JP2007297259A - 多孔質木炭風セラミックスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 黒色を呈した木炭風合いの多孔質素材、および安価で容易に入手できる材料を用い、簡便な装置と方法による前記多孔質素材の製造方法を提供する。
【解決手段】 粒状または塊状の無機質固形物の焼結物であって、内部に４０〜７０容量％の気孔を有し、表面が炭素質によって被覆された多孔質木炭風セラミックス。また、土砂、泥などの粒状または塊状の無機質固形物と粒状の有機質物質を混和し、これを成形した後、酸素不足雰囲気または非酸化性雰囲気で無機質固形物の焼結温度以上の温度に加熱し、内部に４０〜７０容量％の気孔を有し表面が炭素質によって被覆された多孔質焼結物の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、多孔質木炭風セラミックス及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、土砂、泥などの粒状または塊状の無機固形物と発泡スチロール粒などの有機質物質とを混和・成形し、酸素不足または非酸化性雰囲気で加熱・焼結することによって得られる黒色を呈した木炭風合いの多孔質素材およびその製造方法に関するものである。

従来からある気孔性を有する多孔性素材の製造方法としては、多孔質であるゼオライト等を粘結剤と混練して固化したり、粒状または塊状の無機物を高温で焼結する方法が一般的であり、軽石等を用いてセメントで混合する方法（特許文献１）や、ゼオライトなどの微粉末に粘土を混練して焼結体とする方法（特許文献２）がある。これらはいずれも多孔性の原材料を用いなければならないという制約があった。

一方、発泡スチロールを工業的に用いて、無機物固化体中に空洞を形成する方法は、鋳造プロセスの一手法として、消失模型鋳造方法が実用化されている。これは、発泡スチロールを埋設した砂型に溶湯を直接注入すると、発泡スチロールが加熱・燃焼し消失することにより空洞が形成されるものである。

また、発泡スチロールを用いた多孔質構造体の製造方法としては、コンクリート製品に破砕発泡スチロールを混和して、脱型後に表層部分を加熱することにより、凹凸部を形成する方法や（特許文献３）、粒子状発泡スチロール表面に炭化水素系溶剤を塗布する方法（特許文献４）がある。

さらに、所定形状の成形体を焼成してセラミックス質多孔体を製造する際に、おから、おが屑、発泡スチロールの粉粒体の有機配合材と、粘土、ベントナイト等の粘結材との混合物に加水して成形し、次いで有機配合材の熱分解ガスによって微細孔を形成しつつ、成形体を焼成してセラミックス質多孔体を製造する方法がある（特許文献５）。

特開平５−１３２３７６ 特開２００３−４８７８８ 特開平５−１２４８８１ 特開平６−２２７８７４ 特開平８−２６８４７

上記のように、（１）原材料が残廃として発生する土砂や泥等で、種類、形状を選ばないこと、（２）ゼオライトなどの多孔性を有する素材を用いる必要がないこと、（３）コンクリートなどの粘結剤を必要としないこと、（４）素焼き程度の焼結温度で素材を結合させること、による技術は無い状況であった。また、特許文献５のセラミックス質多孔体は、多孔体の中心部を含む焼結部に炭化物が残留しているが、多孔体の表面に炭化物を析出させるものではなく、木炭風合いの外観を有するものは知られていない。

このような状況に鑑み、本発明の目的は、黒色を呈した木炭風合いの多孔質素材、および安価で容易に入手できる材料を用い、簡便な装置と方法による前記多孔質素材の製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、粒状または塊状の無機質固形物の焼結物であって、内部に４０〜７０容量％の気孔を有し、表面が炭素質によって被覆されたことを特徴とする多孔質木炭風セラミックスである。

また、本発明は、土砂、泥などの粒状または塊状の無機質固形物と粒状の有機質物質を混和し、これを成形した後、酸素不足雰囲気または非酸化性雰囲気で無機質固形物の焼結温度以上の温度に加熱し、内部に４０〜７０容量％の気孔を有し表面が炭素質によって被覆された多孔質焼結物とすることを特徴とする多孔質木炭風セラミックスの製造方法である。
上記の本発明において、粒状の有機質物質は、発泡プラスチック、おが屑、木粉、もみがら、石炭粒または粒状有機質廃棄物であることがよく、好ましくは、発泡スチロールであることがよい。

本発明によれば、土砂や泥等の安価で容易に入手できる材料をを原料として用い、特別な装置を必要とすることなく簡便な方法によって、軽量で黒色を呈した木炭風合いの多孔質素材を製造することができる。

本発明の多孔質素材は、全容積の４０％〜７０％と高い空隙率を有するとともに、木炭の風合いを示し、防菌効果に優れており、ある程度の強度と耐久性を有することから、角質落とし、ガーデニング素材、建築材料、人工漁礁など多方面への用途に使用できる。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。

図１に示す多孔質素材の製造プロセスは、（ａ）土砂、泥等の無機物と粒状の発泡スチロールを混合し、任意形状に成形する。（ｂ）酸素不足または非酸化性雰囲気の炉に装入して８００〜１３００℃の範囲の温度で適当な時間加熱保持する。その後炉内にて徐冷してから取り出す。なお、ここで使用する材料は、建設残廃土や川砂、山砂または粘土、泥等、８００℃以上の温度で焼結可能な無機物で、粒径についても所定の形状に成形できるサイズであればよい。

粒状の発泡スチロールの直径は１〜５ｍｍ程度が好ましい。粒子が小さいと無機物に均一混合することが難しく、また粒子が粗大な場合は、焼結後の多孔質素材強度が著しく弱くなる。

焼結加熱温度は無機物が焼結するために最低限必要な温度でなければならないが、高すぎると無機物が軟化溶融して空隙を形成することができない。したがって、最適加熱温度は８００〜１３００℃が適当である。

黒色を呈した木炭風合いとするためには、発泡スチロールの炭素成分で無機物表面を覆う必要がある。そのためには、炉内雰囲気を制御して酸素不足または非酸化性とするか、成形素材を適当な材料で覆うことにより酸素の侵入を遮断する。

以上の説明では、発泡スチロールを用いた例を示したが、発泡ポリエチレン、発泡フェノール樹脂などの発泡プラスチックを用いることができる他、おが屑、木粉、もみがらなどの植物質や、石炭、泥炭、石油系廃棄物など高温で分解してガスを発生し、ガスから炭素質が形成される粒状有機質物質であればいずれも使用できる。これらのうち、包装資材として大量に発生する発泡スチロール廃棄物が好ましい。

本発明の製造方法によって得られた多孔質素材は、高い空隙率を有するとともに、木炭の風合いを示し、防菌効果に優れており、ある程度の強度と耐久性を有する。

以下に本発明の実施例を示すが、これは例示的なものであって、本発明がこれに限定されるべきではない。

建設残廃土（嵩比重１．４）と２ｍｍ直径の粒状発泡スチロールを体積比で１：２の割合で混合し、５０ｍｍ直径×５０ｍｍ高さの容器に充填・成形後に自然乾燥した。成形した素材の表面を粘土で覆い、周囲からの酸素侵入を遮断した状態で、マッフル炉を用いて９００℃で１時間加熱した。
得られた多孔質素材の諸特性の一例をあげると、比重は０．６７であり、水中に６０ｍｉｎ浸漬したときの含水率は約９％で、圧縮強さは図２に示したとおりである。また、圧壊後の素材を観察すると図３に示すとおり、粒状の発泡スチロールが消失したことにより生成した空隙が均一に分散していることがわかる。

本発明の多孔質素材の製造プロセスを示す概略図である。 各種温度で加熱焼結した多孔質素材の圧縮強さを示す図である。 本発明の多孔質素材に占める空隙の存在状態を示す図である。

Claims (4)

1. 粒状または塊状の無機質固形物の焼結物であって、内部に４０〜７０容量％の気孔を有し、表面が炭素質によって被覆されたことを特徴とする多孔質木炭風セラミックス。
2. 土砂、泥などの粒状または塊状の無機質固形物と粒状の有機質物質を混和し、これを成形した後、酸素不足雰囲気または非酸化性雰囲気で無機質固形物の焼結温度以上の温度に加熱し、内部に４０〜７０容量％の気孔を有し表面が炭素質によって被覆された多孔質焼結物とすることを特徴とする多孔質木炭風セラミックスの製造方法。
3. 粒状の有機質物質が、発泡プラスチック、おが屑、木粉、もみがら、木粉、石炭粒または粒状有機質廃棄物である請求項２に記載の多孔質木炭風セラミックスの製造方法。
4. 発泡プラスチックが、発泡スチロールである請求項３に記載の多孔質木炭風セラミックスの製造方法。