(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸カルシウム系材料を硫酸化材料によって硫酸化反応させて得た石膏とシリカゲルを含む反応生成物を主体としたことを特徴とする吸放湿性石膏硬化体。
【請求項２】
硫酸化材料が硫酸または硫酸アルミニウムの１種または２種以上である請求項１に記載の吸放湿性石膏硬化体。
【請求項３】
珪酸カルシウム系材料が、ＣＳＨゲル、トバモライト、またはゾノトライトの１種または２種以上を含有する建築廃材である請求項１または２に記載の吸放湿性石膏硬化体。
【請求項４】
珪酸カルシウム系材料が、有機繊維、無機繊維、パルプ繊維またはガラス繊維の１種または２種以上を含む請求項１〜３のいずれかに記載の吸放湿性石膏硬化体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸放湿性に優れた石膏硬化体に関する。さらに詳しくは、各種の珪酸カルシウム材料またはこれを主成分とする建築廃材を硫酸化反応させて得た石膏とシリカゲルを含む反応生成物を用いることができる吸放湿性に富む石膏硬化体に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年の住宅は、省エネルギーの観点から断熱性が要求され、その住宅空間の気密性は極めて高くなっている。また、生活空間の快適性を実現する目的として、暖房器具やクーラーなどの様々な温調機器が導入されている。
ところが、部屋の各部分の温度分布はむしろバラツキが大きくなっており、具体的には、換気状況の悪い部分、例えば、押し入れ、タンスの裏、窓枠部分あるいは天井などでは結露水の発生が頻繁に見られる。このため、かび等の微生物が繁殖し易い環境になっており、これらの状況は喘息やアレルギー疾患など健康を害する要因として問題視され始めている。
【０００３】
ところで、木材やこれを加工した木質系建材は古くから建築材料として広く使用されてきたが、木質系建材は一般に吸湿容量が大きいので、これを内装材として用いた場合、優れた調湿機能を発揮する。例えば、一時的に湿気が空間にこもっても、その基材中に湿分を蓄えることができ、また、換気操作などにより雰囲気の湿度が低下した場合には、この湿分が速やかに放出され、室内の湿度を適度に保つことができる。
【０００４】
このように木質系建材は、その吸放湿性能により、居住空間中への結露水の発生を未然に防止することができるなど優れた機能を有する。しかしながら、近年の木材資源の減少により、良質な木質系建材の入手が困難になってきており、価格は上昇の一途である。一方、木質系建材は可燃性であると共に害虫の発生や腐食などの欠点を有し、居住空間の安全性を確保する点からは無機質系材料が優れる。
【０００５】
こうした点から、特に内装用建材としては、いわゆる流し込み成形法を採用した石膏ボードが多用されている。この石膏ボードは、安価でかつ不燃性であり、さらに寸法安定性に優れるなどの多くの特徴を有するが、吸放湿性能の点で木質系建築材料に劣るため、近年の居住空間における結露を助長する一因とも見られている。
【０００６】
このような欠点を補うために、珪酸カルシウムを主体とした材料が開発されてきた（特開昭57-147424号、特公平2-46号、特開平2-90919号など）。これらの珪酸カルシウム系材料は、主にゾノトライト、トバモライトなどの無機珪酸鉱物を主成分とした材料であり、不燃性であって、ある程度の吸放湿性を有している。しかし、従来の珪酸カルシウム系材料の吸放湿量は木材の性能には遠く及ばず、また、製造工程中に複雑な水熱合成設備を必要とするために製造コストが高く、汎用建材である石膏ボードよりかなり高価なものとなっている。
【０００７】
一方、建築廃材の廃棄処分方法は近年大きな社会問題となってきている。特に珪酸カルシウム系建材の廃棄物は発生量が膨大な上に嵩比重が小さいため、埋め立てを行う場合においても、その処分場所の確保が困難を極める。従って、圧縮処理などを施して埋め立て処分等を行うのが現状である。
【０００８】
このように、吸放湿性能に優れた低コストの無機質建材の開発と珪酸カルシウム系廃材の有効利用が強く望まれていた。
本発明は従来の上記課題を解決したものであり、石膏を主体とする吸放湿性に優れた無機質硬化体であって、珪酸カルシウム系廃材を原料として製造できることから低コストであると共に該廃材の有効利用を図ることができる吸放湿性石膏硬化体を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の石膏硬化体は、木質系建材に匹敵する優れた吸放湿性能と無機材料である石膏ボードおよび珪酸カルシウム系材料の不燃性および安定性を両立し、かつ珪酸カルシウム系廃材の有効利用を図ったものであり、珪酸カルシウム系材料あるいはこれらの廃材を硫酸化処理して得た石膏とシリカゲルを含む反応生成物を利用することにより、資源の有効利用を達成しつつ木質系建材に匹敵する吸放湿性能を有する無機質材料を得たものである。
【００１０】
すなわち、本発明は第一に、珪酸カルシウム系材料を硫酸化材料によって硫酸化反応させて得た石膏とシリカゲルを含む反応生成物を主体としたことを特徴とする吸放湿性石膏硬化体を提供するものである。
また、本発明は第二に、硫酸化材料が硫酸または硫酸アルミニウムの１種または２種以上である吸放湿性石膏硬化体を提供するものである。
さらに、本発明は第三に、珪酸カルシウム系材料が、ＣＳＨゲル、トバモライト、またはゾノトライトの１種または２種以上を含有する建築廃材である吸放湿性石膏硬化体を提供するものである。
さらに、本発明は第四に、珪酸カルシウム系材料が、有機繊維、無機繊維、パルプ繊維またはガラス繊維の１種または２種以上を含む吸放湿性石膏硬化体を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の硬化体は、珪酸カルシウム系材料を硫酸化材料によって硫酸化反応させて得た石膏とシリカゲルを含む反応生成物を主体とした吸放湿性に富む石膏硬化体である。
【００１２】
硫酸化材料としては、硫酸または硫酸アルミニウムの１種または２種以上を用いることができる。これらは市販の硫酸溶液、硫酸アルミニウム水溶液の他に、金属精錬や酸製造工業から産出する廃硫酸や硫酸アルミニウム含有量の多いスラッジなど、あるいはこれらの混合物を使用することができる。また、硫酸化材料としては、これらの他に、硫酸鉄を始めとする酸性の水溶性硫酸塩を用いることができる。
硫酸化材料は珪酸カルシウム系材料と反応してこれを硫酸化し、硫酸カルシウム(石膏)とシリカゲルを含む均質な混合物を生成させるための材料である。すなわち、本発明は、硫酸化反応と云う均一反応を利用することによって、シリカゲルと石膏を単純に混合したものよりも均質で吸放湿性に優れた石膏硬化体を得たものである。
【００１３】
従って、珪酸カルシウム系材料と硫酸化材料の量比は、石膏とシリカゲルが生成する条件であれば特に限定されないが、好ましくは、硫酸化反応において、石膏が最も多く生成し、また適度な量のシリカゲルが生成するように、珪酸カルシウム系材料と硫酸化材料の量比を調整すれば良い。
一例として、珪酸カルシウムに対する硫酸のモル比（SO42-/Ca2+）は０.１以上が適当である。０.１モル未満では吸湿性が低下する。
【００１４】
以上のように、本発明の石膏硬化体は、石膏と共に硫酸化反応によって生じたシリカゲルを含む。シリカゲルの含有量は所望の吸放湿性能に応じて調整することが好ましい。シリカゲルの最大含有率は、珪酸カルシウム系材料によって異なり、例えばトバモライトを使用すると、シリカゲルを最大約４０重量％含有する石膏硬化体を得ることができる。また、ゾノトライトを用いた場合には、シリカゲルを最大約３６重量％含有する石膏硬化体が得られる。このシリカゲルは石膏マトリックの空隙に存在する。
なお、硫酸化材料として硫酸アルミニウムを用いた場合、珪酸カルシウム系材料と硫酸アルミニウムとの反応によって石膏、シリカゲルと共にアルミナゾルおよび/またはアルミナゲルが生成し、これらがシリカゲルと共に石膏マトリックスの空隙に存在した石膏硬化体が得られる。
【００１５】
本発明に係る石膏硬化体のもう一つの原料である珪酸カルシウム系材料とは珪酸カルシウムを主体とする無機化合物材料を云う。この珪酸カルシウム系材料にはＣＳＨゲル、トバモライト、ゾノトライトなど、あるいはこれらの混合物からなるものが知られている。
珪酸カルシウム系材料としてはこれを主成分とする建築廃材などを用いることができる。珪酸カルシウム系材料を主成分とする建築用材料は、軽量気泡コンクリート(ＡＬＣ)を始めとして、保温材、人造木材、耐火被覆板などが一般に市販されており、本発明では、これら素材そのものの他に、生産段階で発生する端材や不良品、建築施工現場や解体現場などから発生する廃棄物を原料として用いることができる。
近年、珪酸カルシウム系材料を主成分にする建材は大量に生産・消費されており、これに伴い、発生する廃材は膨大な量となっている。本発明はこの廃材を有効利用することにより、吸放湿性に優れた石膏硬化体を低コストで実現した。
【００１６】
使用する珪酸カルシウム系材料の形態は、硫酸化反応により均質な吸放湿性石膏硬化体が得られるものであれば良く、特には制限されない。
なお、この石膏硬化体の吸放湿特性は、使用する珪酸カルシウム系材料の純度に応じて異なり、その純度が高いものほど吸放湿性能に優れる傾向があるため、得られる吸放湿性石膏硬化体に望まれる特性に応じ、原料の珪酸カルシウム系材料の純度を適宜選択して用いるのが良い。また、これら珪酸カルシウム系材料は硫酸化処理に適するように、粉末度や形状を調整するのが好ましい。例えば、粒径５cm程度の塊状のものから粒径３mm以下の粉状のものまで適宜用いることができる。
【００１７】
また、建材として使用される珪酸カルシウム系材料には様々な添加物が使用されているが、本発明に係る石膏硬化体の原料としては繊維材料を含有するものが特に好ましい。繊維材料を含有する珪酸カルシウム系材料を用いることにより、この繊維材料が硫酸化反応によって生じた硬化体に均質に分散した形態で導入され、硬化体の強度特性を高めることができる。
ここで、繊維材料としては珪酸カルシウム系建材に一般的に配合されているものが使用でき、例えば、ウォラストナイト、ロックウール、アスベスト、ガラス繊維などの無機繊維や、パルプ繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、麻繊維などの有機繊維が使用出来る。
【００１８】
繊維材料の配合割合は、使用する珪酸カルシウム系材料の形態、鉱物組成あるいは繊維の種類によっても異なり、これらを考慮して適宜定められる。具体的には、例えば有機繊維を含有する珪酸カルシウム系材料を使用した場合、日本工業規格(JIS規格)に準拠した難燃性能を達成するには、得られる石膏硬化体中に有機繊維が７重量％以下となるように珪酸カルシウム系材料と硫酸化材料の量比を調整する。
【００１９】
このように、本発明の吸放湿性石膏硬化体は珪酸カルシウム系建築材料に配合されている補強繊維を石膏硬化体の補強材として積極的に再利用することができので、繊維体を含有する建材廃棄物などを原料として利用する場合、これらの補強繊維を除去する必要がなく、容易に再利用することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。
なお、実施例および比較例で使用した原料を表１に示した。また、組成物の成分はＸ線回析装置(リガク社製:RINT1000)を用い、粉末回析法によって行い、比表面積は窒素吸着(使用装置:島津社製Micrometorics Flow Sorb II 2300)によって測定した。得られた硬化体の評価は次の方法で行った。また、比較例の評価も硬化体の評価と同様に行った。
(１)比重：硬化体の試料(2×2×8cm)について、その重量と寸法測定値から比重を算出した。
(２)曲げ強度：インストロン万能試験機を用い、スパンを６cmとして測定を行った。
(３)相対湿度５３％〜７５％に対する吸湿率の変化
硬化体の試料を２０℃、硝酸カルシウム飽和水溶液雰囲気(相対湿度５３％)中で恒量にして重量を測定し、吸湿率を求めた。次に、相対湿度５３％で恒量となった硬化体試料を２０℃、塩化ナトリウム飽和水溶液雰囲気（相対湿度７５％）中で恒量にして重量を測定し、吸湿率を求めた。相対湿度７５％における吸湿率と５３％における吸湿率の差を吸湿率の変化として求めた。
(４)相対湿度５３％〜７５％に対する吸湿量
上記(３)で求めた吸湿率の変化に比重を乗じたものを吸湿量として求めた。
【００２１】
実施例１
CaOとSiO2のモル比が０.８となるように水酸化カルシウムと珪石とを乾式混合し、この混合物１００重量部に対して１０００重量部の水を加えて原料スラリー得た。その後、この原料スラリーを１０kgf/cm2、１８０℃の水熱条件下で６時間撹拌しながら反応させ、珪酸カルシウム系スラリーを得た。この珪酸カルシウム系スラリーから固形分を濾別し、その乾燥物をＸ線回折により定性分析したところ、主成分がトバモライトからなる珪酸カルシウム系材料であった。
次に、この珪酸カルシウム系スラリー中の固形分１００重量部に対して３.７規定の硫酸水溶液３３０重量部を徐々に加え、１５分間ゆっくり撹拌することで硫酸化スラリーを得た。その後、このスラリーを１５０℃の乾燥機中に２４時間挿入し水分を蒸発させることで硫酸化固形物を得た。この硫酸化固形物の窒素吸着法による比表面積は、145m2/gであった。
次いで、この硫酸化固形物１００重量部と水１００重量部を混合し、得られたスラリーを３個の砲金製型枠(2×2×8cm)に流し込み成型し、硬化後の脱型物を４５℃で乾燥させることにより本発明の放湿性石膏硬化体を得た。
この硬化体は、Ｘ線回折および化学分析により、トバモライト、二水石膏およびシリカゲルを主成分とする組成物であることが確認された。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２２】
実施例２
代表的な珪酸カルシウム系材料として市販ＡＬＣを使用して本発明の石膏硬化体を製造した。まず、市販ＡＬＣ１００重量部に対して５００重量部の水を加えて珪酸カルシウム系スラリーを得た。この珪酸カルシウム系スラリー中の固形分であるＡＬＣ１００重量部に対して７規定の硫酸水溶液７０重量部を徐々に添加し撹拌して硫酸化スラリーを得た。その後、実施例１と同様の方法で、硫酸化固形物を得た。この硫酸化固形物の比表面積は５６m2/gであった。この硫酸化固形物１００重量部に対して１００重量部の水を加えて得たスラリーを実施例１と同様に型枠に流し込み成型して本発明の吸放湿性石膏硬化体を得た。
この硬化体は、Ｘ線回折および化学分析により、トバモライト、石英、二水石膏およびシリカゲルを主成分とする組成物であることが確認された。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２３】
実施例３
珪酸カルシウム系スラリー中のＡＬＣ固形分１００重量部に対して７規定の硫酸水溶液を９０重量部使用した他は、実施例２と同様にして本発明による吸放湿性石膏硬化体を得た。硫酸化固形物の比表面積は７０m2/gであった。また、この硬化体は、Ｘ線回折および化学分析により、トバモライト、石英、二水石膏およびシリカゲルを主成分とする組成物であることが確認された。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２４】
実施例４
製造工場内で発生したＡＬＣ廃材１００重量部に対して２０００重量部の水を加えて珪酸カルシウム系スラリーを得た。この珪酸カルシウム系スラリー中のＡＬＣ固形分１００重量部に対し、３.７規定の硫酸水溶液１４０重量部を徐々に添加し撹拌して硫酸化スラリーを得た。その後、実施例１と同様にして本発明の吸放湿性石膏硬化体を得た。硫酸化固形物の比表面積は１１６m2/gであった。また、この硬化体は、Ｘ線回折および化学分析により、石英、二水石膏およびシリカゲルを主成分とする組成物であることが確認された。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２５】
実施例５
トバモライト系保温材（朝日珪酸工業(株)製造）１００重量部に対して６７０重量部の水を加えて珪酸カルシウムスラリーを得た。この珪酸カルシウムスラリー中の保温材固形分１００重量部に対し、３.７規定の硫酸水溶液３００重量部を徐々に添加し撹拌して硫酸化スラリーを得た。その後、実施例１と同様にして硫酸化固形物を得た。この硫酸化固形物の比表面積は１４０m2/gであった。この硫酸化固形物１００重量部に対して３００重量部の水を加えて得たスラリーを実施例１と同様に型枠に流し込み成型して本発明の吸放湿性石膏硬化体を得た。この硬化体は、Ｘ線回折および化学分析により、二水石膏およびシリカゲルを主成分とする組成物であることが確認された。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２６】
実施例６
ゾノトライト系保温材（朝日珪酸工業(株)製造）を使用した他は実施例５と同様にして珪酸カルシウムスラリーを得た。この珪酸カルシウムスラリー中の保温材固形分１００重量部に対し、３.７規定の硫酸水溶液３２０重量部を徐々に添加し撹拌して硫酸化スラリーを得た。その後、実施例１と同様にして硫酸化固形物を得た。この硫酸化固形物の比表面積は１０２m2/gであった。この硫酸化固形物１００重量部に対して３５０重量部の水を加えて得たスラリーを実施例１と同様に型枠に流し込み成型して本発明の吸放湿性石膏硬化体を得た。この硬化体はＸ線回折および化学分析により、二水石膏およびシリカゲルを主成分とする組成物であることが確認された。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２７】
実施例７
実施例４で得た硫酸化固形物１００重量部に市販の“焼き石膏”を１００重量部を混合し、この混合物に対し１００重量部の水を加えて得たスラリーを実施例１と同様に型枠に流し込み成型しえ本発明の吸放湿性石膏を得た。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２８】
比較例１
市販の二水石膏を１５０℃の乾燥機中に２４時間挿入することで半水石膏を得た。この半水石膏１００重量部に対し１００重量部の水から得られるスラリーを実施例１と同様に型枠に流し込み成型して石膏硬化体を得た。この石膏硬化体について上記試験を行い、その測定結果を表２に示した。
【００２９】
比較例２
市販の珪酸カルシウム系調湿材として、秩父小野田(株)製、商品名:オーエスライト(比較例 2)について上記試験の測定結果を表２に示した。
【００３０】
比較例３
天然木材（商品名:スプルス）について上記試験の測定結果を表２に示した。
【００３１】
0003903190.tif 000002
【００３２】
0003903190.tif 000003
【００３３】
表２に示すように、本発明に係る石膏硬化体は、天然木材を超える吸湿量を有し、吸湿率の変化も大部分が天然木材に匹敵する変化量を示し、優れた吸放湿性を有する。また、硬化体の強度は石膏単味のものよりは低いが、大部分は市販の珪酸カルシウム系調湿材(比較例 2)より高く、実用強度を備えている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、天然木材に匹敵し、場合によっては天然木材を上回る吸放湿性に優れた石膏硬化体が得られる。しかも本発明の石膏硬化体は珪酸カルシウム系の建築廃材を原料として製造することができるので製造コストが低く、さらに大量に発生する建築廃材の再利用を図ることができる。