JP2006069807A - 無機質板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、高強度で寸法安定性や耐凍結融解性が大巾に改良された無機質板を提供することにある。
【解決手段】セメント系無機材料と、ケイ酸質含有材料と、木質補強材とを主体とする原料混合物に更に無機質板の寸法安定性改良のためにマイカを添加し、また板の強度向上と耐凍結融解性向上のために水溶性樹脂を添加し、該原料混合物を水に分散せしめて原料スラリーを抄造して抄造マットをフォーミングし、該抄造マットをプレスして１５０℃以上の温度でオートクレーブ養生することによって無機質板を製造する場合、セメント系無機材料とケイ酸質含有材料との質量比率を３５：６５〜４５：５５の範囲に設定することによって、無機質板の硬化反応を促進して未反応物量を少なくし、もって寸法安定性を一層改良し、更に板の強度と耐凍結融解性を一層向上せしめる。

Description

本発明はマイカを含有する無機質板およびその製造方法に関するものである。

従来、無機質板の補強材としては石綿が使用されていたが、石綿微粉末の飛散によって環境汚染が問題となり、石綿に代わる補強材として木片や木質繊維等の木質補強材が用いられるようになった。

しかし、木質補強材で補強した無機質板は寸法安定性に劣り、吸湿乾燥によって伸縮し、反り等が起り易くなり、ひどい場合には亀裂に至るという欠点がある。
このような欠点を改良するために、木質補強材とセメントの混合物にマイカとポリビニルアルコールとを添加することが提案されている。マイカは高弾性率を有し、マイカを添加することによって無機質板の寸法安定性、切断性、釘打ち性等が改良され、更にポリビニルアルコールを添加することによって製品の強度が向上し、あわせて耐凍結融解性も改良される（例えば特許文献１、２参照）。

特開平６−３２９４５７号公報 特開平５−１２４８４５号公報

しかしながら、ポリビニルアルコールのような水溶性樹脂を添加すると、該水溶性樹脂は保護コロイドとしてセメント粒子表面を被覆し、セメントの硬化反応を遅延させる、と云う問題点がある。

本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、セメント系無機材料（Ｃ）と、ケイ酸質含有材料（Ｓ）と、木質補強材と、マイカと、水溶性樹脂とを含む原料混合物の硬化物からなり、該セメント系無機材料（Ｃ）と該ケイ酸質含有材料（Ｓ）との質量比率は３５：６５〜４５：５５の範囲に設定されている無機質板を提供するものであり、またあわせてセメント系無機材料（Ｃ）と、ケイ酸質含有材料（Ｓ）と、木質補強材と、マイカと、水溶性樹脂とを含む原料混合物を水に分散せしめて原料スラリーを調製し、該原料スラリーを抄造して抄造マットをフォーミングし、該抄造マットをプレスして１５０℃以上の温度でオートクレーブ養生する木質セメント板の製造方法であって、セメント系無機材料（Ｃ）とケイ酸質含有材料（Ｓ）との質量比率は３５：６５〜４５：５５の範囲に設定する無機質板の製造方法を提供するものである。
該原料混合物において使用される水溶性樹脂は鹸化度９８モル％以上の粉末状ポリビニルアルコールであり、該原料混合物中に０．２５〜１．２５質量％の範囲で添加されていることが好ましく、また該原料混合物において使用されるマイカの平均粒径は２００〜７００μｍ、アスペクト比は６０〜１００であり、該マイカの含有量は２〜７質量％の範囲に設定されていることが好ましく、また木質補強材のＣＳＦは５００ｍｌ以下であり、該木質補強材の含有量は５〜１０質量％に設定されていることが好ましい。

本発明において、セメント系無機材料（Ｃ）とケイ酸質含有材料（Ｓ）との質量比率を３５：６５〜４５：５５の範囲に設定すると、無機質板の硬化反応が円滑に促進され、未反応Ｃ成分や未反応Ｓ成分の量が少なくなり、マイカに加えて水溶性樹脂を添加しても、無機質板の硬化反応が遅延することなく順調に進行する。その結果寸法安定性が大巾に改良され、その上耐凍結融解性も良好な無機質板を提供することが出来る。

本発明を以下に詳細に説明する。
〔木質補強材〕
本発明に用いられる木質補強材としては、木粉、木毛、木片、木質繊維、木質パルプ、木質繊維束、ストランド、針葉樹、広葉樹、故紙等を原料としたパルプ等があり、該木質補強材は二種以上混合されてもよく、更に該木質補強材には竹繊維、麻繊維、バカス、モミガラ、稲わら等のリグノセルロースを主成分とする材料を混合してもよい。好ましい木質補強材としては、Ｃ．Ｓ．Ｆ（カナディアン・スタンダード・フリーネス）５００ｍｌ以下の針葉樹未晒しパルプ（ＮＵＫＰ）、あるいは針葉樹晒しパルプ（ＮＢＫＰ）がある。

〔セメント系無機材料〕
本発明に用いられるセメント系無機材料としては、例えばポルトランドセメント、高炉スラグセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント等のセメント類がある。

〔ケイ酸質含有材料〕
本発明では上記セメント系無機材料にケイ酸質含有材料を併用して、該セメント系無機材料の硬化反応を促進する。上記ケイ酸質含有材料としては、例えばシリカ粉、ケイ砂、ケイ石粉、水ガラス、シリカヒューム、シラスバルーン、パーライト、ケイ藻土、ドロマイト等が例示される。

〔マイカ〕
本発明において用いられるマイカとしては、平均粒径２００〜７００μｍ、アスペクト比が６０〜１００のフレーク状のものが望ましい。マイカは、通常層状構造を有し、吸湿性がなく、剛性を有する高弾性体であり、木質セメント板の寸法安定性を大幅に向上させることができる。

〔水溶性樹脂〕
本願発明においては使用される水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、エチルヒドロキシエチルセルロース（ＥＨＥＣ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）、デンプン、デンプン誘導体、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、大豆タンパク、アラビアゴム、トラガントゴム等が例示される。

上記水溶性樹脂は無機質板内部組織中において接着剤として働き、板内の層間密着性を向上せしめ、板の強度を高めかつ耐凍結融解性も改良する。更に水溶性樹脂は保水作用を有するので、板をオートクレーブ養生する場合、板の表面部分の乾燥を防止し、板全体に水分含有量を均一化する作用があり、もってオートクレーブ養生中の板の硬化反応が均一に偏りなく進行する。したがって水溶性樹脂を添加すれば、板の強度が向上しかつ耐凍結融解性等の諸物性が改良される。

上記水溶性樹脂の中で望ましいものは、鹸化度が９８モル％以上の粉末状ポリビニルアルコールである。鹸化度９８モル％以上の粉末状ポリビニルアルコールは常温の水では膨潤するだけで不溶であり、それ故に常温の原料スラリーの水中には溶解しないので、抄造時のポリビニルアルコールの流出は少なくなり歩留りが低下せず、またスラリー粘度も上昇しないので抄造効率（ろ水性）が低下しない。

該粉末状ポリビニルアルコールは、オートクレーブ養生工程での高温によつて、抄造シートに含まれる水に溶解するようになるが、抄造シートにあっては、含水量が少ないので該粉末状ポリビニルアルコールの大部分は水に溶解したバルーン状態で無機質板内に残り、最終製品においても板内部組織内にはバルーン状のポリビニルアルコールが多数残存しているので、バルーン自体の形状効果によって、板の内部組織にはクッション性が付与され、凍結時に発生する内部応力が吸収緩和されるので、耐凍結融解性は更に大巾に向上する。
更に該ポリビニルアルコールは抄造シート内で大部分バルーン状態で残存するので、セメント粒子を保護コロイドとして被覆しにくゝなり、その結果セメントの硬化に対する影響が少なくなる。

〔その他の成分〕
本発明の無機質板の原料としては、上記以外の成分として、セピオライト、ワラストナイト、ガラス繊維、ウイスカ等の無機繊維、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、アクリル酸カルシウム、水ガラス等のセメント硬化促進剤、バーミキュライト、ベントナイト等の鉱物粉末、ロウ、ワックス、パラフィン、シリコン、界面活性剤等の防水剤や撥水剤、発泡性熱可塑性プラスチックビーズ、プラスチック発泡体等が添加されてもよい。なお、これらの例示は本発明を限定するものではない。

〔無機質板の組成〕
本発明の無機質板の原料混合物において、上記セメント系無機材料の硬化反応を促進するためのセメント系無機材料（Ｃ）とケイ酸質含有材料（Ｓ）との質量比率（Ｃ：Ｓ）は３５：６５〜４５：５５の範囲である。そして上記原料混合物において木質補強材は５〜１０重量％、セメント系無機材料（Ｃ）は２５〜４５質量％、ケイ酸質含有材料（Ｓ）は４５〜６５質量％、マイカは２〜７重量％、水溶性樹脂は０．２５〜１．２５質量％（各々固形分）含まれるのが好ましい。マイカの含有量が２質量％未満では、得られる無機質板の寸法安定性を十分に向上させることができず、マイカの含有量が７質量％を超えると、原料の均一混合がしにくゝなり、品質の安定した無機質板を得ることが困難になると共にコストアップにもなる。更に水溶性樹脂の含有量が０．２５質量％未満では水溶性樹脂による板の補強効果が充分発揮されず、また１．２５質量％を越えるとＣ／Ｓを３５／６５〜４５／５５の範囲に設定してもなお板の物性の改善が進まない。

〔無機質板の製造〕
本発明の無機質板は、抄造法によって製造される。
抄造法においては、上記セメント系無機材料（Ｃ）、ケイ酸質含有材料（Ｓ）、木質補強材、マイカ、水溶性樹脂等を含む原料混合物を水に分散させて混練することによって調製した原料スラリーをフローオン式、長網式、ハチェック式等の公知の方法によって抄造マットを製造した後、望ましくは２０ＭＰａ以上の圧力でプレスし、望ましくは１５０℃以上の温度、０．４ＭＰａ以上の圧力下でオートクレーブ養生を行う。
この場合、上記スラリーの固形分濃度は通常５〜１５重量％とされ、また抄造マットは通常抄造によってフォーミングされた抄造シートをメイキングロールに巻き取り６層〜１０層に積層することにより製造する。

上記無機質板の製造工程においては、原料スラリーを抄造して、抄造マットをフォーミングする場合、アスペクト比６０〜１００以上の薄片マイカを使用すれは、該マイカは抄造方向に配向し易くなる。そして該マイカは多量の水分の存在下で、上記１５０℃以上の温度により、望ましくは０．４ＭＰa 以上の圧力下のオートクレーブ養生を行なえば、マイカ表面からケイ酸質成分やアルミナ成分が溶出し、そのために該マイカ表面が粗面になる。更に該マイカが粒度２００〜７００μｍ以上の大きい表面積を有する場合、マイカ相互の重なり合い面積が大きくなる。

上記したように多量の水分存在下１５０℃以上の温度によるオートクレーブ養生では該マイカの表面は粗面となっているから、重なり合い部分で多量の水分の存在下、該セメント系無機材料から溶出したカルシウム分が該マイカ相互の重なり部分の間に入り込み易く、このカルシウム分がマイカ表面から溶出したケイ酸成分および若干のアルミナ成分と反応して、該マイカ相互の重なり部分の間で安定したケイ酸カルシウム反応硬化物が生成され、該反応硬化物はマイカ相互を接着し、上記したようなマイカ相互の大きな重なり合い面積、即ち接着面積と相乗してマイカ相互が該反応硬化物を介して強固に接合される。

上記したように本発明では無機質板の寸法安定性と強度および耐凍結融解性を向上せしめるためにマイカに加えて更に水溶性樹脂を添加するが、水溶性樹脂の添加によって板の硬化に悪影響が及ぼされるおそれがある。そこで本発明ではセメント系無機材料（Ｃ）とケイ酸質含有材料（Ｓ）との質量比率を３５：６５〜４５：５５の範囲に設定する。
この範囲において無機質板の硬化反応が順調に進み、未反応Ｃ成分や未反応Ｓ成分の量も激減し、カードハウス状トバモライト結晶が多量に生成し、その結果マイカの寸法安定性改良効果が大巾に向上し、かつ板の耐凍結融解性も改良される。その結果、本発明の無機質板は大きな機械的強度と大巾に改良された寸法安定性そして耐凍結融解性を獲得する。Ｃ／Ｓ＜３５／６５の場合には未反応Ｓ成分が多くなってトバモライト結晶生成量が少なくなり、耐凍結融解性が充分でなくなり、またＣ／Ｓ＞４５／５５の場合にはケイ酸カルシウム反応による硬化物ではないセメント水和物が多くなり、その結果板が脆くなって耐クラック性が低下する。

更に該マイカ表面は上記したように粗面となっているから、該マイカが木質セメント板表面に多量に存在していても、該無機質板表面に塗装を施した場合、塗料との密着性が該マイカによって阻害されなくなる。

このようにして製造された本発明の無機質板表面には、所望なれば例えば有機溶剤溶液型のアクリル系樹脂塗料、水性エマルジョン型のアクリル樹脂系塗料、ウレタン系樹脂塗料、シリコン系樹脂塗料等の下塗り塗料が塗布され、更にその上に所望なれば上記下塗り塗料と同様な塗料による中塗り塗料が塗布され、その上に例えば有機溶剤溶液型のアクリル系樹脂塗料、水性エマルジョン型のアクリル樹脂系塗料、有機溶剤溶液型シリコンアクリル樹脂系塗料等の上塗り塗料が塗布される。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〜９，比較例１〜５〕
無機質板の原料として、表１に示す組成の原料混合物を用意した。

上記原料混合物を水に分散して固形分１０重量％の原料スラリーを調製し、該原料スラリーをフェルト上に抄造して抄造マットをフォーミングし、該抄造マットを圧力２３ＭＰa でプレスして温度５０℃で２４時間一次養生し、更に１７０℃、０．７ＭＰa 、７時間のオートクレーブ養生することにより無機質板試料を作成した。

上記各種無機質板試料について、絶乾比重、曲げ強度、吸水伸び率、放湿収縮率、マイクロクラック試験、耐凍結融解性の各試験を行った。
上記各試験の結果を表２に示す。

表２から明らかなように、実施例１〜９においては、Ｃ／Ｓ質量比率がいずれも３５：６５〜４５：５５の範囲に設定されており、強度、寸法安定性、耐凍結融解性、耐クラック性共に満足な結果が得られたが、Ｃ／Ｓ＞４５／５５（６０／４０）でかつマイカおよびＰＶＡ粉末が添加されていない比較例１のものは寸法安定性、耐クラック性共に充分でなく、またＣ／Ｓが３５／６５〜４５／５５の範囲内（４０／６０）であってもＰＶＡ粉末とマイカが添加されていない比較例２のものは同様に寸法安定性、耐クラック性が充分でない。マイカが５質量％でＰＶＡ粉末の量が０．７５質量％の比較例３もＣ／Ｓ＞４５／５５（６０／４０）であるので板がもろく、耐クラック性が充分でなく、マイカが７質量％を越える量（１２質量％）で更にＰＶＡ粉末の量が１．２５質量％を越える量（１．５質量％）でＣ／Ｓ＞４５／５５（６０／４０）の比較例４は曲げ強度が若干低く、また板がもろく、耐クラック性が充分でない。またＣ／Ｓが３５／６５〜４５／５５の範囲内でも、マイカが７質量％を越える量（１２質量％）でＰＶＡ粉末の量が１．２５質量％を越える量（１．５質量％）の比較例５は曲げ強度が低下する。

本発明の無機質板は高強度であり、寸法安定性、耐凍結融解性に優れ、外壁材等の建築板に極めて有用である。

Claims (8)

1. セメント系無機材料と、ケイ酸質含有材料と、木質補強材と、マイカと、水溶性樹脂とを含む原料混合物の硬化物からなり、該セメント系無機材料と該ケイ酸質含有材料との質量比率は３５：６５〜４５：５５の範囲に設定されていることを特徴とする無機質板。
2. 該原料混合物において使用される水溶性樹脂は鹸化度９８モル％以上の粉末状ポリビニルアルコールであり、該原料混合物中に０．２５〜１．２５質量％の範囲で添加されている請求項１に記載の無機質板。
3. 該原料混合物において使用されるマイカの平均粒径は２００〜７００μｍ、アスペクト比は６０〜１００であり、該マイカの含有量は２〜７質量％の範囲に設定されている請求項１または請求項２に記載の無機質板。
4. 該原料混合物において使用される木質補強材のＣＳＦは５００ｍｌ以下であり、該木質補強材の含有量は５〜１０質量％である請求項１〜３に記載の無機質板。
5. セメント系無機材料と、ケイ酸質含有材料と、木質補強材と、マイカと、水溶性樹脂とを含む原料混合物を水に分散せしめて原料スラリーを調製し、該原料スラリーを抄造して抄造マットをフォーミングし、該抄造マットをプレスして１５０℃以上の温度でオートクレーブ養生する無機質板の製造方法であって、セメント系無機材料とケイ酸質含有材料との質量比率は３５：６５〜４５：５５の範囲に設定することを特徴とする無機質板の製造方法。
6. 該原料混合物において、水溶性樹脂は鹸化度９８モル％以上の粉末状ポリビニルアルコールであり、該原料混合物中に０．２５〜１．２５質量％の範囲で添加されている請求項５に記載の無機質板の製造方法。
7. 該原料混合物において、マイカの平均粒径は２００〜７００μｍ、アスペクト比は６０〜１００であり、該マイカの含有量は２〜７質量％の範囲に設定されている請求項５または請求項６に記載の無機質板の製造方法。
8. 該原料混合物において、木質補強材のＣＳＦは５００ｍｌ以下であり、該木質補強材の含有量は５〜１０質量％に設定されている請求項５〜７に記載の無機質板の製造方法。