JPH03112823A - 発泡ガラス板の製法 - 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】 （イ）技術分野 本発明は、少なくともガラス粉末と珪酸ソーダ粉末９発
泡剤及び水とからなる混合物を加圧して得られた成形板
を焼成発泡させることからなる不燃、軽量で断熱性、耐
水性に優れた発泡ガラス板の製法に関するものである。

（ロ）背景技術 近年、建築物の高層化が指向され、軽量建築材料が求め
られるようになって来ており、軽量骨材を内包した軽量
コンクリートやＡＬＣのような気泡コンクリートが広く
使用されている。特にＡＬＣ建材は軽量であることと、
加えて簡略化された工法、建設１期の短縮化、優れた断
熱性等により、最近の伸びには著しいものがある。しか
も、これらコンクリート材は不燃であるのは言うまでも
なく、建築用素材としての具備すべき条件をほぼ構だし
ていると言える。しかしながら、これら軽量コンクリー
ト材は、低比数域での強度は必ずしも大きいとは言えず
、比ｔｏ、５以下にあっては、実用に耐え得るコンクリ
ート板を装造することは困難である。

比重０．５以下の成形板としては、アスベストやロック
ウール、ガラスウール、木屑、各種繊維等をセメントや
石膏、珪酸カルシウム等で接合したものや、更にはポリ
ウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィンその他からな
るプラスチックフオームがあるが、前者には透水性や吸
水性があるという欠点があり、後者のプラスチックフオ
ームは不燃ではなく、高温でのクリープ変形が大きいと
いう欠点がある。従って、いずれも優れた断熱材。

吸音材ではあるが、それぞれの欠点のために使用範囲に
制限を受けている。

軽量かつ断熱性、耐熱性、非吸透水性の性質を併せ持っ
た成形品で、比重０．５以下での強度又は比重換算強度
もそこそこあって実用化されているものは、唯一発泡ガ
ラス板ぐらいである。そして、この発泡ガラス板は、建
築分野においては、屋■−や壁に埋設されてその機能が
生かされている。

発泡ガラスの製造法としては、原料面からみると、０）
ガラス粉末を主体とし、これに珪酸ソーダ、硼酸等の若
干の融剤とカーボンブラック、炭酸カルシウム等の少量
の発泡剤とを加えて焼成する方法と、■水ガラスを主原
料とし、これに多価金属を加え、水ガラスに含まれる水
分が発泡剤となって焼成発泡させる方法とがある。

ト記（りの水ガラスからの製造は、比較的低温で発泡す
るので、低コストでできるという利点があるが、ガラス
粉末から造られたものよりも耐水性や強度に劣り、未だ
に実用化には至っていない。

現在実用化されている発泡ガラス板は、各気泡の粒径が
大きく、建築物内部に埋設され、表面が他の素材で覆わ
れて隠れてしまう用途に使用するのには問題ないが、建
築物の装飾用として表面に出る分野には用い難い。

つまり、発泡ガラス板の面を塗装したり、紙。

布、レザー等を貼り合せたりして、壁用又は天井用の断
熱・吸音内装ボードとして使用するのであれば、気泡は
小さい方が好ましい、その理由の一つは手触りや風合い
と外観上からであり、他の理由は接着剤の使用量が少な
くて済むからである。

接着剤の使用量が少なくて済むということは、単にコス
トの問題だけでなく、軽量化という目的にもよりかなう
ことになる。

（ハ）発明の開示 本発明者は、ガラス粉末を主原料とし、これに珪酸ソー
ダ粉末１発泡剤とを添加して混合物とし、焼成発泡に至
るまでの前処理条件及び焼成発泡条件について鋭意研究
を重ねた結果、水の使用とその混和条件及び加圧成形の
有無が、その焼成発泡性に犬きく影響すること炙見出し
、軽量で比強度（圧縮強度／比重）が大きく、気泡の孔
径が小さくて均一に分布した発泡ガラス板を得るための
方法を確立し１本発明の完成に至った。

本発明法の特徴を要約すれば、少なくとも水溶性発泡剤
と珪酸ソーダ粉末と木の三者が共存する混合の操作が含
まれた、ガラス粉末、珪酸ソーダ粉末、水溶性発泡剤の
含水混合粉体を加圧して成形板とし、その水分の全部又
は一部を残したまま焼成発泡させることにある。

この方法により、乾燥工程を設けることなく、気泡経が
小さくて均一に分布した発泡ガラス板を製造することが
できるのである。

本発明法に使用されるガラスは、アルカリ珪酸ガラスが
好ましい、特に、工場廃棄ガラスや回収ガラスが安価に
入手できるので、ｆｆ源の有効利用にもなり、極めて好
ましい、勿論、アルカリ珪酸ガラス以外のガラス、例え
ば硼珪酸ガラス、鉛ガラスや、二酸化珪素からなる珪砂
、珪石その他の鉱石、二酸化珪素成分を多く含有する長
石、ゼオライトその他の鉱石、あるいはスラブ、フライ
アッシュ等の工場廃棄物であっても融剤である珪酸ソー
ダの添加比率によって軟化温度や溶融粘度をコントロー
ルできるので、本発明の適用が可能である。

ガラス粉末の粒子の大きさは、細かければ細かいほど良
い、できれば、その中の９５重量％以上が０．１　ｍ−
以下であるような微粉末が好ましい、なぜなら、大きい
粒子が多いと、加圧成形後の成形板が崩れ易く取扱いず
らくなるからである。

本発明で使用される珪酸ソーダ粉末の粒子の大きさにつ
いても、細かければ細かいほど良い、珪酸ソーダは加圧
成形板のバインダーとしての働きがあり、また発泡材と
混然一体となった状態が発泡能力を高めるので、溶解に
有利な微粒子が好ましい、ガラス粉末との混合性を考慮
すれば、ガラス粉末の大きさに近い方が良く、従ってそ
の中の９５重量％以上が０．１　＋ｓ＋ｓ以下であるよ
うな微粉末であることが望ましい。

珪酸ソーダの組成については、粉末になり得るも（７）
−７’あれば、５ｉ０２　、Ｎａ２Ｏ，Ｈ２Ｏの特定の
比率に制限されるものではない、その添加量とも関係し
て、むしろガラス粉末と珪酸ソーダ粉末との混合物の中
の組成比で特定されるべきである。その比率は、珪素と
ナトリウムのそれぞれの酸化物換’ＸＬ　％　ル比［Ｓ
　ｔｏ＊　／Ｎａ２０Ｆが３．９３以上、５，１４以下
の範囲であることが好ましい０モル比が３．８３以下を
下回るとガラス板の強度及び耐水性の劣化が著しく、実
用性に乏しくなる。また、モル比が５．１４を越えると
焼成温度を高くしなければならず、発泡剤の燃焼温度と
のずれが広がり、無駄に消費される発泡剤の量が増すだ
けで。

結局軽量発泡体は得られない。

本発明において使用される発泡剤は、先ず常温の水に可
溶性であること、また加熱昇温から焼成の間、蒸発・揮
散することなく炭化が進行し、更に燃焼して炭酸ガスに
変じ得るものでなければならない、水溶性発泡剤であれ
ば、水を添加して混合する操作により、少なくとも溶解
分は均一分散しているから、水に溶けないカーボンブラ
ックや炭酸カルシウムの粉体混合よりも、ミクロに分散
しており、多数の小気泡が均一に分散した状態の発泡体
が得られ易い、更に、溶解した発泡剤は同じく溶解した
珪酸ソーダと均一に混ざり合い、焼成前或いは焼成中に
水分が蒸発した後には珪酸ソーダ内に封じ込められ、加
熱昇温に伴なって発生した分解ガスや燃焼ガスは揮散が
妨げられて発泡に有効に寄与する。

このような発泡剤の例としては、砂糖、ぶどう糖、果糖
等の糖類、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、
カゼイン、アルブミン等の水溶性高分子を挙げることが
できる。実施に当っては、これらの中から二種以上を併
用することも可能である。

本発明において、水の添加は絶対の要件である。水を添
加することの効果の一つは、前述のように発泡剤を均一
に分散させ、かつ珪酸ソーダ内に封じ込めることであり
、他の１つは珪酸ソーダを部分的に溶解させたバインダ
ー機能を付与し、加圧成形板の取扱いを容易とすること
である。

水の添加量は、ガラス粉末と珪酸ソーダ粉末の合計量を
１００１贋部として、それに対し１重量部具」−２３０
Ｉ！ｊ′ψ部以下、好ましくは２０重量部以下である。

１改罎部未満であると、加圧成形時の圧密化が充分でな
く、加圧成形板が崩れ易い。

また、圧密化が充分でないと、ガラスおよび珪酸ソーダ
の融合・焼結が起こり難く、ガラス粒子の間隙に存在す
る発泡剤から発生する分解ガスや燃焼ガスが放散し易い
、つまり、発泡効率が悪い。

木の添加量が３０重量部を越えると、もはや粉体混合と
はならず、混合費用が大幅に増加する。また、余計な水
はその蒸発層熱分だけエネルギー損失になる。

本発明において、水の果たす役割は重要であるが、その
混和条件には特定の制約がある。ガラス粉末およびその
他の原料が共存するかどうかはともかく、少なくとも珪
素ソーダ粉末と発泡剤と水の三者が存在する状態での混
合が２実質的に充分に行われる必要がある。混合機の性
能や大きさによって必要な混合時間が異なってくるので
、具体的な混合条件は明示し難いが、例えば珪酸ソーダ
か発泡剤どちらかあるいは両方を水に接触させることな
く混合し、加圧成形して焼成した場合には余り発泡しな
い、もし、本発明に開示した方法で実施して、発泡が不
充分であれば、珪酸ソーダと発泡剤と水との混合が充分
でなかった。と判定することができる。

本発明で実施される加圧成形の成形圧力は、少なくとも
０．５　Ｋｇｆｌｃ履２で行なわなければならない、　
０．５　Ｋｇｆ／ｃｍ２に満たない場合には、圧密化が
充分でなく、その結果加圧成形板が崩れ易く１発泡効率
が悪くて軽量化に限界があるという欠点が生じる。

本発明において、加圧成形板を焼成発泡させるに当り、
事前に強制乾燥等により水分を除去してしまってはなら
ない、焼成直前の加圧成形板の水分率は、０．５％〜３
０重罎部に調整する必要がある。水分率が０．５重着部
を下回るほどに乾燥されると、加圧成形板の内部層と表
面層とで発泡倍率が異なり１表面が引きつられるような
変形が起きる。これは、水の移動と気化とにより生じる
細孔は、表面層の方が大きく数も多いため、発泡剤から
生じた燃焼ガスが逃げ易く１発泡効率が悪くなるからで
あると思われる。逆に、水の含有量は３０重量部を越え
ても発泡倍率は一定に達し、さらに大きく発泡するとい
うことはない、しかし、水蒸気の放散と一緒に酸素も賭
伴して系内から無くなり、発泡剤の炭化物が燃焼しきら
ないで残り。

黒色の発泡板しか得られなくなる。

なお１本発明において、酸素供学剤を併用することもで
きる。加圧成形後においてもその成形板には充分な空気
すなわち酸素が含まれていることは、成形板の比重がガ
ラスの比重よりもずっと小さいことから判断できる。し
かし、圧密化の程度や焼成直前の水分量あるいは溶解発
泡剤が珪酸ソーダ内に封入された場合等、条件によって
は酸素共与剤を併用して、酸素を補給することは有効で
ある。炭化物に原因する着色が薄くなることによって、
その効果を知ることができる。

このような酸素供与剤としては、二酸化マンガフ、過マ
ンガン酸カリ、酸化第二鉄等の金属酸化物、硫酸亜鉛、
硫酸アルミニウム等の硫酸塩、硝酸アンモニウム、硝酸
カリウム、硝酸ナトリウム等の硝酸塩を挙げることがで
きる。いずれもこれらは２００℃またはそれ以上に加熱
すれば、炭化物の燃焼にあずかる酸素を放出することが
できる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（ニ）実施例 実施例１ 板ガラスを粉砕して得られたガラス粉末Ｃ粒径６２ｐ以
下の粒子が８８．２重量％以上）ｉｏｏ重量部に対し、
無水珪酸ソーダ１号粉末（２００メツシユより小さい市
販粉末品を振動ミルで３０分さらに粉砕したもの）１０
重酸部、市阪パウダーシュガー（グラニユー糖９８％で
コンスターチ２％）０．５重量部、二酸化マンガン粉末
（試薬、化学ｍ）０．５重量部の割合で、それぞれをラ
ンププレーカー付き遊星運動型スクリュー混合機に投入
して３０分間混合した。

この粉体混合物１００重量部に対し、水の添加量を０．
２５〜３０重量部の間で種々に変えて加え、ニーダで１
５分間混合した。

これらの粉体２００ｇを一辺１００箇簡の正方形金型に
入れてＥ面をならし、圧縮成形機により４５　Ｋｇｆ／
ｃｍｚで１０秒間の加圧条件にて加圧成形板を得た。

加圧成形板はその４側面を２０ｖｓｍづつ切り取って除
き、厚さ１６冒■で一辺６０層諺の試験片とした。

この加圧試験片は乾燥しないで、−辺１００＋ｓｍで深
さ４０ｅ鵬の内面に離型剤としてアルミナ粉末を塗布し
である金属容器に入れて蓋をし、その容器ごと予め３０
０℃に調温した炉に入れ、２時間かけて７１０℃に昇温
し、その温度に２０分１’！、’ｌ　Ｍ持した後、５時
間かけて３０℃に降温して発泡体を取出した。

）−記した水分の添加量は、０．２５，０．５　．０．
７５゜１．３，５，１０，２０．３０重量部に変化させ
て行ない、得られたそれぞれの発泡体の比重を第１表に
示す。

（以下余白） 第 １ 表 比較例１ 実施例１と同様に各水分率の加圧成形板を作成し、いず
れも４０℃で２４時間以上乾燥した。乾燥方法は、加圧
成形板を立てて２両平面が気中に解放された状態で行な
った。加圧成形板の両平面を３ｍｍづつ切り取って除き
、厚さ１０ｍｍで一辺６０層ｍの試験片とした。

焼成発泡は、実施例と全く同様に行なった。

得られたそれぞれの発泡体の比重を、実施例１の結果に
対応させて第１表に示す。

実施例２ 実施例１で得られた混合粉体１００重量部に対して、水
５重量部を添加し、ニーダで１５分間混合した。加圧条
件を７　Ｋｇｆ／ｃｍ２で１０秒間とすること以外は、
実施例１と全く同じにして加圧成形し、以下同様の方法
で発泡板を得た。

得られた発泡体を切り出して、−辺５０ｒａｍ平方で厚
み１０ｍ層の試験片とした。断面で見られる孔径は１　
、５ｍｓ以下であった。その試験片から求められる比重
は０．１８８であり、圧縮強度は１３．４Ｋｇｆ／Ｃ■
２であった。従って、その比強度は？１．４ＫｇｆノＣ
會２であった。

実施例３ 実施例１で得られた混合粉体１００重量部に対して、水
５重量部を添加し、ニーダーにて１５分間混合した。バ
ットに移してしばらく室温に放置した後、７　Ｋｇｆ／
ｃｍ２で１０秒間加圧し、加圧成形板を得た。加圧圧力
以外の加圧方法および焼成発泡条件は、実施例１と全く
回−にした。

得られた発泡体を切り出して、−辺５０腸層平方で厚み
１０ｍｍの試験片とした。断面で見られる孔径は１．２
Ｍ■以下であった。その試験片から求められる比重は０
．２５２であり、圧縮強度は３０．５Ｋｇｆ。

ｃｍ”であった、従って、その比強度は１２１．２　Ｋ
ｇｆ。

Ｃ１１２であった。

比較例２ 実施例１で得られた混合粉体を、木を添加しないで加圧
成形した。加圧成形板の乾燥をしないことを除いて、加
圧成形以下、発泡焼成までは比較例１と全く同様に行な
った。

得られた発泡体の比重は１．２０であった。また、水を
全く使用しなかった場合には、発泡は不充分であった・ 比較例３ 実施例１と同一の原料を使用した。ガラス粉末２００ｇ
、パウダーシュガー１．０ｇ、水１０ｇを乳鉢で混合し
、その混合粉体を４０℃で２４時間乾燥した。この乾燥
粉体に無水珪酸ソーダ１号２０ｇ、二酸化マンガン１．
０ｇを加えて混合した。

この粉体混合物を加圧成形した。加圧成形およびそれ以
降は比較例２と全く同様に行なった。

得られた発泡体の比重は０．９７４であった。また、無
水珪酸ソーダ抜きでその他の粉体を水と混合しても、発
泡は不充分であった。

比較例４ 実施例１と同一の原料を使用した。ガラス粉末２００ｇ
、無水珪酸ソーダ１号２０ｇ、水Ｌｏｇを乳鉢で混合し
、その混合粉体を４０℃で２４時間乾燥した。この乾燥
粉体にパウダーシュガー１．０　ｇ　、二酸化マンガン
１．０　ｇを加えて混合した、この粉体混合物を加圧成
形した。加圧成形およびそれ以降は比較例２と全く同様
に行なった。

得られた発泡体の比重は１．２４であった。また、パウ
ダーシュガー抜きでその他の粉体を水と混合しても、発
泡は不充分であった。

比較例５ 実施例１で得られた水を含まない粉体混合物２００ｇに
対し、水Ｌｏｇを添加して乳鉢で混合した。これを４０
℃で２４時間乾燥した。乾燥粉末を加圧成形した。加圧
成形およびそれ以降は比較例２と同様に行なった。

得られた発泡体の比重は０．３８８であった。

この例のように、珪酸ソーダ、砂糖、水の王者が共存す
る状態での混合が充分である場合には。

確か−に発泡も充分であるが、乾燥工程をわざわざ設け
ることは工業的には不利である。

実施例４ 実施例１で得られた混合粉体１００重量部に対して、水
２０′ｔ９部を添加し、ニーダで１５分間混合した。圧
縮成形機により０．５　Ｋｇｆ／ｃ膳２で１０秒の加圧
条件にて加圧成形板を得た。これを乾燥しないで、直ち
に焼成発泡させた。加圧圧力以外の加圧方法および焼成
発泡条件は、実施例１と同一とした。

得られた発泡体を切り出して、−辺５０＋ｍ平方で厚み
１０厘厘の試験片とした。断面で見られる孔径は２．５
ｍ■以下であった。その試験片の比重は０、１８２であ
り、圧縮強度は７．２にｇｆ／ｃｍ２であった。従って
、その比強度は４４．２Ｋｇｆ／ｃｍ”である。

（ホ）発明の効果 前述の実施例及び比較例に見られるように、珪酸ソーダ
と水溶性発泡剤と水との王者の相互作用により、初めて
それらとガラス粉末との混合物の加熱焼成による発泡が
充分になされることが分る。

また、焼成発泡に先立って、含水混合粉体を加圧成形し
ておけば、その形状をした気泡の細かなガラス発泡体が
得られることが判明した。さらに、成形後に脱水乾燥す
るのは１表面に異質のスキン層が生じて焼成発泡後に発
泡不充分なエリアが発生し、全体の比重を大きくシ、形
状に歪みをもたらす場合すらあるので、それを防上する
ために、成形板を乾燥してしまわないで焼成発泡するこ
とを提案した。このことは、乾燥工程の省略により、製
造コストの引き下げにもつながり、極めて好ましいこと
である。

かくして、本発明法によれば建築内装・外装用のボード
およびパネル基材として使用可能な、軽量で断熱性に優
れ、比強度も大きく、気泡径が小さくて均一に分布した
発泡ガラス板をｍ単に製造することができる。

特　許　出　願　人　高木工業株式会社代　　理　　人
　　弁理士　　？ｉ　　　賀　　−樹１　　　・し、ｊ
二Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくともガラス粉末、珪酸ソーダ粉末、水に可溶で焼
   成温度以下で炭化し最終的に燃焼して炭酸ガスとなる有
   機物質からなる発泡剤、及び水とからなる混合物を、板
   状に加圧成形した後、乾燥工程を経ることなく焼成発泡
   させることを特徴とする発泡ガラス板の製法。