特許 6367646 押出成形材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367646

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】押出成形材料

(51)【国際特許分類】

   B28B 3/20 20060101AFI20180723BHJP

   C04B 28/02 20060101ALI20180723BHJP

   C04B 14/18 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   B28B3/20 K

   C04B28/02

   C04B14/18

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-166647(P2014-166647)

(22)【出願日】2014年8月19日

(65)【公開番号】特開2016-41500(P2016-41500A)

(43)【公開日】2016年3月31日

【審査請求日】2017年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】503367376

【氏名又は名称】ケイミュー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】特許業務法人北斗特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087767

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 惠清

(74)【代理人】

【識別番号】100155745

【弁理士】

【氏名又は名称】水尻 勝久

(74)【代理人】

【識別番号】100143465

【弁理士】

【氏名又は名称】竹尾 由重

(74)【代理人】

【識別番号】100155756

【弁理士】

【氏名又は名称】坂口 武

(74)【代理人】

【識別番号】100161883

【弁理士】

【氏名又は名称】北出 英敏

(74)【代理人】

【識別番号】100167830

【弁理士】

【氏名又は名称】仲石 晴樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162248

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 豊

(72)【発明者】

【氏名】山本 敦史

【審査官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３１４２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２８Ｂ３／２０−３／２６

Ｃ０４Ｂ７／００−３２／０２

Ｃ０４Ｂ４０／００−４０／０６

Ｃ０４Ｂ１０３／００−１１１／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主成分のセメントと、無機粒子材料とを含有し、
前記無機粒子材料は、１．５以上のアスペクト比を有し、
前記無機粒子材料は、未発泡パーライトである、
ことを特徴とする押出成形材料。

【請求項2】

前記無機粒子材料：前記セメント＝１〜５：５５〜５９の質量割合で、前記無機粒子材料を含むことを特徴とする請求項１に記載される押出成形材料。

【請求項3】

前記無機粒子材料は、その表面に凹凸構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載される押出成形材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、押出成形材料に関する。一般的には、窯業系材料のような板材を形成する際に用いられる押出成形材料に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、最終成形物の不良品を粉砕して得られた再利用材料は、スラリーのような成形材料に増量材として用いられている。この再利用材料は、増量材としてだけでなく、成形材料の流動性を低下させる材料としても貢献している。更に、再利用材料は、安価であるだけでなく、成形品を崩れにくくすることにも寄与するため、一般的によく使われている。しかし、最終成形物の不良率が下がると、再利用材料が得られにくくなるため、成形材料への配合量を下げることとなる。これにより、成形材料の流動性は高くなり、成形物は崩れやすくなる。そこで、成形材料の流動性を低下させる一般的な方法では、成形材料に配合される水の量を減らしたり、成形材料の空気を真空引きするための出力を上げたりすることが考えられている。

【0003】

一方、特許文献１では、セメントと軽量化材等をドライブレンドしたものを、水と混合して成形材料を作製し、この成形材料を押出成形することが提案されている。一般的には、特許文献１のような成形材料に再利用材料を用いると、再利用材料は、その形状がいびつであるため、再利用材料の立体障害により、押出時に成形材料の流動性を低下させて、成形品を硬くすると考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−９０９１２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、再利用材料は、その形状がいびつであるため、再利用材料の形状によっては、押出成形機から押出成形された成形体の硬さに違いが生じる場合がある。再利用材料の形状により、成形材料の流動性が高くなると、成形材料が押出成形機の出口へ供給され難くなるだけでなく、成形材料に混入した空気が真空引きで取り除きにくくなることもある。加えて、押出成形機から押出成形された成形物は崩れやすくなることもある。

【0006】

従って、押出成形機に用いられる成形材料の場合、上述のような、成形材料に配合される水の量を減らしたり、成形材料の空気を真空引きするための出力を上げたりする方法で、成形材料の流動性を低下させることは困難と考えられる。

【0007】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、混入した空気を容易に取り除くことができ、且つ押出直後の成形品を崩れにくくすることができる押出成形材料を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る押出成形材料は、主成分のセメントと、無機粒子材料とを含有し、
前記無機粒子材料は、１．５以上のアスペクト比を有し、
前記無機粒子材料は、未発泡パーライトである、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、混入した空気を容易に取り除くことができ、且つ押出直後の成形品を崩れにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態における無機粒子材料の粒子の一例を示す拡大写真である。

【図2】本実施形態における軽量化材の粒子の一例を示す拡大写真である。

【図3】本実施形態における無機粒子材料のアスペクト比に関する概略説明図の一例を示す。

【図4】本実施形態における無機粒子材料及び軽量化材の各々を構成する粒子の粒度と存在率との関係の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

発明者は、下記のような検討を行い、最終成形物の不良品から得られる再利用材料に対する依存性を軽減させた新たな押出成形材料を見出した。発明者は、パーライトのような、結晶水を内部に含む精石は、その加熱方法によって、異なる形態に発泡すること着目した。例えば、パーライトは、直接炉で加熱すると破泡して破泡体となり、間接炉で加熱すると比較的球形状に発泡して発泡体となる。スラリーのような成形材料では、一般的に、発泡体は軽量化材として用いられ、破泡体は増量材として用いられている。そこで、破泡体を押出成形材料に配合すると、破泡体は、増量材としてだけでなく、押出成形材料の流動性を低下させることにも作用することが見出された。この結果について、破泡体は、発泡体の比表面積よりも大きな比表面積を有するので、押出成形材料が破泡体を含有すると、押出成形材料に配合された水は破泡体に奪われ易くなると考えられた。しかし、押出成形材料が破泡体を含有すると、成形機で押出成形材料を押出す段階の加圧状態で押出成形材料は水を離水する可能性も考えられた。

【0012】

一方、発泡体は、押出成形材料の流動性を低下させることに大きく寄与しないと考えられている。このような発泡体を得るにあたって、効率よく精石を発泡させるように、発泡体の製造方法が改良されている。しかし、必ずしも精石の全てが発泡するわけではなく、十分に発泡されなかった未発泡体は副産物として廃棄されることが多い。従って、一般的には、未発泡体の利用価値について注目されていない。一方、発明者は、未発泡体は、破泡体のように十分に発泡していないが、未発泡体の表面に凹凸構造があり、この凹凸構造が押出成形材料における立体障害に寄与することを見出した。更に、発明者は、破泡体で挙げられた、加圧状態で押出成形材料は水を離水する問題を、未発泡体が解決すると考え、本発明を想到するに至った。

【0013】

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

【0014】

本実施形態に係る押出成形材料は、主成分のセメントと、無機粒子材料とを含有する。無機粒子材料は、１．５以上のアスペクト比を有する。

【0015】

無機粒子材料を含有するすることで、最終成形物の不良品から得られる再利用材料に対する依存性を軽減させることができる。また、無機粒子材料のアスペクト比が１．５以上であると、無機粒子材料は押出成形材料を成形機で押出成形する際に微小な粒子で立体障害を起こし易くなる。これにより、押出成形材料に混入した空気を容易に取り除くことができ、且つ押出直後の成形品を崩れにくくすることができる。また、アスペクト比の上限は、特に限定されないが、実用上、２.５であり、発泡体のような球状ではなく、未発泡体は歪な形状をなしている。

【0016】

ここで、アスペクト比とは、図１のように無機粒子材料を構成する粒子から選択された１以上の粒子において、図３のような粒子の各々の平面視で最も外側に位置する２点を通る外円の直径を各粒子の長辺とし、外円の直径に対して略直交する直線上で粒子の各々の幅が最も大きくなる両端間の距離を各粒子の短辺とし、長辺を短辺で除した値を指す。具体的には、粒子が１つの場合、その粒子における長辺を短辺で除した値がアスペクト比になる。また、粒子が複数の場合、その粒子における長辺の平均値を短辺の平均値で除した値がアスペクト比になる。なお、上記短辺は、図３のように、外円の内側に位置する内円の直径となる。

【0017】

尚、「略直交」は、外円の直径と、この直径に対して可能な限り直交する直線との関係を指すが、粒子の長辺と短辺からアスペクト比が算出できれば、この長辺と短辺との交差関係も含む。

【0018】

一方、アスペクト比が１〜１．４であると、図２のように、粒子は比較的球状となる。このような粒子は、無機粒子材料を構成する粒子と異なる。

【0019】

本実施形態に係る押出成形材料には、必要に応じた量の水を配合させるとよい。

【0020】

図１のように、無機粒子材料を構成する粒子の各々の表面に凹凸構造を有することが好ましい。

【0021】

粒子の各々の表面に凹凸構造を有していると、押出成形材料に含有される粒子のうち、無機粒子材料を構成する粒子が、他の粒子と立体障害を引き起こすこととなる。更に、凹凸構造の各々で、比表面積が増え、水が奪われ易くなるので、押出成形材料では、その流動性が低減される。

【0022】

また、本実施形態に係る押出成形材料が無機粒子材料を含有する場合、押出成形材料は、無機粒子材料：セメント＝１〜５：５５〜５９の質量割合で、無機粒子材料を含むことが好ましい。無機粒子材料が上述の質量割合より多く含有されていると、成形機による押出成形に影響を及ぼす程度に押出成形材料の流動性を低下させる場合がある。また、無機粒子材料が上述の質量割合よりも少なく含有されていると、押出成形材料の流動性が高まり、押出直後の成形体が崩れ易くなる。更に、押出成形材料の流動性が高まると、成形機の押出口へ押出成形材料を供給され難くなるだけでなく、押出成形材料に混入した空気が真空引きで取り除きにくくなることもある。これにより、成形機の押出口から押出された成形体は、その流動性が高いままで押し出されてしまう場合がある。

【0023】

一方、押出成形材料が上述の質量割合で無機粒子材料を含有していると、水を加えて押出成形材料を調整する際に混入した空気を、押出成形する直前で行う真空引きで取り除くことができる程度に、押出成形材料の流動性を低下させることができる。これにより、押出直後の成形体を崩れに難くすることができる。

【0024】

押出成形材料は、その組成を必要に応じて調整することができる。また、押出成形材料には、その成形物に応じて、例えば、軽量化材、増量材、骨材、強化繊維、増粘剤、着色剤を配合し、水と混練して調製することができる。

【0025】

セメントとしては、例えば、普通ポルトランドセメント、スラグセメント、アルミナセメント、早強セメントが挙げられる。

【0026】

軽量化材としては、例えば、フライアッシュバルーン、パーライト、シラスバルーン等無機発泡体のほか、発泡ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン発泡体、アクリロニトリル系発泡体等の有機発泡体が挙げられる。なお、軽量化材は発泡体とも呼ばれる。

【0027】

増量材としては、例えば、フライアッシュ、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。

【0028】

骨材としては、マイカ、シリカ、珪石粉、珪砂、スラグ、砕石等が挙げられる。

【0029】

強化繊維としては、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、パルプ、カーボン繊維、綿、麻、金属繊維等が挙げられる。

【0030】

増粘剤としては、メチルセルロースやヒドロキシメチルセルロースやカルボキシメチルセルロース等が挙げられる。

【0031】

着色剤としては、鉄黒、カーボンブラック、酸化クロム等が挙げられる。

【0032】

無機粒子材料は、未発泡の無機粒子材料（未発泡体ともいう）であることが好ましい。このような未発泡の無機粒子材料は、パーライトから得られる材料であることが更に好ましい。

【0033】

上述の“未発泡の無機粒子材料”とは、無機質の軽量化材を得るにあたって、ロータリーキルンのような間接炉で精石を加熱して、図２のように発泡させようとしても、図１のように精石の一部が十分に発泡されることなく生成された副産物を指す。

【0034】

副産物である未発泡の無機粒子材料を含有すると、利用価値について考えられなかった未発泡の無機粒子材料を含有するので、新たな押出成形材料を得ることができる。更に軽量化材の原料を有効活用することになるので、押出成形材料の材料コストを低減させることができる。

【0035】

また、本実施形態に係る押出成形材料では、無機粒子材料は発泡処理を経て得られる。マイカのような骨材を含む各種材料が１．５以上のアスペクト比を有していても、これらの材料は、発泡処理を経て得られていないので、無機粒子材料とは異なる。また、一般的なマイカ粒子の各々は、大小異なる鱗片状の薄膜が重なって構成されている。仮に、押出成形材料が無機粒子材料としてマイカを含有したとしても、マイカは押出成形材料で立体障害を起こし難いと考えられる。故に、マイカは、本実施形態における無機粒子材料とは異なる。

【0036】

軽量化材と、未発泡の無機粒子材料とを得るにあたって、例えば、ロータリーキルンのような加熱炉内で結晶水を含有する精石を加熱して発泡させる。このような発泡処理を経て得られた中間材料は、水浴に投入され、水中で十分に分散するように撹拌される。この分散液を静置させ、中間材料から、水面側へ浮かんだ材料と、水中に沈殿した材料とに水浴内で分別させる。水浴内で浮かんだ材料と沈殿した材料とを、別々に回収する。水面側へ浮かんだ材料は、水浴内で付着した水分を取り除く乾燥工程を経て、軽量化材として得られる。一方、水中に沈殿した材料は、水浴内で付着した水分を取り除く乾燥工程を経て、無機粒子材料として得られる。

【0037】

上記のように得られた未発泡の無機粒子材料を本実施形態に係る押出成形材料に配合させるとよい。

【0038】

また、上記のように軽量化材と未発泡の無機粒子材料とが別々に得ることを基にして、発泡処理された中間材料全体に対する未発泡の無機粒子材料の含有率を算出することができる。この含有率に基いて、未発泡の無機粒子材料が、所定の割合で含有されるように、中間材料そのものを、本実施形態に係る押出成形材料に配合させてもよい。また、軽量化材の割合が多くなる場合は、未発泡の無機粒子材料を更に配合させるとよい。これにより、本実施形態に係る押出成形材料は未発泡の無機粒子材料を所定の割合で含有することとなる。

【0039】

未発泡の無機粒子材料は、発泡していない粒子を主に含有する。具体的には、図４のように、粒度が５００μｍ以上の未発泡の無機粒子材料が少ない存在率で含有されることが好ましく、上記存在率は、未発泡の無機粒子材料全量に対して１０％以下であることがが好ましい。

【0040】

なお、本実施形態に係る押出成形材料では、油性物質を含有させると共に更に必要に応じて非イオン性界面活性剤、各種アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤等の乳化剤（逆乳化剤）を含有させて逆エマルジョン（Ｗ／Ｏエマルジョン）を形成してもよい。

【0041】

また、押出成形材料に混入した空気を成形機内で取り除くにあたって、成形機内は、０.６〜０.９Ｐａに減圧されていることが好ましい。

【0042】

このように押出成形材料から空気を容易に取り除きやすくなっていると、真空引きに要するエネルギーコストが削減されることとなる。これにより、押出成形に要する製造コストも削減することができる。

【実施例】

【0043】

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

【0044】

（軽量化材及び無機粒子材料の分別）
発泡処理されたパーライト（昭和化学工業株式会社製Ｔ−３）を中間材料として用意した。この中間材料を、室温の水で満たされた水浴へ投入し、中間材料が水中で十分に分散するように撹拌した。次に、この撹拌工程を停止して、中間材料が水中で分散された分散液が得られた。この分散液を静置させて、中間材料を、水面側へ浮かんだパーライトと、水中に沈殿したパーライトとに水浴内で分別させた。次に、浮かんだパーライトと沈殿したパーライトとを別々に回収した。回収後、水面側へ浮かんだパーライトは、水浴内で付着した水分を取り除く乾燥工程を経て、軽量化材（発泡パーライト）として得られた。一方、沈殿したパーライトは、水浴内で付着した水分を取り除く乾燥工程を経て、無機粒子材料（未発泡パーライト）として得られた。

【0045】

（軽量化材及び無機粒子材料の粒度分布）
上述の軽量化材及び無機粒子材料について、１８メッシュ、２２メッシュ、３０メッシュ、５０メッシュ、及び１４０メッシュの篩を用いて、軽量化材及び無機粒子材料の各々の粒度径分布を調べた。その結果を図４に示す。図４の結果から、５００μｍ以上の粒度を有する無機粒子材料が、無機粒子材料全量に対して１０％以下の存在率で含まれていることが分かった。

【0046】

（アスペクト比の算出）
発泡パーライト及び未発泡パーライトについて、２００μｍ角のスケールレンズを備えた顕微鏡（キーエンス社製）で、図１又は図３で示すような未発泡パーライトのサンプル粒子を５個撮影した。また、この顕微鏡で、図２で示すような発泡パーライトのサンプルを５個撮影した。このように撮影された写真から、未発泡パーライト粒子及び発泡パーライト粒子それぞれの長径及び短径を計測した。このように計測された未発泡パーライト粒子について、長径及び短径の各々の平均値を算出した。この長径の平均値を短径の平均値で除することで、未発泡パーライトのアスペクト比を算出し、その値は、２.２であった。また、発泡パーライト粒子についても同様にして、発泡パーライトのアスペクト比を算出し、その値は、１.２５であった。

【0047】

（実施例１）
４５.５質量％のセメントと、１質量％の無機粒子材料（未発泡パーライト）と、１０.５質量％の軽量化材（発泡パーライト）と、１５.５質量％の増量材と、１.５質量％の強化繊維と、４.５質量％の乳化剤とを表１のように配合し、これらを乾燥混合した。その後、乾燥混合物に２２.５質量％の水を添加して押出成形材料を作製した。０.０７Ｐａに減圧された成形機に、この押出成形材料を投入し、押出成形材料内に混入した空気を取り除いた。その後、成形機の押出口（大きさ２０×３０ｍｍ）へ押出成形材料を供給して、成形機の押出口から押出された成形体を得た。

【0048】

（実施例２）
セメントを４３.５質量％に、未発泡パーライトを３質量％にした以外は、実施例１と同様にして成形体を得た。

【0049】

（実施例３）
セメントを４１.５質量％に、未発泡パーライトを５質量％にした以外は、実施例１と同様にして成形体を得た。

【0050】

（比較例１）
未発泡パーライトを０質量％にした以外は、実施例１と同様にして成形体を得た。

【0051】

＜評価＞
・湿比重
比重計（アルファーミラージュ社製）にて、成形機の押出口から押出された成形体（押出成形材料）の湿比重を測定した。
・粘性抵抗
５ｍｍの流路径で連通されている円柱状の流路を成形体（押出成形材料）が１４ｍｍ／ｓｅｃの試験速度で７０ｍｍ通過するのに要した圧力の値を粘性抵抗値として測定した。

【0052】

【表1】

【0053】

表１の結果から、実施例１−３のような押出成形材料が未発泡パーライトを含有すると、未発泡パーライトを含有しない押出成形材料（比較例１）よりも、粘性抵抗は高くなり、良好な保形性が有することが分かった。この結果から、未発泡パーライトを含有させることで、無機粒子材料を構成する粒子の各々の凹凸構造が、配合水を適度に奪うことが考えられた。更に、実施例１−３のような押出成形材料では、未発泡パーライトの配合量に応じて、紛体的性質が現れて、流動性が適度に低下すると考えられた。一方、比較例１では、未発泡パーライトを含有していないので、実施例１−３よりも流体的性質が高くなり、粘性抵抗は低くなると考えられた。従って、実施例１−３のように成形機の押出口から押出された成形体は比較例１のような成形体よりも崩れ難くなると考えられた。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】