JPH03112824A - 発泡ガラス板の製造法 - 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、建設工期の短縮化、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満たしてい
ると訂える。しかしながら、これら軽量コンクリート材
は、低比重域での強度は必ずしも大きいとは言えず、比
重０．５以下にあっては、実用に耐え得るコンクリート
板を製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、＃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、ｉｌｔ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、屋上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、■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。

上記■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０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、その焼成発泡性に大きく影響することを見出し
、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、本発明の完成に至った。

以下１本発明法を詳述する。

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、ｆＩ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、あるいはスラグ、フライ
アシ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−着％以トが０．１■■
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■諺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）
テあれば、Ｓｉｎ、、Ｎａ２Ｏ，Ｈ２Ｏの特定の比率に
制限されるものではない、その添加景とも関係して、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算モル比［３ｉ　０２／Ｎ　
ａｚ　ｏ］が３．９３以ヒ、５．１４以下の範囲である
ことが好ましい、モル比が３．９３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Φ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、木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、水に溶けないカーポンブラ
ウ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手する。

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具りを併
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
１００重量部として、それに対し１重量部以Ｊ−，３０
重量部以下、好ましくは２０重量部以下である。１重量
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。

水の添加量が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
はその蒸発潜熱骨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木の王者が存在する状態での混
合が、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１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
ｌ　ＯＫｇｆ／ｃｍ　２で行なわなければならない、　
　１０　Ｋｇｆ／ｃ■２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、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、加圧成形板の乾燥方法に特別の制約は
ないが、できれば両面から水分が均等に蒸発するように
乾燥させるのが表面の除去量を少なくすることができる
ので望ましい、これは、広い面の片側からだけ水分が蒸
発する方法であると、その面の収縮率が反対側の面のも
のよりも小さくて１反りが生じるからである。

例えば、成形板を立てて両面から蒸発させたり、あるい
は成形板の両面に通気性又は非通気性の板を覆って、広
い面からの蒸発速度を制御し、側面からの蒸発量を多く
する方法等が可能である。

乾燥した加圧成形板の表面を取除くためには、特別の方
法は要らない０例えば鋸その他の刃物によりスライス状
に切取ったり、やすりその他の工具で擦り取ったり削り
取ったりすればよいのである。

加圧成形板の乾燥過程で生じる水分の移行と蒸発とによ
り、表面層に近い部分はど気体の抜は易い構造になるも
のと推測されるが、同様に表面及びそれに近い部分には
発泡剤から発生した分解ガスも系外に逃げ易く、発泡倍
率が小さくなる。

従って、表面層を残したまま焼成発泡させると、不均一
で極端な場合にはいびつな発泡体になり、平角板を得る
ために切り捨てる部分が大きくなる。

焼成に先立ってあらかじめ表面層を取除いておけば、平
角状の発泡板が得られるので、切り捨て蓼が少なくて済
む、勿論、焼成前に除いた表面部分は再使用できるので
無駄にはならない。

乾燥した加圧成形板の両表面層の取除かれる量は、厚み
にしてそれぞれ０．５　ｓｕ＋以りにすれば充分にその
効果が認められる。

なお１本発明において、酸素供与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５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、二酸化マンガン、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℃またはそれ以りに加熱
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（粒径６２ＡＬ
以下の粒子が９８．２重量％以）：）１００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
い重版粉末品を振動ミルで３０分さらに粉砕したもの）
１０重量部、市販パウダーシュガー（グラニユー糖９８
％でコンスターチ２％）０．５重量部、二散り・２マン
ｈノ粉；ｔＩ試楽、１し常用）０．５重量部の割合で、
それぞれをランプブレーカ−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、水を５重量部加え
、ニーダで１５分間混合し、湿りの感じられる粉体を得
た。

この粉体６００ｇを一辺１６０■層の正方形金型に入れ
て上面をならし、圧縮成形機により３９Ｋｇｆａｃｔｓ
２で１０秒間の加圧条件にて加圧成形板を得た。

加圧成形板は両面が気中に解放されるように立てた状態
で、４０℃で２４時間以上乾燥した。

乾燥処理した加圧成形板は厚みが２０ｍｍあったが、両
面を約１．５−膳づつ切取って厚さ１７層ｍとし、４辺
も切取って一辺が１３５ｍｍの試験片とした。

この乾燥した加圧試験片を、−辺２１０ｍｍで深さ５０
ｍｍ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２００℃に
調温した炉に入れ、３．５時間かけて７５０℃に昇温し
、その温度に２０分間維持した後、５時間かけて常温に
降温して発泡体を取出した。

得られた発泡体は、全体としてほぼ平角状の板であった
。平角板にするために切除した上面部分の重量は１１５
ｇであった。

この発泡板より一辺１００膳厘で厚みが２０■ｌの試験
片を切出した。断面で見られる気泡は直径０．８１１８
以下の球状で、それらが−様に分布した均一な構造をし
ていた。試験片の比重は０．２２０であった。試験片か
ら求めた圧縮強度は２２．０　Ｋｇｆ／Ｃ！＋２であっ
た。それらから求められる比強度は１００、ＯＫｇｆ／
ｃｍ　２テある・ 比較例１ 実施例１で得られた加圧成形板で、４０℃で２４時間以
北乾燥したものを、４辺を切取り、−辺１３５層層の正
方形とし１両生面は残して実施例１と同様に焼成した。

得られた発泡体の上面は球面状であり、切除かれた部分
の重量は１４６ｇであった。

比較例２ 実施例１の方法で、水を添加しないで、従ってニーダで
混練するという操作を省略し、この粉体２００ｇを一辺
１００ｇ＋■の正方形金型に入れて上面をならし、圧縮
成形機により３９　Ｋｇｆ／ｃ■２で１０秒間の条件に
て加圧成形板を得た。

この加圧成形板の両生面を５麿層づつ、４＠面は２０騰
層づつ切取って除き、厚さ１０層■で一辺６０嘗−の試
験片とした。

この試験片を一辺１００ｍ脂で深さ４０ｍｍの内面にア
ルミナが塗布された金属容器に入れて蓋をし、その容器
ごとあらかじめ３００℃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分間維持した後
、５時間かけて常温に降温して発泡体を取出した。

得られた発泡体の比重は１．１２であった。

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ｔｇ、水１１ｇ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１ｇを加
えて混合した。更に、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０．９２４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１１ｇ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１ｇ、二酸化マンガンＩｇを加
えて混合した。更に、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１．３４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で得られたニーダで混練された含水粉体を、４
０℃で２４時間乾燥した。乾燥粉末を加圧成形した。加
圧成形及びそれ以降は比較例２と全く同様に行なって発
泡体を得た。

得られた発泡体の比重は０．３７８であった。

この例のように、珪酸ソーダ、砂糖、水の三者が共存す
る状態での混合が充分である場合には。

発泡も充分であった。

ただし、加圧成形時に水を含んでいないと、成形板は崩
れ易く、小サンプルではともかく、工業的規模ではよほ
ど高圧でないと取扱えず、コスト的にも不利である。

実施例２ 実施例１で用いられたガラス粉末２００ｇと同じく珪酸
ソーダ２０ｇを乳鉢でよく混合した。別に準備した果糖
１ｇと水１１ｇとからなる水溶液を乳鉢の粉体に加え、
更によく混合した。これを加圧成形した後、４０℃で２
４時間以上乾燥することを除いて、比較例２と同様にし
て発泡体を得た。

得られた発泡体は、全体としてほぼ平角状の板であった
。

この発泡体より一辺５０鵬−平方で厚み１０量層の試験
片を切出した。切片で見られる孔径は１膳爛以下であり
、比重は０．２５２であった。試験片の圧縮強度は３４
．４　Ｋｇｆ／ｃｍ　２で、従ってその比強度は１３８
．５　ＫｇＦ／ｃｍ”　テある。

実施例３ 実施例！で用いられたガラス粉末２００ｇと同じく珪酸
ソーダ２０ｇを乳鉢でよく混合した。別に、市販の合成
洗濯糊（ポリビニールアルコール水溶液、固形分８％）
９ｇを乳鉢の中の上記粉体に添加してよく混合した。

焼成発泡の温度プロフィールを除いて、加圧成形→乾燥
→焼成の各操作は実施例２と同様にして行なった。温度
プロフィールは、スタートは３００℃とし、２時間かけ
て７６０℃に昇温してその温度で２０分間維持した後、
５時間かけて常温に降温して発泡体を取出した。

得られた発泡体は、全体としてほぼ平角状の板であった
・ この発泡体より一辺５０霞■平方で厚み１０鳳■の試験
片を切出した。切片で見られる孔径はｌ■■以下であり
、比セは０．４９８であった。試験片の圧縮強度は８０
．３　′Ｋｇｆ／ｃｍ　ｚで、従ってその比強度はＩＥ
ｌｌ、２　Ｋｇｆ／ｃｍ２である。

比較例６ 実施例１で用いられたガラス粉末２００ｇ、同じく珪酸
ソーダ２０ｇ、及び試薬特級活性炭粉末０．３８ｇを乳
鉢でよく混合した。更に水１１ｇを加え混合した。加圧
成形以下の操作は上記実施例３と同様にして発泡体を得
た。

得られた発泡体は全体としてほぼ平角状の板であった。

この発泡体より一辺５０層層平方で厚み１０ｍ−の試験
片を切出した。切片で見られる孔径は２■■以下であり
、比重は０．４０１であった。試験片の圧縮強度は３５
．１　Ｋｇｆ／ｃ＋ｓ　２で、従ってその比強度は８７
．５　Ｋｇｆ／ｃｍ　”　テある。

上記の如く１発泡剤が水に溶解しない活性炭の場合には
、得られた発泡体の気泡は大きく、従って比強度もそれ
ほど大きくない。

（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が加熱焼成によって有効
に発泡することが分る。

また、焼成発泡に先立って、含水混合粉体を加圧成形し
、これを乾燥したものを焼成すれば、気泡の細かい、成
形板に相似のガラス発泡体が得られることが判明した。

しかし、乾燥工程で発生する表面層の異質化に起因する
発泡体表面の発泡不足により、発泡体全体の比重が大き
くなり、所望の比重と比強度を得るためにはその表面部
分を切り捨てるという欠点もあるため、本発明者は成形
板の乾燥後、焼成前にその表面を取除くことを提案した
。

これにより、発泡体表面の発泡不足はほとんどなくなり
、表面の切り捨て部分は大幅に低減される。勿論、焼成
前に取除かれた表面層は再使用できるので、製造コスト
への影響は小さい。

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
発泡ガラス板を簡単に製造することができる。

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し、次に該成形板の両表面層を
   取除いた後焼成発泡させることを特徴とする発泡ガラス
   板の製法。