JPH02120255A - 無機ガラス発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は建築用、プラント用等の不燃の断熱材として好
適な無機ガラス発泡体の製造方法に関するものであり、
特に外壁材等の耐久性の要求される部位に使用可能な耐
久性に優れた無機ガラス発泡体の製造法に関する。

（従来技術） 天然ガラス質鉱物を原料として無機ガラス発泡体を製造
する方法としては、ａ）そのまま発泡させる方法では、
高温を必要とするため、これにアルカリ成分を添加し変
成した後加熱発泡させてガラス発泡体を製造する方法が
特開昭６０−３６３５２号公報、特開昭６０−７７１４
５号公報に開示されている。また、ｂ）天然ガラス質鉱
物にアルカリ金属の水酸化物、炭酸化合物、無機酸、水
ガラス、硼砂等の添加剤を添加し、乾燥した後、加熱発
泡させ、ガラス発泡体を製造する方法が、特開昭６０６
０９４３号公報に開示されている。また、Ｃ）天然ガラ
ス質鉱物にアルカリ成分及び金属鉄粉及び／又は鉄化合
物を添加し変成した後、乾燥して加熱発泡させる製造方
法において耐久性を向上させる方法として特開昭６３−
１４４１４４号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら前記従来技術には、それぞれ次に述べるよ
うな問題点がある。即ち、特開昭６０−３６３５２号公
報、特開昭６０−７７１４５号公報の方法は、アルカリ
成分を加えることにより８００℃以下の低温で発泡させ
ることが出来るようになり、しかも気泡が連通化しにく
く吸水率の小さな発泡体が得られるという利点があるが
、アルカリ成分を加えているため得られた発泡体が、水
に侵され易く長期に使用した場合吸水率が増大し問題と
なる。また特開昭６０−６０９４３号公報に示されてい
る方法は、アルカリ金属酸化物、炭酸化合物、無機酸、
水ガラス、硼砂等の添加剤を添加することにより、添加
しないものと比較して圧縮強度が２〜３倍となる利点が
あるが、天然ガラス質原料の粒径が太きく　（０，２胴
〜４ｍｍ）嵩密度・吸水率が低く、且つ、耐久性のある
発泡体は得られない。また、特開昭６３−１４４１４４
号公報に示されている方法は、アルカリ成分を加えるこ
とにより８００℃以下の低温で発泡させることが出来る
ようになり、独立気泡になり吸水率が小さく、かつ金属
鉄粉及び／又は鉄化合物を添加することにより、耐水性
の大きい無機ガラス発泡体を得ることができるが、その
耐水性において通常建築用に使用されるガラス製品はど
の耐水性は得られていない。

また、上記の何れの方法においても嵩密度が低く、吸水
率が小さな、発泡体を得るためには、焼成温度や焼成時
間を厳密にコントロールしなければならず、大型の焼成
炉において発泡焼成を行う場合、炉内の温度分布を均一
にするのはむずかしく、温度差により発泡体の物性差が
生じてしまう。

特に吸水率は焼成温度、焼成時間等の影客を受は易い。

また炉内の温度分布をできるだけ均一にするためには適
宜焼成温度において一定時間以上保持することが望まし
いが、その際、長時間（少なくとも１０分以上）保持す
ると発泡体の吸水率が増加してしまう。したがって、大
型焼成炉において、大量生産する場合収率が悪くなると
いう問題がある。

（問題を解決するための手段） 本発明は前記の従来技術の問題点を解決し、嵩密度、吸
水性が小さく、かつ、耐水性の大きい無機ガラス発泡体
を低温で焼成することを可能にし、焼成温度や焼成時間
を厳密なコントロールを必要とせず、より広い焼成条件
において上記物性の優れた発泡体を安定的に製造する技
術に関するものである。

すなわち、本発明は、平均粒径が２０μ以下の天然ガラ
ス質鉱物１００重量部に、ガス発生剤を０．１〜５重量
部、ＲＯＨ（ＲはＮａまたはＫを表す）で示されるアル
カリ成分を１５〜２５重量部、硼酸化合物を０．１〜２
０重量部、水分２０重量部以上を添加・混合したのち、
該混合物をそのまま或は２００℃以下で乾燥後粉砕した
ものを加熱発泡させる。ことを特徴とする無機ガラス発
泡体の製造方法である。

本発明の製造法を用いることにより、嵩密度、吸水性が
低く、かつ耐水性の大きい無機ガラス発泡体を８００″
Ｃ以下の低温で、発泡焼成温度時間の厳密なコントロー
ルを必要とせず、より広い焼成条件において製造するこ
とが可能となった。

本発明に用いる天然ガラス質鉱物とは、天然に産出する
火山性ガラス質鉱物のことで、例えば黒曜石、真珠岩、
松脂岩、シラス及び抗火石等があげられる。また、天然
ガラス質鉱物は、平均粒径が２０μ以下であることが必
要であり、好ましくは５〜１５μである。ここで言う平
均粒径とは、水を分散媒体として使用して沈降法で光透
過測定方式で求めたメデイアン径のことである。平均粒
径が、２０μより大きいと、アルカリとの反応が進まず
、比重が０．２５以下の発泡体は得られず、また気泡は
不均一かつ粗大となり断熱材として使用可能なものが得
られない。

本発明に用いるＲＯＨで示されるアルカリ成分とは、粒
状、フレーク状等の水酸化リチウム、水酸化ナトリウム
、水酸化カリウムや種々の濃度の水溶液状態の水酸化リ
チウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が使用可
能である。また、該金属水酸化物は、天然ガラス質鉱物
１００重量部に対し、固形分換算で１５〜２５重量部添
加することが必要である。金属水酸化物は天然ガラス質
鉱物と反応し、水溶化し発泡温度を下げる作用がある。

金属水酸化物の使用量が１５重量部より少ないと、発泡
温度が高くなるばかりでなく、気泡が連通化して吸水率
が大きくなってしまう。また使用量が、２５重量部より
多いと発泡温度は、低下するもののアルカリ溶出量が大
きくなり、耐水性が悪くなるため長期にわたり使用すれ
ば吸水率が大きくなってしまう。

本発明に使用する硼素化合物は酸化硼素、硼砂等のナト
リウム、カルシウムの硼酸塩類或は含硼酸塩類鉱物の一
種または二種以上の混合物が使用可能である。硼砂はＮ
ａ、Ｂ、０．　　・１０Ｈ，Ｏであるが、一部結晶水の
とれたＮａＪ４０７　　・５Ｈ２０や加熱によって生成
する無水硼砂も本発明に使用可能である。

また含硼酸塩類鉱物は、ティンカル、カーナイト、コレ
マナイト、ウレキサイト等が使用可能である。

該硼素化合物の添加方法は、アルカリ成分とガス発生剤
と共に水に分散させて天然ガラス質鉱物と混合する方法
、もしくは天然ガラス質鉱物とアルカリ成分、ガス発生
剤、水との混合物を２００℃以下で乾燥し粉砕したもの
に添加混合する方法のいずれでもよい。

本発明に用いる硼素化合物は、天然ガラス質鉱物１００
重量部に対し０．１〜２０重量部、好ましくは１〜１０
重量部添加することが必要（但しＢ２０．換算値で０．
１〜２０重量部とする）である。

硼素化合物を添加することにより、焼成条件の発泡体の
物性に及ぼす影響が緩慢になり、目的とする物性の発泡
体をより広い焼成条件において得られるようになる。し
たがって、長時間一定焼成温度において保持しても吸水
率が増加することなく、焼成温度や時間を厳密にコント
ロールしなくても吸水率の低い発泡体が得られる。また
、発泡体のアルカリ溶出量を低下し耐水性を向上させる
ことが出来る。さらに、硼素化合物添加量に応じてアル
カリ成分の使用量を減らすことが可能で、この効果によ
っても耐水性が向上する。また、−ｉに原料に鉄含有率
の高い天然ガラス質鉱物を使用したり、天然ガラス質鉱
物を粉砕する際使用する鉄球の鉄粉が原料中に混入する
ことで、製品の１重量％程度鉄分を含有することになる
が、鉄粉等の金属鉄粉及び／または鉄化合物をさらに添
加することにより、より耐水性の高い発泡体が得られる
。

硼素化合物の添加量を増加させることにより、耐水性が
向上するが、ある一定量以上になると耐水性の向上は見
られなくなる。さらに添加量を増やして行（と気泡が粗
くなり外観が悪くなる。よって添加量は多くとも２０重
量部程度が限界でそれを越えても上記効果、の向上が見
られない。

また、０．１重量部未満では前記の効果の発現が見られ
ない。

本発明に用いる発泡剤とは、９００℃以下で分解してガ
スを発生する物質のことで、例えば、炭酸カルシウム、
炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト等の金
属炭酸塩；硝酸カリ等の硝酸塩；カーボン；ＳｉＣ等が
使用できる。また、発泡剤は天然ガラス質鉱物１００重
量部に対し０．１〜５重量部加える必要がある０発泡剤
が０．１重量部未満では比重を低下させる効果がみられ
ず、５重量部を越えると気泡が大きくなり連通化して吸
水率が大きくなる。また、発泡剤として炭酸塩を５重量
部以上使用した場合には、天然ガラス質鉱物と高温下で
反応して発泡後の比重が高くなってしまう。

本発明は、平均粒径が２０μ以下の天然ガラス質鉱物１
００重量部に、水分２０重量部以上、好ましくは、３０
〜５０重量部を加えて混合する。

水の添加量が２０重量部未満では均一に混合することが
出来なくなり発泡むらが生ずる。また、これらは、例え
ば天然ガラス質鉱物、硼素化合物及び発泡剤を混合した
のち、別途水に溶解したアルカリ成分を加えて混合する
方法、硼素化合物及びアルカリ成分とガス発生剤を共に
水に分散させてから天然ガラス質鉱物と混合する方法等
いずれの方法によってもよく、要は乾燥前に各成分が均
一に混合されておれば何れの方法によってもよい。

また、硼素化合物の添加方法については、前述のように
、天然ガラス質鉱物とアルカリ成分、ガス発生剤、水と
の混合物を２００℃以下で乾燥し粉砕したものに添加混
合する方法をとってもよい。

このようにして混合された混合物はペースト状あるいは
スラリー状となる。混合に使用される機械装置としては
、種々の混合機、混練機、例えばモルタルミクサー、ニ
ーグー、撹拌式混合機等が使用できる。

混合によりペースト状あるいはスラリー状となった混合
物は、２００℃以下、好ましくは６０〜１６０℃で乾燥
する。乾燥温度が２００℃を越えると、加熱発泡時に比
重が低下しない。乾燥温度６０℃未満では、アルカリ成
分と天然ガラス質鉱物との反応により結晶が生成する。

ついで、該乾燥した混合物は、好ましくは、粉砕機等に
より３ｍｍ以下に粉砕して型枠に投入するか、またはそ
のまま適当な結合剤を使って予備成形したのち型枠に投
入するかもしくは成形体そのままを、７００〜８００℃
の温度で加熱発泡させる。

（発明の効果） 本発明の無機ガラス発泡体の製造方法によれば低密度で
かつ吸水量が小さい無機ガラス発泡体を低温で製造する
ことができる。さらにこの発泡体は、アルカリ溶出量が
小さくその耐水性が通常建築用に使用されるガラス製品
とほぼ同等な発泡体が得られる。即ち、嵩密度０．１８
〜０．２１ｇ／ｃｍ″、減圧吸水率７シＯ１％以下かつ
溶出量５　ｍｇ／ｃｍ’以下の物性を有する発泡体は上
記硬化を発現できる。

また、焼成条件の発泡体の物性に及ぼす影響が緩慢にな
り、目的とする物性の発泡体をより広い焼成条件におい
て得られるようになる。

したがって、長時間一定焼成温度において保持しても吸
水率が増加することなく、焼成温度や時間を厳密にコン
トロールしなくても吸水率の低い発泡体が得られる。

つまり、低密度で、吸水量が小さ（、かつ耐水性に優れ
た無機ガラス発泡体を８００℃以上の加熱を必要とせず
、安価な原料を用いて大量に安定的に製造することを可
能にした。

（実施例） 以下本発明を実施例により詳細に説明する。なお、本発
明でいう平均粒径、嵩密度、減圧吸水率、アルカリ溶出
量は、下記方法により測定したものである。

ａ）平均粒径 ０．２ｗｔ％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を分散
媒体として使用した自然及び遠心沈降法で光透過測定方
式で求めたメデイアン径の事である。

ｂ）嵩密度 発泡体を一辺約５　ｃｍの立方体状に切り出しその重量
（ｇ）と寸法（縦、横、高さ）を測定し、次式によって
算出する。

立方体の重量（ｇ） 試料中の空間容積（ｃｍ　３） ＝縦（ｃｍ）、Ｘ横（ｃｍ）Ｘ高さ（ｃｍ）減圧吸水率
（ｖｏ１％） Ｃ）減圧吸水率 嵩密度と同様に一辺約５ｃｍの立方体の試料の重量と寸
法を測定後、７６０ｍｍＨＨの減圧下で６０分脱気した
後、同減圧下で６０分間浸水し吸水させる。その後試料
を取り出し、表面付着水を拭き取った後重量を測定し、
次式により算出する。

以下　余白 ｄ）アルカリ溶出量 日本工業規格の化学分析用ガラス器具の試験方法（ＪＩ
Ｓ　　Ｒ３５０２）のアルカリ溶出試験の方法により測
定を行った。

実施例　１ 和田峠産の黒曜石を粉砕して平均粒度８μとした。この
黒曜石粉末１００重量部に対し、炭酸カルシウム粉末１
．５重量部を加えて混合した。混合した粉末に、フレー
ク状水酸化ナトリウム２０重量部及び５水硼砂３．５重
量部を水道水３５重足部に溶解して製造した水酸化ナト
リウム水溶液を加えて２０分間混練した。混練後のペー
スト状の原料混合物をステンレス製のパレットへ入し１
３０℃で１２時間乾燥を行った。乾燥後の原料混合物を
ハンマーミルで２胴のフルイを全通するように粉砕した
。この粉砕粒をステンレス製の型枠の中へ入れて、７３
０℃まで加熱し発泡後、徐冷して発泡体を取り出した。

この発泡体の嵩密度は、０．　１９８　ｇ／ｃｍ３、減
圧吸水率は、５．９ｖｏ１％、アルカリ溶出量は２　、
　５０　ｍｇ／ｃｍ”であった。

実施例２〜１８及び比較例１〜２ 天然ガラス質鉱物、発泡剤、硼素化合物、及び水酸化ナ
トリウムの種類、粒径及び使用量を表１に示すように代
える以外は、実施例１と全く同様に行った。その結果を
表−１に示す。

比較例　３〜４ 硼酸化合物の代わりに鉄化合物を添加する以外は実施例
１と全く同様に行った。結果を表−１に示す。鉄含量を
高めることにより、多少のアルカリ溶出量の減少はみら
れても、本発明の目的とする物性値は得られなかった。

実施例　９ 和田峠産の黒曜石を粉砕して平均粒度８μとした。この
黒曜石粉末１００ｆｆｉｆｆｉ部に対し、炭酸カルシウ
ム粉末１．　５重量部を加えて混合した。混合した粉末
に、フレーク状水酸化ナトリウム２０重量部を水道水３
５重量部に溶解して製造した水酸化ナトリウム水溶液を
加えて２０分間混練した。

混練後のペースト状の原料混合物をステンレス製のパレ
ットへ入れ１３０℃で１２時間乾燥を行った。乾燥後の
原料混合物をハンマーミルで２ｍｍのフルイを全通する
ように粉砕した。この粉砕物１００重量部に対して酸化
硼素粉末２．５重量部を混合し、この混合物をステンレ
ス製の型枠の中へ入れて、７３０℃まで加熱し発泡後、
徐冷して発泡体を取り出した。この発泡体の嵩密度は、
０．２０７　ｇ　７ｃｍ”　、減圧吸水率は、６．８ｖ
ＯＩ％、アルカリ溶出量は０　、　７０　ｍｇ／ｃｍ’
であった。

実施例１０ 和田峠産の黒曜石を粉砕して平均粒度８μとした。この
黒曜石粉末１００重量部に対し、炭酸カルシウム粉末１
．５重量部を加えて混合した。混合した粉末に、フレー
ク状水酸化ナトリウム１８重量部及び５水硼砂５重量部
を水道水３５重量部に溶解して製造した水酸化ナトリウ
ム水溶液を加えて２０分間混練した。混練後のペースト
状の原料混合物をステンレス製のパレットへ入れ１３０
℃で１２時間乾燥を行った。乾燥後の原料混合物をハン
マーミルで２Ｍのフルイを全通するように粉砕した。こ
の粉砕粒をステンレス製の型枠の中へ入れて、７５０℃
まで昇温速度６．２゛Ｃ／分で昇温し、その温度で６０
分間保持したのち、徐冷して発泡体を取り出した。この
発泡体の嵩密度は、０．２１０　ｇ／Ｃｌ１１’　、減
圧吸水率は、６．５ｖｏ１％、アルカリ溶出量は０　、
　５２　ｍｇ／ｃｍ’であった。

実施例１１及び比較例５ 天然ガラス質鉱物、発泡剤、硼素化合物、水酸化ナトリ
ウムの種類及び使用量を表−１に示すように代える以外
は、実施例１０と全く同様に行った。その結果を表−１
に示す。

実施例１２ 和田峠産の黒曜石を粉砕して平均粒度８μとした。この
黒曜石粉末１００重量部に対し、炭酸カルシウム粉末１
．　５重量部を加えて混合した。混合した粉末に、フレ
ーク状水酸化ナトリウム２０重量部及び５水硼砂３．５
重量部を水道水３５重量部に溶解して製造した水酸化ナ
トリウム水溶液を加えて２０分間混練した。混練後のペ
ースト状の原料混合物をステンレス製のパレットへ入れ
１３０℃で１２時間乾燥を行った。乾燥後の原料混合物
をハンマーミルで２ｍａ＋のフルイを全通するように粉
砕した。この粉砕粒をステンレス製の型枠の中へ入れて
、昇温速度５゛Ｃ／分で７５０℃まで加熱し７５０℃で
４０分間保持し、徐冷して発泡体を取り出した。この発
泡体の嵩密度は０．１９９　ｇ　／　ｃｍ３減圧吸水率
は５．５ｖｏ１％、アルカリ溶出量は２、　３７ｍｇ／
　ｃｍ３であった。

実施例１３〜１５及び比較例６．７ 水酸化ナトリウム及び硼素化合物の添加量と昇温速度、
焼成温度、保持時間を表−１に示すように代える以外は
実施例１１と全く同様に行った。

その結果を表−１に示す。

以下　余白

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平均粒径が２０μ以下の天然ガラス質鉱物１００重量部
   に、ガス発生剤を０．１〜５重量部、ＲＯＨ（ＲはＬｉ
   、ＮａまたはＫを表す）で示されるアルカリ成分を１５
   〜２５重量部、硼酸化合物を０．１〜２０重量部、水分
   ２０重量部以上を添加・混合したのち、該混合物をその
   まま或は２００℃以下で乾燥後粉砕したものを加熱発泡
   させることを特徴とする無機ガラス発泡体の製造方法