JP3895831B2 - 発泡性セラミック材料の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡性セラミック材料の製造方法に関し、詳しくは、建材などに利用されるセラミック材を製造するための原料となる発泡性セラミック材料を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック材として、内部に多数の微細な気孔を有する発泡セラミック材があり、軽量であるとともに、断熱性や遮音性などの特性にも優れているという特長がある。
発泡セラミック材の製造方法として、ガラス粉や白土などのセラミック物質に発泡成分その他の原料が配合された泥漿材料を噴霧乾燥させて造粒物からなる発泡性セラミック材料を製造し、この発泡性セラミック材料を所定の形状に成形してから焼成を行って、発泡セラミック材を得る方法が知られている。
【０００３】
泥漿材料を噴霧乾燥させる方法は、発泡性セラミック材料が効率的に製造できる。造粒物からなる発泡性セラミック材料は、保管あるいは成形工程での取扱いが容易であるとともに成形性も良く、焼成された発泡セラミック材の特性も優れたものとなる。
通常の発泡セラミック材は、焼成温度を１２００〜１３００℃まで上げる必要があったが、近年、発泡セラミック材料にアルカリ分が多く含まれる原料を用いることで、１０００℃未満の低温で発泡および焼成を可能にする技術が提案されている。低温焼成が可能であれば、焼成コストが削減できるとともに、高温焼成には適用できない材料を使用することも可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発泡性セラミック材料にアルカリ分が含まれていると、泥漿材料の粘性が高くなり、噴霧乾燥によって造粒物を得ることが困難になるという問題があった。
噴霧乾燥を容易にするために、発泡性セラミック材料に解膠剤を添加しておくことが考えられたが、多量の解膠剤が必要になるためコストが高くつくという問題のほか、数多くの問題が生じる。まず、解膠剤を含む泥漿材料は噴霧乾燥機の内壁やノズルに付着し易い。焼成されたセラミック材が着色されてしまう。原料を湿式粉砕する際に泥漿材料の温度が上昇し、いわゆる「ドボ」つきという現象が生じて粉砕効率が悪くなる。
【０００５】
そのため、噴霧乾燥を行わずに、パン型造粒機を用いて、原料粉体に水を噴霧して造粒するという方法も考えられるが、所望の粒径範囲の造粒物を得るには噴霧乾燥に比べて歩留りが悪く、生産性が悪くてコストが高くつくという問題がある。
そこで、本発明の課題は、前記した低温焼成が可能な発泡性セラミック材料を、噴霧乾燥でも製造できるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる発泡性セラミック材料の製造方法は、以下の工程を含む。
セラミック物質と発泡成分とアルカリ成分と硼酸とを含有する原料を湿式粉砕してｐＨ１０以下で粘度が２００ｃｐｓ以下の泥漿材料を得る工程。
前記泥漿材料を噴霧乾燥して造粒物からなる発泡性セラミック材料を得る工程。
【０００７】
個々の構成について具体的に説明する。
〔セラミック物質〕
発泡セラミック材の基本構造を構成する材料であり、通常の発泡性セラミック材料と同様の各種セラミック物質が用いられる。例えば、ガラス、白土などが挙げられる。複数の物質を組み合わせて用いることも勿論可能である。
【０００８】
〔発泡成分〕
焼成により化学的あるいは物理的に発泡する物質である。発泡成分としては、無機材料および有機材料の何れもが用いられる。例えば、グラニュー糖などの水溶性高分子材料が用いられる。
〔アルカリ成分〕
発泡セラミック材の焼成温度を下げる作用のある材料である。具体的には、ソーダ灰などが用いられる。なお、前記したセラミック物質その他の原料中にもアルカリ性を示す物質が含まれていれば、これらのアルカリ物質もアルカリ成分に含まれる。アルカリ成分の配合量が多いほど、焼成温度を下げる作用が高くなる。
【０００９】
〔硼酸〕
アルカリ成分の配合によって泥漿材料の粘性が高くなるのを抑える作用がある。したがって、アルカリ成分の配合量に合わせて、あるいは、噴霧乾燥などの作業性を考慮して硼酸の配合量が設定される。具体的には、発泡性セラミック材料の全体に対して０．５〜２．０重量％を配合しておくのが好ましい。
【００１０】
〔発泡性セラミック材料〕
発泡性セラミック材料の原料としては、前記物質の他に、通常の発泡性セラミック材料に配合される各種の物質を組み合わせて用いることができる。例えば、無機質顔料を含んでいれば、着色された発泡セラミック材が得られる。有機質バインダーを含んでいれば、造粒や成形が行い易くなる。フリットを配合しておけば、発泡性セラミック材料の融点が下がり、焼成温度を低下させる効果がある。但し、フリットは高価であるため、前記したソーダ灰などのアルカリ成分で焼成温度を下げるほうが好ましい。ソーダ灰などの配合量を増やせば、フリットの配合量を削減することができる。
【００１１】
〔泥漿材料〕
発泡性セラミック材料の原料に水などの液媒体を加えた状態で、湿式粉砕により微細に粉砕すると同時に均一に混合して、泥漿材料を得る。
湿式粉砕装置としては、ボールミルなどの通常のセラミック技術で利用されている湿式粉砕装置が用いられる。水の添加量などの湿式粉砕の処理条件も、通常の発泡性セラミック材料における処理条件が適用できる。
【００１２】
発泡性セラミック材料の原料のうち、一部の原料だけを湿式粉砕して、その後で残りの原料を加えることもできる。例えば、比較的分散混合が行い易く粉砕する必要のない原料であれば、湿式粉砕の後で攪拌混合するだけでも構わない。
湿式粉砕により得られた泥漿材料の性状として、ｐＨ１０以下が好ましく、ｐＨ９．５以下がさらに望ましい。粘度は２００cps 以下が好ましい。泥漿材料のｐＨおよび粘度は、原料の配合割合、水の添加量、湿式粉砕の処理条件によって変わる。
【００１３】
泥漿材料の水分量は、低粘度で流動性も十分に確保できれば、少ない水分量で十分であり、通常は６０重量％以下が好ましい。
湿式粉砕の処理前の原料あるいは処理後の泥漿材料を、篩装置などで粒径調整することができる。湿式粉砕の前に粒径調整を行っておけば、湿式粉砕の効率が良くなる。泥漿材料の粒径調整を行えば、湿式粉砕後に残る過大な粒子などを除去することができる。
【００１４】
〔噴霧乾燥〕
泥漿材料を噴霧乾燥すれば、造粒物からなる発泡性セラミック材料が得られる。
噴霧乾燥装置は、いわゆるスプレードライヤーと呼ばれる装置が用いられる。スプレードライヤーは、ノズルの先端から泥漿材料を噴出させて細かな霧状の液滴にすると同時にそこに熱風を吹きつけて液滴を乾燥させ、顆粒状の発泡性発泡性セラミック材料を得る。また、回転円板に供給された泥漿材料を遠心力で放散させて噴霧するディスクスプレー装置も利用できる。
【００１５】
造粒された発泡性セラミック材料の粒径は、０．５〜２．０mmが好ましい。
噴霧乾燥により造粒された発泡性セラミック材料は、保管や成形などの取扱いが行い易くなる。また、造粒された発泡性セラミック材料から成形された成形物を焼成すると、表面が平滑な発泡セラミック材が得られ易いという利点もある。特に、発泡セラミック材の場合、造粒していない通常の粉体材料のままでは粉体材料の焼成収縮によって発泡セラミック材の表面にクレータ状の凹凸が生じるという欠点があるが、造粒された発泡性セラミック材料を用いた場合にはこのような問題が生じ難い。
【００１６】
〔発泡セラミック材の製造〕
発泡性セラミック材料から発泡セラミック材を製造する方法は、通常の発泡セラミック材の製造方法と同様でよい。
粉粒状の発泡性セラミック材料をそのまま焼成して、粉粒状の発泡セラミック材を得ることもできるが、粉粒状の発泡性セラミック材料を適宜形状に成形して成形物を得たあと、成形物を焼成すれば、所望形状の発泡セラミック材を得ることができる。成形物は乾燥や養生工程を経て焼成することができる。
【００１７】
焼成工程において、焼成温度を１０００℃未満で行うことができる。本発明の発泡性セラミック材料は、焼成温度が低くても良好な焼成が達成される。
このようにして得られた発泡セラミック材は、通常の発泡セラミック材と同様の用途に用いられる。例えば、建築分野において軽量骨材や軽量パネルとして有用である。
【００１８】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態を、以下において、具体的に説明する。
下記表１に示す配合で発泡性セラミック材料を調製し、それを成形および焼成して発泡セラミック材を製造した。なお、解膠剤はディスパーサント５０２７（商品名）を用いた。
【００１９】
【表１】

上記配合例１〜５の配合原料１kgを２kgボールミルに入れ、１５時間かけて湿式粉砕を行った。得られた泥漿のｐＨおよび粘度を測定した。配合例１は、硼酸を用いずに、各種の解膠剤を用いて測定した中からｐＨおよび粘度が最も低いデータを示したが、それでも硼酸を用いる配合例２〜５に比べると高いｐＨおよび粘度に止まった。配合例２〜５では、硼酸の配合量が多くなるほどｐＨおよび粘度が小さくなった。
配合例１〜５のうち、ｐＨおよび粘度の高い配合例１ , ２は本発明の比較例で用いる配合であり、ｐＨおよび粘度の低い配合例３〜５は本発明の実施例で用いる配合である。
【００２０】
配合例４の原料１００kgを２００kgボールミルに入れ、２４時間かけて湿式粉砕を行った。得られた泥漿のｐＨは９．４、粘度は１７７cps であり、流動性の良いものであった。泥漿材料をスプレードライヤーで噴霧乾燥させた。得られた顆粒状の発泡性セラミック材料の粒径は０．７mmを中心にして０．５〜１．０mmの粒度分布を示した。含水率は７％であった。
【００２１】
電気炉内にステンレス製杉織ネットを敷き、ネット表面に離型剤を塗布して乾燥させた。このネット上に内面に離型剤を塗ったステンレス枠（３０×３０×１０cm）を配置した。ステンレス枠の中に発泡性セラミック材料を１．５cmの厚みで供給して板状に成形した。その後、８５０℃まで３時間で昇温し１５分間保持して焼成を行った。炉内温度が１００℃になるまで冷却したあと、焼成された発泡セラミック材を取り出した。その結果、厚み４０mmの板状をなす発泡セラミック材を得た。発泡セラミック材の嵩比重は０．６であり、その断面は小さな揃った形状の気孔で構成されていることが確認され、表面も平滑であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明にかかる発泡性セラミック材料の製造方法は、原料にアルカリ成分を配合することで焼成温度を１０００℃未満に低下させることが可能である。しかも、硼酸を配合することで、アルカリ成分の配合による粘性増大を防止し、噴霧乾燥による造粒に適した粘性状態に維持することができる。その結果、噴霧乾燥による製造の能率化および造粒物の取扱い易さや成形のし易さという利点を生かしながら、低温焼成が可能な発泡性セラミック材料を提供することができる。このような発泡性セラミック材料を成形し１０００℃未満で焼成された発泡セラミック材は、経済的に製造できるとともに、高温焼成では得られない優れた特性を有する発泡セラミック材となる。

Claims (1)

1. セラミック物質と発泡成分とアルカリ成分と硼酸とを含有する原料を湿式粉砕してｐＨ１０以下で粘度が２００ｃｐｓ以下の泥漿材料を得る工程と、
   前記泥漿材料を噴霧乾燥して造粒物からなる発泡性セラミック材料を得る工程と、
   を含む、発泡性セラミック材料の製造方法。