(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント２０〜６０重量％と、平均繊維長が１．５〜８ｍｍ、平均繊維幅が０.２〜０.９ｍｍの木質繊維５〜２５重量％と、非晶質シリカを主成分とし、５ＭＰａの水圧をかけた後の嵩密度が０.５以下であり、かつ、水圧をかけた前後の体積圧縮率が７０％以下である無機質発泡体１８〜６０重量％とを必須成分とし、その他のシリカ成分が別に添加されておらず、オートクレーブの養生によりセメントのカルシウムと無機質発泡体の非晶質シリカとが反応し、珪酸カルシウム化合物が生成していることを特徴とする軽量無機質成形体。
【請求項２】
セメント２０〜６０重量％、非晶質シリカを主成分とし、５ＭＰａの水圧をかけた後の嵩密度が０.５以下であり、かつ、水圧をかけた前後の体積圧縮率が７０％以下である無機質発泡体１８〜６０重量％、および、平均繊維長が１．５〜８ｍｍ、平均繊維幅が０.２〜０.９ｍｍの木質繊維５〜２５重量％を乾式で混合し、この木質繊維間に無機質発泡体およびセメントを均一に混合した混合物を得、この混合物に水４０〜８０重量％を添加して更に混合した後、この混合物をマット状に堆積してプレス成型し、ついで、１次養生してセメントを水和硬化させ、オートクレーブで２次養生してセメントのカルシウムと無機質発泡体の非晶質シリカとを反応させ、珪酸カルシウム化合物を生成して強度を発現させることを特徴とする軽量無機質成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
高強度で表面性に優れた軽量無機質成形体およびその製造方法を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、特公平５−６９７８５号公報に示すように、補強効果を高めるために木質繊維束を使用した無機質成形体がある。この無機質成形体では、嵩高さを維持するために平均長さ１０〜３０ｍｍの比較的長い繊維束が用いられている。しかし、長い木質繊維束ほど径が太く剛直であるため、外装材にとって重要な表面平滑性およびシャープなエンボス性が損なわれる。
【０００３】
一方、特開平３−２１８９５５号公報に示すように、木質繊維と共に、板材を軽量化するためにパーライト（無機質発泡体）を添加した無機質成形体がある。しかし、パーライトを多量に添加すると、強度が低下するため、その添加量の上限は１５重量％であり、十分に軽量化できないという問題点がある。
【０００４】
本発明は、前記問題点に鑑み、高強度で表面性に優れた軽量無機質成形体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる軽量無機質成形体は、前記目的を達成するため、セメント２０〜６０重量％と、平均繊維長が１．５〜８ｍｍ、平均繊維幅が０.２〜０.９ｍｍの木質繊維５〜２５重量％と、非晶質シリカを主成分とする無機質発泡体１８〜６０重量％とからなる構成としてある。また、前記無機質発泡体は、５ＭＰａの水圧をかけた後の嵩密度が０.５以下であり、かつ、水圧をかけた前後の体積圧縮率が７０％以下であるものが好ましい。
【０００６】
また、本発明にかかる軽量無機質成形体の製造方法は、前記目的を達成するため、セメント、非晶質シリカを主成分とする無機質発泡体、および、木質繊維を乾式で混合し、この木質繊維間に無機質発泡体およびセメントを均一に混合した混合物を得、この混合物に水４０〜８０重量％を添加して更に混合した後、この混合物をマット状に堆積してプレス成型し、ついで、１次養生してセメントを水和硬化させ、オートクレーブで２次養生してセメントのカルシウムと無機質発泡体の非晶質シリカとを反応させ、珪酸カルシウム化合物を生成して強度を発現させる工程からなるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る軽量無機質成形体は、セメント２０〜６０重量％と、平均繊維長が１.５〜８ｍｍで平均繊維幅が０.２〜０．９ｍｍの木質繊維５〜２５重量％と、非晶質シリカを主成分とする無機発泡体１８〜６０重量％と、を必須成分とするもである。
【０００８】
前記セメントは、木質繊維および無機質発泡体の結合剤として用いられ、例えば、普通ポルトランドセメント、早強セメント、アルミナセメント、マグネシアセメント等が挙げられ、その添加量は２０〜６０重量％が好適である。添加量が２０重量％未満であると、成形体としての強度を保持できず、６０重量％を越えると、木質繊維や無機質発泡体の添加量が相対的に低くなり、所望の軽量無機質成形体が得られなくなるからである。
【０００９】
前記木質繊維は、脆い無機質成形体の強度を高めるために添加するものであり、その添加量は５〜２５重量％であることが好ましい。添加量が5重量％未満であると、補強効果が不十分であり、２５重量％を越えると、防火性の点で問題となるからである。
【００１０】
本願発明では無機質発泡体を多量に添加して嵩高効果を確保できるので、木質繊維で嵩を高める必要がない。このため、木質繊維としては、平均繊維長が１.５〜８ｍｍ、平均繊維幅が０.２〜０.９ｍｍという短く細い繊維束（単繊維が比較的少量束になったもの）を使用できる。この結果、長く太い木質繊維束を用いた場合よりも成形体の表面が平滑になるとともに、エンボス加工を施した際に繊維が成形金型に容易に追従するので、シャープな凹凸が得られるという利点がある。
なお、補強効果を高めると共に表面性やエンボス性にも優れた無機質成形体を得るためには、アスペクト比（繊維長／繊維径）５〜２０の範囲が好ましい。
【００１１】
前記無機質発泡体は、無機質成形体を軽量化すると共に、表面性を良くするためのものであり、例えば、パーライト、黒曜石発泡体、シラス発泡体等が挙げられる。
従来例では、珪石や珪砂のような結晶性のシリカ分を添加し、オートクレーブで養生することにより、セメントとのケイカル反応を行っていた。これに対し、本願発明の無機質発泡体は非晶質シリカを主成分とし、これ自体がセメントと反応するので、シリカ成分を別に添加する必要がない。また、前述の無機質成形体の非晶質シリカは結晶性シリカよりも反応性が高く、表面積が大きいので、容易に反応して珪酸カルシウム化合物を生成し、所望の強度を発現した無機質成形体が得られる。
【００１２】
前記無機質発泡体の添加量は１８〜６０重量％であることが好ましい。添加量が１８重量％未満であると、十分に軽量化できないと共に、混合した際に木質繊維を十分に分散させることができず、木質繊維にダマができるからである。さらに、木質繊維間に無機質発泡体が十分に充填されずに粗な部分が形成され、表面性が悪くなるからである。一方、添加量が６０重量％を越えると、セメントや木質繊維の添加量が相対的に低くなり、所望の強度が得られないからである。
なお、１８〜６０重量％の範囲内において発泡体の添加量が多いほど、その充填性が高まるので、表面性は良くなる。また、添加量が少ない場合、例えば、添加量が３０重量％程度よりも少ない場合でも、粒径の小さい無機質発泡体を添加することにより、充填性が高まって表面性が良くなる。
【００１３】
従来、水を加えて混合した際に木質繊維が過剰の水を吸収してダマになる場合があり、無機質成形体内に木質繊維を多量に添加しても、十分な補強効果を示さなかった。一方、木質繊維がダマにならないように添加水を減らすと、セメントの水和硬化に必要な水が不足し、セメントの強度が十分に発現されない場合があった。
本発明では、多量の無機質発泡体を添加することにより、セメントの水和硬化に必要な水の一部を無機質発泡体に吸収させている。このため、多量の水を添加しても、木質繊維がダマになるのを防止できるとともに、セメントの水和硬化に必要な水を確保でき、十分な強度を有する無機質成形体が得られる。
【００１４】
また、前記無機質発泡体は、無機質発泡体の大きさが平均粒径５０〜３００μｍ、５ＭＰａの水圧下での嵩密度が０．５以下、水圧前後の体積圧縮率が７０％以下のものを使用することが好ましい。無機質発泡体の平均粒径が５０μｍ未満であると、発泡体の殻の膜厚が粒径に対して厚くなるので、嵩密度が高くなり、重くなるからである。また、平均粒径が３００μｍを超えると、発泡体の殻の膜厚が薄くなって破壊しやすくなるからである。
【００１５】
さらに、５ＭＰａの水圧をかけて圧縮した際の嵩密度を０．５以下としたのは、嵩密度が０．５を越えるものでは添加しても軽量化に寄与しないからである。なお、５ＭＰａを基準圧力とするのは、これが成形体をプレス成形する際の圧力にほぼ等しく、プレス成形時の圧力で無機質発泡体が破壊されないようにするためである。したがって、本発明によれば、プレス成形時にも無機質発泡体は破壊されず、軽量化を維持しつつ、平滑でシャープなエンボス面が得られる。また、体積圧縮率を７０％以下としたのは、体積圧縮率が７０％を越えると、圧力で破壊されるものが多くなり、曲げ強度が低下すると共に、破壊した無機質発泡体では釘の打ち込み時の衝撃力を緩和できず、釘打ち部に割れが発生しやすいからである。
【００１６】
これら無機質発泡体の嵩密度および体積圧縮率の測定方法は、以下のように行われる。無機質発泡体の嵩密度を測定する場合には、無機質発泡体を１００ｃｃのステンレス製容器に入れ、上下に１８０回タッピングした後、専用の測定装置であるパウダーテスター（ホソカワミクロン社製）で嵩密度を測定する。次に、嵩密度を測定した発泡体をビニール袋等に入れて真空ポンプで袋内の空気を抜いた後、シールして密封状態とする。そして、この袋を３リットルの水を満たした加圧タンクに入れ、水圧ポンプにて静水圧５ＭＰａで６０秒間加圧する。ついで、袋から無機質発泡体を取り出し、前述と同様にタッピングして嵩密度を測定し、加圧前後の嵩密度から体積圧縮率を計算で求める。
【００１７】
なお、必要に応じ、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムなどの硬化促進剤１〜５重量％を添加してもよい。
【００１８】
本願発明にかかる軽量無機質成形体の製造方法について説明する。
まず、セメント、非晶質シリカを主成分とする無機質発泡体、木質繊維を乾式で混合し、前記木質繊維間に無機質発泡体およびセメントを均一に混合した混合物を得る。そして、この混合物に水４０〜８０重量％を添加して更に混合する。ついで、得られた混合物をマット状に堆積し、プレス成型した後、１次養生して硬化させる。さらに、オートクレーブで２次養生し、セメントのカルシウムと無機発泡体の非晶質シリカとを反応させることにより、珪酸カルシウム化合物を生成し、強度を発現させた軽量無機質成形体を得る。
【００１９】
セメント、非晶質シリカを主成分とする無機質発泡体、および、木質繊維をミキサーに投入し、乾式で混合するので、木質繊維間に無機質発泡体およびセメントを均一に混合した混合物が得られる。
【００２０】
また、均一に混合された前記混合物に水４０〜８０重量％を添加し、混合するので、水は木質繊維だけに過剰に吸着されることなく、無機質発泡体やその隙間にも均一に吸着される。このため、木質繊維がダマにならず、木質繊維,無機質発泡体およびセメントが均一に混合された混合物が得られる。
【００２１】
前記混合物に添加する水の添加量を４０〜８０重量％とするのは、添加量が４０重量％未満であると、セメントに対する水分量が少なくなりすぎ、所定の強度が得られないからである。一方、８０重量％を越えると、水分が過剰になって木質繊維がダマになりやすいと共に、セメントが硬化した後の成形体の吸水率が高くなるからである。
なお、水の添加量は、セメントの水和に必要な量として２５重量％が必要であり、木質繊維や軽量骨材に対しては、ほぼ同重量の水を添加するのが好ましい。
【００２２】
従来、水の添加量は経験や勘に基づいて適当に添加していたため、水の過不足によって強度のバラツキが生じやすかったが、適切な量の水を添加することにより、強度にバラツキのない無機質成形体が得られる。また、従来、無機質発泡体を多量に添加しない場合には、木質繊維が水を多量に吸収するため、木質繊維がだまになりやすい。一方、木質繊維のだまを防止するために添加量を減らすと、セメントの水和硬化に必要な水を供給できず、強度が低下する場合が多いという不具合があった。本願発明によれば、前述のような不具合を解消できる。
【００２３】
前記混合物をプレート上に散布して厚さ５０〜１００ｍｍのマット状に堆積させた後、上面にエンボスプレートを載せてプレス機で成型し、そのままの状態で１次養生し、取り扱える程度の強度まで硬化させる。１次養生は温度５０〜８０℃で１０時間以上で行うことが好ましい。
【００２４】
前記エンボスプレートを外した後にオートクレーブで行う２次養生は、セメントのカルシウムと無機発泡体の非晶質シリカとを反応させ、ＣＨＳ（I）、ＣＨＳ（II）等の珪酸カルシウム化合物を生成し、実用強度を発現する最終の軽量無機質成形体を得るための工程である。１次養生でセメントを水和硬化させた後、オートクレーブで２次養生するので、セメントのカルシウムと、表面積が大きな無機発泡体の非晶質シリカとが反応し、珪酸カルシウム化合物が生成され、所望の強度を有する軽量無機質成形体が得られる。オートクレーブによる２次養生は温度１３０〜１８０℃で、５〜１５時間の条件、特に、１６５℃で６時間の条件で行うことが好適である。
【００２５】
本発明によれば、軽量で繊維が均一に分布した高強度の成形体が得られる。このため、従来のように密度の低い芯層を密度が高く高強度の表裏層で挟んだ複層構成の成形体とする必要がなく、単層構成でよいので、生産性を高めることができる。しかし、本発明においても表裏層と芯層との組成の配合割合を変え、三層構造としても良いことは勿論である。
【００２６】
【実施例】
（実施例1）図１に示した組成比で原料、特に、無機質発泡体としてシラス発泡体、木質繊維として平均繊維５.５ｍｍの杉、および、硬化促進剤として塩化マグネシウムを配合し、ミキサーで２分間混合した後、所定量の水を添加し、更に３０秒間混合して混合物を得た。この混合物をステンレスプレート上に散布して厚さ７０ｍｍのマット状に堆積した後、上面に樹脂製エンボスプレートを載せて挟み、この状態のマットを複数段積み重ねた。そして、約５ＭＰａの圧力で加圧し、そのままの状態でクランプ固定した後、温度７０℃、１０時間の条件で１次養生し、取り扱える程度の強度を得られるまで前記マットを硬化させた。そして、プレートを外した後、オートクレーブにて温度１６５℃、６時間の条件で２次養生し、最終の無機質成形体を得た。得られた成形体からサンプルを切りだし、比重、釘打性、曲げ強度、剥離強度等の各種測定を行った。測定結果を図１に示す。
【００２７】
（実施例２〜１４および比較例１〜５）
実施例２〜１４および比較例１〜５についても図１，２，３に示す組成比で原料を配合し、実施例１と同様の方法で無機質成形体を得、その物性を測定した。測定結果を図１，２，３に示す。
【００２８】
なお、物性の測定方法および繊維長の測定方法は以下に示す通りである。
表面性：最終の成形体を目視観察する。
◎：ほんど粗部分がない、○：少し粗部分がある、
△：粗部分が目立つ、    ×：粗部分がきわめて目立つ
混合性：水を添加した後の原料の混合状態を目視観察する。
◎：だまがない、○：少しだまがある、
△：だまがある、×：だまが多い
釘打性：長さ４５ｍｍ、径２．４ｍｍの釘をサンプルのエンボス部分に打ち込んだ場合の状態を目視観察する。
◎：欠けほとんどなし、○：欠けるが目立たない、
△：欠けて目立つ、    ×：ほとんど欠ける
曲げ強度：ＪＩＳ−Ａ−１４０８に準じて行った。
剥離強度：５０×５０ｍｍのサンプルの両面にエポキシ接着剤で金属製の引っ張り用治具を接着し、引っ張り試験機で剥離強度を測定する。
繊維長：ファイバートロン（マイクロテック社製）を使用した。
ファイバートロンによる測定原理は、水で分散させた繊維をビデオカメラで撮影し、画像処理して繊維の長さを測定した後、コンピューターで分析して平均繊維長を計算した。この方法によれば、サンプリングした材料すべての繊維長を測定できる。
【００２９】
図1は、軽量骨材の添加量を変えた場合の実施例１〜６及び比較例１の物性比較データを示す。無機質発泡体の添加量が１８〜６０重量％である実施例１〜６が、各物性値において、その添加量が１５重量％である比較例１よりも優れていることが判明した。
【００３０】
特に、無機質発泡体の添加量が４０重量％以上の実施例４，５，６では、無機質発泡体の充填性が高まり、表面性が極めて良くなると共に強度も向上していることが判った。
【００３１】
図２は、木質繊維の長さを変えた場合の実施例７〜１０および比較例２，３の物性比較データを示す。
木質繊維の長さが１.５〜８ｍｍの範囲内にある実施例７〜１０の測定結果から、木質繊維が長いほど強く、短いほど表面性が良いことがわかった。
これに対し、木質繊維の長さが１０ｍｍと長い比較例３の場合は、所望の強度を確保できるが、その表面の粗さが目立った。なお、木質繊維の長さが０.８ｍｍである比較例２の場合は測定できる程度の強度を有する無機質成形体が得られず、その物性を測定できなかった。
【００３２】
図３は、５ＭＰａの水圧をかけた後の嵩密度、および、水圧前後の体積圧縮率が異なる無機質発泡体を使用した場合の物性比較データを示す。実施例１１〜１４に比し、無機質発泡体の水圧をかけた後の嵩密度が０.５を越える比較例４は、所望の強度が発現されず、釘打ち性も悪いことが判った。これは、プレス成型時に十分な嵩が得られず、成形体の内部で発泡体、セメント、および、木質繊維が十分に密着しないためであると考えられる。また、水圧をかけた前後の体積圧縮率が７０％を越える比較例５では、釘打ち欠けが多かった。これは、水圧で破壊された骨材が多く、サンプル内の空隙が少ないためであると考えられる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の軽量無機質成形体によれば、反応性の良い非晶質シリカを主成分とする無機質発泡体を多量に添加することにより、所望の嵩高効果を確保でき、軽量な無機質成形体が得られる。さらに、従来例に比し、細く短い木質繊維を添加しているので、表面が平滑でシャープなエンボス性を有する軽量無機質成形体が得られる。
【００３４】
また請求項１によれば、所定の嵩密度および体積圧縮率を有する無機質発泡体を添加しているので、無機質発泡体がプレス成形によっても破壊されない。このため、軽量化を維持しつつ、曲げ強度が低下せず、釘打ちによる割れが生じにくい無機質成形体が得られる。
【００３５】
請求項２によれば、セメント、非晶質シリカを主成分とする無機質発泡体、および、木質繊維の必須成分を乾式で混合した後、この混合物に所定量の水を添加して更に混合する。このため、均一に混合できるだけでなく、セメントの水和硬化および前記無機質発泡体との反応により、所望の強度を有する無機質成形体が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明に係る軽量無機質成形体の実施例を示す図表である。
【図２】  本願発明に係る軽量無機質成形体の他の実施例を示す図表である。
【図３】  本願発明に係る軽量無機質成形体の別の実施例を示す図表である。
【図１】
0004287943.tif 000002
【図２】
0004287943.tif 000003
【図３】
0004287943.tif 000004