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公開番号2025112730
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007150
出願日2024-01-22
発明の名称けい酸カルシウム成形体及びその製造方法
出願人株式会社エーアンドエーマテリアル
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C04B 28/18 20060101AFI20250725BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】本発明は、製造コストを上げることなく、所望の物性を維持しつつ、結晶質シリカの含量が0.10質量%未満となるけい酸カルシウム成形体を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、けい酸カルシウム質マトリックス35.0～62.0質量%、石膏10.0～40.0質量%、及び繊維原料3.0～10.0質量%を含み、かつ、結晶質シリカの含量が0.10質量%未満であり、かさ密度0.70g/cm³以上、1.20g/cm³未満、曲げ強さ10.0N/mm²以上、長さ変化率0.15%以下、である、けい酸カルシウム成形体であって、けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、9.5～30.0質量%の非晶質シリカ及び、0.3～7.5質量%の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が97:3～70:30である、けい酸カルシウム成形体及びその製造方法を提供する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
けい酸カルシウム質マトリックス３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏１０．０質量％以上、４０．０質量％以下、及び繊維原料３．０質量％以上、１０．０質量％以下を含み、かつ、結晶質シリカの含量が０．１０質量％未満であり、
かさ密度０．７０ｇ／ｃｍ
３
以上、１．２０ｇ／ｃｍ
３
未満、
曲げ強さ１０．０Ｎ／ｍｍ
２
以上、
長さ変化率０．１５％以下、
である、けい酸カルシウム成形体であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積４００ｃｍ
２
／ｇ以上、２，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が０．６０以上、１．００未満である、けい酸カルシウム成形体。
続きを表示（約 4,600 文字）【請求項２】
けい酸カルシウム質マトリックス３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏１０．０質量％以上、４０．０質量％以下、及び繊維原料３．０質量％以上、１０．０質量％以下を含み、かつ、結晶質シリカの含量が０．１０質量％未満であり、
かさ密度０．７０ｇ／ｃｍ
３
以上、１．２０ｇ／ｃｍ
３
未満、
曲げ強さ１０．０Ｎ／ｍｍ
２
以上、
長さ変化率０．１５％以下、
である、けい酸カルシウム成形体であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積２，０００ｃｍ
２
／ｇ以上、５，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が１．００以上、１．２０未満である、けい酸カルシウム成形体。
【請求項３】
けい酸カルシウム質マトリックス３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏１０．０質量％以上、４０．０質量％以下、及び繊維原料３．０質量％以上、１０．０質量％以下を含み、かつ、結晶質シリカの含量が０．１０質量％未満であり、
かさ密度０．７０ｇ／ｃｍ
３
以上、１．２０ｇ／ｃｍ
３
未満、
曲げ強さ１０．０Ｎ／ｍｍ
２
以上、
長さ変化率０．１５％以下、
である、けい酸カルシウム成形体であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積５，０００ｃｍ
２
／ｇ以上、１５，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が１．２０以上、１．４５未満である、けい酸カルシウム成形体。
【請求項４】
けい酸カルシウム質マトリックス３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏１０．０質量％以上、４０．０質量％以下、及び繊維原料３．０質量％以上、１０．０質量％以下を含み、かつ、結晶質シリカの含量が０．１０質量％未満であり、
かさ密度０．７０ｇ／ｃｍ
３
以上、１．２０ｇ／ｃｍ
３
未満、
曲げ強さ１０．０Ｎ／ｍｍ
２
以上、
長さ変化率０．１５％以下、
である、けい酸カルシウム成形体であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積１５，０００ｃｍ
２
／ｇ以上の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が１．４５以上、１．８０未満である、けい酸カルシウム成形体。
【請求項５】
さらに、充填剤を５０．０質量％以下で含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のけい酸カルシウム成形体。
【請求項６】
石灰質原料とけい酸質原料とを飽和水蒸気圧下において反応させて得られるけい酸カルシウム水和物をけい酸カルシウム質マトリックスとし、さらに、予め合成したトバモライトスラリーを固形分として１．０質量％以上、１６．０質量％以下で含む、けい酸カルシウム質マトリックスの原料を、全固形分に対して、３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏を１０．０質量％以上、４０．０質量％以下及び繊維原料を３．０質量％以上、１０．０質量％以下で用いて、以下の（１）～（３）の工程を含む、結晶質シリカを０．１０．０質量％未満で含むけい酸カルシウム成形体の製造方法であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積４００ｃｍ
２
／ｇ以上、２，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が０．６０以上、１．００未満である、けい酸カルシウム成形体の製造方法。
（１）けい酸カルシウム質マトリックス原料、石膏及び繊維原料を水に添加する工程
（２）工程（１）で得られた混合物を所定の形状に成形し、未硬化成形体を得る工程
（３）未硬化成形体を１５０℃以上、２２０℃以下で２時間以上、２０時間以下でオートクレーブ処理し、未硬化成形体を硬化させる工程
【請求項７】
石灰質原料とけい酸質原料とを飽和水蒸気圧下において反応させて得られるけい酸カルシウム水和物をけい酸カルシウム質マトリックスとし、さらに予め合成したトバモライトスラリーを固形分として１．０質量％以上、１６．０質量％以下で含む、けい酸カルシウム質マトリックスの原料を、全固形分に対して、３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏を１０．０質量％以上、４０．０質量％以下及び繊維原料を３．０質量％以上、１０．０質量％以下で用いて、以下の（１）～（３）の工程を含む、結晶質シリカを０．１０質量％未満で含むけい酸カルシウム成形体の製造方法であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積２，０００ｃｍ
２
／ｇ以上、５，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が１．００以上、１．２０未満である、けい酸カルシウム成形体の製造方法。
（１）けい酸カルシウム質マトリックス原料、石膏及び繊維原料を水に添加する工程
（２）工程（１）で得られた混合物を所定の形状に成形し、未硬化成形体を得る工程
（３）未硬化成形体を１５０℃以上、２２０℃以下で２時間以上、２０時間以下でオートクレーブ処理し、未硬化成形体を硬化させる工程
【請求項８】
石灰質原料とけい酸質原料とを飽和水蒸気圧下において反応させて得られるけい酸カルシウム水和物をけい酸カルシウム質マトリックスとし、さらに予め合成したトバモライトスラリーを固形分として１．０質量％以上、１６．０質量％以下で含む、けい酸カルシウム質マトリックスの原料を、全固形分に対して、３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏を１０．０質量％以上、４０．０質量％以下及び繊維原料を３．０質量％以上、１０．０質量％以下で用いて、以下の（１）～（３）の工程を含む、結晶質シリカを０．１０質量％未満で含むけい酸カルシウム成形体の製造方法であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積５，０００ｃｍ
２
／ｇ以上、１５，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が１．２０以上、１．４５未満である、けい酸カルシウム成形体の製造方法。
（１）けい酸カルシウム質マトリックス原料、石膏及び繊維原料を水に添加する工程
（２）工程（１）で得られた混合物を所定の形状に成形し、未硬化成形体を得る工程
（３）未硬化成形体を１５０℃以上、２２０℃以下で２時間以上、２０時間以下でオートクレーブ処理し、未硬化成形体を硬化させる工程
【請求項９】
石灰質原料とけい酸質原料とを飽和水蒸気圧下において反応させて得られるけい酸カルシウム水和物をけい酸カルシウム質マトリックスとし、さらに予め合成したトバモライトスラリーを固形分として１．０質量％以上、１６．０質量％以下で含む、けい酸カルシウム質マトリックスの原料を、全固形分に対して、３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏を１０．０質量％以上、４０．０質量％以下及び繊維原料を３．０質量％以上、１０．０質量％以下で用いて、以下の（１）～（３）の工程を含む、結晶質シリカを０．１０質量％未満で含むけい酸カルシウム成形体の製造方法であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積１５，０００ｃｍ
２
／ｇ以上の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が１．４５以上、１．８０未満である、けい酸カルシウム成形体の製造方法。
（１）けい酸カルシウム質マトリックス原料、石膏及び繊維原料を水に添加する工程
（２）工程（１）で得られた混合物を所定の形状に成形し、未硬化成形体を得る工程
（３）未硬化成形体を１５０℃以上、２２０℃以下で２時間以上、２０時間以下でオートクレーブ処理し、未硬化成形体を硬化させる工程
【請求項１０】
さらに、工程（１）で、けい酸カルシウム成形体の全固形分に対して５０．０質量％以下で充填剤を添加する、請求項６～９のいずれか一項に記載のけい酸カルシウム成形体の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、けい酸カルシウム成形体及びその製造方法に関し、さらに具体的には、従来のけい酸カルシウム成形体の物性を維持しつつ、結晶質シリカの含量を低減させたけい酸カルシウム成形体及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
けい酸カルシウム成形体は、軽量で、寸法安定性及び強度に優れており、板状に成形されたけい酸カルシウム成形体（けい酸カルシウム板ともいう）は、建設資材、自動車又は航空機の部材、工業用プラントの装置の部品等広く使用されている。
けい酸カルシウム成形体は、従来からけい酸質原料として、結晶質シリカを含む珪石等を用いてきた。そのため、けい酸カルシウム成形体には珪石等の原料に由来する結晶質シリカが一定量の結晶質シリカが含まれる。
【０００３】
国際的な分類基準であるＧＨＳでは、結晶質シリカは発がん性の区分が区分１Ａ（ヒトに対する発がん性が知られている化学物質）に該当し、さらに厚生労働省により「労働安全基準衛生規則に基づき作業記録等の３０年間保存が必要ながん原生物質」と定められている。そのため、けい酸カルシウム成形体を用いた製品において、結晶質シリカの含量を極力抑える必要性がある。
【０００４】
一方で、けい酸カルシウム成形体を調製する時に、結晶質シリカを含む原料を用いないことも一つの対策であるが、製造コストの上昇、けい酸カルシウム成形体として、必要とされる強度及び寸法安定性など所望の物性が得られないことがあった。
【０００５】
本発明者らは、石灰質原料とけい酸質原料とを飽和水蒸気圧下において反応させて得られるけい酸カルシウム水和物をマトリックスとし、予め合成したトバラモライトスラリーを特定量含むマトリックス原料、繊維原料、ワラストナイト、及び二水石膏を用いて、これらを水に添加して混合し、この混合物を成形し、オートクレーブ養生して硬化させて、けい酸カルシウム成形体を製造する方法を発明した（特許文献１）。しかしながら、特許文献１では、得られるけい酸カルシウム成形体中の結晶質シリカ含量を十分には考慮されていない。
【０００６】
また、結晶質シリカの含量を低減させたけい酸カルシウムの製造方法を開示している（特許文献２）。しかしながら、けい酸カルシウム成形体（板）としての所望の物性について何らの検討も行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第５８７１６８５号公報
特開２０１０－０３７１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載されるような、従来のけい酸カルシウム成形体を製造する技術では、結晶質シリカの含量を０．１０質量％未満とすると、所望の物性、特に曲げ強さが小さくなる、及び長さ変化率が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここで、製造コストを上げることなく、所望の物性を維持しつつ、結晶質シリカの含量が０．１０質量％未満となるけい酸カルシウム成形体を提供することを課題とし、鋭意検討した結果、けい酸カルシウム質マトリックスを構成する原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの含量及び比率を調整し、非晶質シリカのブレーン比表面積に応じて、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比を特定の値に調整することで所望のけい酸カルシウム成形体を得ることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明によるけい酸カルシウム成形体の第一の態様として以下に示すけい酸カルシウム成形体である。
［１］けい酸カルシウム質マトリックス３５．０質量％以上、６２．０質量％以下、石膏１０．０質量％以上、４０．０質量％以下、及び繊維原料３．０質量％以上、１０．０質量％以下を含み、かつ、結晶質シリカの含量が０．１０質量％未満であり、
かさ密度０．７０ｇ／ｃｍ
３
以上、１．２０ｇ／ｃｍ
３
未満、
曲げ強さ１０．０Ｎ／ｍｍ
２
以上、
長さ変化率０．１５％以下、
である、けい酸カルシウム成形体であって、
けい酸カルシウム質マトリックスの原料は、９．５質量％以上、３０．０質量％以下の非晶質シリカ及び、０．３質量％以上、７．５質量％以下の結晶質シリカを含み、けい酸カルシウム質マトリックス原料中の非晶質シリカと結晶質シリカの質量比が９７：３～７０：３０であり、
前記けい酸カルシウム質マトリックスの原料がブレーン比表面積４００ｃｍ
２
／ｇ以上、２，０００ｃｍ
２
／ｇ未満の非晶質シリカを含むとき、けい酸カルシウム質マトリックスの原料中のＣａ／（Ａｌ＋Ｓｉ）モル比が０．６０以上、１．０未満である、けい酸カルシウム成形体。
（【００１１】以降は省略されています）

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