JP2004161556A

JP2004161556A - 発泡ガラス及びその製造方法

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Publication number: JP2004161556A
Application number: JP2002330747A
Authority: JP
Inventors: 賢二 ▲高▼橋; Kenji Takahashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】資源ごみとして回収されたガラス製廃棄物のうち、再利用されずに焼却又は埋め立て処分されているガラス製廃棄物を用いて様々な用途に使用することが可能な発泡ガラス及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】ガラス及び／又は陶磁器の粉末を主原料とし、この主原料に発泡剤を混合した原料粉末を成形型内に充填して成形品とし、該成形品を７００〜１０００℃に加熱・焼成して発泡させることを特徴とする発泡ガラスの製造方法、及び該製造方法により得られた発泡ガラスとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発泡ガラス及びその製造方法に関し、その目的は、資源ごみとして回収されたガラス製廃棄物のうち、再利用されずに焼却又は埋め立て処分されているガラス製廃棄物を用いて様々な用途に使用することが可能な発泡ガラス及びその製造方法を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスを主原料とした発泡ガラスは、断熱材、防音材、建築用骨材などとして用いられている。
発泡ガラスの製造方法としては、粉砕したガラスに発泡剤としてカーボンを添加してカーボンの酸化によるガスを利用して発泡ガラスを製造する方法が知られている。カーボンの酸化反応はガラス中では起こり難いので、酸化アンチモンや亜ヒ酸などの酸化剤が同時に添加される。
また、その他の種類の発泡剤を使用した発泡ガラスの製造方法としては、例えば、発泡剤として六方晶窒化ホウ素を使用する製造方法（例えば、特許文献１参照。）、石灰石粉末を使用する製造方法（例えば、特許文献２参照。）、金属アルミニウムを使用する製造方法（例えば、特許文献３参照。）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−１５０４５号公報
【特許文献２】
特開昭５８−６０６３４号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０２２８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発泡ガラスの製造方法には以下のような問題があった。
まず、発泡剤としてカーボンを使用した発泡ガラスの製造方法は、カーボンの酸化反応を起こすために、酸化アンチモンや亜ヒ酸などの有害物質を添加しなければならなかった。
また従来のいずれの発泡ガラスの製造方法でも、内部に粗大な気泡か形成される場合があり、発泡ガラスの機械的強度が低下する場合があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、有害物質を使用せずともガラスを発泡させることができ、しかも粗大な気泡を形成せずに略一定の大きさの気泡を形成することが可能な、連続気泡又は独立気泡の発泡ガラス及びその製法方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１に係る発明は、ガラス及び／又は陶磁器の粉末を主原料とし、この主原料に発泡剤を混合した原料粉末を成形型内に充填して成形品とし、該成形品を７００〜１０００℃に加熱・焼成して発泡させることを特徴とする発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項２に係る発明は、ガラス及び／又は陶磁器の粉末を主原料とし、この主原料に発泡剤を混合した原料粉末を成形型内に充填して加圧処理することにより成形品とし、該成形品を７００〜１０００℃に加熱・焼成して発泡させることを特徴とする発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項３に係る発明は、前記成形品を加熱・焼成する前に、成形品の表面にガラス及び／又は陶磁器の粉末を塗布又は散布することを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項４に係る発明は、前記発泡剤がケイ酸塩及び／又は炭酸塩であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項５に係る発明は、前記原料粉末に成形粘結剤が配合されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項６に係る発明は、前記炭酸塩の配合量が、原料粉末中、０．５〜３重量％であることを特徴とする請求項４に記載の発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項７に係る発明は、前記ケイ酸塩の配合量が、原料粉末中、１０〜１５重量％であることを特徴とする請求項４に記載の発泡ガラスの製造方法に関する。
請求項８に係る発明は、ガラス及び／又は陶磁器の粉末を、発泡剤としてケイ酸塩及び／又は炭酸塩で発泡させてなり、比重が０．２〜０．５ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする連続気泡性の発泡ガラスに関する。
請求項９に係る発明は、ガラス及び／又は陶磁器の粉末を、発泡剤としてケイ酸塩及び／又は炭酸塩で発泡させてなり、比重が０．４〜０．７ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする独立気泡性の発泡ガラスに関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発泡ガラス及びその製造方法について詳述する。本発明に係る発泡ガラスは、ガラス及び／又は陶磁器の粉末を主原料とし、この主原料に発泡剤を混合した原料粉末を７００〜１０００℃に加熱・焼成して発泡させることにより製造することができる。
【０００８】
本発明に係る発泡ガラスは、ガラス及び／又は陶磁器を主原料とする。ガラス及び／又は陶磁器は、ボールミルなどで粉砕されて粉末状として用いられる。主原料として用いられるガラスとしては、ガラス瓶、板ガラスなどのガラス廃材、またはガラス工場から排出されるスクラップガラスなどを使用することができ、ソーダ灰ガラス、ソーダカリ鉛ガラス、硬質二級ガラス、タングステンガラス、硬質一級ガラスなどが含まれる。
主原料の平均粒径は特に限定されないが、５０〜２００μｍ、好ましくは７０〜１８０μｍ程度とされる。
【０００９】
上記主原料に発泡剤が添加されて原料粉末とされる。本発明では発泡剤として、ケイ酸塩及び／又は炭酸塩が用いられる。ケイ酸塩としては、特に限定されないが、ケイ酸ナトリウム、水ガラスなどを用いることが好ましい。また、炭酸塩としては、特に限定されないが、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムなどを例示することができ、炭酸カルシウムを用いることが好ましい。
発泡剤として、炭酸塩とケイ酸塩の混合物を使用した場合、独立気泡の発泡ガラスを製造することができる。炭酸塩とケイ酸塩の配合比は特に限定されないが、例えばケイ酸塩として水ガラスを用いる場合、重量比で１：２〜１５、好ましくは１：５〜１０とされる。水ガラスの配合量が炭酸塩の配合量の２重量倍未満であると、独立気泡の発泡ガラスを製造することが困難となり、１５重量倍を超えて配合してもそれ以上の効果が得られない。
炭酸塩を単独で用いた場合は連続気泡の発泡ガラスを製造することができる。
発泡剤の配合量は特に限定されないが、原料粉末全量中、０．５〜２０重量％とされる。そして、ケイ酸塩を配合する場合、その配合量は、より好ましくは５〜１５重量％とされ、炭酸塩を配合する場合、その配合量は、より好ましくは０．５〜５重量％とされる。
発泡剤の配合量が０．５重量％未満の場合、主原料を十分に発泡させることができず、２０重量％を超えて配合してもそれ以上の効果が望めない。
【００１０】
尚、発泡剤として炭酸塩を配合する場合は、原料粉末に成形粘結剤を添加することが好ましい。成形粘結剤としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース、デキストリン、アクリルなどを例示することができ、ポリビニルアルコールを使用することが好ましい。
成形粘結剤を配合する場合、その配合量は特に限定されないが、原料粉末全量中、０．０１〜３０重量％、好ましくは１〜２０重量％とされる。成形粘結剤の配合量が０．０１重量％未満の場合、成形粘結剤の配合による効果が得られず、３０重量％を超えて配合してもそれ以上の効果が得られない。
主原料と発泡剤とを混合攪拌した後、成形粘結剤の水溶液を添加して混合攪拌する。
【００１１】
原料粉末には、必要に応じて、芒硝、ソーダ灰、ホウ酸、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、硫酸バリウム、タルク、木炭、竹炭、或いは金属酸化物顔料などの着色材、過ホウ酸ナトリウム、硝酸カルシウム、硫酸カリウムなどの色調安定材などを適宜任意に配合することができる。
【００１２】
上記原料粉末は成形型内に充填後、成形されて成形品とされる。成形型内に充填された原料粉末には、必要に応じて加圧処理を施すことができる。成型型内に充填された原料粉末に加圧処理を施す場合、加圧条件は特に限定されないが、２００〜８００ｋｇｆ／ｃｍ^２、好ましくは４００〜６００ｋｇｆ／ｃｍ^２とされる。
また、必要に応じて、成形品の周囲に主原料の粉末を塗布又は散布することができる。成型品の周囲に主原料の粉末を塗布又は散布することで、成形品の内部から空気を逃げ難くすることができる。成型品の周囲に塗布される主原料粉末の平均粒径は特に限定されないが、５０μｍ以下の主原料粉末を使用することが好ましい。
こうして調製された成形品は必要に応じて自然乾燥されたり、電気炉で乾燥されたりする。
【００１３】
次に、上記成形品は成型型から取り出された状態で焼成処理を施される。焼成温度は特に限定されないが、７００〜１０００℃とされ、好ましくは７５０〜９００℃とされる。また独立気泡の発泡ガラスを調製する場合、より好ましくは７５０〜９００℃、連続気泡の発泡ガラスを調製する場合、より好ましくは８００〜９００℃とされる。
焼成時間は特に限定されないが、好ましくは１０〜２００分間とされ、好ましくは２０〜１２０分間とされる。
尚、上記製造方法において、焼成時間や焼成温度を適宜調整することで、周囲のみが発泡し中心部分は発泡していない発泡ガラスを製造することもできる。
【００１４】
以上説明した製造方法によって得られる発泡ガラスの比重は、連続気泡の発泡ガラスの場合、０．２〜０．５ｇ／ｃｍ^３、独立気泡の発泡ガラスの場合、０．４〜０．７ｇ／ｃｍ^３である。
本発明に係る発泡ガラスは、独立気泡の発泡ガラスの場合、水上植物栽培用の浮子、浮漁礁の浮子、断熱材、吸音材などとして使用することができる。また連続気泡の発泡ガラスの場合、緑化路盤材、壁面緑化基盤などとして使用することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
＜試料の調製１＞
表１の組成に従って、実施例１〜１８の各原料粉末を調製した。調製した各原料粉末を、成型型内に充填して、必要に応じて加圧処理や乾燥処理を施して成型品とした。次に、該成型品を成型型から取り出した状態で焼成することにより、実施例１〜１８の各試料を調製した。実施例１〜１８の各試料は、連続気泡の発泡ガラスであった。
尚、加圧条件、乾燥条件及び焼成条件については表１に記載した。加圧条件や乾燥条件が記載されていないものについては、加圧処理や乾燥処理を行わなかったことを意味する。
【００１６】
尚、「加圧処理」は、原料粉末を成形型内に充填した状態で表１に記載の圧力で加圧処理した。
「乾燥処理」は、原料粉末を電気炉内に入れた後に、電気炉を加熱して表１に記載の温度に達したことを確認した後、表１に記載の時間乾燥処理した。
また「焼成処理」は、原料粉末を電気炉内に入れた後に、電気炉を加熱して表１に記載の温度に達したことを確認した後、表１に記載の時間焼成処理した。表１中、焼成時間が「０」と記載されているものについては、表１に記載の温度に達したことを確認した後、直ちに電気炉の加熱を中止した。
【００１７】
また、「ガラス」としては、平均粒径が９５μｍのガラス粉末を使用した。酸化ホウ素としては、２重量％濃度の酸化ホウ素水溶液を使用した。ＰＶＡとしては、５重量％濃度のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を使用した。
【００１８】
＜比重測定＞
上記調製した実施例１〜１８の各試料の比重を測定した。結果を表１に記載する。
【００１９】
【表１】

【００２０】
＜表面観察＞
上記調製した実施例１〜４、６〜１８の試料の表面の拡大写真を撮影した。各試料の表面の拡大写真を図１〜５にそれぞれ示す。尚、各拡大写真の横辺の実際の長さは約２３ｍｍである。
【００２１】
＜試料の調製２＞
表２の組成に従って、実施例１９〜２１の各原料粉末を調製した。調製した各原料粉末を、成型型内に充填した状態で電気炉によって１００℃以下で６０分間加熱した後に自然乾燥して成型品とした（尚、この際、加圧処理は行わなかった。）。次に、該成型品を成型型から取り出した後に、表２に記載の焼成条件で焼成することにより、実施例１９〜２１の各試料を調製した。実施例１９の試料は独立気泡の発泡ガラスであり、実施例２０、２１の試料は連続気泡の発泡ガラスであった。
尚、実施例２０の試料は、試料の底部のみが未発泡であった。
【００２２】
また、「ガラス」としては、平均粒径が９５μｍのガラス粉末を使用した。ＰＶＡとしては、５重量％濃度のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を使用した。「ケイ酸ナトリウム」としては、ケイ酸ナトリウム溶液（商品名「水ガラス」、ナカライテスク社製）を使用した。尚、ケイ酸ナトリウム溶液は、表２に記載の配合量のケイ酸ナトリウム溶液（１０重量部）を、その１／２の重量（５重量部）の水で希釈したものを使用した。
【００２３】
【表２】

【００２４】
上記調製した実施例１９〜２１について、一つの試料当り二つの試験片（以下、実施例１９ａ、実施例１９ｂ等と称す。）を採取して、以下に示す各種物性値の測定及び曲げ試験に供した。実施例１９の試料については、さらに熱伝導率試験に供した。
【００２５】
＜熱伝導率試験＞
上記調製した実施例１９の熱伝導率試験を行った。熱伝導率の測定には、昭和電工株式会社製の熱伝導測定装置（ＳｈｏｒｔｈｅｒｍＱＴＡ）を使用して非定常熱線法で行った。その結果、測定温度２５℃で、熱伝導率は１．１３×１０^−１Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃であった。
【００２６】
＜各種物性値の測定＞
各試料の乾燥重量、かさ比重、見かけ比重、見かけ気孔率を測定した。また水温２３℃の水を用いて飽水試料の水中重量、飽水試料の重量、吸水率を測定した。結果を表３及び４に記載する。
【００２７】
【表３】

【００２８】
【表４】

【００２９】
＜曲げ試験＞
上記調製した試料の最大荷重及び曲げ応力を三点曲げ試験によって測定した。
尚、ＦＳ荷重は３５０．００ｋｇｆ、曲げスパンは３０．００ｍｍ、試験速度は０．５０ｍｍ／秒、試験時温度は２５．０℃、試験時湿度は４５．０％であった。
結果を表５に記載する。
【００３０】
【表５】

【００３１】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明に係る発泡ガラスの製造方法は、有害物質を使用せずともガラスを発泡させることができ、しかも粗大な気泡を形成することなく略一定の大きさの気泡を有する、連続気泡又は独立気泡の発泡ガラスを製造することができる。
また本発明に係る発泡ガラスは、連続気泡性の発泡ガラス及び独立気泡性の発泡ガラス共に、軽量であり、粗大な気泡は殆ど含まれず、略一定の大きさの気泡であるから、機械的強度に優れ、様々な用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１の（ａ）は、実施例１の試料の表面拡大写真であり、（ｂ）は、実施例２の試料の表面拡大写真であり、（ｃ）は、実施例３の試料の表面拡大写真であり、（ｄ）は、実施例４の試料の表面拡大写真である。
【図２】図２の（ａ）は、実施例６の試料の表面拡大写真であり、（ｂ）は、実施例７の試料の表面拡大写真であり、（ｃ）は、実施例８の試料の表面拡大写真である。
【図３】図３の（ａ）は、実施例９の試料の表面拡大写真であり、（ｂ）は、実施例１０の試料の表面拡大写真であり、（ｃ）は、実施例１１の試料の表面拡大写真であり、（ｄ）は、実施例１２の試料の表面拡大写真である。
【図４】図４の（ａ）は、実施例１３の試料の表面拡大写真であり、（ｂ）は、実施例１４の試料の表面拡大写真であり、（ｃ）は、実施例１５の試料の表面拡大写真であり、（ｄ）は、実施例１６の試料の表面拡大写真である。
【図５】図５の（ａ）は、実施例１７の試料の表面拡大写真であり、（ｂ）は、実施例１８の試料の表面拡大写真である。

Claims

ガラス及び／又は陶磁器の粉末を主原料とし、この主原料に発泡剤を混合した原料粉末を成形型内に充填して成形品とし、該成形品を７００〜１０００℃に加熱・焼成して発泡させることを特徴とする発泡ガラスの製造方法。
ガラス及び／又は陶磁器の粉末を主原料とし、この主原料に発泡剤を混合した原料粉末を成形型内に充填して加圧処理することにより成形品とし、該成形品を７００〜１０００℃に加熱・焼成して発泡させることを特徴とする発泡ガラスの製造方法。
前記成形品を加熱・焼成する前に、成形品の表面にガラス及び／又は陶磁器の粉末を塗布又は散布することを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ガラスの製造方法。
前記発泡剤がケイ酸塩及び／又は炭酸塩であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発泡ガラスの製造方法。
前記原料粉末に成形粘結剤が配合されてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発泡ガラスの製造方法。
前記炭酸塩の配合量が、原料粉末中、０．５〜３重量％であることを特徴とする請求項４に記載の発泡ガラスの製造方法。
前記ケイ酸塩の配合量が、原料粉末中、１０〜１５重量％であることを特徴とする請求項４に記載の発泡ガラスの製造方法。
ガラス及び／又は陶磁器の粉末を、発泡剤としてケイ酸塩及び／又は炭酸塩で発泡させてなり、比重が０．２〜０．５ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする連続気泡性の発泡ガラス。
ガラス及び／又は陶磁器の粉末を、発泡剤としてケイ酸塩及び／又は炭酸塩で発泡させてなり、比重が０．４〜０．７ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする独立気泡性の発泡ガラス。