JPS62226873A - 無機断熱発泡材の製造方法 - 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】 （従来の技術） 従来、無機断熱発泡材としては、ガラス繊維又は石綿製
品が広く一般に使用されているが、これらの製品は吸水
しやすいために、多湿環境下では吸湿して熱伝導率が高
くなり断熱効果が急激に低下するという欠点があった。

又、非吸水性の製品としては、ガラスを発泡させて得ら
れた泡ガラスからなるフオームグラス（米国ピッツバー
グコーニング社製）等があり、この製品は、多湿環境下
でも吸湿することがなく、従って熱伝導率も低い。しか
し、このような従来の泡ガラスは、酸化アルミニウム成
分の少ない（５％以下）廃ガラス又はガラスカレットを
用いるため、温度衝撃で容易に割れやすく、クランクが
発生し、又製造時、複雑な形状への成形が難しく、冷却
に長時間を要し、高価である等の欠点があるため、極低
温用保温材等の特殊な用途にしか使用できなかった。

しかして、例えば、特公昭５５−４０５５０号公報に記
載の如く、シラス−水ガラス系組成物に高炉滓を加え焼
成して発泡させると共に、微結晶を析出させることによ
り、気泡安定化及び製品の強度上昇を成した結晶化泡ガ
ラスを得ることが提案されているが、低比重（０，４以
下）の断熱材は得られず、上記泡ガラスの欠点を根本的
に解消するものではない。

（本発明が解決しようとする問題点） 本発明は比重が小さく　　（０，４以下）、シかも独立
気泡率が高く　（５０％以上）、シかして軽量にして断
熱性に優れ、且つ製造時複雑な形状への成形が短時間で
容易にできる無機断熱発泡材の製造方法を提供すること
を目的としてなされたものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は、天然ガラス質鉱物１００重量部に、炭
化珪素又は／及び窒化珪素０．３乃至５重量部と、酸化
第二鋼０．１乃至５重量部と、水５０重量部以下とを添
加した組成物を、０．１乃至２０００ｋｇ／ｃａｌの圧
力にて加圧成形した後、その成形物を天然ガラス質鉱物
の焼成温度に昇温して溶融発泡し、その後冷却すること
を特徴とする無機断熱発泡材の製造方法に存する。

本発明において使用される天然のガラス質鉱物としては
、例えば、シラス、黒曜石、抗火石等が挙げられ、平均
粒径１００μｍ以下、好ましくは４６μｍ以下のものが
好適に用いられる。

平均粒径１１００ｐを越えるものを用いた場合は、独立
気泡率の高い発泡材が得に＜（、連続気泡が多いものに
なりやすい。

本発明において使用される炭化珪素、窒化珪素としては
、天然ガラス質鉱物の平均粒径未満、純度が７５％以上
、残留カーボン５重量％以下のものが好適に用いられる
。天然ガラス質鉱物の平均粒径以上のものを用いた場合
は、独立気泡率の高い発泡材を得にくり、連続気泡が多
いものになりやすい。

尚、炭化珪素、窒化珪素は各単独で用いることもできる
し、又両者混合して用いることもできる。

又、炭化珪素、窒化珪素は天然ガラス質鉱物１００重量
部に対して、０．３乃至５重量部添加する必要がある。

添加量が０．３重量部未満の場合は、比重の大きなもの
しか得ることができず、又、５重量部を越える場合は独
立気泡率の高い発泡材が得られず、連続気泡が多いもの
になってしまう。

本発明に使用される酸化第二鋼としては、天然ガラス質
鉱物の平均粒径未満の平均粒径を有するものが好適に用
いられる。天然ガラス質鉱物の平均粒径以上のものを用
いた場合には短時間で低比重の発泡材を得にくい。

又、酸化第二鋼は天然のガラス質鉱物１００重量部に対
して、０．１乃至５重量部添加する必要がある。添加量
が０．１未満の場合は、短時間で低比重の発泡材を得る
ことができず、５Ｍ量部を越えた場合は連続気泡が多い
ものとなってしまう。

本発明においては、必要に応じて、バインダーと水が添
加される。バインダーと水は後述する加圧成形を保持さ
せるために用いるものである。バインダーとしては、水
溶性高分子であるポリビニルアルコール、ポリエチレン
オキサイド、又はセルロース誘導体（メチルセルロース
、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシセルロース
、又は結晶性セルロース）等が用いられる。バインダー
の添加量は、天然ガラス質鉱物１００重量部に対して１
０重量部以下添加される。水の添加量は天然ガラス質鉱
物１００重量部に対して５０重量部以下添加される。バ
インダーと水の添加量は加圧成形の圧力により定まり、
加圧成形の効果を保持させるため、加圧力が低い場合は
添加量も多くする必要があり、加圧力が５００ｋｇ／−
に近づくにつれて次第に少量でよく、５００ｋｇ／−以
上の場合は必ずしも必要でない。

本発明においては、上記組成物を焼成前に０゜１乃至２
０００ｋｇ／ｃａｌの圧力にて加圧成形する必要がある
。この加圧成形工程が、独立気泡率の高い発泡体を得る
ための必須の工程であると共に、焼成温度に昇温するま
での間の、内部ガス圧に対して成形物組織内にひびやク
ラフクが発生するのを防ぐ。

この成形物を電気炉等の焼成炉中にて天然ガラス質鉱物
の焼成温度である１０００乃至１２００℃に昇温発泡し
、その後焼成炉より取り出して、徐冷又は急冷して目的
とする無機断熱発泡材を得る。

本発明においては、（１）主原料が天然ガラス質鉱物で
あること、（２）炭化珪素、窒化珪素の添加量が天然ガ
ラス質鉱物１００Ｍ量部に対して０゜３乃至５重量部で
あること、（３）酸化第二鋼の添加量が天然ガラス質鉱
物１００重量部に対して０．１乃至５重量部であること
、（４）これらを含む組成物を０．１乃至２０００ｋｇ
／ｃａｌの圧力にて予め加圧成形することが極めて重要
な要件である。

これらの要件を満たした本発明方法を採用することによ
り、はじめて、比重が０．４以下と小さく、しかも独立
気泡率が５０％以上と高く、しかして軽量で断熱性に優
れた無機断熱発泡材を複雑な形状へ容易に、且つ短時間
で焼成発泡成形することができる。

この事実は次の如き原理に基づくものと考えられる。即
ち、天然ガラス質鉱物と、炭化珪素又は／及び窒化珪素
と、酸化第二鋼とを混合すると、天然ガラス質鉱物粒子
の周りに多数の炭化珪素又は／及び窒化珪素の粒子、及
び多数の酸化第二鋼の粒子が付着した混合組成物となる
。

ごの状態でこの組成物を０．１乃至２０００ｋｇ／　ｃ
ｎｔの圧力にて予め加圧成形すると、天然ガラス質鉱物
の粒子間に炭化珪素又は／及び窒化珪素及び酸化第二鋼
の粒子を介在させた状態で押し詰まって密接状態となる
。このような状態で天然ガラス質鉱物の焼成温度に昇温
すると、酸化第二鋼の酸化力により炭化珪素又は／及び
窒化珪素が酸化され、−酸化酸素、炭酸ガス、窒素ガス
等が急速に発生し、比重が小さく、しかも気泡間がつな
がることが少なく、独立気泡率の高い発泡材が短時間で
成形される。

尚、酸化第二鋼が存在しない場合に急速な加熱をすると
、資料内部と外部で温度差が発生し、まず外部から発泡
して断熱層をつくるため、内部の発泡が十分に行われな
い。一方酸化第二鋼が存在する場合は、資料内部と外部
とで多少温度差が発生しても、急速に生ずる発泡材の酸
化発熱反応のために内部も発泡するものと考えられる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により説明する。

実施例１〜３ 天然のガラス質鉱物として、粒径４６μｍ以下を９０％
以上含む平均粒径５２μｍのシラス（化学組成は二酸化
珪素ニア０．３６重量％、酸化アルミニウム：１３．１
６重量％を含む）（鹿児島県吉田産）の乾燥粉末１００
重量部に、炭化珪素（ＢＦＣ：太平洋ランダム株式会社
製）、窒化珪素（ＴＳ−７：東洋曹達株式会社製）、酸
化第二鋼（試薬：和光純薬工業株式会社製）、及び水を
、それぞれ、第１表に示す添加■混合した組成物を得た
。　これらの組成物を、それぞれ、油圧プレスを用いて
圧力１０ｋｇ／ｃａｔにて３分間加工後脱型し、寸法直
径１４８　ｍｍ、厚さ１０龍の円板状の成形物とした。

これらの成形物を、それぞれ、電気炉中に入れて昇温速
度４００℃／ｈｒで１１２０℃まで昇温し、その温度で
１０分間保持して焼成発泡し、その後冷却して取り出し
、無機断熱発泡材を得た。

これらの無機断熱発泡材について、それぞれ外観（気泡
の均一性）、比重、独立気泡率及び定常状態と吸水後の
熱伝導率を測定して評価したところ、何れも気泡径が均
一で、比重が０゜４以下、独立気泡率５０％以上で、し
かも吸水率が低くて熱伝導率は吸水後もほとんど変化し
ていなかった。

尚、無機断熱発泡材の評価方法は次の通りである。

（試験片は全て表皮を除いて作製した）（１）比重 縦横４０暑璽Ｘ４Ｑｍ、厚さ２０１■の試験片を１０５
℃で２４時間乾燥した時の重量（Ｗｇ）と容積（Ｖ　ｃ
ｄ　）を測定し、次式で比重を求めた。

比重（ｇ　／　ｃｒｌ　）　＝　Ｗ　／　Ｖ（２）独立
気泡率 縦横４０ｍ■×１０ｆｉ、厚さ１５重曹の試験片を、２
０℃、ＲＨ６０％の恒温室でまず容積（Ｖａｎりを測定
し、次に空気比較式比重計（東芝ベックマン製）を用い
て容積（ＶｂｃｌＩｌ）を測定し、次式により独立気泡
率を求めた。

独立気泡率（％）＝Ｖｂ／Ｖ （３）熱伝導率 縦横４５鶴×１００鰭、厚さ２０ｍの試験片を、２０℃
、ＲＨ６０％の恒温室で、ＱＴＭ迅速熱伝導計（昭和電
工層）を用いて測定−（λｍ）　し、次式により定常状
態における熱伝導率を求めた。

熱伝導率（ｋｃａｌ／ｍｈ’ｃ）　＝λｍＸＡ−ＢＡ、
Ｂは補正値 又、試験片を水中２４時間浸して吸水した後、上記に準
じて吸水後の熱伝導率をＩＱ定した。

比較例１ 酸化第二鋼を添加しない以外は、実施例１と同様にして
無機断熱発泡材を得て、評価を行った。その結果を第１
表に併せて示す。

比較例１の場合、無機断熱発泡材の内部は均一に発泡し
ているが、表層付近ではほとんど発泡せずスキン層を形
成し、全体として実施例１と比べて不均一な発泡状態と
なった。

比較例２ 昇温温度を１５０℃／ｈｒとする以外は、比較例１と同
様である。

比較例２の場合、無機断熱発泡材の内部が外部に比べ発
泡しておらず、全体として実施例１にくらべ不均一なも
のであり、比重も高いものであった。

（以下余白） 第１表 （発明の効果） 本発明無機断熱発泡材の製造方法は、上述の如き構成で
あるので、比重が０．４以下と小さく、しかも独立気泡
率が５０％以上と高く、且つ気泡径がほぼ同じである、
軽量で断熱性の優れた無機断熱発泡材を製造することが
でき、又製造時複雑な形状の無機断熱発泡材を短時間で
成形することができ、例えば断熱保温カバー等の製造を
することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、天然ガラス質鉱物１００重量部に、炭化珪素又は／
   及び窒化珪素０．３乃至５重量部と、酸化第二鋼０．１
   乃至５重量部と、水５０重量部以下とを添加した組成物
   を、０．１乃至２０００ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力にて加圧
   成形した後、その成形物を天然ガラス質絋物の焼成温度
   に昇温して溶融発泡し、その後冷却することを特徴とす
   る無機断熱発泡材の製造方法。