(57)【要約】【課題】良好な吸放湿性と硬化体強度を保持しつつも軽量且つ柔軟性を兼ね備え、壁や天井に施工する際に釘打ち特性や切断性など施工時の加工性に優れ、施工品質のバラツキが発生しにくい無機質硬化体の製造方法及び無機質硬化体を提供する。【解決手段】珪酸カルシウム化合物（好ましくはワラストナイトを含む）を含無機質粉体１００重量部に対してパルプ２〜２０重量部（及び吸放湿性材料１０〜７０重量部）及び水からなる混合物を抄造によって脱水し、含水率が１０〜５０重量％になるように賦形した後、炭酸化処理することを特徴とする無機質硬化体の製造方法、及び、炭酸化処理された硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ（及び吸放湿性材料）、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３重量％以上である無機質硬化体。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体１００重量部、パルプ２〜２０重量部及び水からなる混合物を抄造によって脱水し、含水率が１０〜５０重量％になるように賦形した後、炭酸化処理することを特徴とする無機質硬化体の製造方法。
【請求項２】
珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体１００重量部、パルプ２〜２０重量部、吸放湿性材料１０〜７０重量部及び水からなる混合物を抄造によって脱水し、含水率が１０〜５０重量％になるように賦形した後、炭酸化処理することを特徴とする無機質硬化体の製造方法。
【請求項３】
吸放湿性材料が、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンから選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする請求項２記載の無機質硬化体の製造方法。
【請求項４】
珪酸カルシウム化合物が、無機質粉体中１５重量％以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の無機質硬化体の製造方法。
【請求項５】
珪酸カルシウム化合物がワラストナイトを含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の無機質硬化体の製造方法。
【請求項６】
ワラストナイトのアスペクト比が１０〜２５であることを特徴とする請求項５記載の無機質硬化体の製造方法。
【請求項７】
炭酸化処理された硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３重量％以上であることを特徴とする無機質硬化体。
【請求項８】
炭酸化処理された硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、吸放湿性材料、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３〜４０重量％であることを特徴とする無機質硬化体。
【請求項９】
吸放湿性材料が、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンから選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする請求項８記載の無機質硬化体。
【請求項１０】
硬化体の比重が０．７〜１．４であることを特徴とする請求項７〜９の何れか１項記載の無機質硬化体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機質硬化体の製造方法及び無機質硬化体に関し、詳しくは建築部材などの調湿建材として好適に用いられる無機質硬化体の製造方法及び無機質硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、住宅設計分野では断熱性を向上させる機能設計を進めてきた。それにより宅内の高気密化は益々増進する傾向にある。このことは宅内のエネルギー消費を低減させるという点では好ましい傾向ではあるが、宅内環境についてこれまでにない新たな問題を引き起こしており、例えば、高濃度の揮発性化学物質との長期接触や結露によるカビ・ダニアレルゲン等、健康上の問題が取り立たされている。
【０００３】
この問題に対し、調湿性や化学物質の吸着性を機能付与した建材の開発が進められている。例えば特許文献１には、火山軽石類などの多孔材であるアロフェン又はイモゴライトを用い、アロフェン又はイモゴライトと凝結硬化剤とを混合、成形、凝結させてなる調湿建材などが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、軽量気泡コンクリートの粉粒体と水とを混合すること、得られた混合物を加圧下で成形すること及び得られた成形体を炭酸ガス雰囲気下で養生することからなる炭酸硬化成形体を製造する方法などが開示されている。
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討によれば、上記調湿建材や炭酸硬化成形体を壁や天井などに施工しようとすると、材質が非常に硬いため、通常の取り付けに使用される釘、ビス、ドリリングタッピンネジ、ステープルなどが極めて使い難いという問題があった。このため、壁や天井における下地材もしくはタイルの裏面に多量の接着剤を塗り付けた後に下地材表面などに貼り付ける工法になってしまい、作業員による施工品質のばらつきの発生や、施工費が高価になるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１４４３８７号公報
【特許文献２】
特開平７−２５６７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、良好な吸放湿性と硬化体強度を保持しつつも軽量且つ柔軟性を兼ね備え、壁や天井に施工する際に釘打ち特性や切断性など施工時の加工性に優れ、施工品質のバラツキが発生しにくい無機質硬化体の製造方法及び無機質硬化体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の無機質硬化体の製造方法は、珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体１００重量部、パルプ２〜２０重量部及び水からなる混合物を抄造によって脱水し、含水率が１０〜５０重量％になるように賦形した後、炭酸化処理するものである。
【０００９】
請求項２記載の無機質硬化体の製造方法は、珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体１００重量部、パルプ２〜２０重量部、吸放湿性材料１０〜７０重量部及び水からなる混合物を抄造によって脱水し、含水率が１０〜５０重量％になるように賦形した後、炭酸化処理するものである。
【００１０】
請求項３記載の無機質硬化体の製造方法は、上記吸放湿性材料が、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンから選ばれた少なくとも１種からなる請求項２記載のものである。
【００１１】
請求項４記載の無機質硬化体の製造方法は、上記珪酸カルシウム化合物が、無機質粉体中１５重量％以上である請求項１〜３の何れか１記載のものである。
【００１２】
請求項５記載の無機質硬化体の製造方法は、上記珪酸カルシウム化合物がワラストナイトを含む請求項１〜４の何れか１項記載のものである。
【００１３】
請求項６記載の無機質硬化体の製造方法は、ワラストナイトのアスペクト比が１０〜２５である請求項５記載のものである。
【００１４】
請求項７記載の無機質硬化体は、炭酸化処理された硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３重量％以上であるものである。
【００１５】
請求項８記載の無機質硬化体は、炭酸化処理された硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、吸放湿性材料、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３〜４０重量％であるものである。
【００１６】
請求項９記載の無機質硬化体は、吸放湿性材料が、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンから選ばれた少なくとも１種からなる請求項８記載のものである。
【００１７】
請求項１０記載の無機質硬化体は、硬化体の比重が０．７〜１．４である請求項７〜９の何れか１項記載のものである。
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
本発明における珪酸カルシウムとしては、特に限定されないが、例えば、セメント水和物やトバモライトのような珪酸カルシウム水和物や、セメントやワラストナイトのような珪酸カルシウム無水和物が挙げられる。中でも、硬化体の強度発現性の点から珪酸カルシウム無水和物を使用することが好ましい。珪酸カルシウムは水の存在下で二酸化炭素と接触させることにより、炭酸カルシウムと非晶質シリカが形成され、強度の優れた硬化体を得ることができるとともに、成形時の細孔構造を減少させることなく多孔質性を維持することができる。
【００２０】
上記珪酸カルシウムが、ワラストナイトであれば、炭酸化により硬化する際に反応速度や硬化体物性の化学的安定性が向上する点でより好ましい。
【００２１】
ワラストナイトとはＣａＳｉ０３で示される珪酸カルシウムからな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。一般にその繊維状の形状を利用して、アスベスト代替等の補強部材として利用されている。
【００２２】
上記ワラストナイトとしては、微粉砕処理を行い比表面積を増加させたワラストナイトが好ましく、粒子の大きさは平均粒径で１０μｍ以下が好適である。平均粒径が１０μｍより大きい場合、粒子の内部まで炭酸化反応が進行しにくくなることがある。
【００２３】
上記ワラストナイトのアスペクト比としては、１０〜２５であるものが好ましく、アスペクト比が１５〜２３であるものがより好ましい。
アスペクト比が１０未満であると、炭酸化処理前の賦形工程で、ワラストナイトの配向が効率的に起こらず賦形体の緻密化が不十分で、炭酸化処理による反応速度が遅くなる傾向があり、アスペクト比が２５を超えると、ワラストナイト繊維同士の絡み合いが大きく、嵩密度が大きくなり、賦形に高圧かつ、長時間のプレス成形が必要となることがある。
【００２４】
本発明における珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体としては、珪酸カルシウム化合物の他、石膏、半水石膏、二水石膏、炭酸カルシウム、セメント、珪砂、石炭灰等の無機質充填材が挙げられる。なお、この無機質粉体には、無機質材料であっても、後述する吸放湿性材料等のような調湿性能に関与する無機粉体は含まれないものとする。
【００２５】
尚、本発明における無機質硬化体には上記したもの以外に、必要に応じて例えば、木片、天然繊維、ビニロン、ポリエステル、ナイロン等の合成樹脂繊維などが含まれたものであっても良い。
【００２６】
本発明において、珪酸カルシウム化合物の配合量としては、上記無機質粉体中１５重量％以上であることが好ましい。上記珪酸カルシウム化合物が１５重量％未満の場合は、得られる無機質硬化体の強度が小さくなりすぎることがある。
【００２７】
本発明において、上記珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体及びパルプに、更に吸放湿性材料が１０〜７０重量部含まれる場合には、得られる硬化体の吸放湿性が更に向上する点で好ましい。
【００２８】
上記吸放湿性材料としては、吸放湿性を有する材料であれば特に限定されないが、微細な空孔を有しその平均細孔直径が０．１〜１００ｎｍである多孔質材料が含まれてなることが好ましい。材料が非常に微細な空孔を備え、比表面積が大きくなることで、空孔内に水蒸気が侵入し毛管凝縮によって吸着および脱離することができ、優れた吸放湿性能を有する材料となる。
【００２９】
上記吸放湿性材料の種類としては、特に限定されないが、例えば、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンなどが高い吸放湿性を発揮する点で好ましい。これらは単独で用いられてもよいし、２種以上併用されてもよい。
【００３０】
上記吸放湿性材料が１０重量部未満であると、吸放湿性能が出にくいことがあり、７０重量部を越えると無機質硬化体の強度に影響が出る場合がある。
【００３１】
本発明においては上記珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体とともにパルプが用いられる。パルプを用いることで、良好な吸放湿性と硬化体強度を保持しつつも軽量且つ柔軟性を兼ね備えた無機質硬化体を得ることが可能となる。
【００３２】
上記パルプとしては、特に限定されないが、叩解したものを用いることが好ましい。叩解したパルプを用いることで、抄造法により脱水して賦形する際の脱水性能を向上することができる。
【００３３】
本発明においては、上記珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体１００重量部に対してパルプが２〜２０重量部用いられる。
【００３４】
パルプが２重量部未満の場合は、得られる硬化体において充分な軽量性、切断加工性、柔軟性が得られないことがあり、２０重量部を超える場合は、不燃性能の低下や、原料混合時の分散不良による成形体材質の不均一化、賦形時の脱水性不良が生じることがある。
【００３５】
本発明の無機質硬化体の製造方法においては、上記珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体、パルプ、場合により吸湿性材料（以下、単にこれらを「原料」と記載することがある）及び水からなる混合物を、抄造によって脱水して、含水率が１０〜５０重量％になるよう賦形する。賦形方法としては、例えば、上記珪酸カルシウム化合物及びパルプ等からなる原料と共に水を混合した後に、抄造機などを用いて所定の形状に賦形する方法が挙げられる。
【００３６】
上記原料と水とを混合する場合、通常混合機が用いられるが、混合機に投入する順序は特に限定されない。また、混合機の種類としては特に限定されないが、パルプの分散性が向上する点でオムニミキサーが好ましい。
【００３７】
上記抄造法としては、その方式について特に限定されず、丸網式や長網式などの公知の方法が好適に適用可能であり、例えば、抄造機のコンベア上にある透水性シート上に供給されたスラリー状の上記混合物が、余剰水分が搾水されながらロールよって所望の厚さで挟み込まれて脱水され一定の長さに切断されたものを、プレス等で更に加圧脱水することによって含水率が１０〜５０重量％になるよう賦形される方法等が好適である。
【００３８】
上記含水率が１０重量％未満の場合は、炭酸化処理する際の炭酸化反応が不十分になることがあり、含水率が５０重量％を超える場合は、ハンドリングに支障をきたしたり、炭酸化反応が不十分になり硬化体として必要な性能を満たさなくなることがある。
【００３９】
本発明において炭酸化処理とは、珪酸カルシウムを含む無機材料と水などを混合して二酸化炭素に接触させ、珪酸カルシウムなどの無機材料成分を二酸化炭素と反応させ硬化させることを意味する。
【００４０】
上記炭酸化処理の方法としては、例えば、気体状態あるいは超臨界状態の二酸化炭素を接触させる方法が挙げられる。この場合、炭酸ガス濃度は任意の濃度を利用して良いが、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。
【００４１】
炭酸化処理の温度としては、特に限定されないが、反応量と工業生産性の観点から、室温〜２００℃の範囲が好ましく、４０℃〜１２０℃がより好ましい。処理温度が低すぎると、炭酸化の反応量が減少するため硬化体の強度が低下する傾向があり、処理温度が高すぎると炭酸化の反応量が少なからず増加するものの、硬化体の密度が低下する傾向があり、また大きなエネルギーが必要となるため工業生産性の観点から好ましくない。
【００４２】
炭酸化処理の圧力としては、特に限定されないが、反応量と工業生産性の観点から、０．２〜２０ＭＰａの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．５〜１ＭＰａである。すなわち、０．２ＭＰａより低い場合、炭酸化反応量が低下し、強度が低下する傾向があり、２０ＭＰａより高い場合、炭酸化反応量はほとんど変化せず、大きなエネルギーが必要となるため工業生産性の観点から好ましくない。
【００４３】
また、炭酸化処理時間は、特に限定されないが、反応量と工業生産性の観点から、５〜１２０分の範囲内であることが好ましい。すなわち、５分より短い場合、炭酸化反応量が低下し強度が低下する傾向があり、１２０分より長い場合、炭酸化反応量はほとんど変化しないが、生産性の観点から効率的でない。
【００４４】
本発明の炭酸化処理された無機質硬化体としては、硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３重量％以上のものであってもよい。また、更に上記吸放質性材料が硬化体中に含まれたものであってもよい。
【００４５】
上記無機質硬化体においては、非晶質シリカの含有量が小さすぎると硬化体の強度が小さくなる傾向があるため好ましくない。含有量の上限は特に認められないが、硬化体中に、非晶質シリカを含まない多孔材などの吸放湿性材料を使用した場合には、強度保持の点で４０重量％以下であることが好ましい。尚、吸放質性材料については、上記において説明した内容と同様であり、重複説明は省略する。
【００４６】
上記無機質硬化体の比重は、特に限定されないが、０．７〜１．４であることが好ましい。比重が０．７未満であると、硬化体の端部の強度が不十分でハンドリングに支障をきたしたり、また切断加工時に欠けるなどの不具合が生じやすくなる。比重が１．４より大きい場合は硬化体が重くなりすぎて、ハンドリングに支障をきたしたり、逆に切断加工性が困難になるなどの不具合が生じることがある。
【００４７】
（作用）
本発明の無機質硬化体の製造方法によれば、特定量の珪酸カルシウム化合物を含む無機質粉体に対して特定量のパルプ及び水からなる混合物を抄造によって脱水して、特定量の含水率になるよう賦形した後、炭酸化処理することを特徴とするので、パルプの補強効果と適度な炭酸化反応により、良好な吸放湿性と硬化体強度を保持しつつも軽量且つ柔軟性を兼ね備えた無機質硬化体を得ることが可能となる。
【００４８】
上記混合物に、更に特定量の吸放湿性材料が含まれてなる場合、及び吸放湿性材料が、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンから選ばれた少なくとも１種からなる場合には、上記効果は更に確実なものとなる。
【００４９】
また、上記珪酸カルシウム化合物がワラストナイトを含む場合、及びワラストナイトのアスペクト比が１０〜２５である場合には、炭酸化により硬化する際に反応速度や硬化体物性の化学的安定性が向上し、上記効果は更に確実なものとなる。
【００５０】
本発明の無機質硬化体は、炭酸化処理された硬化体中に、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、及びパルプを含み、非晶質シリカの含有量が３重量％以上であることを特徴とするので、パルプの補強効果と、適度な炭酸化反応がなされることで非晶質シリカの含有量が良好な範囲となり、上記同様に良好な吸放湿性と硬化体強度を保持しつつも軽量且つ柔軟性を兼ね備えた無機質硬化体を得ることが可能となる。
【００５１】
上記硬化体中に、更に吸放湿性材料が含まれてなる場合、及び吸放湿性材料が、珪藻土、ゼオライト、セピオライト、アタパルジャイト、アロフェンから選ばれた少なくとも１種からなる場合には、上記効果は更に確実なものとなる。
【００５２】
また、上記硬化体の比重が０．７〜１．４である場合には、ハンドリング性や施工時の加工性が向上し、上記効果は更に確実なものとなる。
【００５３】
【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。
図１には本発明に係る無機質硬化体の製造方法に用いる抄造成形装置の一例を表している。図１において、抄造成形装置１は、シート２と原料供給機３とサクション手段とを備えている。シート２は透水性を有し、無端のベルト状になっており、駆動ロール２１を介してＡの方向に一定速度で回転するようになっている。
【００５４】
サクション手段としては、減圧ボックス４とサクションボックス５とを備えている。多数のサクションボックス５は、チェーンを介してベルト上に連結されていて、このチェーンが掛けられたロール６が駆動回転することによってシート２と同じ方向に等速度で回転するようになっているとともに、シート２の上側の平らな部分と平行になった時に、各サクションボックス５の上面がシート２の下面に密着するようになっている。サクションボックス５は、シート２の下面に接する側に多数の吸水孔が設けられており、また同じように多数の減圧孔が設けられた減圧ボックス４は、真空ポンプやブロアーなどの減圧手段に接続されているとともに、サクションボックス５に下側から密着するようになっている。
【００５５】
原料供給機３からシート２上に供給されたスラリーなどの原料混合物は、サクションボックス５の吸水孔から原料混合物中の余剰水が搾水されるとともに、押圧ロール７により押圧され、表面が平滑にならされて所望の厚みの成形板８に賦形される。
【００５６】
（実施例１）
ワラストナイト（清水工業社製「Ｈ１２５０Ｆ」  アスペクト比２０）１００重量部に対して、パルプ繊維（パルテック社製「セロファイバー」）７．５重量部と水２００重量部とをオムニミキサーで３０秒間混合し、スラリーを得た。得られたスラリーを図１に示す抄造成形装置１の原料供給機３に投入し、脱水押圧した後、３０３×６０６×７ｍｍの寸法に切断し、面圧５．９ＭＰａで１０秒間加圧しながら４５０ｍｍＨｇの条件下で更に脱水して所望の賦形体を得た。得られた賦形体を温度６０℃、圧力１ＭＰａの二酸化炭素環境下に１時間放置し、無機質硬化体を得た。
【００５７】
（実施例２）
ワラストナイトを１００重量部とし、更にアタパルジャイト（昭和化学工業社製「ＯＦ−４００」）６０重量部を加え、水を３００重量部としたこと以外は実施例１と同様にして無機質硬化体を得た。
【００５８】
（比較例３）
ワラストナイト（清水工業社製「Ｈ１２５０Ｆ」  アスペクト比２０）１００重量部に対して、アタパルジャイト（昭和化学工業社製「ＯＦ−４００」）８０重量部、パルプ繊維（パルテック社製「セロファイバー」）５重量部と水３００重量部とをオムニミキサーで３０秒間混合し、スラリーを得た。得られたスラリーを図１に示す抄造成形装置１の原料供給機３に投入し、脱水押圧した後、３０３×６０６×７ｍｍの寸法に切断し、面圧５．９ＭＰａで１０秒間加圧しながら４５０ｍｍＨｇの条件下で更に脱水して所望の賦形体を得た。得られた賦形体を温度６０℃、圧力１ＭＰａの二酸化炭素環境下に１時間放置し、無機質硬化体を得た。
【００５９】
（比較例１）
ＡＬＣ（オートクレーブドライトウエイトコンクリート）成形体を粉砕した粉粒体１００重量部に対し、水４０重量部を加えて均一に混合した後、型枠に入れ９．８ＭＰａの圧力で加圧成形し賦形体を得た。得られた賦形体を温度６０℃、圧力１ＭＰａの二酸化炭酸環境下に１時間放置し、無機質硬化体を得た。
【００６０】
上記実施例及び比較例により得られた無機質硬化体については、以下の方法により評価を行った。
（硬化体組成）
得られた無機質硬化体を所定の寸法に切断したものを試料とし、炭酸カルシウムについては、試料を６Ｎの塩酸で溶解した際に発生する二酸化炭素ガス量から算出し、非晶質シリカに関しては、２Ｎの水酸化ナトリウム水溶液で溶解するものを測定し算出した。
（吸放湿性）
得られた無機質硬化体より７ｍｍ厚の試料を切り出し、試料の一方の表面のみを露出、残りの５面をアルミテープでシールした状態で試験を行った。試験は試料を温度２５℃湿度５０％の恒温恒湿雰囲気下で一定重量とし、含水平衡状態を確認した後に、温度２５℃湿度９０％の雰囲気下に２４時間静置した後の重量を測定し増加した重量を試料の露出した表面積で除して吸湿量を求め吸放湿性を評価した。
（比重）
得られた無機質硬化体を所定の寸法に切断し、アルキメデス法により比重を測定した。
（曲げ強度）
無機質硬化体を所定の寸法に切断し、スパン９０ｍｍ、荷重速度０．５ｍｍ／分の条件で曲げ強度を測定した。
（加工性）
得られた無機質硬化体を用いて釘打ち加工性及び切断加工性を評価した。
【００６１】
上記実施例、比較例で得られた賦形体の含水率、外観、及び無機質硬化体の評価結果を表１に示した。
【００６２】
【表１】
2004322546.tif 000003
【００６３】
表１に示すように、本発明における実施例においては、吸放湿性に優れ、比重が低く且つ曲げ強度も良好であり、釘打ちや切断時の加工性に優れていることが判明した。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、良好な吸放湿性と硬化体強度を保持しつつも軽量且つ柔軟性を兼ね備え、壁や天井に施工する際に釘打ち特性や切断性など施工時の加工性に優れ、施工品質のバラツキが発生しにくい無機質硬化体の製造方法及び無機質硬化体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における抄造成形装置の一例を説明する模式図である。
【符号の説明】
１  抄造成形装置
２  シート
２１  駆動ロール
３  原料供給機
４  減圧ボックス
５  サクションボックス
６  ロール
７  押圧ロール
８  成形板
【図１】
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