JP2006315914A - Porous light weight material and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸水性や保水性に優れた人工土壌材並びに安全性が高く適度な強度を有する人工軽石に関し、多量に発生する廃ガラスと廃材利用木質炭及び粘土の混合物を活用した焼結発泡体によって実現するものである。 The present invention relates to an artificial soil material excellent in water absorption and water retention and an artificial pumice stone having high safety and moderate strength, and sintered foam using a mixture of waste glass, waste material-use charcoal and clay generated in large quantities. It is realized by the body.
本発明の出願人らは、特開2002−104889において、粘土と微砂粒子から成る島尻泥岩の粉末とガラスの粉末と発泡剤とを混合した状態で、加熱炉中を通過させて焼成する方法によって、島尻泥岩の粉末とガラス粉末とが均一にかつ渾然一体となった資材が得る技術を提案した。
こうして製造した島尻泥岩の粉末とガラス粉末との混合発泡体は、島尻泥岩によって、ミネラルを多く含むとともに、発泡ガラス粉末との混合材は空気も水も多量に含むことができる。その結果、作物の根の張りがよくなるとともに、発泡による園芸用の軽い鉢土は取り扱いも楽になり、輸送コストも軽減されるので、園芸農業の振興にも大きな効果が発揮されるものと期待される。
The applicants of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-104889, in a state where Shimajiri mudstone powder composed of clay and fine sand particles, glass powder, and a foaming agent are mixed and fired by passing through a heating furnace. Proposed a technique for obtaining materials in which Shimajiri mudstone powder and glass powder were uniformly and harmoniously integrated.
The mixed foam of the Shimajiri mudstone powder and the glass powder thus produced contains a large amount of minerals due to the Shimajiri mudstone, and the mixed material with the foamed glass powder can contain a large amount of air and water. As a result, the roots of the crops are improved, and the light pot soil for horticulture by foaming is easy to handle and the transportation cost is reduced, which is expected to have a great effect on the promotion of horticulture agriculture. The
本発明は、このような粘土粉末とガラス粉末とを加熱炉中で焼成してなる混合発泡体を更に改良して混合多孔質軽量材を実現することによって、土壌改良材や水質浄化資材、植栽用人工培地、除湿材などの各種用途に適用できることを知見した。 The present invention further improves a mixed foam formed by firing such clay powder and glass powder in a heating furnace to realize a mixed porous lightweight material, thereby improving soil conditioner, water purification material, planting. It was found that it can be applied to various uses such as an artificial medium for planting and a dehumidifying material.
これに対し、特許第2586759号(特願平3−160261)として、発泡建材及びその製造方法に係り、特に、断熱性に優れ、吸水性がなく、しかも表面が滑りにくい上に、寸法精度、機械的強度にも優れ、床材として好適な発泡建材及びその製造方法が提案されている。
その詳細は、粘土60〜10重量部、長石40〜90重量部及びガス発生成分2重量部以下を混合してなる発泡性原料と、非発泡性原料とを層状に積層成形した後焼成して発泡層と非発泡層を有した焼結体とし、次いで該焼結体の発泡層の表面を研削又は研磨することにより気孔の断面を露出させることを特徴とする発泡建材の製造方法である。
On the other hand, as Patent No. 2586759 (Japanese Patent Application No. 3-160261), it relates to a foamed building material and a method for producing the same. In particular, it has excellent heat insulation, no water absorption, and the surface is not slippery. A foamed building material excellent in mechanical strength and suitable as a flooring material and a method for producing the same have been proposed.
The details are as follows: a foamable raw material obtained by mixing 60 to 10 parts by weight of clay, 40 to 90 parts by weight of feldspar and 2 parts by weight or less of a gas generating component, and a non-foamable raw material are laminated and fired. A method for producing a foamed building material is characterized in that a sintered body having a foamed layer and a non-foamed layer is formed, and then a cross section of the pores is exposed by grinding or polishing the surface of the foamed layer of the sintered body.
また、特開平8−59365として、使用済み鋳物砂型の開枠の際に廃棄物として多量に生成する微粉砂を使用して、気孔が均一に分布しており、強度、通気性及び保水性に優れ、無菌で安全性の高い焼結体、並びにこれからなる土壌改良剤、水質浄化材及び植物生育用人工土壌を提供することが提案されている。
その詳細は、使用済み鋳物砂型由来の微粉砂に水を加えて混練し成形した成形物を必要なら乾燥し、次いで焼成して得られる多孔質焼結体、並びにそれからなる土壌改良材、水質浄化材及び植物生育用人工土壌である。
The details are: a porous sintered body obtained by adding water to fine sand derived from a foundry sand mold, kneading and molding, drying if necessary, and then firing, as well as a soil improver comprising the same, water purification Artificial soil for wood and plant growth.
しかしながら、特許文献1の場合は、粘土と長石とガス発生成分を混合してなる発泡性原料と非発泡性原料とを層状に積層成形した後焼成して発泡層と非発泡層を有した焼結体とし、次いで該焼結体の発泡層の表面を研削又は研磨することにより気孔の断面を露出させるものであって、吸水性の無い床材のような建材に用途が限られる。したがって、本発明の如き土壌改良材や水質浄化資材、植栽用人工培地、除湿材などのような、吸水性や保水性を要する用途には使用できない。
However, in the case of
一方、特許文献2の場合は、土壌改良剤、水質浄化材及び植物生育用人工土壌などの用途とされているが、使用済み鋳物砂型由来の微粉砂に水を加えて混練し成形した成形物を乾燥して焼成して得られる多孔質焼結体であって、粘土質を含んでいないため、人工土壌材として適するとは思えない。そして、本発明のような廃ガラス粉体を含む発泡資材ではなく、原料も製法も全く異なり、製品の組成や断面形状も異なるため、所期の目的を十分に達成できるとは思われず、また廃ガラスのリサイクルという本発明の目的も達成できない。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、廃ガラスと粘土と廃材利用木質炭を原料にして多孔質軽量の焼結発泡体を製造し、人工土壌材ないし人工軽石を実現することにある。
On the other hand, in the case of
The technical problem of the present invention pays attention to such a problem, and manufactures a porous lightweight sintered foam from waste glass, clay, and waste wood charcoal as raw materials to realize artificial soil material or artificial pumice stone. There is.
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項1は、少なくとも廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤とを混ぜた造粒物を焼成してなることを特徴とする多孔質軽量資材である。このように、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤とを混ぜた造粒物を焼成してなる多孔質軽量資材は、全体的に発泡による多孔質となり、軽量化されると共に、焼成熱によって発泡時に各物質のエネルギー移動が起こるため、外側に植物の栽培に有用な粘土質が集中し、内側にガラス質が集中して層分布が生じた層状のほぼ球状体となる。
The technical problem of the present invention is solved by the following means.
このような層状の球状焼結材は、発泡体であるため軽量であることに加えて、吸水作用と保水効果が高い。そのため、植物を栽培する際の人工土壌培地や除湿材、浄水材などとしての用途に適している。また、外側は粘土質の発泡層なため、植物を栽培するのに最適である。 Since such a layered spherical sintered material is a foam, in addition to being lightweight, it has a high water absorption effect and a high water retention effect. Therefore, it is suitable for use as an artificial soil culture medium, a dehumidifying material, a water purification material or the like when cultivating plants. Moreover, since the outside is a clay-like foam layer, it is optimal for growing plants.
請求項2は、木質炭の粉体も混ざった造粒物を焼成してなることを特徴とする請求項1に記載の多孔質軽量材である。このように、請求項1に記載の廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤と木質炭の粉体も混ざった造粒物を焼成してあるため、前記のような、焼成時の各物質のエネルギー移動によって、外側に粘土質が、内側にガラス質が、中心の核部に炭質がそれぞれ集中して多層状のほぼ球状体となる。 A second aspect of the present invention is the porous lightweight material according to the first aspect of the present invention, which is obtained by firing a granulated product in which wood charcoal powder is also mixed. Thus, the waste glass powder according to claim 1 and / or the granulated product in which the sintered foam powder of the waste glass powder, the clay powder, the foaming agent, and the charcoal powder are mixed are fired. Therefore, due to the energy transfer of each substance at the time of firing as described above, the clayy substance is concentrated on the outside, the glassy substance is concentrated on the inner side, and the carbonaceous substance is concentrated on the core of the center to form a multilayered almost spherical body. .
このように、層数が増えることで吸水効果や保水効果がさらに高まるだけでなく、炭質の層ができるため、木炭特有の除湿作用や浄水作用がさらに向上する。 Thus, not only the water absorption effect and the water retention effect are further increased by increasing the number of layers, but also a carbonaceous layer is formed, so that the dehumidifying action and water purification action peculiar to charcoal are further improved.
請求項3は、少なくとも廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤とを水で混練し造粒した後、焼成することを特徴とする多孔質軽量材の製造方法である。このように、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤とを水で混練し造粒した後、焼成する製法によると、請求項1のような発泡時の焼成熱による各物質のエネルギー移動の作用で、成分毎に層分布した多孔質軽量資材を容易に製造できる。なお、外側には主に粘土質が集中し、内側には主にガラス質が集中するという程度であって、成分ごとに完全に分かれた層構成となるわけではない。また、造粒後の外形は、造粒技術にもよるが、完全な球体である必要はなく、不規則な球状となることが多い。サイズもまちまちで、大体4〜15mm程度である。
請求項4は、木質炭の粉体も一緒に水で混練し造粒した後、焼成することを特徴とする請求項3に記載の多孔質軽量材の製造方法である。このように、請求項3に記載の廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤に木質炭の粉体も混ぜた造粒物を焼成するため、焼成熱による発泡時の各物質のエネルギー移動によって、外側に主に粘土質が、中間層に主にガラス質が、中心の核部に主に炭質がそれぞれ集中して、請求項2のような多層状のほぼ球体の多孔質軽量資材が容易に製造できる。
Claim 4 is the method for producing a porous lightweight material according to
請求項5は、前記の廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末が50〜70W%、粘土が15〜30W%、木質炭が15〜30W%、発泡剤が0.5〜3.0%、焼成温度が600〜950℃であることを特徴とする請求項4に記載の多孔質軽量材の製造方法である。このように、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末が50〜70W%、粘土が15〜30W%、木質炭が15〜30W%、発泡剤が0.5〜3.0%、焼成温度が600〜950℃であると、目的とする多孔質軽量資材を歩留りよく製造できる。前記のような原料比を越えると、他の原料との相対比のバランスが崩れて、良質の製品を製造できない。また、焼成温度が600〜950℃の範囲を越えると、焼成過剰となって燃費コストが高くなると共に生産効率も低下し、この温度範囲以下になると、焼成不十分で発泡不足と強度不足の不良品となる。
According to
請求項1のように、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤とを混ぜた造粒物を焼成してなる多孔質軽量資材は、全体的に発泡による多孔質となり、軽量化されると共に、焼成熱によって発泡時に各物質のエネルギー移動が起こるため、外側に植物の栽培に有用な粘土質が集中し、内側にガラス質が集中して層分布が生じた層状のほぼ球状体となる。このような層状の球状焼結材は、発泡体であるため軽量であることに加えて、吸水作用と保水効果が高い。そのため、植物を栽培する際の人工土壌培地や除湿材、浄水材などとしての用途に適している。また、外側は粘土質の発泡層なため、植物を栽培するのに最適である。
As described in
請求項2のように、請求項1の廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤と木質炭の粉体も混ざった造粒物を焼成してあるため、前記のような、焼成時の各物質のエネルギー移動によって、外側に粘土質が、内側にガラス質が、中心の核部に炭質がそれぞれ集中して多層状のほぼ球状体となる。このように、層数が増えることで吸水効果や保水効果がさらに高まるだけでなく、炭質の層ができるため、木炭特有の除湿作用や浄水作用がさらに向上する。
A granulated product in which the waste glass powder and / or the sintered foam powder of the waste glass powder, the clay powder, the foaming agent and the charcoal powder are mixed as in
請求項3のように、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤とを水で混練し造粒した後、焼成する製法によると、請求項1のような発泡時の焼成熱による各物質のエネルギー移動の作用で、成分毎に層分布した多孔質軽量資材を容易に製造できる。
According to the manufacturing method in which the waste glass powder and / or the sintered foam powder of the waste glass powder, the clay powder and the foaming agent are kneaded with water and granulated, and then fired. Due to the action of energy transfer of each substance by the firing heat during foaming as in
請求項4のように、請求項3の廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤に木質炭の粉体も混ぜた造粒物を焼成するため、焼成熱による発泡時の各物質のエネルギー移動によって、外側に主に粘土質が、中間層に主にガラス質が、中心の核部に主に炭質がそれぞれ集中して、請求項2のような多層状のほぼ球体の多孔質軽量資材が容易に製造できる。
As in claim 4, the waste glass powder of
請求項5のように、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末が50〜70W%、粘土が15〜30W%、木質炭が15〜30W%、発泡剤が0.5〜3.0%、焼成温度が600〜950℃であると、目的とする多孔質軽量資材を歩留りよく製造できる。このような原料比の範囲内だと、各原料間の相対比のバランスが良く、良質の製品を製造できる。また、焼成温度が600〜950℃の範囲内だと、焼成が十分で十分な発泡と強度確保が可能となる。
As in
次に本発明による多孔質軽量資材とその製造方法が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図1は、本発明による多孔質軽量資材の製造方法を示すフローチャートである。ステップS1は、多孔質軽量資材の製造に使用する原料であり、少なくとも廃ガラスと粘土と木質炭と発泡剤とを用いる。そして、これらの原料を粉砕し、粉末化することによって、ステップS2のようなガラス粉体と粘土粉体と木質炭の粉体になる。 Next, an embodiment of how the porous lightweight material and the manufacturing method thereof according to the present invention are actualized will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a porous lightweight material according to the present invention. Step S1 is a raw material used for manufacturing a porous lightweight material, and at least waste glass, clay, wood charcoal, and a foaming agent are used. These raw materials are pulverized and pulverized to form glass powder, clay powder and wood charcoal powder as in step S2.
廃ガラス粉体は、廃ガラス瓶などを破砕し粉末化した約300μm以下の粉体であり、廃ガラスのリサイクルによって製造できる。このとき、廃ガラス粉体に代えて又は廃ガラス粉体と共に、廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末を用いることもできる。廃ガラス粉体の焼結発泡物は、廃ガラスの粉体と発泡剤を混ぜて加熱炉で焼成してできる軽石様の資材であり、その粉末は、この焼成発泡物が自然に破壊して発生した破壊くずの粉体を集めて使用することができるが、焼成発泡物を破砕した粉体でもよい。 Waste glass powder is a powder of about 300 μm or less obtained by crushing and pulverizing a waste glass bottle or the like, and can be produced by recycling waste glass. At this time, instead of the waste glass powder or together with the waste glass powder, a powder of a sintered foam of the waste glass powder can be used. Sintered foam of waste glass powder is a pumice-like material that is made by mixing waste glass powder and a foaming agent and firing it in a heating furnace. Although the powder of the generated debris can be collected and used, a powder obtained by crushing the fired foam may be used.
粘土粉体は、前記のような島尻泥岩などの粘土を用いることが望ましい。すなわち、天然の粘土を乾燥させて粉砕すると、大部分か約10μm以下の微粉末となる。また、木質炭は、廃材を利用して製造できる木質炭がリサイクルの観点から望ましい。木質炭も粉砕して300μm以下程度の微細粉末にして使用する。 As the clay powder, it is desirable to use clay such as Shimajiri mudstone as described above. That is, when natural clay is dried and pulverized, most of it becomes a fine powder of about 10 μm or less. Moreover, the wood charcoal which can be manufactured using a waste material is desirable from a viewpoint of recycling. Wood charcoal is also pulverized to a fine powder of about 300 μm or less.
各原料の分量(全体重量比)は、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末が50〜70W%、粘土粉体が15〜30W%、木質炭の粉末が15〜30W%程度が好ましい。発泡剤としては、炭酸塩系0.5〜3.0%、若しくは炭化硅素系0.5〜3.0W%を一種のみ若しくは両方を併用してもよい。前記のような原料比の範囲を逸脱すると、他の原料との相対比のバランスが崩れて、良質の製品を円滑に製造することができない。 The amount (total weight ratio) of each raw material is 50 to 70 W% for waste glass powder and / or sintered foam powder of waste glass powder, 15 to 30 W% for clay powder, and 15 for wood charcoal powder. About 30 W% is preferable. As a foaming agent, carbonate type 0.5-3.0% or silicon carbide type 0.5-3.0W% may be used alone or in combination. If it deviates from the range of the raw material ratio as described above, the balance of the relative ratio with other raw materials is lost, and a high-quality product cannot be manufactured smoothly.
そして、テップS3のように、これらの原料粉体を混ぜてから、必要に応じて適当量の水を加えて混練することによって造粒する。こうして造粒物にした状態で、一旦乾燥させてから、ステップS4において、加熱炉の中で10〜30分かけて600〜950℃程度で焼成し、焼結させると、ステップS5のような多孔質軽量資材が得られる。焼成温度は600〜950℃程度の範囲だと、目的とする多孔質軽量資材を歩留りよく製造できる。600〜950℃の範囲を越えると、焼成過剰となって燃費コストが高くなると共に生産効率も低下し、この温度範囲以下や焼成時間が10分以下になると、焼成不十分で発泡不足や強度不足の不良品となる。 Then, as in Step S3, these raw material powders are mixed, and then granulated by adding an appropriate amount of water as necessary and kneading. After drying in the state of the granulated material in this way, in Step S4, when sintered and sintered at about 600 to 950 ° C. in a heating furnace for 10 to 30 minutes, the porous structure as in Step S5 is obtained. Quality and lightweight materials can be obtained. When the firing temperature is in the range of about 600 to 950 ° C., the intended porous lightweight material can be produced with good yield. Exceeding the range of 600 to 950 ° C. results in excessive firing, resulting in high fuel cost and reduced production efficiency. When the temperature range is below or the firing time is 10 minutes or less, firing is insufficient and insufficient foaming or insufficient strength. It becomes a defective product.
図1は各原料を粉末化してから配合する例であるが、このようにステップS1〜S2で各原料ごとに別々に粉末化するのでなく、ある程度破砕した廃ガラスと粘土と木質炭を一緒に粉砕機で粉砕し、さらに発泡剤を加えると、各原料の粉末化・混合と発泡剤の混合を同時に一緒に行なうことも可能である。 FIG. 1 shows an example in which each raw material is pulverized and then blended. In this way, instead of separately pulverizing each raw material in steps S1 and S2, waste glass, clay and wood charcoal that have been crushed to some extent are combined. When the mixture is pulverized by a pulverizer and a foaming agent is further added, it is also possible to simultaneously pulverize / mix each raw material and mix the foaming agent.
図2は、こうして製造した球状体の多孔質軽量資材の縦断面図であり、前記のように、焼成工程における焼成熱によって、発泡時に造粒物の中で各物質のエネルギー移動が発生するため、外側に粘土質1が集中し、中間にガラス質2が集中し、中心の核部に炭質3がそれぞれ集中して多層状のほぼ球状体となる。このような層状の球状焼結材はセラミックボールとなり、微細な気泡が無数に存在する多孔質で軽量の人工軽石を形成する。その結果、吸水効果や保水効率も高い。そのため、植物を栽培する際の人工土壌として最適であり、野菜や花卉その他の植物を栽培する際の圃場や園芸施設、植木鉢などに使用する培地として好適である。また、各種設備における除湿材や浄水材などとしても有効である。
FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the spherical porous lightweight material produced in this way, and as described above, the heat of firing in the firing step causes energy transfer of each substance in the granulated product during foaming. The
なお、前記の発泡による微細気泡のサイズは0.1〜1.0mm程度であり、気泡が部分的に連続かつ連通している開放型の気泡(連続気泡ともいう)が望ましい。ただし、発泡剤の種類や分量、焼成温度や焼成保持時間の長さなどによって、開放型気泡の程度や独立型の気泡も自由に選択し設定できる。 The size of the fine bubbles by the foaming is about 0.1 to 1.0 mm, and open-type bubbles (also referred to as open cells) in which the bubbles are partially continuous and communicated are desirable. However, depending on the type and amount of the foaming agent, the firing temperature, the length of the firing holding time, etc., the degree of open-type bubbles and independent bubbles can be freely selected and set.
ステップS1における原料として、木質炭を省いて、廃ガラス粉体および/又は廃ガラス粉体の焼結発泡物の粉末と粘土粉体と発泡剤のみの造粒物を焼成した場合は、図1における木質炭が存在しないため、図3のように、中心の核部には、主としてガラス質の層2ができる。このように、炭の層が存在しない場合は、木質炭に由来する効能は期待できないが、発泡ガラス質と発泡粘土質の作用によって、前記のような吸水効果や保水効率が期待でき、植物を栽培する際の人工土壌として利用でき、かつ除湿材や浄水材としても有効である。特に、外側が粘土質の発泡層なため、植物の栽培には最適である。
In the case where wood charcoal is omitted as a raw material in step S1, and waste glass powder and / or a sintered foam powder of waste glass powder, a clay powder, and a granulated product of only a foaming agent are fired, FIG. Since there is no wood charcoal in FIG. 3, a
以上のように、廃ガラス粉体と粘土粉体と炭粉体を発泡剤と共に造粒物の状態で焼成すると、焼成熱により発泡時に各物質のエネルギー移動が起こって、外層は植物の栽培に有用な粘土質が、中間層にガラス質が、中心の核部は木質炭の層がそれぞれ形成され、しかも全体が発泡体なため、吸水効果や保水効果が高く、植物を栽培する際の人工土壌や除湿材、浄水材として極めて有効な軽量資材となる。 As described above, when waste glass powder, clay powder, and charcoal powder are baked in a granulated state together with a foaming agent, the energy transfer of each substance occurs during foaming due to the calcination heat, and the outer layer is used for plant cultivation. Useful clay, glassy in the middle layer, wood charcoal layer in the center of the core, and the whole is a foam, so the water absorption effect and water retention effect are high, artificial when growing plants It is a lightweight material that is extremely effective as soil, dehumidifying material, and water purification material.
1 粘土質の層
2 ガラス質の層
3 炭の層
1
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