(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トバモライトおよび／またはゾノトライト質マトリクス中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を含有し、６５０℃強熱減量が１２質量％以下であり、かつ吸水寸法変化率が０．０８％以下であることを特徴とする珪酸カルシウム成形体。
【請求項２】
補強有機繊維がパルプ繊維であることを特徴とする請求項１に記載の珪酸カルシウム成形体。
【請求項３】
アラゴナイトの配合量が１〜４０質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載の珪酸カルシウム成形体
【請求項４】
珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、水および必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生硬化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の珪酸カルシウム成形体を製造する方法。
【請求項５】
珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、予め合成されたゾノトライト結晶、水および必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生硬化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の珪酸カルシウム成形体を製造する方法。
【請求項６】
珪酸質原料が、（ａ）ブレーン比表面積３０００ｃｍ2／ｇ〜４０００ｃｍ2／ｇで粒子径が２〜５０μｍの範囲内にあり、なおかつ最大粒子径と最小粒子径の差を２０μｍ以内に調整した珪石および珪砂から選択された少なくとも１種以上と、（ｂ）スラグウールであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築用の内、外装材として広く使用されている珪酸カルシウム成形体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
珪酸カルシウム成形体は、石灰質原料、珪酸質原料、補強繊維、骨材、充填材などを水と混合し、所望の形状に成形しオートクレーブ養生により硬化させ製造されており、寸法安定性に優れることから建築用内・外装材として多用されてきた。
従来からの施工方法としては、軽量鉄骨にビス止めする方法や木質の野縁材に釘などで止める方法が挙げられるが、最近では石膏、セメントを主体とするペースト状の接合剤をダンゴ状に用いて壁面に接着する直貼り工法が多用され始めている。
直貼り工法は壁面からの出面を最小限に抑えられるほか、施工が容易で省力化および工期の短縮を図れるというメリットを有する施工法である。
しかし従来の珪酸カルシウム成形体をそのまま使用すると、接合剤に含まれる水分により、成形体の表面と裏面の収縮の度合が異なり、施工後に亀裂や反り、たわみ等の変形を生じ、これを防止するために成形体裏面にシーラーまたは撥水剤等を塗布した場合、壁面との接着力が不足するほかに、余計な手間とコストがかかり直貼り工法のメリットが半減する。
【０００３】
これらの解決策としては珪酸カルシウム板の寸法安定性を従来品よりも更に向上させる必要があり、珪酸カルシウム成形体の寸法変化率を低減する方法としては繊維状ワラストナイトを充填材として添加することが行われている。また、特開平１０−５９７６１号公報には多量の繊維状ワラストナイトに加え更にII型無水石膏を含有させる方法が開示されている。なお、この従来技術はII型無水石膏を全く含有しない本発明とは異なったものである。
また特開平２−９７４４４号公報には、多量の炭酸カルシウムを添加することにより無機質硬化体の加熱残存収縮率低減する方法が開示されているが、炭酸カルシウムはカルサイトを主体としていることから、針状アラゴナイトと異なりアスペクト比が著しく低いため、珪酸カルシウム成形体に添加した場合は寸法変化率の低減効果は得られない。
更に特開平１１−２９２６０５号公報には、二水石膏およびエトリンガイトを主成分とするマトリクスにおいて、ワラストナイトおよび特公平１−１６７８６号公報に開示されているような水熱反応によって合成された球状の二次粒子からなる珪酸カルシウム水和物を添加することによる寸法変化率の低減方法が開示されているが、この方法はワラストナイトの添加および２４時間〜７２時間もの長時間にわたる蒸気養生によって寸法変化率の低減を図るもので、本発明による技術とは異なるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、直貼り工法を採用しても亀裂や反りを生じることがなく、ハンドリング性に優れ、外装材として使用しても遜色のない曲げ強度を保持することが可能な珪酸カルシウム成形体と、および該成形体を抄造法により効率よく製造する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、珪酸カルシウム成形体中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を含有し、６５０℃強熱減量を１２質量％以下に調整し、吸水寸法変化率を０．０８％以下に低減することによって前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明はトバモライトおよび／またはゾノトライト質マトリクスからなる珪酸カルシウム成形体中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を含有し、６５０℃強熱減量が１２質量％以下で吸水寸法変化率が０．０８％以下であることを特徴とする珪酸カルシウム成形体を提供するものであり、６５０℃強熱減量を１２質量％以下とすることによって、充填材として使用されるアラゴナイトの添加量を最小限に抑え吸水寸法変化率を０．０８％以下に低減しながらも、曲げ強度を外装材としての製品設計上の強度の許容限度内とした珪酸カルシウム板を得るものである。
また本発明は、補強有機繊維がパルプ繊維であることを特徴とする前記珪酸カルシウム成形体を提供するものであり、好ましくはパルプ繊維は叩解してろ水度を１００ｍｌ〜３５０ｍｌに調整することによって成形体の補強効果が増加するものである。
また本発明は、アラゴナイトの配合量が１〜４０質量％、好ましくは２５〜３５質量％であることを特徴とする前記珪酸カルシウム成形体を提供するものであり、アラゴナイトの添加により珪酸カルシウム成形体の寸法変化率を効率よく低減できるものである。
また本発明は、珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、水および必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生することによって硬化することを特徴とする前記珪酸カルシウム成形体の製造方法を提供するものであり、抄造性や生産性の低下を生じることなく、外装材としても使用可能で直貼り工法に適した珪酸カルシウム成形体を効率よく製造するものである。
また本発明は、珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、予め合成されたゾノトライト結晶、水および必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生硬化することを特徴とする前記珪酸カルシウム成形体を製造する方法を提供するものであり、抄造性や生産性の低下を生じることなく、外装材としても使用可能で直貼り工法に適した珪酸カルシウム成形体を効率よく製造するものである。
また本発明は、珪酸質原料が、（ａ）ブレーン比表面積３０００ｃｍ2／ｇ〜４０００ｃｍ2／ｇで粒子径が２〜５０μｍの範囲内にあり、なおかつ最大粒子径と最小粒子径の差を２０μｍ以内に調整した珪石および珪砂から選択された少なくとも１種以上と、（ｂ）スラグウールであることを特徴とする前記珪酸カルシウム成形体の製造方法を提供するものであり、珪酸質原料を上述のように調整することによって、高強度で低寸法変化率の珪酸カルシウム板を効率よく製造するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明はＪＩＳ  Ａ  ５４３０で測定される寸法変化率を０．０８％以下まで低減し、直貼り工法を採用しても亀裂や反りを生じることなく、また曲げ強度を外装材としての製品設計上の強度の許容限度内とすることを特徴とした珪酸カルシウム成形体を提供するものである。なお、ＪＩＳ  Ａ  ５４３０で測定される寸法変化率とは、乾燥した試験体を水中浸漬することによって生じる吸水による長さ変化率のことであり、前述の加熱残存収縮率とは異なる特性である。
本発明におけるトバモライトおよび／またはゾノトライト質マトリクスとは、トバモライトの単独質、またはトバモライトとゾノトライトの混合質を意味する。トバモライトとゾノトライトの混合質マトリクスは、予め合成されたゾノトライト結晶の二次凝集体からなる球状粒子を珪酸質原料、石灰質原料、水及び必要に応じて助剤からなるスラリーに添加し、オートクレーブ養生することにより得ることができる。
【０００７】
なお、ゾノトライト結晶の二次凝集体は以下の方法によって合成することができる。
石灰質原料と珪酸質原料をＣａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比で０．８〜１．１として水中に分散し、固形分濃度を５〜１５質量％に調整したスラリー状態で撹拌しながら１９０〜２２０℃のオートクレーブ中で３〜１５時間水熱反応させることによって得られる。
但しＣａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比が上述の範囲を外れる場合は未反応の石灰質原料または珪酸質原料が多く含まれるものとなり、成形体の強度低下や寸法変化率の増大を生じる。
また石灰質原料と珪酸質原料からなるスラリーの濃度が１５質量％を越えた場合はゾノトライト結晶が微細化し、成形性および生産性が損なわれる。
更に水熱反応の際の合成温度が１９０℃を下回った場合、または合成時間が３時間未満の場合は得られるゾノトライトの結晶化度が低く、成形体の寸法安定性が損なわれる。
上述のようにして合成されたゾノトライト結晶の二次凝集体からなる球状粒子は嵩密度の低減効果を有することから、その添加量を成形体の全原料に対して１０質量％以内とすることが好ましく、これを越えて添加した場合は抄造性および生産効率が損なわれる他、外装材として使用しても遜色のない曲げ強度を保持することができなくなる。
【０００８】
本発明において使用されるアラゴナイトは通常の炭酸カルシウムと異なり、高アスペクト比の針状結晶であることから、炭酸カルシウムよりも遙かに優れた寸法変化率低減効果を有し、少ない添加量で効率よく成形体の寸法変化率を低減することが可能である。本発明で用いるアラゴナイトもＣａを含む原料であるが、オートクレーブ養生における珪酸カルシウム水和物の生成反応にはほとんど関与しないため、前記モル比の石灰質原料（Ｃａ）には該当しない。
またワラストナイトと比べてもアスペクト比のバラツキが少なく、ワラストナイトよりも優れた寸法変化率低減効果を有し、なおかつ珪酸カルシウム成形体の曲げ強度や寸法変化率のバラツキを低く抑えることが可能である。
但しその添加量は、珪酸カルシウム成形体の全原料に対して１〜４０質量％、好ましくは２５〜３５質量％であるのがよい。添加量が１質量％を下回る場合は寸法変化率低減効果が損なわれ、４０質量％を上回る場合は成形体の曲げ強度が外装材としての製品設計上の強度の許容限度から外れてしまう恐れがある。
なお、アスペクト比とは針状結晶の長さと幅の比率を表したものであり、アスペクト比が３以上のものを繊維状または針状という。本発明で使用されるアラゴナイトは２０〜３０のアスペクト比を有するものがよい。
【０００９】
また、本発明でいう強熱減量とは、成形体を電気炉内で６５０℃、３時間加熱したときの質量減少率であり、以下の式で表される。
【００１０】
【数１】
0004369014.tif 000002
【００１１】
本発明において珪酸カルシウム成形体の強熱減量を１２質量％以下に調整することによって、曲げ強度を外装材としての製品設計上の強度の許容限度内としながらも寸法変化率を０．０８％以下に低減することが可能である。
強熱減量が１２質量％を上回る場合は寸法変化率の増大を生じる。
【００１２】
本発明において使用される補強有機繊維は、珪酸カルシウム成形体に通常使用されるものを利用することができ、とくに限定するものではないが、中でもパルプ繊維が好ましい。この場合、パルプ繊維はＪＩＳ  Ｐ  ８１２１に規定されるカナダ標準型ろ水度試験方法で測定したろ水度を１００〜３５０ｍｌに調整したものが好ましい。ろ水度が１００ｍｌを下回った場合は原料スラリーのろ水性低下により抄造効率が損なわれ、３５０ｍｌを越えた場合は粉体抱落性の低下により最終的に得られる珪酸カルシウム成形体の層間密着性が低下する。
なお、補強有機繊維の添加量は適宜決定すればよいが、得られる珪酸カルシウム成形体の強熱減量を１２質量％以下とするためには、例えばパルプ繊維を使用する場合、その添加量は、珪酸カルシウム成形体の全原料に対して２〜５質量％以内に調整するのがよい。このときパルプ繊維の添加量が２％を下回ると成形体の曲げ強度発現性が低下し、添加量が５％を上回った場合は寸法変化率が増大し、直貼り工法を採用した際に亀裂や反りが発生する恐れがある。
【００１３】
本発明の珪酸カルシウム成形体は、珪酸質原料、石灰質原料、アラゴナイト、補強有機繊維、水および必要に応じて助剤を含有する混合分散スラリーを、抄造法により板状に成形し、オートクレーブ養生硬化することにより得ることができる。このとき、本発明の珪酸カルシウム成形体は、トバモライトおよび／またはゾノトライト質マトリクス中にアラゴナイトおよび補強有機繊維を含有し、６５０℃強熱減量が１２質量％以下であり、かつ吸水寸法変化率が０．０８％以下でなければならないのは前述したとおりある。珪酸質原料、石灰質原料、補強有機繊維、助剤の種類は、適宜決定すればよい。
【００１４】
なお本発明において、珪酸質原料として珪石および／または珪砂、さらにスラグウールを用いるのが好ましい。その際、珪石および／または珪砂は粉末度と粒子経の分布を以下のように調整したものを使用するのがよい。
粉末度はＪＩＳ  Ｒ  ５２０１に基づいて測定したブレーン比表面積が３０００〜４０００ｃｍ2／ｇで、その際粒子径が２〜５０μｍの範囲内にあり、なおかつ最大粒子径と最小粒子径の差を２０μｍ以内に調整したものである。
すなわち通常ブレーン比表面積を３０００〜４０００ｃｍ2／ｇとした珪石または珪砂の粒子径は１〜１００μｍ程度の広範囲にわたって分布しているものであるが、これを分級操作して粒子径を２〜５０μｍの範囲としながらもなおかつ最大粒子径と最小粒子径の差を２０μｍ以内に調整したものである。
このような珪石または珪砂は、通常の分級操作により得ることができ、例えばブレーン比表面積３０００ｃｍ2／ｇで粒子径が１〜１００μｍにわたって分布している珪砂について分級操作を行い、３０μｍを超える粒子径を有したものと、１０μｍを下回る粒子径を有したものを取り除くことによってブレーン比表面積に差異を生じることなく粒子径の分布幅を狭めることができる。また、ブレーン比表面積４０００ｃｍ2／ｇの珪砂についても同様に２５μｍを超える粒子径を有したものと、５μｍを下回る粒子径を有したものを取り除くことによってブレーン比表面積に差異を生じることなく粒子径の分布幅を狭めることができる。
このように粒子径の分布幅を極端に狭めた珪石および／または珪砂を使用することによって、強度発現性に優れしかも寸法変化率の低い珪酸カルシウム成形体を製造することが可能となる。
【００１５】
但し上述のように使用する珪石または珪砂の粒子径を極端に狭めた場合でも、ブレーン比表面積が３０００ｃｍ2／ｇを下回ったものは得られる成形体の曲げ強度を損ない、またブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇを上回ったものは成形体の寸法変化率が増大する。
さらにブレーン比表面積が３０００〜４０００ｃｍ2／ｇの範囲内であっても粒子径の分布幅が２〜５０μｍよりも広いもの、または最大粒子径と最小粒子径の幅が２０μｍを越えるのを使用した場合は十分な強度発現性と寸法変化率の低減効果を得ることができない。
また粒子径の分布が２μｍを下回るものは寸法変化率の低減効果が損なわれ、５０μｍを上回るものについては強度の発現性に欠ける。
なお、珪酸カルシウム成形体において、珪酸質原料として使用される珪石または珪砂の粉末度を上昇することによって成形体の曲げ強度の増加を図ることが可能であるが、このとき同時に寸法変化率の増大を生じ、粉末度を低下した場合は成形体の寸法変化率低減を図ることが可能となるが、同時に曲げ強度の発現性を損なう。
従って成形体の曲げ強度増加と寸法変化率低減の両立を図り、直貼り工法に適した外装材としても使用可能な珪酸カルシウム成形体を得るためには、上述のように粉末度と粒子経の分布を調整した珪石および／または珪砂を使用するのがよい。
【００１６】
また本発明に使用されるスラグウールは、ＪＩＳ  Ａ  ９５０４に規定されるものであれば特に制限されるものではない。またその添加量は寸法変化率が０．０８％以下の珪酸カルシウム成形体を効率よく得ることを考慮すると、該成形体の全原料に対して３０質量％以内とすることが好ましく、より良好な抄造性を得るためにさらに好ましい添加量は５〜１５質量％である。添加量が３０質量％を越えた場合は最終的に得られる成形体の強度が損なわれる。
【００１７】
さらに石灰質原料としてはセメント、消石灰あるいは生石灰が用いられ、これらを単独または併用して使用することができるが、上述の珪酸質原料との比率はＣａＯ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比で０．４〜１．２、さらに好ましくは０．６〜１．０の範囲内とし、この範囲が最終的に得られる珪酸カルシウム成形体の曲げ強度を一層高めることができる。
【００１８】
本発明による珪酸カルシウム成形体は抄造法によって所望の形状に成形し、得られた成形体を好ましくは１４０〜２００℃、さらに好ましくは１７０〜１９０℃の飽和水蒸気圧下のオートクレーブ内で３〜１０時間、好ましくは５〜８時間養生することによって得られる。３時間未満であると成形体強度が低下し、また寸法変化率が大きくなる。
但し養生温度が１４０℃を下回ると最終的に得られる成形体の寸法変化率が増大し、２００℃を越えた場合は成形体が脆弱化し、強度にバラツキを生じる。
このようにして製造された珪酸カルシウム成形体はＪＩＳ  Ａ  ５４３０に基づいて測定される寸法変化率を０．０８％以下に低減しながらも外装材として使用しても遜色のない曲げ強度を保持することが可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例により説明する。
（実施例１〜８）
予め合成されたゾノトライト結晶の二次凝集体からなる球状粒子とその他原料を表１に示した割合で秤量し、水中に分散して固形分濃度を１０％に調整した混合分散スラリーを抄造法により幅９０ｃｍ、長さ１８０ｃｍ、厚さ６ｍｍに成形した後、オートクレーブ内で１８０℃、６時間の水熱養生を行うことにより珪酸カルシウム成形体を得た。
なお、ゾノトライト結晶の二次凝集体からなる球状粒子は以下の方法で合成したものを使用した。
出発原料は石灰質原料としてＣａＯ分９３％、１４９μｍ篩残分が６％以下の生石灰、珪酸質原料としてＳｉＯ2分が９８％、６３μｍ篩全通の粒度を有する珪砂を使用し、両者の混合比率をＣａ／（Ｓｉ＋Ａｌ）モル比で１．０に調整した。
次いでこの粉体原料に水を加え、固形分濃度を５％としたスラリーを周速８０ｍ／分で攪拌しながら２００℃のオートクレーブ中で６時間水熱反応させた。
このようにして得られたゾノトライト結晶は二次凝集体からなる平均粒径１００μｍの球状粒子であった。
上述のようにして得られた成形体について、以下の試験を実施し、結果を表１に示した。
（ｉ）強熱減量は１０ｃｍ×１０ｃｍに切断した成形体を１０５℃恒量となるまで乾燥した後、電気炉内で６５０℃−３時間加熱することによって測定した。
（ii）曲げ強度はＪＩＳ  Ａ  １４０８に準拠し、試験体の大きさを３号（５０×４０ｃｍ）として測定した。
（iii）寸法変化率はＪＩＳ  Ａ  ５４３０に基づいて測定した。
（iv）施工試験として、石膏系のペースト状接合剤（吉野石膏（株）製ＧＬボンド）により珪酸カルシウム成形体をコンクリート壁面に接着し、経時に伴う外観変化を目視観察した。
【００２０】
【表１】
0004369014.tif 000003
【００２１】
表１から判るとおり、本発明により寸法変化率を０．０８％以下に低減した珪酸カルシウム成形体は、直貼り工法を採用しても何ら問題を生じるものではなかった。
またアスペクト比２０〜３０のアラゴナイトを使用することによって寸法変化率が効率よく低減され、II型無水石膏または多量のワラストナイトを含有した珪酸カルシウム成型体に比べて曲げ強度が高く、外装材としての製品設計上の強度の許容限度内とすることが可能であった。
【００２２】
（比較例１〜８）
表２に示した配合割合に従い、実施例と同様にして珪酸カルシウム成形体を得た後、実施例と同様の試験を行った。
表２に示した結果のとおり、寸法変化率が０．０８％を超えるものは直貼り工法で施工した場合に、亀裂や反り、たわみ等の変形を生じた。
充填材としてワラストナイトを使用したものはアラゴナイトを使用したものに比べて寸法変化率が大きく、多量のワラストナイトまたはII型無水石膏を含有することによって寸法変化率を０．０８％以下に低減した場合は曲げ強度が著しく低下した。
また充填材として炭酸カルシウムを使用したものは寸法変化率の低減が認められなかったほかに曲げ強度が著しく低下した。
さらに最大粒子径と最小粒子径の幅が２０μｍを超える珪砂を使用した場合、ブレーン比表面積の上昇に伴う曲げ強度の増加と寸法変化率の増大が認められた。
また粒子径の分布幅が２０μｍ以内であってもブレーン比表面積が３０００ｃｍ2／ｇを下回ったものは曲げ強度が低く、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ2／ｇを上回ったものは寸法変化率が増大した。
【００２３】
【表２】
0004369014.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、直貼り工法を採用しても亀裂や反りを生じることがなく、ハンドリング性に優れ、外装材として使用しても遜色のない曲げ強度を保持することが可能な珪酸カルシウム成形体と、および該成形体を抄造法により効率よく製造する方法が提供される。