(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属水酸化物水溶液が含浸されており、その表面にシリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料が付着コーティングされているパーライト粒子を温度１００〜２００℃、圧力０．２〜２MPaの条件で熱圧締してなり、熱劣化性を抑制した密度０．２〜０．６g/cm3の吸放湿性軽量成形体。
【請求項２】
アルカリ金属水酸化物が水酸化ナトリウムであり、シリカ材料の配合量がパーライト１００重量部に対し７〜４０重量部であり、水酸化ナトリウムの配合量がパーライトとシリカ材料の合計１００重量部に対し７〜１５重量部である請求項１記載の吸放湿性軽量成形体。
【請求項３】
アルカリ金属水酸化物水溶液を含浸させたパーライトに、シリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料の粉末をパーライト１００重量部に対し７〜４０重量部となる割合で配合混合し、次いで温度１００〜２００℃、圧力０．２〜２MPaの条件で熱圧締して遊離の水分を蒸発させると共に、加熱硬化することを特徴とする密度０．２〜０．６g/cm3の吸放湿性軽量成形体の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物等の結露防止、湿度調節等に用いられる吸放湿性材料、特に天井材、壁材に好適に用いられる軽量吸放湿性材料、及びその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年建築物の高気密化の進展に伴い、結露の発生や結露に起因するカビやダニの発生等の被害が増え続けており、その対策として、機械設備による強制的な空調手法とともに、建材自体に吸放湿機能を持たせ、よりパッシブな手法で室内の湿度調整を行うことが模索されている。従来、この目的のための吸放湿性材料として、ゼオライト系、珪酸カルシウム水和物系、珪藻土系、シリカゲル系材料が利用されている。しかし、これらの材料はいずれも密度０．８g/cm3以上の中密度域の材料であり、より軽量化が求められる天井材等の用途に用いるには制約の大きいものであった。
【０００３】
軽量性を加味した天井材としては、特開平９−３２８３７４号公報記載のパーライトを水酸化アルカリで処理して得られるパーライト硬化体がある。この材料は低温焼成ガラスの一種と考えられ、天井材として実用上十分な密度と物性を有しているが、急激な温度変動下にさらされると、顕著な強度低下を生じる欠点や熱劣化性を有している。例えば、１０５℃の乾燥機中に硬化体を入れて加熱すると加熱前後で約６０％の強度低下を起こす。また、内装材料として必要とされる８０℃程度の温度においても３０％を超える強度低下を生じるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、このパーライト硬化体の熱劣化性を改善し、優れた吸放湿性と経済性を有する軽量吸放湿性材料を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、パーライトにシリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料を併用するという簡単な手法でこの課題を解決しうることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、アルカリ金属水酸化物水溶液が含浸されており、その表面にシリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料が付着コーティングされているパーライト粒子を温度１００〜２００℃、圧力０．２〜２MPaの条件で熱圧締してなり、熱劣化性を抑制した密度０．２〜０．６g/cm3の吸放湿性軽量成形体である。
上記吸放湿性軽量成形体において、アルカリ金属水酸化物が水酸化ナトリウムであり、シリカ材料の配合量がパーライト１００重量部に対し７〜４０重量部、水酸化ナトリウムの配合量がパーライトとシリカ材料の合計１００重量部に対し７〜１５重量部であることがよい。
【０００７】
また、本発明は、アルカリ金属水酸化物水溶液を含浸させたパーライトに、シリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料の粉末を配合混合し、次いで温度１００〜２００℃、圧力０．２〜２MPaの条件で熱圧締して遊離の水分を蒸発させると共に、加熱硬化することを特徴とする密度０．２〜０．６g/cm3の吸放湿性軽量成形体の製法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において主材として用いられるパーライトは、黒曜石、真珠岩、松脂岩等の天然ガラス質岩石粉砕物を急熱し発泡させて得られる連通気孔からなる多孔質ガラス質粉体であり、通常、化学成分はＳｉＯ2７５％、Ａｌ2Ｏ3１５％、その他微量のＦｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏを含むものである。その性状・形状等は特に限定されないが、通常は嵩比重０．０４〜０．３０、粒径０．１〜５mm程度の範囲のものが好適に用いられる。
【０００９】
また、本発明で用いられるシリカヒュームは、ＳｉＯ2９０〜９５％、Ａｌ2Ｏ3１％、Ｆｅ2Ｏ3１％を主要化学成分とする白色ないし黒色のガラス質の微細粉体（平均粒径１μm 程度）である。また、白土は、モンモリロナイトを主体とするいわゆる酸性白土、ベントナイトと称される白色粘土であり、ＳｉＯ2６０〜７０％、Ａｌ2Ｏ3１５〜２０％、Ｆｅ2Ｏ3１〜３％、ＭｇＯ  ２〜５％を主要化学成分とする。この白土もパーライトより十分に粒径の小さい粉末、例えばパーライトの１／１０〜１／１００の粒径であることがよい。本発明では、シリカヒューム又は白土を単独で用いてもよいし、両者を併用してもよい。なお、説明の便宜上、シリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料を単にシリカ材料ということがある。
【００１０】
アルカリ金属水酸化物としては、例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが使用可能であるが、費用対効果の観点から、水酸化ナトリウムが好ましい。アルカリ金属水酸化物水溶液の濃度は、加熱脱水反応に供するので、高濃度であることが望ましいが、パーライトに対する添加量が少なくなれば、均一分散性が損なわれるので、２０〜５０重量％が適している。
【００１１】
また、アルカリ金属水酸化物の配合割合は、パーライトとシリカ材料の合計１００重量部に対し、水酸化ナトリウムで７〜１５重量部、水酸化カリウムで１０〜２０重量部、水酸化リチウムで４〜９重量部がよい。アルカリ金属水酸化物がこれより少ないと、低分子化物や可溶化物の生成が少なく、成形体に十分な強度を付与できず、吸放湿特性も小さくなる。また、アルカリ金属水酸化物がこれより多いと、生成するアルカリポリ珪酸塩の親水性が増し、成形体の耐水性が低下する欠点が生じる。
【００１２】
本発明において、あらかじめパーライトにアルカリ金属水酸化物水溶液を添加含浸して、表面が湿った状態（湿砂状）のパーライトを調製した後、シリカ材料を後添加し、撹拌混合する方法によって、シリカ材料を湿っているパーライト表面に付着させる。シリカ材料を後添加せずに、シリカ材料を混合したパーライト粒子にアルカリ水溶液を添加した場合には、アルカリ水溶液は優先的にシリカ材料に吸収され、シリカヒューム又は白土の凝集塊を形成してしまうので、パーライト粒子表面にシリカ材料を付着コーティングすることができない。
【００１３】
次に、このアルカリ金属水酸化物、パーライト及びシリカ材料の混合物を、圧縮下で加熱（熱圧締）して遊離の水を蒸発させて脱水すると共に、加熱硬化させて成形体を得る。
【００１４】
上記の操作では、まだ仮説の域ではあるが、次のような反応が起こっていると考えられる。
すなわち、加熱初期の水が存在する条件下で、パーライト、シリカ材料を構成するアルミノ珪酸塩と珪酸塩の一部は、アルカリ金属水酸化物との反応によって、シロキサン結合の解裂、アルカリ塩を生成して低分子化し、その一部は可溶化する。特に、粒子径の小さいシリカヒューム、白土は可溶化の程度が大きい。次に、脱水が進むに伴って、いったん低分子化した物質は、再びシロキサン結合を形成して再重合し、アルカリポリ珪酸塩を生成する。このアルカリ低分子化物と可溶物質は、水ガラス類似物質（水ガラスよりシリカ成分リッチ）と考えられ、バインダー作用を有し、アルカリポリ珪酸塩を形成する際に、未反応で残されているパーライト粒子同士を結合して成形体ができる。このとき、低分子化ないし可溶化したシリカ材料は、パーライトラメラ（薄片）上に沈着重合し、ラメラを肥厚化させる。このパーライトラメラの肥厚化によって、成形体の強度物性は向上し、耐熱性が付与されるものと考えられる。
【００１５】
シリカ材料を使用しないか、これらの量が少ない場合は、この低分子化物、可溶化物の生成が少ないために、ラメラ肥厚の程度も小さく、必要な耐熱性は付与されない。実施例及び比較例に示すように、シリカヒュームを添加した成形体の曲げ試験片破断面をＳＥＭで観察したところ、パーライトラメラの肥厚を確認できたが、シリカ材料を添加しない成形体では、パーライトラメラの肥厚は認められなかった。
【００１６】
パーライトラメラを必要な厚さに肥厚化させるためのシリカ材料の添加量は、パーライト１００重量部に対し７重量部以上が必要であることが認められた。したがって、本発明ではシリカ材料はパーライト１００重量部に対し７重量部以上使用することが好ましく、また、４０重量部以下とすることが好ましい。その添加量が４０重量部を超えると、耐熱性の改善効果が低減し、成形体が重くなって軽量化が困難になる。有利には、シリカ材料の添加量は、パーライト１００重量部に対し１０〜３０重量部がよい。
【００１７】
熱圧締は、圧力０．２〜２MPa、温度１００〜２００℃で行い、遊離の水を可及的に全部蒸発させて飛散させる。圧力が０．２MPaに満たないと、パーライト粒子同士を十分に接近させることができず、必要な強度物性が得られない。圧力が２MPaを超えると、成形体の高強度化は期待できるが、パーライトを圧壊し、軽量体の特徴が失われる。加熱温度が１００℃より低いと脱水に時間がかかり、２００℃を超えると急速な脱水が起こり、十分な強度物性が得られない。
【００１８】
熱圧締の時間は、遊離の水の蒸発量が所定の量となるまで行うが、余りに短時間であると所望の硬化反応が十分に進行しないので、１００℃の場合、２０分間以上、１５０℃の場合１０分間以上とすることがよい。また、遊離の水とは結晶水等の結合水以外の水であり、この多くはアルカリ金属水溶液中の水分に由来する。なお、遊離の水の全部を蒸発させる必要はなく、熱圧締中の重量減少曲線がほぼ平行となるまでで差し支えない。
【００１９】
このようにして得られる成形体は、密度が０．２〜０．６g/cm3、曲げ強さが０．３〜１０MPa、曲げ弾性率が０．５〜５GPaの強度物性を有し、これを水に浸漬しても物性低下を起こさない。また、成形体を１０５℃の熱風乾燥機中に入れ、急激に乾燥した時の強度低下率を３０％未満に抑えることが可能である。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により、本発明を具体的に説明する。
【００２１】
実施例１
パーライト（三井金属鉱業製加工４号）３５１．０gに２８．５wt%のＮａＯＨ水溶液１４７．８gを添加し、万能混合機（ダルトン製２５ＡＭ型）によって２分間混合撹拌する。シリカヒューム（キンセイマティックＥＦＡＣＯ−ＳＩＬＩＣＡ）７０．２gを加え、さらに３分間混合を続け、湿砂状の混合物を得た。次に、この混合物を、離型用の金属板に載せた発泡スチロール短冊でつくった３００×３００mmの枠内に均一に充填し、１６０℃の熱プレス（神藤金属工業所製ＷＦＡ―５０型）に挿入して、枠ごと圧力１．０MPaに圧縮し、１０mmの厚みとした後、さらに１０分間加熱を続け成形体を製作した。
【００２２】
得られた成形体を３０×２００mmに切り出し、常態曲げ試験を行った。この曲げ試験片を２４時間水浸した後、１０５℃、８０℃の各温度に調節した電熱乾燥機に入れて加熱したのち曲げ試験を行い、各温度での熱劣化性（電熱乾燥機熱劣化試験）を測定した。結果を表１に示す。
【００２３】
熱劣化のもう一つの指標として、２０×５０mmに切り出した試験片を２４時間水浸後、ＡＥ試験器（Acoustic Emission：ＡＥ音の発生によってクラックの進展を観測）にセットし、６０℃、８０℃、１０５℃の各温度まで昇温、キープ、冷却を行い、発生するＡＥ音をカウントした。結果を図１に示す。
図１において、縦軸は昇温速度を示し、数値が高いほど厳しい条件になる。
「×ＡＥ＞１０」は発生音（クラック発生時に音が生じると考える）が１０個以上であり、クラックも１０個以上発生していると想定する。「Ｃｒａｃｋ＞１０μm」は各クラックの幅が殆ど１０μm以上である。図に示す「実用領域」によって、どのような使用環境に対応可能な材料かが判る。
【００２４】
また、吸放湿性は、１００×１００mmに切り出した試験片を、２５℃、５０％ＲＨと９０％ＲＨの条件を２４時間サイクルで繰り返すように設定した恒温恒湿器（タバイエスペック製）に入れ、各湿度間で試験体の含水率を測定し、その差を吸放湿率とした。結果を表１に示す。
【００２５】
さらに、電熱乾燥機熱劣化試験後の成形体をＳＥＭで観察したところ、図５に示すように、表面にシリカ材料が存在することによってパーライトラメラが一体化した状態となっており、パーライトラメラがよく肥厚していることが確認できた。
【００２６】
実施例２
パーライトを３４９．０g 、ＮａＯＨ水溶液を１３４．７g 、シリカヒュームを３４．９gとした以外は実施例１と同じ条件で試験体を製作した。曲げ物性、電熱乾燥機熱劣化物性及び吸放湿率を測定した結果を表１に示す。また、ＡＥ熱劣化試験結果を図２に示す。
【００２７】
実施例３
パーライトを３３７．３g、ＮａＯＨ水溶液を１５９．８gとし、シリカヒュームを１１８．１gとした以外は、実施例１と同じ条件で試験体を製作した。曲げ物性、電熱乾燥機熱劣化物性及び吸放湿率を測定した結果を表１に示す。
【００２８】
実施例４
パーライトを３４９．０g、ＮａＯＨ水溶液を１３４．７g、シリカヒュームに代え白土を３４．９gとした以外は実施例１と同じ条件で試験体を製作した。曲げ物性、電熱乾燥機熱劣化物性及び吸放湿率を測定した結果を表１に示す。また、ＡＥ熱劣化試験結果を図３に示す。
【００２９】
比較例１
パーライトを３４４．０g、ＮａＯＨ水溶液を１２０．７gとし、シリカヒュームを省いた以外は、実施例１と同じ条件で試験体を製作した。曲げ物性、電熱乾燥機熱劣化物性及び吸放湿率を測定した結果を表１に示す。また、ＡＥ熱劣化試験結果を図４に示す。さらに、電熱乾燥機熱劣化試験後の成形体をＳＥＭで観察したところ、図６に示すように、パーライトラメラ同士が点接着でしか結合しておらず、パーライトラメラの肥厚は認められなかった。
【００３０】
比較例２
パーライトを３４３．６g、ＮａＯＨ水溶液を１２６．６g、シリカヒュームを１７．２gとした以外は実施例１と同じ条件で試験体を製作した。曲げ物性、電熱乾燥機熱劣化物性及び吸放湿率を測定した結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0004565209.tif 000002
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明した本発明は、パーライトとアルカリ金属水酸化物に、シリカヒューム及び白土から選択される少なくとも１種のシリカ材料を添加して熱圧操作するという簡単な手法で、パーライト硬化体の熱劣化性を改善し、優れた吸放湿性と経済性を有する吸放湿性材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１のＡＥ熱劣化試験結果を示す図面である。
【図２】  実施例２のＡＥ熱劣化試験結果を示す図面である。
【図３】  実施例４のＡＥ熱劣化試験結果を示す図面である。
【図４】  比較例１のＡＥ熱劣化試験結果を示す図面である。
【図５】  実施例１の成形体の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。
【図６】  比較例１の成形体の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。
【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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【図６】
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