JP2004099364A

JP2004099364A - 発泡セラミックス成形体及びその製造方法

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Publication number: JP2004099364A
Application number: JP2002263144A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Isaki; 伊崎　裕之; Takeshi Sodeoka; 袖岡　毅志
Original assignee: Yamakawa Sangyo Co Ltd
Current assignee: Yamakawa Sangyo Co Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】水処理分野における吸着材、農業分野における土壌改良材、建築分野における吸音材、骨材等として有用に使用することができる、連続気孔を有する発泡セラミックス成形体を提供することを課題とする。
【解決手段】６００〜９００℃の溶融温度を有するガラス質原料と、窒化アルミニウムを０．２〜１０重量％含有しているアルミニウム残灰処理材との焼成物からなり、焼成物が３０〜８０％の見掛け気孔率を有することを特徴とする発泡セラミックス成形体により上記の課題を解決する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡セラミックス成形体及びその製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、ガラス質原料と、アルミニウム残灰を処理して得られるアルミニウム残灰処理材とを使用して得られる発泡セラミックス成形体及びその製造方法に関する。本発明の発泡セラミックス成形体は、水処理分野における吸着材、農業分野における土壌改良材、建築分野における吸音材、骨材等として有効である。
【０００２】
【従来の技術】
発泡セラミックス成形体は、当該技術分野で知られている他の種類の発泡成形体と比べて、優れた軽量、断熱性等の利点を有している。この発泡セラミックス成形体は、例えば、おがくずなどの有機発泡材を長石質又はガラス質の原料に混合し、焼成することで有機物を燃焼される方法、炭化珪素、窒化珪素等の無機発泡材を長石質原料に混合し、焼成させる方法で形成できることが一般に知られている。更に、特開２００１−３１４７９号公報には、窒化アルミニウムを０．２〜１０重量％含有しているアルミニウム残灰処理材を発泡材として長石質原料に混合し、１０００℃以上で焼成することで発泡セラミックス成形体を形成する方法が記載されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１４７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機発泡材、及び炭化珪素、窒化珪素等の無機発泡材を使用する場合、均一な微細気孔を形成することが困難であり、得られた発泡セラミックス成形体の強度が低くなるという課題があった。更に、有機発泡材を使用する場合、有機発泡材が完全燃焼できず、炭化物として残ってしまい、気孔の分布が著しく不均一となり、得られた発泡セラミックス成形体の強度が低くなるという課題があった。
これに対して、アルミニウム残灰処理材を使用した場合、均一な微細気孔を形成することができるが、長石質原料を用い、１０００℃以上で焼成しているため、微細気孔が独立気孔の成形体しかえられず、吸着性能を必要とする用途には使用できないという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、鋭意検討の結果、６００〜９００℃の溶融温度を有するガラス質原料と、アルミニウム残灰処理材とを、１０００℃以下で焼成することにより気孔が互いに連通した連続気孔の形態の微細気孔を有する発泡セラミックス成形体が得られることを見い出し本発明に至った。
かくして本発明によれば、６００〜９００℃の溶融温度を有するガラス質原料と、窒化アルミニウムを０．２〜１０重量％含有しているアルミニウム残灰処理材との焼成物からなり、焼成物が３０〜８０％の見掛け気孔率を有することを特徴とする発泡セラミックス成形体が提供される。
更に、本発明によれば、６００〜９００℃の溶融温度を有するガラス質原料と、窒化アルミニウムを０．２〜１０重量％含有しているアルミニウム残灰処理材を混合した後、ガラス質原料の溶融温度以上かつ１０００℃以下で焼成することにより３０〜８０％の見掛け気孔率を有する発泡セラミックス成形体を製造することを特徴とする発泡セラミックス成形体の製造方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の発泡セラミックス成形体は、連続気孔の程度を見掛け気孔率で表現している。すなわち、見掛け気孔率が高ければ、相互に連通している気孔が多いこと（連続気孔が多いこと）を意味し、見掛け気孔率が低ければ、相互に連通している気孔が少ないこと（独立気孔が多いこと）を意味する。なお、本発明における見掛け気孔率は、ＪＩＳＣ２１４１に準拠して測定した値を意味し、本発明においては見掛け気孔率が３０〜８０％の場合、気孔が連続気孔であると称する。なお、見掛け気孔率は４０〜７０％の範囲がより好ましく、５０〜６５％の範囲が更に好ましい。
【０００７】
まず、本発明の発泡セラミックス成形体の製造に使用されるガラス質原料は、６００〜９００℃の溶融温度を有する限り、その種類は特に限定されない。溶融温度が６００℃未満の場合、発泡材であるアルミニウム残灰処理材内の窒化アルミニウムのガス化温度が７５０〜８００℃であるため、温度差が大きいので好ましくなく、９００℃より高い場合、焼成温度を１０００℃以上に設定する必要があるので発泡セラミックス成形体が独立気孔の状態になるため好ましくない。より好ましい溶融温度は６５０〜８５０℃であり、更に好ましくは７００〜８００℃である。
【０００８】
例えば、ガラス質原料として、ソーダ石灰ガラス、珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、カリ石灰ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラス等の珪酸系ガラスが挙げられる。珪酸系ガラス以外の元素ガラス、水素結合ガラス、酸化物ガラス、フッ化物ガラス、塩化物ガラス、硫化物ガラス、炭酸塩ガラス、硝酸塩ガラス、硫酸塩ガラス等も使用可能である。
【０００９】
ガラス質原料の形状は、特に限定されず、塊状、粉末状の種々の形状をとりえる。特に粉末状の形状であるほうが、より均一にアルミニウム残灰処理材と混合することができ、その結果より均一な発泡及び成形体の強度を両立させることができるため好ましい。粉末状の場合の平均粒径は、５０μｍ以下であることが好ましく、０．１〜５０μｍであることがより好ましく、１〜１０μｍであることが更に好ましい。なお、平均粒径とは、ＪＩＳＺ８８２５−１に準拠して測定した値を意味する。
更にガラス質原料は、いわゆるバージン品である必要はなく、ガラス製品製造工場からでる廃棄ガラス、ガラス製品を使用した後に廃棄されるガラスを使用することができる。これら廃棄ガラスを原料として使用することで、環境に対する負荷の小さい発泡セラミックス成形体を提供することができる。
【００１０】
一方、アルミニウム残灰処理材は、特に限定されず、アルミニウム原料からアルミニウムを熔解して得る際に生じるアルミニウム残灰を、例えば、特開平９−３１０１２９号公報、特開平１０−２４４２３９号公報、特開平９−３１０１２９号公報に記載された公知の方法により無害化処理を施した処理材を使用することができる。このアルミニウム残灰処理材は、無害化処理の際に通常６００℃程度の温度で熱処理されており、その表面は酸化アルミニウムで覆われている。そのため、発泡セラミックス成形体の製造の際の焼成時に、ガスが表面の酸化アルミニウムの隙間から徐々に放出されるので、均一で微細な気孔を形成することが可能である。
【００１１】
アルミニウム残灰処理材は、通常酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムが含まれている。酸化アルミニウムの含有量は７０重量％以上、窒化アルミニウムの含有量は、０．２〜１０重量％のアルミニウム残灰処理材を使用することが好ましい。酸化アルミニウムの含有量が、７０重量％未満の場合、金属アルミニウム粉末が含まれている可能性が高く、取り扱いが難しい、もしくは不純物が多いため均一な気孔状態にならないので好ましくない。一方、窒化アルミニウムの含有量が、０．２重量％未満の場合、発泡が不十分になるので好ましくなく、１０重量％より多い場合、気孔の大きさが不均一となり、発泡セラミックス成形体の強度も著しく劣化するので好ましくない。より好ましい酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムの含有量は、それぞれ８０重量％以上及び０．２〜１．０重量％である。更に好ましくは、それぞれ８５〜９５重量％及び０．２〜０．５重量％である。
【００１２】
酸化アルミニウム及び窒化アルミニウム以外の成分はアルミニウム原料を構成する成分に依存し、例えば、酸化シリコン、酸化鉄、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化チタン等が挙げられる。これら他の成分は、２５重量％以下の含有量であることが好ましい。
【００１３】
アルミニウム残灰処理材の形状は、特に限定されず、塊状、粉末状の種々の形状をとりえる。特に粉末状の形状であるほうが、より均一にアルミニウム残灰処理材をガラス質原料と混合することができ、その結果より均一な発泡及び成形体の強度を両立させることができるため好ましい。粉末状の場合の平均粒径は、５０μｍ以下であることが好ましく、０．１〜５０μｍであることがより好ましく、１〜１０μｍであることが更に好ましい。
なお、アルミニウム残灰処理材は、ガラス質原料との混合前に、いったん粉砕することが好ましい。この粉砕により、発泡に寄与する窒化アルミニウムを露出させることができ、発泡をより効率よく行うことができる。
【００１４】
ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材の使用割合は、両者の組成、所望する発泡セラミックス成形体の性質（かさ比重、見掛け気孔率等）に応じて適宜調整される。具体的には、アルミニウム残灰処理材を１〜４０重量％使用することが好ましい。１重量％未満の場合、発泡が不十分であるので好ましくなく、４０重量％より多い場合、気孔を保持しマトリックスとなるガラス質原料の割合が少なくなるため、ガスがマトリックスから抜けてしまい成形体内部に気孔が残らない恐れがあるため好ましくない。より好ましいアルミニウム残灰処理材の使用割合は、５〜２０重量％である。
【００１５】
本発明の効果を阻害しない範囲で、ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材以外の他の成分を使用してもよい。他の成分としては、粘土、ベントナイト、珪藻土、フライアッシュ、水酸化鉄等が挙げられる。
ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材の混合方法は、特に限定されず、種々の方法をとりえる。例えば、塊状又は粉末状のガラス質原料と、塊状又は粉末状のアルミニウム残灰処理材とを混合する方法、ガラス質原料の溶融液にアルミニウム残灰処理材を混合する方法等が挙げられる。このうちより均一に混合するという観点から前者の方法が好ましい。前者の方法の場合、混合物を造粒して粒子状としたり、型に入れてプレスすることで所望の形状に成形したりすることが可能である。
【００１６】
次に、ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材の混合物を、ガラス質原料の溶融温度以上かつ１０００℃以下で焼成することにより、アルミニウム残灰処理材中の窒化アルミニウムからガスが生じて発泡セラミックス成形体が製造される。なお、アルミニウム残灰処理材に含まれる酸化アルミニウムは、焼成時にガラス質原料の粘性を高める作用を有し、そのためガラス質原料が気孔を保持する能力を高めることができる。
溶融温度未満の場合、ガラス質原料が溶融せず気孔ができないため好ましくなく、１０００℃より高い場合、ガスがマトリックスから抜けてしまい内部に気孔が残らない恐れがあるので好ましくない。より好ましい焼成温度は、ガラス質原料の溶融温度より１００℃高い温度以上かつ９５０℃以下である。
【００１７】
得られた発泡セラミックス成形体は、見掛け気孔率で表現される連続気孔を有している。連続気孔を形成する孔の平均気孔径は５〜１００μｍであることが好ましい。５μｍ未満の場合、かさ比重が１．２を超えてしまう可能性があるので好ましくなく、１００μｍより大きい場合、発泡セラミックス成形体の強度が低くなるので好ましくない。より好ましい平均気孔径は１０〜５０μｍである。なお、平均気孔径は水銀圧入法により測定した値である。
【００１８】
また、ＪＩＳＣ２１４１に準拠して測定したかさ比重が０．３〜１．２の範囲の成形体を得ることができる。
本発明の発泡セラミックス成形体は、水処理分野における吸着材、農業分野における土壌改良材、建築分野における吸音材、骨材等として有用に使用することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１〜５
実施例１〜５には表１に示す組成のガラス質原料（廃ガラス：溶融温度約７２０℃）とアルミニウム残灰処理材を使用した。なお、ガラス質原料及びアルミニウム残灰処理材は、平均粒径１００μｍのものを、平均粒径を１０μｍ程度に粉砕したものを使用した。この粉砕により、全体的な粒度の調整を行うと共に、アルミニウム残灰処理材に含まれる窒化アルミニウムを表面に露出させることで、効率よくガスを発生させることが可能である。なお、平均粒径は、ＪＩＳＺ８８２５−１（レーザー回折法）に準拠して測定した値を意味する。
【００２０】
【表１】

【００２１】
上記ガラス質原料及びアルミニウム残灰処理材を表２に示す割合で混合し、乾式プレスにより５×１０×１２０ｍｍの板状に成形した後、表２に示す焼成温度及び保持時間の条件下で焼成した。
【００２２】
【表２】

【００２３】
得られた発泡セラミックス成形体のかさ比重、見掛け気孔率、吸水率、曲げ強度を測定し表３に示した。また、比強度（曲げ強度／かさ比重）も併せて表３に示した。さらに、実施例１については比表面積測定結果についても表３に示した。なお、かさ比重、見掛け気孔率、吸水率、曲げ強度はＪＩＳＣ２１４１に準拠して測定した値である。また、比表面積測定は、日本ベル社製ＢＥＬＳＯＲＰ　２８ＳＡを使用してガス吸着法により行った。
【００２４】
比較例１
滋賀県信楽町から産出する畑長石７０重量％（平均粒度６μｍ）と、実施例１〜５と同じアルミニウム残灰処理材３０重量％とを混合し、焼成温度１２２０℃、焼成温度の保持時間３０分の条件下で焼成して、発泡セラミックス成形体を得た。得られた成形体のかさ比重、見掛け気孔率、吸水率、曲げ強度、比強度を実施例１〜５と同様に測定し表３に示した。
【００２５】
【表３】

【００２６】
表３から、実施例１〜５の成形体は、比較例１の成形体と同程度の曲げ強度及びかさ比重を有し、比較例１の成形体に比べて見掛け気孔率が極めて高い値を示している。この結果から、実施例１〜５の成形体は、連続気孔の成形体であることがわかる。また、実施例１の比表面積は．２．４９ｍ^２／ｇとさほど大きな値ではないが、排水などの処理に対しては特に問題のない値であることがいえる。
更に、実施例１の成形体の電子顕微鏡写真を図１に、細孔分布測定結果を示すグラフを図２に示す。なお、細孔分布測定は、ユアサ　アイオニクス社製Ｐｏｒｅ　Ｍａｓｔｅｒ６０を使用して水銀圧入法により行った。
図１から実施例１の成形体の気孔は連続気孔であることがわかった。また、図２から、ピーク径が２０μｍであり、排水の処理に好適に使用できる成形体であることがわかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材との焼成物からなり、水処理分野における吸着材、農業分野における土壌改良材、建築分野における吸音材、骨材等として有用に使用することができる、連続気孔を有する発泡セラミックス成形体を提供することができる。
さらに廃棄物であるアルミ残灰と廃ガラスを原料として利用しているため資源のリサイクルが図れ環境改善に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の発泡セラミックス成形体の電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例２の発泡セラミックス成形体の細孔分布測定結果を示すグラフである。

Claims

６００〜９００℃の溶融温度を有するガラス質原料と、窒化アルミニウムを０．２〜１０重量％含有しているアルミニウム残灰処理材との焼成物からなり、焼成物が３０〜８０％の見掛け気孔率を有することを特徴とする発泡セラミックス成形体。
６００〜９００℃の溶融温度を有するガラス質原料と、窒化アルミニウムを０．２〜１０重量％含有しているアルミニウム残灰処理材を混合した後、ガラス質原料の溶融温度以上かつ１０００℃以下で焼成することにより３０〜８０％の見掛け気孔率を有する発泡セラミックス成形体を製造することを特徴とする発泡セラミックス成形体の製造方法。
ガラス質原料が、廃ガラスを６０〜９９重量％含む請求項２に記載の製造方法。
ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材とが粉末からなり、所定の大きさに造粒した後、焼成することで粒状の発泡セラミックス成形体を得る請求項２又は３に記載の製造方法。
ガラス質原料とアルミニウム残灰処理材とが、５０μｍ以下の平均粒度を有する粉末からなる請求項２〜４のいずれか１つに記載の製造方法。