CN202969796U - 功能性建材和瓷砖 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本申请涉及含有硅质页岩的功能性建材和瓷砖。
背景技术
在近年来的住宅中,由于气密性高、湿气的逃离通道消失,因而容易产生结露,由此容易产生霉和螨。霉和螨可能会成为呼吸系统过敏疾病的原因之一。所以,以往作为对建筑物内部的墙面等进行施工的建材,使用调整室内湿度的调湿建材。
作为这种调湿建材,已知的是木材、沸石、硅藻土等的多孔建材。例如,提出了将沸石和无机系粘合剂的混合物加压成型、在100°C以上的温度进行加压煅烧而成的物质(日本特开2007-153627号公报);将沸石和硅藻土用粘合剂结合、不煅烧地形成的物质(日本特开2002-316861号公报);含有硅藻土、消石灰、白水泥等的、在形成墙等的表面层时使用的建材组合物(日本特开平11-12066号公报)等。
然而,上述以往的调湿建材具有以下这样的问题。
木材虽然调湿功能优异,但是由于是可燃材料,有时难以提高耐火性能,此外,尺寸稳定性差并且也具有腐蚀和虫害等的危险性。进而,从森林资源的枯竭和地球环境保全方面的问题出发,也存在抑制木材采伐的动向。
沸石中,半径以下的微细的微孔占大部分,因此虽然吸湿性优异,但是缺乏放湿性。此外,利用了沸石的调湿建材,原料中并非仅是沸石,有必要配合作为固化材料的水泥等,因此沸石的配合比例必然降低,难以获得良好的调湿功能。
进而,沸石由于其结晶构造,在耐火度方面具有难点。为此,例如难以在陶瓷中加以利用。
这样,以往的调湿建材存在其用途被限定,亦或是吸湿性能受限制等的问题。
然而,由于住宅的气密化,甚至是难闻的气味也容易被关在室内。例如,在室内饲养宠物时,存在宠物的排泄物等导致的难闻气味长时间漂浮在室内的情况。
此外,为了提高建筑工程的施工性能,化学物质的建筑建材的使用增加,由建材产生的挥发性化学物质、尤其是粘结剂等中所含的甲醛和乙醛有可能会出现过敏疾病。
实用新型内容
由于上述背景,期待能够良好地吸附除去在室内的难闻气味、化学物质。
期望提供可以在广泛的用途中使用的、具有高的空气环境的改善性能的功能性建材和瓷砖。
上述的功能性建材,具有与木材同等或更高的调湿功能。此外,具有:对成为室内难闻气味要因的氨为代表的碱性气体的吸附除臭功能、对作为化学物质过敏症候群要因的甲醛和乙醛的吸附功能,对室内空气环境的改善。
进而,硅质页岩是天然无机矿物,因此其自身不会释放化学物质,并且耐火性、不燃性、耐腐蚀性、耐害虫性、耐水性等的耐久性、尺寸稳定性优异。此外,由于具有耐火性,所以即使含于陶瓷建材中,形状、功能的损失也小,在陶瓷建材中利用是容易的。因此,本实用新型的功能性建材当然可以不进行煅烧加工而加以使用,也可以作为进行了煅烧加工的功能性建材来使用,可以在广泛的用途中使用。
本实用新型的第2方面的功能性建材,是含有硅质页岩的功能性建材,上述硅质页岩含有多孔蛋白石矽石(Opaline silica),上述硅质页岩形成有多个连续气孔,在上述连续气孔中,半径20~的微孔占总微孔容量的70%以上。
这种功能性建材,可以获得与上述第1方面的功能性建材同样的作用和效果。
此外,本实用新型的第4方面的功能性建材,是含有硅质页岩的、经煅烧加工而成的功能性建材,上述硅质页岩含有多孔蛋白石矽石,上述硅质页岩形成有多个连续气孔,在上述连续气孔中,半径20~的微孔占总微孔容量的70%以上。
这样的第3方面、第4方面的功能性建材,可以得到与上述第1方面的功能性建材同样的作用和效果。从上述第1方面到第4方面的任一功能性建材,可以制成块状或板状。
这种情况下,至少一部分表面的截面形状可以以波形或凹凸形状来形成。
此外,在该情况下,也可以形成相互平行的多个贯通孔。
通过制成这样的形状,可以增大与空气的接触面积,可以提高吸湿性能、除臭性能、和化学物质吸附性能。
这样的功能性建材可以获得与上述第1方面的功能性建材同样的作用和效果。
这种瓷砖可以获得与上述第1方面的功能性建材同样的作用和效果。
附图说明
图1是表示在25°C下硅质页岩粉碎物的煅烧温度和吸湿功能的关系的图表。
图2A-2C是表示功能性建材的形状实例的图,图2A是表示制成瓷砖形状的图,图2B是表示制成块形状的图,图2C是表示制成板形状的图。
图3A-3B:图3A是表示功能性建材的表面形状实例的截面图,图3B是其主视图。
图4是表示功能性建材的表面形状实例的主视图。
图5A-5C是表示形成有贯通孔的功能性建材形状的图,图5A是立体图,图5B是主视图,图5C是侧视图。
图6是表示分别实施例1中制造的经煅烧加工的功能性建材、沸石系市售调湿材料及木材在25°C下的吸湿率相对于湿度的的图表。
图7是表示对于实施例2中制造的经煅烧加工的功能性建材,硅质页岩和神乐粘土的配比与堆积比重关系的图表。
图8是表示对于实施例2中制造的经煅烧加工的功能性建材,硅质页岩和神乐粘土的配比与吸水率关系的图表。
图9是表示对于实施例2中制造的经煅烧加工的功能性建材,硅质页岩和神乐粘土的配比与弯曲强度关系的图表。
图10是表示对于实施例2中制造的经煅烧加工的功能性建材,硅质页岩和神乐粘土的配比与吸湿率关系的图表。
图11是表示分别对硅质页岩、沸石、硅藻土和木材的微孔分布进行比较的图表。
图12是表示硅质页岩的未煅烧品粉末和硅质页岩在850°C下的煅烧粉末各自的微孔分布的图表。
图13是分别表示未煅烧的硅质页岩粉碎物、沸石和硅藻土在25°C下的平衡含湿率相对于蒸汽压的图表。
图14是分别表示未煅烧的硅质页岩粉碎物、沸石和硅藻土在25°C下的吸湿率相对于相对湿度的图表。
图15是分别表示未煅烧的硅质页岩粉碎物、沸石和硅藻土在25°C下的吸放湿变化的图表。
图16是硅质页岩的X射线衍射图表。
图17是表示氨吸附除去试验的结果的图表。
图18是表示甲醛吸附除去试验的结果的图表。
图19是表示乙醛吸附除去试验的结果的图表。
标号说明
1、3、5、11 功能性建材;13 贯穿孔
具体实施方式
以下,将本实用新型的实施方式与附图一起进行说明。但是,以下说明的实施方式只不过是例示,本实用新型在下述的例示以外当然也可以以各种方式实施。
(1)功能性建材的材料
本实用新型的功能性建材,是以硅质页岩为主成分的材料,可以将各种粘土和各种无机颜料等成分任意地配合。本实用新型的功能性建材中使用形成有多个连续气孔的硅质页岩,该连续气孔中,半径20~(2~10nm)的微孔占总微孔容量的70%以上。粘土是以提高成型性和强度为目的而配合的,颜料是为了使色调和质感等的设计性多样化而配合的。
对于硅质页岩,其为浮游硅藻的遗骸堆积后经化石化而成的硅藻土由于地压和地热发生改性而岩石化的页状岩石。对于硅质页岩,属于硅成分(硅酸)的蛋白石矽石为主成分,此外,在含有云母系粘土的情况下,硅质页岩是含有蒙脱石系粘土作为主成分的多孔天然矿物。此外,除了硅成分,还含有铝、铁、钛等的微量金属成分。
硅质页岩的硅酸成分大致占80%左右,但由于是天然矿物的原因,主成分含量的比例上下波动。
(2)功能性建材的制造
(2-1)进行煅烧加工的建材(功能性建材)的制造
功能性建材如下制造,向在硅质页岩粉碎物中适当加入上述粘土和颜料而得到的混合物中,添加水、或水和有机粘合剂而成型,进行煅烧而制造。应予说明的是,在不大大地损害硅质页岩性能的范围中,也可以配合上述材料以外的材料。
硅质页岩粉碎物的粒度因成型方法而不同,在冲压成型的情况下,其粒度越大则产品强度变得越小,因此调制成大致粒径为5mm以下。此外,在经挤压成型等而进行湿法成型的情况下,为了提高其成型性,调制成大致粒径为1mm以下。
煅烧温度可以在600~1100°C的范围内进行设定,但优选设为800°C~1000°C。图1中示出表示煅烧温度和吸湿功能关系的图表。硅质页岩的吸湿功能直到煅烧温度700°C也基本上不发生变化,但是在该温度以上,煅烧温度越高其功能越是降低。
为了对功能性建材赋予水不崩解的耐水性,600°C以上的煅烧温度是有必要的,从这点来讲,例如优选800°C以上。但是,如上所述,不太高温下的煅烧是不优选的。如果将煅烧温度设为1100°C以上,则半径20~的微孔因煅烧而急剧地减少,而且由于连续气孔减少,调湿功能则基本上表现不出来。
因此,通过在600~1100°C下煅烧,制作本实用新型的功能性建材是可能的,但是相比于木材,则体现出大的调湿功能,为了满足作为建材的强度和耐久性,在800~1000°C的煅烧温度下进行煅烧即可。
利用上述的制造方法,可以制造具有在微孔分布中半径20~(2~10nm)的微孔为总微孔容量的70%以上的功能性建材。
应予说明的是,进行了煅烧加工的功能性建材,可以获得高的强度,而且可以实现质感的提高。在使用硅质页岩以外的材料的情况下,例如在使用沸石的情况下,存在600°C左右的加热使吸湿功能大幅降低的情况,但如图1所示那样,在硅质页岩中,即使在可以制造陶瓷的温度下加热,吸湿功能降低较少,可以维持良好的吸湿功能。
(2-2)未进行煅烧加工的功能性建材的制造
未进行煅烧加工的功能性建材,向在硅质页岩粉碎物中加入适当的上述粘土、颜料、固化剂(水泥、石膏、鹿角菜(Chondrus ocellatusHolmes))而得的混合物中,添加水、或水和有机粘合剂、固化剂(水泥、石膏、鹿角菜)成型而制造。这种功能性建材通过所配合的固化剂来保持成型状态,而且为保持必要强度的状态。
在未进行煅烧加工的功能性建材的情况下,可配合的固化剂对硅质页岩所具有的吸放湿作用产生影响。例如,如果配合一部分丙烯酸系有机化学粘结剂,则通过覆盖硅质页岩所具有的微孔表面,由于具有使吸放湿功能大幅降低的可能性,因此有必要加以注意。
作为所使用的固化剂,鹿角菜、石灰、水泥系、硅胶、人工粘土、天然粘土是良好的。应予说明的是,所使用的固化剂仅为一种即可,但是也可以根据需要组合多个使用。
此外,除了固化剂,通过配合特定的纤维物质,可以使强度提高。作为这种纤维物质,可以列举例如纤维素纤维、聚乙烯等的化学纤维。
如上所述,可以将配合了硅质页岩和固化剂等而得到的成型用坯土进行冲压成型、挤压成型、浇注成型等,从而进行成型制造功能性建材。
应予说明的是,未煅烧的功能性建材,硅质页岩不会发生因加热导致的改性,所以可以得到高的吸湿功能。
(3)功能性建材的形状
经冲压成型而成型的功能性建材的实例示于图2A~2C。图2A是采用容易对墙施工的瓷砖形状的功能性建材1,图2B是采用安放型的块形状的功能性建材3,图2C是采用板形状的功能性建材5。
功能性建材的表面,如图3A、3B所示,通过将表面以波形的截面形状的方式形成,可以使表面与空气的接触比表面积比平面的情况更大,可以有效地体现功能性建材所具有的功能。此外,如图4所示,可以在表面利用金属模具形成交替配置的矩形凹凸,同样也可以增加接触比表面积。这种表面的形成不限于上述图2A~2C的形状,也可以适用于各种各样形状的功能性建材。
这样,对于冲压成型,通过设法使用金属模具的造型,可以增加加工品的比表面积。
此外,本实用新型的功能性建材可以在建材整体中体现调湿等的功能。为此,如果以从接缝处按某种程度地突出而使建材的侧面露出的方式来配置瓷砖,则即使将瓷砖施工为平面状,也可以大幅增大瓷砖的接缝,也可以使用于吸附的比表面积增大。
经挤压成型而成型的功能性建材的形状的实例示于图5A-5C。在图5A-5C所示的块状功能性建材11中形成互为平行的多个贯通孔13,使与空气接触的比表面积增大。应予说明的是,设置贯通孔的构成,不仅限于图示的实例。例如,作为整体是圆柱形的功能性建材,也可以沿着圆柱的轴向设置多个圆形贯通孔的构型。
实施例
[实施例1]
在将硅质页岩粉碎到粒径1mm以下而得到的硅质页岩粉碎物中,加入水和相对于粉碎物为0.3wt%的CMC(羧甲基纤维素),调制成含水率约为26wt%。然后,以成型压力250kgf/cm2,冲压成型为大小218×104×15mm,以煅烧温度850°C、保持1小时的条件下煅烧而制作瓷砖状的功能性建材。将制成的瓷砖状的功能性建材的性能示于表1。如表1可知,弯曲强度也得到足够确保。
表1
测定本实施例的功能性建材的调湿功能、木材的调湿功能和沸石系市售调湿材料的调湿功能的结果示于图6。作为木材使用云衫木。此外,作为沸石系市售调湿材料,使用新东北化学工业株式会社制プラマイウォ一ル(一种呼吸性建材)。在湿度为50%RH的情况下,功能性建材与木材为同等的3~4wt%左右的吸湿率,但是湿度为90%RH的情况下,吸湿率为约12wt%、是约6wt%的木材吸湿率的一倍。换言之,可知在湿度在50%RH~90%RH中进行变化时,本实施例的功能性建材的吸湿率增加约9wt%,吸湿性能为仅增加约3wt%的木材的3倍。
应予说明的是,沸石系市售调湿材料,上述湿度变化时的吸湿率的变化为1wt%,本实施例的功能性建材的吸湿性能卓越,为其9倍。
[实施例2]
在本实施例中,制作在硅质页岩中配合了石器质粘土(神乐粘土)的、经煅烧加工而得到的功能性建材。神乐粘土是可在石器质瓷砖等中利用的普通的石器质粘土。向调整到粒径0.4mm以下的硅质页岩中配合神乐粘土,硅质页岩和神乐粘土的配比为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5来配制6种练土状坯子。
将这些坯子,用真空土练成型机挤压成型为大小110×60×15mm的板状(板块状)。然后,在煅烧温度900°C、保持1小时的条件下进行煅烧,制作板状的功能性建材。将表示功能性建材的配比和堆积比重的关系、配比和吸水率的关系、配比和弯曲强度的关系的图表示于图7~10。
吸湿功能(吸湿率)基本上受硅质页岩配合比的支配,配合量越多则吸湿功能越好,但即使配合神乐粘土,也可显示出足够高的吸湿率。另一方面,弯曲强度随神乐粘土的配合量变多而变大。这样,通过配合硅质页岩粉碎物和其他陶瓷原料,根据目的特性,可以制造多种多样的功能性建材。
(4)硅质页岩的性能评价
(4-1)调湿功能
作为硅质页岩具有的功能之一的特征,其具有微孔容量大以及高的吸湿率。对于本实用新型中使用的硅质页岩粉碎物的微孔分布,半径20~的微孔占总体的70%以上有助于调湿功能,其微孔容量大致为0.1~0.3ml/g。图1中示出将硅质页岩的微孔分布与沸石、硅藻土以及木材各自的微孔分布进行比较的图表。硅质页岩中,含有大量的细孔,因此比表面积大,为110m2/g以上。
在本评价中,硅质页岩粉碎物使用日本北海道稚内开采的物质。图12是硅质页岩的未煅烧品粉末和硅质页岩在850°C下煅烧的粉末的微孔分布。可知煅烧后的硅质页岩,与未煅烧品粉末比较,微孔分布没怎么变化,具有热稳定性。此外,在煅烧后,对于决定调湿功能大小的微孔容量,微孔半径为20~的微孔占70%。应予说明的是,微孔容量与木材相比约为10倍,与沸石比较约为6倍,与硅藻土相比约为5倍。
图13示出表示平衡含湿率相对于蒸汽压的图表。关于硅质页岩,可知与沸石、硅藻土相比,在蒸汽压0.5以下、即相对湿度50%以下的低湿度区域的平衡含湿率不是特别大,但如果蒸汽压超过0.5,则急剧上升,在高湿度区域显示非常大的平衡含湿率。
此外,图14示出分别对硅质页岩粉碎物、沸石和硅藻土,表示气温25°C下吸湿率相对于相对湿度的图表。相对湿度为每24小时在90%和50%之间反复变化。如果将湿度90%的吸湿率和湿度50%的吸湿率之差设为调湿功能,则硅质页岩的调湿功能为17wt%,与沸石的3wt%和硅藻土的5wt%相比,可以说具有卓越的调湿功能。
图15示出分别对硅质页岩粉碎物、沸石、和硅藻土,气温25°C下的吸放湿变化的图表。本图表表示各试样在相对湿度90%的条件下的吸湿过程中的吸湿率的经时变化、该试样在相对湿度50%的条件下的放湿过程中的吸湿率的经时变化。可知硅质页岩在高湿度的条件下迅速地吸湿,该吸湿的水分在低湿度的条件下迅速地放湿,改善室内的湿度环境。
(4-2)除臭功能
作为本使用新型的功能性建材的原料而使用的硅质页岩,由硅、铝、铁、钛等的氧化物凝聚体粒子形成,由于在硅胶基质中导入上述过渡金属元素,因此构成具有固体酸性的表面构造,体现除臭功能。
将硅质页岩用锤碎机粉碎为粒径1mm以下,由粉碎试样的X射线衍射图案,确认了表示蛋白石矽石、石英和长石存在的峰。得到的X射线衍射图表示于图16。试样的硅质页岩,主要构成元素包含85.0wt%左右的SiO2、9.2wt%左右的Al2O3、1.9wt%左右的Fe2O3、1.5wt%左右的K2O、1.0wt%左右的MgO、0.7wt%左右的Na2O,以及包含微量的钛、钙、磷化合物等。
氨除臭试验如下这样进行。在容量3L的四面体纸板盒中以100ppm的浓度封入氨气,向其中投入实施例1中制造的功能性建材片,用检测管计量氨浓度,确认经时变化。功能性建材片为制成5cm×6cm的、将除主要面之外的5面用铝带密封而得到的物质。试验开始时气温为25°C,中途使气温上升为40°C。这是由于通过使温度上升来观测氨是否脱离。图17示出试验结果的图表。
测定的结果示出仅10分钟便除去85%的氨、60分钟后除去大概100%的氨的优异除臭能力。此外,可知即使是温度上升到40°C,也不发生氨的脱离现象。
(4-2)甲醛和乙醛的吸附
硅质页岩是多孔矿物。通过微孔带来的物理吸附力(范德华力)进行吸引,将作为化学物质的甲醛和乙醛捕捉到微孔内。
甲醛的吸附试验如以下进行。在容量3L的四面体纸板盒中以20ppm的浓度封入甲醛气体,向其中投入实施例1中制作的功能性建材片,使用检测管计量甲醛浓度,确认经时变化。功能性建材片为制成5cm×6cm的,将除主要面之外的5面用铝带密封而得到的物质。试验开始时气温为25°C,中途使气温上升为40°C。图18示出试验结果的图表。
关于甲醛,可以确认在25°C下,吸附速度降低。然后,使气温上升到40°C后,虽然一度脱离吸附,但通过再次吸附,使浓度得以降低。
接着,用与上述甲醛的试验同样的手法进行乙醛的吸附试验。图19示出试验结果的图表。关于乙醛,可以确认在25°C下,吸附浓度降低。此外,在乙醛的情况下,可以确认之后即使将温度升高到40°C也不会脱离。
(5)实用新型的效果
本实用新型的功能性建材,在作为主成分的硅质页岩中形成多个连续气孔,进而,半径20~的微孔占总体的70%以上,因此显示高的调湿功能和碱性气体的除臭功能、甲醛和乙醛的吸附效果。因此,通过将本实用新型的功能性建材在建筑物内部的墙面等施工或者安放,室内被调湿,且难闻气温、令人不快的气体被减少,创造出舒适的空气环境。
此外,通常作为具有连续气孔的材料的问题,可以列举出,其未保证作为建筑建材的必要强度,但是硅质页岩为天然的无机矿物,因此可以容易地得到必要强度。此外,即使直到900°C左右的温度,也未证实其构造变化,所以即使进行煅烧也可抑制对连续气孔和微孔形状的破坏,因此,可实现优异的耐火性能。因此,本实用新型的功能性建材,可以在广泛的用途中使用。
此外,通过硅质页岩的构造内的同型置换,在表面构造上具有很多固体酸点,因此氨等的碱性气体的除臭功能也优异。
此外,本实用新型的功能性建材具有高的比表面积,因此可以有效地与室内的空气和可吸附气体、碱性气体和甲醛和乙醛接触并使其吸附。
此外,本实用新型的功能性建材,按照湿度的变化,吸放湿的调湿功能卓越。尤其是,在相对湿度为50%以上时,湿度越是升高则吸湿量增加,吸湿的水分随湿度的降低迅速地放湿。
此外,本实用新型的功能性建材由于是多孔的,所以不仅可以防止结露和与其相伴的霉和螨的产生,也可以期待吸音性、绝热性等的效果。
进而,本实用新型的进行了煅烧加工的功能性建材,由于是陶瓷,所以耐火性、不燃性、耐腐蚀性、耐害虫性、耐水性等的耐久性优异,所以与资源的节俭有关,对环境保全有贡献。
Claims (9)
2.一种经煅烧加工而成的功能性建材,其特征在于,
具有形成多个连续气孔的构造,所述连续气孔中,半径的微孔占总微孔容量的70%以上。
3.如权利要求1或2所述的功能性建材,其特征在于,
所述功能性建材形成为块状或板状。
4.如权利要求3所述的功能性建材,其特征在于,
至少部分表面的截面形状为波形或凹凸形状。
5.如权利要求3所述的功能性建材,其特征在于,
形成有相互平行的多个贯通孔。
9.一种瓷砖,其特征在于,
具有形成多个连续气孔的构造,所述连续气孔中,半径的微孔占总微孔容量的35%以上。
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