JP2003277159A

JP2003277159A - ケイ酸カルシウム質断熱・保温材及びその製造方法

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Publication number: JP2003277159A
Application number: JP2002078117A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Naito; 博之内藤; Tsuneji Morohoshi; 常志諸星; Toshiyuki Kashiwagi; 俊之柏木; Toshinobu Ichiba; 俊延一場; Hisashi Okuda; 久志奥田; Takayuki Ichino; 隆行市野
Original assignee: NATOO KENKYUSHO KK; Ask Sanshin Engineering Corp
Current assignee: NATOO KENKYUSHO KK; Ask Sanshin Engineering Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP4090017B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ケイ酸カルシウムのリサイ
クル粉末を再生、利用可能な新規なケイ酸カルシウム質
断熱・保温材及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明のケイ酸カルシウム質断熱・保温
材は、示差熱分析において２５０〜３５０℃に吸熱ピー
クを有し、且つ６５０℃での熱収縮率が２．０％以下で
あることを特徴とする。また、該ケイ酸カルシウム質断
熱・保温材は、ケイ酸カルシウム原料粉末に、該ケイ酸
カルシウム原料粉末１００質量部に対して、水を２０〜
４００質量部及び結着剤を２〜４０質量部添加、混合し
て得られた成形加工用混合物を所定の形状に成形し、得
られた成形体を硬化することからなり、前記結着剤がケ
イ酸カルシウム粉体１００質量部に対して、水酸化アル
ミニウムまたはアルミナ水和物を１５〜３５質量部、水
を１００〜４００質量部、アルカリ金属水酸化物を３０
〜５０質量部添加、混合することにより得られた粉末な
いしペースト状の反応生成物であることを特徴として製
造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱・保温材及び
その製造方法に関し、更に詳細には、ケイ酸カルシウム
質断熱・保温材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に断熱材並びに保温材は、熱の出入
りを断って熱の遮蔽や保温を目的に熱を伝え難くする材
料を総称している。本明細書においては、熱を伝え難く
する材料を総称して「断熱・保温材」と略記する。

【０００３】従来、断熱・保温材は、材料が大量の空気
等を包含して嵩密度が小さく軽く、断熱・保温効果を発
揮し、特定の形状を維持することができる強度を有し、
しかも、６５０℃以上の温度にも耐え得る無機質繊維系
素材を原料として成形加工されている。しかも、断熱・
保温材の対象となる部分の多くが鉄やステンレス鋼等で
あることから、対象部分の鉄やステンレス鋼等を腐食さ
せないためにハロゲンイオン（フッ素や塩素）や硫酸根
等の酸根が不在の断熱・保温材が求められていた。

【０００４】このような断熱・保温材の成形加工原料と
しては、石綿やガラス繊維等を中心とする無機質繊維系
素材が有効であり、多用されてきた。しかしながら、石
綿は環境上問題があり、その使用が禁止されている。

【０００５】こうした中で、近年、断熱・保温材の成形
加工原料として、含水ケイ酸カルシウムが主流の方向と
なり、更に、この含水ケイ酸カルシウムに必要に応じて
補強性繊維を数％加えたものが使用されている。含水ケ
イ酸カルシウムを含有してなる成形加工原料から所定形
状の断熱・保温材を成形加工する方法としては、例えば
原料となるケイ酸と、カルシアと、水とを常圧もしくは
加圧下に水熱合成条件下での予備反応させることにより
膨潤したゲル状物質または結晶性物質とした後、所定形
状に成形してオートクレーブ処理することにより含水ケ
イ酸カルシウムの結晶化を促進せしめて成形体とする方
法が挙げられる。

【０００６】また、使用済み保温材の再利用方法とし
て、例えば特開平５−１７１９８号公報には、シリカ保
温材屑単独もしくはシリカ保温材屑と補強繊維を主体と
する原料を半乾式で成形してなることを特徴とする再生
シリカ保温材が開示されている。また、特開平８−１９
８６８８号公報には、１０ｍｍ未満で且つ６０メッシュ
通過分が８５重量％（質量％）以上である粒径を有する
けい酸カルシウム保温材の廃材粉末１０〜９５重量％
（質量％）及び１０ｍｍ以上で且つ再生けい酸カルシウ
ム保温材の厚さの８０％未満の粒径を有するけい酸カル
シウム保温材の廃材塊状体５〜９０重量％（質量％）よ
りなるけい酸カルシウム保温材の廃材混合物１００重量
部（質量部）に対し、結合剤を２〜２０重量部（質量
部）及び補強繊維を０．５〜５重量部（質量部）配合し
てなることを特徴とする再生けい酸カルシウム保温材が
開示されている。更に、特開平９−２０５４６号公報に
は、ロックウール保温材屑を粒径５ｍｍ以下に粉砕した
粉砕物及びケイ酸カルシウム保温材屑を粒径５ｍｍ以下
に粉砕した粉砕物から選ばれる少なくとも一種からなる
骨材２０〜８０重量％（質量％）がアルミナセメントを
団結材として所要の表面状態をもつ板状体に成形されて
いることを特徴とする保温廃材を用いた建築物用内・外
装材が開示されている。また、特許第２９９３３５９号
には、珪酸質原料とカルシウム質原料とを水熱合成して
得られる、水／固体重量比（質量比）が１５以上であ
り、且つ、沈降体積が１５ｃｍ^３／ｇ以上である珪酸カ
ルシウムの水スラリーと、固形珪酸カルシウム廃材とを
混合し、該混合物を脱水成形後、乾燥することを特徴と
する再生珪酸カルシウム保温材の製造方法が開示されて
いる。

【０００７】また、ケイ酸アルカリ系の接着・固化材と
して、変性水ガラス溶液と無機質リン酸塩を組み合わせ
た硬化組成物が、特公昭５３−２４２１２号公報、特公
昭５３−１０９５５８号公報、特公昭５６−６３８７号
公報、特公昭５７−４２５８１号公報に開示されてお
り、また、特公昭５３−２４２０６号公報には、アルカ
リ金属ケイ酸塩に有効な各種リン酸ケイ素の組み合わせ
からなる硬化組成物が開示されている。

【０００８】更に、粉状のアルカリ金属ケイ酸塩をベー
スとした無機結着剤組成物が、特公昭５８−５８３０６
号公報、特公平１−５３２３０号公報、特公平２−１７
９１号公報、特公平２−５６２９９号公報に開示されて
いる。また、特開平１１−２４６２６１号公報には、特
定のリン酸分を配合した水ガラス組成物が開示されてい
る。

【０００９】また、シリカ系素材とナトリウム系素材と
カルシヤ系素材を主成分として構成された水硬性固化
材、及び常温で耐熱性・耐水性の固化体を形成する技術
が、特開平１１−２６３６６１号公報並びに特願２００
０−３５１９３１号、特願２００１−８３８１６号に開
示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】現在、地球環境に対処
せねばならない問題は多く、特に、廃棄物類の単純な排
出・投棄が社会問題化しており、今や、廃棄物類を単に
排出・投棄することは許されない。これらの問題への対
応として、循環型社会の構築に向けて廃棄物類の有効な
再利用を前提とするゼロミッションによる産業活動が、
産業界に課せられた避けられない事業活動として位置付
けられ、求められている。

【００１１】この問題は、断熱・保温材を製造・使用し
ている分野においても同様であり、発電所、製鉄所、化
学工場、その他多くの工場等並びに断熱・保温材の製造
・施工業者においては、一度使用された断熱・保温材を
有効再利用することは必須の課題として取り上げられて
いる。しかし、有効な解決方法は未だ完成されていな
い。しかも、断熱・保温材における有効再利用の技術を
完成させることは、環境問題への対応に留まらず、資源
の有効利用としても効果を発揮する。

【００１２】特に、一度使用された断熱・保温材は、補
強用繊維等が含まれており、また、種々のケイ酸カルシ
ウムが混在し、熱履歴を受けているものもあり、組成も
一定ではない。しかも、廃材から回収される断熱・保温
材から再生品を作製する場合には、断熱・保温材の粉体
を所定形状に成形する時に、比重を大きくせず、必要と
する最少の強度が得られ、且つ被覆する対象金属を腐食
する成分を含有しない結着性バインダーが要求される。

【００１３】従って、本発明の目的は、ケイ酸カルシウ
ムのリサイクル粉末を利用可能な新規なケイ酸カルシウ
ム質断熱・保温材及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１４】即ち、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材は、示差熱分析において２５０〜３５０℃に吸熱
ピークを有し、且つ６５０℃での熱収縮率が２．０％以
下であることを特徴とする。

【００１５】また、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材は、嵩比重が０．１〜１．０の範囲内にあること
を特徴とする。

【００１６】更に、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材の製造方法は、ケイ酸カルシウム原料粉末に、該
ケイ酸カルシウム原料粉末１００質量部に対して、水を
２０〜４００質量部及び結着剤を２〜４０質量部添加、
混合して得られた成形加工用混合物を所定の形状に成形
し、得られた成形体を硬化することからなり、前記結着
剤がケイ酸カルシウム粉体１００質量部に対して、水酸
化アルミニウムまたはアルミナ水和物を１５〜３５質量
部、水を１００〜４００質量部、アルカリ金属水酸化物
を３０〜５０質量部添加、混合することにより得られた
粉末ないしペースト状の反応生成物であることを特徴と
する。

【００１７】また、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材の製造方法は、ケイ酸カルシウム原料粉末が、ケ
イ酸カルシウムのリサイクル粉体であることを特徴とす
る。

【００１８】更に、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材の製造方法は、ケイ酸カルシウム粉体が、ケイ酸
カルシウムのリサイクル粉体であることを特徴とする。

【００１９】また、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材の製造方法は、結着補助剤を結着剤または成形加
工用混合物へ配合することを特徴とする。

【００２０】更に、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材の製造方法は、成形加工用混合物が更に機能補助
成分を含有してなることを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のケイ酸カルシウム質断熱
・保温材は、示差熱分析において２５０〜３５０℃に吸
熱ピークを有し、且つ６５０℃での熱収縮率が２．０％
以下であることを特徴とする。

【００２２】本発明のケイ酸カルシウム質断熱・保温材
において、２５０〜３５０℃、好ましくは２６０〜２８
０℃の範囲内に示差熱分析の吸熱ピークを有する。ここ
で、従来のケイ酸カルシウム質断熱・保温材には、２５
０〜３５０℃の温度範囲に示差熱分析による吸熱ピーク
は不在で、これが本発明の新規なケイ酸カルシウム質断
熱・保温材の大きな特徴となっている。

【００２３】また、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材は、２．０％以下、好ましくは１．８％以下の６
５０℃での熱収縮率を有する。ここで、６５０℃での熱
収縮率が２．０％を超えると、ケイ酸カルシウム質断熱
・保温材にクラック等が発生することがあるために好ま
しくない。

【００２４】更に、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材は、０．１０〜１．０ｇ／ｍｌ、好ましくは０．
１４〜０．５０ｇ／ｍｌの範囲内の嵩比重を有すること
が好ましい。ここで、嵩比重が０．１０ｇ／ｍｌ未満で
は、ケイ酸カルシウム質断熱・保温材の形状を維持する
ことが困難なために好ましくなく、また、１．０ｇ／ｍ
ｌを超えると、断熱・保温性が低下するために好ましく
ない。

【００２５】次に、上述のような特性を有するケイ酸カ
ルシウム質断熱・保温材は、ケイ酸カルシウム原料粉末
に、該ケイ酸カルシウム原料粉末１００質量部に対し
て、水を２０〜４００質量部及び結着剤を２〜４０質量
部添加、混合して得られた成形加工用混合物を所定の形
状に成形し、得られた成形体を硬化することからなり、
前記結着剤がケイ酸カルシウム粉体１００質量部に対し
て、水酸化アルミニウムまたはアルミナ水和物を１５〜
３５質量部、水を１００〜４００質量部、アルカリ金属
水酸化物を３０〜５０質量部添加、混合することにより
得られた粉末ないしペースト状の反応生成物であること
を特徴として製造することができる。

【００２６】ここで、本発明のケイ酸カルシウム質断熱
・保温材において、ケイ酸カルシウム原料粉末や、結着
剤に使用されるケイ酸カルシウム粉体としてケイ酸カル
シウムのリサイクル粉体を使用することができる。ここ
で、本明細書に記載する「ケイ酸カルシウムのリサイク
ル粉体」は、各種用途に使用された廃材ケイ酸カルシウ
ムや各種ケイ酸カルシウム製品を製造する際の屑、端材
等を粉砕した粉末を総称するものであり、熱履歴の有無
やケイ酸カルシウムの種類（ドバモライト、ゾノトライ
ト、珪酸カルシウム水和物、非晶質ケイ酸カルシウム
等）やその他の配合されている成分等は何ら限定される
ものではないが、補強繊維として石綿を含有しているも
のはリサイクル使用するためには好ましくない。このケ
イ酸カルシウムのリサイクル粉末の粒度は特に限定され
るものではないが、ＪＩＳ標準篩で６メッシュ（３．３
５ｍｍ）以下の粉体が好ましく、更に好ましくは６０メ
ッシュ（２５０μｍ）以下である。ここで、ケイ酸カル
シウムのリサイクル粉末の粒度が６メッシュ（３．３５
ｍｍ）を超えると、一定の強度を有するケイ酸カルシウ
ム質断熱・保温材を製造することができなくなることが
あるために好ましくない。

【００２７】本発明のケイ酸カルシウム質断熱・保温材
の製造方法は、ケイ酸カルシウムのリサイクル粉末を再
利用可能なことと、使用する結着剤に特徴がある。該結
着剤は、ケイ酸カルシウム粉体１００質量部に対して、
水酸化アルミニウムまたはアルミナ水和物を１５〜３５
質量部、好ましくは１５〜３３質量部、水を１００〜４
００質量部、好ましくは１２０〜３６０質量部、アルカ
リ金属水酸化物を３０〜５０質量部、好ましくは３２〜
４６質量部添加、混合することにより得られた反応生成
物よりなるものであり、結着剤は粉状ないしペースト状
の形態であることができる。

【００２８】ここで、結着剤に使用するケイ酸カルシウ
ム粉体は、新たに合成したものであっても、上記ケイ酸
カルシウムのリサイクル粉体であっても良い。ケイ酸カ
ルシウム粉体は、後述のアルカリ金属水酸化物により活
性化されたシラノール基を提供すると共に触媒作用を有
し、反応系を塩基性に保持するカルシヤを提供するもの
である。即ち、ケイ酸カルシウム粉体にアルカリ金属水
酸化物を反応させることにより、ケイ酸分にアルカリ金
属イオンが反応してシラノール基を生成することができ
る。

【００２９】次に、前記アルミナ水和物としては、ボー
キサイト、粘土等を例示することができる。なお、水酸
化アルミニウムまたはアルミナ水和物はゼオライトまた
はゼオライト前駆体を形成する易反応性のアルミナを提
供するものである。水酸化アルミニウムまたはアルミナ
水和物の配合量がケイ酸カルシウム粉体１００質量部に
対して１５質量部未満であると、結着効果を発揮するゼ
オライトまたはゼオライト前駆体の生成量が少なく、期
待する効果が得られないために好ましくなく、該配合量
が３５質量部を超えると製造されるケイ酸カルシウム質
断熱・保温材の嵩比重が増加し、むしろ断熱・保温効果
を低減させるために好ましくない。

【００３０】また、水は反応系の反応媒体として作用す
る。なお、水の配合量がケイ酸カルシウム粉体１００質
量部に対して１００質量部未満であると、結着剤を形成
する反応媒体としての水が不足し、結着剤としての結着
作用効果を充分に発揮することができないために好まし
くなく、該配合量が４００質量部を超えると、結着剤と
しての結着作用効果が弱まるために好ましくない。

【００３１】更に、アルカリ金属水酸化物の配合量が、
ケイ酸カルシウム粉体１００質量部に対して３０質量部
未満であると、ゼオライトまたはゼオライト前駆体が充
分に生成しないために好ましくなく、また、該配合量が
５０質量部を超えると、過度な遊離アルカリ金属成分が
結着剤中に残存し、得られるケイ酸カルシウム質断熱・
保温材が塩基性となるために好ましくない。ここで、ア
ルカリ金属水酸化物としては、例えば水酸化リチウム、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が好適である。な
お、アルカリ金属水酸化物は、ケイ酸カルシウム粉体を
活性化してシラノール基とカルシヤを提供するものであ
る。

【００３２】上記原料を所定量計量して反応容器に投入
した後、常温・常圧で混合撹拌することによって反応が
進行して粉状ないしペースト状の結着剤を得ることがで
きる。この反応は一部発熱反応を伴い、反応系の温度は
一時上昇することがある。また、加温下並びに加圧下で
上記原料を混合撹拌することによって反応を進行させる
こともできる。なお、上記操作で直接粉状の結着剤を製
造することもできるが、ペースト状の結着剤を加熱する
などして脱水することにより、粉状の結着剤を回収する
こともできる。

【００３３】上述のようにして得られる結着剤の結着硬
化機構は、シラノール基の縮合反応で生成するポリシロ
キサン結合によるシリカポリマーの形成並びにアルカリ
金属イオンが固定化されたゼオライトまたはゼオライト
前駆体の形成によるものであり、それによってケイ酸カ
ルシウム質断熱・保温材を所定の形状に維持することが
できる。

【００３４】本発明のケイ酸カルシウム質断熱・保温材
の製造方法において、所定の形状に成形加工される成形
加工用混合物は、上記ケイ酸カルシウム原料粉末、結着
剤及び水より構成される。上記各成分の配合割合は、ケ
イ酸カルシウム原料粉末１００質量部に対して結着剤２
〜４０質量部、好ましくは４〜１５質量部、水２０〜４
００質量部、好ましくは５０〜３５０質量部の範囲内で
ある。ここで、結着剤の配合量がケイ酸カルシウム原料
粉末１００質量部に対して２質量部未満であると、充分
な結着効果が得られないために好ましくなく、また、該
配合量が４０質量部を超えると、ケイ酸カルシウム質断
熱・保温材の製造過程において、収縮によるクラックが
発生する恐れがあるために好ましくない。また、水の配
合量がケイ酸カルシウム原料粉末１００質量部に対して
２０質量部未満では、成形加工用混合物を予め所定の形
状とすることが難しいため好ましくなく、また、該配合
量が４００質量部を超えると、脱水後の断熱・保温材に
クラック等が発生することがあるために好ましくない。

【００３５】上述のような配合割合を有する成形加工用
混合物を用いて所望の形状に成形加工する。成形加工操
作は特に限定されるものではなく、慣用の種々の方法を
用いることができ、例えば注入方式による成形方法や加
圧方式による成形方法等を用いることができ、所定の形
状に成形した後に硬化処理が行なわれる。

【００３６】注入方式による成形は、成形加工用混合物
を所定の形状を確保することができる型枠に流し込み等
の方法により注入し、養生後、脱型し、次に、常温ない
し２５０℃、好ましくは常温ないし１２０℃の温度範囲
に硬化処理することからなる。従って、注入方式による
成形法は、現場での製造並びに施工に有効な方式であ
る。なお、上記操作は注入方式による成形操作の一例を
示したものであり、本発明における、成形・硬化操作
は、上記操作に限定されるものではない。

【００３７】また、加圧方式による成形は、成形加工用
混合物を所定の形状の型枠に装填して加工することによ
り成形し、得られた成形体を脱型後、常温ないし２５０
℃、好ましくは常温ないし１２０℃の温度範囲で硬化処
理することからなる。従って、加圧方式による成形方法
は、工場ライン等において、ケイ酸カルシウム質断熱・
保温材を大量に生産する際に有効な方式である。なお、
上記操作は注入方式による成形操作の一例を示したもの
であり、本発明における、成形・硬化操作は、上記操作
に限定されるものではない。

【００３８】なお、本発明のケイ酸カルシウム質断熱・
保温材を製造するための成形加工用混合物の基本配合は
上述の通りであるが、更に必要に応じて結着補助剤を前
記結着剤または加工成形用混合物に添加、配合すること
もできる。結着補助剤としては、次に示す６種類の成分
を挙げることができる：アルミノケイ酸塩；アルカリ金属ケイ酸塩；アルカリ金属またはアルカリ土類金属のアルミン酸
塩；アルカリ金属またはアルカリ土類金属のホウ酸塩；リン酸ケイ素；バリウム化合物。なお、上記結着補助剤は、単独で配合しても、２種以上
を組み合わせて配合してもよい。

【００３９】アルミノケイ酸塩：結着補助剤として使用可能なアルミノケイ酸塩として
は、下記の単位格子の化学組成式（１）：

【化１】（式中、Ｍは、原子価ｎの金属陽イオンを示し、ｘ＋ｙ
は単位格子当たりの４面体数である）で表わされるアル
ミノケイ酸塩で、例えばゼオライト構造を有するものを
挙げることができる。ゼオライトとしては、天然品を選
ぶこともできるが、工業的に合成された結晶型が定まっ
ている４Ａタイプの合成ゼオライトが好適である。な
お、合成ゼオライトは粒径が１０μｍ以下、好ましくは
５μｍ以下の微細粒子であることが好ましい。ここで、
合成ゼオライトの粒径が１０μｍを超えると、結晶成長
タネ成分としての効果が低下するために好ましくない。

【００４０】ここで、本発明のケイ酸カルシウム質断熱
・保温材の製造方法において、成形加工用混合物から得
られた成形体を硬化させた成形硬化体中に、アルミノケ
イ酸塩であるゼオライトもしくはゼオライトの前駆体が
マトリックスを構成する一員として形成されることが重
要である。このゼオライトまたはゼオライトの前駆体の
結晶を成形硬化体中に速やかに成長させるための結晶成
長タネ成分として、アルミノケイ酸塩であるゼオライト
結晶を結着剤に予め配合することが好ましい。

【００４１】なお、アルミノケイ酸塩を配合する場合、
その配合割合は、結着剤１００質量部に対して、１〜６
質量部、好ましくは１〜４質量部の範囲内である。

【００４２】アルカリ金属ケイ酸塩：結着補助剤とし
て使用可能なアルカリ金属ケイ酸塩は、下記の組成式
（２）

【化２】（式中、Ｍはアルカリ金属を示し、ｆは１．０ないし
３．５の数を示し、ｗは１．６ないし５０．０の数を示
す）で表わされる粉末状ないし液状のアルカリ金属ケイ
酸塩の１種または２種以上である。例えばケイ酸ナトリ
ウムは、所謂水ガラスとしてＪＩＳ化されて工業的に大
量に生産されており、ケイ酸アルカリ成分として好適で
ある。なお、ケイ酸カルシウム質断熱・保温材の利用分
野や使用目的、施工作業性や要求される物性等を勘案し
てカリウム塩やリチウム塩を単独で、またはナトリウム
塩と組み合わせた複合型のケイ酸アルカリとして用いる
ことができる。

【００４３】アルカリ金属ケイ酸塩は、成形硬化体が所
定の形状を維持するために充分な結着力を結着剤に提供
するために用いられる。即ち、シリカポリマー形成の基
礎となるシラノール基を充分に確保しておく必要があ
り、シラノール基を補填するためにシラノール基を有す
るケイ酸塩とアルカリ金属よりなるアルカリ金属ケイ酸
塩を配合することができる。

【００４４】アルカリ金属ケイ酸塩を配合する場合、そ
の配合割合は、結着剤１００質量部に対して、１〜５０
質量部、好ましくは２〜４０質量部の範囲内である。

【００４５】アルカリ金属またはアルカリ土類金属ア
ルミン酸塩：結着補助剤として使用可能なアルカリ金属
またはアルカリ土類金属アルミン酸塩は、下記組成式
（３）

【化３】（式中、Ｍは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を
示し、ｎは、Ｍの原子価を示し、ａは０〜５．０の数を
示し、ｗは０〜９．０の数を示す）で表わされるアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属アルミン酸塩の１種また
は２種以上を挙げることができる。アルカリ金属または
アルカリ土類金属アルミン酸塩の具体的な例としては、
アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミ
ン酸マグネシウム、アルミン酸亜鉛等を挙げることがで
きる。

【００４６】本発明に使用する結着剤の硬化機構は上述
の通りであるが、ゼオライトまたはゼオライト前駆体の
形成に必要な構成成分であるアルミナ成分の共存は不可
欠であり、上記結着剤の構成成分として水酸化アルミニ
ウムを配合しているが、生成する結着成分中にゼオライ
トまたはゼオライト前駆体を生成するのに必要にして充
分なアルミナ成分が不足する場合には、アルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属アルミン酸塩を配合することが好
ましい。

【００４７】アルカリ金属またはアルカリ土類金属アル
ミン酸塩を配合する場合、その配合割合は、結着剤１０
０質量部に対して、１〜５０質量部、好ましくは５〜４
０質量部の範囲内である。

【００４８】アルカリ金属またはアルカリ土類金属の
ホウ酸塩：結着補助剤として使用可能なアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属のホウ酸塩は、下記組成式（４）

【化４】（式中、Ｍは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を
示し、ｎはＭの原子価を示し、ｂは１．０〜２．０の数
を示し、ｗは０〜１０の数を示す）で表わされるアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属ホウ酸塩を挙げることが
できる。具体的には、ホウ酸カリウムやホウ酸ソーダ等
のアルカリ金属ホウ酸塩や、ホウ酸亜鉛、ホウ酸カルシ
ウム、ホウ酸マグネシウム等のアルカリ土類金属ホウ酸
塩を挙げることができ、アルカリ金属ホウ酸塩は、無水
塩、３水塩、５水塩、７水塩、１０水塩の中から選択す
ることが好適である。

【００４９】ここで、前記結着剤により形成されるシリ
カポリマーは、基本的に４価のケイ素（Ｓｉ）並びに２
価の酸素（Ｏ）とが規則正しく配列してマトリックスを
構成している。従って、シラノール基のみで形成される
シリカポリマーは、脱水反応によりポリマー化するた
め、生成マトリックスに収縮が生じ、その収縮から歪エ
ネルギーが結着成分中に蓄積して亀裂等のトラブルを発
生させる傾向にある。この歪を解消するために結着成分
内に緩衝帯を形成する必要があり、緩衝帯を形成するた
めにはアルカリ金属またはアルカリ土類金属ホウ酸塩か
らなる緩衝帯形成成分が有効である。

【００５０】アルカリ金属またはアルカリ土類金属ホウ
酸塩を配合する場合、その配合割合は、結着剤１００質
量部に対して、０．１〜１０質量部、好ましくは０．２
〜６質量部の範囲内である。

【００５１】リン酸ケイ素：結着補助剤として使用可
能なリン酸ケイ素は、下記組成式（５）

【化５】ｄＳｉＯ_２・Ｐ_２Ｏ_５（５）（式中、ｄは、１．０〜８．０の数である）で表わされ
る。このリン酸ケイ素は、結着促進補助剤として作用す
る。

【００５２】リン酸ケイ素を配合する場合、その配合割
合は、結着剤１００質量部に対して、１〜１０質量部、
好ましくは２〜６質量部の範囲内である。

【００５３】なお、リン酸ケイ素の中には、潮解性を示
し、安定性に劣るものがあるが、このような場合には、
脂肪酸類（例えばステアリン酸）、脂肪酸塩類（ステア
リン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム等）、カップ
リング剤（オルガノシロキサンのモノマーやポリマーの
シラン、チタンカップリング剤等）のようなコーティン
グ剤で予め表面処理したものを使用することもできる。

【００５４】バリウム化合物：結着補助剤として使用
可能なバリウム化合物は、下記組成式（６）

【化６】ＢａＯ・ｅＳｉＯ_２・ｗＨ_２Ｏ（６）（式中、ｅは、０〜４．０の数を示し、ｗは、０〜９．
０の数を示す）で表わされるケイ酸バリウムまたは水酸
化バリウムである。ケイ酸バリウムは、水酸化バリウム
と易反応性ケイ酸とを所定のモル比となるように混合、
反応させることにより得ることができる。また、水酸化
バリウムとしては組成式Ｂａ（ＯＨ）_２・８Ｈ_２Ｏで示
されるものが好適である。このバリウム化合物は、結着
遅延剤として機能する。

【００５５】バリウム化合物を配合する場合、その配合
割合は、結着剤１００質量部に対して、１〜６質量部、
好ましくは１〜４質量部の範囲内である。

【００５６】更に、成形加工用混合物には、機能補助成
分を配合することができる。機能補助成分としては、例
えば岩綿、ガラス繊維、セラミックス繊維、カーボン繊
維、各種ウィスカー、ウォラストナイト、バーミキュラ
イト、パーライト並びにケイ藻土等のような無機系の機
能補助成分を挙げることができる。

【００５７】また、例えば木質パルプ並びに綿等の植物
質繊維、獣毛フェルト、プラスチック繊維等のような有
機系の機能補助成分を例示することができる。

【００５８】更に、機能補助成分として有機系界面活性
剤を主成分とする発泡・起泡剤を使用することもでき
る。発泡・起泡剤としては、例えばＮ−アシルアミノ酸
及びその塩縮合物のようなカルボン酸類；アルキルベン
ゼンスルホン酸ソーダのようなスルホン酸塩類；アシル
化ペプチド；イミダゾリニウム塩のような陽イオン界面
活性剤；カルボキシペタイン型の両性界面活性剤；ポリ
グリセリン脂肪酸エステルや蔗糖脂肪酸エステル類等を
挙げることができる。なお、発泡・起泡剤を有効に活用
するためには、発泡・起泡剤と併用して増粘剤を使用す
ることが有効である。この増粘剤としては例えばメチル
セルローズやポリエチレンオキサイド等を使用すること
ができるが、これらに限定されるものではない。

【００５９】また、機能補助成分として粒径が１００μ
ｍ以下の顔料または着色剤を使用することもできる。こ
こで、顔料としては例えばカーボンブラック、酸化チタ
ン、酸化ジルコニウム、各種酸化鉄、水酸化鉄、弁柄
（酸化鉄）、磁性体、酸化クロム、クロム酸鉛、黄鉛、
群青、各種金属酸化物等の焼成顔料や無機質有色顔料、
更に、金属類、合金、非酸化物（窒化物、炭化物等）等
を挙げることができる。更に、シリカ系微粉末、ホワイ
トカーボン、溶融シリカ、ケイ酸塩、粘土類粉末、アル
ミナ、溶融アルミナ、カルシア、炭酸カルシウム、マグ
ネシア、酸化亜鉛、磁性酸化鉄等の酸化物類、各種貝殻
粉末等の炭酸塩化合物、窒化ホウ素、炭化ケイ素等の非
酸化物類等の顔料類から目的に応じて選ぶことができ
る。更に、有機質顔料としては、例えば赤色や黄色で一
般的に使用されている不溶性アゾ顔料、溶性アゾ顔料、
縮合多環式顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノ
ン系顔料、また、青色や緑色で使用されているシアニン
ブルー、シアニングリーン等を挙げることができる。中
でもアルカリ性に強い顔料が好適である。着色剤として
は、上記無機質顔料や有機質顔料も使用可能であるが、
当業界で汎用されている公知の有機系着色化合物、各色
のインキ並びに天然もしくは合成の染料等を単独で若し
くは２種以上組み合わせて使用することもできる。

【００６０】上述のような機能補助成分の配合割合は、
成形加工用混合物１００質量部に対して１〜１００質量
部、好ましくは５〜９０質量部の範囲内である。ここ
で、機能補助成分の配合割合が成形加工用混合物１００
質量部に対して１質量部未満では、その添加配合効果が
得られないために好ましくなく、また、該配合割合が１
００質量部を超えると、ケイ酸カルシウム原料粉末がも
つ本来の効果が薄まるために好ましくない。なお、機能
補助成分は、各機能補助成分を必要に応じて適宜組み合
わせて使用することが、得られるケイ酸カルシウム質断
熱・保温材の機能性を有効に発揮させる上で有効であ
る。

【００６１】

【実施例】物性評価試験方法実施例で得られたケイ酸カルシウム質断熱・保温材の物
性等を評価するため、各試験体の製造方法及び試験方法
を下記に示す。試験方法は原則としてＪＩＳＡ９５１０
（無機多孔質保温材）規格に準拠するが、一部において
特別な試験方法並びに評価方法を採用している。なお、
保温材のＪＩＳ規格には、保温板試験片と保温筒試験片
があるが、試験片としては保温板試験片（約３００×７
５×７５ｍｍ）を用いて評価した。

【００６２】嵩密度の測定：供試体から切り出された保
温板試験片の長さ、幅、厚さ及び質量を測定し、下記式
（１）にて嵩密度を求める：

【数１】ｐ＝ｍ／Ｖ（１）［式中、ｐは嵩密度（ｋｇ／ｍ^３）を表わし、ｍは保温
材試験片の質量（ｋｇ）を表わし、Ｖは保温材試験片の
体積（ｍ^３）を表わす］

【００６３】常態曲げ強度の測定：供試体から切り出さ
れた保温板試験片（ｎ＝３）をＪＩＳＡ９５１０に記
載の曲げ強さ試験装置の支持台の上に置き、支点間距離
の中央部に荷重速度１０〜３０ｍｍ／分で荷重を加え、
最大荷重を測定し、下記式（２）にて常態曲げ強度を求
める：

【数２】σｆ＝３Ｆｌ／２ｂｔ^２（２）［式中、σｆは常態曲げ強度（Ｎ／ｍｍ^２）を表わし、
Ｆは最大荷重（Ｎ）を表わし、ｌは支点間距離（ｍｍ）
を表わし、ｂは保温板試験片の幅（ｍｍ）を表わし、ｔ
は保温板試験片の厚さ（ｍｍ）を表わす］

【００６４】熱収縮率の測定：供試体から切り出された
試験片（長さ１５０ｍｍ、幅約５０ｍｍ、ｎ＝３）に約
１００ｍｍの標線を刻線し、標線の長さを０．１ｍｍの
精度で測定する。次に、試験片を加熱炉に水平に置き、
６５０±１５℃で３時間保持し、常温まで冷却後標線の
長さを０．１ｍｍ単位で測定し、下記式（３）にて熱収
縮率を求める：

【数３】Δｌ＝（ｌ_０−ｌ_１）／ｌ_０［式中、Δｌは熱収縮率（％）を表わし、ｌ_０は加熱前
の標線の長さ（ｍｍ）を表わし、ｌ_１は加熱、冷却後の
標線の長さ（ｍｍ）を表わす］

【００６５】示差熱分析：示差熱分析による吸熱ピーク
温度を以下の方法に従って求めた。まず、めのう乳鉢を
用いて試料の粒径を約１００μｍ以下とし、得られた粉
末試料を白金製の容器に充填する。標準試料として同様
な容器にアルミナ粉末を充填し、両方の容器を加熱炉内
で１０℃／分の速度で昇温した。測定は室温から８００
℃の範囲で行い、その時の標準試料の温度に対する評価
試料の温度変化から吸熱ピーク温度を求めた。

【００６６】結着剤の調製例１：以下の表１に示すケイ
酸カルシウム粉体を用い、表２に示す配合割合にて、ま
ず、ケイ酸カルシウム粉体に所定量の水酸化アルミニウ
ム粉末を加え、次いで、所定量の水を加えて湿潤状態と
した後、所定量の水酸化ナトリウムを加えて混練・混和
することによって結着剤１〜８を得た。

【００６７】

【表１】

【００６８】表１中、ケイ酸カルシウムのリサイクル粉
体（Ａ−１）は、ゾーノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯ
_２・Ｈ_２Ｏ）系ケイ酸カルシウムを断熱・保温材に加工
する際に発生した端廃材の粉末（粒度３．３５ｍｍ以
下）であり、ケイ酸カルシウムのリサイクル粉体（Ａ−
２）は、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ_２・５Ｈ_２
Ｏ）系ケイ酸カルシウムを断熱・保温材に加工する際に
発生した端廃材の粉末（粒度３．３５ｍｍ以下）であ
り、ケイ酸カルシウムのリサイクル粉体（Ａ−３）は、
使用済み保温材廃材より回収された熱履歴を受けている
廃材の粉末（粒度３．３５ｍｍ以下）であり、ケイ酸カ
ルシウムのリサイクル粉体（Ａ−４）は、使用済み保温
材廃材より回収された熱履歴を受けている廃材の粉末の
粉末（粒度３．３５ｍｍ以下）である。

【００６９】

【表２】

【００７０】結着剤の調製例２：上述のようにして得ら
れた結着剤に更に表３に示す配合割合にて結着補助成分
を配合することにより結着剤９〜１６を得た。

【００７１】

【表３】

【００７２】表３中、結着補助剤１は、アルミノケイ酸
塩で、Ａｌ／Ｓｉ原子比４．２、環員数が８であり、４
Ａタイプと称せられている２次粒径が２０μｍ以下の微
粉末である合成ゼオライトである。結着補助剤２は、天
然ゼオライト（福島県産）である。結着補助剤３は、３
号ケイ酸ナトリウムである。結着補助剤４は、アルミン
酸ナトリウム（Ａｌ_２Ｏ_３：２６．２質量％、Ｓｉ
Ｏ_２：４３．１質量％、Ｎａ_２Ｏ：４３．１質量％、Ｈ
_２Ｏ：３０．２質量％）である。結着補助剤５は、上記
合成ゼオライト７５質量％、アルミン酸カルシウム（Ａ
ｌ_２Ｏ_３：４２．７質量％、ＣａＯ：２６．２質量％、
Ｈ_２Ｏ：２７．５質量％）２０質量％、及びホウ酸ソー
ダ粉末（Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ）５質量％よりな
る混合物である。結着補助剤６は、上記合成ゼオライト
６０質量％、３号ケイ酸ナトリウム２０質量％、上記ア
ルミン酸カルシウム１０質量％、及びリン酸ケイ素粉末
（２００メッシュ篩全通、主成分：ＳｉＰ_２Ｏ_７、Ｓｉ
Ｏ_２／Ｐ_２Ｏ_５モル比＝３．０／１．０、リン酸分徐放
性ａ＝０．３３、ｂ＝２０）１０質量％よりなる混合物
である。結着補助剤７は、上記合成ゼオライト５０質量
％、２号ケイ酸ナトリウム１０質量％、及び上記アルミ
ン酸カルシウム４０質量％よりなる混合物である。結着
補助剤８は、上記天然ゼオライト７５質量％、上記アル
ミン酸カルシウム１０質量％、上記ホウ酸ソーダ粉末５
質量％、及びケイ酸バリウム（Ｂａ^＋＋可溶分：８００
ｍｇ／ｌ）１０質量％よりなる混合物である。なお、ケ
イ酸バリウムは、酸性白土の酸処理品［シルホナイト
（商品名：水澤化学製）、ＳｉＯ_２９３．０質量％、Ａ
ｌ_２Ｏ_３１．５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３０．３質量％、Ｍｇ
Ｏ０．３質量％、ＣａＯ０．２、Ｉｇ．Ｌｏｓｓ３．７
質量％］と結晶性水酸化バリウム［Ｂａ（ＯＨ）_２］を
ＳｉＯ_２／ＢａＯモル比１．０となるように均質混合
し、２００℃で６０分間乾燥した後、乾燥品を粉砕して
２００メッシュ分級品としたものであり、Ｘ線回折によ
りケイ酸バリウムを主成分とするものであることが同定
されたものである。

【００７３】実施例以下の表４に記載する配合割合にて、まず、ケイ酸カル
シウムのリサイクル粉末に所定量の水を加えて湿潤状態
とし、次に、所定量の結着剤及び機能補助成分を添加、
混練して成形加工用混合物を調製した。次に、得られた
成形加工用混合物を注入方式または加圧方式にて所定の
形状に成形した。注入方式では、成形加工用混合物を３
００×７５×７５ｍｍの成形用型に流し込み、表４に記
載する条件で脱水乾燥後、脱型し、更に１５０℃で４時
間乾燥して供試体とした。また、加圧方式では、成形加
工用混合物を３００×７５×７５ｍｍの成形用型に充填
し、約１〜２Ｎ／ｍｍ^２の圧力で加圧成形した後、表４
に記載する条件で脱水乾燥後、脱型し、更に１５０℃で
４時間乾燥して供試体とした。得られた供試体の物性を
表４に併記する。

【００７４】

【表４】

【００７５】表４中、機能補助成分１は、ガラス繊維で
ある。機能補助成分２は、ケイ藻土である。機能補助成
分３は、木質パルプである。機能補助成分４は、アルキ
ルベンゼンスルホン酸ソーダである。機能補助成分５
は、ベンガラ（粒径５μｍ以下）である。

【００７６】比較例比較例として通常のケイ酸カルシウム保温材の製造方法
の一例を示す。非晶質ケイ酸原料としてケイソウ土１
０．０質量％、結晶質ケイ酸原料としてケイ石粉（ミネ
珪石）４２．３質量％、石灰質原料とケイ酸質原料のモ
ル比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）であるＣ／Ｓ比が１．０とな
るように石灰質原料として生石灰４３．６質量％と、水
１４００質量％を添加、混合し、１９８℃の飽和水蒸気
圧のもとで３時間、１６ｒｐｍの速度で撹拌しながら蒸
熱処理を行った。得られたスラリーに耐アルカリガラス
繊維２．０質量％とパルプ２．０質量％を加えて混合
し、加圧脱水成形する。これを１．２３ＭＰａの飽和水
蒸気圧のもとで５時間蒸気養生した後、１０５℃で１５
時間乾燥して、ケイ酸カルシウム質成形体を得た。得ら
れたケイ酸カルシウム質成形体について示差熱分析を行
ったところ、２５０〜３５０℃の範囲には吸熱ピークは
認められず、３３０℃付近にパルプの燃焼に起因すると
考えられる発熱ピークのみが認められた。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、ケイ酸カルシウムのリ
サイクル粉末を用いてケイ酸カルシウム質断熱・保温材
を提供することができ、使用済のケイ酸カルシウム質断
熱・保温材等を廃棄物とすることなく、再生、再利用す
ることが可能となり、環境問題と資源の有効活用に貢献
することができるという効果を奏するものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０４Ｂ 22:06 Ｃ０４Ｂ 22:08 Ａ 22:08 Ｚ 22:16 Ａ 22:16 14:42 Ｚ 14:42 14:08 14:08 16:02 Ｚ 16:02 24:20 24:20） 111:40 111:40 (72)発明者諸星常志茨城県石岡市大字柏原６番１号株式会社建材技術研究所内 (72)発明者柏木俊之茨城県石岡市大字柏原６番１号株式会社建材技術研究所内 (72)発明者一場俊延茨城県石岡市大字柏原６番１号株式会社建材技術研究所内 (72)発明者奥田久志神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目５番５号アスク・サンシンエンジニアリング株式会社内 (72)発明者市野隆行神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央２丁目５番５号アスク・サンシンエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4G012 PA05 PA17 PA22 PA30 PB03 PB05 PB06 PB13 PB24 PC02 PC03 PC04 PC11 PD01 PD03 PE04 PE05 4G019 DA04 FA03 FA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】示差熱分析において２５０〜３５０℃に
吸熱ピークを有し、且つ６５０℃での熱収縮率が２．０
％以下であることを特徴とするケイ酸カルシウム質断熱
・保温材。
【請求項２】嵩比重が０．１〜１．０の範囲内にあ
る、請求項１記載のケイ酸カルシウム質断熱・保温材。
【請求項３】請求項１または２記載のケイ酸カルシウ
ム質断熱・保温材の製造方法において、ケイ酸カルシウ
ム原料粉末に、該ケイ酸カルシウム原料粉末１００質量
部に対して、水を２０〜４００質量部及び結着剤を２〜
４０質量部添加、混合して得られた成形加工用混合物を
所定の形状に成形し、得られた成形体を硬化することか
らなり、前記結着剤がケイ酸カルシウム粉体１００質量
部に対して、水酸化アルミニウムまたはアルミナ水和物
を１５〜３５質量部、水を１００〜４００質量部、アル
カリ金属水酸化物を３０〜５０質量部添加、混合するこ
とにより得られた粉末ないしペースト状の反応生成物で
あることを特徴とするケイ酸カルシウム質断熱・保温材
の製造方法。
【請求項４】ケイ酸カルシウム原料粉末が、ケイ酸カ
ルシウムのリサイクル粉体である、請求項３記載のケイ
酸カルシウム質断熱・保温材の製造方法。
【請求項５】ケイ酸カルシウム粉体が、ケイ酸カルシ
ウムのリサイクル粉体である、請求項３記載のケイ酸カ
ルシウム質断熱・保温材の製造方法。
【請求項６】結着補助剤を結着剤または成形加工用混
合物へ配合する、請求項３ないし５のいずれか1項記載
のケイ酸カルシウム質断熱・保温材の製造方法。
【請求項７】成形加工用混合物が更に機能補助成分を
含有してなる、請求項３ないし６のいずれか１項記載の
ケイ酸カルシウム質断熱・保温材の製造方法。