JPS5914419B2 - 無機質発泡体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無機質発泡体の製造法に関し、更に詳しくは水
ガラスと金属珪素系化合物との反応により発生する水素
ガスを利用する無機質発泡体の製造法に関する。

近時、建築材料の不燃化がとみに重要性を増し無機質発
泡体の需要が急増しつつあることは周知のとおりである
。

従来この種の発泡体としては、セメントや石膏等の水硬
性結合材にパーライトやヒル石等の軽量骨材を加えて可
及的に硬化体内部に空隙を作り、熱伝導の小さい組成物
となしたものや、起泡剤を配合して発泡体となしたもの
が知られている。

これ等の多孔質硬化体は無機質であるため、耐火性や耐
熱性は良いが、軽量化と断熱性能を向上すべく軽量骨材
を多量配合したり、発泡倍率を上げたりして見掛は比重
をむやみに低下せしめると、結合媒体の結合力の低下を
来たし、機械的強度が小さくなって実用に耐えない。

このためにこの種硬化体に於いては見掛は比重を０．６
程度でとどめる必要があり、惹いては熱伝導率も０．０
８〜０．１５ Ｋｃａｌ／ ｍ、 ｈｒ 、 ’Ｃ程度
より低下せしめることが出来ないのが実状である。

又、水硬性、気硬性結合材を用いた応等軽量硬化体の製
造に際しては、硬化後余剰の水分を除去するための乾燥
工程が必要であり、その設備や場所などに多大の資金を
特徴とする特にこの種の発泡体をサンドインチパネルの
芯材の如き空隙を充填するための組成物として使用する
ときは、余剰の水分が飛散しにくく、たとえ強制乾燥し
ても時間がかかり、中間在庫をもつことを余儀なくされ
、ひいては経済性にきわめて不利である。

本発明者は上記従来の欠点を解消するために鋭意研究を
行なって来たが、この研究に於いて（ａ）濃度２０〜６
０％の珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムの少くとも１種
の水溶液（以下単に水ガラスと云う）に、（ｂ）含水珪
酸粉末、パーライト、珪砂、ヒル石、石綿、岩綿、炭酸
カルシウム、ベントナイト等の骨材を上記（ａ）の水ガ
ラスの固形分に対して５〜２５０重量％（以下単に％と
いう）、（ｃ）金属珪素粉末、フェロシリコン及びカル
シウムシリコンの少くとも１種（以下珪素という）を上
記（ａ）の水ガラスの水に対して５〜６０％（但し金属
珪素分として）混合するときは、常温で発泡体となるが
、これに更に珪弗化ソーダの特定量を添加することによ
り、得られる目的物無機質発泡体の耐水性が著しく向上
すると共に均一な気泡を有する無機質発泡体が収得出来
るという新しい事実を見出し、これに基ず〈発明をすで
に出願した（特願昭４６−８１９５３号）。

本発明者は更に研究を続けた所、上記（ａ）〜（ｃ）の
各成分を混合して無機質発泡体を製造する方法に於いて
、活性炭及び亜鉛酸塩の少くとも１種を存在させておく
ときには、発泡反応が急速に生ずることを見出し、ここ
に本発明を完成するに至った。

本発明者の研究に依れば次のことが明らかとなった。

即ち（１）上記（ａ）〜（ｃ）の各成分を混合して無機
質発泡体を製造するに際し、活性炭または亜鉛酸塩を共
存せしめると、著しく硬化反応が促進されること。

この際活性炭の方が亜鉛酸塩よりも促進作用が大きいこ
と、並びに活性炭と亜鉛酸塩とを併用すると相乗的にこ
の促進作用が増進すること３（２）亜鉛酸塩を使用する
場合には更に耐水性が向上すること。

（３）上記（１）及び（２）の効果は上記（ａ）〜（Ｃ
）に更に珪弗化ソーダを使用する場合にも生ずることを
見出した。

更に、後記第１表及び第２表に示す実験結果からも明ら
かな如く、亜鉛酸塩に代えて、亜鉛酸塩以外の亜鉛化合
物或いは金属亜鉛を使用する場合には、（ａ）〜（Ｃ）
の各成分からなる無機質発泡体の硬化が反応の促進効果
はほとんど認められず、また発泡体の耐水性が改善され
ないことも見出された。

本発明に於ける発泡原理は、次の様に説明出来る。

（ａ）珪酸ソーダまたは珪酸カリ、（ｂ）骨材、（ｃ）
珪素化合物及び水の四者を均一なスラリーになるまで混
合するだけで水素ガスを発生して発泡硬化体が形成され
るがこの反応は、まず珪酸ソーダかに示されるように加
水分解して水酸化ナトリウムを生じ、この水酸化ナトリ
ウムが珪素化合物たとえば金属珪素と反応して の反応が生じる。

この（２）式の反応が生ずると、ＮａＯＨが消費される
ので（１）式の平衡が破れ、加水分解反応は右方向に進
んで更にＮａＯＨおよびＳｉＯ□を遊離するので（２）
式の反応は継続して生ずる。

そして、反応にあずかる有効な珪素および水が存在する
かぎり続き、いずれか一方が無くなって反応は終了する
。

この間５ｉ０２を遊離し、また反応にあずかった金属珪
素は順次モル比の大きい珪酸ソーダを生じてついには硬
化する。

この（１）式と（２）式とを総合すると、これ等の反応
は見かけ上（３）式のようになる。

この水素ガスの発生により発泡体が形成される。

本発明に於いては、従ってこの水素ガスを出来るだけ反
応系外に逸散させないことが発泡倍率の高い発泡体を得
るうえで望ましい。

このためには反応系の粘度を上げることが好適であり、
この目的のために骨材としてベントナイトを１〜２０重
量％添加すると一層効果的であることを見出した。

又本発明により得られる発泡硬化体は耐水性が尚充分と
は云い切れない。

これは本発明目的物硬化体が水と接触した場合には未反
応の金属珪素が前記（１）及び（２）の反応を再開する
ためと考えられる。

また本発明に於いては、珪弗化ソーダを適量添加してお
くことにより、上記耐水性を著しく向上せしめ得ること
が出来、且つこの際均−な気泡を有する無機質発泡体を
収得出来るという効果を発揮するものである。

本発明に於いては、この発泡体の製法に於いて更に活性
炭または亜鉛酸塩を添加するものであるが、これ等缶化
合物の好ましい配合割合は夫々次の通りである。

軸）水ガラスはモル比１〜４、濃度２０〜６０％のもの
を用いるのが好ましい。

モル比が小さい程加水分解して生ずる水酸化ナトリウム
の濃度が大きく、従って発生する水素ガスの量も多いか
ら低比重の発泡体が得られ易い。

また水ガラスの濃度は発生する水素ガスの保持性並びに
作業性に好ましい配合組成物粘度が得られることから２
０〜６０％のものが好ましく、特に２５〜４０％が最適
である。

（ｂ）骨材の配合割合は、水ガラス中の可溶性珪酸塩が
結合剤として作用し、得られた発泡体が実用的な強度を
示す範囲として、該可溶性珪酸塩の５〜２５０重量％（
以下単に％という）を用いる。

パーライト、ヒル石、石綿等比重が小さい骨材を用いる
場合、配合量は小となる。

一般に５０〜１５０％が最適である。

また（ｃ）珪素化合物は水と反応して水素ガス番発生す
ると同時に、水ガラスを硬化させる。

これにより配合組成物中の水が消費され、遊離水を含ま
ない発泡体が得られる。

珪素化合物の配合量は、水ガラスの硬化及び配合組成物
中の水の消費に必要な量として、水ガラス中の水に対し
て５〜６０％を用いる。

金属珪素の配合量が多くなれば、当然低比重の発泡体が
得られる。

一般には２０〜４０％が最適である。珪素化合物として
は、金属珪素が望ましいが、より安価なるフェロシリコ
ン、カルシウムシリコン等の珪素合金を用いることも出
来る。

更に詳しくはフェロシリコンとしては、ＪＩＳ−Ｇ−２
３０２に規定されている１号、２号等が用いうる。

またカルシウムシリコンとしてはＪＩＳ−Ｇ−２３１４
に規定されている１号、２号、３号等が用いうる３この
場合の配合量は金属珪素単体として換算した量を用いる
のが良い。

また本発明に於いては珪弗化ソーダを使用することが必
要である。

この場合珪弗化ソーダは珪素の配合量及び発泡硬化の温
度条件により影響を受けるが過剰に添加しても、得られ
る発泡体に悪影響を及ぼすことがないので、一般には７
０〜８０％を添加することが好ましい。

また本発明に於いて使用する活性炭としては各種の活性
炭がいずれも有効に使用され、その形状としては粒状の
ものでも粉状のものでもいずれでも有効に使用されるが
１５０μ以下の粉状のものが好ましい。

その賦活方法としても各種の方法が使用され、たとえば
水蒸気賦活の如きガス賦活活性炭や塩化亜鉛の如き薬品
賦活活性炭等いずれも有効に使用される。

材質としても各種のものが使用され、ヤシ殻等各種の材
質の活性炭が使用される。

また亜鉛酸塩としても各種のものが広い範囲から適宜に
選択され好ましいものとして亜鉛酸のアルカリ金属塩及
びアルカリ土類金属塩を挙げることが出来る。

具体的には亜鉛酸ソーダ、亜鉛酸カリ、亜鉛酸マグネシ
ウム、亜鉛酸カルシウム、亜鉛酸ストロンチュウム等を
具体例として例示出来特に好ましいものとしては亜鉛酸
カリと亜鉛酸ソーダとを例示することが出来る。

本発明法によれば、常温下に於いても反応速度が太きい
ということ、また必要に応じスラリーを加熱することに
より反応を促進することが出来、したがって極めて簡単
な操作で短時間に操作を完了せしめ得て、その生成物に
は遊離水を含むことなく且つ満足すべき軽量発泡体が得
られる。

従来の無機質発泡体に於いては、機械的に泡立てを行っ
て発泡体にするにしろ、化学反応によるガスを包含せし
めて発泡体を製造するにしろ、発泡体が硬化するまでに
は、たとえ加熱を施こしても、硬化促進をはかつても、
相当の時間を必要とし、更に硬化後に於いて乾燥工程を
必要とするものであり、犬がかりな設備を用い極めて非
能率的な方法をとらざるを得なかった。

之に比して本発明製造法によれば、上記のとおり、極め
て能率的に良品質の無機質軽量発泡体を提供することが
出来、近時の建築、構築材に要求される経済性の向上に
も大きく寄与するものである。

更に本発明の大きな特徴は、得られる目的物無機質発泡
体が極めて耐水性に優れていると共にその気泡の均一性
が極めて優れているということである。

この上記の二つの優れた効果は珪弗化ソーダを水ガラス
の固形分に対して４０％以上添加することにより達成さ
れるが、いかなる理由でこの様な優れた効果が発現する
かについてはなお判然としない。

しかし乍ら珪弗化ソーダの添加により確実に耐水性と気
泡の均一性は著しく向上する。

以下に本発明の特徴とする所をより明瞭にする見地より
、上記（ａ）〜（ｃ）の各成分に活性炭、珪弗化ソーダ
、亜鉛酸ソーダを添加した場合としない場合について各
種の物性を測定した結果を示す。

実験 フェロシリコン１００重量部、骨材９２重量部瞳・及び
各種の添加剤を下記第１表に示す割合で均一混合したも
のに、市販３号水ガラス（Ｎａ２０９．５％、ＳｉＯ□
２８．５％、残水、モル比５ｔ０２／Ｎａ２０＝ ３．
１ ） ５００部を水１００部で希釈したもの計６００
部を加え、数分間練り混ぜ均一なスラリーを製造しく希
釈水ガラスの場合には予め７０℃に加温したものに骨材
を混合）室温で放置しく２５℃）発泡体を得た。

但しこの実験に用いた骨材は次の混合骨材である。

比較実験 添加剤の量及び種類を下記第２表に示す様に変更する以
外は上記実験と同様にして発泡体を得た。

結果は、第２表に示す通りであった。

本発明によれば次の様な効果も期待することが出来る。

即ち本発明の無機質発泡体を製造する過程に於いて他の
基材たとえば鉄やアルミニウムの如き金属材料等の材料
上で本発明発泡体を発泡せしめるときには、発泡体とこ
れ等の基材とが強く接着した複合材料が収得出来ること
である。

従ってたとえばサンドインチパネル等の複合材料が非常
に簡単且つ確実に製造可能となり、近時広汎な用途をも
つ無機質複合建材の分野に於いて大きく寄与しうること
となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）濃度２０〜６０％の珪酸ナトリウム及び珪酸カ
   リウムの少くとも１種の水溶液に、（ｂ）含水珪酸粉末
   、パーライト、珪砂、ヒル石、石綿、岩綿、炭酸カルシ
   ウム、ベントナイト等の骨材を上記（ａ）の水溶液の固
   形分に対して５〜２５０重量％、（Ｃ）金属珪素粉末、
   フェロシリコン及びカルシウムシリコンの少くとも１種
   を上記（ａ）の水溶液の水に対して５〜６０重量％（但
   し金属珪素分として）、及び（ｄ）活性炭並びに亜鉛酸
   塩の少くとも１種を上記（ｃ）の珪素系化合物に対して
   ５〜７０重量％混合し、発泡硬化せしめることを特徴と
   する無機質発泡体の製造法。 ２、特許請求の範囲第１項の無機質発泡体の製造法に於
   いて、亜鉛酸塩として亜鉛酸のアルカリ金属塩を使用す
   ることを特徴とする無機質発泡体の製造法。 ３ 特許請求の範囲第２項の無機質発泡体の製造法に於
   いて、亜鉛酸のアルカリ金属塩として亜鉛酸ソーダ及び
   亜鉛酸カリの少くとも１種を使用することを特徴とする
   無機質発泡体の製造法。 ４（ａ）濃度２０〜６０％の珪酸ナトリウム及び珪酸カ
   リウムの少くとも１種の水溶液に、（ｂ）含水珪酸粉末
   、パーライト、珪砂、ヒル石、石綿、岩綿、炭酸カルシ
   ウム、ベントナイト等の骨材を上記（ａ）の水溶液の固
   形分に対して５〜２５０重量％、（ｃ）金属珪素粉末、
   フェロシリコン及びカルシウムシリコンの少くとも１種
   を上記（ａ）の水溶液の水に対して５〜６０重量％（但
   し金属珪素分として）、（ｄ）活性炭並びに亜鉛酸塩の
   少くとも１種を上記（ｃ）の珪素系化合物に対して５〜
   ７０重量％、及び（ｅ）珪弗化ソーダを上記（ａ）の水
   溶液の固形分に対して４０重量％以上混合し発泡硬化せ
   しめることを特徴とする無機質発泡体の製造法。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の無機質発泡体の製造法
   に於いて、亜鉛酸塩として亜鉛酸のアルカリ金属塩を使
   用することを特徴とする無機質発泡体の製造法。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の無機質発泡体の製造法
   に於いて、亜鉛酸のアルカリ金属塩として亜鉛酸ソーダ
   及び亜鉛酸カリの少くとも１種を使用することを特徴と
   する無機質発泡体の製造法。