JPS605535B2 - 無機ガラス質発泡体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無機ガラス質発泡体、詳しくは粒状の無機ガ
ラス質発泡体の製造法に関する。

無機ガラス質発泡体は一般に多泡ガラスとも呼ばれ、断
熱材、吸音材として優れた性質を有している。近時、建
造物の高層化や人命保護の強い要請からこの種の発泡材
料は建築材として極めて好ましい性質を有しているので
その開発が望まれている。従来、この種の発泡体は、ガ
ラス粉末に発泡剤として炭素物質や炭酸カルシウムなど
の炭酸塩を用いて発泡させたものが一般的に知られてい
る。しかしながら、従釆の多泡ガラス発泡方法は８００
〜９０ぴ０の範囲型枠内で発泡させるために徐冷前に型
枠を外す必要がありしかも徐冷に長時間を要するので建
材に使用するような大型の発泡体を経済的に製造するこ
とは難しかった。特に、均質性のある泡を有する発泡体
を得ることは原料組成と加熱方法とのかねあいで微妙で
あり非常に難かしい。一方、珪酸アルカリはそれ自体加
熱発泡することは周知である。しかしながら、この発泡
体は耐水性が殆んどなくＬ強度および耐熱性も弱いもの
で建材としての実用性に欠ける。従って、この発泡体の
改質のため非常に数多くの提案がなされているが、いず
れも一長一短であって決定的なものはないのが現状であ
る。他方、有機質や無機質のマトリクスで成型するか、
有機質や無機質のバインダーを用いて成型し、軽量建材
を製造するための軽量骨材としては真珠岩や黒曜石の発
泡体や発泡ひる石、発泡シラスおよび天然軽石などが知
られている。しかしながら、真珠岩や黒曜石の発泡体や
発泡ひる石は強度が弱く混合時につぶれてしまい成型物
の見掛比重が軽くならず、天然の軽石も見鶏比重０．５
〜０．９と重いので、軽い建材が出来ないという欠点が
あった。一方、ガラス粉−シラス−水ガラス系組成物に
りん酸ナトリウム又はカルシウム塩を加えて加熱発泡さ
せて泡ガラスを製造する方法が知られている（特開昭５
０−８２１１４号）。

これは、基村をガラス粉−シラスとする点および炭酸カ
ルシウムの如き発泡剤を使用しない点において本願発明
と異なるものであるが、発泡温度が高いにも拘らず〜軽
量の発泡体が得られない欠点がある。特に、シラスを多
く使用すると良質の発泡体は得難い。本発明者らは上記
の欠点に鑑み建材用のガラス質発泡体の製造について鋭
意検討してきたが、従来と異なりガラス粉末、発泡剤、
珪酸アルカリおよび中性乃至アルカリ性の可溶性りん酸
塩を主原料として、従来よりも低温で均質な泡を有する
発泡体が得られることを知見し、本発明の完成を見た。

すなわち、本発明はガラス粉末１００重量部に対し、発
泡剤１〜１の重量部、珪酸アルカリが固形分として１〜
４の重量部および中性乃至アルカリ性の可溶性りん酸塩
がＰとして０．２〜２重量部の割合で配合した混合物を
加熱発泡させることを特徴とする無機ガラス質発泡体の
製造法にかかる。まず使用する原料のうち、ガラス粉末
は特に限定の必要はなく、いずれも使用可能であり、例
えば通常のソーダ石灰ガラス、ほう珪酸ガラスなどの粉
末が代表的である。従ってこれを用途的にいえば、板ガ
ラス粉末や各種瓶ガラス粉末などの肩ガラス粉末で安価
にかつ大量に入手できるものであればよい。なおこの粉
末は粒度が大きくとも１４執の（１００メッシュ）以下
とすることが均質発泡体を得るために必要である。なお
必要に応じて前記ガラス粉の代りにあるいはガラス粉と
共にゼオラィト粉末を少量使用することができる。ゼオ
ラィトは天然又は合成のいずれもよくその種類は問わな
い。発泡剤は公知のものが殆んど適用できるが、比較的
低温で気体を発生するようなものが適当であり、例えば
、炭酸ソーダ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム又は
炭酸バリウムなどの炭酸塩、それらの含有物であるドロ
マィト、燐鉱石、二酸化マンガン等があげられ、それら
は、１種又は２種以上併用しても差支えない。

なお、この場合発泡助剤として尿素、チオ尿素、シュウ
酸その他常温で固体の有機物を必要に応じて使用するこ
ともよい。前記の如きガラス粉末と発泡剤との混合物を
加熱処理すると発泡するが、均質な細胞状のガラス発泡
体を再現性よく工業的に大量生産することはなかなか困
難であるが、本発明では、更に珪酸アルカリおよび中性
乃至アルカリ性の可溶性りん酸塩を添加した混合物を加
熱発泡させることによって効果的にガラス発泡体を調製
しうる。

その作用機構の詳細については明らかでないが、恐らく
、珪酸アルカリは融点降下能と共に発泡剤でもあり、又
中性乃至アルカリ性の可溶性りん酸塩は混合物中にあっ
て加熱するとガラス化すると共に発泡する泡の安定化館
を有するためではないかと推定される。本発明において
、珪酸アルカリは一般に水ガラスと称している溶液はも
ちろん含水又は無水の固形珪酸アルカリであっても差支
えない。

又珪酸アルカリは多くの場合、珪酸ソーダであるが、カ
リ塩であってもよい。その組成は、モル比Ｓｉ０２／舷
○（ただしＭはＮａ又はＫを表わす）で１〜４の範囲に
あるもので充分である。次に中性乃至アルカリ性のりん
酸塩はアンモニウム塩でもよいが、公害発生源となる恐
れもあるので、ナトリウム塩またはカリ塩がよい。

例えば、りん酸水素２ナトリウム（カリウム）、りん酸
３ナトリウム（カリウム）、ピロりん酸ナトリウム（カ
リウム）、トリポリりん酸ナトリウム等があげられ、使
用に当り１種又は２種以上であっても差支えない。

これらのりん酸塩は予め珪酸アルカリ水溶液に溶解して
りん珪酸アルカリ水溶液として用いることが特に好まし
い。なお、酸性りん酸塩を用いると後述する比較例にも
あるように作業性は勿論良質のガラス質発泡体は得られ
ない。かかる原料からなる混合物の組成は加熱発泡条件
および発泡体の所望する特性によって比較的許容される
割合がとられるけれども、少なくともガラス粉末に対し
て重量で発泡剤１〜１０％、珪酸アルカリが固形分とし
て１〜４０％および中性乃至アルカリ性の可溶性りん酸
塩がＰとして０．２〜２％の範囲、即ち重量部で表わす
と、ガラス粉末１００重量部に対し、発泡剤ｌ〜１の重
量部、珪酸アルカリが固形分として１〜４の重量部およ
び中性乃至アルカリ性の可溶性りん酸塩がＰとして０．
２〜２重量部の範囲にあり、特に発泡剤が３〜７％、珪
酸アルカリ２〜１０％、およびりん酸塩がＰとして０．
３〜１％の割合が好ましい。

この理由は、前記組成範囲をはずれると発泡温度が高く
なりすぎ、又は逆に低くなりすぎて加熱条件や操作の制
御のみでは品質良好なガラス発泡体が得られなくなるか
らである。

かかる混合物を所望の形に造粒又は成型して加熱焼成す
るがその所望の大きさの造粒又は成型にあたり、必要に
応じて水又は有機もしくは無機質結合剤を用いる。

有機質結合剤としてはポリビニルアルコール、ＣＭＣ、
ポＩ−１アクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ又はゴ
ムラテックスの如き水溶性高分子などが適当であり、無
機質結合剤としては、珪酸アルカリ、ベントナィトなど
があげられる。更に、前記造粒又は成型に際し、加熱発
泡の操作如何によっては発泡体が互に融着等によって結
合する場合が生じることがあるのでこれを防ぐため、少
なくとも加熱発泡温度以下では溶融又は暁結しない不活
性な粉末で造粒物等を被覆することが好ましい。

このような粉末は例えばアルミナ、マグネシア、酸化鉄
等の金属酸化物、珪酸カルシウム、鉄鋼又は非鉄製錬ス
ラグ、粘土類、シャモット、セメント類、フライアツシ
ュ等の１種又は２種以上があげられるが、これらに特に
限定される必要はない。なお、必要に応じて各種着色無
機顔料、無機ファイバー等を添加することもできる。か
くて、造粒又は成型された混合物は、必要に応じて乾燥
処理を行った後適当な加熱炉により加熱発泡される。

発泡条件としては、雰囲気温度７２０〜８５０℃が発泡
温度城であり、この温度で少なくとも５分以上保持され
るように設定することを要する。この温度以上では、競
縞あるいは軟化が生じる煩向にあって良好な発泡体は得
られない。また、加熱方法は静的又は動的操作のいずれ
でもよく、従って炉としては静置式加熱炉、トンネルキ
ルン又はロータリーキルン等が適当である。しかし、本
発明においては、特にロータリーキルンを用いた粒状発
泡体の製造が最も好ましい方法としてあげられる。本発
明にかかる無機ガラス質発泡体は、条件にもよるが、多
くの場合、見掛け比重０．１５〜０．６、蓮通気泡率３
０〜８０％、泡径０．１〜２柵、粒状物の場合の一点強
度は２ｋ９以上および熱伝導率０．０４〜０．０７ｋｃ
ａｌ／の・ｈｒ・ＯＣの特性を有し、各種分野の断熱材
吸音材にすぐれたものとして提供することができる。

以下実施例をあげて更に具体的に説明する。

なお、以下の実施例および比較例において添加量（使用
量）は特に断わらない限り重量部を表わす。実施例 １ 板ガラスを１００メッシュ全通に粉砕し、ガラス粉末１
０碇織こ対し、発泡剤として炭酸カルシウム５部を用い
、さらにＪＩＳ３号珪酸ソーダおよびりん酸水素２ナト
リウムを混合したものを平均粒径５柳に造粒した。

造粒物にボルトランドセメントとアルミナの１：１（重
量）混合物をコーティングし、ロータリーキルンを用い
て同流で８００±１０午０で加熱したところ、粒状のガ
ラス質発泡体が得られた。得られた発泡体は互に結合し
たものは実質的になく、平均粒径８〜１仇吻であり、そ
の特性をみたところ、第１表の結果が得られた。なお混
合に際し、ＪＩＳ３号珪酸ソーダにりん酸塩溶液を混合
し均一な溶液として粉体と混合して成分のバラツキがな
いようにした。

第１表 注）泡の外観の評価は、下記の様に５段評価とした。

非常に安定している １安定している
２ 普通 ３ 泡径にバラッキあり ４ 泡径が非常にバラッィている ５ 実施例 ２ １００メッシュ全通の褐色びんガラス粉末１００部に、
炭酸カルシウムと焼石骨の４：１（重量）の混合物を５
部混合し、それにＪＩＳ３号瑳酸ソーダとりん酸３ナト
リウムを添加して平均粒径５肋に造粒した。

造粒物にボルトランドセメントをコープィングし、ロー
タリーキルンを用いて、造粒物と熱風を向流で供給し、
入口ガス温度８５０℃、排ガス温度５００００の熱風で
２０分間加熱したところ８乃至１仇舷の平均粒度の均一
なガラス質発泡体を得た、この発泡体の特性をみたとこ
ろ、第２表の結果が得られた。第２表 実施例 ３ ２００メッシュ全通の褐色びんガラス粉末１０碇部１こ
炭酸カルシウム４部およびＪＩＶ３号珪酸ソーダとトリ
ポリりん酸ナトリウムの所定量を配合して原料混合物を
調製し、１５仇職×１０仇豚×３０脚のスラブをモール
ドにて成型した。

次いでこれを７９０±１０℃の加熱雰囲気で３０分間熱
処理したところガラス質発泡体が得られた。その特性を
みたところ、第３表の結果が得られた。第３表 一方上言己の結果に基づいて、前記混合物〔珪酸ソーダ
５部、トリポリりん酸ナトリウム（Ｐとして）０．２部
〕を平均粒径５側に造粒し実施例１と同様の条件でロー
タリーキルンにて加熱したところ、平均粒径９〜１物吻
、見掛比重０．３２、強度６〜２３ｋ９／個、熱伝導率
０．０６ｋｃａｌ／の・ｈｒ・ＯＣ、運通気泡率５８％
および吸音率２１％（１０００ＨＺ）の均一性のあるガ
ラス質発泡体が得られた。

台０熱伝導率および吸音率は発泡体を珪酸ソーダと珪フ
ッ化ソーダを用いて成型板にし測定した。

実施例 ４ 実施例２の混合割合にゼオライトをガラス粉末に対し５
部加えて実験を行ったところ、実施例２と同様の均質発
泡したガラス質発泡体が得られた。

比較例 １ ２００メッシュ全通の褐色びんガラス粉末１０碇熱こ炭
酸カルシウム４部およびＪＩＳ３号珪酸ソーダとりん酸
２水素１ナトリウムを所定の割合で混合し、平均粒径５
柳に造粒した。

混合時に珪酸ソーダとりん酸２水素１ナトリウムが反応
しボロボロになり、造粒が非常に難しかった。造粒物を
ロータリーキルンを用いて８００ｏｏ＋ｌｏｏ０で加熱
したところ平均粒径６〜８柳のガラス質発泡体が得られ
、その特性をみたところ、第４表の結果が得られた。第
４表比較例 ２ 実施例４のりん酸２水素１ナトリウムを重りん酸アルミ
に変えて造粒したところボロボロになり造粒出来なかっ
た。

それを型枠に入れ、８００ｑ○±５℃で加熱したが発泡
しなかった。なお見掛比重、強度、熱伝導率、蓮通気泡
率および吸音率は次の方法による。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス粉末１００重量部に対し、発泡剤１〜１０重
   量部、珪酸アルカリが固形分として１〜４０重量部およ
   び中性乃至アルカリ性の可溶性りん酸塩がＰとして０．
   ２〜２重量部の割合で配合した混合物を加熱発泡させる
   ことを特徴とする無機ガラス質発泡体の製造法。 ２ 発泡剤が炭酸ソーダ、炭酸カルシウム、炭酸マグネ
   シウム、炭酸バリウム、ドロマイド、燐鉱石又は二酸化
   マンガンから選ばれた１種又は２種以上である特許請求
   の範囲第１項記載の無機ガラス質発泡体の製造法。 ３ 加熱発泡は温度７２０〜８５０℃の範囲で行わせる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無機ガラ
   ス質発泡体の製造法。 ４ 加熱発泡は粒状化した混合物をロータリーキルンで
   行わせることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第３項記載の無機ガラス質発泡体の製造法。 ５ 粒状化した混合物は発泡温度以下では溶融又は焼結
   等しない不活性な粉末で被覆されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第４項までの各項の何れか
   に記載の無機ガラス質発泡体の製造法。