JP3343383B2 - 無機質軽量焼成体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機質軽量焼成体の製
造方法、特に、セメント粉体を含有する無機質軽量焼成
体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、セ
メント粉体を含有する無機質軽量焼成体の製造方法とし
ては、例えば、特開昭６３−１２２５０１号公報に記載
の施釉軽量無機成形体の製造方法が開示されている。す
なわち、セメント粉体，フリット，骨材，発泡剤および
発泡促進剤からなる配合物に水を添加混合して４０〜６
０℃の混練物を作り、該混練物を型枠に流し込み、発泡
硬化させて得られた生基材を施釉することを特徴とする
施釉軽量無機成形体である。

【０００３】しかし、前述の従来例では、焼成時のバイ
ンダーとして比較的低温（一般的に約８００℃）で融着
するフリットを使用しているので、焼成温度が低い。こ
のため、あまり高い強度が得られないだけでなく、セメ
ントから生成される消石灰が焼成時に脱水反応で生石灰
になり、これが焼成後に空気中の水分を吸収して再び消
石灰となる際に焼成体が膨張するので、寸法安定性に欠
ける。この結果、多量のセメントを添加できず、焼成前
における成形体の強度が低いので、薄板，大板，複雑な
形状のものが得られない。しかも、焼成温度が低いと、
通常の陶磁器用釉薬を使用できず、使用できる釉薬が低
温のものに限定されるので、カラーバリエーションが少
なく、製造コストが高い。

【０００４】そこで、前記フリットの代わりに高温で融
着するバインダーを使用し、１０００℃以上の高温で焼
成することも考えられるが、焼成温度が５００℃以上に
なると、養生硬化したセメントの強度が著しく低下し、
前記バインダーが融着する前に成形体が変形し、時には
破壊してしまうという問題点があった。

【０００５】本発明は、前記問題点に鑑み、焼成温度が
高く、所望の強度，化粧性，寸法安定性を有する無機質
軽量焼成体の製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究した結果、中温領域でバイン
ダーとして機能する軟質ガラス粉粒体を添加すると、養
生硬化したセメント粉体の強度が焼成温度の上昇によっ
て著しく低下する前に前記軟質ガラス粉粒体が融着して
焼成すべき成形体の形状を維持するため、従来例よりも
高温で焼成できることに着目し、本願発明を完成した。

【０００７】すなわち、本願発明は、セメント粉体、流
動点８００〜１０００℃の軟質ガラス粉粒体、および、
流動点１０００℃以上のガラス質成分を含む無機質粉粒
体を主体とし、適量の水を添加，混練して得た混練物
を、養生，硬化させて成形体を得た後、焼成する工程か
らなるものである。

【０００８】また、セメント粉体、流動点８００〜１０
００℃の軟質ガラス粉粒体、および、流動点１０００℃
以上のガラス質成分を含む無機質粉粒体を主体とし、適
量の発泡剤および水を添加，混練して得た発泡状態の混
練物を、養生，硬化させて多孔質成形体を得た後、焼成
する工程からなる方法によると、さらに軽量の焼成体を
得ることができる。

【０００９】前記セメント粉体は、低温時における成形
体の形状を維持するバインダーとして機能するものであ
り、例えば、ポルトランドセメント粉体，アルミナセメ
ント粉体，フライアッシュセメント粉体等が使用でき
る。

【００１０】軟質ガラス粉粒体は、昇温途中の中温領域
においてバインダーとして機能するものであり、例え
ば、窓ガラス，瓶ガラス粉砕品等が使用でき、流動点８
００〜１０００℃のものが使用される。流動点が前記温
度範囲を外れると、５００〜１０００℃程度の中温領域
で成形体の強度を保持するバインダーとしての機能を十
分に発揮できないからである。

【００１１】また、軟質ガラス粉粒体の粒径は特に限定
するものではないが、粒径５００μ以下のものが好適で
ある。粒径が５００μを越えると、成形性が低下し、特
に押し出し成形が困難となるからである。そして、前記
軟質ガラス粉粒体は、セメント粉体２５〜５０重量部に
対して４〜２０重量部添加される。４重量部未満である
と、焼成中の強度、特に中温領域における強度が低く、
２０重量部を越えると、相対的にセメント粉体や無機質
粉粒体の添加量が減少し、焼成前または焼成後の強度が
低くなるからである。

【００１２】ガラス質成分を含む無機質粉粒体は、焼成
時の高温領域においてバインダーとして機能するもので
あり、例えば、シラス，フライアッシュ，スラグ，ワラ
ストナイト，坑火石等の流動点１０００℃以上のものが
使用でき、特に、ガラス質成分が３０重量％以上のもの
が好ましい。流動点が１０００℃未満の無機質粉粒体を
使用すると、前述したように５００〜１０００℃程度の
中温領域での成形体の強度保持には有用であるが、一般
的な釉薬を使用できる１０００℃以上で焼成した場合、
溶融ガラス質の粘性が著しく低下して成形体が大きく変
形してしまうからである。また、流動点が１０００℃以
上の無機質粉粒体を使用すれば、高温焼成による脱水反
応でセメントの消石灰から生成した生石灰がバインダー
のガラス中に反応溶融してそのまま残存しないので、焼
成後、空気中の水分を吸収して膨張するということがな
いからである。さらに、ガラス質成分を３０重量％以上
としたのは、ガラス質成分が３０重量％未満であると、
実質的にバインダーとして機能しないからである。

【００１３】なお、無機質粉粒体の粒径は特に限定する
ものではないが、粒径５００μ以下のものが好適であ
る。粒径が５００μを越えると、前述と同様、成形性が
低下し、特に押し出し成形が困難となるからである。そ
して、前記無機質粉粒体は、セメント粉体２５〜５０重
量部に対して２５〜５０重量部添加される。２５重量部
未満であると、焼成後の強度が低く、５０重量部を越え
ると、相対的にセメント粉体や軟質ガラス粉粒体の添加
量が減少し、焼成前や焼成中の強度が低くなり、変形す
るからである。

【００１４】さらに、前記組成物に水が添加されて混練
されるが、必要に応じて適量の骨材、発泡剤、発泡促進
剤が添加される。

【００１５】骨材は焼成体の寸法安定性を向上させるた
めに添加されるものであり、例えば、硅石，硅砂，シャ
モット，川砂等が使用でき、添加量は寸法安定性の見地
よりすれば、多量に添加する方が好ましいが、あまり多
量に添加すると、相対的にセメント粉体等の添加量が減
少し、所望の強度が得られないので、セメント粉体２５
〜５０重量部に対して最大限４０重量部が添加される。

【００１６】発泡剤としては、例えば、金属アルミニウ
ム，界面活性剤等の起泡剤等が使用でき、添加量はセメ
ント粉体２５〜５０重量部に対して０.０３〜０.１重量
部添加される。このような添加量とするのは、所定の強
度を確保しつつ、適度な発泡倍率とするためである。

【００１７】発泡促進剤としては、例えば、水酸化ナト
リウム等が添加され、添加量は発泡剤の添加量によって
ほぼ定まるが、一般にセメント粉体２５〜５０重量部に
対して０.０５〜０.１重量部添加される。

【００１８】水は、前記組成物からなる混練物を流し込
んで成形できる程度に添加すればよく、セメント粉体の
添加量によってほぼ定まるが、前述の組成物からなる混
合物１００重量部に対して３０〜６０重量部添加するの
が好適である。

【００１９】次に、前記組成物を前述の配合割合にした
がって配合，混練して得た混練物を型枠に流し込み、所
定の温度で養生，硬化させて成形体を得た後、または、
発泡，硬化させて多孔質成形体を得た後、型枠から取り
出し、必要に応じて所望の形状に切断して乾燥させ、得
られた成形体を電気炉にて焼成する。焼成温度として
は、前記ガラス質を含む無機質粉粒体の流動点±５０℃
の温度範囲内で焼成することが好ましい。流動点＋５０
℃を越える温度で焼成すると、焼成体の変形がみられ、
流動点−５０℃未満の温度で焼成すると、ガラス質の溶
融が不十分であり、バインダーとしての機能が十分に発
揮されず、焼成後の強度が低くなるからである。

【００２０】なお、発泡硬化工程においては、発泡剤と
して起泡剤を添加してミキサー等で機械発泡させた混練
物を型枠に流し込み、養生，硬化させて多孔質成形体を
得てもよい。また、必要に応じて乾燥後、焼成前に釉薬
をハケ，スプレー等で塗布しておいてもよい。

【００２１】本願発明において、セメント粉体，軟質ガ
ラス粉粒体，無機質粉粒体を主体とするのは、以下の理
由によるものである。すなわち、セメントを用いること
により、常温では容易に成形体を得ることができる。そ
して、この成形体を焼成すべく、加熱して温度を上げる
と、図１に示すように、養生硬化したセメント粉体は温
度が上昇するに従って強度が低下し、５００℃付近では
常温における強度の半分程度にまで低下する。

【００２２】一方、ガラスは一般的に温度と粘度との間
に相関関係があり、特に、軟質ガラス粉粒体は温度６０
０〜８００℃から溶け始めてバインダー効果を現し始
め、成形体の強度に貢献し始める。より詳述すれば、粘
度が４．５×１０⁷ポイズとなる軟化点の少し前から軟
質ガラス粉粒体の一部が溶け始めてバインダー効果を現
し始め、粘度が１０⁵ポイズとなる流動点（８００〜１
０００℃）でバインダー効果が最大となる。このため、
粘度が１０⁵ポイズとなる前記流動点では、ガラスが結
合力を保持しながら適度に流動するので、中温領域でも
成形物に型くずれが生じない。

【００２３】そして、温度が上がるにつれて軟質ガラス
粉粒体の粘度が１０³ポイズよりも低くなり、ほぼ完全
な溶融状態となるので、もはや結合力がなくなり、軟質
ガラス粉粒体だけでは成形体の形状を維持することが困
難となる。この温度はガラスの種類により異なるものの
大体１０００℃付近である。しかし、軟質ガラス粉粒体
だけで成形体の形状を維持することが困難となる前に、
無機質粉粒体に含まれるガラス質成分の一部が溶け始め
てバインダー効果を現し始め、成形体の強度に貢献す
る。さらに、温度が上がると、軟質ガラス粉粒体は溶融
状態となって結合力が著しく低下するが、無機質粉粒体
のガラス質成分の流動性が向上し、これによって無機質
粉粒体の流動点で強度が最大となるので、成形体は型崩
れを生ぜずに高温で焼成される。

【００２４】

【作用】したがって、本発明によれば、セメント粉体，
軟質ガラス粉粒体およびガラス質成分を含む無機質粉粒
体が、低温，中温および高温領域においてそれぞれバイ
ンダーとしての機能を発揮するので、焼成前，焼成中，
焼成後においても変形せず、型くずれが生じないことに
なる。

【００２５】

【実施例】

（実施例１）市販のポルトランドセメント粉体４０重量
部、軟質ガラス粉粒体として平均粒径４０μの窓ガラス
粉砕品１０重量部、ガラス質成分を含む無機質粉粒体と
して平均粒径４０μのシラス３０重量部、骨材として硅
砂２０重量部をミキサーで数分間混練してスラリー状態
の混合物を得た。そして、この混練物を３００×３００
０×１００ｍｍの型枠に流し込み、室温で２日間養生硬
化させ成形体を得た。ついで、成形体を３００×３００
×４０ｍｍの大きさに切断して得た切断片を乾燥機にて
温度８０℃で８時間乾燥した後、電気炉（昇温速度４０
０℃／ｈｒ）にて焼成温度１１８０℃で３０分焼成し、
炉内放置して冷却することにより焼成体を得、これをサ
ンプルとした。

【００２６】この焼成体サンプルは比重１．４、曲げ強
度９８ｋｇ／ｃｍ²であり、その表面を目視で観察した
ところクラック等は見受けられなかった。そして、前記
サンプルをダイヤモンドカッターで切断すると、容易に
切断できるだけでなく、切断面の縁部に欠けが生じなか
った。また、水中に１週間浸漬したが、膨張はほとんど
なく、クラックの発生も見られなかった。

【００２７】（実施例２）市販のポルトランドセメント
粉体３０重量部、軟質ガラス粉粒体として平均粒径４０
μの窓ガラス粉砕品８.８重量部、ガラス質成分を含む
無機質粉粒体として平均粒径５０μの抗火石３８重量
部、骨材として硅砂２３重量部、発泡剤として金属アル
ミニウム０.１重量部、発泡促進剤として水酸化ナトリ
ウム０.１重量部をミキサーで数分間乾式混合して混合
物を得、この混合物１００重量部に対して水５５重量部
を添加し、数分間混練してスラリー状態の混練物を得
た。そして、この混練物を３００×３０００×１００ｍ
ｍの型枠に流し込み、温度６０℃の恒温室で１２時間養
生し、発泡硬化させて多孔質成形体を得た。ついで、こ
の多孔質成形体を３００×３００×４０ｍｍの大きさに
切断して得た切断片を乾燥機にて温度８０℃で５時間乾
燥した後、この切断片を電気炉（昇温速度４００℃／ｈ
ｒ）にて焼成温度１１８０℃で３０分間燃成し、前記電
気炉内に放置して冷却することにより焼成体を得、これ
をサンプルとした。

【００２８】この焼成体のサンプルは比重１.０、曲げ
強度３０ｋｇ／ｃｍ²であり、その表面を目視で観察し
たところクラック等は見受けられなかった。そして、前
記サンプルをダイヤモンドカッターで切断すると、容易
に切断できるだけでなく、切断面の縁部に欠けが生じな
かった。また、水中に１週間浸漬したが、膨張はほとん
どなく、クラックの発生も見られなかった。

【００２９】（実施例３）切断片を乾燥した後、焼成前
に釉薬をスプレーで塗布したことを除き、他は実施例１
と同様に処理して焼成体のサンプルを得た。なお、前記
釉薬は、石英４４重量部、硼砂３３重量部、酸化鉄１５
重量部、長石１.５重量部、カリ硝石４重量部、炭酸バ
リウム２.５重量部、水６０重量部を混合したものであ
り、その塗布量は６００ｇ／ｍ²であった。

【００３０】前記焼成体のサンプルは比重，強度とも実
施例２と変わらず、その表面を目視で観察したところ、
気泡，クラックは見受けられず、平滑で均一な化粧面を
有することがわかった。

【００３１】（比較例１）市販のポルトランドセメント
粉体５０重量部、軟質ガラス粉粒体として平均粒径４０
μの窓ガラス粉砕品３０重量部、骨材として硅砂２０重
量部を原料とし、焼成温度９００℃で３０分焼成した以
外は実施例１と同様の操作を行い、焼成体を得、これを
サンプルとした。

【００３２】この焼成体サンプルは比重１．４、曲げ強
度７５ｋｇ／ｃｍ²であり、その表面を目視で観察した
ところクラック等は見受けられなかった。そして、前記
サンプルをダイヤモンドカッターで切断したところ、容
易に切断できるだけでなく、切断面の縁部に欠けが生じ
なかった。しかし、水中に１週間浸漬したところ、約１
％膨張し、表面に微小クラックの発生が見られた。

【００３３】（比較例２）従来例（特開昭６３−１２２
５０１号）の実施例３を追試したものであり、ポルトラ
ンドセメント粉体２５重量部、硼珪酸塩系フリット２５
重量部、アルミナ粉７５重量部、金属アルミニウム粉末
０.１重量部、水酸化ナトリウム０.２重量部をミキサー
で数分間乾式混合した後、水５５重量部を添加して混練
することにより、スラリー状態の混練物を得た。この混
練物を３００×３００×１００ｍｍの型枠に流し込み、
温度６０℃の恒温室内で１２時間養生し、発泡硬化させ
て成形体を得た。そして、型枠から取り出した前記成形
体を３００×３００×４０ｍｍの大きさに切断して切断
片を得た。次いで、この切断片を乾燥機にて温度８０℃
で５時間乾燥させた後、硼珪酸塩系釉薬をスプレーで塗
布し、電気炉にて温度８００℃で１時間焼成した後、前
記電気炉内に放置，冷却して得た焼成体をサンプルとし
た。

【００３４】得られたサンプルは比重１.０、曲げ強度
６ｋｇ／ｃｍ²であり、その表面を目視で観察したとこ
ろ、クラック等は発見できなかった。そして、実施例１
と同様にダイヤモンドカッターで切断したところ、切断
は可能であったが、切断面の縁部に欠けが生じた。

【００３５】実施例１と比較例１とを比較すると、実施
例１の方が大きな強度を有するだけでなく、水中に浸漬
しても焼成体の吸水膨張が小さく、クラックの発生がな
いことから、実施例１の方が比較例１よりも寸法安定性
が良いことがわかった。また、実施例２，３と比較例２
とを比較すると、実施例２，３の方が大きな強度を有
し、優れたカッター適性を有するだけでなく、ほぼ同等
の表面形状を有することがわかった。

【００３６】特に、実施例１において比較的多量のセメ
ントを添加しているにもかかわらず、実施例１が比較例
１以上の寸法安定性を有するのは、１０００℃以上の高
温領域で焼成すると、高温焼成による脱水反応でセメン
トの消石灰から生成した生石灰がバインダーのガラス中
に反応溶融してそのまま残存せず、焼成後、空気中の水
分を吸収して膨張しないためであると考えられる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる無機質軽量焼成体の製造方法によれば、中温領
域でバインダーとして機能する軟質ガラス粉粒体を添加
してあるので、常温から高温まで昇温する際に中温領域
でセメント粉体の強度が著しく低下しても、前記軟質ガ
ラス粉粒体のバインダー機能によって成形体が変形した
り、破壊することがない。このため、従来例よりも高い
温度領域で焼成でき、所望の強度，寸法安定性を有する
無機質軽量焼成体が得られるだけでなく、通常の釉薬を
使用できるので、化粧性を向上でき、製造コストを低減
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明において主体となる組成物の焼成温度
と強度との相関関係を示すグラフ図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/00 - 35/84 C04B 38/00 - 38/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セメント粉体、流動点８００〜１０００
   ℃の軟質ガラス粉粒体、および、流動点１０００℃以上
   のガラス質成分を含む無機質粉粒体を主体とし、適量の
   水を添加，混練して得た混練物を、養生，硬化させて成
   形体を得た後、焼成することを特徴とする無機質軽量焼
   成体の製造方法。
2. 【請求項２】 セメント粉体、流動点８００〜１０００
   ℃の軟質ガラス粉粒体、および、流動点１０００℃以上
   のガラス質成分を含む無機質粉粒体を主体とし、適量の
   発泡剤および水を添加，混練して得た発泡状態の混練物
   を、養生，硬化させて多孔質成形体を得た後、焼成する
   ことを特徴とする無機質軽量焼成体の製造方法。