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窯業系成形材料の組成の設計方法
説明

窯業系成形材料の組成の設計方法

【課題】窯業系成形品の比重の変更に応じて、窯業系成形材料の最適な組成を容易に決定することができる窯業系成形材料の組成の設計方法を提供する。
【解決手段】互いに組成が異なる複数種の標本材料を用意する。各標本材料を押出成形して標本成形体を得る際の成形性、前記標本成形体の保形性、並びに前記標本成形体を養生硬化して得られる標本成形品の比重を調査する。前記各標本材料の組成と、前記調査結果とが関係づけられている情報を作成する。窯業系成形品の比重を任意に決定し、この比重と同じ値の比重の調査結果と関係づけられている組成を前記情報から抽出する。この抽出された組成に関連づけられた成形性及び保形性の調査結果を参照し、前記抽出された組成のうち、一定の基準以上の成形性及び保形性の調査結果と関係づけられている組成を、前記窯業系成形材料の組成として決定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窯業系成形材料の組成の設計方法に関する。
【背景技術】
【0002】
押出成形等により製造される窯業系成形品は、耐候性、耐火性に優れ、また製造コストも低いことから、建築材料等として広く利用されている。
【0003】
窯業系成形品を製造する有効な方法として、水、水硬性セメント並びにスチレンモノマー及び乳化剤を含む逆エマルション(W/Oエマルション)が配合された窯業系成形材料を利用する方法が提案されている(特許文献1参照)。この窯業系成形材料は、成形性や成形時の保形性に優れており、また、水/セメント比が調整されることで窯業系成形品の比重の制御が可能であるという特長を有している。窯業系成形品は壁材として用いられる場合や、屋根材として用いられる場合などの用途に応じて、比重の制約を受けることが多い。このため、比重の設計の自由度が高いことは大きな利点となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特公平1−30778号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、窯業系成形品の比重の変更のために窯業系成形材料中の水の割合が変更される場合、この窯業系成形材料の成形性や成形時の保形性が、水の割合の変更前と較べて低下することがある。このため、窯業系成形品の比重が変更される度に、窯業系成形材料の成形性や成形時の保形性が最適な状態になるように、窯業系成形材料中の水以外の成分組成の見直しが必要であった。この場合、窯業系成形材料中の水以外の成分の種類の変更、配合量の変更などが闇雲に繰り返し試行され、その度に窯業系成形材料の性能調査が必要になり、非常に煩雑な手間がかかるものであった。
【0006】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、窯業系成形品の比重の変更に応じて、窯業系成形材料の最適な組成を容易に決定することができる窯業系成形材料の組成の設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る窯業系成形材料の組成の設計方法は、水硬性材料、油性物質、軽量骨材、及び水を含有する水硬性材料含有逆エマルション組成物からなる窯業系成形材料を押出成形した後、養生硬化することにより窯業系成形品を製造するための、前記窯業系成形材料の組成の設計方法であって、
水硬性材料、油性物質、軽量骨材、及び水を含有し、且つ互いに組成が異なる複数種の標本材料を用意し、
前記標本材料は、前記軽量骨材の種類によって、非球状の無機骨材を含有する複数の標本材料からなる集合、球状の無機骨材を含有する複数の標本材料からなる集合、及び球状の有機骨材を含有する複数の標本材料からなる集合を含む、複数の集合に分類され、各集合中には、互いに含水率が異なる複数種の標本材料が含まれており、
前記各標本材料を押出成形して成形体を得る際の成形性、前記成形体の保形性、並びに前記成形体を養生硬化して得られる成形品の比重を調査し、
前記各標本材料の組成と、成形性、保形性、及び比重の調査結果とが関係づけられている情報を作成し、
前記窯業系成形品の比重を任意に決定し、この比重と同じ値の比重の調査結果と関係づけられている組成を前記情報から抽出し、この抽出された組成に関連づけられた成形性及び保形性の調査結果を参照し、
前記抽出された組成のうち、一定の基準以上の成形性及び保形性の調査結果と関係づけられている組成を、前記窯業系成形材料の組成として決定する。
【0008】
本発明においては、前記非球状の無機骨材がパーライトであり、前記球状の無機骨材がフライアッシュバルーンであり、前記球状の有機骨材が中空な樹脂製の粒子であってもよい。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、窯業系成形品の比重の変更に応じて、窯業系成形材料の最適な組成を容易に決定することができる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
窯業系成形材料の組成の決定にあたり、まず水硬性材料、油性物質、軽量骨材、及び水を含有し、且つ互いに組成が異なる複数種の標本材料が用意される。標本材料は、窯業系成形材料の組成の決定のために使用される材料である。
【0011】
複数種の各標本材料は、全て同じ種類の水硬性材料及び油性物質を含有する。軽量骨材は複数種使用され、標本材料は、含有する軽量骨材の種類によって複数の集合に分類される。各集合は、含水率の異なる複数種の標本材料を含む。
【0012】
複数の標本材料は、軽量骨材の種類によって、非球状の無機骨材を含有する標本材料の集合、球状の無機骨材を含有する標本材料の集合、及び球状の有機骨材を含有する標本材料の集合に分類される。更に前記以外の種類の軽量骨材を含有する標本材料の集合に分類されてもよい。
【0013】
非球状の無機骨材としてはパーライトが挙げられる。非球状の無機骨材の真球度は0.80以下であることが好ましい。尚、真球度は、粒子の顕微鏡撮影画像に基づいて得られる、粒子の投影断面の面積及びこの断面の周囲長に基づき、〔粒子投影断面の面積と同じ面積の真円の円周長〕/〔粒子投影断面の周囲長の測定値〕の式で算出される値である。真球度は、任意の50個の粒子についてそれぞれ導出された値の平均値とする。
【0014】
球状の無機骨材としてはフライアッシュバルーンが挙げられる。球状の無機骨材の真球度は0.95以上であることが好ましい。
【0015】
球状の有機骨材としては、中空な樹脂製の粒子が挙げられる。更に具体的な例としては、フェノール樹脂マイクロバルーン、塩化ビニリデン樹脂マイクロバルーン、ユリア樹脂マイクロバルーン等の、有機系マイクロバルーンが挙げられる。球状の有機骨材の真球度は0.97以上であることが好ましい。
【0016】
標本材料中の軽量骨材の含有量は、この軽量骨材の密度等に応じて、標本材料から形成される成形品の充分な軽量化が可能なように適宜調整される。非球状又は球状の無機骨材を含有する標本材料においては、水硬性材料100質量部に対する非球状又は球状の無機骨材の割合が5〜80質量部の範囲であることが好ましい。一方、球状の有機骨材を含有する標本材料においては、水硬性材料100質量部に対する球状の有機骨材の割合が0.1〜1.3質量部の範囲であることが好ましい。
【0017】
水硬性材料としては、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、高炉セメント、アルミナセメント、ハイアルミナセメント、シリカフュームセメントなどのセメントや、高炉スラグなどが挙げられる。これらの水硬性材料は一種単独で用いられ、或いは複数種が併用される。
【0018】
油性物質は、水と共に逆エマルション(W/Oエマルション)を形成する。油性物質としては、通常は疎水性の液状物質が使用される。油性物質の具体例としては、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。これらの油性物質は一種単独で使用され、或いは二種以上が併用される。油性物質の含有量は、標本材料の全体量に対して5〜10体積%の範囲が好ましい。
【0019】
標本材料は、安定な逆エマルション構造の形成に貢献する乳化剤を更に含有することが好ましい。乳化剤の具体例としては、ソルビタンセスキオール、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界面活性剤、各種アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤等が挙げられる。乳化剤の含有量は標本材料の全体量に対して1〜3体積%の範囲が好ましい。
【0020】
標本材料は、適宜量の補強材や各種添加剤を含有してもよい。補強材の具体例として、砂利、ガラス粉、アルミナシリケートなどの骨材、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維等の合成繊維や、炭素繊維、ガラス繊維、パルプなどの補強繊維が挙げられる。
【0021】
上記のとおり、軽量骨材によって分類される各集合は、含水率の異なる複数種の標本材料を含む。各集合内における標本材料の含水率は、標本材料中の固形分量に対して、例えば25〜60質量%の範囲とされる。
【0022】
標本材料の具体的な調製方法の一例を示す。まず、乳化剤(例えば、ヤシ油)、スチレンモノマー、適量の水及び適量の架橋剤と重合開始剤とが混合されて逆エマルション混合物が調製される。次に、この逆エマルション混合物と、水硬性材料と、軽量骨材と、補強繊維とが混合されると共に含水量が調整される。この逆エマルション混合物と他の成分とは、例えば強制攪拌機あるいは連続混合機を用いて混合される。これにより、標本材料が調製される。
【0023】
この標本材料が押出成形され、或いは更にプレス成形されることで、標本成形体が得られる。この標本成形体が、標本材料の組成等に応じた適宜の条件で蒸気養生されて硬化されることで、標本成形品が得られる。
【0024】
このようにして標本材料から標本成形品が得られる工程における、標本材料の押出成形時の成形性、標本成形体の保形性、並びに標本成形品の比重を調査する。標本材料の押出成形時の成形性、及び標本成形体の保形性は、全ての標本材料及び標本成形品について同じ条件で測定及び評価がされるのであれば、いかなる方法で調査されてもよい。
【0025】
標本材料の押出成形時の成形性の具体的な調査方法としては、例えば全ての標本材料が同一構造の押出成形機で同一条件で成形される場合の、押出成形機における材料詰まりの発生の有無によって、成形性を評価する方法が挙げられる。例えば材料詰まりが生じない場合は良、材料詰まりが生じる場合は不良と評価される。標本成形体の保形性の具体的な調査方法としては、例えば全ての標本材料が同一構造の押出成形機で、同一条件で、同一寸法に押出成形され、或いは更にプレス成形されることで得られた標本成形体における、変形の有無を確認し、この変形の有無により保形性を評価する方法が挙げられる。例えば変形が生じない場合は良、変形が生じる場合は不良と評価される。
【0026】
次に、各標本材料の組成と、上記のような調査により得られた成形性、保形性、及び比重の調査結果とが関係づけられている情報を作成する。この情報は、例えば各標本材料の組成と、それに対応する成形性、保形性、及び比重の調査結果とが記載された一覧表として表現される。或いはこの情報は、各標本材料の組成に関するデータと、それに対応する成形性、保形性、及び比重の調査結果に関するデータとが関連づけられた電子データであってもよい。
【0027】
次に、窯業系成形品の比重が任意に決定される。この比重の値は、窯業系成形品の用途等に応じて適宜決定される。
【0028】
次に、この窯業系成形品の比重と同じ値の比重の調査結果と関係づけられている組成が、前記情報から、各集合ごとにそれぞれ抽出される。窯業系成形品の比重と同一の値の比重の調査結果が存在しない場合には、窯業系成形品の比重の値に最も近い値の比重の調査結果と関係づけられている組成が抽出される。或いは、窯業系成形品の比重が、標本成形品の比重の調査結果中に存在する比重の値のなかから選択されて決定されてもよい。
【0029】
次に、上記のように抽出された複数の組成に関連づけられている成形性及び保形性の調査結果が参照され、比較される。そして、抽出された組成のうち、一定の基準以上の成形性及び保形性の調査結果と関係づけられている組成が、窯業系成形材料の組成として決定される。例えば成形性及び保形性の調査結果が、共に良である組成が選択される。一定の基準以上の成形性及び保形性の調査結果と関係づけられている組成が複数ある場合には、このうちいずれの組成が選択されてもよく、或いは成形性及び保形性以外の条件、例えばコストなどが有利な組成が選択されてもよい。
【0030】
このようにして窯業系成形品の組成が決定されると、まず決定された比重に対応して、軽量骨材の種類が互いに異なる標本材料の組成が抽出され、この組成のうちから、成形性及び保形性が良好な組成が決定される。このため、窯業系成形品の比重が所望の値となると共に、成形性及び保形性が良好となるような窯業系成形材料の組成が、容易且つ確実に決定される。
【実施例】
【0031】
以下、窯業系成形材料の組成の設計方法の、更に具体的な実施例について説明する。
【0032】
まず、三つの集合(非球状の無機骨材を含有する標本材料の集合A、球状の無機骨材を含有する標本材料の集合B、及び球状の有機骨材を含有する標本材料の集合C)に分類される各標本材料の、水以外の組成を、下記表1に示すように決定した。
【0033】
表1中に示される成分の詳細は次の通りである。
セメント:普通ポルトランドセメント(比表面積4000±300cm/g)。
パーライト:昭和化学工業株式会社製、小粒径パーライト、真球度0.80。
フライアッシュバルーン:ウォルケム オメガ社製、品番300WOI、真球度0.95。
有機系マイクロバルーン:松本油脂製薬株式会社製、品番KFW、真球度0.97。
補強繊維:ポリプロピレン繊維
乳化剤:ソルビタン脂肪酸エステル(第一工業製薬株式会社製の商品名ソルゲン40D)。
添加剤:重合開始剤(日本油脂株式会社製の品番PCHO)並びに架橋剤(第一工業製薬株式会社製のトリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPTM))。
【0034】
各集合に含まれる標本材料の含水率は、標本材料中の固形分量に対して30質量%、40質量%、50質量%及び60質量%とし、各集合に含水率の異なる4種類の標本材料が含まれるようにした。
【0035】
【表1】

【0036】
上記のように決定される組成に従って、セメント、軽量骨材、補強繊維、スチレンモノマー、乳化剤、及び添加剤を配合し、アイリッヒミキサで混練することで、標本材料を調製した。
【0037】
この標本材料の材料硬さを測定した。測定にあたっては、JIS A1147に準じて、セメント凝固試験機により、断面積78.5mmの押し込み棒、又は断面積255.2mmの押し込み棒を、300gの荷重をかけて標本材料へ押し込んだ。この場合の押し込み棒の標本材料への沈み込み深さの値で、材料硬さを評価した。
【0038】
この標本材料を押出成形機により押出成形した後、更に0.1MPaの条件でプレス成形することで、350mm×250mm×10mmの寸法の標本成形体を得た。
【0039】
この押出成形時には、押出成形機における材料詰まりの発生の有無を確認し、材料詰まりが生じなかった場合は成形性を「○」と評価し、部分的に小さな材料切れが発生した場合は成形性を「△」と評価し、材料詰まりが生じた場合は成形性を「×」と評価した。また、標本成形体の外観を目視で観察し、変形が生じていない場合は保形性を「○」と評価し、変形が生じている場合には保形性を「×」と評価した。
【0040】
この標本成形体を最高温度90℃で30時間養生硬化することで、標本成形品を得た。この標本成形品の比重を測定した。尚、集合A、集合B、及び集合Cにおける水以外の組成は、含水率が同じであれば標本成形品の比重が同じになるように調製されている。このため、標本材料の含水率が同じであれば、比重の測定結果も同じ値になっている。
【0041】
以上の結果に基づき、各標本材料の組成と、成形性、保形性、及び比重の調査結果とを関連づけた、下記の表2に示される情報を作成した。
【0042】
【表2】

【0043】
このようにして得られる情報に基づけば、窯業系成形品の比重を1.05と決定した場合には、No.1〜3の組成を抽出し、この組成と関連づけられている成形性及び保形性の調査結果を参照する。これによれば、No.3の組成において、成形性と保形性が最も優れ、且つその評価が共に○であるので、窯業系成形材料の組成を、No.3の組成に決定することができる。
【0044】
窯業系成形品の比重を0.95と決定した場合には、No.4〜6の組成を抽出し、この組成と関連づけられている成形性及び保形性の調査結果を参照する。これによれば、No.5,6の組成において、成形性と保形性の評価が共に○であるので、窯業系成形材料の組成を、No.5,6のいずれかの組成に決定することができる。
【0045】
窯業系成形品の比重を0.85と決定した場合には、No.7〜9の組成を抽出し、この組成と関連づけられている成形性及び保形性の調査結果を参照する。これによれば、No.7〜9のいずれの組成においても、成形性と保形性の評価が共に○であるので、窯業系成形材料の組成を、No.7〜9のいずれかの組成に決定することができる。
【0046】
窯業系成形品の比重を0.78と決定した場合には、No.10〜12の組成を抽出し、この組成と関連づけられている成形性及び保形性の調査結果を参照する。これによれば、No.10,11の組成においても、成形性と保形性の評価が共に○であるので、窯業系成形材料の組成を、No.10,11のいずれかの組成に決定することができる。
【0047】
上記表2に示される情報に基づいて、組成の改良をすることもできる。例えば、No.4の組成では、成形性が良くない。そこで、このNo.4の組成を基本にして、成形性向上のために、下記表3のNo.4’の組成に示されるように、軽量骨材のパーライトの量を減らし、代わりにマイクロバルーンを加える改良をおこなうことができる。また、例えばNo.12の組成では、保形性が良くない。そこで、このNo.12の組成を基本にして、保形性向上のために、下記表3のNo.12’の組成に示されるように、軽量骨材のマイクロバルーンの量を減らし、代わりにパーライトを加える改良をおこなうことができる。
【0048】
このNo.4’、12’の組成の標本材料についても、材料硬さ、成形性、保形性、及び比重を調査した結果を、下記表3に併せて示す。この結果の通り、No.4’、12’の組成では、成形性と保形性とが共に優れたものとなった。
【0049】
【表3】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
水硬性材料、油性物質、軽量骨材、及び水を含有する水硬性材料含有逆エマルション組成物からなる窯業系成形材料を押出成形した後、養生硬化することにより窯業系成形品を製造するための、前記窯業系成形材料の組成の設計方法であって、
水硬性材料、油性物質、軽量骨材、及び水を含有し、且つ互いに組成が異なる複数種の標本材料を用意し、
前記標本材料は、前記軽量骨材の種類によって、非球状の無機骨材を含有する複数の標本材料からなる集合、球状の無機骨材を含有する複数の標本材料からなる集合、及び球状の有機骨材を含有する複数の標本材料からなる集合を含む、複数の集合に分類され、各集合中には、互いに含水率が異なる複数種の標本材料が含まれ、
前記各標本材料を押出成形して標本成形体を得る際の成形性、前記標本成形体の保形性、並びに前記成形体を養生硬化して得られる標本成形品の比重を調査し、
前記各標本材料の組成と、成形性、保形性、及び比重の調査結果とが関係づけられている情報を作成し、
前記窯業系成形品の比重を任意に決定し、この比重と同じ値の比重の調査結果と関係づけられている組成を前記情報から抽出し、この抽出された組成に関連づけられた成形性及び保形性の調査結果を参照し、
前記抽出された組成のうち、一定の基準以上の成形性及び保形性の調査結果と関係づけられている組成を、前記窯業系成形材料の組成として決定する、窯業系成形材料の組成の設計方法。
【請求項2】
前記非球状の無機骨材がパーライトであり、前記球状の無機骨材がフライアッシュバルーンであり、前記球状の有機骨材が中空な樹脂製の粒子である請求項1に記載の窯業系成形材料の組成の設計方法。

【公開番号】特開2011−230392(P2011−230392A)
【公開日】平成23年11月17日(2011.11.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−103356(P2010−103356)
【出願日】平成22年4月28日(2010.4.28)
【出願人】(503367376)ケイミュー株式会社 (467)
【Fターム(参考)】