JP2679013B2 - 構造体用バインダー及びそれを用いた焼結体並びに焼結体の製造方法 - Google Patents

構造体用バインダー及びそれを用いた焼結体並びに焼結体の製造方法

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JP2679013B2 JP5285339A JP28533993A JP2679013B2 JP 2679013 B2 JP2679013 B2 JP 2679013B2 JP 5285339 A JP5285339 A JP 5285339A JP 28533993 A JP28533993 A JP 28533993A JP 2679013 B2 JP2679013 B2 JP 2679013B2
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直行 加藤
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  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば廃棄ガラス等
のガラス粉粒体を用いて建築材料等の構造体を製造する
ための構造体用バインダー及びそれを用いた焼結体並び
に焼結体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、大量に廃棄される使用済みのガラ
ス瓶やガラスの製造工程で副次的に生成される廃棄ガラ
ス等のガラス粉粒体を有効に活用することが積極的に検
討されている。このような廃棄ガラスを活用するため
に、ガラス粉粒体を成形、焼成するバインダーとして粘
土を用いることが考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、バインダー
として粘土を使用した場合、粘土そのものが産地、採掘
場所等により成分品質が異なり、焼成時における管理が
困難である。また、安定性の高いベントナイト等を用い
る場合でも、成形は容易であるが、ガラス粉粒体とのな
じみが悪く、焼成時あるいは焼成後に焼結体に割れ等が
生じて、歩留りが悪くなるという問題がある。
【0004】しかも、耐火度の高い粘土を用いたとき、
ガラス粉粒体の溶融しはじめる温度域と粘土が焼きしま
る温度域がかけ離れているため、焼結体のガラス粉粒体
部分とバインダー部分とがなじまず、溶融したガラスが
突出して均一な焼結体が得られないという問題がある。
加えて、粘土は天然原料であるため、予期しない鉱物や
成分が混入することも考えられ、ガラス粉粒体との異常
反応が起きる場合があり、所望の焼結体が得られないこ
とがあるという問題がある。
【0005】この発明はこのような従来技術に存在する
問題に着目してなされたものである。その目的とすると
ころは、ガラス粉粒体との親和性が良くて焼成後に割れ
等が生じることなく、均一な焼結体が得られ、歩留りの
良いガラス粉粒体用バインダー及びそれを用いた焼結体
並びに焼結体の製造方法を提供することにある。また、
他の目的とするところは、原料品質の不安定性が軽減さ
れ、その管理が容易なガラス粉粒体用バインダー及びそ
れを用いた焼結体並びに焼結体の製造方法を提供するこ
とにある。さらに、他の目的とするところは、ガラス粉
粒体との異常反応を防止して所望とする焼結体を得るこ
とができるガラス粉粒体用バインダー及びそれを用いた
焼結体並びに焼結体の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載のガラス粉粒体用バインダーの発明
では、粘土類、陶長石類及びアルカリ土類金属の酸化物
を含む鉱物類を含有することを特徴とするものである。
【0007】また、請求項2に記載の発明では、請求項
1に記載の発明において、粘土類の含有量が20〜45
重量%、陶長石類の含有量が50〜80重量%及びアル
カリ土類金属の酸化物を含む鉱物類の含有量が1〜10
重量%であることを特徴とするものである。
【0008】また、請求項3に記載の焼結体の発明で
は、ガラス粉粒体に請求項1又は請求項2に記載のバイ
ンダーを添加して所定形状の成形体を成形し、この成形
体を焼成してなることを特徴とするものである。
【0009】さらに、請求項4に記載の焼結体の製造方
法の発明では、ガラス粉粒体に請求項1又は請求項2に
記載のバインダーを添加して、所定の水分の存在下に混
練し、加圧又は押出成形法により所定形状の成形体を成
形した後、この成形体に施釉をして焼成することを特徴
とするものである。
【0010】以下、この発明について詳細に説明する。
ガラス粉粒体用バインダーを構成する粘土類としては、
木節粘土、蛙目粘土、ベントナイト等いずれも使用する
ことができる。この粘土類の含有量は20〜45重量%
の範囲であることが好ましい。含有量が20重量%未満
では、ガラス粉粒体と混練して成形するとき成形が困難
となりやすい。45重量%を超えると、バインダー自身
の耐火度が高くなりすぎて焼結を妨げる原因になった
り、ガラス粉粒体との溶融状態でのなじみが悪く、ガラ
ス粉粒体が焼結体表面から突出して外観が損なわれるお
それがある。
【0011】この粘土類の化学成分は、通常SiO2
42〜80重量%、Al2 3 10〜34重量%、C
aO 0〜0.4重量%、MgO 0〜0.3重量%、
2O 0.3〜3.0重量%、Na2 O 0.1〜
3.0重量%、その他 灼熱減量である。
【0012】陶長石類及びアルカリ土類金属の酸化物を
含む鉱物類は、焼成時においてバインダー自身の焼結を
助長し、かつガラス粉粒体が溶融流出状態に至る前に、
ガラス粉粒体同士を結合せしめる機能を有している。
【0013】陶長石類は陶石又は長石をいう。この陶長
石類は酸化カリウム(K2 O)や酸化ナトリウム(Na
2 O)を含有し、これらの成分が主にその機能を発現す
る。陶長石類の含有量は、50〜80重量%の範囲であ
ることが望ましい。含有量が50重量%より少ないと、
バインダーの焼結が不充分となりやすく、80重量%よ
り多いと、他の成分の含有量が少なくなって成形が難し
くなる傾向がある。
【0014】この陶長石類の化学成分は、通常SiO2
65〜80重量%、Al2 312〜21重量%、C
aO 0.05〜1.5重量%、MgO 0.05〜
1.5重量%、K2 O 0.5〜11.0重量%、Na
2 O 0.5〜8.0重量%、その他 灼熱減量であ
る。
【0015】また、アルカリ土類金属の酸化物を含む鉱
物類としては、タルク、石灰、ドロマイト、緑泥石等が
使用される。このアルカリ土類金属の酸化物を含む鉱物
類の含有量は、1〜10重量%の範囲であることが好適
である。この含有量が1重量%より少ないと、バインダ
ーの焼結を助長できなくなり、10重量%より多いと、
粘土類等の含有量が少なくなって成形が困難になる場合
がある。
【0016】このアルカリ土類金属酸化物を含む鉱物類
の化学成分は、通常CaO 2〜55重量%、MgO
0.3〜60重量%、Al2 3 0.1〜3.8重量
%、その他多量のSiO2 や灼熱減量である。
【0017】そして、これら粘土類、陶長石類及びアル
カリ土類金属の酸化物を含む鉱物類を所定量ずつ調合す
ることにより所望のバインダーが得られる。バインダー
の調製にあたり、調合された原料はボールミルなどで平
均粒子径が5〜15μm程度に微粉砕され、乾燥して造
粒される。この粒子径があまり小さいと、粉砕時間が長
くなりすぎ、大きすぎるとガラス粉粒体とのなじみが悪
くなりやすい。このようにして得られたバインダーを化
学成分としてみると、次のような組成となる。すなわ
ち、SiO2 64〜75重量%、Al2 3 12〜
20重量%、CaO 0.1〜5.0重量%、MgO
0.1〜2.5重量%、K2 O 1.0〜8.0重量
%、Na2 O 1.0〜5.5重量%、その他 灼熱減
量を含む。
【0018】次に、焼結体の製造について説明する。ま
ず、廃棄ガラス等のガラス粉粒体に上記バインダーを添
加し、水分調整して所定の水分量の存在下に混練し、タ
イル等の所定形状の成形体を成形する。続いて、この成
形体を焼成することにより所望とする焼結体が得られ
る。
【0019】このとき、ガラス粉粒体とバインダーとの
混合割合は、ガラス粉粒体40〜80重量%、バインダ
ー20〜60重量%であることが望ましい。バインダー
量が20重量%より少ないと、バインダーとしての機能
が充分に発現されず、60重量%より多いと、相対的に
ガラス粉粒体の割合が少なくなってガラス粉粒体の利用
を効率的に行うことができにくくなる。
【0020】成形体の成形は乾式加圧成形法又は湿式押
出成形法により行われる。ガラス粉粒体とバインダーの
混合物の水分調整における含水率は、乾式加圧成形法の
場合6.5〜7.5重量%、湿式押出成形法の場合15
〜18重量%であることが好ましい。この水分含有量に
より、焼結体の強度、耐久性等の品質の良否が左右され
やすいからである。
【0021】また、成形体の焼成温度は1000〜13
00℃の範囲に設定するのが良い。焼成温度があまり低
いと所定の強度を有する焼結体が得られず、高すぎると
成形体全体が溶融状態となって形状保持ができなくなる
おそれがある。1000〜1300℃の温度域において
は、バインダー自らガラス質となるが、溶融状態となる
ことはないため、ガラス粉粒体が800〜900℃とい
う低温で溶融しはじめても、成形体全体が溶融状態に至
るおそれはない。
【0022】さらに、前記成形体に施釉をした後、この
成形体を焼成することにより、焼結体の表面を良好に保
持することができる。なお、陶長石類あるいはアルカリ
土類金属の酸化物のみでは、それ自身に可塑性がないた
め、成形体自体を得ることができないこと、及び焼成時
にガラス粉粒体と同じガラス質を生成するので、なじみ
は良いものの、形状を均一に保つことが困難で、焼成の
温度幅が狭くなる。
【0023】これに対して、この発明では、バインダー
の調合を変えることにより、成形体を焼成する所定温度
に合わせて焼成温度を制御できるため、焼成温度の幅を
広くとることができる。
【0024】このようにして得られた焼結体は、強度、
耐磨耗性、耐湿性、耐薬品性等の特性に優れ、タイル、
ブロック、壁材等の内外装用の建築材料として好適に利
用することができる。また、この焼結体は、原料のガラ
ス粉粒体として大量に生成される廃棄ガラスを用いれば
安価であるため、製造コストの低減が図られる。しか
も、廃棄ガラスを用いることにより、成形体の焼成温度
を比較的低くできるとともに、焼成時間も短く済ませる
ことが可能である。
【0025】
【作用】この発明のガラス粉粒体用バインダーは、その
組成が天然ガラスの組成に近いものとなっており、その
融点もガラスに近い。このため、このバインダーは廃棄
ガラス等のガラス粉粒体に対して親和性が良く、焼成後
の製品に割れ等が生じることなく、均一な焼結体が得ら
れ、歩留りが向上する。また、バインダーは粘土類、陶
長石類及びアルカリ土類金属の酸化物を含む鉱物類の3
種類の原料を調合して得られるため、各成分の品質にば
らつきがあっても、この調合時に成分調整が可能であ
る。このため、原料品質の不安定性が軽減され、その管
理が容易になる。しかも、予期しない成分によるガラス
粉粒体との異常反応が防止されて所望とする焼結体を得
ることができる。
【0026】また、焼結体はガラス粉粒体にバインダー
が添加されて、所定形状の成形体に成形され、さらに焼
成されることにより形成される。このとき、バインダー
に含まれる又は生成される結晶質の作用により、ガラス
粉粒体の粒子間が均一かつ強固に結合された焼結体が得
られる。
【0027】さらに、焼結体はガラス粉粒体とバインダ
ーが混合されて、所定の水分の存在下に加圧又は押出成
形法により成形されるため、成形体が所定形状に容易に
成形される。また、成形体に施釉が行われた後に、焼成
されるため、得られた焼結体はその表面が緻密で綺麗に
仕上げられる。
【0028】
【実施例】以下に、この発明を具体化した実施例につい
て説明する。 (実施例1) (1) バインダーの調製、成形体の成形及び焼成 まず、粘土 33重量%、長石 60重量%及びタルク
7重量%を混合し、ボールミルで微粉砕してバインダ
ーを調製した。次に、廃棄ガラスよりなるガラス粉粒体
75重量%にバインダー 25重量%を混合し、この
混合物に対して水を8重量%添加して混練し水分調整を
行った。そして、この混合物を用いて乾式加圧成形法に
より、成形体を成形した。次いで、この成形体を105
0℃で焼成して構造体としての板状の焼結体を得た。 (2) 焼結体の物性試験 得られた焼結体について、JIS−A5209等に従
い、以下の物性試験を行った。その結果を次に示す。
【0029】凍結融解:合格、曲げ破壊荷重:平均28
4N/cm、磨耗減量:平均0.1g、吸水率:1.7
%、耐酸・耐アルカリ:異常認めず この試験結果より、焼結体は凍結融解の問題がなく、曲
げ強度が強く、構造体としての強度に優れている。しか
も、耐磨耗性が良く、吸水率が低く、しかも耐薬品性に
優れている。従って、この焼結体は構造体として充分な
性能を有している。 (実施例2) (1) バインダーの調製、成形体の成形及び焼成 粘土 39重量%、長石 59.5重量%及び生石灰
1.5重量%を混合し、微粉砕してバインダーを調製し
た。次に、廃棄ガラスよりなるガラス粉粒体68重量%
にバインダー 32重量%を混合し、この混合物に対し
て水を7重量%添加して混練し水分調整を行った。そし
て、この混合物を用いて乾式加圧成形法により、成形体
を成形した。次いで、この成形体を1180℃で焼成し
て構造体としての焼結体を得た。 (2) 焼結体の物性試験 得られた焼結体について、実施例1と同様に凍結融解、
曲げ破壊荷重、磨耗減量等に関し物性試験を行ったとこ
ろ、実施例1とほぼ同等の結果が得られた。 (実施例3) (1) バインダーの調製、成形体の成形及び焼成 粘土 22重量%、陶石 75重量%及びドロマイト
3重量%を混合してバインダーを調製した。次に、廃棄
ガラスよりなるガラス粉粒体 55重量%にバインダー
45重量%を混合し、この混合物に対して水を5重量
%添加して混練し水分調整を行った。そして、この混合
物を用いて乾式加圧成形法により、成形体を成形した。
次いで、この成形体を1250℃で焼成して構造体とし
ての焼結体を得た。 (2) 焼結体の物性試験 得られた焼結体について、実施例1と同様に物性試験を
行ったところ、実施例1とほぼ同等の結果が得られた。
【0030】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を例
えば次のように変更して具体化してもよい。 (1)この発明のバインダーに酸化カルシウム(Ca
O)や酸化マグネシウム(MgO)等のアルカリ土類金
属の酸化物を別途添加すること。 (2)この発明のバインダーに酸化カリウム(K2 O)
や酸化ナトリウム(Na 2 O)等のアルカリを別途添加
すること。 (3)ガラス粉粒体とバインダー以外に顔料や充填剤等
を添加して成形すること。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、次のような優れた効果を奏する。すなわち、ガラス
粉粒体との親和性が良くて焼成後に割れ等の品質不良が
生じることなく、均一な焼結体が得られ、歩留りが向上
する。また、原料品質の不安定性が軽減され、その管理
が容易となる。しかも、ガラス粉粒体との異常反応を防
止して所望とする焼結体を得ることができる。そのた
め、建築材料等の構造体として利用でき、工業上有用で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 直行 岐阜県土岐郡笠原町2030番地の1 (72)発明者 林 茂 岐阜県土岐市曽木町2154番地の1 (56)参考文献 特開 昭54−8483(JP,A) 特開 平5−58707(JP,A) 特開 昭53−88657(JP,A) 特開 平7−108651(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粘土類、陶長石類及びアルカリ土類金属
    の酸化物を含む鉱物類を含有することを特徴とするガラ
    ス粉粒体用バインダー。
  2. 【請求項2】 前記粘土類の含有量が20〜45重量
    %、陶長石類の含有量が50〜80重量%及びアルカリ
    土類金属の酸化物を含む鉱物類の含有量が1〜10重量
    %であることを特徴とする請求項1に記載のガラス粉粒
    用バインダー。
  3. 【請求項3】 ガラス粉粒体に請求項1又は請求項2に
    記載のバインダーを添加して所定形状の成形体を成形
    し、この成形体を焼成してなることを特徴とする焼結
    体。
  4. 【請求項4】 ガラス粉粒体に請求項1又は請求項2に
    記載のバインダーを添加して、所定の水分の存在下に混
    練し、加圧又は押出成形法により所定形状の成形体を成
    形した後、この成形体に施釉をして焼成することを特徴
    とする焼結体の製造方法。
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