JP6761682B2 - シリケートポリマー成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリケートポリマー成形体及びシリケートポリマー成形体の製造方法に関する。
特開２０１６−６４９５７号公報（特許文献１）には、窯業系サイディング廃材を含む骨材と、アルミノ珪酸塩と、アルカリシリカ溶液とが混合されてなるシリケートポリマー成形体には、その表面に白色結晶が浮き出るという課題があることが開示されている。この特許文献１には、この課題を解決するために、アルミノ珪酸塩及びアルカリシリカ溶液の質量割合の比を所定の範囲内にすることが開示されている。
本発明者が鋭意検討した結果、上記特許文献１のシリケートポリマー成形体においては、白色結晶が浮き出ることを抑制できるので意匠性の低下を抑制できるものの、強度が十分でない場合があることを見出した。
本発明は、意匠性の低下を抑制するとともに、強度を向上する、シリケートポリマー成形体及びシリケートポリマー成形体の製造方法を提供することを課題とする。
本発明者は、シリケートポリマー成形体において白色結晶が浮き出ることを抑制するために、アルカリシリカ溶液の量を低減すると、強度が低下してしまうという問題に着目した。そして、白色結晶が浮き出ることを抑制しつつ、シリケートポリマー成形体の強度を向上するために鋭意研究した結果、アルミノ珪酸塩のメディアン径を制御することにより実現できることを見出して、本発明を完成させた。
すなわち、本発明のシリケートポリマー成形体は、骨材と、アルミノ珪酸塩と、アルカリシリカ溶液とを含む混合物を用いて成形されたシリケートポリマー成形体において、アルミノ珪酸塩のメディアン径が、２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下であることを特徴としている。
本発明のシリケートポリマーの製造方法は、骨材と、アルミノ珪酸塩と、アルカリシリカ溶液とを混合して、混合物を生成する工程と、この混合物を成形する工程とを備え、生成する工程では、２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下のメディアン径を有するアルミノ珪酸塩を用いる。
本発明のシリケートポリマー及びその製造方法によれば、アルミノ珪酸塩のメディアン径を２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下に制御しているので、白色結晶が浮き出ることを抑制するアルカリシリカ溶液の量を混合しても、強度を向上できる。したがって、本発明は、意匠性の低下を抑制するとともに、強度を向上する、シリケートポリマー成形体及びシリケートポリマー成形体の製造方法を提供することができる。
本発明のシリケートポリマー成形体において好ましくは、骨材は、生分解性の有機物を含有していない。
本発明のシリケートポリマー成形体の製造方法において好ましくは、混合物を生成する工程では、生分解性の有機物を含有していない骨材を用いる。
本発明者は、原料中に生分解性の有機物を含んでいる場合には、シリケートポリマー成形体の表面に黄色または茶色の有機酸による変色があることを見出した。このため、骨材が生分解性の有機物を含有していない場合には、意匠性の低下をより抑制できる。
本発明のシリケートポリマー成形体の製造方法において好ましくは、生成する工程では、１．０ｍ２／ｃｃ以上４．０ｍ２／ｃｃ未満の比表面積を有するアルミノ珪酸塩を用いる。
比表面積が４．０ｍ２／ｃｃ未満の場合、アルミノ珪酸塩が水分を過度に吸収しないので、アルカリシリカ溶液の量を低減できるため、白色結晶が浮き出ることをより抑制できる。比表面積が１．０ｍ２／ｃｃ以上の場合、シリケートポリマー成形体の強度をより向上できる。
本発明のシリケートポリマー成形体の製造方法において好ましくは、生成する工程は、アルカリシリカ溶液の濃度を予め調製する工程と、この調製したアルカリシリカ溶液と、骨材と、アルミノ珪酸塩とを、他の溶媒を用いずに混合する工程とを含んでいる。
アルカリシリカ溶液の各成分の必要な量を予め考慮して調製した濃度のアルカリシリカ溶液を用いることにより、他の溶媒を用いずに骨材とアルミノ珪酸塩とアルカリシリカ溶液とを混合できる。このため、原料中に各成分の均一な分散性を高めることができるので、強度を向上したシリケートポリマーを製造できる。
本発明のシリケートポリマー成形体の製造方法において好ましくは、上記調製する工程では、アルカリシリカ溶液と骨材とアルミノ珪酸塩とからなる原料中のアルカリ金属の濃度が２．４％以上３．０％以下の濃度になるようにアルカリシリカ溶液を調製する。
３．０％以下の場合、白色結晶が浮き出ることをより抑制できる。２．４％以上の場合、シリケートポリマー成形体の強度をより向上できる。
本発明のシリケートポリマー成形体及びシリケートポリマー成形体の製造方法及びシリケートポリマー成形体によれば、意匠性の低下を抑制できるとともに、強度を向上できる。
以下、本発明の実施の形態におけるシリケートポリマー成形体を説明する。本実施の形態におけるシリケートポリマー成形体は、骨材と、アルミノ珪酸塩と、アルカリシリカ溶液とを含む混合物を用いて成形されてなる。シリケートポリマー成形体は、Ｓｉ（珪素）元素を含み、アルミノ珪酸塩とアルカリシリカ溶液とをアルカリ条件下で重合反応させて生成される珪素高分子体が成形された成形体である。シリケートポリマー成形体は、Ａｌ（アルミニウム）元素と、Ｓｉ元素と、Ｏ（酸素）元素とを含み、各元素が化学的に結合している。
アルミノ珪酸塩及びアルカリシリカ溶液は、ポリマーの構成成分であり、結合材（バインダー）の役割を果たす。
アルミノ珪酸塩は、硫酸イオンを含み、例えば、カオリナイト、ベントナイトなどを用いることができ、陶土（カオリン）を半焼成したメタカオリンなど、反応性の高い半焼成状態であることが好ましい。
アルミノ珪酸塩のメディアン径は、２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下であり、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましく、４．０μｍ以上８．０μｍ以下であることがより好ましい。
ここで、メディアン径（ｄ５０）は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定される値であり、小数点第２位を四捨五入した値である。シリケートポリマー成形体のアルミノ珪酸塩のメディアン径は、電子顕微鏡による倍率１０００倍の視野において１０個以上のアルミノ珪酸塩を選定し、選定したアルミノ珪酸塩についてメディアン径を測定したものである。
アルカリシリカ溶液は、珪酸アルカリ溶液とも言い、アルカリ金属イオンを含み、例えば、珪酸ナトリウム、珪酸酸カリウム、珪酸リチウムなどを用いることができる。なお、アルカリ金属とは、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）及びフランシウム（Ｆｒ）である。アルカリシリカ溶液は、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンからなる群より選択される１種以上のアルカリ金属イオンを含んでいることが好ましい。
骨材は、嵩を増す役割と、バインダーの圧力を逃がす役割とを有している。骨材は、意匠性を高める観点から、生分解性の有機物を含有していないことが好ましい。このような骨材として、例えば、陶器、瓦、珪酸カルシウム製品、コンクリート製品、砂、砂利、粘土などを用いることができる。また、骨材は、吸水率の低いものが好ましく、この観点から、珪砂、珪石などを用いることが好ましい。なお、生分解性の有機物とは、木材などが挙げられる。
シリケートポリマー成形体は、骨材：アルミノ珪酸塩：アルカリシリカ溶液＝（３．０〜３．８）：（１．０〜０．３）：１．０、（１．８〜２．８）：（１．２〜０．２）：１．０、（１．０〜２．２）：（１．３〜０．２）：１．０及び（０．３〜０．５）：（１．３〜１．０）：１．０のいずれかの質量割合の比で混合され、混合物が成形されてなることが好ましく、骨材：アルミノ珪酸塩：アルカリシリカ溶液＝（３．０〜３．５）：（１．０〜０．５）：１．０、（１．８〜２．６）：（１．２〜０．４）：１．０、（１．０〜１．７）：（１．３〜０．７）：１．０及び（０．３〜０．５）：（１．３〜１．０）：１．０のいずれかの質量割合の比で混合されてなることがより好ましい。特に、シリケートポリマー成形体は、骨材：アルミノ珪酸塩：アルカリシリカ溶液＝（３．０〜３．４）：（０．８〜０．６）：１．０の質量割合の比で混合され、混合物が成形されてなることが好ましい。なお、質量割合（％）の比とは、シリケートポリマー成形体における骨材、アルミノ珪酸塩及び珪酸ナトリウム水溶液の質量割合（％）を、珪酸ナトリウム水溶液を１．０とした時の骨材及びアルミノ珪酸塩の比を意味する。
続いて、図１を参照して、本実施の形態のシリケートポリマー成形体の製造方法について説明する。
図１に示すように、まず、アルカリシリカ溶液の濃度を調製する（ステップＳ１）。このステップＳ１では、必要なアルカリシリカ溶液の各成分量を予め考慮してアルカリシリカ溶液の濃度を調製することが好ましく、具体的には、原料中のアルカリ金属の濃度が２．４％以上３．０％以下の濃度になるようにアルカリシリカ溶液を調製することが好ましい。なお、「原料中のアルカリ金属の濃度」とは、原料に複数種のアルカリ金属が含まれている場合には、その合計の濃度を意味する。例えば、アルカリ金属の濃度が２．４％は、原料においてナトリウム濃度が０．８％で、カリウム濃度が１．５％で、リチウム濃度が０．１％であることを含む。
この工程（ステップＳ１）において、アルカリシリカ溶液として、水ガラスを用いる場合について説明する。
シリケートポリマー成形体の製造において、要するアルカリ金属（ここではナトリウムとする）及び珪素の量（質量）を決定し、決定した量に基づいて、水ガラス中のナトリウム及び珪素の濃度と、水ガラスの混合量を決定する。ＪＩＳ規格による１〜３号品などの市販の水ガラスを準備し、決定した水ガラスのナトリウム及び珪素の濃度になるように、調製する。具体的には、決定したナトリウム及び珪素の濃度が準備した水ガラスよりも高い場合には、例えば水を添加して希釈する。ＪＩＳ規格による１号品の水ガラスを用いる場合には、水ガラスの質量の０．２５倍以下の水を添加して、１．２５倍以下に希釈することが好ましい。決定したナトリウム及び珪素の濃度が準備した水ガラスよりも低い場合には、ナトリウム及び珪素を準備した水ガラスに添加する。添加した後は、十分に撹拌し、均一に混合する。これにより、濃度を調製したアルカリシリカ溶液を準備できる。
なお、アルカリ金属としてナトリウムを例に挙げたが、水ガラスの濃度を高めるために、ナトリウムを添加する代わりに、または、併せて、カリウム及びリチウムの少なくとも一方を添加してもよい。
なお、アルカリシリカ溶液のナトリウム濃度を低減するために溶媒で希釈した場合、希釈率が高すぎると、粘性が低くなりすぎて骨材が沈下（ブリージング）しやすくなることを本発明者は見出した。このため、希釈率は質量比において１．２５倍以下であることが好ましい。
次に、２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下のメディアン径を有するアルミノ珪酸塩と、骨材と、アルカリシリカ溶液とを混合して、混合物を生成する（ステップＳ２）。メディアン径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定される値である。
このステップＳ２では、１．０ｍ２／ｃｃ以上４．０ｍ２／ｃｃ未満の比表面積を有するアルミノ珪酸塩を用いることが好ましく、２．０ｍ２／ｃｃ以上２．８ｍ２／ｃｃ未満の比表面積を有するアルミノ珪酸塩を用いることがより好ましい。比表面積は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定される値である。
このステップＳ２では、ステップＳ１で調製したアルカリシリカ溶液と、骨材と、アルミノ珪酸塩とを、他の溶媒を用いずに混合することが好ましい。なお、他の溶媒とは、水などの混合する際に要する液体を意味し、撥水剤などの添加剤を含まない。つまり、混合物は、骨材とアルミノ珪酸塩とアルカリシリカ溶液とで形成されてもよく、骨材とアルミノ珪酸塩とアルカリシリカ溶液と添加剤とで形成されてもよい。
このステップＳ２では、例えば、以下のように混合物を生成する。具体的には、２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下のメディアン径を有するアルミノ珪酸塩を準備する。準備するアルミノ珪酸塩は、例えば、メタカオリンなどを用いることができる。
また、骨材を準備する。準備する骨材は、特に限定されないが、有機物を含有していないことが好ましく、例えば、陶器、瓦、珪酸カルシウム製品、コンクリート製品、砂、砂利、粘土などを用いることができる。
その後、骨材とアルミノ珪酸塩とを混合し、次いで、調製したアルカリシリカ溶液を加えて混合する。このときに、水などの他の溶媒を用いずに、混合することが好ましい。混合する方法は特に限定されないが、例えば、混練ミキサーを用いて混合する。
次に、混合物を成形する（ステップＳ３）。この工程では、混合物を型枠に投入し、シリケートポリマー成形体を製造する。この工程では、例えば、以下のように成形する。
具体的には、混合物を型枠に投入し、振動台を用いて加振する。これにより、混合物中の塊が振動によりゲル状に軟化し、型枠の隅々まで混練物を充填することができる。そして、養生した後、脱型する。養生時間（脱型するための養生時間）は、例えば１時間以上２４時間以内である。樹脂製の型枠を用いる場合には、シリケートポリマーと樹脂とは離反しやすいので、離型剤を用いずに、脱型できる。
なお、混練時間が長いほど、成形時における混練物の固さは増すが、１週間養生した後の強度には大きな差は見られない。そのため、成形性を考慮すれば、混練物が一体となった時点で混練を終了することが望ましい。
また、別の成形方法として、高圧プレスにより成形することも可能である。高圧プレス成形の場合には、シリケートポリマー成形体を量産する際に有利である。
このように、本実施の形態では、シリケートポリマー成形体を高圧プレスによらず成形することと、高圧プレスによって成形することとの両方が可能である。このため、任意の方法によって、シリケートポリマー成形体を成形することができる。
以上の工程（ステップＳ１〜ステップＳ３）を実施することにより、シリケートポリマー成形体を製造することができる。製造されたシリケートポリマー成形体中のアルミノ珪酸塩のメディアン径は、原料中のアルミノ珪酸塩のメディアン径とほぼ同じである。このように製造されたシリケートポリマー成形体は、表面に白色結晶が浮き出ることが抑制されるとともに、強度が向上されている。このため、本実施の形態のシリケートポリマー成形体は、例えば、床材、構造材、内装材、外装材、舗装材、外構建材などの高い意匠性及び強度が求められる用途に好適に用いられる。
なお、アルカリシリカ溶液の濃度を調製する工程（ステップＳ１）は、省略されてもよい。この場合、混合物を生成する工程（ステップＳ２）において、骨材とアルミノ珪酸塩とアルカリシリカ溶液とを混合してもよく、水などの他の溶媒をさらに用いて混合してもよい。
また、ステップＳ１において他の溶媒でアルカリシリカ溶液の濃度が希釈された場合、及びステップＳ２において他の溶媒をさらに混合した場合には、ステップＳ３において混合物を成形すると、溶媒蒸発後の空隙率が高くなり、強度が低下する。このため、ステップＳ１及びステップＳ２において溶媒を用いる場合には、質量比においてアルカリシリカ溶液の希釈率は１．２０倍以下であることが好ましい。
続いて、本実施の形態のシリケートポリマー成形体及びその製造方法の効果について、アルカリシリカ溶液として水ガラスを用い、アルミノ珪酸塩としてメタカオリンを用いた場合を例に挙げて説明する。
メタカオリンは、粘土鉱物であるため吸水性が高く、水ガラスによって与えられる水分を吸収するので、シリケートポリマーへの反応に必要な分量を超える水ガラスを加える必要がある。
水ガラスの主成分は、珪酸ナトリウムである。珪素（Ｓｉ４＋）はポリマー骨格となり、ナトリウム（Ｎａ＋）は骨格中で珪素がアルミニウム（Ａｌ３＋）に置換される部位において、電化バランスを補う形で取り込まれる。ポリマー化反応に寄与しない過剰な水ガラスのナトリウムは、ポリマーから遊離した状態でシリケートポリマー成形体内に存在する。シリケートポリマー成形体は多孔質であり吸水しやすいので、シリケートポリマー成形体に水が浸透した場合には、遊離しているナトリウムがその水に溶出し、シリケートポリマー成形体表面でナトリウムの結晶として析出する。このナトリウムの結晶が、白色結晶であり、意匠性が低下してしまう。
このため、本発明者は、白色結晶が浮き出ることを抑制するために、水ガラスに由来するナトリウム量をできるだけ低減すること、すなわち、骨材とメタカオリンとを混合するために、用いる水ガラスの量をできるだけ少なくすることを考えた。その結果、水ガラスの量を少なくすることで白色結晶は抑制できるものの、シリケートポリマー成形体の骨格となる珪素及びナトリウムが少なくなるので、強度が低下することを見出した。
そこで、白色結晶が浮き出ることを抑制しつつ、強度を向上するために本発明者が鋭意研究した結果、メタカオリンのメディアン径を制御することによって、シリケートポリマーの強度を向上できることを見出した。
また、本発明者は、混合物を生成する工程（ステップＳ２）において骨材とメタカオリンと水ガラスとを混合する工程は数分程度と非常に短いため、メタカオリンの吸水量はメディアン径に依存することを見出した。メタカオリンのメディアン径が小さいほど、吸水量が増えることがわかったので、メタカオリンのメディアン径を所定以下に制御することによって、使用する水ガラス量を低減できることがわかった。
これらの着想から、メタカオリンのメディアン径が２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下であると、白色結晶が浮き出ることを抑制する水ガラス量であっても、骨材及びメタカオリンを容易に混合できるともに、シリケートポリマー成形体の強度を向上できるという本実施の形態に至った。したがって、本実施の形態のシリケートポリマー成形体及びその製造方法は、意匠性の低下を抑制できるとともに、強度を向上できるという効果を有している。
また、本発明者は、木材などの有機物を骨材として含んでいる場合には、水分がシリケートポリマー成形体に浸透すると、生分解性の有機物から黄色または茶色の有機酸が溶け出し、シリケートポリマー成形体の表面を変色させることを見出した。このため、骨材として有機物を含有しないことにより、意匠性をより向上できるという効果を奏する。
実施例１では、アルミノ珪酸塩のメディアン径による効果について調べた。
（本発明例１）
上述した本発明の実施の形態にしたがって、本発明例１のシリケートポリマー成形体を製造した。
上述した本発明の実施の形態にしたがって、本発明例１のシリケートポリマー成形体を製造した。
具体的には、まず、アルカリシリカ溶液として、珪素２４．３％、ナトリウム１３．３％、水６２．４％の水ガラスを準備した。このアルカリシリカ溶液は、混合する工程（ステップＳ２）において他の溶媒を用いずに骨材とアルミノ珪酸塩とを混合できる濃度である（ステップＳ１）。
また、アルミノ珪酸塩として、メディアン径が７．３μｍで比表面積が２．０ｍ２／ｃｃのメタカオリンを準備した。また、骨材として、珪砂を準備した。
次に、骨材と、アルミノ珪酸塩と、アルカリシリカ溶液とを混合し、混合物を生成した（ステップＳ２）。このステップＳ２では、骨材、メタカオリン及び水ガラスからなる原料を用いて、下記の表１に記載のように、骨材：メタカオリン：水ガラス＝３．７：０．８：１．０の質量割合の比で混合した。
具体的には、骨材とメタカオリンとを混練ミキサーに投入し、均一に混ざるまで空練りした。その後、骨材とメタカオリンとの混合物に、水ガラスを加えて、混練した。骨材とメタカオリンと水ガラスとを混合すると、メタカオリンと珪酸ナトリウムとの重合反応がすぐに開始され、各成分が均一に分散し、一体となった時点で、混練を完了とした。
次に、混合物を成形した（ステップＳ３）。具体的には、得られた混練物（混合物）を樹脂性の型枠に入れ、振動台上で加振した。これにより、硬化中の混合物が振動によりゲル状に軟化し、型枠の隅々まで混練物を充填することができた。その後、気温２０℃、湿度６０％の環境下で一週間養生し、脱型した。本実施例では、ポリマーと離反しやすい樹脂製の型枠を用いたので、離型剤を用いることなく、脱型できた。
以上の工程を実施することにより、本発明例１のメディアン径が７．３μｍのメタカオリンを含有するシリケートポリマー成形体を製造した。
（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１と同様に製造したが、用いたメタカオリンが主に異なっていた。
比較例１は、基本的には本発明例１と同様に製造したが、用いたメタカオリンが主に異なっていた。
具体的には、比較例１では、メディアン径が２．６μｍで比表面積が４．９ｍ２／ｃｃのメタカオリンを準備した。次に、ステップＳ２において、骨材：メタカオリン：水ガラス＝２．４：０．６：１．０の質量割合の比で混合した。
このように製造された比較例１のシリケートポリマー成形体は、メディアン径２．６μｍのメタカオリンを含有していた。
（比較例２）
比較例２は、基本的には比較例１と同様に製造したが、水ガラスのナトリウム濃度が低くなるように予め調製した点において主に異なっていた。
比較例２は、基本的には比較例１と同様に製造したが、水ガラスのナトリウム濃度が低くなるように予め調製した点において主に異なっていた。
具体的には、準備した比較例１の水ガラスに、質量比において０．２５倍の水を添加して、水ガラス中のナトリウム濃度を１３％から１０％まで低減した。次に、ステップＳ２において、骨材：メタカオリン：水ガラス＝２．４：０．６：１．０の質量割合の比で混合した。
このように製造された比較例２のシリケートポリマー成形体は、メディアン径２．６μｍのメタカオリンを含有していた。
（比較例３）
比較例３は、基本的には比較例２と同様に製造したが、混合するステップＳ２において、他の溶媒としての水をさらに混合した点において主に異なっていた。
比較例３は、基本的には比較例２と同様に製造したが、混合するステップＳ２において、他の溶媒としての水をさらに混合した点において主に異なっていた。
具体的には、比較例１と同様のメタカオリン、水ガラス及び骨材を準備した。次に、ステップＳ２において、骨材：メタカオリン：水ガラス：水＝３．０：０．８：１．０：０．３の質量割合の比で混合した。
このように製造された比較例３のシリケートポリマー成形体は、メディアン径２．６μｍのメタカオリンを含有していた。なお、下記の表１において、成形体中の水ガラス成分の水は、ステップＳ２で混合した水を含む質量％としている。
（評価方法）
本発明例１及び比較例１〜３のシリケートポリマー成形体の下半分を１ヶ月間水に浸漬し、水から露出している上側の表面に、白色結晶が析出するかについて、試験を行った。その結果を下記の表１に示す。表１において、成形体表面の半分以上に白色結晶が発生したものを「×」、成形体表面に白色結晶がほとんど発生しなかったものを「○」とした。
本発明例１及び比較例１〜３のシリケートポリマー成形体の下半分を１ヶ月間水に浸漬し、水から露出している上側の表面に、白色結晶が析出するかについて、試験を行った。その結果を下記の表１に示す。表１において、成形体表面の半分以上に白色結晶が発生したものを「×」、成形体表面に白色結晶がほとんど発生しなかったものを「○」とした。
また、本発明例１及び比較例１〜３のシリケートポリマー成形体について、ＪＩＳ Ａ １１０８及びＪＩＳ Ａ １１３２に基づいて、圧縮強度試験を行った。具体的には、図２に示すように、本発明例１及び比較例１〜３のシリケートポリマー成形体について、直径５０ｍｍで、高さが１００ｍｍの円柱状の試験体を作製し、試験体を試験機に載置し、一様な速度（圧縮応力度の増加が毎秒０．６±０．４Ｎ／ｍｍ２）で試験体に荷重を加え、試験体が破壊するまでに試験機が示す最大荷重を測定した。この試験を３回実施し、その平均値を強度とした。この結果を下記の表１に記載する。
なお、上記表１において、原料中のメタカオリンのメディアン径及び比表面積は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定した。また、シリケートポリマー成形体中のメタカオリンのメディアン径は、電子顕微鏡による倍率１０００倍の視野において２０個のアルミノ珪酸塩を選定し、選定したアルミノ珪酸塩についてメディアン径を測定した。
（評価結果）
表１に示すように、比較例１のシリケートポリマー成形体は、ナトリウム量が３．３％と多いため、白色結晶が多く発生してしまった。白色結晶の発生を抑制するために、水ガラスのナトリウム量を比較例１の３．３％から比較例２の２．５％に低減すると、白色結晶の発生を抑制できた。しかし、比較例２のシリケートポリマー成形体の強度は、低下してしまった。
表１に示すように、比較例１のシリケートポリマー成形体は、ナトリウム量が３．３％と多いため、白色結晶が多く発生してしまった。白色結晶の発生を抑制するために、水ガラスのナトリウム量を比較例１の３．３％から比較例２の２．５％に低減すると、白色結晶の発生を抑制できた。しかし、比較例２のシリケートポリマー成形体の強度は、低下してしまった。
一方、本発明例１のシリケートポリマー成形体は、比較例２と同程度のナトリウム量を含有していたので、白色結晶の発生を抑制できた。それに加えて、本発明例１のシリケートポリマー成形体は、メディアン径が比較例１及び２の２．６μｍよりも大きな７．３μｍのメタカオリンを用いて製造したので、強度を向上できた。
この結果から、アルミノ珪酸塩の粒径を２．６μｍを超えて２５．０μｍ以下の範囲に制御することによって、白色結晶の発生を抑制するアルカリシリカ溶液量を加えても、高い強度を維持できることが確認できた。
また、比較例２と比較例３とを比べると、原料中のナトリウム量及び珪素量と、シリケートポリマー中のナトリウム量及び珪素量とが同じであるにも関わらず、比較例２は比較例３よりも強度が高かった。これは、比較例２では水ガラスの濃度を調製するために予め水を添加していたので、比較例３に比べてナトリウム及び珪素が成形体中に均一に分散されたためと考えられる。
この結果から、予め濃度を調製したアルカリシリカ溶液と骨材とアルミノ珪酸塩とを、他の溶媒を用いずに混合することによって、強度をさらに向上できることが確認できた。
実施例２では、アルミノ珪酸塩のメディアン径と比表面積との関係について調べた。
具体的には、実施例１で用いた２種類のメタカオリンを含む６種類のメタカオリンを準備し、メタカオリンのメディアン径及び比表面積を実施例１と同様に測定した。その結果を図３に示す。
図３に示すように、メタカオリンのメディアン径が大きいほど、比表面積が小さいという関係があることがわかった。このため、実施例１の結果において、本発明例１のようにアルミノ珪酸塩の比表面積が２．０ｍ２／ｃｃ以上４．０ｍ２／ｃｃ未満であることによっても、白色結晶の発生を抑制しつつ、強度を向上できるという効果を奏することがわかった。
実施例３では、種々のメディアン径のアルミノ珪酸塩との混合に要するアルカリシリカ溶液の量について調べた。
具体的には、下記の表２に示すように、本発明例１、２及び比較例１のメタカオリンを準備した。実施例１と同様に、メタカオリンと骨材との固体原料に水ガラスを徐々に加え、混合物が一体となるために要する水ガラスの最低量を求めた。その結果を下記の表２に記載する。
なお、表２において「混合に要する水ガラス量」とは、固体原料（メタカオリン１８％、骨材８２％）を１００としたときの水ガラスの質量割合（質量％）を意味する。
表２に示すように、メタカオリンのメディアン径が大きいほど、固体原料を混合するために必要な水ガラス量を低減できることがわかった。また、メタカオリンの比表面積が小さいほど、固体原料を混合するために必要な水ガラス量を低減できることがわかった。
以上より、実施例３によれば、アルミノ珪酸塩のメディアン径を２．６μｍ超えて２５．０μｍ以下にすることによって、骨材及びアルミノ珪酸塩の混合に要するアルカリシリカ溶液の量を低減できるので、アルカリシリカ溶液に起因する白色結晶の発生を抑制できることがわかった。
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (3)
- 骨材と、アルミノ珪酸塩と、アルカリシリカ溶液とを混合して、混合物を生成する工程と、
前記混合物を成形する工程とを備え、
前記混合物を生成する工程は、
前記アルカリシリカ溶液の濃度を予め調製する工程を含み、
前記混合物を生成する工程では、３．０μｍ以上１０．０μｍ以下のメディアン径を有し、１．０ｍ ２ ／ｃｃ以上４．０ｍ ２ ／ｃｃ未満の比表面積を有する前記アルミノ珪酸塩を用い、前記骨材：前記アルミノ珪酸塩：前記アルカリシリカ溶液を（３．０〜３．８）：（１．０〜０．３）：１．０の質量割合の比で混合し、
前記アルカリシリカ溶液の濃度を予め調製する工程では、前記アルカリシリカ溶液と前記骨材と前記アルミノ珪酸塩とからなる原料中のアルカリ金属の濃度が２．４％以上３．０％以下の濃度になるように前記アルカリシリカ溶液を調製する、シリケートポリマー成形体の製造方法。 - 前記生成する工程は、
調製したアルカリシリカ溶液と、前記骨材と、前記アルミノ珪酸塩とを、他の溶媒を用いずに混合する工程を含む、請求項１に記載のシリケートポリマー成形体の製造方法。 - 前記生成する工程では、生分解性の有機物を含有していない骨材を用いる、請求項１または２に記載のシリケートポリマー成形体の製造方法。
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