(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024146510
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】無機質結合材および無機繊維組成物
(51)【国際特許分類】
C04B 28/26 20060101AFI20241004BHJP
C04B 12/04 20060101ALI20241004BHJP
C04B 14/46 20060101ALI20241004BHJP
【FI】
C04B28/26 ZAB
C04B12/04
C04B14/46
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023059460
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】501173461
【氏名又は名称】太平洋マテリアル株式会社
(72)【発明者】
【氏名】杉野 雄亮
(72)【発明者】
【氏名】乙茂内 郁美
(72)【発明者】
【氏名】谷辺 徹
【テーマコード(参考)】
4G112
【Fターム(参考)】
4G112PA15
4G112PA18
4G112PB08
(57)【要約】
【課題】養生過程で発生する針状結晶の析出を抑制することができる技術、即ち、養生過程で発生する針状結晶の析出を抑制することができる無機質結合材および無機繊維組成物を提供すること。
【手段】アルカリ物質と水とSiO2含有無機質粉末とを含有し、含まれる水の体積に対し特定量の二酸化炭素を含有する。アルカリ物質と水とSiO2含有無機質粉末とを含有し、含まれる水の体積に対し、0.2GV以上の二酸化炭素を含有する無機質結合材。上記アルカリ物質が珪酸アルカリ、水酸化アルカリ及び酸化アルカリから選ばれる1種又は2種以上であり、上記SiO2含有無機質粉末がセメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末であると好適である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルカリ物質と水とSiO2含有無機質粉末とを含有し、含まれる水の体積に対し、0.2ガスボリューム(GV)以上の二酸化炭素を含有する無機質結合材。
【請求項2】
上記アルカリ物質が珪酸アルカリ、水酸化アルカリ及び酸化アルカリから選ばれる1種又は2種以上であり、上記SiO2含有無機質粉末がセメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末である請求項1記載の無機質結合材。
【請求項3】
請求項1又は2記載の無機質結合材と、無機繊維とを主成分とする無機繊維組成物。
【請求項4】
上記無機繊維がロックウールである請求項3記載の無機繊維組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無機質結合材に関する。詳しくは、無機繊維と形成した無機繊維組成物の養生過程における針状結晶の生成を抑制できる無機質結合材に関する。また、本発明は、無機繊維組成物に関する。詳しくは、養生過程における針状結晶の生成を抑制できる無機質結合材と無機繊維により形成した無機繊維組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
構造物の部材に耐火性、防火性、吸音性又は断熱性等を付与する目的で、ロックウール等の繊維、及びセメントペースト等の結合材からなるロックウール吹付け材等の吹付け材が吹付けられている。この吹付け材の代表的なものであるロックウール吹付け材は、ロックウール、セメント及び水からなり、耐火性、施工性等の点で優れていることから広く使用されている(例えば特許文献1参照)。セメントは安価で優れた無機質結合材であるが、原料の石灰岩を高温で分解し更に二酸化珪素原料、酸化アルミニウム原料、酸化鉄原料等と高温で反応させ製造するため、製造時に温室効果ガスの代表である二酸化炭素を多く発生させてしまう。このため、セメントを主成分としない無機質結合材を用いた吹付け材(無機繊維組成物)及びそのための無機質結合材が望まれる。
【0003】
特定組成の岩綿繊維(ロックウール)の結合材として、リンケイ酸塩、アルカリケイ酸塩(例えば、水ガラス)、ジオポリマー類、コロイドシリカ又はコロイドアルミナを用いることができることの開示がされている(例えば特許文献2参照)。
【0004】
ところで、結合材を繊維に噴射し合流させ吹付け材として吹付け材層を形成するときに、結合材を加圧した空気とともに噴射させる技術がある(例えば特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002-348978号公報
【特許文献2】特表2012-532830号公報
【特許文献3】実公昭55-054755号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
セメント以外の無機質結合材として珪酸アルカリに加えてセメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末を配合する無機質結合材を、ロックウールとともに吹付け、ロックウール組成物からなる無機繊維組成物層(吹付け材層、被覆材層)を形成し種々検討したところ、無機繊維組成物層を養生する過程で無機繊維組成物層の表面に炭酸アルカリの水和物からなる針状結晶が目視で確認できる程度に析出してしまう場合があることが判明した。本発明は、養生過程で発生する針状結晶の析出を抑制することができる技術、即ち、養生過程で発生する針状結晶の析出を抑制することができる無機質結合材および無機繊維組成物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】
本発明者は、前記課題解決のため鋭意検討した結果、アルカリ物質と水とSiO2含有無機質粉末とを含有し、含まれる水の体積に対し特定量の二酸化炭素を含有することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下の(1)又は(2)で表す無機質結合材、並びに(3)又は(4)で表す無機繊維組成物である。
(1)アルカリ物質と水とSiO2含有無機質粉末とを含有し、含まれる水の体積に対し、0.2ガスボリューム(GV)以上の二酸化炭素を含有する無機質結合材。
(2)上記アルカリ物質が珪酸アルカリ、水酸化アルカリ及び酸化アルカリから選ばれる1種又は2種以上であり、上記SiO2含有無機質粉末がセメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末である上記(1)の無機質結合材。
(3)上記(1)又は(2)の無機質結合材と、無機繊維とを主成分とする無機繊維組成物。
(4)上記無機繊維がロックウールである上記(3)の無機繊維組成物。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、アルカリ物質を含む無機質結合材、例えば、珪酸アルカリを含みセメントを主成分としない無機質結合材と無機繊維とを主成分とする無機繊維組成物層(吹付け材層、被覆材層)の養生過程において、当該無機繊維組成物層の表面に針状結晶が目視で確認できる程度に生成・析出することを抑制できる無機質結合材が得られる。
【0009】
本発明によれば、養生過程において、無機繊維組成物層(吹付け材層、被覆材層)の表面に針状結晶が目視で確認できる程度に生成・析出することを抑制できるアルカリを含む無機質結合材と無機繊維とを主成分とする無機繊維組成物が得られる。
また、本発明に用いる結合材及び無機繊維には主成分としてセメントが含まなくすることができることから、原材料の製造において排出される二酸化炭素の排出量が、結合材の原材料としてセメントを用いた場合に比べて少なくできる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の無機質結合材は、アルカリ物質と水とSiO2含有無機質粉末とを含有し、含まれる水の体積に対し、0.2ガスボリューム(GV)以上の二酸化炭素を含有することを特徴とする。つまり、本発明の無機質結合材は、含まれる水に、二酸化炭素(炭酸ガス)が0.2ガスボリューム(GV)以上含有する。ここで、ガスボリューム(GV)とは、本発明の無機質結合材に含有する水に溶解している二酸化炭素(炭酸ガス)の1気圧、20℃における容積と当該水の容積比(当該水の容積(体積)に対する炭酸ガスの容積の比)をいう。
【0011】
本発明におけるアルカリ物質としては、アルカリ金属の珪酸塩、水酸化物及び酸化物から選ばれる1種又は2種以上が好ましく、つまり、珪酸アルカリ、水酸化アルカリ及び酸化アルカリから選ばれる1種又は2種以上が好ましく、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、酸化ナトリウム及び酸化カリウムから選ばれる1種又は2種以上が好ましい。本発明におけるアルカリ物質としては、粉末や顆粒状のものを用いてもよいが、珪酸アルカリ又は水酸化アルカリの場合は、水溶液を用いてもよい。珪酸ナトリウムの水溶液としては、市販の水ガラスを使用することもできる。
【0012】
本発明の無機質結合材中におけるアルカリ物質の含有割合は、固形分換算で無機質結合材中の固形分の1~70質量%が好ましい。1質量%未満では、無機繊維組成物としたときの強度、特に初期強度が不足し(小さく)、70質量%を超えても無機繊維組成物としたときの強度が不足する(小さい)。
【0013】
本発明におけるSiO2含有無機質粉末としては、ポルトランドセメントやエコセメント等の珪酸カルシウムを主成分とするセメント、珪酸アルカリ、高炉スラグ粉末,銅スラグ粉末,フェロニッケルスラグ粉末等の金属精錬におけるスラグ粉末,下水汚泥スラグ焼成物の粉末,都市ごみ溶融スラグの粉末,フライアッシュ,パルプスラッジ焼却灰,バイオマスボイラー焼却灰,下水汚泥焼却灰,籾殻灰,シリカフューム,廃ガラス粉砕物,廃陶磁器の粉砕物,タイルセルベン等の各産業から副生する主な化学組成としてSiO2を含有する無機質粉末、珪石粉,珪藻土粉末,タルク粉末,カオリンやベントナト等の粘土鉱物の粉末,火山灰,火成岩粉末等のSiO2を含有する鉱物(SiO2含有鉱物)の粉末、火成岩焼成物の粉末やメタカオリン等のSiO2含有鉱物の焼成物の粉末、コロイダルシリカ,合成シリカガラス,ホワイトカーボン,シリカゲル,沈降シリカ等のSiO2を含有する無機質工業製品(SiO2含有工業製品)の粉末等が好ましい例として挙げられる。製造時に原料から二酸化炭素(炭酸ガス)が発生しないことから、本発明におけるSiO2含有無機質粉末としては、珪酸カルシウムを主成分とするセメント以外のSiO2含有無機質粉末、つまり、珪酸アルカリ、高炉スラグ粉末等の金属精錬におけるスラグ粉末、フライアッシュやシリカフューム等の各産業から副生する主な化学組成としてSiO2を含有する無機質粉末、火成岩焼成物の粉末やメタカオリン等のSiO2含有鉱物の焼成物の粉末、火山灰や火成岩粉末等のSiO2含有鉱物の粉末、コロイダルシリカやホワイトカーボン等SiO2含有工業製品の粉末がより好ましい例として挙げられる。SiO2含有無機質粉末としては、ブレーン比表面積が2000cm2/g以上のものが結合材の硬化が早いことから好ましく、より好ましくは2500cm2/g以上のものを用いる。
【0014】
本発明の無機質結合材中におけるSiO2含有無機質粉末の含有割合は、固形分換算で無機質結合材中の固形分の30~99質量%が好ましい。30質量%未満では、無機繊維組成物としたときの強度が不足し(小さく)、99質量%を超えても無機繊維組成物としたときの強度、特に初期強度が不足する(小さい)。
【0015】
珪酸アルカリは上記の通り、本発明におけるアルカリ物質でもあることから、珪酸アルカリを含有する場合は、他のSiO2含有無機質粉末(珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末)、特に、「セメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末」を含有することが好ましい。珪酸アルカリとしては、メタ珪酸ナトリウム、オルソ珪酸ナトリウム、水ガラス等の珪酸ナトリウム又は珪酸ナトリウム水溶液、珪酸リチウム又は珪酸リチウム水溶液、珪酸カリウム又は珪酸カリウム水溶液から選ばれる1種或いはこれらの2種以上を用いることが好ましい。更に、本発明に用いる珪酸アルカリとしては、メタ珪酸ナトリウム、オルソ珪酸ナトリウム、水ガラス等の珪酸ナトリウム又は珪酸ナトリウム水溶液から選ばれる1種或いはこれらの2種以上を用いることが、入手し易く且つ結合材の反応性が高いことからより好ましい。
【0016】
本発明の無機質結合材において、上記アルカリ物質が珪酸アルカリ、水酸化アルカリ及び酸化アルカリから選ばれる1種又は2種以上であり、上記SiO2含有無機質粉末が「セメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末」を主成分とするものであると、当該SiO2含有無機質粉末の製造時に原料から発生する二酸化炭素(炭酸ガス)が少なく、原料の製造を含めた二酸化炭素(炭酸ガス)の発生量を抑制できることから好ましい。ここで、「セメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末」を主成分とするとは、珪酸アルカリを含まず且つSiO2含有無機質粉末中のセメントの含有割合が10質量%以下であることを意味し、SiO2含有無機質粉末中のセメントの含有割合が5質量%以下であると、更に好ましい。
【0017】
本発明において、含まれる水の体積に対し、0.2ガスボリューム(GV)以上の二酸化炭素を含有しているので、含まれるアルカリ物質が早期に炭酸塩又は炭酸塩の水和物に変化するため、炭酸塩の水和物の結晶が成長し難いのではないかと考えられる。二酸化炭素の含有量が、含まれる水の体積に対し0.2ガスボリューム(GV)未満では、炭酸イオンと結合していないアルカリイオンが多く存在し、空気中の炭酸ガス及び本発明の無機質結合材中の水分子と反応して、炭酸アルカリの水和物の結晶が成長することで、目視で確認できる程度に析出してしまうものと考えられる。
【0018】
本発明の無機質結合材を得るために、含まれる水の体積に対し、0.2ガスボリューム(GV)以上の二酸化炭素を含有させるには、無機質結合材又は無機質結合材の原料の水又は水溶液に、二酸化炭素(炭酸ガス)を吹き込むことで可能である。また、0.2ガスボリューム(GV)以上の二酸化炭素(炭酸ガス)を含有する炭酸水を用いて本発明の無機質結合材を製造することが可能である。本発明の無機質結合材の含まれる水の体積に対する二酸化炭素の含有量は、10ガスボリューム(GV)以下とすることが好ましく、6ガスボリューム(GV)以下とすることがより好ましく、5ガスボリューム(GV)以下とすることが更に好ましい。二酸化炭素の含有量が高いと、製造に使用するミキサ、使用するホースや容器等がより丈夫なものが必要となり、重く且つ高価となる。また、炭酸水を使用する場合も、6ガスボリューム(GV)以下のものであれば入手し易く、5ガスボリューム(GV)以下のものであれば更に入手し易く好ましい。
【0019】
本発明の無機質結合材は、水の含有率が20~96質量%とすることが好ましく、23~95質量%とすることが更に好ましい。ここで、本発明の無機質結合材に含有する水の含有率(CW)は、下記式(1)のように本発明の無機質結合材に含有する水の質量(MW)を無機質結合材の質量(MB)で除した値をパーセント表示で表したものであるが、このときの無機質結合材に含有する水の質量(MW)には、大気中の水分の影響でSiO2含有無機質粉末に含まれる水の質量等のように無視できる程小さい場合はこれを考慮しなくともよい。
CW(%)=MW÷MB×100 ・・・・ (1)
本発明において、水の含有率が20質量%未満では、無機繊維組成物を形成するときに無機繊維と混合不良となる虞があり、96質量%を超えると、形成する無機繊維組成物が強度不足となり崩れ易くなる。
【0020】
本発明の無機質結合材は、無機繊維組成物用の結合材として用いることが好ましく、特に、ロックウール組成物用の結合材として用いることがより好ましい。ここでいう、無機繊維としては例えば、ロックウール(スラグウールを含む。)、グラスウール、セラミックスウールが好適な例として挙げられ、これらの繊維からなる綿状繊維がより好ましく、粒状となった粒状繊維が更に好ましい。このような粒状繊維としては、ロックウール粒状綿があり、特に好ましい。
【0021】
本発明の無機質結合材は、アルカリ物質、水及びSiO2含有無機質粉末以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分の1種又は2種以上が含まれていてもよい。当該他の成分としては、粘度調整剤、反応促進剤、反応抑制剤等の化学添加剤、フィラーや骨材等の増量材、ポリプロピレン繊維等の有機繊維等が挙げられる。化学添加剤としては、上記以外のセメント用,モルタル用又はコンクリート用混和材料が挙げられる。
【0022】
本発明の無機繊維組成物は、上記無機質結合材と、無機繊維とを主成分とすることを特徴とする。ここで、無機繊維は、上記の無機繊維と同じで、例えば、ロックウール(スラグウールを含む。)、グラスウール、セラミックスウールが好適な例として挙げられ、これらの繊維からなる綿状繊維がより好ましく、粒状となった粒状繊維が更に好ましい。
【0023】
本発明の無機繊維組成物は、上記無機質結合材及び無機繊維以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分の1種又は2種以上が含まれていてもよい。当該他の成分としては、粘度調整剤、反応促進剤、反応抑制剤等の化学添加剤、フィラーや骨材等の増量材、ポリプロピレン繊維等の有機繊維等が挙げられる。化学添加剤としては、無機繊維以外のセメント用,モルタル用又はコンクリート用混和材料が挙げられる。
【0024】
本発明において、上記無機質結合材の固形分の質量と無機繊維の質量の合計100質量部に対し、上記無機質結合材の固形分の質量が5~80質量部となる量であると好ましい。5質量部未満であると、形成された無機繊維組成物が強度が小さく崩れる虞がある。また、80質量部を超えると無機繊維組成物の密度が大きく、耐火性、防火性、断熱性、吸音性、防音性等の当該無機繊維組成物に求められる性能が低い虞がある。
【0025】
また、本発明において、含まれる無機繊維の質量100質量部に対し、無機質結合材中の水分の質量が25~300質量部となる量であることが好ましい。25質量部未満では、形成された無機繊維組成物が強度が小さく崩れる虞、天井や壁等に被覆した場合に形成された無機繊維組成物が剥落する虞がある。また、300質量部を超えても、天井や壁等に被覆した場合に形成された無機繊維組成物が剥落する虞があり、無機繊維組成物から水分が滲み出す虞等もある。
【0026】
本発明の無機繊維組成物は、上記無機質結合材及び無機繊維を混合することで製造してもよいし、上記無機質結合材の成分と無機繊維を合わせて混合することで製造してもよい。ここでいう混合には、合流混合も含まれる。つまり、例えばロックウール吹付工法における半乾式工法と同様に、圧送ホース内を圧送させた無機繊維(例えばロックウール粒状綿)を、圧送ホースに連通した吹付けノズルの吐出口から吐出させ、これに上記の無機質結合材を噴霧することで合流混合させることで本発明の無機繊維組成物を製造することができる。また、圧送ホースや管内で上記無機質結合材及び無機繊維を合流混合させて本発明の無機繊維組成物を製造することもできる。また、上記無機質結合材と無機繊維を又は各材料を、ミキサにより混合することで発明の無機繊維組成物を製造することもできる。
【0027】
製造した本発明の無機繊維組成物は、吹付け工法、塗布、充填、打込み、左官工法、敷き均した後に転圧する方法、通気性容器に充填する方法などにより、所望の箇所や所望の形態に適用する。本発明の無機繊維組成物を、柱、梁、床、天井、壁等の部材の表面に被覆、又は部材の内部に充填する、或いは、本発明の無機繊維組成物により部材を形成することで、当該部材の耐火性、防火性、吸音性(防音性)又は断熱性等の性能が向上することができる。
【実施例0028】
[実施例1]
珪酸アルカリ、「セメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末」及び水を用い、表1に示す配合割合で無機質結合材を作製した。用いた材料を以下に示した。表1には、二酸化炭素(炭酸ガス)の含有方法及び含まれる水の体積に対する二酸化炭素(炭酸ガス)含有量を合わせて示した。
<使用材料>
(1)珪酸アルカリ:3号水ガラス(固形分;39.2質量%,SiO2;29.4質量%,Na2O;9.7質量%,H2O;60.8質量%),記号;WG3
(2)セメント及び珪酸アルカリ以外のSiO2含有無機質粉末:高炉スラグ粉末(高炉スラグ微粉末4000,ブレーン比表面積;4130cm2/g),記号;BSF
(3)水1:市販の炭酸水,記号;W1
(4)水2:千葉県佐倉市上水,記号;W2
【0029】
【0030】
作製した無機質結合材とロックウール粒状綿(無機繊維)を用いて、ロックウール吹付工法における半乾式工法と同様の吹付け工法により容器(内寸20(cm)×20(cm)×5(cm))の内側に吹付け、ロックウール組成物(無機繊維組成物)を作製した。このとき、高炉スラグ粉末の100質量部に対しロックウール粒状綿が600質量部となるように調整した。作製したロックウール組成物を室温20℃、相対湿度60%の恒温室で1ヵ月養生した。その後、目視でロックウール組成物の表面を観察して針状結晶の析出の有無を確認した。針状結晶が析出していない場合を「良好」(記号:○)、針状結晶が析出している場合を「不良」(記号:×)と評価した。その結果を表1に無機質結合材の配合割合等とともに記した。
【0031】
配合No.2~配合No.6の無機質結合材およびこれらの無機質結合材を用いて作製したロックウール組成物(無機繊維組成物)は、実施例に当たり、針状結晶の析出は観察されなかった。それに対し、炭酸ガスの含有量が少ない配合No.1及び配合No.7の無機質結合材およびこれらの無機質結合材を用いて作製したロックウール組成物(無機繊維組成物)は、比較例に当たり、針状結晶の析出が観察された。
本発明は、例えば、耐火性、防火性、吸音性(防音性)又は断熱性等を付与する無機繊維組成物において好適に使用することができ、耐火性、防火性、吸音性(防音性)又は断熱性等の性能が求められる土木構造物、建築構造物、構築物及び物品に好適に用いることができる。