(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントを含むケイ酸質原料および石灰質原料を主原料とし、これに発泡剤としての金属アルミニウム粉末と界面活性剤と増粘剤とを配合した水性原料スラリー中に多数の気泡を内在させ、界面活性剤と増粘剤との作用により相隣接した複数の気泡同士が接触してその気泡間に泡膜が形成された状態で、原料スラリーを水和反応により半硬化させるとともにその半硬化体をオートクレーブ養生により本硬化させて、該気泡間の泡膜を消失させて形成される連続気孔の総容積が全体積の３０％以上を占めている多孔質吸音材の製造方法において、前記界面活性剤は、ケイ酸質原料と石灰質原料との総重量の０．２〜１．０重量％を占めるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩であり、かつ前記半硬化させる養生最高温度が、８０℃〜９５℃であることを特徴とする多孔質吸音材の製造方法。
【請求項２】
前記石灰質原料は、生石灰を含有する請求項１記載の多孔質吸音材の製造方法。
【請求項３】
前記生石灰の含有量は、前記主原料の１〜１０重量％である請求項２記載の多孔質吸音材の製造方法。
【請求項４】
前記半硬化体は、その内部に補強材が配設されている請求項１、２または３記載の多孔質吸音材の製造方法。
【請求項５】
前記半硬化体の長尺方向の長さは、２ｍ以上である請求項４記載の多孔質吸音材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の連続気孔を内在させた吸音性能の良い吸音材の製造方法において、生産性を向上させるとともに亀裂の発生が少ない多孔質吸音材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より連続気孔を多数内在させたケイ酸カルシウム水和物系多孔質吸音材の製造方法は、広く知られている。
例えば、セメントを含むケイ酸質原料および石灰質原料を主原料とする水性スラリー中に多数の気泡を形成させ、界面活性剤および増粘剤の存在下で隣接した複数の気泡同士を接触させるとともに、セメント水和反応によって原料スラリーを半硬化させて半硬化体を生成する。そして、その半硬化体を高温・高圧下でオートクレーブ養生して、多数の連続気孔を内在させた多孔質吸音材を製造する方法である。
【０００３】
この時、多数の気泡を原料スラリー中に形成させる方法としては、次の２つの方法が知られている。
ひとつは、ケイ酸質および石灰質を主原料とする原料スラリーへ、起泡させた界面活性剤水溶液の泡沫液を混合するプレフォーム法、または原料スラリーを泡立てて気泡を形成するミックス・フォーム法のいずれかにより、原料スラリーと気泡とを混合させる方法。もう一つは、原料スラリー中に混入させたアルミニウム金属粉末等の発泡剤を発泡させることにより、気泡を内部から形成させるポストフォーム法であり、この発泡剤による気泡形成による多孔質吸音材の製造方法としては、特開平９−３０１７８４号公報がある。
【０００４】
これらの製造方法において、原料スラリーに界面活性剤および増粘剤が添加される。これらの作用は、次のように考えられている。すなわち、気泡間の原料粒子や水の移動抵抗を大きくして泡膜が薄くなるのを遅らせて、泡膜を安定させて破壊され難くする。その結果、相隣接する気泡同士が接触しても一体化して大きな独立気泡となることを抑制するようになる。こうして相隣接する気泡同士を接触させて気泡間に泡膜を形成させた後に、オートクレーブ養生によりその気泡間の泡膜を完全に消失させて、多数の連続気孔を内在した吸音性能に優れた多孔質吸音材を得ることができる。
【０００５】
また最近の市場においては、多孔質吸音材の取付施工の効率化のために、より大型の多孔質吸音材が望まれており、特に道路防音壁、発電所、ゴミ処理場などの大規模施設の施工において、その要求が高まっている。このため、内部に補強材を配設して吸音材の強度を持たせて、大型化を図る方法が採られている。
しかし、補強材が配設された半硬化体は、その半硬化時に母材に亀裂を生じ易かった。すなわち、型枠内に打設された原料スラリーを養生により半硬化させる養生温度が比較的に低いとセメントの水和反応による硬化が遅くなる。そして、この硬化不十分な母材が線膨張の大きな補強材に引っぱられて、半硬化体表面に亀裂が発生する現象が多く見られた。この現象は、長尺方向の長さが２ｍを越える多孔質吸音材において、補強材が長くなるため半硬化体の中央部における亀裂発生が顕著であった。
【０００６】
また、半硬化養生中における半硬化体の温度を所定の温度以上に高くすると、セメントの水和反応がより促進され、原料スラリーが早期に硬化して強度が得られるため補強材の線膨張に影響されることなく亀裂の発生が減少することが知られている。あわせて、半硬化養生中における半硬化体の温度を上げることにより、脱型が可能な硬度の半硬化体に成るまでに必要な養生時間が短縮されて、生産性を大幅に向上させることも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、亀裂の発生を防止するとともに養生時間の短縮を図るために、半硬化養生中における半硬化体の温度を単に高くすると、泡膜が非常に不安定となり気泡内部の空気膨張に耐えられず破壊されやすくなり、相隣接する気泡同士の一体化を防ぐことができなくなる。
これに対して従来使用されていた高級アルコール硫酸エステル塩やアルキルベンゼンスルホン酸塩等の界面活性剤あるいは増粘剤等の添加量を増加させても、この現象を改善することはできなかった。従って、養生温度を高くして半硬化体の亀裂を減少させても、内在する連続気泡が減少して代わりに独立した気泡が多くなってしまうため、十分な吸音性能を備えた多孔質吸音材を得ることはできなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、セメントを含むケイ酸質原料および石灰質原料を主原料とし、これに発泡剤としての金属アルミニウム粉末と界面活性剤と増粘剤とを配合した水性原料スラリー中に多数の気泡を内在させ、界面活性剤と増粘剤との作用により相隣接した複数の気泡同士が接触してその気泡間に泡膜が形成された状態で、原料スラリーを水和反応により半硬化させるとともにその半硬化体をオートクレーブ養生により本硬化させて、該気泡間の泡膜を消失させて形成される連続気孔の総容積が全体積の３０％以上を占めている多孔質吸音材の製造方法において、前記界面活性剤は、ケイ酸質原料と石灰質原料との総重量の０．２〜１．０重量％を占めるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩であり、かつ前記半硬化させる養生最高温度が、８０℃〜９５℃であることを特徴とする多孔質吸音材の製造方法を採用した。なお、ここで半硬化させる養生最高温度とは、水性原料スラリーが水和反応によって半硬化される際に、半硬化体の内部において記録された最高（ピーク）温度とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、先ずセメントを含むケイ酸質原料および石灰質原料に、発泡剤としての金属アルミニウム粉末と界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩と増粘剤とを添加して水性原料スラリーを生成する。そして、多数の気泡を内在させた原料スラリーを８０℃〜９５℃の養生最高温度で半硬化させる。その後、オートクレーブにより本硬化させる多孔質吸音材の製造方法である。なお、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩 の組成式は、ＲＯ(ＣＨ2ＣＨ2Ｏ)nＳＯ3Ｍ (Ｒはアルキル基、Ｍは対イオン)で示される。
【００１０】
ケイ酸質原料としては、石英、クリストバライトなどの非晶質シリカ鉱物、珪砂、フライアッシュ、スラグ、シリカフューム、などから一種類あるいは二種類以上の混合物が使用できる。
石灰質原料としては、生石灰、消石灰、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、シリカセメント、高炉セメント、フライアッシュセメントなどから一種類あるいは二種類以上の混合物が使用できる。
また、ケイ酸質原料または石灰質原料の一部として、予め水和反応を進行させた半硬化性物や、軽量気泡コンクリート(ＡＬＣ)の製造工程で発生する半硬化性物を解砕してスラリーとしたものを置換して使用してもよい。
【００１１】
ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩は、温度変化（特に上昇）に対して特性が安定しており、温度の高い半硬化体内部であっても泡膜を安定させて気泡の一体化を起こり難くする。
界面活性剤の作用は複雑であるため特定できないが、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩と高級アルコール硫酸エステル塩ＲＯＳＯ3Ｍとの組成式における相違点である(ＣＨ2ＣＨ2Ｏ)n が、気泡一体化の抑制に大きく寄与していると推定される。
この(ＣＨ2ＣＨ2Ｏ)nを付加することにより、界面活性剤の溶解性が向上するとともに、硬水中、すなわち、カルシウム成分を多量に含む原料スラリー中での起泡力、泡安定性が一層向上する。
すなわち、高級アルコール硫酸エステル塩等と比べて、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩は、起泡力または泡安定性の面で特性が非常に優れている。これにより、例え、温度が上昇して全体的な特性が下がっても、なおも気泡を十分に安定させて気泡の一体化を防ぐことが可能となる。
【００１２】
その結果、高級アルコール硫酸エステル塩やアルキルベンゼンスルホン酸塩を添加した場合と違って、半硬化時の養生最高温度が７５℃以上となっても、本発明では安定した相隣接する気泡の生成および維持されて連続気孔を多く内在した多孔質吸音材を製造することが可能となる。しかし、半硬化時の養生最高温度が９５℃を越えると、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を使用しても気泡の一体化を抑制できなくなる。
【００１３】
また、従来の高級アルコール硫酸エステル塩等と比べて、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩は低濃度であっても起泡力および起泡安定性に優れており、その添加量を、従来の１／５〜１／１０に減らすことができる。この添加量の減少により原料スラリー中のセメント粒子表面に吸着される界面活性剤の量が減少するため、セメント表面を疎水化しない。これにより、セメント水和反応を遅延させる作用は弱くなる。その結果、セメントの水和反応が促進されることになり、半硬時の養生温度をさらに上昇させるとともに本発明の効果が一層発揮されるようになる。
【００１４】
ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩の添加量は、ケイ酸質原料と石灰質原料との総重量の０．２〜１．０重量％が好ましい。０．２％重量より少ないと、十分な気泡安定効果が得られないため相隣接する気泡が一体化してしまう。また、１．０重量％より多いと、セメント粒子表面への界面活性剤の吸着量が多くなり疎水性を増大させて水和反応を阻害するようになる。したがって、０．２〜１．０重量％の範囲が、界面活性剤の効果とそのコスト面において最適となる。
【００１５】
ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩 ＲＯ(ＣＨ2ＣＨ2Ｏ)nＳＯ3Ｍ は、そのアルキル基Ｒが直鎖状と分岐状、飽和と不飽和など様々な形態を取り得るが、価格、入手のしやすさの面で、炭素数が１１〜１８の直鎖状飽和アルキルであることが望ましい。また、エチレンオキサイト (ＣＨ2ＣＨ2Ｏ)n の付加モル数ｎは、低濃度での起泡性および気泡安定性の面で２〜４が最も効果があり望ましい。対イオンＭは、特に限定されないが、-Ｎａ、-ＮＨ４、−Ｎ(ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ)３ などがある。
具体的には、エチレンオキサイトとしてはジオキシエチレン、トリオキシエチレン、テトラオキシエチレンがあり、直鎖状飽和アルキル基としてはラウリル基、セチル基、ステアリル基、また直鎖状不飽和オレイル基があり対イオンＭとしては、トリエタノールアミン、ナトリウム、アンモニウム、ジエタノールアミンがあり、これらの組み合わせによるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩が使用できる。また、その中でもトリオキシエチレンラウリル硫酸エステルトリエタノールアミンが、性能、価格、入手の容易さの面で優れており好ましい。
【００１６】
増粘剤は、気泡間の原料粒子や水の移動抵抗を大きくすることによって気泡の合体を防ぐ機能がある。また、界面活性剤の影響で著しく低下するスラリー粘度を調整する働きもある。本発明に係る増粘剤としては、特性面でメチルセルロース、ポリビニルアルコール等が好ましく、その添加量は固形原料の０．２〜０．５重量％が望ましい。
【００１７】
このように、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を使用した原料スラリーから半硬化体を生成する養生最高温度を８０℃〜９５℃にすると、水和反応が促進されるとともに気泡が安定する。その結果、半硬化体の亀裂の発生を減少させるとともに、原料スラリーの型枠内への打設から脱型までに要する時間を短縮させて生産性を向上させることが可能となる。また、この養生最高温度を８０℃〜９０℃とすると、前述の作用がより安定して得られるようになり、望ましい。養生最高温度を８０℃〜９５℃にするためには、次の３つの方法およびそれらの組み合わせが考えられる。(1)原料を調整してスラリーの水和反応により発熱させる。(2)原料スラリーが流し込まれた型枠を雰囲気温度４０℃〜８０℃に保つ。すなわち、型枠からの放熱を減少させるとともに熱量を外部よりさらに供給する。(3)原料スラリーの温度を、予め４５〜６５℃に調整して型枠内に流し込む。
【００１８】
前項(1)記載の原料を調整してスラリーの水和反応により発熱させる方法として、生石灰を含有させた石灰質原料を使用することが好ましい。すなわち、生石灰は水和反応における発熱量が大きいため、半硬化時の養生最高温度を容易に８０℃以上にすることができる。これにより、原料スラリーの半硬化反応が促進されるとともに生石灰の水和反応による構造強化も加わり、非常に短い養生時間で脱型可能な硬度を有する半硬化体を得ることができる。
【００１９】
また、これは水和反応における発熱量が大きな生石灰を使用することにより半硬化時の養生最高温度が７５℃以上となっても、安定した連続起泡を多数形成することが可能であるということを意味する。この石灰質原料に生石灰を含有させて使用すると、気泡の安定、半硬化までの時間短縮、半硬化体の強度ＵＰ、作業の容易化、さらに設備の増設も不要であり、費用対効果の面で非常に優れており最も望ましい。
さらに、普通、早強、中庸熱などのポルトランドセメントと生石灰とを併せて用いると、その効果が十分に発揮されてより望ましい。
【００２０】
生石灰の含有量をケイ酸質原料と石灰質原料の総重量の１〜１０重量％とすると、原料スラリーの水和反応熱により半硬化時の養生最高温度を容易に８０℃以上にできるため、より望ましい。生石灰が１重量％より少ないと水和反応熱のみにより半硬化時の養生最高温度を８０℃以上とすることは難しく、また、１０重量％を越えると水和反応熱よる半硬化時の温度が９５℃以上となって、気泡の一体化を抑制できなくなる。
【００２１】
また、半硬化時の養生最高温度が８０℃以上であるため、半硬化養生の早期時点からその硬度が得られるようになる。これにより、半硬化体内部の線膨張の大きな補強材に母材が引っぱられても亀裂が発生し難くなり、半硬化体の長さが２ｍ以上となっても、その中央部付近における亀裂の発生は減少する。なお、母材と補強材との膨張差によってこの亀裂は発生していたため、母材と比べて補強材の線膨張が小さい場合においても前述の効果が同様に得られる。補強材としては、鉄筋、ステンレスなどの棒材、または炭素繊維もしくはアラミド繊維の収束物などが使用できる。
【００２２】
なお、セメントを含むケイ酸質原料および石灰質原料の他に、半硬化時の硬化状況を調整したり水熱反応を促進したりする石膏、アルミナセメント、アルミナ、アルカリ質などを適量混入することができる。しかし、多量に混入すると反応を阻害するようになるため、ケイ酸質原料および石灰質原料の総重量に対して、石膏は10％以下、アルミナは20％以下、アルカリ物質は５％以下とすることが好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。
【実施例１】
ケイ酸質原料として珪石粉末５１重量％、石灰質原料として早強セメント４７重量％、石膏２重量％からなる固形分１００重量部を主原料とし、これに対して（外割として）ＡＬＣの半硬化物５重量部と水７８重量部、そして増粘剤としてメチルセルロース０．４重量部を添加し、２分間混合攪拌をして一次スラリーを得る。
【００２４】
この一次スラリーに発泡剤として金属アルミニウム粉末０．１２重量部、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン０．５重量部を添加し、均一に混合して温度が４０℃に調整された２次スラリーを得る。
そして、この２次スラリーを、補強材（直径５．５mmの鉄筋が縦筋６本、横筋１２本に溶接固定された鉄筋マットが２枚カゴ状に組まれた）がセットされた型枠内（長さ６ｍ、幅１．５ｍ、高さ０．７ｍ）に流し込んで徐々に発泡させ、脱型可能な硬さの半硬化体を得た。
【００２５】
そして、脱型した半硬化体を長さ３０００mm×幅６００mm×厚さ１００mmの大きさにピアノ線で切断した後、温度１８０℃、圧力１０気圧で４時間オートクレーブ養生して完全に硬化した多孔質吸音材を得た。
【００２６】
半硬化養生時における半硬化体の温度は、型枠内の（長さ方向の中央部・幅方向の型枠壁から内側へ３０ｃｍ・深さ２３ｃｍ）半硬化体内部の温度を熱伝対温度計にて測定した。
完成した多孔質吸音材を、目視により表面亀裂の状態を確認し、さらに吸音材断面において連続気孔が形成されている状態を電子顕微鏡により観察した。
また、５０℃に調整した乾燥機内で３日間かけて吸音材を乾燥させた後、φ９０mm×厚さ５０mmの試験体を切り出した。そして、ＪＩＳ−Ａ−１４０５に準じて中心周波数８００Ｈｚにおける垂直入射吸音率を測定した。
【００２７】
実施例及び比較例における、原料スラリー打設から脱型までに要した時間、半硬化体の養生最高温度、亀裂発生状況、連続気孔の形成されている状況、垂直入射吸音率の測定および評価結果を表１に示す。
なお、次のいずれかの亀裂が半硬化体表面から観察された場合は、亀裂有りの半硬化体としてカウントして、（亀裂有り／半硬化体の総数）の比率を亀裂発生率とした。
▲１▼表面において亀裂の長さが２０ｃｍ以上のものが１本以上、
▲２▼２０ｃｍ以下であっても亀裂が２本以上、
▲３▼表裏貫通した亀裂がある。
以下の各実施例、比較例において、総数１５０枚の半硬化体を観察した。
【００２８】
なお、連続気孔とは、多孔質吸音材の任意切断面において、気孔が数珠状に３つ以上連通しているものをいう。図１に、多孔質吸音材１０の任意切断面における詳細部分のイメージ図を示す。また、気孔３が３つ以上連通している連続気孔１の具体例を図２に示す。すなわち、１ａ：３つの気孔断面が連続している、１ｂ：気孔断面は１つであるが、その奥に２つ以上の気孔が連通している。１ｃ：気孔断面は２つであるが、その奥に１つ以上の気孔が連通している、１ｄ：気孔断面が３つ以上連通しているとともにその奥に別の気孔が連通している、さらに、これ以外にも気孔３が３つ以上連通している状態は多数考えられるため、この図示には限定されない。
そして、これら連続気孔の総容積が全体積の３０％以上を占めている場合、表１における判定を「○」とした。
【００２９】
【実施例２】
ケイ酸質原料として珪石粉末４６重量％、石灰質原料として早強セメント４７重量％、石膏２重量％、生石灰５重量％を主原料とした。それ以外は、実施例１と同じ条件および方法とした。
【実施例３】
添加する水の温度を上げて、２次スラリーの温度を５０℃に調整した。それ以外は実施例１と同じ条件および方法とした。
【実施例４】
２次スラリーを型枠に流し込んだ後、雰囲気を５５℃にして養生した。それ以外は、実施例１と同様の条件および方法とした。
【００３０】
【比較例１】
界面活性剤として高級アルコール硫酸エステルを４．０重量部を使用した。それ以外は、実施例１と同様の条件および方法で多孔質吸音材を製造した。
実施例１と比べて界面活性剤重量部が多く添加されるため、セメント水和反応が遅延して養生最高温度が７１℃と低くなった。そのため、多数の連続気孔が十分に形成されており、垂直入射吸音率は０．７９と良好な吸音材となった。しかし、脱型可能な硬さになるまでに約６時間を要したとともに、亀裂の発生率は５８．０％と非常に高くなった。
【比較例２】
界面活性剤として高級アルコール硫酸エステルを使用した。それ以外は、実施例２と同様の条件および方法とした。
養生最高温度が８２℃であったため、脱型までの時間は４時間に短縮されて亀裂の発生率は３．３％と低くなった。しかし、この温度上昇によって気泡の一体化が進み連続気泡が形成されなかったため、結果として多数の独立気孔が内在した多孔質吸音材となった。
そして垂直入射吸音率も表１に示したように０．３０となり、十分な吸音率が得られなかった。
【００３２】
【表１】
0004666551.tif 000002
【００３３】
実施例１〜４では、表１に示すように、すべて半硬化させる養生最高温度が７５℃以上であったため、対応する比較例１〜２のそれぞれの結果と比べて、脱型までの時間が短縮されているとともに、かつ亀裂の発生率が著しく減少した。さらに、界面活性剤にポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩を使用したため、養生最高温度が８０℃以上となっても、多数の連続気孔を内在して十分な吸音率を有する多孔質吸音材を製造することができた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔質吸音材に多数の連続気孔を内在させるとともに、その製造時における亀裂発生を少なくして、かつ、生産性を向上させることが可能となる。
これにより、吸音性能に優れた多孔質吸音材を工場で効率よく生産できる。
なお、本発明は、プレフォーム法、ミックス・フォーム法、またはポストフォーム法のいずれの方法を用いても、気泡を原料スラリー中に内在させて半硬化させる際には、その効果を発揮する。また、ポストフォーム法によって発泡生成された気泡の安定化には、本発明はより好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における多孔質吸音材の任意切断面の詳細部分を示すイメージ図。
【図２】本発明における連続気孔の具体例を示す説明図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  連続気孔
２  連通孔
３  気孔
１０  多孔質吸音材
【図１】
0004666551.tif 000003
【図２】
0004666551.tif 000004