JP2005089202A - 着色ガラス質発泡材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した発泡構造を形成し、かつ自在に着色可能な新規なガラス質発泡材及びその製造方法を提供するものである。
【解決手段】ソーダライムガラスからなるガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を混合した混合粉末を焼成して得られるガラス質発泡材であって、ガラス粉末９５．０〜９９．７重量％と、発泡剤０．２〜２．０重量％と、無機顔料０．１〜３．０重量％とを混合した混合粉末を焼成し、当該ガラス質発泡材のかさ密度が０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３、吸水率が５〜２０５％であり、発泡剤としては、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムのいずれか一方あるいは両方を使用する。
【選択図】図２

Description

この発明は、ガラス質発泡材に関し、特に、発泡性が安定し、かつ所望の色に着色された着色ガラス質発泡材に関する。

従来、ガラス粉末を主成分とするガラス質の発泡材は、軟弱地盤改良材、水捌け材、断熱材、防音材等の土木、建築用資材として一般的に用いられている。このガラス質の発泡材は、主として廃ガラス瓶、板ガラス屑等を粉砕したガラス粉末に炭化珪素等の発泡剤を添加し混合した混合粉末を焼成することによって得られる。すなわち、焼成工程において当該発泡剤が発泡することにより気泡が形成された多孔性材料である（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、従来のガラス質発泡材は、もっぱらその軽さ、強度等が重視され、発泡の安定性、きめ細やかさについては、軽視されがちであった。そのため、内部の気泡径にばらつきがある発泡材も多く、このような発泡材は、焼成体の寸法のばらつきが大きく、かつ加工効率に乏しく所望の形状への切削が必ずしも容易とは言えず、チッピング等も発生し易いという問題があった。また、当該発泡材の製造段階においても、焼成炉内での発泡材料の発泡状態が不安定であるために焼成炉内での詰まり等の問題が生じ、発泡材の生産性が低下するおそれがあった。

さらに、従来のガラス質発泡材にあっては、発泡材としての機能が重視され、外観の美しさは配慮されないものが多かった。そのため、特別な色のガラス材料、例えば、緑色のガラスだけを使用し、それを粉砕してガラス粉末とし、発泡材の原料として用いることにより緑色の発泡材を製造すること等は行われてきたものの（例えば特許文献２参照）、青、赤、黄色等、種々の鮮やかな色彩を有した見た目にも美しい発泡材は見られなかった。
特開平１１−２３６２３２号公報 特開２００１−２０７５６４号公報

本発明者らは、鋭意研究の結果、発泡材の原料として多種類の色の発色が可能な無機顔料を添加し、かつその添加量を制御することにより、多種類の鮮やかな色彩を有するのみならず発泡状態も安定な着色ガラス質発泡材を製造するに至った。

この発明は、前記の点に鑑みなされたもので、安定した発泡構造を形成し、かつ自在に着色可能な新規なガラス質発泡材及びその製造方法を提供するものである。

すなわち、請求項１の発明は、ガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を混合した混合粉末を焼成して得られるガラス質発泡材であって、ガラス粉末９５．０〜９９．７重量％と、発泡剤０．２〜２．０重量％と、無機顔料０．１〜３．０重量％とを混合した混合粉末を焼成し、当該ガラス質発泡材のかさ密度が０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３、吸水率が５〜２０５％であることを特徴とする着色ガラス質発泡材に係る。

請求項２の発明は、前記ガラス粉末が、ソーダライムガラスである請求項１に記載の着色ガラス質発泡材に係る。

請求項３の発明は、前記発泡剤が、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムのいずれか一方あるいは両方である請求項１又は２に記載の着色ガラス質発泡材に係る。

請求項４の発明は、前記無機顔料において、青色の発色にあたりＣｏＡｌ_２Ｏ_４を用い、黄色の発色にあたり（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４、又はＴｉ，Ｃｒ，Ｓｂからなる酸化物、あるいはＴｉ，Ｓｂ，Ｎｉからなる酸化物を用い、赤色の発色にあたりＺｒＳｉＯ_４及びＣｄＳを用いた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の着色ガラス質発泡材に係る。

請求項５の発明は、ガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を混合した混合粉末を焼成して得られるガラス質発泡材の製造方法であって、目開き２５０μｍの篩において９９重量％以上通過し、かつ平均粒径を５５μｍ以下に粉砕したガラス粉末９５．０〜９９．７重量％と、平均粒径５．０μｍ以下の発泡剤０．２〜２．０重量％と、無機顔料０．１〜３．０重量％とを均質混合し混合粉末とする工程と、前記混合粉末を７２０〜８５０℃で１０〜６０分間焼成する工程とを有することを特徴とする着色ガラス質発泡材の製造方法に係る。

請求項１の発明に係る着色ガラス質発泡材によれば、ガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を混合してなる混合粉末における発泡剤及び無機顔料の配合割合を調製し、当該混合粉末を焼成したものであるから、焼成時に発生する独立気泡の大きさがほぼ均一となり、安定した発泡構造が形成され、自在な発色を実現できる。すなわち、この着色ガラス質発泡材は、加工性に優れ、研削によるチッピングの発生が少なく、その上、豊富な色彩を有し美観性に優れている。また、この発明の着色ガラス質発泡材のかさ密度は０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３と軽量で作業性が良好であるだけでなく、吸水率が５〜２０５％と従来品と比較して吸水率を広範囲に調整することができるため、目的、用途等に合わせた様々な使用形態が可能である。

請求項２の発明に係る着色ガラス質発泡材によれば、ガラス粉末としてソーダライムガラスを使用することにより、当該ソーダライムガラスよりなる板ガラス、瓶ガラス等の廃材を有効に再利用することができ、資源の有効利用に大きく貢献することができる。

請求項３の発明に係る着色ガラス質発泡材によれば、前記発泡剤として炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムを使用することにより、安定した発泡を行うことができる。さらに、いずれも白色であるため、発泡材の変色を抑制することができる。特に、炭酸カルシウムは発泡性に優れており、十分に発泡し、かつ当該発泡の安定した発泡材を得ることができる。

請求項４の発明に係る着色ガラス質発泡材によれば、無機顔料として、青色の発色にあたりＣｏＡｌ_２Ｏ_４を用い、黄色の発色にあたり（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４、又はＴｉ，Ｃｒ，Ｓｂからなる酸化物、あるいはＴｉ，Ｓｂ，Ｎｉからなる酸化物を用い、赤色の発色にあたりＺｒＳｉＯ_４及びＣｄＳを用いることにより、所望の着色を得ることができ、これにより、優れた美観性を実現することができた。

請求項５の発明として規定するように、この発明の着色ガラス質発泡材の製造方法にあっては、ガラス粉末、発泡剤及び無機含量の配合割合を調整しガラス粉末及び発泡剤の粒径を調製したものであり、かつ焼成段階において焼成温度及び焼成時間を調整したものであるので、発泡不足あるいは発泡過多となることなく、好適な発泡状態を形成することができる。

以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図１は本発明の着色ガラス質発泡材の概略工程図である。

本発明の請求項１に規定する着色ガラス質発泡材は、ガラス粉末と、発泡剤と、無機顔料とを混合した混合粉末を焼成して得られたものである。前記着色ガラス質発泡材は、後述する実施例の図２の写真からも明らかなように、独立気泡がほぼ均一に分散した多孔性材料であり、安定した発泡構造を形成しているため、加工性に優れ、所望の形状に切削し易い。また、本発明の着色ガラス質発泡材は、自在に着色され美観を有するものである。各原料の配合割合は、前記ガラス粉末が９５．０〜９９．７重量％、発泡剤が０．２〜２．０重量％、無機顔料が０．１〜３．０重量％である。後述の実施例から理解されるように、発泡剤、無機顔料が前記範囲を超える場合には、良好な発泡を得難くなる懸念がある。また、発泡剤、無機顔料が前記範囲よりも少ない場合には、発泡不足となるおそれがある。したがって、本発明者らの検証によりガラス粉末、発泡剤及び無機顔料の配合割合は前記範囲が最も好適であると類推される。

前記着色ガラス質発泡材のかさ密度は０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^３である。かさ密度が０．１５ｇ／ｃｍ^３より小さい場合には、発泡材の機械的強度が低下し、使用する上での必要な強度が得られ難い。一方、かさ密度が０．５ｇ／ｃｍ^３より大きい場合には、全体がガラス化し、固くなり過ぎ加工性の低下が問題となる。発泡材がガラス化すると、汎用の工具で加工できなくなり、ダイヤモンドツールが必要となる。

前記着色ガラス質発泡材の吸水率は５〜２０５％である。本発明の着色ガラス質発泡材は、従来品に比べて吸水率が広範囲であるため、用途、目的等に合わせて吸水率の異なるもの適宜選択して使用することができ、多種多様な分野における使用が可能である。

前記ガラス粉末は、請求項２の発明として規定したようにソーダライムガラスが使用される。前記ソーダライムガラスは、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯを主成分とするガラス材料で、板ガラス、瓶ガラス等の構成材料として一般に用いられている。したがって、廃棄された板ガラス、瓶ガラス等を粉砕して本発明の着色ガラス質発泡材に再利用すれば、廃棄物を減らすことができ、環境的、経済的にも好ましい。

前記発泡剤は、請求項３の発明として規定したように、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムのいずれか一方あるいは両方である。炭酸カルシウムあるいは炭酸マグネシウムはいずれも白色であるため、これらを使用すると、着色ガラス質発泡材を発泡剤の影響によって変色させることがないため好ましい。特に、炭酸カルシウムの分解温度は７００℃以上であり、ソーダライムガラスの軟化点（７１０〜７３０℃）と近似しているため、ソーダライムガラスの融解とともに良好に炭酸ガスが発泡すると考えられる。前記炭酸カルシウムとしては、粒径が比較的小さく、また、純度の安定した炭酸カルシウムが望ましい。

前記無機顔料は、請求項４の発明として規定したように、青色を発色する顔料としてはＣｏＡｌ_２Ｏ_４スピネルを用い、黄色を発色する顔料としては（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４、又はＴｉ，Ｃｒ，Ｓｂからなる酸化物、あるいはＴｉ，Ｓｂ，Ｎｉからなる酸化物を用いる。前記酸化物としては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｓｂからなる酸化物においては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｓｂのそれぞれの酸化物、シリカ、アルミナ等の酸化物が考えられ、Ｔｉ，Ｓｂ，Ｎｉからなる酸化物においても同様に、Ｔｉ，Ｓｂ，Ｎｉのそれぞれの酸化物、シリカ、アルミナ等の酸化物が考えられる。赤色を発色する顔料としては、Ｃｄが含有されているＺｒＳｉＯ_４を用いる。なお、Ｃｄは、硫化物（ＣｄＳ）として、赤色を発色する顔料の総重量中において５〜１０重量％程度含有される。これらの無機顔料は、前記した各色のうち１色を発色する顔料のみとしてもよく、各色を発色する顔料を混合してもよい。例えば、青色を発色する顔料と赤色を発色する顔料とを混合すると、得られる着色ガラス質発泡材に紫色の着色が見られるように、異なる色を発色する顔料の混合により、着色ガラス質発泡材に多種類の色を着色させることができる。

請求項５の発明として規定される着色ガラス質発泡材の製造方法は、上述の着色ガラス質発泡材の製法に係るものである。すなわち、前記のガラス粉末、発泡剤及び無機顔料の混合、焼成等の調製について、以下に詳述する。

前記ガラス粉末は、ジョークラッシャー、レイモンドミル等の公知の粉砕機を用いて乾式粉砕される。粉砕後、目開き２５０μｍの篩により９９重量％以上通過し、かつ前記通過したガラス粉末の平均粒径を５５μｍ以下とするように分級したものである。後述の実施例から明らかなように、上記の範囲を満たすことが良好な発泡を促す上で必須である。

前記発泡剤は、平均粒径５．０μｍ以下の粒状体であることが望ましい。発泡剤の平均粒径が５．０μｍを上回ると、熱伝導等の要因により、分解温度にばらつきが生じる。また、炭酸ガスの発生も多くかつ不均一となり、良好な発泡が形成され難くなる。これらの点を考慮すると、すでに請求項３において、詳述したように、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムのいずれか一方あるいは両方である。炭酸カルシウムは、適宜、粒径調節を行うことにより熱分解温度の制御が可能である。そのため、ソーダライムガラス以外のガラス原料、例えば、鉛ガラス、硼珪酸ガラス等の原料を使用する場合、前記のガラス原料の軟化点、温度に対応させた粒径を選択することにより、良好な発泡を得ることができる。

上述の粒径に調製されたガラス粉末、発泡剤及び無機顔料は適宜の混合装置にて十分に均質混合され、図１（ａ）に示すような混合粉末１０ａとなる。なお、前記混合粉末１０ａには、混合時の各粉末毎の分散性を高めるため、ヒュームシリカを０．１〜０．５重量％程度添加してもよい。前記混合粉末１０ａは図示のとおり、ステンレス製のバット等の型１５に充填され、焼成炉により焼成される。前記型１５内の底面及び側面には予め離型シート２０が敷設されあるいは離型剤が塗布され、焼成後に当該型１５から発泡材１０を分離し易くなっている。離型シート２０としては、例えば、セラミックシートが使用される。離型剤としては、例えば、アルミナ粉末を適宜の樹脂よりなるバインダーと混合したものが使用される。前記型１５に充填された混合粉末１０ａは、公知の電気炉、ガス炉あるいはトンネルキルン等の焼成炉を用い、７２０〜８５０℃の温度で１０〜６０分間焼成される。

こうして、混合粉末１０ａ中における発泡剤が発泡することにより、図１の（ｂ）に示すように、型１５の上端まで体積が増加し、発泡材１０が形成される。当該温度が７２０℃より低い場合には、発泡が不十分となり好ましくない。一方、８５０℃よりも高い場合には、発泡過多となり、得られる発泡材がガラス化し、加工し難くなる。なお、焼成温度は、混合粉末の重量、型の形状、焼成炉の構造により、適宜、前記範囲内で調製される。

前記混合粉末１０ａの焼成時における発泡材１０の成形状態を説明する。焼成温度が約７２０℃以上となると、前記型１５内のガラス粉末が融着し始める。このとき、ガラス粉末とともに混合された発泡剤、例えば炭酸カルシウムの場合には、当該炭酸カルシウムが分解して炭酸ガスを発生し、融着したガラス中に気泡（独立気泡）が形成される。前記したように、混合粉末１０ａに対する発泡剤及び無機顔料の配合割合を調製することにより、この独立気泡がほぼ均一な大きさとなり、安定した発泡状態が形成される。また、このように発泡状態が安定していることにより、発泡材の寸法及び品質を安定なものとし、生産性を向上させることもできる。

焼成が完了した後、発泡材１０は、型１５から取り出される。当該発泡材１０は、略直方体、略立方体等の所望の形状に切断加工され、本発明の着色ガラス質発泡材が得られる。

本発明の着色ガラス質発泡材は、例えば、断熱材、防音材、舗道面等に配設されるブロック材等の他、建物の壁面に設置されたり、例えば、学校教育用等の工作用クラフト材料や、植木鉢、プランター、花壇用ブロック等のガーデニング材料等、様々な用途、目的に使用することができる。

本発明の実施例１，２，４，５及び比較例１，２，４について、色調、発泡ばらつき、かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）を調べた。結果を表１〜表６に示す。なお、測定方法を以下に示す。

発泡ばらつきは、バットから取り出された発泡材を立方体（１０ｃｍ×１０ｃｍ）に切り出し、３名の判定員により外観評価を行った。発泡のばらつきの程度を１〜１０の１０段階で評価し、１０を最も良好で均一性のある発泡とした。９、８と数値を小さくするほど発泡にばらつきがあるものとし、１を最も発泡のばらつきがあるものとした。３名の外観評価の平均値を求め、その平均値が１０〜８の場合は◎、７〜６の場合は○、５〜４の場合は△、３〜１の場合は×として評価した。

かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）は、バットから取り出された発泡材を立方体に切り出し、重量及び体積を測定し、算出した。

（実施例１）
板ガラスカレットをジョークラッシャーで粗粉砕した後、レイモンドミルで微粉砕したガラス粉末に対し、発泡剤として平均粒径２．２μｍの炭酸カルシウム（日東粉化工業株式会社製「沈降炭カル」）を添加し、さらに無機顔料を添加し、均質に混合した。ガラス粉末は、目開き１６５μｍの篩を９９重量％通過し、平均粒径が３７．１μｍ、最小粒径が１．０μｍであるものを使用した。無機顔料として以下の表１において、１−１及び１−２はＣｏＡｌ_２Ｏ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．１３４５−１６−０）、１−３及び１−４は（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．６８１８７−１５−５）、１−５及び１−６はＺｒＳｉＯ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．１０２１８４−９５−２）及びＣｄＳを使用した。

ガラス粉末、発泡剤、及び無機顔料の配合割合は、表１に示すとおりに調製した。以下、表中Ｗｔ％は重量％を表す。均質に混合した混合粉末を、予め、厚さ１ｍｍのセラミックシート（イソライト工業株式会社製「ＰＡＰＥＲ−Ｔ」）が敷設されたステンレス製のバット（１４９ｃｍ×２１０ｃｍ×７５ｃｍ）の底から約１／３の深さまで充填し、電気炉内で毎分５℃ずつ温度上昇させた。そして、８００℃の温度で１５分間維持して焼成した後、室温まで毎分２．５℃ずつ徐々に冷却し、バットを電気炉から取り出して表層を切断し略立方体状の試料１−１ないし１−６の着色ガラス質発泡材を得た。

（比較例１）
発泡剤として炭酸カルシウムの代わりに炭化珪素を使用し、混合粉末の総重量中における当該発泡剤の配合割合を実施例１よりも増加させて着色ガラス質発泡材を製造した。実施例１と同様のガラス粉末を９４．８重量％、発泡剤として平均粒径０．８μｍの炭化珪素を５．０重量％使用し、実施例１と同様の処理を行い着色ガラス質発泡材を得た。なお、炭化珪素は、炭酸カルシウムと比較して分解温度が高く、ガスを発生させるには、粒径を小さくし、配合量を多くする必要があるため上記の粒径及び配合量とした。

試料１−１ないし１−６及び比較例１の着色ガラス質発泡材について、色調、発泡ばらつき、かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）の結果は表１のとおりである。表１において、発泡剤１は炭酸カルシウム（沈降炭カル）、発泡剤２は炭化珪素である。

表１から明らかなように、発泡剤として炭酸カルシウムを使用した試料１−１ないし１−６は、炭化珪素を使用した比較例１と比較して色調が豊かであることが分かる。また、発泡剤の配合割合が０．８重量％である試料１−１ないし１−６は発泡が安定しているのに対し、発泡剤の配合割合が過多（２．０重量％より大きい）である比較例１は発泡に大きなばらつきが見られることも分かる。さらに、試料１−１ないし１−６において、無機顔料の添加量の少ないものがより発泡が安定しているといえる。

続いて、前出の試料１−１及び比較例１の着色ガラス質発泡材を木工用のこぎりで切断し、切断面の外観を比較した。図２が試料１−１の切断面であり、図３が比較例１の切断面である。

図２及び図３に示すように、試料１−１の着色ガラス質発泡材は比較例１の着色ガラス質発泡材と比較して、独立気泡が小さくほぼ均一の大きさであり、発泡状態が安定していることが分かる。

（実施例２）
実施例２は、発泡剤の配合量を変化させたものである。実施例１と同様のガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を使用し、各原料を表２に示す配合割合で配合して均質に混合した。均質に混合した混合粉末を実施例１と同様にバットに充填し、電気炉内で毎分５℃ずつ温度上昇させ、７６０℃の温度で３０分間焼成した後、室温まで毎分２．５℃ずつ徐々に冷却し、バットを電気炉から取り出して表層を切断し略立方体状の試料２−１ないし２−６の着色ガラス質発泡材を得た。

（比較例２）
平均粒径の大きい発泡剤を使用して着色ガラス質発泡材を製造した。発泡剤として平均粒径８．０μｍの炭酸カルシウム（備北粉化工業株式会社製「ＢＦ３００」）を混合粉末の総重量に対して１．０重量％となるように添加した以外は実施例２と同様の処理を行い比較例２の着色ガラス質発泡材を得た。

試料２−１ないし２−６及び比較例２の着色ガラス質発泡材について、色調、発泡ばらつき、かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）の結果は表２のとおりである。表２中の発泡剤１は炭酸カルシウム（沈降炭カル）、発泡剤２は炭酸カルシウム（ＢＦ３００）である。

表２に示すように、実施例１と比して発泡剤の配合量が増加すると発泡状態にばらつきが見られることが分かる。また、試料２−１ないし２−６の着色ガラス質発泡材は平均粒径が過大（８．０μｍ）である比較例２と比して発泡が安定していることも分かる。

（実施例３）
実施例３は、前記試料１−１ないし１−６を作成するに当たり、焼成条件を８５０℃の温度で１５分間とした以外は同様の処理を行い着色ガラス質発泡材を試作した。

結果、実施例３の着色ガラス質発泡材にあっては、いずれの独立気泡もガラス化により極端に硬化し、木工用のブレードにおける切断が不可能であった。したがって、８５０℃より高い温度は発泡材の焼成温度として不適切であるといえる。

（実施例４）
瓶ガラスを前述の実施例１と同様に粉砕したガラス粉末に対し、発泡剤として平均粒径２．２μｍの炭酸カルシウム（日東粉化工業株式会社製「沈降炭カル」）を添加し、さらに無機顔料を添加し、均質に混合した。ただし、ガラス粉末は、目開き２０４μｍの篩を９９重量％通過し、平均粒径が４８μｍ、最小粒径が１．０μｍであるものを使用した。無機顔料としては以下に示す表３の試料４−１はＺｒＳｉＯ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．１０２１８４−９５−２）及びＣｄＳを、４−２は（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．６８１８７−１５−５）を使用した。ガラス粉末、発泡剤、及び無機顔料の配合割合は、表３に示すとおりに調製した。均質に混合した混合粉末に対し実施例１と同様の条件により処理を行い試料４−１及び４−２の着色ガラス質発泡材を得た。

（比較例４）
無機顔料の成分を変更した場合において、得られる発泡材の発泡状態に影響が生じるか否かを調べた。無機顔料として比較例４−１はＦｅ_２Ｏ_３、４−２はＴｉ，Ｓｂからなる酸化物を使用した以外は実施例４と同様の処理を行い比較例４−１及び４−２の着色ガラス質発泡材を得た。

試料４−１及び４−２並びに比較例４−１及び４−２の着色ガラス質発泡材について、色調、発泡ばらつき、かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）の結果は表３のとおりである。なお、表３中の発泡剤１は炭酸カルシウム（沈降炭カル）である。

表３に示すように、実施例の着色ガラス質発泡材は発泡状態が安定しているのに対し、比較例の着色ガラス質発泡材は着色はされているものの発泡状態にばらつきが見られることが分かった。

次に、本発明の着色ガラス質発泡材を使用し、切削加工の容易性について検証した。前出の試料４−１及び４−２並びに比較例４−１及び４−２の着色ガラス質発泡材を木工用のこぎりで切断し、チッピング、細工の程度を比較した。また、ドリル加工により切削性及びチッピングの発生を調べた。

図４に示すように、前出の試料４−１、市販発泡ガラス（三光株式会社製「エアーストーン」）、天然ガラス材（石川ライト）、前記市販発泡ガラスと貝殻の複合材、発泡コンクリートに対し（以上、各種の材料を図４中のＳで示す）、先端ビットの砥石としてＧＣ（グリーンカーボンランダム）（インダストリーコーワ社製中目８０番）を使用したミニルーター３０（フレンドリミテッド社製「ＲＥＬＩＥＦ３００００」）によって切削した。ミニルーター３０の回転数は、５０００ｒｐｍ／５ｓｅｃ（表４中の切削条件１）及び１２０００ｒｐｍ／５ｓｅｃ（表４中の切削条件２）とし、加圧は３００ｇの自重（ミニルーター先端に対して７ｇ／ｍｍ^２程度の加圧力）とした。試料４−１及び他の材料に対するドリル加工による切削距離及び切削速度を表４に示す。

試料４−１及び４−２の着色ガラス質発泡材は、発生したチッピングの大きさは１ｍｍ以下であり、微細な細工もでき、所定の形状に加工できた。一方、比較例４−１及び４−２の着色ガラス質発泡材は、発生したチッピングの大きさは数ｍｍと実施例よりも大きく、微細な細工ができなかった。切削性に関しては、試料４−１は表４に示すように切削性が良好で、チッピングの発生も少なかった。市販発泡ガラスは表４から理解されるように切削性はよいものの、数ｍｍの大きさのチッピングが発生した。この市販発泡ガラスのチッピングの発生は、当該市販発泡ガラスの発泡状態のばらつきが大きいために起こると考えられる。他の材料は、試料４−１と比較して切削速度が遅く、加工が困難であることが分かる。

（実施例５）
焼成条件と着色ガラス質発泡材の吸水率との関係、及び発泡剤の配合割合と着色ガラス質発泡材の吸水率との関係を調べた。ガラス粉末、平均粒径２．２μｍの炭酸カルシウム（日東粉化工業株式会社製「沈降炭カル」）、無機顔料を均質混合し、焼成条件を、以下の表５に示すように、試料５−１、５−２及び５−３は７４０℃で３０分間、５−４、５−５及び５−６は７６０℃で３０分間、表６に示す５−７、５−８及び５−９は８００℃で３０分間とした。他の条件は、実施例１と同様として処理を行い試料５−１ないし５−９の着色ガラス質発泡材を得た。ガラス粉末は、実施例１と同様の粉砕を行い、目開き１６５μｍの篩を９９重量％通過し、平均粒径が３７．１μｍ、最小粒径が１．０μｍであるものを使用した。無機顔料としては試料５−１ないし５−３は（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．６８１８７−１５−５）、５−４ないし５−９はＣｏＡｌ_２Ｏ_４（ＣＡＳ Ｎｏ．１３４５−１６−０）を使用した。

得られた試料５−１ないし５−９の着色ガラス質発泡材について、吸水率を求めた。吸水率の測定方法は以下のとおりである。まず、着色ガラス質発泡材の乾燥状態での重量Ｗ０を測定した。次に、各着色ガラス質発泡材を水中に５分間浸し、取り出した後、当該発泡材の表面を湿った布で拭いて表面の水分を除去し、重量Ｗ１を測定した。なお、いずれも水に浮くため、水中に浸す際には金網により押さえ、完全に水中に沈めた。測定したＷ０及びＷ１を吸水率（％）＝（Ｗ１−Ｗ０）／Ｗ０×１００に代入し、着色ガラス質発泡材の吸水率（％）を算出した。

試料５−１ないし５−９の着色ガラス質発泡材について、前記した方法により求めた吸水率の他に、色調、かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）も調べ、これらの結果を表５及び表６に示した。なお、表５及び表６の発泡剤１は炭酸カルシウム（沈降炭カル）である。

結果は、表５及び表６に示したように、焼成温度が低いものほど吸水率が大きいことが分かる。また、発泡剤の配合割合が大きいものほど吸水率が大きいことも分かる。

（実施例６）
さらに、焼成終了後の冷却によりマイクロクラックが生じ、着色ガラス質発泡材の吸水率に影響が見られるか否かを調べるため、冷却条件を変えて着色ガラス質発泡材を製造した。試料６−１の着色ガラス質発泡材にあっては、前記試料５−４と同様の組成及び手順により試作を行い、焼成後直ちに焼成炉より取り出すことにより、急速冷却させた。実施例６の吸水率（％）を前出の測定方法により測定した。

結果は、試料５−４の着色ガラス質発泡材の吸水率が１０％であるのに対し、実施例６の着色ガラス質発泡材の吸水率は１８％であり、マイクロクラックによる著しい影響は見られなかった。

（実施例７）
実施例７として、複数の色を配色した着色ガラス質発泡材を試作した。図５の（ａ）に示すように、予め、厚さ１ｍｍのセラミックシート（イソライト工業株式会社製「ＰＡＰＥＲ−Ｔ」）が敷設された型１５（バット）に段ボールよりなる仕切板２５を配設した。前記仕切板２５によって形成された３つの区画１６，１７，１８のうちの左側の区画１６に、実施例１と同様のガラス粉末９９．０重量％、発泡剤０．８重量％、無機顔料としてＣｏＡｌ_２Ｏ_４を０．２重量％を均質に混合した混合粉末１０ｂを充填した。同様に、ＣｏＡｌ_２Ｏ_４に代えて（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４を０．８重量％添加混合し、混合粉末１０ｃとし、また、ＣｏＡｌ_２Ｏ_４に代えてＺｒＳｉＯ_４を０．５重量％添加混合し、混合粉末１０ｄとした。前記混合粉末１０ｃ，１０ｄを順に区画１７，１８に充填した。なお、いずれの区画も合計重量が１００重量％となるようにガラス粉末の配合量を調整した。

その後、仕切板２５を抜き取り、電気炉内で毎分５℃ずつ温度上昇させ、８００℃の温度で１５分間維持して焼成した後、室温まで毎分２．５℃ずつ徐々に冷却し、図５の（ｂ）に示すように、三色の異なる配色を有する発泡材１０Ａを形成した。そして、型１５を電気炉から取り出し、表層を切断し、図５の（ｃ）に示すような、左側から順に青色、黄色、赤色に着色された略立方体の着色ガラス質発泡材１１を得た。

なお、実施例７においては、仕切板を使用して複数の色を配色した着色ガラス質発泡材を作成したが、複数色からなる波状、渦巻き状等の適宜の模様の形成も可能である。前記仕切板においても、実施例では段ボールよりなるものを使用したが、これに限定されず、例えば、障子紙のような薄地のものを使用し混合粉末とともにそのまま焼成することも可能である。

本発明の着色ガラス質発泡材の概略工程図である。 試料１−１の着色ガラス質発泡材の切断面である。 比較例１の着色ガラス質発泡材の切断面である。 各種の材料のドリル加工状態を示す概略図である。 実施例７の着色ガラス質発泡材の概略工程図である。

符号の説明

１０ 発泡材
１０ａ 混合粉末
１５ 型
２０ 離型シート
３０ ミニルーター
Ｓ 各種の材料

Claims (5)

1. ガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を混合した混合粉末を焼成して得られるガラス質発泡材であって、
   ガラス粉末９５．０〜９９．７重量％と、発泡剤０．２〜２．０重量％と、無機顔料０．１〜３．０重量％とを混合した混合粉末を焼成し、
   当該ガラス質発泡材のかさ密度が０．１５〜０．５ｇ／ｃｍ^３、吸水率が５〜２０５％であることを特徴とする着色ガラス質発泡材。
2. 前記ガラス粉末は、ソーダライムガラスである請求項１に記載の着色ガラス質発泡材。
3. 前記発泡剤は、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムのいずれか一方あるいは両方である請求項１又は２に記載の着色ガラス質発泡材。
4. 前記無機顔料において、
   青色の発色にあたりＣｏＡｌ_２Ｏ_４を用い、
   黄色の発色にあたり（Ｚｒ，Ｐｒ）ＳｉＯ_４、又はＴｉ，Ｃｒ，Ｓｂからなる酸化物、あるいはＴｉ，Ｓｂ，Ｎｉからなる酸化物を用い、
   赤色の発色にあたりＺｒＳｉＯ_４及びＣｄＳを用いた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の着色ガラス質発泡材。
5. ガラス粉末、発泡剤及び無機顔料を混合した混合粉末を焼成して得られるガラス質発泡材の製造方法であって、
   目開き２５０μｍの篩において９９重量％以上通過し、かつ平均粒径を５５μｍ以下に粉砕したガラス粉末９５．０〜９９．７重量％と、平均粒径５．０μｍ以下の発泡剤０．２〜２．０重量％と、無機顔料０．１〜３．０重量％とを均質混合し混合粉末とする工程と、
   前記混合粉末を７２０〜８５０℃で１０〜６０分間焼成する工程とを有することを特徴とする着色ガラス質発泡材の製造方法。