(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも無機質材、水、油性物質からなる原材料を撹拌混合してＷ／Ｏエマルジョン組成物となし、次いでそれを成形して養生及び／又は重合硬化させてなる、独立気孔を有する、空隙率が２０〜８０％で、かつ細孔径０．８μｍ以下の細孔が全細孔の５０％以上を占めるものであること、並びに油性物質として重合性二重結合を有するものを使用することにより、独立気孔を形成する孔の表面が重合性二重結合を有する油性物質の重合した合成樹脂で覆われていることを特徴とする多孔性無機質成形品。
【請求項２】
独立気孔の直径が４０μｍ以下である請求項１に記載の多孔性無機質成形品。
【請求項３】
比重が０．５〜２．０である請求項１または２に記載の多孔性無機質成形品。
【請求項４】
吸水率が２５％以下である請求項１〜３のいずれかに記載の多孔性無機質成形品。
【請求項５】
補強繊維によって補強されている請求項１〜４のいずれかに記載の多孔性無機質成形品。
【請求項６】
無機質材が水硬性物質である請求項１〜５のいずれかに記載の多孔性無機質成形品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐凍害性に優れ、しかも内部に空隙を有していながら吸水率の小さい多孔性無機質成形品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント、珪酸カルシウム、石膏等の無機質からなる各種成形品は建築、建設分野等の各種産業分野において多量に使用されている。しかしながら、無機質成形品は一般に重くてもろく、運搬や施工が困難であるということから、軽量で取り扱いやすい無機質成形品の提供が強く要望されていた。これらの問題を解決するものとしては、例えば、セメント成形品の分野では比重が０．５〜２．０のいわゆる軽量骨材コンクリートや気泡コンクリート等が従来から使用されている。
【０００３】
しかしながら、軽量骨材コンクリートの場合は、工程が複雑で骨材の均一な分散も困難であり、軽量骨材の種類や粒径によっては混練時や成形時の機械的せん断力によって破壊されやすく、また一定比重以下のものを製造することは極めて困難であった。また、気泡コンクリートとしては、界面活性剤を使用してセメントスラリーを泡立たせた状態で硬化させる方法と、アルミニウム粉末のようにセメント成分と反応して水素ガスを発生させる発泡剤を添加して発泡させた後、オートクレーブ養生するいわゆるＡＬＣとが製造されているが、これらの方法では気泡の直径をコントロールすることが難しく、一般に気泡が大きくて不揃いになりやすいという傾向があり、表面平滑性や鋸引き性、釘打ち性等にも問題があった。
【０００４】
更に、内部に空隙を有する従来の軽量無機質成形板を寒冷地で使用した場合には、比重が軽くなるほど凍害を受けやすく、吸水率も増加するという重大な欠点があり、ＡＬＣの場合に特に顕著であった。これは、ＡＬＣが反応ガスによる発泡を利用したものであるため、内部の空隙が連続気泡になりやすいという理由によるものと考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、２０％以上の空隙を有していながら吸水し難く、耐凍害性に優れ、しかも表面平滑性や鋸引き性、釘打ち性等の加工性にも優れた無機質成形品を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記問題を解決するために、無機質材、水及び油性物質を原材料とするＷ／Ｏエマルジョン組成物は水滴が均一に分散していること及び組成を変えることによって得られる多孔性無機質成形品の空隙率を自由にコントロールすることが可能であり、水滴の直径も比較的小さいこと（その結果、得られる多孔性無機質成形品の気孔の直径も小さくなる）に着目して検討を重ねた結果、空隙率が２０〜８０％で、かつ細孔径０．８μｍ以下の細孔が全細孔の５０％以上を占める多孔性無機質成形品の場合に上記問題を解決できることを見いだし、本発明に至った。なお、本発明における空隙率（Ｖ）とは、空隙が全くないと考えられる理論比重Ｄｔと成形品の比重の実測値Ｄｒとから以下の式によって算出した値である。
Ｖ（％）＝１００−（Ｄｒ／Ｄｔ）×１００
また、細孔径はポロシメーターを用いて測定された値を用いた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明でいう、多孔性無機質成形品は、少なくとも無機質材、水及び油性物質を原料とするＷ／Ｏエマルジョン組成物を成形して得られるものであって、主成分が無機質からなる多孔性の成形品を意味しており、無機質材以外に少量の各種成分が添加、混合されていたり、合成樹脂で無機質材が結合されたものであってもなんら差し支えない。無機質材としては、ポルトランドセメント、フライアッシュ、高炉スラグ等のセメントはもとより、珪酸カルシウム、石膏、水酸化カルシウム等の水硬性物質や炭酸カルシウム、クレー、粘土等が挙げられ、これらを単独であるいは混合して使用することができる。特に、本発明においては、優れた機械的強度や耐候性を有し、各種建築材料として多用されているセメントを代表とする水硬性物質を主成分とするのが好ましい。
【０００８】
油性物質としては、水とＷ／Ｏエマルジョンを形成しうるものであれば特に制限はないが、通常疎水性の液状物質が利用され、例えば、トルエン、キシレン、灯油、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。特に、油性物質として、スチレン、ジビニルベンゼン、メチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等の重合性二重結合を有するものを使用すれば、これらが重合したポリマーがマトリックスを形成して得られる多孔性無機質成形品の物理的、機械的性質を向上するとともに、後述するように得られる無機質成形品中の独立気孔中に水が浸入し難くなり、吸水率を低下させることができるので好ましい。また、重合性二重結合を有する油性物質を使用する場合には、油性物質の重合を促進するために有機過酸化物等の重合開始剤を併用することが望ましい。
【０００９】
更に、本発明においては、ソルビタンセスキオレート、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノオレート、ジエチレングリコールモノステアレート、ソルビタンモノステアレート、ジグリセロールモノオレート等の非イオン性界面活性剤や各種アニオン系界面活性剤やカチオン系界面活性剤等の乳化剤や、砂、砂利、パーライト、シラスバルーン、ガラス粉等の骨材、更にアクリル繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維等の合成樹脂や炭素繊維、ガラス繊維等の補強繊維を併用することも勿論可能である。特に、補強繊維を併用した場合、機械的強度が更に向上するので好ましい。
【００１０】
なお、Ｗ／Ｏエマルジョンとは、油性物質と水とを撹拌混合することによって形成されるエマルジョンのうち、油性物質の連続層の中に水が微小な水滴となって存在している状態を意味しており、本発明におけるＷ／Ｏエマルジョン組成物は、上記のＷ／Ｏエマルジョン中に更に無機質材が分散している状態のものである。本発明の多孔性無機質成形品は、上記原材料を撹拌混合してＷ／Ｏエマルジョン組成物となし、次いでそれを注型法、押出成形法、射出成形法、プレス成形法等の通常用いられている手段で成形して養生及び／又は重合硬化させた後、必要に応じて乾燥して製造することができる。このようにして得られた多孔性無機質成形品は、Ｗ／Ｏエマルジョン組成物中の微小な水滴が除去された跡が、いわゆる独立気孔の形状で多数存在している。本発明における独立気孔という用語は、個々の気孔がそれぞれ別々に形成されて存在しているという意味であって、気孔の欠陥や穴による隙間が存在し、気孔同士や気孔と表面とがこの隙間によってつながっていることを排除するものではない。
【００１１】
この際に、得られる多孔性無機質成形品の空隙率が２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％で、かつ細孔径０．８μｍ以下の細孔が全細孔の５０％以上、好ましくは７０％以上となるようにする必要がある。この空隙率が２０％未満では軽量化の効果がなく、８０％を超えるものは製造が困難であるのに加えて、機械的強度が低く実用性がない。空隙率を上記範囲とするのは、無機質材及び油性物質に対する水の使用量を増減させることによって行うことができ、水の使用量を増やすとＷ／Ｏエマルジョン組成物中の微小な水滴の容積が増えて空隙率の大きな多孔性無機質成形品を得ることができる。多孔性無機質成形品の比重は、使用原料の種類や空隙率を変えることによって容易にコントロールすることが可能であるが、好ましい比重の範囲は０．５〜２．０である。
【００１２】
細孔径は上述したようにポロシメーターで測定した値であって、ポロシメーターは細孔の形状が円筒形であると仮定して測定された値であることから、この値は多孔性無機質成形品の気孔の直径を表すものではなく、気孔間あるいは無機質材間の隙間の大きさを表す指標として使用されるものである。この隙間が０．８μｍ以上の場合には、毛細管現象によって表面付近の水が多孔性無機質成形品の内部にまで浸入することが可能となり、細孔径０．８μｍ以下の細孔が全細孔の５０％未満、すなわち全体として細孔径が大きい場合は、隙間から毛細管現象して、吸水率の増大や耐凍害性の低下の原因となるので好ましくない。細孔径が０．８μｍ以下の細孔の占める割合を増やす（細孔径の小さな多孔性無機質成形品を得る）ためには、製造の過程におけるＷ／Ｏエマルジョン組成物中の水滴の直径を小さくすること、あるいは無機質材間に生じるであろう隙間を小さくすることが必要とされる。
【００１３】
Ｗ／Ｏエマルジョン組成物における水滴を小さくする方法としては、例えば、水滴の直径が小さくなるような乳化剤を選択したり、使用量を増やす方法、Ｗ／Ｏエマルジョンを形成する際の撹拌速度を速くすること、撹拌混合時間を長くすること、あるいは原材料にかかるせん断力が大きい撹拌混合装置を選択することなどが挙げられる。一般的に水滴の直径は小さいほど好ましいが、少なくとも４０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下となるようにするのが好ましく、その場合、一般に無機質材の配合量にもよるが、水滴の直径と同じ若しくはそれよりも小さい直径の気孔を有する多孔性無機質成形品を得ることができる。
【００１４】
一方、隙間を小さくする方法としては、油性物質に対する無機質材の使用量を多くして、油性物質からなる連続層中に分散する無機質材同士の隙間ができないようにすることが好ましい。また、油性物質として重合性二重結合を有するものを使用した場合には、独立気孔が重合性二重結合を有する油性物質の重合した合成樹脂で被覆されるので、隙間そのものができにくくなるとともに、疎水性物質で覆われることとなるので、水が浸入しにくくなって、吸水率を低下させることが可能となる。好ましい吸水率は２５％以下、より好ましくは２０％以下である。
【００１５】
【作用】
図１は、本発明の無機質成形品の断面の構造を説明するための模式図である。図１からも明らかなように、多孔性無機質成形品１の内部には独立気孔２及び独立気孔２及び／又は無機質材３の間に存在する隙間４からなる空隙を有しており、独立気孔２の一部は他の独立気孔２と隙間４とでつながった構造をしている。多孔性無機質成形品１の表面に存在する水は、毛細管現象によって独立気孔２の内部にまで浸入するためには、この隙間４が毛細管現象が可能な程度の大きさを有している必要がある。この隙間４の大きさは、ポロシメーターで測定した細孔径とよく一致する。一方、毛細管現象は通常０．８μｍ以下の細孔ではあまり起こらないことが知られているから、ポロシメーターで測定した細孔径の値が本発明で規定した範囲を満足すれば、独立気孔２や隙間４の内部に水が浸入することが防止でき、その結果として優れた耐凍害性と低い吸水率が達成できるものと推測される。
【００１６】
更に、従来のＡＬＣ板や気泡コンクリートに比べて独立気孔２の直径が４０μｍ以下と小さいので、機械的性質が均一で、しかも表面平滑性や鋸引き性や釘打ち性などの加工性に優れた効果を発揮するものと思われる。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例によって本発明を具体的に説明する。なお、無機質成形品の性能は、以下の方法で測定し評価した。
〈比重〉
１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの寸法の直方体に切り出した多孔性無機質成形品を、１０５℃で２４時間乾燥して絶乾状態とした後、その重量を測定して比重Ｄｒを算出した。
〈空隙率〉
空隙率Ｖ％は、空隙が全くないと考えられる理論比重Ｄｔと上記方法で測定された成形品の比重の実測値Ｄｒとから、以下の式によって算出した。
Ｖ（％）＝１００−（Ｄｒ／Ｄｔ）×１００
ここで、理論比重Ｄｔは使用した原材料の比重から計算して求めた。なお、例えば、無機質材として普通ポルトランドセメントを使用した場合には、セメント１００重量部の水和に水が３０重量部消費されるものとした。
〈細孔径及び細孔分布〉
水銀と多孔性無機質成形品の接触角を１４１．３度として、Ｐａｓｃａｌ  ２４０型ポロシメーターにより測定された細孔径及び該細孔径に対応する体積比から算出した。
〈気孔の直径〉
無機質成形品の破断面を走査型電子顕微鏡で観察して概略値を測定した。
【００１８】
〈曲げ強度〉
ＪＩＳ  Ａ  １４０８の規定に準じ、５号試験片を用いて測定した。
〈衝撃強度〉
ＡＳＴＭ  Ｄ２５６−５４Ｔに準じて測定した。
〈耐凍害性〉
ＪＩＳ  Ａ  １４２５に定める凍結融解試験法に準じて測定し、破壊が観察されたサイクル数で評価した。３００サイクルで破壊が見られないものは良好な耐凍害性を示すものといえる。
〈吸水性〉
１００ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍの寸法の直方体に切り出した無機質成形品を、水中に浸積して２４時間放置して重量Ｗ1（ｇ）を測定し、絶乾状態における重量Ｗ0（ｇ）とから以下の数式に従って計算した。
吸水率（％）＝（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0×１００
〈表面平滑性〉
表面の状況を目視で観察して評価した。
〈鋸引き性〉
比重が１．０以上のものはダイヤモンドソーで、１．０未満のものについては木工用鋸を用いて、切断のしやすさを判定した。
〈釘打ち性〉
比重が１．０以上のものは窯業用タッピングビス、１．０未満のものについては木材用の釘を用いて、釘打ちのしやすさと保持性を評価した。
【００１９】
実施例１〜６
無機質材料として普通ポルトランドセメント、水、油性物質として有機過酸化物（ｔ−ブチルパーベンゾエート）を１．０ｗｔ％含むスチレンモノマー及び乳化剤としてソルビタン・モノオレート、（実施例３〜６については、更に補強繊維として太さ２．５デニール、長さ１０ｍｍのポリプロピレン繊維）を表１に示す組成で使用し、連続式二軸混練機（本田鉄工製、ＣＫＥ−３）を用いて毎分２００回転で２０秒間撹拌混合してセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を得た。次いで、該エマルジョン組成物を注型して相対湿度９３％下で３０℃から９０℃まで１７時間、９０℃で１７時間養生してセメントの水和反応とスチレンの重合反応を進行させ、本発明の多孔性無機質成形品を得た。得られた多孔性無機質成形品の性質を、表２に示す。
【００２０】
比較例１、２
乳化剤としてポリブチレングリコールモノマレートを使用した以外は、実施例１と同様にしてセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を得た。次いで、該エマルジョン組成物を注型して相対湿度９３％下で３０℃から９０℃まで１７時間、９０℃で１７時間養生してセメントの水和反応とスチレンの重合反応を進行させて多孔性無機質成形品を得た。得られた多孔性無機質成形品の性質を、同じく表２に示す。
【００２１】
【表１】
0003841472.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003841472.tif 000003
【００２３】
比較例３
比較のために市販のＡＬＣ（比重：０．６０）について各種性能を測定したところ、耐凍害性試験では２０サイクル目でサンプルの破壊が見られ、吸水率も６３％と極めて高いものであった。また、気孔の直径が大きいためか表面平滑性が悪く、釘打ち性も悪かった。
【００２４】
比較例４
市販の軽量骨材及びパルプ繊維を混入した軽量押出コンクリート板（比重：１．０）についても、同様に各種性能を測定した。この軽量押出コンクリート板は表面平滑性に優れたものであり、耐凍害性に優れた性能を発揮することが期待されたが、１００サイクル目でサンプルの破壊が見られた。これは、軽量骨材とパルプ繊維のいずれもが多孔性物質であるため、細孔から浸入した水が軽量骨材やパルプ繊維の内部にまで浸透することによるものと考えられる。また、吸水率は２４％であり、脆い軽量骨材を使用しているためか、釘打ちすると基材が破壊した。
【００２５】
実施例及び比較例からも明らかなように、本発明にかかる多孔性無機質成形品は、同等の比重を有する市販のセメント板（比較例３、４）に比べて優れた耐凍害性と低い吸水率を示すことが分かる。また、細孔径が０．８μｍ以下の全細孔に占める割合が５０％未満の多孔性無機質成形品（比較例１、２）は、耐凍害性が悪く、吸水率も高かった。また、実施例１にかかる多孔性無機質成形品のポロシメーターで測定した空隙率は５１％であって、比重から求めた空隙率よりもかなり低い値を示した。このことにより、内部に貫通していない独立気孔がかなり存在していることがわかる。
【００２６】
更に、補強繊維を使用した実施例３〜５の多孔性無機質成形品は、曲げ強度がそれぞれ３１ｋｇ／ｃｍ2、９０ｋｇ／ｃｍ2及び１５４ｋｇ／ｃｍ2であり、衝撃強度も１．３ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ2、５．１ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ2及び８．８ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ2と、市販のセメントに比べて優れた値を示した。
【００２７】
実施例７、比較例５
撹拌時間と撹拌速度を変えた以外は、実施例１と同様にしてセメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を得た。次いで、該エマルジョン組成物を注型して、実施例１と同様に養生して、セメントの水和反応とスチレンの重合反応を進行させて、多孔性無機質成形品を得た。得られた多孔性無機質成形品の性質を表４に示す。
【００２８】
【表４】
0003841472.tif 000004
【００２９】
実施例８
普通ポルトランドセメント６７．１重量部、水２７．８重量部、キシレン２．７８重量部、乳化剤（グリセロールモノステアレート）０．９３重量部及びポリプロピレン繊維（実施例３と同じ）１．４８重量部を実施例１で使用した装置を用いて毎分２００回転で２０秒間撹拌混合して、セメント含有Ｗ／Ｏエマルジョン組成物を得た。次いで、該エマルジョン組成物を注型して、実施例１と同様に養生して、本発明の多孔性無機質成形品を得た。得られた多孔性無機質成形品の比重は１．５２であり、空隙率は４０．９％、０．８μｍ以下の細孔の割合は９２％であった。また、このセメント成形品は耐凍害性の試験において３００サイクルでも異常は観察されず、吸水率は１５％であり、表面平滑性、鋸引き性、釘打ち性も良好であった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の多孔性無機質成形品は空隙率が大きくて軽量であるにもかかわらず、粒子及び／又は気孔間の隙間が小さいため表面からの水の浸入が少なく耐凍害性に優れているので、寒冷地などにおける外装用の建築材料として好適である。また、補強繊維を使用した場合は高い曲げ強度や衝撃強度を発揮するので、構造材料としても使用できるものであり、建築、建設分野を中心に各種産業分野に新しい材料を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多孔性無機質成形品１の内部構造を簡単に説明するための模式図である。
【符号の説明】
１  多孔性無機質成形品
２  独立気孔
３  無機質材
４  隙間
【図１】
0003841472.tif 000005