JP3541215B2

JP3541215B2 - 多孔質低透水率軽量陶器。

Info

Publication number: JP3541215B2
Application number: JP19862697A
Authority: JP
Inventors: 雅夫宮代; 隆臣西尾; 宏亮高畑; 正美横井川; 雄司川口
Original assignee: Shiga Prefectural Government.
Current assignee: Shiga Prefectural Government.
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JPH1143381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多孔質軽量陶器に関し、より詳しくは、高耐火度のフライアッシュバルーンを添加することによって得られる、軽量、低吸水率、高強度の陶器に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、陶磁器は重くて割れやすいというのが常識で、生産者、扱い業者、消費者ともに負担が大きかった。製造業者において、特に大物陶器の産地では従業員に腰痛やヘルニア等が多発しているのが現状で、若手の後継者難の要因にもなっている。これから益々高齢化が進む時代に、製造業者のみならず流通、運送業者の負担を軽減する必要に迫られている。消費者においても、大きくて持ち運びしにくい大皿等の日常雑器は、重量の点から敬遠されることが多い。陶磁器の感性とゆとりは求めたいが重たいので敬遠されていた商品や身障者向け陶磁器、食器等々の用途に、軽量陶器の開発が期待されている。
【０００３】
したがって、従来から陶器の軽量化に関する提案は数多く見られるが、実用に耐えるものはほとんど見い出されていない。例えば、有機物質の微粒子を添加し、焼成時に燃焼・気化・消失させることによって気孔を形成させ、陶器を軽量化する方法が知られている。添加される有機物質の微粒子としては、おが屑、コーヒー豆の搾りかす、微粉炭、カーボン粉末、中空の樹脂粉末等々が提案されてきた。しかしながら、本提案においては、成形時の悪臭、不完全燃焼による炭化物の残存、焼成時の膨張に基づく素地の変形、黒煙の発生等々の問題があり、実用には至っていない。
【０００４】
また、ガラスバルーンやシラスバルーン、パーライト発泡体等の無機中空体を添加する提案では、これら添加物の耐火度が低いため、一般の陶磁器焼成温度である１１００〜１３５０℃では溶融したりマトリックスと共融してしまい、焼成収縮が大きくなるため充分な軽量化は困難で寸法精度も悪くなってしまう問題があった。
【０００５】
これら従来の提案においては、さらに共通した問題がある。すなわち、大量の添加物質を加えると素地原料がばさばさになり、可塑性が著しく低下して成形が困難になってしまうことである。比較的可塑成形しやすいのは、連通孔が形成されやすく強度も弱いものが多い。また、閉気孔が形成されるものは可塑成形がかなり難しく、可塑成形するためには、添加物質の量を制限しなければならず、十分な軽量化を果たすことができない。
【０００６】
そこで本発明者は、上述した従来の問題を解決するべく、比較的多量の添加物を混入しても可塑成形が可能であり、寸法精度が良好、高強度、低吸水率の軽量陶器を得る手段について鋭意検討した結果、本発明に至ったのである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため次の手段を取るものである。すなわち、本発明に係わる多孔質軽量陶器の要旨とするところは、１０重量部をこえる量の、耐火度ＳＫ６ａ以上のフライアッシュバルーンを骨材とし、１０重量部以上９０重量部未満の、有機又は無機の可塑剤及び焼結剤が添加され、可塑成形後、１１００℃以上１３５０℃未満で焼成されることにある。
【０００８】
さらに、かかる多孔質軽量陶器において、用いられるフライアッシュバルーンの５０％粒径が２０μｍ〜２００μｍであり、該フライアッシュバルーンのセル厚さが１μｍ〜２０μｍであることにある。
【０００９】
さらに、かかる多孔質軽量陶器において、見かけ比重が０．６以上２．０未満、吸水率が５．０％未満、曲げ強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上とすることにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る多孔質軽量陶器の実施形態について詳しく説明する。
【００１１】
本発明で用いられるフライアッシュバルーンは耐火度がＳＫ６ａ以上であればよく、その形状は特に限定されないが、球状であるのが好ましい。ここでいうフライアッシュバルーンとは、燃焼灰のうち集塵装置で捕集される細かいものから、浮遊選鉱によって精製分離されたものを指し、比重が１以下の中空微粒子である。主に微粉炭を用いる火力発電所から発生するが、石炭の産地や組成、燃焼方式、分級方式等によってその形状、大きさ、組成、耐火性等々の性状が異なる。
【００１２】
一般に陶磁器の強度を高めるためには、焼成温度を高くしなければならない。添加されたフライアッシュバルーンの耐火性が低いと、焼成中に溶融したりマトリックスと共融することにより変形し、その中空状態が崩れてしまい、気孔が残らなくなる。したがって、焼成温度で変形しないだけの耐火性が必要であり、１１００℃以上１３５０℃以下の適正な焼成温度に耐えるには耐火度はＳＫ６ａ以上でなければならない。
【００１３】
添加されるフライアッシュバルーンの粒径は坏土の可塑性を左右する重要な要因であり、大き過ぎれば坏土は粘り気を失い成形が困難になるし、また、得られる陶器の強度が低下する。逆に小さ過ぎると、俗に言う坏土の腰が失われ可塑成形が難しくなるとともに、焼結が進み過ぎるために焼成収縮が大きくなり軽量化が困難になる。また寸法安定性も低下する。本発明に用いるフライアッシュバルーンの粒径は、２０μｍ〜２００μｍであることが好ましく、より好ましい粒径は、２０μｍ〜１００μｍである。
【００１４】
また、添加されるフライアッシュバルーンのセル厚さも、焼成された陶器の物性に影響する重要な要因である。セル厚さが大き過ぎるものは、相転移によるクリストパライトが残留するため焼成後の点剥離や冷めわれの原因となる場合がある。また、セル厚さが小さ過ぎるものは、一連の製造工程において破壊されやすく焼成物の気孔が少なくなるので好ましくない。したがって、セル厚さは１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、より好ましくは、２μｍ〜１０μｍである。
【００１５】
また、本発明において添加使用されるフライアッシュバルーンは１０重量％をこえる量である。その割合が多ければ多いほど陶器は軽量化されるが、実際に製品を作るには成形するための可塑剤と焼結するための焼結剤が必要であり、フライアッシュバルーンの添加量には自ずから限界がある。添加量が少なければ可塑成形が容易になるが十分に軽い製品を得ることができない。本発明では、従来の技術では可塑成形が不可能であった１０重量％をこえる量の添加量でも、可塑剤と焼結剤を適切に選択することによって可塑成形を可能とし、見かけ比重が２．０以下の軽量陶器の製造を可能としたのである。
【００１６】
本発明でいう可塑成形とは、通常広く使用され、粘土の可塑性を利用する成形方法であって特に限定されるものではない。タタラ、手ロクロ、機械ロクロ、湿式プレス等様々の手法が用いられる。可塑性の定義は、ある大きさ以上の力が加えられて変形し、その力が除かれても、変形状態が保持される性質とされている。しかしながら、陶磁器の現場では、坏土の伸び、腰、粘り等の感覚で評価されている。．可塑成形においても、方法や作るものによってどの性質をどのくらい必要かは多様である。陶磁器坏土は大別して陶石立てと粘土長石立てに分けられ、陶石立ては陶石中のセリサイト成分が可塑剤及び焼結剤として働き、粘土・長石立てでは、粘土が可塑剤で長石が焼結剤となる。
【００１７】
次に、本発明に用いる可塑剤について説明する。一般に、可塑成形に可塑剤は不可欠であり通常の粘土仕立て素地では、３０〜４０重量％程度は必要とされる。本発明では、可塑剤として通常のカオリナイト質粘土の他に、粘性の高いモンモリロナイト系粘土や人工可塑材を使用することにより、比較的少量の使用で可塑成形を可能にしたものである。フライアッシュバルーンは容積が大きく比表面積が非常に大きいので、これを可塑成形するには通常のカオリナイト質粘土だけでは大部を調合しないと成形が不可能となり、フライアッシュバルーンの割合を減らさざるをえない。本発明ではカオリナイト質粘土に加え、カオリナイト質粘土よりも粘りが強く且つ耐火性の低いモンモリロナイト系粘土を併用することにより、少ない可塑成分でも可塑成形を可能にするとともに、焼結性の調整も可能となった。さらに可塑性を補うための添加剤として、有機又は無機の分散材や可塑剤を添加してもよい。各添加剤の好ましい割合は、カオリナイト質粘土５０重量部以下、モンモリロナイト系粘土５０重量部以下、両者を併用した場合の粘土量は併せて１０〜５０重量部、また、可塑性付与材は０〜１０重量部である。
【００１８】
焼結剤は一般的には長石であり、一般坏土には２５〜３５重量％含まれる。しかしながら、表面積の大きなフライアッシュバルーンと可塑剤を十分に焼結するには、長石だけでは不可能であり、低吸水性で高強度の陶器を得ることはできない。本発明では溶融性の良好な長石やガラスフリットの微粉を使い、さらにフライアッシュバルーンとの共融性を有するアルカリ又はアルカリ土類鉱物や金属酸化物を調合することにより、少量の添加で焼結する範囲を見い出したのである。アルカリ土類鉱物の例としては、タルク、石灰石、マグネサイト等が挙げられる。これらの焼結剤は、微粉砕して適当な粒度の粒子として添加されることにより、可塑成形性を向上させ、焼結性を高める効果が得られる。焼結剤の好ましい添加量は、長石及びガラスフリットについては５０重量部以下、アルカリ又はアルカリ土類鉱物や金属酸化物については１０重量部以下である。
【００１９】
上述の製造方法によって得られる多孔質軽量陶器は、軽量性と強度という合い矛盾する特性を備えた陶器である。特に、見かけ比重が０．６以上２．０未満、吸水率が５．０％未満、曲げ強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の物性を同時に満足する陶器は従来知られていないものであり、多分野において新しい用途展開が可能である。軽くて使い易い大型陶器、断熱材、軽量食器、園芸用品、瓦や壁材等の建材等々の分野で、従来技術では困難であった製品が実用化可能となる。
【００２０】
特に見かけ比重を小さくする方法として次の手段を用いることができる。すなわち、坏土に有機の微粒子を配合し、焼成中に燃焼・気化・消失させ、消失後に気孔を形成させる方法である。可塑剤や焼結剤を予め微粒子にコーティングしておいたり、中空の微粒子を用いたりすることは、さらに好ましい方法であり、超軽量で比較的高強度の陶器を得ることが出きる。
【００２１】
本発明に係わる焼成体の熱膨張率は一般の素地と比較して小さい。これは従来の素地では、骨材としての珪石が５７３℃でベーター石英に転移し異常膨張するのに対し、本発明の素地では骨材であるフライアッシュバルーンがムライトを晶出するため熱膨張率が小さくなるのである。したがって、本発明の焼成体に施す釉薬は、通常のものより若干小さめのものを選択する必要がある。
【００２２】
本発明に記述される種々の物性値は次に示される方法によって測定されたものである。すなわち、
フライアッシュバルーンの耐火度：ＪＩＳＭ８５１２
フライアッシュバルーンの粒径：レーザー回折法
フライアッシュバルーンのセル厚さ：真比重を２．５として、見かけ比重及び粒径から算出。
【００２３】
焼成体の見かけ比重：定法により測定された体積と重量から算出
焼成体の吸水率：ＪＩＳＡ５２０９
焼成体の曲げ強度：ＪＩＳＡ５２０９
によって測定した。
【００２４】
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、フライアッシュバルーンの種類や粒径、可塑剤や焼結剤の種類や調合比、可塑成形の方法、焼成条件等に関し、等業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものである。
【００２５】
本発明の実施例を、以下に詳しく説明する。
【００２６】
実施例１〜実施例４
図１に示される条件によって、本発明に係わる多孔質軽量陶器を製作した。用いたフライアッシュバルーンは市販品であり、耐火度ＳＫ２７の製品は、秩父小野田株式会社製のマイクロセルズ、耐火度ＳＫ２０の製品は、日本フィライト株式会社製のセノライトである。製作手順は次のとおりである。先ず、フライアッシュバルーンを自己焼結しない温度で仮焼し破裂するものは破裂させておいた。次に、これを通常の坏土もしくは可塑剤粉末と混合し、さらに所定量の焼結剤粉末と水を加え混練して坏土をつくった。この坏土を石膏型を使って棒状に型押し成形し、電気炉を用いて所定の温度で酸化焼成した。諸物性の測定は上述の方法によった。
【００２７】
実施例１〜４はいずれも請求項１の条件を満たして製作されたものであり、可塑成形性は良好であった。また、その軽量化の効果が顕著であり優れた物性の焼成体を得ることができた。中でも、実施例２〜４は、請求項２の条件を満たして製作されたものであり、特に高い強度と低い吸水率の焼成体を製造できることが確認された。実施例２〜４によって製造された焼成体の物性は、請求項３の条件を満たしていて、新しい用途展開を可能とするものである。
【００２８】
比較例１
図１に示されるように、耐火度ＳＫ３ａのシラスバルーンを用いて比較の実験を行った。耐火度が低いため温度を１１００℃に下げて焼成したが、シラスバルーンが変形したために気孔がうまく形成されなかったと判断され、その結果として、見かけ比重と吸水率を十分低くすることができなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の多孔質軽量陶器によれば、可塑成形できるので繊細な形状の陶器の製作が可能であり、工業的に低いコストの製造が可能となる。
【００３０】
また、その優れた軽量特性を利用して、瓦やタイル等の建築材料、植木鉢等の園芸用品、身障者用の食器、大型陶器等々の軽量陶器を提供できる。
【００３１】
さらに、多数の独立気孔が含まれていることによる、優れた断熱性、耐熱性、軽量性を活用して各種断熱材や炉材に用いることができるし、低い透水性を利用し水に浮く素材とすれば、各種浮子に適し、木材や発泡プラスチックに代わる新しい軽量素材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１〜４及び比較例１の概要を説明する表である。

Claims

１０重量部をこえ、９０重量部未満の、耐火度ＳＫ６ａ以上のフライアッシュバルーンを骨材とし、１０重量部以上９０重量部未満の、有機又は無機の可塑剤及び粉砕されて粒子化された焼結剤が添加され、可塑成形後、１１００℃以上１３５０℃未満で焼成されており、
かつ、前記フライアッシュバルーンの５０％粒径が２０μｍ〜２００μｍであり、該フライアッシュバルーンのセル厚さが１μｍ〜２０μｍであり、前記可塑剤が、モンモリロナイト系粘土、木節粘土から選択される、多孔質低吸水率軽量陶器。
見かけ比重が０．６以上２．０未満、吸水率が５．０％未満、曲げ強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１の多孔質低吸水率軽量陶器。