(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オートクレーブ内に存在する軽量気泡コンクリートを、オートクレーブ内で形成された、少なくとも１種のアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスにより処理することを特徴とする撥水性軽量気泡コンクリートの製造法。
【請求項２】
オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシランが存在する状態において、オートクレーブ内に水蒸気を注入して形成された、上記アルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスにより、上記軽量気泡コンクリートを処理することを特徴とする請求項１記載の撥水性軽量気泡コンクリートの製造法。
【請求項３】
オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシランおよび水が存在する状態において、オートクレーブを外部からの熱源により加熱し、オートクレーブ内で形成した、上記アルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスにより、上記軽量気泡コンクリートを処理することをを特徴とする請求項１記載の撥水性軽量気泡コンクリートの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撥水性を付与した軽量気泡コンクリート製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多孔質無機系建材の一つである軽量気泡コンクリートは、軽量かつ断熱性に優れているため、ビルまたは住宅の外壁材、床材、間仕切り材、屋根材として広く用いられている。しかし、一方ではその耐水性が劣り水を吸水し易いという問題がある。すなわち、比重が０．４５〜０．５５の軽量気泡コンクリートは、体積のほぼ８割が空隙であり、この空隙に水が浸透し易く、水が入ると断熱性や強度が低下するだけでなく、炭酸化や凍害の促進を招き、亀裂などの問題を生じる。また、吸水と乾燥の過程で膨潤と収縮を繰り返し、亀裂の原因になる場合もある。
【０００３】
一般に、軽量気泡コンクリートの吸水を防止する方法は、軽量気泡コンクリート表面への塗装である。しかし、軽量気泡コンクリートの表面は、切断時に形成される凹凸や気泡による凹凸が大きく、非常に多くの塗料を塗布しないと耐透水性能が得られない。また、現場塗装では、ピンホールなどができ易く、完全に吸水を防止することは非常に困難である。更には、工場塗装で予め軽量気泡コンクリート表面に完全な塗装を行っていても、軽量気泡コンクリートは、現場で切断加工する場合が多く、切断面から雨などの水が入り問題となる。このように、塗装では軽量気泡コンクリートの吸水の問題を十分に解消することが困難である。
【０００４】
そこで、軽量気泡コンクリート自体の吸水速度を低減する方法として、特開昭５８−５５３５９号公報、特開平３−５４１７５号公報において、軽量気泡コンクリート製造工程の原料スラリーにポリジメチルシロキサンを添加する方法が提案されている。しかし、このような方法では、上記の耐水性が劣り水を吸水し易いという問題をある程度解決することはできるが、本質的に軽量気泡コンクリートの吸水を防ぐことはできず、軽量気泡コンクリートの吸水問題を解決したとは言えない。
【０００５】
また、軽量気泡コンクリートに撥水性を付与する方法として、特開昭５９−１１６１６５号公報において、軽量気泡コンクリート表面にアルコキシシランなどの撥水剤蒸気を接触させる方法が提案されている。しかし、この方法では、軽量気泡コンクリートに撥水剤蒸気を単純に接触させるだけであり、撥水剤は拡散により軽量気泡コンクリート内部空隙へ浸透するだけであり、軽量気泡コンクリート内部までは十分な撥水性が得られない。
【０００６】
また、同様に特開平６−２７１３７１号公報において、軽量気泡コンクリートを密閉容器に入れ減圧状態にした後、アルキルアルコキシシランの蒸気を流入させる方法が提案されている。しかし、この方法のように軽量気泡コンクリートを入れた密閉容器を減圧状態にして、常圧下でアルキルアルコキシシランの蒸気を流入させるだけでは、十分な蒸気圧は得られず、簡便かつ効率的に軽量気泡コンクリート表面および内部空隙表面に撥水層を形成することは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軽量気泡コンクリートが有する軽量かつ断熱性に優れた性能を損なうことなく、簡便かつ効率的に軽量気泡コンクリート表面および内部空隙表面に撥水性を付与した撥水性軽量気泡コンクリートの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、軽量気泡コンクリートをオートクレーブ内で高温高圧のアルキルアルコキシシランと水蒸気の混合ガスにより、軽量気泡コンクリートを処理することで、簡便かつ効率的に軽量気泡コンクリート表面および内部空隙表面にアルキルアルコキシシシランからなる撥水層を形成させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は
［１］  オートクレーブ内に存在する軽量気泡コンクリートを、オートクレーブ内で形成された、少なくとも１種のアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスにより処理することを特徴とする撥水性軽量気泡コンクリートの製造法、
［２］  オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシランが存在する状態において、オートクレーブ内に水蒸気を注入して形成された、上記アルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスにより、上記軽量気泡コンクリートを処理することを特徴とする［１］記載の撥水性軽量気泡コンクリートの製造法、
［３］  オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシランおよび水が存在する状態において、オートクレーブを外部からの熱源により加熱し、オートクレーブ内で形成した、上記アルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスにより、上記軽量気泡コンクリートを処理することをを特徴とする［１］記載の撥水性軽量気泡コンクリートの製造法、
である。
【００１０】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明において、軽量気泡コンクリートとは、周知の方法で製造されたもので良く、例えば、珪石やセメント、生石灰、石膏などのケイ酸質原料と石灰質原料を主成分にアルミニウムなどの気泡剤を混合してできた原料スラリーを、型枠に注入し、切断に適した硬度になるまで養生した後、型枠から外して半硬化状のモルタルブロックとし、これを緊張配設したピアノ線などの線材で切断したものをオートクレーブ養生することにより製造される。ここで、軽量気泡コンクリートには、必要に応じて補強用鉄筋もしくは金網を配設しても構わない。
【００１１】
本発明における撥水性軽量気泡コンクリートは、軽量気泡コンクリート表面及び内部空隙表面、アルキルアルコキシシランから形成される撥水層を有する軽量気泡コンクリートであり、内部空隙とは、軽量気泡コンクリートを発泡成形するときに導入される気泡だけでなく、部分的に気泡同士を繋ぐ連通孔や成形時に生じる毛細管空隙、トバモライト結晶間に生じる空隙や低結晶性珪酸カルシウム水和物に存在するゲル空隙などを含むすべての空間を言う。
【００１２】
本発明において、アルキルアルコキシシランは、一般式をＲ1nＳｉ（ＯＲ2）4-nで表すことができる。ここで、Ｒ1は炭素数１〜１８のアルキル基であり、Ｒ2はアルキル基であれば特に限定されないが、最も汎用的なメチル基、エチル基が好ましい。 ｎは１〜３の整数を表す。ｎの値に限らず、Ｒ1またはＲ2はそれぞれ同じものであっても異なっているものであっても良い。
【００１３】
本発明で用いられるアルキルアルコキシシランとしては、最も汎用的なアルキルトリアルコキシシラン（ｎ＝１）が好ましく、代表的なアルキルトリアルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘプチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシノニルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ウンデシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、テトラデシルトリメトキシシラン、ペンタデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘプタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ノニルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ウンデシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ノニルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、テトラデシルトリエトキシシラン、ペンタデシルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、ヘプタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシランなどが挙げられる。
【００１４】
アルキルアルコキシシランのアルコキシル基は、加水分解してシラノール基となり、更に、軽量気泡コンクリート表面及び内部空隙表面で軽量気泡コンクリートを構成するケイ酸カルシウム水和物などが有するシラノール基と化学結合してシロキサン結合を形成する。軽量気泡コンクリートと化学結合したアルキルアルコキシシランは、軽量気泡コンクリート表面及び内部空隙表面で単分子〜数分子層から成る膜を形成することで優れた撥水性を発現すると推測される。ここで、用いるアルキルアルコキシシランを選択することで軽量気泡コンクリートの表面及び内部空隙表面に水の接触角が９０度以上、好ましくは１３０度以上、より好ましくは１５０度以上の優れた撥水性を有する撥水層を形成することができる。
【００１５】
以下に、本発明の撥水性を有する軽量気泡コンクリートの製造法を説明する。
本発明の製造法においては、オートクレーブを用い、オートクレーブ内で形成された、少なくとも１種のアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスを用いて、軽量気泡コンクリートを処理することが必須である。
ここで、オートクレーブ内でアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスを形成させる方法としては、特に限定される必要はないが、例えば、オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシランが存在する状態において、オートクレーブ内に水蒸気を注入する方法、オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシラン、水が存在する状態において、オートクレーブを外部からの熱源により加熱する方法、オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートが存在する状態において、オートクレーブ内に水蒸気と少なくとも１種のアルキルアルコキシシラン蒸気を別々に注入する方法、オートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと水が存在する状態において、オートクレーブを外部からの熱源で加熱して水を高温高圧の水蒸気にした後、オートクレーブ内の水蒸気圧より高い蒸気圧を有する液体または気体のアルキルアルコキシシランと窒素や空気などの気体との混合ガスを注入する方法などがある。
【００１６】
本発明のオートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシランが存在する状態において、オートクレーブ内に水蒸気を注入し、オートクレーブ内でアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスを形成し、軽量気泡コンクリートを処理する方法において、アルキルアルコキシシランが存在する状態とは、オートクレーブ内に、予めアルキルアルコキシシランを入れておいても良いが、オートクレーブとは別の密閉容器内にアルキルアルコキシシランを入れておき、オートクレーブ内に注入しても構わない。
【００１７】
予めオートクレーブ内にアルキルアルコキシシランを入れておく方法は、特に限定される必要はないが、例えば、アルキルアルコキシシランをオートクレーブ内にそのまま直接入れておく方法、アルキルアルコキシシランを密閉されていない開放容器に入れておく方法、自動開閉が可能な密閉容器内にアルキルアルコキシシランを入れておき、密閉容器を開放する方法などがある。自動開閉が可能な密閉容器内にアルキルアルコキシシランを入れておく場合には、水蒸気を注入する前から開放しておくだけでなく、水蒸気を注入している途中の任意のタイミングで密閉容器を開放しても構わない。
【００１８】
また、オートクレーブとは別の密閉容器内にアルキルアルコキシシランを入れてオートクレーブ内に注入する方法は、特に限定される必要はないが、アルキルアルコキシシランの専用注入口より直接オートクレーブ内に注入する方法だけでなく、オートクレーブ内に注入する水蒸気の配管途中に設けたアルキルアルコキシシランの注入口からオートクレーブ内に注入する方法も本発明に含める。ここで、注入するアルキルアルコキシシランは、液体、ミスト、蒸気など含むいずれの状態でも良い。この場合においても、オートクレーブ内へ注入するタイミングは、オートクレーブ内に水蒸気を注入する前に、アルキルアルコキシシランの全量が注入されている必要はなく、一部水蒸気と共に注入しても構わない。
【００１９】
ここで、水蒸気を利用してアルキルアルコキシシランを蒸発気化させる方法は、水蒸気がアルキルアルコキシシランを気化させる熱源となるだけでなく、得られたアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスの圧力は、アルキルアルコキシシラン単独の蒸気圧に比べ非常に高くなるため、軽量気泡コンクリートの内部空隙まで速やかに到達することができる。また、水蒸気を利用すれば軽量気泡コンクリートやオートクレーブ本体、配管などを予め加熱しておく必要がないばかりか、アルキルアルコキシシラン蒸気が軽量気泡コンクリート以外の場所で一端凝縮し液体になっても、水蒸気により再び蒸発気化するため、アルキルアルコキシシランを無駄なく効率的に軽量気泡コンクリート表面および内部空隙表面に付着させるだけでなく、アルキルアルコキシシランが速やかに軽量気泡コンクリートと化学結合し撥水層を形成する。なお、必要があれば、オートクレーブを外部の熱源を利用して、予備加熱や補助過熱をしても構わない。
【００２０】
ここで用いられる水蒸気は、特に限定される必要はないが、飽和水蒸気、過熱水蒸気、ミストを含む湿り水蒸気などがある。また、水蒸気の圧力はゲージ圧で、０．１〜８．５ＭＰａが好ましく、０．２〜４．０ＭＰａがより好ましく、更には０．５〜２．０ＭＰａが特に好ましい。水蒸気の温度は、飽和水蒸気の場合には、その蒸気圧に対応した温度となるが、加熱蒸気を含めて、１００〜３００℃が好ましく、１２０〜２５０℃がより好ましく、更には１５０〜２１５℃が特に好ましい。
【００２１】
本発明のオートクレーブ内に軽量気泡コンクリートと少なくとも１種のアルキルアルコキシシラン、水が存在する状態において、オートクレーブを外部からの熱源により加熱し、オートクレーブ内で発生した高温高圧のアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気の混合ガスで軽量気泡コンクリートを処理する方法において、オートクレーブ内にアルキルアルコキシシランと水を入れておく方法は、特に限定される必要はないが、例えば、オートクレーブ内にアルキルアルコキシシランと水をそのまま直接入れておく方法、それぞれ別々の開放容器内に入れておく方法、水は開放容器に入れ、アルキルアルコキシシランは自動開閉が可能な密閉容器内に入れ、加熱過程の任意のタイミングで密閉容器を開放する方法などがある。ここで、外部からの熱源は、特に限定される必要はないが、電気、ガス、重油、軽油、水蒸気などがある。
【００２２】
また、軽量気泡コンクリートをアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気の混合ガスで処理する前にオートクレーブ内の空気を真空ポンプなどで除去し減圧にすることは好ましい態様である。
本発明において、高温高圧のアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスとは、アルキルアルコキシシランと水蒸気を含有する混合ガスの圧力が、ゲージ圧で０．１〜３．０ＭＰａが好ましく、０．３〜２．０ＭＰａがより好ましく、更には０．５〜１．５ＭＰａが特に好ましく、混合ガスの温度は、１００〜２４０℃が好ましく、１３５〜２１５℃がより好ましく、更には１５５〜２００℃が特に好ましい。
【００２３】
本発明において、オートクレーブ内の水蒸気の圧力は、ゲージ圧で０．０８〜２．９５ＭＰａが好ましく、０．２５〜１．９５ＭＰａがより好ましく、更には０．４５〜１．４５ＭＰａが特に好ましい。
本発明において、オートクレーブ内に仕込むアルキルアルコキシシランの量は、オートクレーブの容積にも影響させるが、オートクレーブ内にある軽量気泡コンクリートの絶乾重量を基準にして、０．１〜７．０重量％が好ましく、０．３〜５．０重量％がより好ましく、更には０．５〜３．０重量％が特に好ましい。
【００２４】
本発明において、アルキルアルコキシシランの軽量気泡コンクリート内部への浸透は、アルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスで高温高圧にすることによる大きな圧力差が推進力となるため、単独では蒸気圧の低い種類のアルキルアルコキシシランでも速やかにかつ確実に軽量気泡コンクリート表面及び内部空隙表面に浸透し、軽量気泡コンクリートの表面から内部に至るまで水の接触角９０度以上の撥水層が形成される。
【００２５】
ここで、高温高圧のアルキルアルコキシシラン蒸気と水蒸気を含有する混合ガスで処理する時間は、０．５〜５時間で良く、一部未反応のアルキルアルコキシシランが存在して十分に撥水性が発現していない場合には、未反応のアルキルアルコキシシランと軽量気泡コンクリートを反応さて撥水性を発現させるために室温で数日〜数週間放置しておくだけでも良いが、更には６０℃〜１８０℃で０．５〜５時間程度加熱するのが好ましい。ここで、加熱方法は、特に限定されないが一般的な熱風加熱や遠赤外線加熱または水蒸気加熱などを使用することができる。
【００２６】
【本発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
本発明において水の接触角は次のように測定した。
＜水の接触角＞
試料を長さ方向の中央で切断し、切断面上を幅方向及び厚さ方向に１０ｍｍ間隔で温度２０℃、湿度６５％の条件下で協和界面科学株式会社製の接触角計（ＣＡ−ＤＴ型）により測定した。
＜軽量気泡コンクリートの製造＞
サンプルとして使用した軽量気泡コンクリートは、次の方法で作製した。珪石５３重量部、生石灰７．５重量部、セメント３７重量部、乾燥石膏２．５重量部、これら固形分１００重量部に対して水６８重量部、アルミ粉末０．０６重量部を混合したモルタルスラリーを型枠に注入した後、予備養生してできた半硬化状の軽量気泡モルタルブロックをピアノ線で切断したものをオートクレーブ養生した。
【００２７】
【実施例１】
上記製造方法で得た軽量気泡コンクリートから長さ１６０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ４０ｍｍに切り出した試料とプロピルトリエトキシシラン１０ｇ（軽量気泡コンクリートの絶乾重量を基準にして３．０重量％に相当）を容積１０００ｃｍ3のオートクレーブ内に入れ、３００Ｐａに減圧した後、２００℃の飽和水蒸気（蒸気圧は約１５ＭＰａ）を注入し、オートクレーブ内を１８０℃にして２時間放置した。このとき、オートクレーブ内のアルキルアルコキシシランと水蒸気の混合ガスの圧力は、ゲージ圧で約１．０ＭＰａであった。
本実施例で得られた軽量気泡コンクリートは、表面から内部に至るまで優れた撥水性が発現しており、すべての場所において水の接触角が１２０〜１３０度の撥水性を有することが確認された。
【００２８】
【実施例２】
上記製造方法で得た軽量気泡コンクリートから長さ１２０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１００ｍｍに切り出した試料とプロピルトリエトキシシラン９．０ｇ（軽量気泡コンクリートの絶乾重量を基準にして１．５重量％に相当）、１５００ｇの水を容積１３０００ｃｍ3のオートクレーブ内に入れ、３００Ｐａに減圧した後、電気ヒーターでオートクレーブ内を１８０℃で２時間加熱した。このとき、オートクレーブ内のプロピルトリエトキシシランと水蒸気の混合ガスの圧力は、ゲージ圧で約１．０ＭＰａであった。
本実施例により得られた軽量気泡コンクリートは、表面から内部に至るまで優れた撥水性が発現しており、すべての場所において水の接触角が１２０〜１３０度の撥水性を有することが確認された。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、オートクレーブのみを使用することで、軽量気泡コンクリート表面から内部空隙表面に至るまで優れた撥水性を有した撥水性軽量気泡コンクリートを簡便かつ効率的に製造する方法を提供できることから、産業上、大いに有用である。