(57)【要約】【課題】本発明は、原料集荷が安定するばかりでなく、比較的簡便な方法で製造でき、且っ強度面でも優れた調湿性無機質粉末及び調湿建材を提供することを目的としている。【解決手段】５５〜９０ｍａｓｓ％の高炉スラグ微粉末と、１０〜４５ｍａｓｓ％のアルカリ性無機物質との混合物を水中で混合し、固化反応させ、脱水させた後に、乾燥、粉砕してなる調湿性無機質粉末である。この場合、前記乾燥を、脱水前に噴霧状態で行なうのが好ましい。さらに、前記アルカリ性無機物質が、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、急結セメント、消石灰、生石灰、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのいずれか一種又は二種以上を含む物質であるのが良い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５５〜９０ｍａｓｓ％の高炉スラグ微粉末と、１０〜４５ｍａｓｓ％のアルカリ性無機物質との混合物を、水中で混合し固化反応させ、脱水した後に、乾燥、粉砕してなることを特徴とする調湿性無機質粉末。
【請求項２】
５５〜９０ｍａｓｓ％の高炉スラグ微粉末と、１０〜４５ｍａｓｓ％のアルカリ性無機物質との混合物を、水中で混合し固化反応させた後に、噴霧乾燥してなることを特徴とする調湿性無機質粉末。
【請求項３】
前記アルカリ性無機物質が、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、急結セメント、消石灰、生石灰、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのいずれか一種又は二種以上を含む物質であることを特徴とする請求項１又は２記載の調湿性無機質粉末。
【請求項４】
前記混合物に、さらにアルカリ金属、アルカリ土類金属の塩化物を１〜１５ｍａｓｓ％配合してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の調湿性無機質粉末。
【請求項５】
前記混合物に、さらに、塩酸を１〜１０ｍａｓｓ％配合してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の調湿性無機質粉末。
【請求項６】
前記反応時の雰囲気温度を５〜２６０℃、雰囲気圧力を大気圧〜２．５ＭＰａとしてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の調湿性無機質粉末。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の調湿性無機質粉末を、単独で、又は他の無機物粒子、骨材、樹脂及び繊維から選ばれた一種若しくは２種以上と混合して一定形状に成形してなることを特徴とする調湿建材。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか記載の調湿性無機質粉末を、単独で、又は他の無機物粒子、骨材、樹脂及び繊維から選ばれた一種若しくは２種以上と混合して一定形状の枠内に収納してなることを特徴とする調湿建材。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか記載の調湿性無機質粉末を、単独で、又は他の無機物粒子、骨材、樹脂及び繊維から選ばれた一種若しくは２種以上と混合して、既存建材の表面に塗布してなることを特徴とする調湿建材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、調湿性無機質粉末及び調湿建材に係わり、特に、製鉄所から副次的に発生する高炉スラグ微粉末を有効に利用して製造する土建材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーや居住環境向上を目的として建築物の高気密化が指向されてきており、種々の新建材や建築構造を進歩させるための開発が進められている。ところが、建築物の高気密化は、一方で室内建材表面での結露が増し、室内の居住性や建築物の耐久性が悪化する原因になっている。また、結露により発生した水分が「カビ」や「ダニ」の発生を促進し、人体への悪影響も懸念される。
【０００３】
これらの対策の一つとして、屋内空調により室内雰囲気を制御することが考えられるが、空調の動力として使用される電力は、コスト的には高いものであり、結果的には人のいない部屋では使用されず、また、屋外への放熱等による環境悪化の問題もあり、最適な対策とは言えない。
【０００４】
こうした観点から、動力を用いずに室内の湿度調整を行ない、居住環境の悪化を防止する技術が求められており、調湿建材は、そのようなニーズから開発が進められている。ここで、調湿とは、湿っている環境で湿気を内部に吸い込み、乾燥した環境で湿気を内部から吐き出し、快適な湿度の環境を実現させる機能をいい、調湿建材とは、建材そのものがこの調湿作用を具備している材料をいう。この建材としては、内装材、床下材、天井材、壁材等、種々の用途に用いる建材があり、各種のタイル、パネル、ボード、レンガ、ブロックあるいは土間コンクリート等の形態で使用される。
【０００５】
これら建材の最も一般的な製造方法は、炭や珪藻土といった、そのものが微細な気孔を多数有する材料を原料に混入する方法である。例えば、多孔質炭と無機質鉱物粉体とを原料として断熱構造体を製造する技術が開示され、不燃性多孔質炭の作用により、通気性、吸気性、吸臭性、吸湿性等を有する建材が提案されている（特許文献１参照）。また、稚内（北海道の地名）珪藻土をセラミックス原料と配合して任意形状に成形して焼成するか、あるいは稚内珪藻土をフィラーとしてその他の材料と複合し、不焼成とした機能性建材が開示されている（特許文献２参照）。さらに、各地の火山軽石層や珪藻土、ゼオライト等の調湿性原料と粘土や長石等のガラス質成分等とを混合、成形して焼成し、調湿建材とする技術が開示されている（特許文献３及び４参照）。加えて、アロフェンまたはイモゴライトを混合、成形して調湿建材を得る技術も開示されている（特許文献５参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７１６６２号公報
【特許文献２】
特開平４−３５４５１４号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０４４号公報
【特許文献４】
特開平１１−３１５５８６号公報
【特許文献５】
特開平８−１４４３８７号公報
【特許文献６】
特開平７−２８４６２８号公報（５頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の断熱構造体は、吸湿性を有するが、構造体としての強度を確保できないので、枠内に収められた状態で使用する必要があった。また、その原料として、不燃性炭化物となる被炭化物に、食品類製造残渣、籾殻、裁定枝等、動植物類の可燃物質の原形あるいは所望粒径に整形したものが挙げられているが、それらを安定的に集荷してくるのはかなり困難であり、原料の変化により最終製品である断熱構造体の断熱効果、吸湿効果を一定以上の水準で維持するのは、非常に困難であった。
【０００８】
さらに、特許文献２で開示された調湿建材は、稚内珪藻土という極めて優れた調湿性をもっ材料を主原料とした建材である。しかしながら、単独で使用するにはコストが高く、また他の結合材と混ぜて建材化した時には、調湿効果も混合比率に相応して低下してしまうという課題が残されていた。加えて、天然資源を採掘することは、資源を有効利用するという観点がある一方で、環境破壊という面が否定できない。さらに加えて、特許文献３及び４、特許文献５記載の建材でも、同様な問題があった。
【０００９】
以上述べたような問題を解決する基本的な方法としては、反応等によって調湿性を発露させることが考えられる。例えば、セメント系硬化材料を炭酸硬化させて調湿性を発現させる技術がある。これは、セメント系硬化物を炭酸化させた際、選択的にＣａ成分が抜けるため、微細な気孔を持つシリカゲルが残され、これが調湿性を発揮するという技術である（特許文献６参照）。この技術は、環境破壊等の問題もなく、二酸化炭素を吸着させるという思想も注目されるが、一方で、セメント化合物を一度形成させた上で、破砕、粒度調整、成形、炭酸化をしなければならず、プロセスが複雑化するという課題は残されている。また、炭酸化は、固定化には有効であるが、製造プロセス的には自由度が低くなったり、ガスがリークする恐れ等の実作業上の問題点も残されている。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑み、原料集荷が安定するばかりでなく、比較的簡便な方法で製造でき、且っ強度面でも優れた調湿性無機質粉末及び調湿建材を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、調湿建材の原料となる物質を見出すことに鋭意努力し、製鉄所より副次的に発生する高炉スラグ微粉末に着眼した。この高炉スラグ微粉末は、高炉セメント原料、土壌改良材等に既に有効利用されており、品質の安定した実績のある材料である。ところが、現在まではセメントの代替あるいは補助的に用いられることがほとんどであり、本来もっている特性を積極的に生かしているとはいえない状態であった。
【００１２】
そこで、発明者らは、先に、高炉スラグ微粉末にＳｉＯ２含有量が５０ｍａｓｓ％以上で、かつ平均粒径が１００μｍ以下の鉱物粒子及びアルカリ性無機材料を配合することで調湿性を発現する技術を見出した。
【００１３】
その際、発明者らは、高炉スラグ微粉末にアルカリ刺激剤を添加するだけでは、調湿性を付与させることはできなかった。これは、一般に、高炉セメントに代表されるようなセメントをベースとして、その一部（少量）を高炉スラグで置換えた材料では、調湿性が発現していないことでも確認できる。しかしながら、発明者らがさらに詳細な条件について検討した結果、高炉スラグとアルカリ刺激剤を特定条件で組み合わせれば、調湿性が発現することを見出し、その知見を基にして本発明を完成させたのである。
【００１４】
すなわち、本発明は、５５〜９０ｍａｓｓ％の高炉スラグ微粉末と、１０〜４５ｍａｓｓ％のアルカリ性無機物質とを、水中で混合し固化反応させ、脱水した後に、乾燥、粉砕してなることを特徴とする調湿性無機質粉末である。この場合、前記乾燥を、脱水した後に乾燥するに代え、噴霧状態で行うのが好ましい。また、前記アルカリ性無機物質が、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、急結セメント、消石灰、生石灰の１種又は２種類以上からなることが好ましく、さらに、前記混合物に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物を１〜１５ｍａｓｓ％配合したり、あるいは塩酸を１〜１０ｍａｓｓ％を配合しても良い。さらに、反応時の雰囲気温度を５〜２６０℃で、且つ圧力を大気圧〜２．５ＭＰａとして反応させるのが良い。
【００１５】
そして、発明者らは、上記調湿性無機質粉末をそのまま使用するだけでなく、固化成型作用はあるが、調湿性能をもたない物質、また上記本発明に係る調湿性粉末を安定に固定するための物質等とを併用することで、新たな調湿性建材も開発した。すなわち、上記の調湿性無機質粉末を、単独で、又は他の無機物粒子、骨材、樹脂及び繊維から選ばれた一種若しくは２種以上と混合して一定形状に成形したり、あるいは一定形状の枠内に収納したり、あるいは既存建材の表面に塗布してなる調湿建材である。
【００１６】
このような本発明によれば、高炉スラグ微粉末を主原料にして、アルカリ性を呈する材料を添加することによって、ＣａやＳｉなどを含有する水和物相が形成し、良好な調湿性無機質粉末ができるようになる。加えて、調湿性は、内在する微細な気孔への水分の吸着現象の反映であるため、微細気孔が存在することによって発生する機能も当然発現する。従って、本発明に係る調湿性無機質粉末及び該調湿性無機質粉末を利用して製造した建材は、例えば、脱臭やシックハウスの原因となる化学物質の吸着等にも利用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯に沿い、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
高炉スラグは、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分としている。これを、セメント等の一部に置換えて反応させると、セメントで出現するＣａＯ−ＳｉＯ２−Ｈ２Ｏゲルを中心とし、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｈ２Ｏ系の相ができることは、既に知られている。このような系の場合、調湿建材と呼び得るような特性は得られない。
【００１９】
本発明者らは、発明をなす過程で、従来、調湿性が発現するといわれていたトバモライト相（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）だけではなく、高炉スラグ微粉末にアルカリ性を呈する材料と反応させることにより生成したＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を含む水和化合物が出来ることによっても調湿性が発現することを見出した。また、従来の調湿材は、オートクレーブ処理が必須であった。なお、オートクレーブは、容器に水を入れ温度を上昇させると、密閉系のために、自動的に内部雰囲気の圧力が増加する圧力容器である。したがって、水を入れた状態で容器の温度を上昇させると、１００℃では蒸気圧（飽和圧力）は１気圧であるが、それ以上に温度を上昇させると、蒸気圧がさらに増加する。このような高圧水蒸気下での加熱は、固化反応の速度を著しく大きくする。
【００２０】
そこで、発明者らは、引き続き研究を重ね、オートクレーブによる温度、圧力の範囲はもとより、常温から蒸気処理の範囲においても、そのような調湿性をもつ化合物ができる配合、養生条件についてさらに詳細に検討した。その結果、高炉スラグ微粉末を５５〜９０ｍａｓｓ％含有させ、残部をアルカリ性無機物質で構成し、その混合原料を水が存在する環境下で固化反応させた後に、脱水して乾燥し、粉末を得ることにより、調湿性が発現されることを見出した。ここで述べる調湿性とは、２０℃で湿度５０％と２０℃で湿度９０％との雰囲気下に、２４時間サイクルで交互に保持し、湿度９０％にした時の重量増加と湿度５０％に保持した時の重量減少の平均値として求められるものであり、この数値が大きいほど調湿性が良いと評価される。
【００２１】
アルカリ性無機物質が４５ｍａｓｓ％を超えた時には、高炉スラグ微粉末の配合量が少な過ぎて、反応生成物の量が少なくなるために調湿性が低下する。また経済的にも不利な配合となる。また、１０ｍａｓｓ％を下回ると、スラグ微粉末に対するアルカリ性無機物質の量が不足するため、スラグ微粉末が十分反応できなくなり、十分な調湿性が得られない。
【００２２】
ここで、前記混合原料を水が存在する環境下で反応させた後に粉末を得るには、本発明では２つの異なった方法を採用できる。一つ目の方法は、反応容器に前記混合物を入れ、その内部で水と固化反応させてから遠心分離機やフィルタープレス機により脱水して脱水ケーキとし、これを乾燥する方法である。反応容器内での混合物と水との固化反応は、混合物の種類、量や反応容器内の温度、圧力等の条件により変わるが、条件により適宜決定できる。また、脱水ケーキの状態であっても、水との固化反応は進むので、これも勘案して反応容器内の保持時間を決定すると良い。脱水ケーキの乾燥は、自然乾燥でも、あるいは乾燥機等を使用しても良い。この方法では、乾燥後調湿性を有する粉末の凝集物が生成するので、使用目的に応じて適宜粉砕等を行い、所望の粒度のものを得ることができる。
【００２３】
二つ目の方法は、前記反応容器内で固化反応させた水スラリーをスプレードライヤー等
で噴霧乾燥する方法である。この場合は、噴霧乾燥により直接粉状の調湿材料を得ることができる。この方法でも、反応容器内の反応時間は一つ目の方法と同様の条件により適宜決定できるが、噴霧乾燥前に固化反応を完了させる必要がある。従って、条件に応じて０．２〜６時間の反応時間が必要である。
【００２４】
高炉スラグ微粉末の反応は、処理温度が５℃から２６０℃までが好ましく、特に４０℃から２００℃がより好ましい範囲である。処理温度が５℃に満たないと、反応が十分に進行せず、調湿特性が十分に得られない。一方、温度が２６０℃を超えると水分の蒸発が早く、反応に関与すべき水分がうまく粉体に関与できなくなる可能性がある。
【００２５】
上記のような配合に対しては、加熱のみならず加圧をともなう処理をした場合についても、その最適範囲はややずれるものの、全般に高い調湿性が得られることがわかった。具体的手段としては、前記反応容器にオートクレーブを用いるのが適していた。
【００２６】
高圧処理を行うには、処理温度が１００〜２６０℃、処理時間が１〜４８時間以下の条件が好ましい。さらに好ましくは、処理温度が１６０〜２３０℃、処理時間が１〜２４時間以下が推奨される。処理温度が上記の下限温度に満たなくても問題はないが、１００℃以下の高圧雰囲気で処理するには、水の存在下で容器を密閉するだけでなく、さらに加圧する必要がある。一方、処理温度が上記の上限温度を超えても問題はないが、高炉スラグ微粉末の固化反応は上限温度を超えなくても十分進行するため、温度を上昇させたことによる効果は少ない。また、処理時問についても、上記の下限時間に満たない場合には、反応効果が小さくなり、一方、処理時間が上限時間を超えても問題はないが、固化反応は十分進行しており、反応時間を長くしたことによる効果は少ない。
【００２７】
また、上記配合に対して、さらにアルカリ金属およびアルカリ土類金属の塩化物を配合すると、更に高い調湿性が発現する。使用量が１ｍａｓｓ％を下回っても問題はないが、添加することによる改善効果は、ほとんど期待できない。一方、１５ｍａｓｓ％を超えた場合、組織の繊密化が進行するため、逆に調湿性が低下したり、長期的な組織の劣化につながる可能性があり、また経済的にも不利であるのでこれを上限とする。また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の塩化物のかわりに塩酸を配合しても、その最適範囲はややずれるものの、高い調湿性能が発現する。使用量が１ｍａｓｓ％を下回っても問題はないが、添加することによる改善効果は、ほとんど期待できない。一方、１０ｍａｓｓ％を超えた場合、アルカリ性無機物質を完全に中和して、高炉スラグ微粉末に対するアルカリ刺激効果を弱める可能性があり、これを上限とする。
【００２８】
また、アルカリ性無機物質としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属が陽イオン成分の５０％以上を占めるものであれば何でも良く、Ｃａ（ＯＨ）２，ＣａＯ，Ｍｇ（ＯＨ）２，ＮａＯＨ，ＫＯＨ等や、ポルトランドセメント、フライアッソ１セメント、高炉セメント、早強セメント、Ｃａ含有系ダスト等が使用できる。このうち、特にポルトランドセメント、消石灰が好ましい。ただし、セメントの場合、本発明範囲の上限を上回るとセメントで一般的なＣａＯ−ＳｉＯ２系の固化反応とＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３の固化反応が上回り、複合相の発現により調湿性の発現が期待できなくなり、下限を下回ると十分なアルカリ刺激効果が得られない。また、消石灰の場合は、本発明の上限を上回ると、高炉スラグ微粉末の配合量が少なく消石灰過剰となって、調湿性能を期待できる量の反応生成物を得られず、一方、低くなった場合でも、十分なアルカリ刺激効果が得られず、調湿性を期待できる量の反応生成物を得られない。
【００２９】
また、以上説明した本発明に係る調湿性無機質粉末は、調湿材としてそのまま使用するだけでなく、従来の内装材、床下材、天井材、壁材等、種々の用途に用いる建材と組み合わせて、タイル、パネル、ボード、レンガ、ブロックあるいは土間コンクリート等の一定の形を有する調湿建材として用いることもできる。
【００３０】
この一定の形を有する調質建材を製造する方法としては、下記のように２通りある。
【００３１】
第１の方法は、調湿機能をもたない各種材料の原料に混入させることで、その材料に調質性を付与させるものである。たとえば、セメントに混ぜて流し込み成型することで、土間や床下等の湿度環境を改善したり、有害物質を吸着させたりすることが可能である。また、骨材や繊維等を配合すれば、強度も大きくすることができる。さらに、左官材に混ぜて使用することにより、室内の環境改善も可能となる。セラミックス等の材料に混入して焼成し、調湿タイルを製造することもできる。これらの方法における調湿性無機質粉末の混入率は、その材料の強度等の特性を損なわない程度が望ましい。
【００３２】
第２の方法は、パネル、ボード、壁紙、クロス等の既存建材の表面に接着作用のある物質と共に接着させるか、又はプレス等一体化するような条件で貼付けたり、充填する方法である。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す成分組成からなる原料を所定量秤量し、水を加えて混合し、ステンレス製の容器（型枠）の中に流し込み、種々の処理温度及び処理時間で養生を行った。原料に加えた水の量は、水／原料比＝３で一定とした。塩化物としてＨＣｌを使用した例においては、ＨＣｌ水溶液で添加したが、このとき水溶液中の水は、原料に加えた水に加算される。また、表１中、処理時間が２時間以下の例に関しては、乾燥工程を２００℃の熱風によるスプレードライとし、３時間以上の例に関しては水と混合した後に遠心分離機で脱水して、脱水ケーキを作り、そのケーキを２００℃で乾燥させた。そして、乾燥後のケーキを粉砕して粉末とした。養生温度が１００℃を超える例では、オートクレーブ内で養生した。いずれの例においても、製造した粉末を１週間２０℃で保持した後に、得られた粉末の調湿性を評価した。
【００３４】
粉末の調湿性は、２０℃、５０％ＲＨ（相対湿度の略）に保った槽内の湿度を９０ＲＨ％まで上昇させ、その時の重量変化を測定し、粉末１ｋｇあたりの吸湿量を算出し、さらに、９０％ＲＨで２４時間保った後、槽内の湿度を５０％ＲＨに再び戻し、同様に重量変化を測定して評価した。なお、本発明に係る粉末と比較するため、市販の珪藻土粉についても同様の測定を行った。それらの結果を表１及び表２に併せて示し、また、実施例４の材料及び市販の珪藻土についての吸湿量の経時変化を図１に示す。
【００３５】
表１及び表２より、原料の配合比、養生処理時間、オートクレーブの処理温度を適正範囲として処理した本発明に係る調湿性無機質粉末は、良好な調湿性能（市販の調湿粉と同等以上）を有することが明らかである。
【００３６】
【表１】
2004175601.tif 000003
【００３７】
【表２】
2004175601.tif 000004
【００３８】
（実施例２）
上記実施例１で示した配合のうち、実施例４８の配合をベースに作製した調湿性粉末をセメントに混入、混練して流し込み成形し、２０℃で２日間養生して本発明に係る調湿建材を得た。この建材の調湿性粉末混入率及び調湿性の測定結果を表３に示す。調湿性としては、セメント量が増えるにつれて低下するものの、十分に有効と思われる値が得られた。
【００３９】
【表３】
2004175601.tif 000005
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、高炉スラグ微粉末を原料とした調湿性無機質粉末が得られる。その結果、従来は比較的補助材料的に用いられていた高炉スラグ微粉末を機能性建材等として利用できるようになり、本発明は、資源の再利用、環境の向上等に寄与するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る調湿性無機質粉末及び稚内珪藻土の吸水量の経時変化例を示す図である。
【図１】
2004175601.tif 000006