JP2002321988A - セラミックス発泡体及びその製造方法 - Google Patents

セラミックス発泡体及びその製造方法

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千尋 酒井
Kunihiro Nomiyama
邦洋 野見山
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隆 若宮
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラグガラスと粘土とを混合し、得られた混
合物を成形及び焼成してなるセラミックス発泡体におい
て、用いる粘土の組成や鉱物構成、成形方法を最適化す
ることにより、発泡性能（発泡量、吸音特性、断熱特
性、気孔率や密度など）を高く維持した上で、２．５倍
以上、好ましくは３．０倍以上といった高い発泡倍率を
安定に得る。 【解決手段】 スラグガラスと粘土とを混合し、得られ
た混合物を成形及び焼成して得られるセラミックス発泡
体。粘土として、ＳｉＯ２成分含有量が７０重量％以
下、Ａｌ２Ｏ３成分含有量が１７重量％以上であり、該
粘土のノルム計算に基いたカオリナイトの含有量が１６
重量％以上で石英の含有量が３７重量％以下のものを用
いる。厚み１５ｍｍ以上の押出成形体を焼成して、厚み
方向の発泡倍率２．０倍以上、体積発泡倍率２．５倍以
上で発泡させることにより、厚み３０ｍｍ以上のセラミ
ックス発泡体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、下水汚泥や都市ゴ
ミ或いは産業廃棄物の焼却で多量に発生する焼却灰（以
下「ゴミ焼却灰」と称す）を溶融ガラス化して得られる
無定型ガラス系材料、或いは高炉スラグや鋳物スラグ及
び鋳鉄スラグや非鉄金属スラグなどの金属精錬ないしは
金属溶融時に発生するガラス質のスラグの１種又は２種
以上を組み合わせた無定型ガラス系材料（以下「スラグ
ガラス」と称す）を有効利用して製造されるセラミック
ス発泡体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ゴミ焼却灰は国内の多くの都市で大量に
発生しており、このうちの一部は溶融処理によりガラス
化して道路舗装用の路盤材等に利用されているが、その
殆どは地中への埋設などで処分されている。このため、
近年、処分地の不足からゴミ焼却灰そのものの減容化が
望まれている。また、限られた資源の有効利用や再利
用、或いは環境汚染の防止のためにも、これらのゴミ焼
却灰の絶対量を低減させることが必要である。
【０００３】一方、金属精錬や金属溶融時において大量
に発生するガラス質のスラグも、現在は焼却灰スラグと
同様に、埋め立てや産業廃棄物として処分されているの
みであり、その減容化やリサイクルによる汚染の低減
化、資源の有効利用などに関しては、未だ解決には至っ
ていない。
【０００４】従来、ゴミ焼却灰については、その再利用
のために、ゴミ焼却灰を溶融してスラグガラス化するこ
とが進められ、特に還元溶融で製造されたスラグガラス
の粉砕物と粘土及び必要に応じて発泡を促進させる添加
剤を混合し、更に水を添加混練して得られた混練物を成
形、焼成することにより、防音材料或いは断熱材料や緑
化材料などとして有効利用が可能なセラミックス発泡体
を製造する試みがなされ、より高機能な製品の開発、リ
サイクル性の向上のための研究が行われている。特に吸
音特性や防音特性などに優れたセラミックス発泡体を開
発するために、その発泡倍率の最適化を目指して、炭酸
ナトリウムや硼酸などの添加剤の配合でスラグガラス粘
度を低下させることによって、発泡倍率を２．０倍以上
に高めることも行われている。
【０００５】このようにスラグガラスと粘土とを混合し
て焼成することにより、セラミックス発泡体を得る場合
の発泡反応機構としては、以下のように代表的な３通り
の機構が考えられている。
【０００６】一般的に、下水汚泥やゴミ焼却灰等を溶融
して製造したスラグガラスには、スラグそのものが還元
状態での溶解で製造されるために、製造されたガラス内
部に酸化鉄（ＦｅＯに近いもの）からなる微小な粒子
や、炭素或いは炭素と化合した金属化合物などが多く含
まれている。また、このようなスラグガラスの製造過程
では、通常のガラス溶解の場合のような清澄や徐冷の工
程を経ていないので、ガラス中には多量の溶存ガスが含
まれる。
【０００７】発泡のメカニズムの１つとしては、次のよ
うなことが考えられている。即ち、このように酸化鉄の
微小な粒子を多く含むスラグガラスを加熱すると、高温
状態で２ＦｅＯ→２Ｆｅ＋Ｏ２の反応が促進され（Ｆｅ
は更に高温になるとガラス中に溶け込んでしまう）、溶
融されたスラグガラス内部の微小な酸化鉄粒子の周囲に
酸素ガスからなる気泡が多く形成される。これらの気泡
は、８００℃以上の高温領域では溶融されたガラスの粘
度の低下に伴って急速に拡大して発泡体を形成する。
【０００８】また、発泡反応の別の可能性としては、８
００℃以上の高温状態では、ガラス自身の粘度の低下に
伴って軟化が急速に促進され、スラグガラス中に多量に
含まれる溶存ガスが気泡として発生して、９００℃以上
ではそれらが泡となって大きく成長してくることが考え
られる。
【０００９】さらに最近の研究では、還元状態で溶融製
造されたスラグガラスに含まれる鉄成分の大部分は、炭
素と化合した炭化鉄（Ｆｅ３Ｃ）であり、その含有量の
違いによって、発生する流体成分（この場合は大部分が
炭酸ガスＣＯ２である）の量に変化が生じて発泡性能に
大きく影響する、という報告もされている。
【００１０】以上の、いずれの発泡の機構を経ても、８
００℃以上の高温ではスラグガラスと粘土との混練物の
軟化が始まり、温度の上昇に伴って粘度は急速に低下す
るため、これらの気泡の大きさはガラスの粘度の低下に
伴って急速に増大する。そして、９００〜１０５０℃の
温度範囲に達すると、ガラスの粘度が急激に低下するの
で、気泡が拡大して成長し、更にそれらが連続して連通
気泡を形成して空間となる。
【００１１】ところで、発泡体の形態を保つためには、
このようにして形成される連続気泡を維持するための骨
格（ネットワーク）の形成が必要であり、それらは粘土
鉱物とスラグガラスとの反応過程で形成される。
【００１２】即ち、混合された粘土に含まれる含水鉱物
のカオリナイト（またはカオリン）は６００℃付近で脱
水反応によって無水鉱物のメタカオリンを形成し、更に
９００℃以上の高温条件下では、スラグガラス相と反応
して珪灰石（ＣａＳｉＯ３）や準長石（ＣａＡｌＳｉ２
Ｏ７）、或いはスラグガラスの組成がＳｉＯ２に富む場
合には灰長石（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）などの結晶相を
形成する。
【００１３】これらの結晶相は、連続した気泡の壁面に
集まり、更に３次元的なネットワーク構造を形成する
が、これらの骨格が最終的な焼成品（即ち、セラミック
ス発泡体）の強度を保ち、製品に機能を付加している。
【００１４】そして、この段階に到って、連続した泡が
等しい粒径分布で存在する発泡体が形成される。
【００１５】このようなセラミックス発泡体の製造にお
いては、発泡量のより安定した発泡材料を得るために、
スラグガラスの粉砕物と粘土を混合し、これに水を添加
して混練、成形後に焼成するにあたり、原料中に更にア
ルカリ成分（通常は炭酸ナトリウム）又はボロン系添加
剤（通常は硼酸など）を適量添加混合することによっ
て、発泡量を制御したり、向上させたりすることによっ
て、所望のセラミックス発泡体とすることが検討されて
いる。
【００１６】また、加熱発泡性の高いスラグガラスを用
いて製造されるセラミックス発泡体について、プレス成
形法を用いて厚み３０ｍｍ以上の製品を得ようとするた
めには、成形体において２５ｍｍ以上の厚さが必要であ
る。このような厚いプレス成形品は、乾燥時の含水率の
バラツキなどによるクラックの発生や、焼成時に均一な
熱履歴を与えるための焼成条件の調整が困難であるとい
った問題点が残されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックス発泡体の原料として用いられるスラグガラスは、
下水汚泥や都市ゴミを焼却して得られるゴミ焼却灰を溶
融ガラス化したもの、或いは金属精錬や金属溶融で形成
されるものであり、金属物質も多く含まれるために、そ
れ自体、黒色から褐色系に着色したものが多く、このよ
うなスラグガラスを主原料として製造された発泡材料で
は、製品の性能を左右する発泡倍率に大きな差が生じ
る。スラグガラスのなかでも、高炉スラグや鋳物スラグ
及び鋳鉄スラグや非鉄金属スラグなど金属精錬或いは金
属溶融時に発生するスラグガラス等は、比較的組成が安
定しているが、ゴミ焼却灰や下水汚泥或いは産業廃棄物
の焼却灰を溶融したスラグガラスは組成的にも大きくば
らつくため、安定した発泡量を得ることが困難である。
【００１８】所望の物性のセラミックス発泡体を安定に
得るためには、組成や熱履歴の安定したスラグガラスを
用いることだけでなく、混練する粘土においても最適な
品種を用いることが必要となる。
【００１９】現在、スラグガラスに関しては、セラミッ
クス発泡体の製造に最適な製造方法、組成、或いは溶存
ガス成分などの調査を行い、セラミックス発泡体として
の最適な品質の範囲を見極めつつある。
【００２０】しかしながら、スラグガラスと共に用いる
粘土に関しては、原料として用いるスラグガラスとの相
性、混練時の可塑性の影響、或いは加熱における反応へ
の寄与とセラミックス発泡体としての最適化などが依然
として解明されていないのが現状である。
【００２１】また、成形厚みを薄くして３０ｍｍ以上の
厚いセラミックス発泡体を得る技術も確立されていなか
った。
【００２２】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、スラグガラスと粘土とを混合し、得られ
た混合物を成形及び焼成して得られるセラミックス発泡
体において、用いる粘土の組成や鉱物構成及び成形方法
を最適化することにより、発泡性能（発泡量、吸音特
性、断熱特性、気孔率や密度など）を高く維持した上
で、２．５倍以上、好ましくは３．０倍以上といった高
い発泡倍率で、かつ厚み３０ｍｍ以上のセラミックス発
泡体を安定に得ることができるセラミックス発泡体及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス発
泡体は、スラグガラスと粘土とを混合し、得られた混合
物を成形及び焼成して得られるセラミックス発泡体にお
いて、粘土として、ＳｉＯ２成分含有量が７０重量％以
下、Ａｌ２Ｏ３成分含有量が１６重量％以上であり、該
粘土のノルム計算に基いたカオリナイトの含有量が１６
重量％以上で石英の含有量が３７重量％以下のものを用
いたことを特徴とする。
【００２４】なお、以下において、粘土の構成鉱物のノ
ルム計算に基いた含有量を「ノルム値」と称す。また、
本発明でいう「発泡倍率」とは、焼成前の成形体の体積
に対する焼成後の発泡体の体積の倍率を指す。
【００２５】ＳｉＯ２成分含有量が７０重量％以下、Ａ
ｌ２Ｏ３成分含有量が１６重量％以上であり、カオリナ
イトのノルム値が１６重量％以上で石英のノルム値が３
７重量以下％である粘土を用いることにより、発泡性能
（発泡量、吸音特性、断熱特性、気孔率や密度など）を
高く維持した上で、２．５倍以上という高い発泡倍率を
安定に得ることができる。
【００２６】特に、ＳｉＯ２成分含有量が５２重量％以
下、Ａｌ２Ｏ３成分含有量が３１重量％以上で、カオリ
ナイトのノルム値が７３重量％以上で石英のノルム値が
８重量％以下の粘土であれば、３．０倍以上の高い発泡
倍率を安定に得ることができる。
【００２７】本発明で用いる粘土は、アルカリ成分であ
るＮａ２Ｏ成分を殆ど含有せず、Ｎａ２Ｏ成分含有量が
１．０重量％以下であることが好ましい。
【００２８】本発明で用いるスラグガラスとしては、都
市ゴミ、下水汚泥又は産業廃棄物などの焼却灰を溶融し
てガラス化させた無定形ガラス系材料、高炉スラグ、鋳
物スラグ、又は鋳鉄スラグや非鉄金属スラグなど金属精
錬ないし金属溶融時に発生するガラス質のスラグよりな
る群から選ばれる１種又は２種以上の混合物が挙げられ
る。
【００２９】このスラグガラスの粒径は１５００μｍ以
下、平均粒径４００〜８００μｍであり、前記混合物中
のスラグガラスの割合は５０重量％以上、特に６０〜９
０重量％であることが好ましい。
【００３０】本発明で用いる成形方法は、押出成形法が
好ましく、押出成形後に圧延工程を介しても良い。押出
成形での厚み、または圧延工程後の成形体の厚みは１５
ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３１】本発明のセラミックス発泡体は、比重０．
４〜０．８で、気孔率が６０〜９５％であることが好ま
しく、このような発泡材料は、防音ないし吸音材料、断
熱材料、緑化補助材料、透水板、保水板、軽量骨材又は
フィルター用発泡材料等として幅広い分野に有効に適用
可能である。
【００３２】本発明のセラミックス発泡体の製造方法
は、スラグガラスと粘土とを混合し、得られた混合物を
成形した後焼成してセラミックス発泡体を製造する方法
において、粘土として、ＳｉＯ２成分含有量が７０重量
％以下、Ａｌ２Ｏ３成分含有量が１６重量％以上であ
り、該粘土のノルム計算に基いたカオリナイトの含有量
が１６重量％以上で石英の含有量が３７重量％以下、特
に、ＳｉＯ２成分含有量が５２重量％以下、Ａｌ２Ｏ３
成分含有量が３１重量％以上で、カオリナイトのノルム
値が７３重量％以上で石英のノルム値が８重量％以下の
ものを用い、該混合物を押出成形或いは押出成形後の圧
延工程を経て厚み１５ｍｍ以上の成形体を得、この成形
体を焼成して、厚み方向の発泡倍率２．０倍以上、体積
発泡倍率２．５倍以上で発泡させることにより、厚み３
０ｍｍ以上のセラミックス発泡体を製造することを特徴
とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、本
発明のセラミックス発泡体の製造手順に従って詳細に説
明するが、以下の製造方法は本発明のセラミックス発泡
体の製造方法の一例であって、本発明のセラミックス発
泡体は、何ら以下の製造方法により製造されたものに限
定されるものではない。
【００３４】本発明のセラミックス発泡体を製造するに
は、まず、スラグガラスを粉砕し、スラグガラスの粉砕
物（以下、単に「スラグガラス」と称す。）と粘土とを
混合する。
【００３５】本発明において用いるスラグガラスは、都
市ゴミ、下水汚泥又は産業廃棄物などの焼却灰を溶融し
てガラス化させた無定形ガラス系材料、高炉スラグ、鋳
物スラグ、又は鋳鉄スラグや非鉄金属スラグなど金属精
錬ないし金属溶融時に発生するガラス質のスラグよりな
る群から選ばれる１種又は２種以上の混合物である。
【００３６】ただし、焼却灰から製造されたスラグガラ
スには不発泡もしくは発泡性が著しく劣るものも含まれ
るので、成分分析や予備試験を行いながら最適なスラグ
ガラスを選択することが重要である。
【００３７】このスラグガラスは粒径１５００μｍ以下
に粉砕して使用される。スラグガラスの粉砕粒径が大き
過ぎると混合作業性が悪く、発泡原料の均一混合物を得
ることが困難となる。
【００３８】スラグガラスは、特に、粒径５００μｍ以
下の微粉を含むものであることが好ましく、その平均粒
径は４００〜８００μｍであることが好ましい。
【００３９】一方、粘土としては、２．５倍以上３．０
倍未満の発泡倍率を得る場合には、ＳｉＯ２成分含有量
が７０重量％以下、Ａｌ２Ｏ３成分含有量が１６重量％
以上で、カオリナイトのノルム値が１６重量％以上、石
英のノルム値が３７重量％以下のものを用いる。上記組
成及び構成鉱物範囲を外れると、所望の発泡倍率を得る
ことができない。
【００４０】２．５倍以上３．０倍未満の発泡倍率を得
る場合、特に粘土のＳｉＯ２成分含有量は５２．３〜６
９．７重量％、Ａｌ２Ｏ３成分含有量は１６．７〜３
０．１重量％、カオリナイトのノルム値が１６．３〜７
０．６重量％、石英のノルム値が１２．９〜３６．９重
量％であることが、発泡倍率の安定化、粘土の入手のし
易さ、調合の容易さ、成形時の可塑性の確保等の面で好
ましい。
【００４１】また、３．０倍以上の発泡倍率を得る場合
には、ＳｉＯ２成分含有量が５２重量％以下、Ａｌ２Ｏ
３成分含有量が３１重量％以上で、カオリナイトのノル
ム値が７３重量％以上、石英のノルム値が８重量％以下
のものを用いることが好ましい。上記組成及び構成鉱物
範囲を外れると、所望の発泡倍率を得ることができな
い。
【００４２】３．０倍以上、好ましくは３．５倍以上の
発泡倍率を得る場合、特に粘土のＳｉＯ２成分含有量は
４４．３〜５１．１重量％、Ａｌ２Ｏ３成分含有量は３
１．９〜３９．４重量％、カオリナイトのノルム値が７
３．１〜９２．１重量％、石英のノルム値が０〜８．０
重量％であることが、発泡倍率の安定化、粘土の入手の
し易さ、調合の容易さ、成形時の可塑性の確保等の面で
好ましい。
【００４３】なお、粘土組成において、特にアルカリ成
分のＮａ２Ｏの含有量が多いとスラグガラスと粘土との
反応物の粘度が著しく低くなり、発泡した泡が上昇して
大気中に放出される速度が速く、連続気孔を作り難いた
め、少ない方が好ましく、１．０重量％以下、特に０．
５４重量％以下であることが好ましい。
【００４４】また、粘土組成の他の成分の含有量は、本
発明の効果（高い発泡倍率の安定化）に大きな影響を及
ぼすものではないが、ＴｉＯ２成分含有量は０．１〜
１．３重量％、Ｆｅ２Ｏ３成分含有量は０．７〜２．０
重量％、ＣａＯ成分含有量は０．２〜１．８重量％、Ｍ
ｇＯ成分含有量は０．２〜０．４重量％、Ｋ２Ｏ成分含
有量は０．６〜１．７重量％であることが好ましい。
【００４５】本発明で用いる粘土は、組成や鉱物構成が
上記好適範囲のものであればよく、市販の粘土（木節、
粘土、カオリンなど）の１種又は２種以上を用いること
により、容易に調製することができる。
【００４６】なお、用いる粘土が、カオリナイトのノル
ム値が９０重量％以上であるか、Ａｌ２Ｏ３成分含有量
が３５重量％以上である場合には、粘土自身の可塑性が
低減して成形性が損なわれるため、この場合には、モン
モリロナイトや緑泥石などの鉱物相を含むベントナイト
などの可塑性の高い粘土（品種や品質は問わない）の１
種又は２種以上を、粘土の全重量に対して、５０重量％
以下の割合で添加しても良い。
【００４７】本発明において、スラグガラスと粘土との
混合割合は、スラグガラス及び粘土を混合してなる原料
混合物中のスラグガラスの割合が５０重量％以上、特に
６０〜９０重量％程度とするのが好ましい。スラグガラ
スの割合が過度に多いと、セラミックス発泡体に必要な
強度を得ることができず、少ないと発泡量の大きなセラ
ミックス発泡体は得られない。なお、粘土の混合割合は
上記範囲内において、得られるセラミックス発泡体の特
性に大きな影響を及ぼすことはない。
【００４８】本発明においては、必要に応じて発泡倍率
の向上、発泡量の安定化を図るために、更にアルカリ成
分やボロン系添加剤等の発泡助剤を原料混合物中に添加
しても良い。
【００４９】この場合、アルカリ成分としては、ナトリ
ウムを含む化合物、好ましくは炭酸ナトリウム、実用的
にはソーダ灰が挙げられる。また、ボロン系添加剤とし
ては、硼酸、硼砂、コレマナイト等があるが、好ましく
は硼酸が挙げられる。
【００５０】これらのアルカリ成分やボロン系添加剤等
の発泡助剤の添加量は、多過ぎると焼成後にセラミック
ス発泡体の周囲に発泡助剤の析出を生じ、また、相対的
に粘土添加量を減らすこととなりセラミックス発泡体に
必要な強度を得ることが困難となる。逆に、少ないと、
発泡倍率の向上、発泡量の安定化の効果が十分に得られ
ない。従って、アルカリ成分やボロン系添加剤等の発泡
助剤の添加量はスラグガラスに対して１０重量％以下、
特に３．０〜５．０重量％とするのが好ましい。
【００５１】このようにアルカリ成分やボロン系添加剤
等の発泡助剤を添加することにより、スラグガラスの種
類即ち発泡性の良否にかかわらず、一律の原料配合で同
等の発泡量を得ることができることが特徴であり、従っ
て、発泡助剤の添加量は用いるスラグガラスの種類にか
かわらず、ほぼ一定とすることができる。
【００５２】本発明においては、また、得られるセラミ
ックス発泡体の意匠性等を高めるために、原料混合物に
着色材料を添加して、粘土を着色しても良い。
【００５３】用いる着色材料としては特に制限はなく、
市販の化粧土、練込用絵具、色化粧泥、その他の顔料な
ど、後述の温度条件の焼成の過程の後に得られるセラミ
ックス発泡体に着色することが可能な全ての品種の着色
材料が挙げられ、これらは１種を単独で、或いは２種以
上を混合して用いることができる。
【００５４】このような着色材料の添加量は、多過ぎる
とコストの増加と発色性において鮮やかさが減少する。
また、相対的に粘土添加量を減らすこととなり得られる
セラミックス発泡体に必要な強度を得ることが困難とな
る。逆に、着色材料の添加量が少ないと、十分な着色効
果が得られない。従って、着色材料は、用いる着色材料
の種類及び所望とする着色の程度によっても異なるが、
スラグガラスに対して１．０〜１０．０重量％、特に
３．０〜５．０重量％の範囲で添加するのが好ましい。
【００５５】スラグガラス及び粘土と、更に必要に応じ
てアルカリ成分及び／又はボロン系添加剤等の発泡助剤
や着色材料を混合した後は、これに水を添加して混練す
る。この水の添加量は、一般に、スラグガラス及び粘土
等の原料混合物に対して１０．０〜２０．０重量％程度
とされる。
【００５６】次いで、この混練物を押出機で押出成形し
た後、焼成炉に入れて焼成する。この成形に当り、成形
時の形状、寸法、圧力等は発泡性には大きく影響しない
ため、任意の条件を採用することができる。セラミック
ス発泡体としての厚みが３０ｍｍ未満の場合には、押出
成形法だけでなくプレス成形法など任意の成形法を用い
ても支障はない。
【００５７】厚み３０ｍｍ以上のセラミックス発泡体を
製造する場合には、押出成形を採用する。押出成形であ
れば、成形時に粘土が押出方向に２次元的に配向し、こ
れにより粘土鉱物の配向依存性が高くなることにより厚
み方向の発泡倍率が増大し、厚み３０ｍｍ以上の肉厚品
の製造も可能となる。この場合、押出成形により、或い
は押出成形後圧延工程を経て厚み１５ｍｍ以上好ましく
は１５〜２５ｍｍの成形体を得、これを焼成により厚み
方向の発泡倍率２．０倍以上好ましくは２．０〜３．０
倍、体積発泡倍率２．５倍以上好ましくは２．５〜４．
０倍で発泡させて、厚み３０ｍｍ以上好ましくは３０〜
６０ｍｍのセラミックス発泡体を製造するのが好まし
い。
【００５８】また、焼成条件としては、昇温速度はガラ
スの軟化を進行させ、同時に起こる発泡を促進させる観
点から、遅い方が好ましく、用いたスラグガラスの組成
や生産効率を考慮して決定されるが、通常の場合４０℃
／分以下、特に１０〜２０℃／分が好ましく、さらに発
泡性の促進には数１００℃以上の温度領域で２℃／分程
度の昇温速度が適している。また、最高焼成温度は用い
たスラグガラスの組成によっても異なるが、９００〜１
１００℃、特に９００℃以上１０００℃未満の範囲とす
るのが好ましい。この温度が９００℃未満では十分に発
泡が進行せず、１１００℃を超えると高温酸化が起こり
褐色に変化することと、セラミックス発泡体自身の軟化
が始まる。また、焼成後の冷却割れを防止するために急
冷却とならないように降温速度５〜５０℃／分程度で焼
成後の冷却を行うのが好ましい。なお、使用する焼成炉
は、上記のような焼成条件での焼成が可能なものであれ
ば良く、その型式には特に制限はない。また、加熱方式
も電気、ガスのいずれでも良い。
【００５９】このようにして得られる本発明のセラミッ
クス発泡体は、その比重が０．４〜０．８で、気孔率が
６０〜９５％であることが好ましい。比重が０．８を超
えたり、気孔率が６０％未満であると、各種用途に必要
な十分な気孔率を確保し得ず、また、重量も重くなる。
比重が０．４未満であったり、気孔率が９５％を超えた
りすると、セラミックス発泡体の強度が不足し、好まし
くない。
【００６０】また、本発明のセラミックス発泡体の開気
孔率（気孔のうちの開気孔の割合）が少な過ぎると、各
種用途に有効な開気孔を十分に確保し得ないため、セラ
ミックス発泡体の開気孔率は５０％以上であることが好
ましい。開気孔率はセラミックス発泡体の比重、その他
の物性との関係から特に７０〜１００％であることが好
ましい。
【００６１】このようにして得られる本発明のセラミッ
クス発泡体は、その多孔質性及び厚みを利用して各種産
業、道路、住宅用の防音ないし吸音材料、断熱材料、緑
化材料（道路や鉄道斜面などの吸音効果を持つ斜面緑化
材、住宅又は非住宅用の屋上若しくは庭園緑化材）、透
水板、保水板、或いはフィルターや軽量骨材として幅広
い分野に有効に適用することができる。
【００６２】本発明では、用いるスラグガラスの粒度分
布の調整や、原料混合物の割合や混練方法、焼成温度や
昇温速度の制御や最適化などにより、気泡の大きさや状
態を任意に調整することができ、これにより、用途に適
した特性を有するセラミックス発泡体を得ることができ
る。例えば、昇温速度が遅い場合には、連続した気泡と
なるので、吸音材料に最適なセラミックス発泡体が得ら
れ、昇温速度を速くすると、気泡は独立した組織となる
ので、断熱材などの用途に適したセラミックス発泡体と
することができる。
【００６３】本発明のセラミックス発泡体は、ファイバ
ー製の吸音材や断熱材と比較して自立性があるため、そ
のまま製品として用いることができるが、必要に応じて
コンクリート或いは金枠などと組み合わせて複合部材と
して製品化することも可能である。
【００６４】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
【００６５】実施例１〜６ 都市ゴミの焼却灰の還元溶融によって製造供給されたス
ラグガラスを粒径１５００μｍ以下、平均粒径６００μ
ｍに粉砕し、スラグガラス７７重量部、表１に示す組成
及び鉱物構成の粘土２３重量部の割合で混合し、得られ
た混合物に水６重量％を添加して混練し、この混練物を
プレス加工（加圧力３ＭＰａ）により成形した後、焼成
炉にて昇温速度２℃／分、高温焼成温度約９００℃で２
０分保持、降温速度１０℃／分で焼成した。
【００６６】得られたセラミックス発泡体（焼成前の寸
法：２５ｃｍ×１５ｃｍ×約１．５ｃｍ）について、焼
成前後の体積比から求めた発泡倍率を調べ、結果を表１
に示した。
【００６７】
【表１】
【００６８】表１より、発泡倍率３．０倍以上となるよ
うな高い発泡倍率を得るためには、使用する粘土の組成
でＳｉＯ２成分が５２重量％以下であり、Ａｌ２Ｏ３成
分の含有量が３１重量％以上であること、構成鉱物の含
有量に関しては、ノルム計算でカオリナイトの含有量が
７３重量％以上、石英の含有量が８重量％以下であるこ
とが必要であることがわかる。
【００６９】実施例７〜１１ 粘土として表２に示す組成及び鉱物構成のものを用いた
こと以外は実施例１と同様にしてセラミックス発泡体を
製造し、同様に発泡倍率を調べ、結果を表２に示した。
【００７０】
【表２】
【００７１】表２より、焼成体の発泡倍率が２．５倍以
上で３．０倍未満となるような発泡倍率を得るために
は、使用する粘土の組成でＳｉＯ２成分が７０重量％以
下であり、Ａｌ２Ｏ３成分の含有量が１６重量％以上で
あること、構成鉱物の含有量に関しては、粘土のノルム
計算でカオリナイトの含有量が１６重量％以上で、石英
の含有量が３７重量％以下であることが必要であること
がわかる。
【００７２】比較例１，２ 粘土として表３に示す組成及び鉱物構成のものを用いた
こと以外は実施例１と同様にしてセラミックス発泡体を
製造し、同様に発泡倍率を調べ、結果を表３に示した。
【００７３】
【表３】
【００７４】表３より、次のことが明らかである。即
ち、比較例１，２で用いた粘土の組成はＳｉＯ２成分に
ついては、表２の実施例７とほぼ同様のものもあるが、
Ａｌ２Ｏ３成分は１３．８重量％以下と低い値である。
また、構成鉱物に関してはノルム計算で石英の含有量は
３７．５重量％以上であるのに対し、カオリナイトの含
有量は５．６重量％以下と非常に少ない。
【００７５】この結果から、組成的には構成成分の一部
が発泡倍率が２．５以上のセラミックス発泡体で用いた
粘土と同じ範囲であるものでも、構成鉱物中のカオリナ
イトが５．６重量％以下と少ない場合には、発泡倍率は
著しく低下して、２．５倍未満となることがわかる。
【００７６】実施例１２，１３ 実施例１の混練物を押出成形（実施例１２）及びプレス
成形（加圧力３ＭＰａ）（実施例１３）して表４に示す
厚みの成形体を得、この成形体を実施例１と同様の条件
で焼成して表４に示す厚みのセラミックス発泡体を得
た。このセラミックス発泡体について実施例１と同様に
して行った寸法測定から発泡倍率を調べ、結果を表４に
示した。
【００７７】
【表４】
【００７８】表４より、同一原料及び焼成条件を用いて
も、成形方法が押出成形法であると、同一厚みの成形体
から厚さ３０ｍｍ以上の発泡体に発泡させることができ
ることがわかる。
【００７９】押出成形品、プレス成形品について、厚み
方向での上下面について粘土鉱物の配向性を粉末Ｘ線回
折によって調査したところ、押出成形品では厚み方向の
上下の面内で粘土鉱物（カオリナイト）の（００１）面
の配向がプレス成形品より強いことが確認された。
【００８０】この結果から、押出成形によれば厚み３０
ｍｍ以上の発泡体を得ることができる理由は、押出成形
法であれば粘土が押出成形時の流れに沿って配向して２
次元配向的となるため、粘土鉱物の配合依存性をうけ厚
み方向の発泡倍率が高くなることによるものと推定され
る。
【００８１】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ス
ラグガラスと粘土とを混合し、得られた混合物を成形及
び焼成してなるセラミックス発泡体において、用いる粘
土の組成や鉱物構成、成形方法を最適化することによ
り、発泡性能（発泡量、吸音特性、断熱特性、気孔率や
密度など）を高く維持した上で、厚み３０ｍｍ以上でか
つ２．５倍以上、好ましくは３．０倍以上といった高い
発泡倍率を安定に得ることができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０４Ｃ 2/04 Ｅ０４Ｃ 2/04 Ｆ (72)発明者 若宮 隆 大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 2E162 CA25 FA00 4D019 BA05 BB07 BD01 CB06 4G019 FA01 FA02 FA12 GA01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スラグガラスと粘土とを混合し、得られ
    た混合物を成形及び焼成して得られるセラミックス発泡
    体において、 粘土として、ＳｉＯ２成分含有量が７０重量％以下、Ａ
    ｌ２Ｏ３成分含有量が１６重量％以上であり、該粘土の
    ノルム計算に基いたカオリナイトの含有量が１６重量％
    以上で石英の含有量が３７重量％以下のものを用いたこ
    とを特徴とするセラミックス発泡体。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記混合物をプレス
    成形又は押出成形した後焼成してなり、該焼成による発
    泡倍率が２．５倍以上であることを特徴とするセラミッ
    クス発泡体。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２において、該粘土のＮａ
    ２Ｏ成分含有量が１．０重量％以下であることを特徴と
    するセラミックス発泡体。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
    て、該粘土のＳｉＯ ２成分含有量が５２重量％以下で、
    Ａｌ２Ｏ３成分含有量が３１重量％以上であり、該粘土
    のノルム計算に基いたカオリナイト鉱物の含有量が７３
    重量％以上で石英の含有量が８重量％以下であることを
    特徴とするセラミックス発泡体。
  5. 【請求項５】 請求項４において、前記混合物をプレス
    成形又は押出成形した後焼成しており、該焼成による発
    泡倍率が３．０倍以上であることを特徴とするセラミッ
    クス発泡体。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項におい
    て、該スラグガラスは、都市ゴミ、下水汚泥又は産業廃
    棄物などの焼却灰を溶融してガラス化させた無定形ガラ
    ス系材料、高炉スラグ、鋳物スラグ、又は鋳鉄スラグや
    非鉄金属スラグなど金属精錬ないし金属溶融時に発生す
    るガラス質のスラグよりなる群から選ばれる１種又は２
    種以上の混合物であることを特徴とするセラミックス発
    泡体。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項におい
    て、該スラグガラスの粒径が１５００μｍ以下であり、
    前記混合物中のスラグガラスの割合が５０重量％以上で
    あることを特徴とするセラミックス発泡体。
  8. 【請求項８】 請求項７において、該スラグガラスの平
    均粒径が４００〜８００μｍであり、前記混合物中のス
    ラグガラスの割合が６０〜９０重量％であることを特徴
    とするセラミックス発泡体。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれか１項におい
    て、比重が０．４〜０．８で、気孔率が６０〜９５％で
    あることを特徴とするセラミックス発泡体。
  10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれか１項にお
    いて、防音ないし吸音材料、断熱材料、緑化補助材料、
    透水板、保水板、軽量骨材又はフィルター用発泡材料で
    あることを特徴とするセラミックス発泡体。
  11. 【請求項１１】 スラグガラスと粘土とを混合し、得ら
    れた混合物を成形した後焼成してセラミックス発泡体を
    製造する方法において、 粘土として、ＳｉＯ２成分含有量が７０重量％以下、Ａ
    ｌ２Ｏ３成分含有量が１６重量％以上であり、該粘土の
    ノルム計算に基いたカオリナイトの含有量が１６重量％
    以上で石英の含有量が３７重量％以下のものを用い、 該混合物を押出成形或いは押出成形後の圧延工程を経て
    厚み１５ｍｍ以上の成形体を得、 この成形体を焼成して、厚み方向の発泡倍率２．０倍以
    上、体積発泡倍率２．５倍以上で発泡させることによ
    り、厚み３０ｍｍ以上のセラミックス発泡体を製造する
    ことを特徴とするセラミックス発泡体の製造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１において、該粘土のＳｉＯ
    ２成分含有量が５２重量％以下で、Ａｌ２Ｏ３成分含有
    量が３１重量％以上であり、該粘土のノルム計算に基い
    たカオリナイト鉱物の含有量が７３重量％以上で石英の
    含有量が８重量％以下であることを特徴とするセラミッ
    クス発泡体の製造方法。
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