JP2006225247A - 機能性セラミックスの製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】 弾力性を備えて（−）イオン発生の機能性を備えたセラミックスの構造法
【解決手段】 有意の複数の遠赤外線放射機能の優れた鉱石粉と天然の多様なミネラル等の成分に富む海洋性化石粉を有意に混合して、特殊処方によって生成した高濃度ホウ酸複合化合物溶液或いは海洋性生物化石溶液で混練し、乾燥後電気炉で窒素ガス置換し高温焼成することによってファインセラミックス化する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、燃焼炉、乾溜炭化炉、乾燥炉、電気炉等の炉壁、或いは導電発熱体の担体、汚水分解装置等に用いられ、それぞれの機構の目指す物質の化学変化を促進せしめる熱線熱波並びに光波の放射機能を強化した機能性をもつセラミックスの製造に関するものである。

本願の機能性セラミックスによって、機能効率を大幅に向上することが期待される燃焼装置に関するもので、目指す燃焼雰囲気形成に炉壁機能が大きく影響するからである。
高能率熱交換燃焼装置−特願平７−７７０６０（特許第３０３０３２１号） バイオマスの乾溜ガス化燃焼熱変換発電装置−特願２００４−２０９２４１

炉壁の遠赤外線の熱線放射と、無酸素並びに過熱蒸気雰囲気の相乗作用で、バイオマスを化学反応的に乾溜炭化せしめる装置で、炉壁セラミックスの機能に大きく依存する。
自燃固体素材の遠赤外線乾溜炭化装置−特願２００１−１０５２３９ 自燃植物素材遠赤外線乾溜炭化装置−特願２００４−９０５１６

新機構の導電発熱体と炉壁を組み合わせた熱線放射によって大型の被熱体を電熱焼成出来る電気炉で新電熱体と装置炉壁が基となるので本発明技術が装置機能の向上を約束する。
薄膜状の発熱体の製造及びそれを特徴とする発熱装置−特願２００４−１４２９０８ 熱線放射型電気炉装置−特願２００４−１３７９１３

本発明を構成する基礎素剤である。
マリネックス−（株）エスシーアクト−特殊腐植物質の特性を活かした環境保全型燃焼法−特願２００２−３５３０９８ ライフグリーン原石分析報告書−長野県工試 シリカブラックの遠赤外線放射率並びに波長測定−福島県工試（１９９４）

海洋性生物化石は多様なミネラル類を含有し加熱酸化するとイオン化へ急激に反応する特性をもつに至り、他の物質と反応して融合反応を先導する。
ミネラルはねっこ−貝化石肥料分析−東邦亜鉛（株）小名浜製練所（昭６１年） 高分子的特性を有するパーム椰子殻は焼成灰となっても多くの元素を保有し、マリネックスと溶解液をつくり他の物質と強烈反応して有用な物質をつくり出す働きを先導する。パームアッシュ−グリーン・フィールド（株）パーム灰分析証明書−日本肥糧検定協会−（２００２年）

有意の特性のある物質を融合反応させるイオン化促進機能の優れたホウ酸は、本発明の他にも各種の機能性物質に活用される特性をもっている。
不燃液と防水、耐火接着剤を用いた不燃布の製造法並びに防水不燃素材を外皮とした発熱体−特願平１１−１８０４９０

有意のイオン化傾向物質を揃え、イオン化促進手段を加えて急速な水和反応せしめる目的方向性をもつ構造物で、本願と共通性のある複数の構成素材は環境機能性を高める選択をして複合相乗的な反応を目指している。
環境機能性再生構造物の製造−特願−２００４−１６３８５１

海産副産物のカキ殻はカキの生命現象の一環として生成されたバイオマスで、石灰岩と異なり、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ等の微量元素と硬タンパク質からなる有機基質（コンキオリン）が数％含有され、主成分はカルサイト型炭酸カルシウム（ＣａＣｏ_３）の結晶で構成され、古来、その焼成灰が漆喰の原料に供され遠赤外線を放射する環境機能性が珍重されてきた。
カキ殻の化学組成等−広島県水産試験場研究報告８号（１９７７）

多様な物質を融合化して新機能の物体化するに当ってホウサンと共に、熱に反応して物質の変化の大きいアンモニュウムミョウバンが大きな期待を担う。

熱に反応して有益な遠赤外線、幅射熱線、電磁波並びに光波（以下 略して熱線熱波と云う）を放射反射する機能を必要とする装置は数多い。発明者等は産廃的資源化しているバイオマスの循環再生に取組んでいるが、それ等は生化学的に生合成された複雑な結合の強固な有機質で、その物質変換に当って、その結合を解いて単分子化するために越えなければならない活性化エネルギーの丘が高く、又燃焼に当ってもその固体から燃料ガス化に至る燃焼因子の原子化までの段階が多く、その都度解離エネルギーを要するので利用出来る燃焼反応熱が目減りする事になる。その活性化エネルギーや解離エネルギーは物質の基本的特性であるが、それを乗り越えて物質の有為な変化を助ける酵素・触媒・熱・雰囲気等々有益な援用手段も解明され進歩しているので、それ等の複合的活用手段とよりよい主体素材の探査が欠かせない。

前段並びに背景技術の中で明らかになった課題改善点を克服するには有効な雰囲気（ガスや過熱蒸気等）を形成する触媒毒に耐えて、有効な熱線や熱波並びに光波を放射し反射する炉壁セラミックス等の機能改善向上が求められている。本発明はそれに対応し得る炉壁等々並びに導電体担体等や汚水分解装置に有意の触媒機能のある資質構造体を提供する。

前項を目的に有意の複数の遠赤外線放射機能の優れた鉱石微粉とアルミナと、有意の多様なミネラル等の成分に富む海洋性生物化石微粉を混合して主体剤とし、特殊調製した高濃度ホウ酸複合化合物溶液又は高濃度海洋性生物化石複合化合物溶液を有意量加えて充分に混練して融合化的反応させる為に強力にイオン化を促進し有意時間保温（３０℃）養生して水和反応を進めながら強くガス抜き練りをして加圧成型乾燥し、電気炉で窒素ガス置換のもとで高温焼成して、弾力性を備えながら熱に反応して強力なマイナスイオンも放射する高度機能性のあるファインセラミックス化する。

更に前項を目的に有意の複数の遠赤外線放射機能の優れた鉱石微粉と、明礬と、有意の多様なミネラル等の成分に富む海洋性生物化石微粉を混合して主体剤とし、特殊調製した高濃度ホウ酸複合化合物溶液又は高濃度海洋性生物化石複合化合物溶液を有意量加えて充分に混練して融合化的反応させる為に３０℃以上で有意時間養生させた後、更に高温焼成カキ殻と硫酸マンガンとアルミナセメントと、耐熱キャスターを加え、相対的有意量の特殊腐植物質抽出希釈液を追加して混錬して水和反応を進めながら素早く型枠に充填して成型・乾燥し、電気炉で窒素ガス置換のもとで高温焼成し熱に反応して強力なマイナスイオンも放射する高度機能性のある炉壁化する。
本項で追加する硫酸マンガンは水和反応と結晶中核剤となり、アルミナセメントとキャスターは炉壁として耐熱反射性を強化するものである。これ等追加主体剤は水和反応結晶化が早いので柔らかいうちに型枠に充填し固化するので常温でも固化は強力であるが窒素ガス雰囲気の高温焼結は機能性を向上させる。

ホウ酸或いは海洋性生物化石は、化学的に安定して存在している複数の構成資剤のイオン化を強く誘導して新たな物質融合に有効な役割を荷うが、水に溶解し難い性質があったので試行の結果、高分子的特性植物体の灰を特殊腐植物質抽出稀釈水で抽出した溶解液には飛躍的に溶解度が高まることを発見して、有意の濃度を維持出来ることとなり本発明技術を成立せしめた。
即ち高分子的特性をもつパーム椰子殻由来の豊富なミネラルと加里分や強いアルカリ性の灰を特殊腐植物質抽出液で抽出すると同時に反応してつくり出された溶解液が、触媒的な機能を有してホウ酸或いは海洋性生物化粉とを有機化学複合反応によって溶解反応を進めて高品質のホウ酸複合化合物溶液又は海洋性生物化石複合化合物溶液となったのである。
有意の濃度設定は爾後の対象資剤のイオン化を促進せしめて電子置換に関与貢献して高度の機能性のあるファインセラミックスの創造の途を拡めた。
更にホウ酸又は海洋性生物化石は多才な活用範囲を持った特性があり、それ等資剤の有意の濃度の複合化合物溶液化のみちを見つけたことは、他の分野でも飛躍的な需要開拓の途をひらくことになる。例えば（特許文献５と６）の技術には互換的共通点がある如きである。

ミョウバンが主体剤に加わることによって本願セラミックスの目指す機能が大幅に向上する。水に溶け易く他の主体剤と完全に混和一体化し、融合と水和反応経過の後、窒素ガス置換焼成される段階で、その組成ＡＬＮ_４（ＳＯ_４）_２・１２Ｈ_２Ｏの８８％あまりを放出して１１．２５％のＡｌ_２Ｏ_３となる特性によって、植物体の成熟過程でリグニンが炭水化物細胞間をうめて木化する如く、多様な物質の融合固化を完結しながら大量の気化、ガス化由来の空隙を生じ、アルミナ特有の耐熱遠赤外線放射反射機能が強化されるからである。

バイオマスの物質循環の一環である乾燥、改質炭化、燃焼等の化学反応的熱反応で、その雰囲気形成と熱線放射の力は絶大と云っても過言ではない。
なかんずく本発明の目指す弾力のあることと、更に（−）イオン放射と云う特性をもつセラミックスは、バイオマスの再生循環を目指すそれぞれの機構装置における化学反応的変化に大きな転機をもたらし利用が拡大する。その対象物があまりにも多い（２億屯以上）と云うことからその効果数値の予測は社会状勢に左右されて表現が困難な程である。
ただどこでも誰でも取組める例えば高効率で低コストな装置の技術開発によって新エネルギー産業を創出する新機構装置の基礎となり得ると断言出来る。
それは設備費も補助金なしで、ランニングコストも社会的コストに耐え得る装置技術の土台を嵩上げしてくれるからで、新エネルギー燃料化、産廃再生、雇用の拡大等への波及効果は莫大である。

本発明は物質の原子配列の活用と利用現場の試作思考から芽生えたものでスタート台から飛び出した段階と云える。更なる資剤の選択に基づく品質向上、コスト削減、活用現場技術等に尚一層の時間と試作の積重ねが必要であり多くの分野での関係者の積極的協力を得て活用拡大を図りたい。

更には例えば本発明をもとにした炉壁を備えた乾留炭化炉や熱交換ボイラ等の装置改良による新エネルギー産業の創業によって広範な社会的需要に対応するに当たって、燃料化段階で若干の環境分野として行政支援（２０％）が求められ、自家発電段階では、電気事業法の規制緩和策−例えば地域の電力融通を容易にするとか、発電量を発電事業者のバイオマスの活用義務を定めた”新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法”による発電業者の義務量に加算する等の行政支援策によって、行政責任の環境、産廃再生分野、新エネルギー分野、効用拡大分野の３方得の広範な永続的社会需要が成立する。それを可能とする装置技術の基礎を本発明は提供し得る。

（Ａ）基本となる原料素剤の特性を述べる。
▲１▼原鉱石としてライフグリーン−石川県金沢市の医王山に産出し、石英粗面岩並びに水晶メノー含有パーライト系岩で構成され、平均した組成分はＳｉ_２Ｏ_３−７５．５３％、Ａｌ_２Ｏ_３−１３．３４％、Ｆｅ_２Ｏ_３−０．７６％、ＣａＯ−１．３３％、Ｎａ_２Ｏ−３．６５％、Ｋ_２Ｏ−３．４３％、ＭｇＯ−０．１６％、ＴｉＯ_２−０．１２％等を含有する外、エマナチオン（ＲＨ）を含み、土中では酸素冨化現象を呈し、とにかく硬い特性をもつが、その微粉がマリネツクス１，０００倍液に溶けると云う合性もあって、ファインセラミックス化を目指す物質融合素剤として秀れている。
▲２▼シリカブラック−北海道に産出する火成岩の一種で、炭素−５％、Ｓｉ_２Ｏ_３−８１．３５％、Ａｌ_２Ｏ_３−６．３５％、Ｋ_２Ｏ−１．６６％、ＴｉＯ_２−１．１８％、Ｆｅ_２Ｏ_３−０．５３％、ＭｇＯ−０．４５％等を含有し特殊な磁場を持つ鉱石で遠赤外線放射機能の高いことが知られている。
▲３▼ミネラルはねっこ−福島県東白川郡塙町西河内に産出する海洋性生物化石でその組成はコロイド珪酸−４０〜４５％、腐植質フミン酸−２１．７％、ＣａＯ−１８〜２３％、Ｆｅ_２Ｏ_３−４〜５％、ＭｇＯ−２％、ＭｎＯ−０．１８％、ホウ素−１００ｐｐｍ、その他ミネラル−２２％、銅、亜鉛−微量を含み、土中ではマイナスイオンとして土壌の保肥力を高めると云われる。主体素材としても、バイダーとなる溶解液の原料としても必須である。
▲４▼アンモニュウムミョウバン−多様な構成成分が熱によって気化放散し、アルミナとなる。
▲５▼ホウ酸−化学薬品であるが、複数物質のイオン化を促進せしめその融合化に貢献する。
▲６▼マリネックス抽出稀釈液−長崎県に産する（特許文献７）特殊腐植物質を２ヵ年に及ぶ天日培養した後抽出して用いるがフルボ酸も含み、▲１▼の微粉も溶かす性質もあり本願で▲６▼とつくり出した溶解液が相方物質を急激にイオン化し複数物質の融合化に特有の機能としての期待が高い。
フルボ酸は自然循環系の有機と無機の接点とも呼ばれる森林の腐葉土層から溶出され海に注ぐが、自然界の鉄分をフルボ酸鉄として海洋生物の吸収を可能とすることによって、海洋生態系の富化に貢献することが知られ”森は海の恋人”との願望を挙げられる（畠山氏）程、環境と生産に深く関与するとの認識が深まって来た。
腐植物質はカルボシキル基やフェノール性水酸基を多量にもっているので、金属イオンとキレート結合し、これ等の沈殿を可溶化する働きがある。鉄イオンの環境科学的働きについては特にフルボ酸の鉄キレート生成の可能性と考えられるが如く、他の複数の金属元素との融合反応にも有為の働きを期待される。
▲７▼パームアッシュ−インドネシア・グアノに産出する高分子的特性のあるパーム椰子殼を焼いた灰で、成分はＰ_２Ｏ_５−３．１９％、Ｋ_２Ｏ−３２．３０％、ＭｇＯ−３．７４％、ＳｉＯ_２−２１．３８％、ｐＨ１０，８でマリネックスと複合化合溶解液を作りホウ酸や▲３▼のミネラルはねっこ等の溶解反応に貢献する。
▲８▼硫酸マンガンは３６％のＭｎを含み本来非イオン化性であるが故に他のイオン化剤を引きつけて結晶化の中核となる。
▲９▼高温焼成カキ殻−原カキ殻は、Ｃａ−３８．７８％、ＣＯ_２−５７．１９％、Ａｌ−０．０４５％、Ｆｅ−０．１１％、Ｍｇ−０．１８３％、Ｍｎ−０．００９％、Ｐ_２Ｏ_５−０．０７５％、ＳｉＯ_２−０．５７％、Ｃｌ−０．００３４％、Ｎ−０．１９６％、有機物−１．４１％、水分−０．２７％の組成より成り、ＣａとＣＯ_２の結合が極めて強く（６１０℃加熱で３．２８％減量）大きな解離エネルギー（１，０００℃以上）を要する。

（Ｂ）配合の基礎
（イ）ライフグリーン１０分の４に、シリカブラック１０分の１に、ミネラルはねっこ１０分の３とアルミナ１０分の２の比率で混和を基本とする。
（ロ）必須のバインダー調製−複種の複数資材を有機化学複合反応によって作成する。
ａ．マリネックス抽出液を単分子化水で薄めた５０倍液（２０℃）−１０キロに、パームアッシュ−４キロを投入撹拌し静置後上澄抽出液５．２キロを採取し、沈澱有機物を除去する。
ｂ．容器内のホウ酸４キロにａ．の溶解液（４０℃）１０キロを注入攪拌すると直後から強烈に反応（化学反応、イオン化、酵素触媒反応）してガスを放出し有機化学複合反応を完結して高濃度ホウ酸複合化合物溶液６キロを得た。ちなみに放出されるガスは火を消す現象が確認されたので、下記の様にホウ酸と反応したＣＯ_２であろう。例えばＣａＣＯ_３＋ＨＢＯ_３→Ｃａ（ＢＯ_３）＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２やＭｇＣＯ_３＋ＨＢＯ_３→Ｍｇ（ＢＯ_３）＋_２Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２の如きであろう。
ｃ．前項と同様にａ．の上澄み溶解液１０キロを４０℃に暖め、ミネラルはねっこ４０キロを３００℃まで加熱酸化して熱いままで混入すると激しく反応してガスを放出し、高濃度海洋性生物化合複合化合物溶液５キロを得た。
ｂ、ｃいづれも混合時に銅繊維を浸漬すると触媒的に効いて溶解反応が進む。
（ハ）上記ｂ、ｃの液をそれぞれ用いたセラミック生成品は、熱に反応して発する熱線光波に特徴があることを期待している。

（Ｃ）混合処理
（イ）の原料素剤のうちライフグリーン１０分の４と、シリカブラック１０分の１とミネラルはねっこ１０分の３とアルミナ１０分の２の主体混合剤に（ロ）の４０℃液８０％を加えて充分に混和して、有意時間保温（３０℃）養生して融合化を図ると共に有意イオン化を強力に促し、水和反応を進行させながら強くガス抜き練りをして圧縮成型し保温（３０℃）養生させて乾燥し反応を終了する。

（Ｄ）焼成
乾燥体を電気炉で窒素ガス置換し、８００℃まで昇温焼成する。昇温は可能な早さが望ましい。目標温度静止（６０分）で降温は１００℃／ｈが望ましい。

炉壁に応用するには硬度が求められるので、各おの（Ｃ）の１０分の１相当量の高温焼成カキ殻等と硫酸マンガンと、耐熱キャスターやアルミナセメントを加えて（１０分の１４）混合基材としそれに応じた有意量のマリネックス５００倍液を加えて混練し、前述手段にのっとって素早く型枠に充填成形乾燥したものを新機構の電気炉（特許文献６）で窒素ガス置換焼成する。

総括−本セラミックは前（Ｃ）の段階で液剤と混合した直後漆黒となり爾後最後まで不変であった。主体剤の有機質の炭素が溶出した可能性が考えられる。
ちなみにＨ１６．１２．２３、（００２３）の配合固化物を国立一関工業高等専門学校において通常の電気炉での焼成試験では、１２００℃では溶けてしまい、１０００℃では硬いセラミックス化した。分析数値は別表に示すとうり、炭素が格段と多いのが特徴であった。
別の窒素ガス置換電気炉では、１０００℃で溶けてしましまい灰黒色の硬いＭｎＯ陶器様となった。
従前の有機質を含む固化物の焼成では酸素の有無によって明確な差が見られたのと対象的な異なる事象であった。
それは、
▲１▼（Ｂ）−（ロ）−ｂのホウ酸溶解液が複雑な複種物質を完全に溶解融合したものなのか？。
▲２▼或いは窒素ガス雰囲気が化学反応に関与することの大きさを教えるものなのか？。
上記事象は、バイオマス変換にあたって先願（特願２００４−９０５１６の表１）の基礎となった窒素ガス置換乾留炭化試験の結果とも照らし合わせてみると、その基となる窒素ガス等雰囲気が、ガス化や物質融合の臨界温度を大巾に引き下げ得る手段の持つ可能性の大きさを示唆している。

本発明者等は、バイオマスの再生活用に当って、種々の物質変換における処理装置の雰囲気形成が、効率に至大の影響を及ぼすことに気付き、熱に反応して熱線、熱波や（−）イオン波を照射する機能がある構造体を目指して本発明にたどり着いた。
例えばバイオマスを変換して新エネルギー産業を創成する改質炭化や高効率熱変換発電装置等による社会需要に対応するには、その社会的コストを達成できる技術の開発が不可欠なことは言うまでもなく、確実にその基礎を提供できる本発明は、無限大とも表現出来る生産と環境を調和せしめ生活環境関連等の大規模産業の創成に貢献する。

特に本発明を可能にした高濃度ホウ酸複合化合物溶液の生成技術は、その需要範囲が本願の如き物質変換の要となるイオン化促進作用に基づく直接需要のみならず、高濃度ホウ酸複合化合物溶液の特性が、電熱発熱体の製造（特許文献５）や電熱発熱体の絶縁被覆や、傷付き易い構造体のコーティング剤、並びに紙、繊維、木材等に含浸せしめて難燃性を創成出来る等々の多面的な産業的需要の振興を促す利用価値がある。特記して高濃度ホウ酸複合化合物溶液製造法の成果物に起因する利用分野の権利を留保するものである。

更に前項の高濃度複合化合物溶液づくり手法にのっとりホウ酸に替えて、ミネラルはねっこを加熱して酸化し、容器内のマリネックスとパームアッシュ溶解液に混和すると強烈な反応を起こしてガスを放出し、有機化学重複合化合物溶液になることは、別願（特願２００４−１６３８５１）の非セメント構造物の試作過程での事象に教えられた自然の啓示にもとづくものでその成果物の正体、活用法については未達であるが、マリネックスの介在によってイオン化から水和反応過程の如き反応経過は、そのかかわる素剤の成分、特性から進化した有益な重複融合物質化し、直接或いは間接の多様な利用法につながると信じられるので特記して、高濃度海洋性生物化石重複合化石物溶液製造法の成果物に起因する利用分野の権利を留保するものである。

Claims (3)

1. 有意の複数の遠赤外線放射機能の優れた鉱石粉と、有意量のアルミナと天然の多様なミネラル等に富む海洋性生物化石粉とを混合し、複種の特殊調製した高濃度複合化合物溶液を、それぞれの機能目的に合わせて選択して加え充分に混練して、融合化反応させる為に３０℃以上で有意時間保温養生をさせて水和反応を進行させながら強くガス抜練りをして加圧成型し乾燥後、電気炉で窒素ガス置換して高温焼成し、弾力性をそなえてマイナスイオンも放射する高度機能性のあるファインセラミックス化する構成の構造であることを特徴とする機能性セラミックスの製造法。
2. 有意の複数の遠赤外線放射機能の優れた鉱石粉と、有意量の明礬と天然の多様なミネラル等に富む海洋性生物化石粉とを混合し、複種の特殊調製した高濃度複合化合物溶液を、それぞれの機能目的に合わせて選択して加え充分に混練して融合化反応させる為に３０℃以上で有意時間養生させた後、更に高温焼成した海洋生物（カキ）殻と硫酸マンガンとアルミナセメントに、耐熱キャスターをくわえて、相対的有意量の特殊腐植物質抽出希釈液を追加して水和反応を進行させながら素早く型枠に充填成型し乾燥後、電気炉で窒素ガス置換して高温焼成して機能性豊かな炉壁構造体とする構成であることを特徴とする請求項１記載の機能性セラミックスの製造法。
3. 請求項１の高濃度複合化合物溶液は、高分子的特性のあるパーム椰子殻の焼成灰を特殊腐植物質抽出稀釈水（３０℃）で抽出した溶解液に有意量のホウ酸か、又は海洋性生物化石を加熱酸化したものを加えると強烈に反応してガスを放散する現象が進み、有機化学複合反応による溶解反応の成果として得られる高濃度ホウ酸複合化合物溶液、又は高濃度海洋性生物化石複合化合物溶液と成る構造であることを特徴とする請求項１記載の機能性セラミックスの製造法。