JP2005082410A - 多孔質セラミックス用組成物、該多孔質セラミックスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 押出成形性を維持した状態で軽量化が可能であり、かつ瓦等の製造で重要な工程であるプレス工程に優位性を与える乾燥体曲げ強度に優れ、かつ寸法安定性に優れた多孔質セラミックス用組成物、該多孔質セラミックスおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 多孔質セラミックス用組成物が、粘土質材料および珪藻土材料からなり、珪藻土材がグルコースを１０ｍｇ／ｇ以上含有し、珪藻土材が粘土質材料１００重量部に対して１重量部〜８０重量部配合されてなる。
【選択図】なし

Description

本発明は、軽量瓦等として有用な多孔質セラミックス用組成物、該多孔質セラミックスおよびその製造方法に関する。

従来軽量瓦等に用いられる多孔質セラミックスの製造方法には、焼成過程で素地の溶融によりガラス質を形成すると同時に発生するガスにより餅状に膨らませる方法と、あらかじめ発泡させたバルーン等の軽量骨材を原料に入れて焼成する方法がある。

発泡剤を添加してガスにより膨張させる方法は、元の成形寸法より膨らみ、比重の小さな成形体が製造できるが、形状が丸みを帯びる傾向にあり、また寸法精度が悪くなる。そのため所望の形状を得るためには、目的とする成形体によっては後加工が必要となる場合もある。

一方、バルーン等の軽量骨材を素地にあらかじめ添加する方法は、加工は必要としないが、比重が比較的大きくなる傾向にある。すなわち、性能を維持した状態で軽量化されたものを得るのは容易でない。したがって、軽量骨材等を素地に添加する方法においては、軽量化材の選択・配合が重要となってくる。さらに、瓦等に用いる多孔質セラミックスは、主原料として粘土質材料を用いるが、軽量化材を添加し、逆に粘土質材料を低下させていくことにより、材料の可塑性が失われ、押出成形性が失われていくことになる。パーライト等の一般的な軽量化材の添加であれば、粘土質材料成分が７０重量％下回る量になると、押出成形性が失われてしまう。したがって、軽量化材を添加しても押出成形性を維持することが可能である軽量化材を選択することも重要である。

近年、環境面を配慮した材料として、リサイクル材料が使用され、盛んに検討が進められている。前記多孔質セラミックス分野においても、軽量化材・軽量化添加剤として各種リサイクル材料の検討が進められている。例えば、特許文献１には、都市廃棄物の焼却灰を軽量骨材として使用した軽量窯業建材が開示されており、例えば、加圧脱水成形および焼成工程を経て軽量屋根瓦が得られることが記載されている。特許文献２には、粉状のおが屑を０．５〜５．０重量％混合した粘土材料からなる軽量瓦が開示されている。粉状のおが屑は、焼成時に燃焼して焼成後の空洞を発生させることとなるものである。また、特許文献３は、自動車塗装におけるボンデ処理から発生するボンデスラッジを１重量％〜１０重量％添加し軽量化を図るものである。

しかし、いずれに開示された配合（組成物）も押出成形に適したものではなく、さらに押出成形後にプレス成形し、複雑な形状を付与することのできるものは未だ見出されていない。
特開平5-163081号公報 特許第3421925号公報 特開2001-19530号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、押出成形性を維持した状態で軽量化が可能であり、かつ瓦等の製造で重要な工程であるプレス工程に優位性を与える乾燥体曲げ強度に優れ、かつ寸法安定性に優れた多孔質セラミックス用組成物、該多孔質セラミックスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的は、粘土質材料に添加する材料として、グルコース含有量が１０ｍｇ／ｇ以上の珪藻土を用いることにより達成できる。

すなわち、本発明は粘土質材料および珪藻土材料からなり、珪藻土材がグルコースを１０ｍｇ／ｇ以上含有し、珪藻土材が粘土質材料１００重量部に対して１重量部〜８０重量部配合されてなる多孔質セラミックス用組成物、該組成物の焼成多孔質セラミックスおよび該多孔質セラミックスの製造方法に関する。

本発明の多孔質セラミックス用組成物は、粘土質材料が主原料として用いられる。粘土質材料とは、一般的に瓦、建材等に使用されるものであり、可塑性を有するため押出成形適性を有する。好ましく用いられるのは、三州がわらに通常用いられている、配合粘土である。

本発明の多孔質セラミックス用組成物は、グルコース含有量が１０ｍｇ／ｇ以上である珪藻土を含有する。グルコース含有量が１０ｍｇ／ｇ以上の珪藻土を用いることにより、押出成形可能になるとともに、乾燥時（未焼成）の曲げ強度が向上する。この乾燥時曲げ強度が向上することは、例えば瓦製造において、押出成形後の時点で、プレス成形にて瓦形状を付与するが、このプレス成形する際、ひび、割れ等の不具合が減少することとなる。また、プレス成形が容易になる分、複雑な形状を付与することが可能となる。なお、グルコース含有量は１０ｍｇ／ｇ以上であればよいが、特に好ましくは１２〜８０ｍｇ／ｇである。乾燥時曲げ強度を向上させるためには、グルコース含有量が１０ｍｇ／ｇ以上である珪藻土を、粘土質材料１００重量部に対して、１重量部以上添加する必要がある。また、２０重量部以上添加することにより、押出成形性、強度等の物性を維持した上で、軽量化効果も現れる。好ましい添加量は、１重量部〜８０重量部である。１重量部未満では効果が不十分であり、８０重量部を越えると、焼成後の成形体における強度低下のおそれがでてくる。たとえば軽量瓦として好ましい比重である０．６〜１．７および押出成形性を考慮すれば、特に好ましくは、２０重量部〜７０重量部である。

グルコース含有量が１０ｍｇ／ｇ以上である珪藻土は、珪藻土に当該グルコースを含有させたものでも良いが、例えば食品工場のろ過工程で排出される珪藻土を用いることもできる。当該珪藻土には、珪藻土と共にグルコース等の有機分が含有されているのである。また、食品工場等から排出される珪藻土には、活性炭が混合されることが多いが、当該活性炭混合珪藻土を用いても良い。なお、本発明の珪藻土として、食品工場等から排出される珪藻土を使用することが可能なため、本来廃棄物である使用済み珪藻土を再利用できるという点、すなわち環境負荷の低減という面からも有用性があるものである。

本発明の多孔質セラミックス用組成物には、炭酸カルシウムを添加するのが好ましい。炭酸カルシウムは、分解により炭酸ガスを発生し軽量化に寄与するとともに、カルシウム分が粘土成分と結びつき強度向上にも寄与する。当該炭酸カルシウムは、粘土質材料１００重量部に対して１０重量部〜７０重量部程度添加するのが好ましい。１０重量部以下では、軽量化・強度上昇の効果が小さく、７０重量部以上添加した場合、押出成形性が低下してしまう。特に好ましくは、２０重量部〜６０重量部である。なお、炭酸カルシウムは、例えば食品工場から排出されるカルシウム混入スラッジを用いることもできる。

本発明の多孔質セラミックス用組成物には、上記の他に、軽量骨材、有機バインダー等の成形助剤、強度向上材、増量材、発泡剤、パーライト等の添加剤等を加えてもよい。軽量骨材については、１重量部〜７０重量部程度の添加量であり、成形助剤については、１０重量部以下の添加量が好ましい。なお、成形時の粘度調整等のため水等を適宜添加しても良い。

多孔質セラミックスを得る方法は、公知の多孔質セラミックス製造法を用いれば良い。通常の工程は、ミキサー等を用いて種々の原料を調合混練する工程、例えば押出機等を用いて調合原料を成形する工程、乾燥炉にて乾燥する工程、焼成炉、窯等にて１０００℃〜１３００℃で焼成する工程を経る。

本発明の多孔質セラミックス用組成物は、特に瓦の製造方法、具体的には、ミキサー等を用いて種々の原料を調合混練する工程、押出機を用いて調合原料を押出成形する工程の後に、瓦形状にプレス成形する工程を有する製造方法に好ましく用いられる。本発明のセラミックス用組成物は、押出成形後の曲げ強度に優れているため、プレス工程における割れ等の不具合が減少し、より複雑な形状を有する軽量瓦の成形が可能である。

本発明の多孔質セラミックス用組成物は、押出成形性を維持した状態で軽量化が可能であり、かつ瓦等の製造で重要な工程であるプレス工程に優位性を与える乾燥体曲げ強度に優れている。
本発明の多孔質セラミックス用組成物を用いると、比重が０．６〜１．７である軽量瓦を、乾燥押出成形物のプレス成形法を使用して製造することができる。

本実施例および比較例における多孔質セラミックス用組成物の主原料として、以下の材料を使用した。
粘土質材料：三州がわらに一般的に使用される配合粘土
黒色珪藻土 ：食品工場のろ過工程で排出される活性炭を含む珪藻土スラッジ
（グルコース含量：１５ｍｇ／ｇ）
黄色珪藻土 ：食品工場のろ過工程で排出される珪藻土スラッジ
（グルコース含量：５８ｍｇ／ｇ）
ビールスラッジ：食品工場（ビール工場）から排出される珪藻土スラッジ
（グルコース含量：６ｍｇ／ｇ）
（ただし、集中処理により珪藻土スラッジ以外も混入有り）
炭酸カルシウム：食品工場の精製工程から排出される炭酸カルシウムスラッジ

実施例１
粘土質材料を１００重量部、黒色珪藻土４０重量部、炭酸カルシウム６０重量部混合し、アインリッヒミキサーにて１０分間混練する。当該混合原料を真空土練機（高浜工業社製：スクリュー径３５０ｍｍ、口型寸法３００×１５ｍｍ）で押出成形を行った。押出成形品を所定長さ（３００×１２０×１５ｍｍ）に切断し、当該成形品を２４時間炉上乾燥した。この時の乾燥最高温度は８０℃であった。

乾燥後、焼成を行った。焼成はトンネル窯を用い、１１００℃〜１２００℃程度で行った。なお、焼成に１０時間、焼成後の冷却に１０時間の設定とした。

焼成後得られた多孔質セラミックスについて、比重、曲げ強さを測定した。得られ結果を表１に示した。

比重は、成形体の絶乾重量（Ｍ１）、気中重量（Ｍ２）、水中浸漬時の重量（Ｍ３）としたとき、Ｍ１／（Ｍ２−Ｍ３）（アルキメデス法）の式で得られる値をいう。
なお、絶乾重量（Ｍ１）とは、成形体が含水していない時点で測定した重量値をいう。気中重量（Ｍ２）とは、成形体が飽和吸水した時点で測定した重量値をいう。水中浸漬時の重量（Ｍ３）とは、成形体を水中に浸漬させた状態で測定した重量値をいう。

曲げ強さは、ＪＩＳ Ａ ５２０９に準じた方法により３点曲げ試験（スパン９０ｍｍ）にて測定した。

実施例２
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、黒色珪藻土６０重量部、炭酸カルシウム２０重量部、パーライト２０重量部を用いる以外は、実施例１と同様にセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表１に示した。

実施例３
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、黒色珪藻土３０重量部、炭酸カルシウム３０重量部、パーライト４０重量部、軽量骨材２０重量部を用いる以外は、実施例１と同様にセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表１に示す。

実施例４
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、黄色珪藻土２５重量部、炭酸カルシウム４４重量部、パーライト４４重量部、成形助剤を５重量部、発泡剤を０．１３重量部用いた以外は、実施例１と同様にセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表１に示す。

比較例１
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、パーライト１００重量部、成形助剤１重量部を用いる以外は、実施例１と同様にセラミックス成形体を製造した。しかし、上記配合では押出成形をすることができなかった。

実施例５
粘土質材料を１００重量部に対し黒色珪藻土１重量部を混合し、アインリッヒミキサーにて１０分間混練した。当該混合原料を真空土練機（高浜工業社製：スクリュー径３５０ｍｍ、口型寸法３００×１５ｍｍ）で押出成形を行った。押出成形品を所定長さ（３００×１２０×１５ｍｍ）に切断し、当該成形品を２４時間炉上乾燥した。この時の乾燥最高温度は８０℃であった。得られた未焼成状態の成形体について、比重および曲げ強さを測定した。得られた結果を表２に示した。

また、押出成形後の成形体を３０ｔ油圧プレス機により、瓦形状にプレス成形を行ったが、割れ等は見られなかった。

実施例６
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、黒色珪藻土５重量部を用いる以外は、実施例４と同様に未焼成状態のセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表２に示した。また、押出成形後の成形体を実施例４と同様に、瓦形状にプレス成形を行ったが、割れ等は見られなかった。

実施例７
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、黄色珪藻土１重量部を用いる以外は、実施例４と同様に未焼成状態のセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表２に示した。また、押出成形後の成形体を実施例４と同様に、瓦形状にプレス成形を行ったが、割れ等は見られなかった。

実施例８
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、黄色珪藻土５重量部を用いる以外は、実施例４と同様に未焼成状態のセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表２に示した。また、押出成形後の成形体を実施例４と同様に、瓦形状にプレス成形を行ったが、割れ等は見られなかった。

比較例２
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、ビールスラッジ１重量部を用いる以外は、実施例４と同様に未焼成状態のセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表２に示した。

比較例３
成形配合として、粘土質材料を１００重量部、ビールスラッジ５重量部を用いる以外は、実施例４と同様に未焼成状態のセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表２に示した。

比較例４
成形配合として、粘土質材料を１００重量部用いる以外は、実施例４と同様に未焼成状態のセラミックス成形体を製造した。得られた成形体の評価結果を表２に示した。

Claims (11)

1. 粘土質材料および珪藻土材料からなり、珪藻土材がグルコースを１０ｍｇ／ｇ以上含有し、珪藻土材が粘土質材料１００重量部に対して１重量部〜８０重量部配合されてなる多孔質セラミックス用組成物。
2. 前記グルコースの含有量が１２〜８０ｍｇ／ｇであることを特徴とする請求項１記載の多孔質セラミックス用組成物。
3. 前記珪藻土材が、食品工場のろ過工程から排出される珪藻土材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質セラミックス用組成物。
4. 炭酸カルシウムを、粘土質材料１００重量部に対して、１０重量部〜７０重量部配合されてなることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の多孔質セラミックス用組成物。
5. 前記珪藻土材が、粘土質材料１００重量部に対して２０重量部〜７０重量部配合されてなる請求項１〜４いずれかに記載の多孔質セラミックス用組成物。
6. 請求項１〜５いずれかの多孔質セラミックス用組成物を焼成してなる多孔質セラミックス。
7. 請求項５の多孔質セラミックス用組成物を焼成したセラミックスであって、比重が０．６〜１．７であることを特徴とする多孔質セラミックス。
8. 請求項１〜５いずれかの多孔質セラミックス用組成物を混練する工程、当該混練物を押出成形する工程、当該押出成形物を乾燥する工程、および当該乾燥物を焼成する工程とからなることを特徴とする多孔質セラミックスの製造方法。
9. 請求項５の多孔質セラミックス用組成物を混練する工程、当該混練物を押出成形する工程、当該押出成形物を乾燥する工程、および当該乾燥物を焼成する工程とからなることを特徴とする、比重が０．６〜１．７の多孔質セラミックスの製造方法。
10. 請求項５の多孔質セラミックス用組成物を混練する工程、当該混練物を押出成形する工程、当該押出成形物をプレス成形する工程、当該プレス成形物を乾燥する工程、当該乾燥物を焼成する工程とを具えることを特徴とする、比重が０．６〜１．７である多孔質セラミックスの製造方法。
11. 請求項５の多孔質セラミックス用組成物を混練する工程、当該混練物を押出成形する工程、当該押出成形物をプレス成形する工程、当該プレス成形物を乾燥する工程、当該乾燥物を焼成する工程とを具えることを特徴とする、比重が０．６〜１．７である軽量瓦の製造方法。