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JP5659883B2 - 調湿建材及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は水酸化アルミニウムを原料とした調湿建材及びその製造方法に係り、特に水酸化アルミニウムの焼成物の調湿性を維持しつつ強度を賦与するようにした調湿建材とその製造方法に関するものである。
水酸化アルミニウム粉末を加熱処理して製造した水酸化アルミニウム脱水物が吸放湿特性を有するところから、水酸化アルミニウムに添加物を添加し、混合及び成形して焼成した調湿建材が提案されている。
特許文献１（特開２００１−１２２６５７）には、水酸化アルミニウムと粘土とを化学組成がＡｌ２Ｏ３３３〜７６重量％、ＳｉＯ２１５〜５７重量％、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５の合計５重量％以下、ＣａＯ，ＢａＯ及びＭｇＯの合計９重量％以下となるように配合し、混合及び成形し、次いでＸ線回折チャートにおいてｋ−Ａｌ２Ｏ３のメインピークが検出され、このｋ−Ａｌ２Ｏ３のメインピークの高さがα−Ａｌ２Ｏ３のメインピークよりも高いものとなるように焼成して調湿建材を製造することが記載されている。
この特許文献１は、水酸化アルミニウムの脱水によって生じるアルミナ（酸化アルミニウム）の吸放湿特性を利用すると共に、原料水酸化アルミニウムに併用された粘土の焼結促進作用によって焼成物（焼結体）に高い強度を具有させるようにしたものである。
特開２００２−２４９３７２には、水酸化アルミニウム、カオリン質粉体及び水ガラスを含む原料を混合及び成形し、焼成して調湿建材を製造することが記載されている。
この特許文献２は、原料に水ガラスを配合することにより、調湿建材の強度を高めるようにしたものである。
特開２００１−１２２６５７ 特開２００２−２４９３７２
水酸化アルミニウムは、焼成により脱水し、多数の孔を有した多孔状態となる。この孔が優れた調湿性能を発現する。この水酸化アルミニウム系調湿建材は、多孔質のため脆く、例えば、壁面に施工した場合に、躯体の微細なひび割れや動きでクラックが生じるところから、調湿性能をあまり落とさず、強度を高くすることが必要である。
特許文献１では、原料に粘土を配合することにより、水酸化アルミニウムの脱水物の微細な孔が焼結により潰れるのを抑制しつつ、水酸化アルミニウム脱水物同士を硬く結びつけることにより強度を高める。特許文献２では、水ガラスが低温で熔融し、水酸化アルミニウム脱水物を固めることにより、強度を高める。
しかしながら、原料中の粘土や水ガラスの割合を多くすると、相対的に原料中の水酸化アルミニウム量が減少し、調湿性能が低下する。また、水ガラスを配合した場合には、水ガラスが焼成時に熔融して調湿する孔を塞ぎ、調湿性能を低下させる。また、水ガラスを使うと、成形する粉がベタツキ、成形時に型に付着し、生産性を低下させる。
本発明は、上記特許文献１、２の調湿建材よりもさらに調湿性能や強度を改善することができ、製造も容易な調湿建材及びその製造方法を提供することを目的とする。
請求項１の調湿建材は、粉末状の水酸化アルミニウムと、ベントナイトとを含む粉末原料を成形し、焼成してなるものである。
請求項２の調湿建材は、請求項１において、該粉末原料は、粉末状の水酸化アルミニウムを３０〜９７重量％、ベントナイトを３〜７０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項３の調湿建材は、請求項１において、該粉末原料は、粉末状の水酸化アルミニウムを３０〜９０重量％、ベントナイトを１〜３０重量％、粘土を５〜６９重量％含むことを特徴とするものである。
請求項４の調湿建材の製造方法は、粉末状の水酸化アルミニウムと、ベントナイトとを含む粉末原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成するものである。
請求項５の調湿建材の製造方法は、請求項４において、該粉末原料は、粉末状の水酸化アルミニウムを３０〜９７重量％、ベントナイトを３〜７０重量％含むことを特徴とするものである。
請求項６の調湿建材の製造方法は、請求項４において、該粉末原料は、水酸化アルミニウムを３０〜９０重量％、ベントナイトを１〜３０重量％、粘土を５〜６９重量％含むことを特徴とするものである。
請求項７の調湿建材の製造方法は、請求項４ないし６のいずれか１項において、前記粉末原料の少なくとも一部が仮焼されていることを特徴とするものである。
水酸化アルミニウムは、３００〜５００℃程度の焼成により脱水して多孔質となり、調湿性が発現するが、建材としての強度はない。強度を上げるため高温度で焼結させると調湿性が消失する。前記特許文献１では、水酸化アルミニウムに粘土を配合することにより、水酸化アルミニウム脱水物の調湿性を確保しつつ、粘土の固着作用により強度を発現させている。本発明で用いるベントナイトは、粘土よりも強い固着力を持つため、水酸化アルミニウムの脱水物を強く固めるようになるところから、調湿建材の高強度化が可能になる。
また、ベントナイトは、層間にＨ２Ｏが介在した層状鉱物であり、焼成すると６００℃付近で多量の層間水がなくなり、崩れた構造となる。この構造のベントナイト脱水物と水酸化アルミニウムの脱水物とが絡み合うことにより、水酸化アルミニウム脱水物の多孔質状態が維持されやすくなる。また、ベントナイトは７００〜１１００℃程度の焼成では熔融せず、水酸化アルミニウム脱水物の微細孔を閉塞することがなく、調湿建材の調湿性能が高いものとなる。
本発明では、ベントナイトの存在により水酸化アルミニウム脱水物のα−アルミナ結晶化反応が抑制され、該脱水物（酸化アルミニウム）の多くは多孔状のまま残存し、また、Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＢａＯなどのガラス生成成分の含有量が少ないので、ガラス融液生成による気孔閉塞が抑制されるとも考えられる。
これらの要因が複合することにより、本発明によると、水酸化アルミニウム単体に比べ高い強度及び吸放湿特性が得られる。
また、原料にベントナイトを配合することにより、成形時の成形性、賦形性が向上する。
なお、本発明者が研究を重ねた結果、原料にベントナイトと粘土とを配合することにより、水酸化アルミニウムと粘土のみを用いた特許文献１の場合に比べて調湿性能が高く強度も強い調湿建材が得られる。また、ベントナイトを増すと、焼成収縮が大きくなるが、粘土を配合することにより、焼成収縮の調整が可能となり、建材としての寸法調整が容易になる。
本発明の調湿建材を製造するには、水酸化アルミニウムと、ベントナイトと、必要に応じさらに粘土とを混合し、成形し、焼成する。
水酸化アルミニウムとしては、粉末状のものである。水酸化アルミニウムは、ギブサイト、バイヤライト、ベーマイト、ダイアスポア、アルミナゾル、アルミナゲルなどのいずれの形態のものであってもよい。なお、焼成により多孔質になる塩化アルミニウム、アルミニウムナイトライドなどの各種アルミニウム化合物も用いることができるが、水酸化物が最も好ましい。
ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とし、さらに、石英、クリストバライト、長石類、炭酸塩鉱物などを付随することが多い鉱物である。Ｎａモンモリロナイト、Ｃａモンモリロナイトを含むＮａベントナイト、Ｃａベントナイトなどや、ベントナイトが風化した酸性白土、それを処理した活性白土などが代表例である。
粘土としては、木節粘土、蛙目粘土、耐火粘土、炉器粘土、カオリンなど、カオリン鉱物を含む各種のものを用いることができる。
この原料の配合割合は、水酸化アルミニウム３０〜９７重量％特に４０〜６０重量％、ベントナイト１〜７０重量％特に３〜２０重量％、粘土０〜６９重量％特に０〜５５重量％の範囲にあり、且つ焼成後の調湿建材の組成が次の範囲となるようにするのが好ましい。
Ａｌ２Ｏ３：３０〜９５重量％特に４０〜８０重量％
ＳｉＯ２：３〜６５重量％特に１５〜５０重量％
ＣａＯ及びＭｇＯの合計：１０重量％以下特に３重量％以下
フラックス（Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｂ２Ｏ３，Ｐ２Ｏ５，ＢａＯの合計）：５重量％以下特に３重量％以下
なお、ＳｉＯ２が６５重量％よりも多いと原料の焼結性が悪化すると共に、Ａｌ２Ｏ３が過少となり調湿性が悪化する。ＳｉＯ２が３重量％よりも少ないと焼結体の強度が低下すると共に、ベントナイトもしくは粘土量が過少であり、成形性が悪くなる。
ＣａＯ及びＭｇＯの合計が１０重量％よりも多いと、調湿建材の微細孔が閉塞され調湿特性が低下するようになる。フラックスが５重量％よりも多いと調湿建材の微細孔が閉塞され調湿特性が低下する。
なお、本発明では、調湿建材の調湿特性及び強度に悪影響を与えない範囲で焼結助剤成分、例えば、各種ガラス粉やフリット、建物用又は自動車用の板ガラスや都市ゴミ溶融スラグや製鋼スラグなどの各種スラグを配合してもよい。この焼結助剤成分の配合量は、水酸化アルミニウム、ベントナイト並びに粘土の合量１００重量部に対し５０重量部以下特に３０重量部以下であることが望ましい。
上記の各原料のうちの少なくとも一部、例えば水酸化アルミニウム、ベントナイト、並びに粘土の少なくとも１種を後述の焼成温度よりも低い温度（例えば５００〜８００℃程度）で仮焼しておいてもよい。原料を仮焼することにより、原料の活性が増大し、焼成性が向上する。また、水酸化アルミニウムや粘土のように焼成時に脱水する原料や、焼成時に脱炭酸する原料を仮焼しておくと、焼成時の急激な脱水や脱炭酸が防止され、焼成物の割れ等を防止することができる。
上記の原料は、必要により粉砕した後、混合し、成形される。粉砕方法、混合方法、成形方法は特に限定されるものではない。例えば、成形方法としては、プレス成形、押出成形等を採用できる。この成形のためにメチルセルロース等の成形助剤を添加してもよい。調湿建材は板状、ブロック状、筒状など適宜の形状としうる。
成形体は、必要に応じ乾燥した後、好ましくは７００〜１１００℃特に７５０〜１０００℃にて０．２〜１００Ｈｒ好ましくは０．３〜７２Ｈｒ焼成する。
これにより、曲げ強度が３ＭＰａ以上であり、２５℃で相対湿度５０％の雰囲気中で恒量となっているものを２５℃で相対湿度９０％の空気と２４ｈｒ接触させたときの吸湿量が１５０ｇ／ｍ２以上である調湿建材が得られる。
なお、本発明において曲げ強度等、吸湿量は次の方法により求めた値とする。
曲げ強度：三点曲げ法で求める。
吸湿性能：裏面及び端面をアルミテープでシールした調湿建材を２５℃で相対湿度５０％の恒温恒湿槽中で重量を恒量化（変動０．１％以下になるまで）させた後、２５℃で相対湿度９０％に保持した恒温恒湿槽中に入れ、２４Ｈｒ後の重量増及び試験体寸法を測定し、単位面積（１ｍ２）あたりに換算した吸湿量を指標とする。
本発明では、調湿建材の表面に薄く施釉を施し、調湿建材の意匠性や耐汚れ性を高めるようにしてもよい。この場合、調湿性を損なわないようにするために釉薬によって生成するガラス層が調湿建材本体の表面の９０％以下の面積領域に形成されるように、或いは、このガラス層の最大厚みが３００μｍ以下となるように行うのが好ましい。
実施例１
工業用水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３純度９９．６％グレード）５０重量部と、ベントナイト（群馬県安中産）１０重量部と、粘土（愛知県瀬戸産）４０重量部とをボールミルで粉砕、混合した後、プレス成形し、１１０×１１０×５．５ｍｍの成形体とし、これを８００℃で１．０Ｈｒ焼成し、調湿建材を製造した。
この調湿建材の化学組成、吸湿量及び曲げ強度並びに加工性を測定した結果を表１に示す。
なお、加工性は木工用の鋸で人が通常の作業速度で切断したときの３０秒当りの切断進行量である。
実施例２〜６、比較例１〜６
原料の配合割合及び焼成温度を表１の通りとし、また実施例６では水酸化アルミニウムを５００℃で仮焼した後、他の原料と粉砕、混合した他は実施例１と同様にして調湿建材を製造し、同様の測定を行った。結果を表１に示す。なお、比較例１，２，７では、焼成物をハンドリングできないため、吸湿量及び曲げ強度は測定不能であった。比較例４は特許文献１のものである。比較例９で用いた廃ガラスはビンガラス等の廃品である。
Figure 0005659883
比較例４（特許文献１）では、粘土の固着を利用することで調湿性能４８０ｇ／ｍ２で２．６ＭＰａの調湿建材が得られる。一方、ベントナイトを使った実施例４では、調湿性能が４７０ｇ／ｍ２と比較例４と同等であり、強度が４．０ＭＰａと約１．５倍の高強度の調湿建材が得られる。比較例３，４，５，６，７と水酸化アルミニウムを増やす特許文献１では調湿性能は向上するが、強度の低下が大きいのに対し、ベントナイトを配合し、実施例４，１，２，３，６と水酸化アルミニウムを増し調湿性が高くなっても３ＭＰａ以上の強度が得られており、特許文献１では得られなかった高い調湿性のある調湿建材が実現できる。これは、ベントナイトの固着力が強いため、水酸化アルミニウムの脱水した非晶質物質を連結させ強度を発現させているためであると考えられる。
また、水酸化アルミニウムに対し比較例９のようにガラスや、比較例８のように水ガラスを配合した場合、強度が４．０ＭＰａ以上と上がるものの、調湿性能が比較例９が５６５ｇ／ｍ２、比較例８が５００ｇ／ｍ２と、ガラスが溶けて孔を塞ぐため調湿性の低下が起こる。これに対して、本発明のベントナイトを使った実施例１，２，３は５９０ｇ／ｍ２以上の調湿性能があり、強度及び調湿性の双方において優れている。
実施例６の通り、原料を仮焼した場合でも、同様の優れた調湿建材が得られる。
以上の実施例及び比較例からも明らかな通り、本発明によると、強度が高く調湿特性に優れた調湿建材が提供される。

Claims (7)

  1. 粉末状の水酸化アルミニウムと、ベントナイトとを含む粉末原料を成形し、焼成してなる調湿建材。
  2. 請求項１において、該粉末原料は、粉末状の水酸化アルミニウムを３０〜９７重量％、ベントナイトを３〜７０重量％含むことを特徴とする調湿建材。
  3. 請求項１において、該粉末原料は、粉末状の水酸化アルミニウムを３０〜９０重量％、ベントナイトを１〜３０重量％、粘土を５〜６９重量％含むことを特徴とする調湿建材。
  4. 粉末状の水酸化アルミニウムと、ベントナイトとを含む粉末原料を成形し、７００〜１１００℃で焼成する調湿建材の製造方法。
  5. 請求項４において、該粉末原料は、粉末状の水酸化アルミニウムを３０〜９７重量％、ベントナイトを３〜７０重量％含むことを特徴とする調湿建材の製造方法。
  6. 請求項４において、該粉末原料は、水酸化アルミニウムを３０〜９０重量％、ベントナイトを１〜３０重量％、粘土を５〜６９重量％含むことを特徴とする調湿建材の製造方法。
  7. 請求項４ないし６のいずれか１項において、前記粉末原料の少なくとも一部が仮焼されていることを特徴とする調湿建材の製造方法。
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