・建築分野の建造物の一部分として利用されるケイ酸カルシウム水和物系吸音材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ケイ酸カルシウム水和物系吸音材は公知である（特開昭５２−３７４０３号公報）。この公知技術によると前記吸音材は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩やノニルフェニールテトラエチレンオキサイドエーテル硫酸エステル等の気泡剤を空気及び水と攪拌して微細な気泡を含有するエマルジョンを得る工程、そのエマルジョンを吸音材製造用原料と混合して気泡コンクリ−トスラリーを得る工程、その気泡コンクリ−トスラリーを型枠に注型して成形する工程、及びその工程で得られたコンクリ−ト多孔体をオートクレーブ養生する工程を経て製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公知技術により得られた吸音材には微小な気泡が連続して存在しているので前記吸音材は優れた吸音特性を有するが、その吸音材をより高い機械的特性、特に圧縮強度が要求される用途に向けようとすると、なお改良の余地がある。例えば、前記吸音材を他の建材と複合させて吸音が必要な建物の室内側に壁材として使用しようとする場合において、吸音材の圧縮強度が小さいと、その吸音材に何かの拍子に他の剛体が衝突したとき、吸音材、すなわち壁材の表面が部分的に引っ込むという問題があるし、その吸音材はその搬送過程でも破損し易いという問題がある。
【０００４】
ところが、この種の吸音材においては、吸音特性をある程度維持しながら、圧縮強度を向上させることが困難である。と言うのは、吸音特性を向上させるには吸音材中の気孔を多く増やし気泡同士を連続させる必要があり、気孔を増やすと気孔を形成している吸音材の構成層である固体組織（マトリックス層）が少なくなり、必然的に吸音材の圧縮強度が低下するからである。なお、前記公知技術により、圧縮強度を高めるためにマトリックス層を多くすると気孔が少なくなり、その結果、連続気孔が減少し、吸音特性が低下する。
【０００５】
そこで、本発明者等は、この問題を解決するために鋭意研究した結果、前記の連続気孔の多くが特定の方向を向いている吸音材を製造するとともに、その吸音材を使用するとき、前記連続気孔が特定の方向を向く態様で使用すればよいとの事実を見い出し、本発明を完成した。従って、本発明の課題は、吸音特性をほとんど低下させることなく機械的特性をより向上させることが可能なケイ酸カルシウム系吸音材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するために、ケイ酸質原料と石灰質原料とを主原料とする水スラリーに発泡材を添加して、型枠の中で発泡と硬化をさせて半可塑物を得る工程（半可塑物製造工程）と、前記半可塑物を高温、高圧下で水蒸気養生する工程（養生工程）とを経る吸音材の製造方法であって、前記半可塑物製造工程において、前記発泡材として金属アルミニウムを使用し、かつ、前記水スラリーに、増粘剤及び界面活性剤を添加することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る吸音材の製造方法により製造される吸音材は、ほぼ球形をなす気孔を多数包含する嵩比重が０．２〜０．５のケイ酸カルシウム水和物からなり、前記気孔のうち相隣接する複数個の気孔が、部分的に合体して、それらの間にできた連通孔を介して連続的に繋がる連続気孔になっているとともに、多数個の前記連続気孔が、前記半可塑物製造工程での発泡時における水平方向を向いて配列している。
この吸音材は主として二つの工程、すなわち、ケイ酸質原料と石灰質原料とを吸音材製造の主原料とする水スラリーを発泡材、増粘剤及び界面活性剤の存在下で型枠の中で発泡と硬化をさせて、半可塑化した硬化物を得る工程（半可塑物製造工程）と、その工程で得られた硬化物を高温、高圧下で水蒸気養生する工程（養生工程）を経て製造される。
【０００８】
前記ケイ酸質原料としては石英、クリストバライト、珪砂、フライアッシュ、スラグ、シリカフューム等のＳｉＯ２含有化合物の１種又は２種以上が使用される。また、石灰質原料としては、生石灰、消石灰、各種のポルトランドセメント等Ｃａ含有化合物の１種又は２種以上が使用されるが、半可塑物製造工程において反応系内で発生する気泡の安定性や前記水スラリーが半可塑化して硬化するまでの硬化時間の短縮等を考慮すると、ポルトランドセメント、特に、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントが好適に使用される。
【０００９】
さらに、前記製造方法においては、高温・高圧雰囲気下で水蒸気養生された軽量気泡コンクリ−ト（ＡＬＣ）の製造工程で、または本発明に係る吸音材の製造工程でそれぞれ発生する半可塑物の解砕屑が、前記気泡の安定化、及びセメントが使用されている場合そのセメントの水和反応の安定化等のために前記したケイ酸質原料及び石灰質原料の一部として使用することも可能である。
【００１０】
解砕屑は、前記ケイ酸質原料と石灰質原料の固形分の合計量を基準にして３０重量％以下、好ましくは５〜２０重量％の範囲で使用される。前記解砕屑の使用量が３０重量％を超えると、通常の製造条件下では半可塑物の強度が低下して脱型や加工に必要な強度を有するものにならない。なお、前記工程に解砕屑が使用される場合は、この原料とセメント以外の石灰質原料を使用しなくてもよい。この場合、前記固形分を基準にして１〜５重量部の石膏が併用される。
【００１１】
さらに、前記半可塑物製造工程において発泡材としてアルミニウムの金属粉を使用することにより、本発明に係る吸音材の中において特定の方向を向いて配向する連続気孔の形成が可能になる。連続気孔形成の機構は、必ずしも明確にされていないが、おおよそ次のように考えられる。
【００１２】
アルミニウムの金属粉は、前記水スラリーのアルカリと反応して水素ガスを発生させ、原料の水スラリーが半可塑化してゆく過程（発泡過程）においてこの水素ガスが集まって気泡になり水スラリーを押し上げる。他方、可塑化しつつある水スラリーには重力が働いているから、上昇してくる気泡は水スラリーの重力作用を受け水平方向に逃げようとする。加えて、前記水スラリーが可塑化するにつれてその粘度も上昇するから、やがて水スラリーの粘性エネルギーが水素ガスの発泡エネルギーより大きくなり、その結果、水スラリーが前記気泡を押し下げようとする。これらの作用を受けた各気泡は、水平方向に長い楕円形になりかつその上昇方向と直交する方向、すなわち水平方向に配列する。
【００１３】
また、前記方法にはアルミニウムの金属粉が多量に使用されるから、反応系内において多数の気泡が発生し、同系の水和反応熱を受けてそれらの気泡がより大きく膨脹するため、水平方向において互いに近接して配列した楕円形の気泡は接触し易くなる。その結果、図１に示すように、その反応系Ｒにおいて楕円形の気泡１とそれに近接している側部の気泡２は水平方向に合体して数珠状気泡３をつくる。この数珠状気泡３は、後述する連続気孔に変わる重要な要素となる。
【００１４】
前記反応系内の気泡の連続性と方向性は以上のように説明できるが、一般に反応系内で気泡同士が接触した場合、気泡の殻の表面張力が大きいと気泡は合体して一つの大きな気泡になろうとするので、それを阻止する必要がある。そこで、本発明に係る前記半可塑物製造工程においては前記水スラリーに界面活性剤が添加される。
【００１５】
この界面活性剤は、水スラリーを機械的作用、例えば、攪拌により起泡させるために使用するのではなく、反応系内におけるアルミニウムの化学反応で発生する気泡と水スラリーとの界面を活性させる目的で使用される。従って、この目的に合致する界面活性剤であればそれは使用可能であるが、好ましくは、高級アルコールの硫酸エステルが使用される。この場合、反応系が６０〜８０℃の温度範囲にあるとき前記反応系に前記界面活性剤が添加される。さらに、本発明に係る前記反応系の気泡が移動するときの抵抗を適度に抑制して気泡が連続して水平方向に並ぶようにするために、反応系に増粘剤、好ましくは、メチルセルロースが添加される。
【００１６】
前記原料及び添加剤が用意されたら、ケイ酸質原料と石灰質原料を水と混合して、シリカ（ＳｉＯ２）　／酸化カルシウム（ＣａＯ）の比にして０．３〜１の原料の水スラリーを調整し、得られた水スラリーに対して前記原料の固形分１００重量部当たり前記増粘剤を０．１〜２．０重量部、界面活性剤を１．０〜３．０重量部及びアルミニウムの金属粉を０．０５〜０．２重量部それぞれ混合して粘度が４００〜２５００ｃｐｓ．の混合物とする。そして、その混合物を型枠に打設して発泡・硬化させる。
【００１７】
次に、このようにして得られた半可塑物を切断して所定の大きさと形状を有する成形物、典型的にはパネル状成形物にして、その成形物をオートクレーブに入れて温度１５０〜２００℃、圧力８〜２０気圧、好ましくは９〜１２気圧の飽和水蒸気雰囲気下で２〜８時間養生すると、その半可塑物は、トバモライトで代表されるケイ酸カルシウム水和物に変わり本発明に係る吸音材になる。なお、半可塑物を切断して成形物にするときは、半可塑物に含まれている前記数珠状気泡の配列方向に対して直交する方向に向かって切断する。そのようにすれば、後述する連続気孔が延びている方向にほぼ直交するように切断された成形体を得ることが可能になる。
【００１８】
このようにして得られた吸音材を、その前駆体である半可塑物が型枠内に存在していたときその型枠の水平方向と直交する方向に切断して、その切断面を走査型電子顕微鏡で見ると、図２において模式的に示したように、吸音材４は直径が約０．１〜２ｍｍの多数の気孔５を含んでいることが観察される。そしてそれらの気孔５のうち相隣接する複数個の気孔同士は、部分的に合体してそれら気孔５の直径より小さい約０．０１〜１．５ｍｍの直径を有する連通孔６を介して、連続気孔７になっている。
【００１９】
すなわち、前記連続気孔７の配向方向Ｙと直交する方向に沿って本発明に係る吸音材４を切断し、その切断面を前記顕微鏡で写真撮影してみると、図４のように、相隣接する複数個の気孔は、連通孔を介して連続的に繋がって連続気孔を形成している。
【００２０】
そして、前記連続気孔の長手方向は、半可塑物製造工程の型枠において半可塑物が存在した水平の方向と一致する。これは、図１に示した反応系Ｒ内の数珠状気泡３において相隣接する気泡１、２間に形成されていた膜８が前記養生工程で破壊されて、図３に示すように、その膜の存在していた部分が、気泡１、２の直径より小さい連通孔６になったことによって、数珠状気泡が連続気孔７になったものと考えられる。
【００２１】
なお、前記吸音材の嵩比重（気孔を含む単位体積当たりの質量）を測定してみると、それは０．２〜０．５の範囲にある。また、前記写真における気孔の断面の総面積及び連続気孔の断面の総面積を求めてみると、前者の面積（Ｃ）は、前記切断面の面積（Ａ）に対する面積比（Ｃ／Ａ）にして０．４〜０．９の範囲にあるのに対して、後者の面積（Ｂ）は、同じく切断面の面積（Ａ）に対する面積比（Ｂ／Ａ）にして０．２〜０．７の範囲にあり、連続気孔に関してこの範囲の面積比を有する吸音材であれば、前記課題を十分に達成可能である。
【００２２】
次に、この吸音材をそのまま又はさらに切断・切削加工して、建物の壁面又は騒音を発生する機械、装置等のカバーやケーシングとして使用する。これらの使用態様においては、前記連続気孔が向く方向を吸音させたい音の伝播方向と一致させる。もし、吸音材を壁面にするのであれば、前者の方向をその壁面に対して垂直にする。
【００２３】
すると、吸音材の連続気孔に対して直接又は連続気孔以外の層であるマトリックス層を介して外部から伝播してきた音は、その連続気孔の中の長い空気層に伝達され、１２５〜２０００Ｈｚの広い周波数帯域において減衰する。さらに、連続気孔の途中には気孔の直径より小さい連通孔が存在するため、気孔に入った音の一部が、連通孔を通過できず気孔の壁面に衝突して反射して再び空気層に入り減衰する。
【００２４】
この過程までは従来技術と同じであるが、本発明に係る吸音材においは多数の連続気孔がほぼ同一方向（水平方向）を向いて配向しているので、その方向から入ってきた音の減衰効果は連続気孔がランダムに配向している従来技術に係る吸音材より大きい。
【００２５】
従って、本発明に係る吸音材が、従来技術のそれと同じ機械的特性を有するものであれば、特定の方向から入ってくる音を吸音するための吸音材として使用する限度において、本発明に係る吸音材の吸音特性を従来技術より高くすることが可能になり、逆に、吸音特性を同じにすれば機械的特性を高めることが可能になる。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明の効果を実施例をもって具体的に説明する。
（半可塑物製造工程）６０重量部のケイ砂、ＡＬＣ製造工程で発生した２重量部の半可塑物の解砕屑、２重量部の石膏を９０重量部の水に混合して水スラリーを調整した。この水スラリーに対して、３８重量部の早強ポルトランドセメント、１重量部のメチルセルロースをそれぞれ加えて混合した後、さらに、０．２重量部のアルミニウムの金属粉と２重量部の高級アルコールの硫酸エステルを添加して、吸音材製造用の原料混合物を調合した。この原料混合物の粘度が７００〜８００　ｃｐｓ．になった時点で、それを型枠（６０ｃｍ×２０００ｃｍ×７０ｃｍ）に打設して発泡・硬化させた。
【００２７】
（養生工程）次に、前記工程で得られた半可塑物を型枠から取り出して、その半可塑物をそれが型枠の中にあったときの水平方向と直交する方向に相当する方向に切断した。得られた複数枚のパネル状成形体をオートクレーブに入れて温度１８０℃、１０気圧の水蒸気雰囲気下で６時間養生して、本発明の吸音材を得た。そしてその吸音材の一部分を採取して粉末にし、Ｘ線回折法により分析したら、それはトバモライト及び石英であることが判明した。
【００２８】
同様に前記吸音材の嵩比重を測定したら、その値は０．３９であった。また、前記切断面を走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製ＪＳＭ−Ｔ２０）で写真撮影をしたところ、図４に示したようにそれには多数の気孔が認められるとともに、それら気孔のうち相隣接する複数個の気孔が部分的に合体し、それら気孔の直径よりも小さい連通孔を介して連続気孔になっている様子が認められた。そして、蟻のシェルエット、数珠の一部分又は串だんごのような形をした連続気孔はほとんどほぼ同一方向（水平方向）を向き、前記養生工程における半可塑物の切断方向から判断して連続気孔の配列方向は、半可塑物製造工程において水素ガスが気泡となって上昇した方向と直交していることが判った。
【００２９】
次に、前記図４の写真を乾式複写機により２枚ノンカラーで複写し、そのうちの１枚に写っている気孔の全部を黒色に染め、他の１枚については連続気孔だけを前記同様に黒色に染めて修正した。そしてそれら修正写真を画像解析装置（日本アビオニクス社製ＴＶＩＰ−４１００）を利用して単位断面積（Ａ）当たり黒色面の面積をそれぞれ気孔の面積（Ｃ）及び連続気孔の面積（Ｂ）として求めたら、前者は単位断面の面積（Ａ）に対する面積比（Ｃ／Ａ）にして約０．７７であるのに対して、後者の面積（Ｂ）は、同じく単位断面積（Ａ）に対する面積比（Ｂ／Ａ）にして約０．４５であった。
【００３０】
さらに、前記吸音材を１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍ塊に切り出して試験体を作り、その試験体について圧縮試験を行なった（試験装置：インストロン社製圧縮試験機）ところ、その試験体の圧縮強度は２０ｋｇｆ／平方ｃｍであった。
【００３１】
最後に、前記吸音材から直径９１．５ｍｍ、厚さ７０ｍｍの円柱形の別の試験体を作製し、ＪＩＳ　Ａ　１４０６に準拠して前記試験体の垂直入射吸音率を測定した。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、４００〜２０００Ｈｚの周波数領域でこの実施例の試験体は後述する比較例の試験体より高い吸音率を示した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【比較例】
比較のために、従来技術に係る市販されているケイ酸カルシウム系吸音材を実施例と同じ形状・大きさに切り取って試験体を作り、その試験体について前記と同様の評価をした。また、切断面を実施例と同じように走査型電子顕微鏡で写真撮影した。その結果図５に示すように、単位面積当たり気孔の数は実施例の約１．２倍で、気孔の総面積は約７０％であった。しかしながら、連続気孔の面積は実施例の約１／５と少なく、しかもそれには方向性を見出だすことはできなかった。この比較例の試験体の吸音率は、前記表１に示したように、１２５Ｈｚ以上４００Ｈｚ未満の周波数領域で前記実施例の試験体のそれよりわずかに高かったが、４００Ｈｚ以上の領域では実施例の試験体より明らかに低く、圧縮強度は実施例のそれの４９％であった。
【００３４】
上記実施例及び比較例から次のことが言える。吸音特性については、１２５以上４００Ｈｚ以下の周波数領域において比較例が実施例より優れていると言えるが、４００Ｈｚ以上の周波数領域の吸音特性及び圧縮強度については実施例の方が明らかに比較例より優れている。これは気孔の総面積は実施例の方が小さく、気孔以外の部分、すなわち、マトリックス層は実施例の方が多くなり、その結果圧縮強度が大きくなるからである。
【００３５】
また、気孔の総面積が小さいにもかかわらず実施例の吸音特性が特定の周波数領域で比較例のそれより優れているのは、実施例の吸音材では連続気孔が多いからである。このことは、実施例の圧縮強度を比較例のそれと同程度にすれば、実施例の吸音特性をさらに向上させることができることを意味する。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、ケイ酸カルシウム系吸音材の吸音特性をほとんど低下させることなく機械的特性をより向上させることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸音材の製造工程における反応系内の気泡の動向を説明する概念図である。
【図２】前記吸音材の一部を破断して示す部分断面図である。
【図３】連続気孔が発生する過程を説明する概念図である。
【図４】実施例で得られた吸音材をその連続気孔が配向する方向と直交する方向に沿って切断して得た断面を走査型電子顕微鏡で撮影して示した写真である。
【図５】従来の吸音材を実施例と同様に切断して得た断面を走査型電子顕微鏡で撮影して得た写真である。
【符号の説明】
１…気泡
２…気泡
３…数珠状気泡
４…吸音材
５…気孔
６…連通孔
７…連続気孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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