KR20140006777A

KR20140006777A - 다공질 세라믹스 소결체

Info

Publication number: KR20140006777A
Application number: KR1020137007625A
Authority: KR
Inventors: 테루히로 오쿠야; 카즈야 오니시
Original assignee: 고마쓰 세렌 컴파니 리미티드
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2014-01-16
Also published as: SG188568A1; EP2617696A4; WO2012036218A1; JPWO2012036218A1; JP6043853B2; JP2016029013A; US20130330530A1; CN103189334A; EP2617696A1; JP5820382B2

Abstract

본 발명에 의해, 식물의 생육에 적합하고, 또한 냉각 효과가 높은 다공질 세라믹스 소결체가 제공된다.
본 발명은 직경 3㎚∼360㎛의 세공 용적의 합계값인 세공 용적이 0.2㎤/g 이상이고, 상기 세공 용적에 있어서의 직경 0.01㎛ 이상 1㎛ 미만의 세공 용적의 합계값인 미세공 용적의 비율이 30체적％ 이상인 것으로 이루어지는 다공질 세라믹스 소결체에 관한 것이다.

Description

다공질 세라믹스 소결체{POROUS CERAMIC SINTERED BODY}

본 발명은 다공질 세라믹스 소결체에 관한 것이다.

본원은 2010년 9월 16일에, 일본에 출원된 특허출원 2010-208458호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

일반적으로, 다공질 세라믹스 소결체는 내화 단열 재료, 수질 정화 재료, 조습 재료, 및 휘발성 유기 화합물(VOC) 흡착 재료 등으로 사용되고 있는 것이다. 이러한 다공질 세라믹스 소결체의 구조로는, 독립 기포형, 격자 구조형, 골재형, 미소한 균열 공극을 갖는 것, 및 연속 관통 기공을 갖는 것 등을 들 수 있고, 용도에 따라 선택된다.

격자 구조형 다공질 세라믹스 소결체로는, 발포 우레탄 수지의 기공 내에 세라믹스 조성물을 주입 충전한 후, 수지 성분을 분해시켜 소결된 것이 알려져 있다.

골재형 다공질 세라믹스 소결체로는, 조성물 중의 소립자의 골재의 간극을 기공으로 한 것이 알려져 있다.

독립 기공형 다공질 세라믹스 소결체로는, 소성 공정에 있어서 조성물 중의 고온 분해 휘발 성분에 의해 기공을 생성시킨 것이 알려져 있다.

미소한 균열 공극을 갖는 다공질 세라믹스 소결체로는, 가열시에 수축하는 점토질 등의 원료와 가열시에 팽창하는 슬래그류를 혼합한 조성물을 소결하여 얻어지는 것이 알려져 있다.

또한, 연속 관통 기공을 갖는 다공질 세라믹스 소결체로는, 함수 조성물 내에, 금속 알루미늄에 알칼리 용액을 첨가하여 수소를 발생시켜, 이것을 소결하여 얻어지는 것이 알려져 있다.

최근, 다공질 세라믹스 소결체는 녹화 기반 재료로서도 이용되고 있다. 녹화 기반 재료는, 지피 식물 등을 생육시키기 위한 토양 아래에 부설되는 것으로서, 녹화 기반 재료로는 물이 침투하기 쉽고, 또한 적당한 보수성을 갖는 것이 필요로 된다. 이러한 녹화 기반 재료는 건물의 옥상 등에 부설되어, 그 위에 식물을 생육시킴으로써, 건물의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

녹화 기반 재료로서 사용되는 다공질 세라믹스 소결체로서, 예를 들면 원료로서 규조토를 사용하여, 규조토의 성형체를 소결한 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 이 다공질 세라믹스 소결체는, 규조토 유래의 매크로 기공과, 인공적으로 생성된 밀리미터 사이즈의 터널 구조 공극이 상호 연결된 2원 구조를 갖기 때문에, 물이 침투하기 쉽고 또한 보수성이 양호하다.

(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 2005-239467호

그러나, 녹화 기반 재료로서 사용하는 다공질 세라믹스 소결체로는, 물이 침투하기 쉽고, 보수성이 양호한 것에 추가하여, 양호한 물의 확산(확산성), 특히 수평 방향으로의 확산성이 요구된다. 또한, 다공질 세라믹스 소결체의 기공 내에 유지된 물을 생육시키는 식물에 이용할 수 있어야 한다. 또한, 다공질 세라믹스 소결체에는 냉각 효과의 새로운 향상이 요구되고 있다.

여기서, 본 발명은 식물의 생육에 적합하고, 또한 냉각 효과가 높은 다공질 세라믹스 소결체를 목적으로 한다.

본 발명의 다공질 세라믹스 소결체는, 직경 3㎚∼360㎛의 세공 용적의 합계값인 세공 용적이 0.2㎤/g 이상이고, 상기 세공 용적에 있어서의 직경 0.01㎛ 이상 1㎛ 미만의 세공 용적의 합계값인 미세공 용적의 비율이 30체적％ 이상인 것을 특징으로 한다.

직경 3㎚∼360㎛의 세공에 있어서의 메디안 세공 직경이 40㎛ 미만인 것이 바람직하고, 부피 비중이 0.7g/㎤ 이상인 층 형상의 조밀층을 갖는 것이 바람직하고, 부피 비중이 0.7g/㎤ 미만인 비조밀층을 갖는 것이 바람직하고, 상기 비조밀층은, 상기 조밀층의 양면에 형성되어 있는 것이 보다 바람직하고, 녹화 기반 재료여도 된다.

본 발명은 식물의 생육에 적합하고, 또한 냉각 효과가 높은 다공질 세라믹스 소결체를 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 다공질 세라믹스 소결체의 단면 사진이다.
도 2의 (a)는 도 1에 나타내는 다공질 세라믹스 소결체의 조밀층의 단면의 전자 현미경 사진(30배)이다. 도 2의 (b)는 도 2(a)의 일부를 확대 촬영한 전자 현미경 사진(2000배)이다.
도 3은 비교예의 다공질 세라믹스 소결체의 단면 사진이다.
도 4는 실시예의 다공질 세라믹스 소결체의 조밀층의 세공 용적의 측정 결과를 나타내는 차트이다.
도 5는 실시예의 다공질 세라믹스 소결체의 제1 비조밀층의 세공 용적의 측정 결과를 나타내는 차트이다.
도 6은 비교예의 다공질 세라믹스 소결체의 세공 용적의 측정 결과를 나타내는 차트이다.
도 7은 확산성(수평)의 시험 방법을 설명하는 모식도이다.
도 8a는 확산성(15°경사)의 시험 방법을 설명하는 모식도이다.
도 8b는 확산성(15°경사)의 시험 방법을 설명하는 모식도이다.
도 9는 식물 생육 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10a는 증산량의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 증산량의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

(다공질 세라믹스 소결체)

본 발명의 일실시형태인 판 형상의 다공질 세라믹스 소결체(이하, 판상 세라믹스라고 하는 경우가 있다)에 대해서, 이하에 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 판상 세라믹스(1)의 단면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이 판상 세라믹스(1)는, 조밀층(10)과, 조밀층(10)의 일방의 면에 형성된 제1 비조밀층(20)과, 조밀층(10)의 타방의 면에 형성된 제2 비조밀층(30)으로 개략 구성되어 있다. 즉, 판상 세라믹스(1)는 조밀층(10)과, 제1 비조밀층(20)과, 제2 비조밀층(30)으로 이루어지는 3층 구조를 갖는다.

제1 비조밀층(20)의 면인 제1 면(22)에는 제1 비조밀층(20)에 형성된 기공이 노출된 개구부가 형성되고, 제2 비조밀층(30)의 면인 제2 면(32)에는 제2 비조밀층(30)에 형성된 기공이 노출된 개구부가 형성되어 있다.

판상 세라믹스(1)의 두께(T1)는 용도에 따라 결정할 수 있고, 예를 들면 0.5∼15㎝의 범위로 결정할 수 있다. 보다 바람직하게는, 1.5∼10㎝의 범위로 결정할 수 있다.

＜조밀층＞

조밀층(10)은 직경 3㎚∼360㎛의 세공(이하, 간단히 세공이라고 하는 경우가 있다)이 형성된 층이다.

조밀층(10)에는 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 직경 360㎛ 초과의 기공인 공극(12)이 2 이상 형성되어 있음과 함께, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 세공(14)이 2 이상 형성되어 있다.

조밀층(10)에 형성되어 있는 세공(14) 또는 공극(12)은 상호 연통된 연통공을 형성하고 있다. 연통공이 형성됨으로써, 보수성, 확산성, 및 냉각 효과의 향상을 도모할 수 있다.

조밀층(10)의 세공 용적, 즉 모든 세공(14) 용적의 합계값은 0.2㎤/g 이상이고, 0.25㎤/g 이상이 바람직하고, 0.3㎤/g 이상이 보다 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 판상 세라믹스(1) 내에서의 확산성이 불충분해지거나, 보수성이 불충분해지거나 한다. 또한, 세공 용적의 상한값은 판상 세라믹스(1)의 용도에 따라 결정할 수 있고, 예를 들면 0.8㎤/g 이하가 바람직하고, 0.6㎤/g 이하가 보다 바람직하고, 0.4㎤/g 이하가 더욱 바람직하다. 상기 상한값 초과이면, 물이 증산되기 어렵게 되어 냉각 효과가 저하될 우려가 있다.

세공 용적은 JIS R1655-2003에 준거하여 계측되는 값이다.

조밀층(10)에 있어서의 단위 체적당 세공(14) 용적의 합계값(체적비 세공 용적)은 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 0.1∼0.5㎤/㎤가 바람직하고, 0.2∼0.4㎤/㎤가 보다 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 보수성이나 확산성이 불충분해질 우려가 있고, 상기 상한값 초과이면, 판상 세라믹스(1)의 강도가 불충분해질 우려가 있다.

세공(14) 중 직경 0.01㎛ 이상 1㎛ 미만의 세공(이하, 미세공이라고 하는 경우가 있다)의 용적의 합계값인 미세공 용적의 세공 용적에서 차지하는 비율(미세공 비율)은 세공 용적의 30체적％ 이상이고, 40체적％ 이상이 보다 바람직하고, 50체적％ 이상이 더욱 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 보수성이나 확산성이 불충분해진다. 미세공 비율의 상한값은 특별히 한정되지 않고, 100체적％여도 된다. 미세공 비율은 하기 (1)식에 의해 구할 수 있다.

미세공 비율(체적％)＝미세공 용적÷세공 용적×100 …(1)

조밀층(10)의 미세공 용적은 미세공 비율이 30체적％ 이상이면 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 판상 세라믹스(1)를 녹화 기반 재료로 하는 경우, 0.1㎤/g 이상이 바람직하고, 0.12㎤/g 이상이 보다 바람직하고, 0.14㎤/g 이상이 더욱 바람직하고, 0.2㎤/g 이상이 특히 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 판상 세라믹스(1) 내에서의 확산성이 불충분해지거나 보수성이 불충분해지거나 한다. 또한, 조밀층(10)에 있어서의 미세공 용적의 상한값은 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 0.8㎤/g 이하가 바람직하고, 0.6㎤/g 이하가 보다 바람직하고, 0.4㎤/g 이하가 더욱 바람직하다. 상기 상한값 초과이면, 물이 증산되기 어렵게 되어 냉각 효과가 저하될 우려가 있다.

미세공 용적은 세공 용적과 동일한 방법으로 측정되는 값이다.

조밀층(10)의 공극(12)의 용적은 지나치게 작으면 단열성이 저하될 우려가 있고, 지나치게 크면 보수성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 공극(12)의 용적은 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있다.

직경 3㎚∼360㎛의 세공에 있어서의 메디안 세공 직경이 40㎛ 미만이면 된다. 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이면 된다. 또한, 직경 3㎚∼360㎛의 세공에 있어서의 메디안 세공 직경은 10㎚ 이상이면 된다. 바람직하게는 100㎚ 이상이면 된다.

40㎛ 미만이면, 보수성이 우수하여, 장기간, 세라믹 소결체로부터 물을 계속 증산할 수 있다.

또한, 10㎚ 미만이 되면 보수성이 저하되어, 장기간, 세라믹 소결체로부터 충분한 양의 물을 계속 증산할 수 없게 될 우려가 있다.

조밀층(10)의 부피 비중은 0.7g/㎤ 이상이고, 0.75∼0.95g/㎤가 바람직하고, 0.8∼0.9g/㎤가 보다 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 판상 세라믹스(1)의 강도가 불충분해지거나, 보수성이 저하되거나, 확산성이 저하될 우려가 있다. 상기 상한값 초과이면, 물이 증산되기 어렵게 되어 냉각 효과가 저하되거나, 물이 침투하기 어렵게 될 우려가 있다.

조밀층(10)의 기공률은 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 40체적％ 이상이 바람직하고, 60∼90체적％가 바람직하고, 65∼80체적％가 보다 바람직하고, 70∼80체적％가 더욱 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 판상 세라믹스(1) 내에서의 물의 확산 속도가 저하될 우려가 있고, 상기 상한값 초과이면, 보수성이 저하되거나, 판상 세라믹스(1)의 강도가 저하될 우려가 있다.

조밀층(10)의 두께(t1)는 용도나, 판상 세라믹스(1)의 두께(T1) 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 두께(T1)의 20∼60％의 범위로 결정하는 것이 바람직하다.

＜제1 비조밀층＞

제1 비조밀층(20)은 세공이 형성된 층이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 비조밀층(20)에는 2 이상의 공극(24)과, 도시되지 않은 2 이상의 세공이 형성되고, 공극(24)과 세공이 상호 연통된 연통공이 형성되어 있다.

제1 비조밀층(20)에 있어서의 세공 용적은 0.2㎤/g 이상이고, 0.3∼0.6㎤/g이 바람직하고, 0.4㎤/g 초과 0.5㎤/g 이하가 보다 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 판상 세라믹스(1) 내에서의 확산성이 불충분해지거나, 보수성이 불충분해지거나 한다. 상기 상한값 초과이면, 물이 증산되기 어렵게 되어 냉각 효과가 저하될 우려가 있다.

제1 비조밀층(20)에 있어서의 체적비 세공 용적은, 조밀층(10)에 있어서의 체적비 세공 용적과 동일하다.

본 실시형태에 있어서, 제1 비조밀층(20)에 있어서의 체적비 세공 용적은 조밀층(10)에 있어서의 체적비 세공 용적보다 작은 것으로 되어 있다. 제1 비조밀층(20)에 있어서의 체적비 세공 용적을 조밀층(10)에 있어서의 체적비 세공 용적보다 작은 것으로 함으로써, 판상 세라믹스(1)의 강도를 충분한 것으로 하면서, 보수성, 확산성의 향상을 도모할 수 있다.

제1 비조밀층(20)의 미세공 비율은 조밀층(10)의 미세공 비율과 동일하다.

제1 비조밀층(20)의 미세공 용적은 용도 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 0.1㎤/g 이상이 바람직하고, 0.12∼0.8㎤/g이 보다 바람직하고, 0.14∼0.4㎤/g이 더욱 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 확산성이 저하될 우려가 있고, 상기 상한값 초과이면, 물이 증산되기 어렵게 되어 냉각 효과가 저하될 우려가 있다.

제1 비조밀층(20)의 공극(24)의 용적은 지나치게 작으면 단열성이 저하되거나, 물이 침투하기 어렵게 되는 경우가 있다. 또한, 공극(24)의 용적이 지나치게 크면, 판상 세라믹스(1)의 강도가 저하되는 경우가 있다. 따라서, 공극(24)의 용적은 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있다.

40㎛ 미만이면, 보수성이 우수하여 장기간, 세라믹 소결체로부터 물을 계속 증산할 수 있다.

제1 비조밀층(20)의 부피 비중은 0.7g/㎤ 미만이고, 0.4g/㎤ 이상 0.7g/㎤ 미만이 바람직하고, 0.5∼0.65g/㎤가 더욱 바람직하다. 상기 상한값 초과이면, 투수성이 저하되거나, 물이 증산되기 어렵게 되거나 하여, 양호한 냉각 효과를 얻을 수 없을 우려가 있다. 또한, 상기 상한값 미만이면, 판상 세라믹스(1)의 단열성이나 방음성이 향상된다. 상기 하한값 미만이면, 판상 세라믹스(1)의 강도가 저하되거나, 물의 증산이 지나치게 빨라서 냉각 효과가 지속되지 않게 될 우려가 있다.

제1 비조밀층(20)의 기공률은 판상 세라믹스(1)의 용도 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 50체적％ 이상이 바람직하고, 60∼90체적％가 바람직하고, 80체적％ 초과 90체적％ 이하가 보다 바람직하다. 상기 하한값 미만이면, 물이 침투하기 어렵게 될 우려가 있고, 상기 상한값 초과이면, 판상 세라믹스(1)의 강도가 저하될 우려가 있다.

본 실시형태에 있어서, 제1 비조밀층(20)의 기공률은 조밀층(10)의 기공률보다 큰 것으로 되어 있다. 조밀층(10)의 기공률보다 큼으로써, 판상 세라믹스(1)의 단열성이나 방음성의 향상을 더욱 도모할 수 있다.

제1 비조밀층(20)의 두께(t2)는 용도나, 판상 세라믹스(1)의 두께(T1) 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 두께(T1)의 20∼40％의 범위로 결정하는 것이 바람직하다.

＜제2 비조밀층＞

제2 비조밀층(30)은 세공이 형성된 층이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 비조밀층(30)에는 2 이상의 공극(34)과, 도시되지 않은 2 이상의 세공이 형성되고, 공극(34)과 세공이 상호 연통된 연통공이 형성되어 있다.

제2 비조밀층(30)의 세공 용적은 제1 비조밀층(20)의 세공 용적과 동일하고, 제2 비조밀층(30)의 체적비 세공 용적은 제1 비조밀층(20)의 체적비 세공 용적과 동일하다.

제2 비조밀층(30)의 미세공 용적은 제1 비조밀층(20)의 미세공 용적과 동일하고, 제2 비조밀층(30)의 미세공 비율은 제1 비조밀층(20)의 미세공 비율과 동일하다.

제2 비조밀층(30)의 직경 3㎚∼360㎛의 세공에 있어서의 메디안 세공 직경은 제1 비조밀층(20)의 직경 3㎚∼360㎛의 세공에 있어서의 메디안 세공 직경과 동일하다.

제2 비조밀층(30)의 부피 비중은 제1 비조밀층(20)의 부피 비중과 동일하고, 제2 비조밀층(30)의 기공률은 제1 비조밀층(20)의 기공률과 동일하다.

제2 비조밀층(30)의 두께(t3)는 제1 비조밀층(20)의 두께(t2)와 동일하다.

(제조 방법)

판상 세라믹스(1)의 제조 방법은 원료를 혼합하여 혼합물을 얻는 혼합 공정과, 상기 혼합물을 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정과, 상기 성형체를 소성하는 소성 공정을 갖는다.

＜혼합 공정＞

혼합 공정은 규조토, 점토류, 유기 슬러지 및 슬래그를 혼합하여, 혼합물을 얻는 공정이다. 이러한 배합으로 함으로써 규조토로 형성된 세공과, 유기 슬러지가 소결시에 감량되어 형성된 세공을 갖는 판상 세라믹스가 얻어진다.

≪규조토≫

본 발명에 사용되는 규조토는 규조의 유해로 이루어지는 퇴적물이고, 마이크로미터 오더의 기공을 갖는 다공질이다.

규조토는 특별히 한정되지 않고, 종래, 내화 단열 벽돌, 및 여과재 등으로 사용되고 있는 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 협잡되어 있는 점토 광물(몬모릴로나이트 등), 석영, 및 장석 등을 분별 정제할 필요가 없고, 이들의 함유율을 인식한 후에, 혼합물에 대한 배합량을 조정할 수 있다.

규조토의 함수율는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 자연 건조 상태에서의 함수율이 20∼60질량％가 바람직하고, 30∼50질량％가 바람직하고, 35∼45질량％가 더욱 바람직하다. 상기 범위 내이면, 함수율을 인식하면서, 혼합시에 협잡물 중의 조립자분을 제거하여 사용함으로써, 성형성이 양호한 혼합물이 얻어지기 때문이다.

함수율은, 건조 감량 방식인 하기 사양의 적외선 수분계를 사용하여 시료를 건조(200℃, 12분간)시켜, 하기 (2)식에 의해 구한 값이다.

＜사양＞

측정 방식: 건조 감량법(가열 건조·질량 측정 방식)

최소 표시: 함수율; 0.1질량％

측정 범위: 함수율; 0.0∼100질량％

건조 온도: 0∼200℃

측정 정밀도: 시료 질량 5g 이상으로, 함수율±0.1질량％

열원: 적외선 램프; 185W

함수율(질량％)＝［(m₁―m₂)/(m₁―m₀)］×100 …(2)

m₁: 건조 전의 용기의 질량과 건조 전의 시료의 질량의 합계 질량(g)

m₂: 건조 후의 용기의 질량과 건조 후의 시료의 질량의 합계 질량(g)

m₀: 건조 후의 용기의 질량(g)

혼합물 중의 규조토의 배합량은 조밀층(10), 제1 비조밀층(20) 또는 제2 비조밀층(30)에 있어서의 세공 용적, 및 미세공 용적 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 55질량％ 이하가 바람직하고, 1∼45질량％가 보다 바람직하다. 상기 범위 내이면 혼합물의 성형성을 해치지 않고, 조밀층(10), 제1 비조밀층(20) 또는 제2 비조밀층(30)의 세공 용적 및 미세공 비율을 바람직한 것으로 할 수 있다.

≪점토류≫

본 발명에 있어서의 점토류는, 일반적으로 요업 원료로서 사용되는 점토상의 성상을 나타내는 광물 재료이고, 규조토 이외의 것이다. 점토류는 세라믹스 소결체에 사용되는 공지된 것을 사용할 수 있고, 석영, 장석, 및 점토계 등의 광물 조성으로 구성되고, 구성 광물은 카올리나이트를 주로 하고, 헬로이사이트, 몬모릴로나이트, 또는 일라이트를 포함하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 소결시의 크랙의 진전을 억제하여, 판상 세라믹스(1)의 파괴를 막는 관점에서 입경이 500㎛ 이상인 석영의 조립을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 석영의 조립은 입경이 5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 점토류로는, 예를 들면 와목 점토 등을 들 수 있다. 점토류는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 적절히 조합하여 배합할 수 있다.

혼합물 중의 점토류의 배합량은 판상 세라믹스(1)의 용도나, 성형성을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 5∼60질량％가 바람직하고, 5∼45질량％가 바람직하고, 10∼40질량％가 보다 바람직하다.

상기 범위 내이면 혼합물의 성형성을 해치지 않고, 또한 원활하게 성형할 수 있음과 함께, 판상 세라믹스(1)의 강도를 충분한 것으로 할 수 있다.

≪유기 슬러지≫

유기 슬러지는, 주성분으로서 유기물을 함유하는 슬러지이다. 유기 슬러지는 임의의 것을 사용할 수 있고, 하수나 공장 등의 배수 처리에서 유래하는 활성 슬러지가 특히 바람직하다. 활성 슬러지는 활성 슬러지법을 이용한 배수 처리 설비로부터, 응집 및 탈수 공정을 거쳐 배출된다. 이러한 유기 슬러지를 사용함으로써, 세공 또는 미세공을 형성할 수 있다. 또한 폐기물로서 자리 매김되었던 배수 처리 유래의 활성 슬러지를 원료로서 재차 이용할 수 있다.

유기 슬러지의 함수율은, 예를 들면 60∼90질량％가 바람직하고, 65∼85질량％가 보다 바람직하다. 상기 범위 내이면, 후술하는 혼합 공정에서 균질한 혼합물이 얻어짐과 함께, 성형 공정에 있어서도 양호한 성형성을 유지할 수 있기 때문이다.

유기 슬러지의 유기물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 유기 슬러지의 고형분 중의 유기물의 함유량(유기물 함유량)으로서 70질량％ 이상이 바람직하고, 80질량％ 이상이 보다 바람직하다. 상기 유기물 함유량은 상한값으로서 100질량％여도 된다. 상기 유기물 함유량이 많을수록, 세공의 형성이 용이해지기 때문이다. 유기물 함유량은 건조 후의 슬러지를 JIS M8812-1993에 준거하여 탄화 온도 700℃에서 회분(질량％)을 측정하고, 하기 (3)식에 의해 구해지는 값이다.

유기물 함유량(질량％)＝100(질량％)―회분(질량％) …(3)

유기 슬러지의 평균 입경은 판상 세라믹스(1)의 용도에 따라 결정할 수 있고, 바람직하게는 1∼5㎛, 보다 바람직하게는 1∼3㎛로 된다. 평균 입경이 작을수록, 조밀층(10)에 있어서의 세공의 형성이 용이하다. 평균 입경은 입도 분포 측정 장치(LA-920, 주식회사 호리바 제작소 제조)에 의해 측정되는 체적 기준의 메디안경(체적 50％경)이다.

혼합물 중의 유기 슬러지의 배합량은 판상 세라믹스(1)의 용도나, 성형성을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 1∼50질량％가 바람직하고, 5∼30질량％가 보다 바람직하고, 5∼20질량％가 더욱 바람직하다. 상기 범위 내이면 혼합물은 적당한 유동성과 가소성을 구비하여, 성형성이 향상되고, 성형 장치를 폐색하지 않고 원활하게 성형할 수 있기 때문이다. 또한, 조밀층(10), 제1 비조밀층(20) 및 제2 비조밀층(30)의 세공 용적과 미세공 비율을 바람직한 것으로 할 수 있다.

≪슬래그≫

슬래그는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 금속 정련시에 발생하는 고로 슬래그, 도시 쓰레기의 용융시에 발생하는 도시 쓰레기 용융 슬래그, 하수 슬러지의 용융시에 발생하는 하수 슬러지 용융 슬래그, 및 덕타일 주철 등의 주철시에 발생하는 주철 슬래그 등의 유리질 슬래그 등을 들 수 있고, 그 중에서도 조성이 안정되어 있기 때문에 안정된 발포 상태가 얻어짐과 함께, 다른 슬래그에 비해 1.5∼2배 정도의 발포율인 주철 슬래그가 보다 바람직하다. 슬래그를 배합함으로써, 공극(12, 24 및 34)을 형성하여, 투수 계수(물을 통과시키는 속도)의 저하를 억제할 수 있다.

혼합물 중의 슬래그의 배합량은 판상 세라믹스(1)의 용도나, 성형성을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 80질량％ 이하가 바람직하고, 30∼70질량％가 보다 바람직하고, 40∼60질량％가 더욱 바람직하다. 상기 범위 내이면, 혼합물의 성형성을 해치지 않고, 또한 원활하게 성형할 수 있음과 함께, 판상 세라믹스(1)의 기공률 또는 부피 비중을 최적 범위로 할 수 있다.

≪임의 성분≫

혼합물에는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서, 임의 성분을 배합해도 된다. 임의 성분으로는, 예를 들면 마이티 2000WH(상품명, 카오 주식회사 제조) 등의 나프탈린계의 유동화제, 멜멘트 F-10(상품명, 쇼와 덴꼬 주식회사 제조) 등의 멜라민계의 유동화제, 다렉스수퍼 100pH(상품명, 그레이스 케미컬즈 주식회사 제조) 등의 폴리카르복실산계의 유동화제 등, 은, 구리, 및 아연 등의 항균제, 제올라이트, 및 아파타이트 등의 흡착제, 그리고 금속 알루미늄 등을 들 수 있다.

혼합물에 임의 성분을 배합하는 경우, 임의 성분의 배합량은, 예를 들면 5∼10질량％의 범위로 결정하는 것이 바람직하다.

추가로, 혼합 공정에 있어서, 유기 슬러지가 바람직한 배합비로 배합되어 있는 경우에는, 유기 슬러지에 포함되는 물에 의해 혼합 공정에서 물을 첨가하지 않아도 되고, 혼합물의 유동성의 조정 등을 목적으로 하여 적당히 물을 배합해도 된다.

혼합물의 함수율은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 25∼45질량％가 바람직하고, 25∼30질량％가 보다 바람직하다. 상기 범위 내이면, 혼합물은 적당한 가소성과 유동성을 가져, 양호한 성형성을 유지할 수 있기 때문이다.

혼합 공정에 있어서의 각 성분의 혼합 순서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 규조토, 점토류, 유기 슬러지 및 슬래그를 한 번에 혼합 장치에 투입하여, 혼합하는 방법을 들 수 있다(1단 혼합 방식). 또한, 예를 들면 규조토와 유기 슬러지를 혼합하여 1차 혼합물을 얻고(제1 혼합 조작), 상기 1차 혼합물과, 점토류와, 슬래그를 혼합하여 혼합물을 얻어도 된다 (제2 혼합 조작)(이상, 2단 혼합 방식). 유기 슬러지는 점토류에 비해 유동성이 높기 때문에, 혼합시에 규조토의 기공에 우선하여 진입하는 것으로 추측된다. 이러한 혼합물을 성형하여 소성함으로써, 규조토의 기공에 충전된 유기 슬러지의 유기물이 휘발하여, 유기 슬러지가 충전된 양에 따라 규조토의 기공이 유지되는 것으로 생각된다.

제2 혼합 조작에서는 규조토를 추가로 첨가해도 된다.

혼합 공정은 제1 혼합 조작과 제2 혼합 조작을 갖는 것이 바람직하다. 우선, 제1 혼합 조작에서는 규조토와 유기 슬러지를 혼합함으로써, 적당한 유동성의 1차 혼합물이 얻어짐과 함께, 규조토의 기공에 유기 슬러지가 충전된다. 이어지는 제2 혼합 조작에서는 적당한 유동성을 갖는 1차 혼합물과, 점토류와, 슬래그를 혼합함으로써, 균질한 혼합물이 안정적으로 얻어진다. 제2 혼합 조작에서는 규조토의 기공에 유기 슬러지가 이미 충전되어 있기 때문에, 점토류는 규조토의 기공에 용이하게 진입할 수 없다. 이 때문에, 2단 혼합 방식으로 얻어지는 혼합물은 1단 혼합 방식으로 얻어진 혼합물에 비해, 유기 슬러지가 충전된 규조토의 기공의 비율이 더욱 높아진다. 이 결과, 혼합 공정을 2단 혼합 방식으로 함으로써, 보다 많은 규조토의 기공이 폐색하지 않고 유지되는 것으로 생각된다.

혼합 공정에 이용하는 혼합 장치는 특별히 한정되지 않고, 공지된 혼합 장치를 이용할 수 있다.

예를 들면, 혼합 장치로는, 믹스 멀러(도신 공업 주식회사 제조) 등의 혼련기나, 니더(주식회사 모리야마 제조), 및 혼합기(닛토 과학 주식회사 제조) 등을 들 수 있다.

혼합 공정에 있어서의 혼합 시간은 규조토와, 점토류와, 유기 슬러지와, 슬래그의 배합비나, 혼합물의 유동성 등을 감안하여 결정할 수 있고, 혼합물이 가소 상태가 되는 혼합 시간을 결정하는 것이 바람직하다. 혼합 시간은, 예를 들면 15∼45분간의 범위로 하는 것이 바람직하고, 25∼35분간의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

혼합 공정에 있어서의 온도는 특별히 한정되지 않고, 규조토와, 점토류와, 유기 슬러지와, 슬래그의 배합비나 함수율 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 40∼80℃의 범위로 하는 것이 바람직하고, 50∼60℃의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

＜성형 공정＞

성형 공정은 혼합 공정에서 얻어진 혼합물을 임의의 형상으로 성형하는 공정이다.

성형 방법은 공지된 성형 방법을 이용할 수 있고, 혼합물의 성상이나 다공질 세라믹스 소결체의 형상을 감안하여 결정할 수 있다. 성형 방법은, 예를 들면 성형기를 사용하여, 임의의 판 형상의 성형체를 얻는 방법, 혼합물을 임의의 형상의 몰드에 충전하여 성형체를 얻는 방법, 혹은, 혼합물을 연신 또는 압연한 후, 임의의 치수로 절단하는 방법 등을 들 수 있다.

성형기로는 진공 토련 성형기, 평판 프레스 성형기, 및 평판 압출 성형기 등을 들 수 있고, 그 중에서도 진공 토련 성형기가 바람직하다. 진공 토련 성형기를 사용하여 성형체 중의 공기를 제거함으로써, 조밀층(10)의 미세공 비율을 제어할 수 있다.

＜소성 공정＞

소성 공정은 성형 공정에서 얻어진 성형체를 건조시키고(건조 조작), 건조 시킨 성형체를 소성하고(소성 조작), 규조토 및 점토류 등을 소결하여 다공질 세라믹스 소결체를 얻는 공정이다.

≪건조 조작≫

건조 조작은 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 성형체를 자연 건조시켜도 되고, 50∼220℃의 열풍 건조로에서 임의의 시간 처리함으로써 건조시켜도 된다. 건조 성형체의 함수율은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 5질량％ 미만이 바람직하고, 1질량％ 미만이 보다 바람직하다. 건조 성형체의 함수율은 하한값으로서 0질량％여도 된다.

≪소성 조작≫

소성 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 롤러 허스 킬른 등의 연속식 소결로, 및 셔틀 킬른 등의 회분식 소결로를 사용융하여, 임의의 온도에서 소성하는 방법을 들 수 있다. 그 중에서도, 소성에는 생산성의 관점에서 연속식 소결로를 사용하는 것이 바람직하다.

소성 온도(도달 온도)는 규조토 및 점토류가 소결되고, 유기 슬러지에 포함되는 유기물이 열분해에 의해 휘발하여 감량되고, 슬래그가 팽창되는 조건이면 되고, 규조토와, 점토류와, 유기 슬러지와, 슬래그의 배합비나 유기 슬러지의 성분 등을 감안하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 소성 온도는 950∼1200℃가 바람직하고, 1000∼1100℃가 보다 바람직하다. 유기물의 대부분은 700℃ 전후에서 분해가 개시되고, 950℃에 있어서 유기 슬러지 특유의 악취는 악취 성분이 열분해되어 해소됨과 함께, 유기 슬러지 중의 유기물의 대부분이 휘발하여 감량된다. 또한, 슬래그의 대부분은 800∼850℃에서 결정화에 의해 팽창된다.

소성 온도가 1200℃를 초과하면, 다공질 세라믹스 소결체의 조직 전체의 유리화가 진행되어, 성형체가 파손되거나, 세공 또는 공극이 폐색될 우려가 있다.

소성 공정에서는 소성 온도에 도달하기까지, 성형체에서 우선 수분이 증발하고, 그 후 활성 슬러지의 유기물이 열분해를 거쳐 휘발한다. 이 과정에서, 온도 상승(히트 커브, 온도 구배)을 적절하게 조정함으로써, 급격한 수분의 증발 또는 급격한 유기물의 휘발을 억제하여, 형성물의 분쇄(폭파)를 방지할 수 있다. 또한, 소성 온도에 도달한 후의 급격한 냉각에 의해, 다공질 세라믹스 소결체에 균열이나 분쇄 등의 파손이 생기는 경우가 있다. 이러한 현상은, 특히 연속식 소결로에 있어서 현저하게 나타난다. 이 때문에, 소성 공정에는 온도 구배를 형성하는 것이 바람직하다.

온도 구배는 소성 장치의 규모 등을 감안하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 소성부의 유효 길이가 15m인 연속식 소결로를 사용하여 소성하는 경우, 연속식 소결로의 입구 및 출구를 상온(20℃±15℃)으로 하고, 연속식 소결로의 중앙부에 있어서의 소성 온도를 950℃∼1200℃로 하고, 성형체의 연속식 소결로 내의 통과 속도를 3∼4㎜/sec.로 하고, 이하의 온도 구배 조건으로 하는 것이 바람직하다.

온도 구배는 연속식 소결로를 균등한 거리의 10구역으로 구분하여, 연속식 소결로의 온도 구배를 입구측으로부터 0.4∼0.6℃／sec., 0.1∼0.2℃／sec., 0.3∼0.4℃／sec., 0.4∼0.6℃／sec., 0.7∼1.0℃／sec., 0.004∼0.005℃／sec., -0.4∼-0.2℃／sec., -0.8∼-0.5℃／sec., -0.4∼-0.3℃／sec., 및 -0.3∼-0.1℃／sec.로 하는 것이 바람직하다.

연속식 소결로에 있어서, 투입시에 있어서의 성형체의 함수율이 3질량％를 초과하는 경우, 소성 공정에서의 함유 수분의 급격한 기화에 의해, 성형체에 파열 혹은 폭쇄가 발생하거나, 활성 슬러지의 급격한 휘발에 수반하는 파손이 발생하거나 할 우려가 있다. 따라서, 예를 들면, 연속식 소결로 내를 상기 서술한 것과 같은 온도 구배로 제어함으로써, 성형체의 소성 공정에 있어서의 파손을 억제할 수 있다. 또한, 적절한 온도 구배를 형성함으로써, 3층 구조를 형성하여, 혹은 연통공을 형성하여, 판상 세라믹스(1)의 보수성, 확산성, 투수성 또는 냉각 효과를 높일 수 있다.

소성 시간은 소성 온도나 혼합물의 함수율 등을 감안하여 결정할 수 있고, 예를 들면 소성 온도에 있어서의 체류 시간이 바람직하게는 4∼10분간, 보다 바람직하게는 6.5∼7.5분간이다. 상기 범위 내이면, 판상 세라믹스(1)의 파손을 방지하면서, 양호하게 소성할 수 있다.

이렇게 하여 얻어진 판상 세라믹스(1)는, 그대로, 혹은 4개의 측면을 따라 측단으로부터 5㎝ 정도 절제하여, 녹화 기반 재료 등으로 사용할 수 있다. 판상 세라믹스(1)를 나란히 놓고 사용하는 경우, 측면끼리의 접촉 상태를 양호하게 하는 관점에서, 4개의 측면을 따라 측단으로부터 5㎝ 정도 절제하는 것이 바람직하다.

판상 세라믹스(1)는 그라인더 등으로 표면을 깎아도 된다. 판상 세라믹스(1)는 표면을 깎음으로써, 흡수 속도를 향상시킨다. 또한, 판상 세라믹스(1)를 녹화 기반 재료 등으로 사용하는 경우에는, 판상 세라믹스(1)의 표면을 깎음으로써, 식물의 뿌리가 판상 세라믹스(1) 중에 파고들기 쉽게 되어, 식물의 고사를 막아, 식물의 성장을 촉진시킨다.

본 실시형태의 판상 세라믹스는, 세공 용적이 0.2㎤/g 이상, 미세공 비율이 30체적％ 이상이기 때문에, 보수성 및 확산성이 높다. 이것은, 연통공의 모세관 현상에 의해, 물을 신속하게 흡수하여 유지하기 위함이다. 또한, 판상 세라믹스에 침투한 물이 서서히 증산하여, 장기간에 걸쳐서 냉각 효과를 유지할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태의 판상 세라믹스는, 보수성 및 확산성이 우수하기 때문에 식물의 생육에 적합함과 함께, 보수한 물을 장기간에 걸쳐서 증산하기 때문에 냉각 효과가 높은 것이다.

본 실시형태의 판상 세라믹스는, 부피 밀도 0.7g/㎤ 이상의 조밀층과, 조밀층의 양면에 형성된 부피 비중 0.7g/㎤ 미만의 비조밀층으로 이루어지는 3층 구조를 갖기 때문에, 단열성 및 방음성이 우수함과 함께, 투수성을 유지하면서 보수성과 확산성의 향상이 도모되고 있다. 예를 들면, 제1 면(22)을 연직 방향 상방으로 하고, 제1 면(22)에 물을 따르면, 낮은 부피 비중의 제1 비조밀층(20)은 투수성이 높기 때문에, 따라진 물이 신속하게 흘러내려, 조밀층(10)에 도달한다. 조밀층(10)에 도달한 물은, 조밀층(10)에 형성된 연통공의 모세관 현상에 의해, 연직 방향 하방뿐만 아니라, 수평 방향으로도 확산된다. 이렇게 하여, 제1 면(22)에 따라진 물은, 판상 세라믹스(1) 내에 신속하게 확산되고, 또한 판상 세라믹스(1)에 유지된다.

본 실시형태의 판상 세라믹스는, 보수성 및 확산성이 우수함과 함께, 양호한 냉각 효과를 장기간 유지할 수 있기 때문에, 녹화 기반 재료, 식물 재배기, 및 건물 내외의 단열 재료 외에, 건축물 또는 지표의 온도 상승을 억제하므로, 지붕재, 외벽재, 또는 보도 혹은 주차장 등의 지표 혹은 지중에 매설되는 부설 재료 등의 용도에 바람직하고, 특히 녹화 기반 재료에 바람직하다.

또한, 본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 판상 세라믹스는 유기 슬러지가 규조토의 기공에 충전된 상태의 성형체를 성형하여 소성하기 때문에, 소결시에 상기 유기 슬러지의 유기물이 휘발하여, 규조토의 기공을 유지할 수 있다. 또한, 판상 세라믹스에는, 성형체 중의 유기 슬러지의 유기물이 소성시에 휘발하여 형성된 세공이 형성된다. 또한, 판상 세라믹스에는, 성형체 중의 슬래그가 소성시에 팽창함으로써 공극이 형성된다. 이 결과, 세공과 공극을 갖는 판상 세라믹스를 얻을 수 있다.

유기 슬러지는 점토류에 비해 유동성이 높기 때문에, 혼합 공정에서는 우선적으로 규조토의 기공에 진입하는 것으로 추측된다. 유기 슬러지가 충전된 규조토의 기공에서는, 소결시에 유기 슬러지의 유기물이 휘발하여, 규조토의 기공이 유지 되는 것으로 생각된다. 또한, 유기 슬러지를 함유하는 성형체를 소성함으로써, 유기 슬러지의 유기물의 휘발에 의해 판상 세라믹스에 많은 세공이 성형되고, 추가적으로 연통공이 형성된다. 또한, 혼합 공정은 제1 혼합 조작과 제2 혼합 조작을 가짐으로써, 규조토의 기공으로의 점토류의 진입을 효과적으로 방지하여, 세공의 형성을 용이하게 한다.

본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 3층 구조의 판상 세라믹스를 얻을 수 있다. 3층 구조가 형성되는 이유는, 다음과 같이 추측할 수 있다. 소성 공정에 있어서, 우선, 성형체는 표면 근방이 임의의 온도가 되고, 세공 및 공극이 형성되고, 소결되어 제1 및 제2 비조밀층이 형성된다. 이어서, 성형체의 중심 근방이 임의 온도가 되고, 중심 근방에 세공 및 공극이 형성된다. 이 때, 표면 근방에 기공이 형성되어 이미 소결되어 있기 때문에, 중심 근방에 존재하는 슬래그가 충분히 팽창할 수 없어, 공극의 용적이 잘 증대되지 않는다. 이 때문에, 제1 비조밀층과 제2 비조밀층 사이에, 비조밀층보다 부피 비중이 높은 조밀층이 형성되는 것으로 생각된다.

본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 종래, 폐기물로서 여겨지고 있던 유기 슬러지를 원료로서 활용할 수 있기 때문에, 환경면에 대한 배려에도 바람직하게 대응할 수 있다. 또한, 유기 슬러지는 용이하고 또한 대량으로 입수 가능한 원료이고, 원료 조달면에서 우위이다. 게다가, 유기 슬러지는 함수율이 높기 때문에, 혼합 공정에 있어서 물을 첨가하는 작업을 생략할 수 있다.

본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

상기 서술한 실시형태에서는, 다공질 세라믹스 소결체가 판 형상으로 되어 있지만, 본 발명은 세공 용적 0.2㎤/g 이상, 미세공 비율이 30체적％ 이상이면 되고, 다공질 세라믹스 소결체의 형상을 용도에 따라 선택할 수 있다. 예를 들면, 다공질 세라믹스 소결체의 형상은 화분 형상으로 되어 있어도 되고, 펠릿 형상이어도 되고, 판상 세라믹스를 가로세로 1∼50㎜ 정도로 분쇄한 과립 형상이어도 된다. 또한, 미리, 가로세로 1∼50㎜ 정도의 과립 형상로 소결한 것이어도 된다. 과립 형상의 것은, 그대로, 또는 벽재나 노면재에 사용되는 블록이나 타일의 원료로서도 사용할 수 있어, 보수, 확산, 냉수, 단열, 및 차음성 등이 우수한 건축 또는 토목 재료가 얻어진다.

상기 서술한 실시형태에서는, 제1 및 제2 비조밀층이 형성되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 다공질 세라믹스 소결체는 조밀층만으로 구성되어 있어도 되고, 비조밀층만으로 구성되어 있어도 되고, 조밀층의 일방의 면에만 비조밀층이 형성되어 있어도 된다. 조밀층만으로 구성된 다공질 세라믹스 소결체는 각 원료의 배합 비율, 소성 조건을 조절함으로써 얻을 수 있다.

상기 서술한 실시형태에서는, 조밀층과 비조밀층이 적층된 것이지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 조밀층을 핵으로 하고, 이 조밀층을 피복하도록 비조밀층이 형성된 것이어도 된다.

상기 서술한 실시형태에서는, 조밀층에 공극이 형성되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 조밀층에 공극이 형성되어 있지 않아도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 비조밀층에 공극이 형성되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 비조밀층에 공극이 형성되어 있지 않아도 된다.

공극이 형성되어 있지 않은 조밀층 또는 비조밀층은, 성형체에 슬래그를 배합하지 않음으로써 얻을 수 있다.

상기 서술한 실시형태에서는, 혼합물에 규조토가 배합되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 혼합물에 규조토가 배합되어 있지 않아도 된다. 규조토를 배합하지 않음으로써, 규조토 유래의 세공 용적을 저감시킬 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 나타내어 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 기재에 의해서 한정되는 것은 아니다.

(사용 원료)

실시예에 사용한 원료는, 다음과 같다.

＜유기 슬러지＞

이하의 실시예에 있어서의 유기 슬러지로는, 염색 공장(고마쓰 세렌 주식회사, 미카와 공장)의 활성 슬러지법에 의한 배수 처리 설비로부터 응집·탈수 공정을 거쳐 배출된 활성 슬러지를 사용하였다. 이 활성 슬러지의 유기물 함유량(대 고형분)은 83질량％였다.

＜점토류＞

점토류로는, 와목 점토(기후현산 또는 아이치현산)를 사용하였다.

＜규조토＞

규조토로는, 노토 지구산 내화 벽돌의 원료로, 함수율이 5질량％인 분말상의 규조토를 사용하였다.

＜슬래그＞

슬래그로는, 주철 슬래그를 사용하였다. 이 주철 슬래그는, SiO₂, Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃, FeO, MgO, MnO, K₂O, 및 Na₂O를 주성분으로 하는 덕타일 주철 슬래그이다.

(실시예 1)

표 1의 혼합물의 조성에 따라, 유기 슬러지와 규조토를 믹스 멀러(도신 공업 주식회사 제조)로 혼합하여 1차 혼합물을 얻고(제1 혼합 조작), 1차 혼합물에 점토류와 슬래그를 첨가하고, 다시 혼합하여, 가소 상태의 혼합물을 얻었다(제2 혼합 조작). 얻어진 혼합물을 진공 토련 성형기(다카하마 공업 주식회사 제조)로 성형하여, 폭 60㎝, 두께 2㎝의 띠 형상의 1차 성형체를 얻었다. 이 1차 성형체를 임의의 피치와 폭으로 절단하여, 두께 2㎝의 약 정방형의 평판 형상의 성형체를 얻었다(성형 공정).

얻어진 성형체를 열풍 건조기로 건조(180℃, 0.5시간)시키고, 함수율 1질량％ 이하로 한 후, 연속식 소결로를 사용하여, 표 1에 나타내는 소성 조건으로 소성하였다. 소성 후, 판상 세라믹스의 4개의 측면을 따라 측단을 절제하여, 폭 50㎝×길이 50㎝×두께 4㎝의 판상 세라믹스(A 사이즈)와, 폭 25㎝×길이 25㎝×두께 4㎝의 판상 세라믹스(B 사이즈)와, 폭 16.7㎝×길이 16.7㎝×두께 4㎝의 판상 세라믹스(C 사이즈)를 얻었다(소성 공정). 얻어진 판상 세라믹스는 상기 정방형의 양 평판면에 있어서 구조상 차이는 없어, 어느 면이나 표면 또는 이면으로서 사용할 수 있다. 얻어진 판상 세라믹스를 그라인더로 깎은 면을 표면, 깎지 않은 면을 이면으로 하였다. 얻어진 판상 세라믹스는 그라인더로 표면만을 1㎜ 정도 깎고, 이면은 깎지 않고 사용하였다.

얻어진 판상 세라믹스의 조밀층 및 제1 비조밀층에 대해서, 각각의 세공 용적, 체적비 세공 용적, 미세공 용적, 미세공 비율, 부피 비중, 및 기공률을 구함과 함께, 판상 세라믹스의 굽힘 강도, 포화 함수율, pF값별 수분량, 및 열전도율을 측정하였다.

또한, 얻어진 판상 세라믹스의 단면은, 도 1에 나타내는 것이었다.

연속식 소결로로는, 롤러 허스 킬른(소결로의 유효 길이: 전체 길이 15m, 소결로를 각 1.5m의 1∼10구역으로 분할)을 사용하였다.

(비교예 1)

표 1의 혼합물의 조성에 따라, 규조토와, 점토류와, 슬래그를 믹스 멀러로 혼합하여 혼합물을 얻었다(혼합 공정). 얻어진 혼합물을 실시예 1과 동일하게 하여 성형체를 얻고, 소성하여, A∼C 사이즈의 판상 세라믹스를 얻었다. 얻어진 판상 세라믹스는 실시예 1과 동일하게, 그라인더로 표면만을 1㎜ 정도 깎고, 이면은 깎지 않고 사용하였다.

얻어진 판상 세라믹스에 대해서, 실시예 1과 동일하게 세공 용적, 체적비 세공 용적, 미세공 용적, 미세공 비율, 부피 비중, 기공률을 구하여 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 판상 세라믹스의 단면 사진을 도 3에 나타낸다.

(측정 방법)

＜부피 비중＞

각 층의 시험편의 외형 치수를 노기스에 의해 측정하여 체적을 구하였다. 동일 시험편을 절대 건조 상태로 하고, 전자 천칭으로 질량을 측정(절대 건조 상태 질량)하여, 하기 (4)식에 의해 비중을 산출하였다. 각 예의 시료(N) 수는 N＝10으로 하였다.

비중(g/㎤)＝［절대 건조 상태 질량(g)］/［체적(㎤)］…(4)

＜기공률＞

기공률은 JIS R2614-1985에 준거하여, 하기 (5)식에 의해 구하였다. 진비중은 시험편을 분쇄하여, 기공을 없앤 상태로 측정한 비중이다.

기공률(체적％)＝(진비중―부피 비중)÷진비중×100 …(5)

＜세공 용적, 미세공 용적, 미세공 비율, 메디안 세공 직경＞

각 예의 판상 세라믹스(A 사이즈)를 두께 방향으로 절단하고, 조밀층, 제1 비조밀층 및 제2 비조밀층의 각 층을 폭 15㎜×길이 40㎜×두께 7㎜로 잘라 내어, 시험편으로 하였다. 이 시험편에 대해서, JIS R1655에 준거하여, 하기 측정 조건으로 세공 용적 및 메디안 세공 직경을 측정하였다. 측정 결과의 차트로부터, 세공 용적, 미세공 용적, 및 미세공 비율을 산출하였다.

≪측정 조건≫

사용 장치: 오토 포어 9420(마이크로메리틱스사 제조)

사용 수은: 재생 수은

수은 표면 장력: 485dynes/㎝(0.485N/m)

수은 접촉각: 130°

측정 압력: 0.5∼60000psia(0.003∼414MPa)

산출한 방법에 대해, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4는, 실시예 1의 조밀층의 세공 용적의 측정 결과를 나타내는 차트이고, 가로축에 세공은 직경을 나타내고, 세로축 우측은 가로축의 직경의 세공 용적(단위 세공 용적)을 나타내고, 세로축 좌측은 세공 용적의 합계(세공 용적 합계)를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이 직경 3㎚∼360㎛의 세공 용적의 합계, 즉 세공 용적은 0.29㎤/g이었다. 직경 1∼360㎛의 세공 용적의 합계는 0.14㎤/g이고, 직경 0.01∼360㎛의 세공 용적의 합계는 0.28㎤/g이었다.

이상의 결과를 하기 (6)식에 적용시켜, 미세공 용적을 구하였다. 구한 미세공 용적과 세공 용적으로부터 미세공 비율을 구하였다.

제1 비조밀층의 측정 결과를 도 5에 나타내고, 비교예 1의 측정 결과를 도 6에 나타낸다.

미세공 용적＝［직경 0.01∼360㎛의 세공 용적의 합계］―［직경 1∼360㎛의 세공 용적의 합계］…(6)

＜체적비 세공 용적＞

체적비 세공 용적은, 하기 (7)식에 의해 구하였다.

체적비 세공 용적(㎤/㎤)＝세공 용적÷(1÷부피 비중) …(7)

＜굽힘 강도＞

JIS R5201에 준거하여 측정하였다.

＜포화 함수율＞

비중을 측정한 샘플(N＝10)을 물에 60분간 침지한 후, 상기 표면을 위로 향하게 하여, 물로부터 샘플을 기울이지 않고 꺼내, 질량을 측정(포화 상태 질량)하여, 하기 (8)식에 의해 구하였다. 상기 표면을 위로 향하게 하여, 물로부터 샘플을 기울이지 않고 꺼냄으로써, 샘플로부터 물이 흘러 나가는 것을 막을 수 있다.

포화 함수율(질량％)＝［(포화 상태 질량―절대 건조 상태 질량)/절대 건조 상태 질량]×100 …(8)

＜pF값별 수분량의 측정＞

각 예의 판상 세라믹스(A 사이즈)에 대해서, 중앙부 및 사각의 근방부를 직경 42㎜×두께 40㎜의 약 원주형으로 도려내어, 포화 함수 상태로 한 것을 시료 기둥(5개)으로 하고, 이 시료 기둥을 전용의 로터 지그에 장착하였다. 원심분리기(형식: 50B-5, 주식회사 사쿠마 제작소 제조)에 장착된 로터(토양용 pF 측정용 15B-R8)에, 시료 기둥이 장착된 로터 지그를 장착하여, 650rpm, 30분간으로 원심 처리를 하였다. 이 때, 시료 기둥으로부터 분리된 수량을 pF값 1.5이하의 수분량으로 하였다.

이어서, 시료 기둥을 1540rpm, 30분간 원심 처리하고, 시료 기둥으로부터 분리된 수량을 pF값 1.5초과 2.7이하의 수분량으로 하고, 시료 기둥에 잔류한 수량을 pF값 2.7 초과의 수분량으로 하였다.

시료 기둥 5개의 건조시의 평균 질량은 46.4g, 시료 기둥(포화 함수 상태) 5개의 평균 질량은 73.8g, 시료 기둥 5개의 pF값 1.5 이하의 수분량의 평균값은 16.5g, 시료 기둥 5개의 pF값 1.5 초과 2.7 이하의 수분량의 평균값은 3.4g, 시료 기둥 5개의 pF값 2.7 초과의 수분량은 7.5g이었다.

＜열전도율의 측정＞

JIS A1412-2-1999에 준거하여, 시험체를 길이, 폭, 및 두께 방향으로 슬라이스하고, 길이 20㎝×폭 20㎝×두께 21.6㎜로 하여 측정하였다. 그 결과, 열류 밀도: 45.7W/㎡, 고온측의 온도: 26.1℃, 저온측의 온도: 16.8℃, 시험체 평균 온도: 21.5℃, 열저항: 17.5(㎡·K)/W, 및 열전도율: 0.123W/(m·K)였다.

표 1 및 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 판상 세라믹스는, 조밀층과, 조밀층의 양측에 형성된 비조밀층으로 이루어지는 3층 구조의 것이고, 세공 용적이 0.2㎤/g 이상이고, 또한 미세공 비율이 30체적％ 이상이었다.

한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 판상 세라믹스는, 단층 구조이고, 공극, 특히 밀리미터 오더의 거대한 공극이 단면 전체에 관찰되는 것이었다. 또한, 비교예 1의 판상 세라믹스는, 미세공 비율이 26체적％였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명을 적용한 실시예 1은, 굽힘 강도가 3.3N/㎟ 이상이고, 녹화 기반 재료에 대한 적용이 충분한 강도였다. 또한, pF값 2.7 이하의 수분량이 72.6질량％였다. 일반적으로, pF값 2.7이하의 물은 식물이 생육에 이용할 수 있는 것이다. 이 점에서, 실시예 1의 판상 세라믹스에 보수 된 물은 녹화 기반 재료로서 이용할 수 있는 상태로, 보수되어 있는 것을 알 수 있었다.

(실험예 1) 확산성(수평)

도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 판상 세라믹스(B 사이즈)(100)을 4장 나란히 놓아 시험 바닥(101)으로 하였다. 이 시험 바닥(101)의 정상부(102)의 근방의 위치(P)에, 튜브(120)에 의해 물 4000㎤를 관주(공급 속도: 50㎤/min., 80분간)하였다. 관주는 판상 세라믹스의 상기 표면에 실시하였다.

관주 개시부터 관주 종료까지의 사이에, 시험 바닥(101)으로부터의 물의 누설은 관찰되지 않았다. 또한, 관주한 물은 시험 바닥(101) 전체에 침투되어 있었다.

이 결과로부터, 본 발명을 적용한 판상 세라믹스는 수평 방향으로의 확산성이 우수한 것을 알 수 있었다.

(실험예 2) 확산성(15°경사)

도 8a에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 판상 세라믹스(C 사이즈)(110)를 9장 나란히 놓아 시험 바닥(112)으로 하였다. 도 8b에 나타내는 바와 같이, 이 시험 바닥(112)을 제1 변(114)으로부터 제1 변(114)에 대향하는 제2 변(116)을 향해 내려가도록, 수평면에 대한 경사 각도θ＝15°로 설치하였다. 제1 변(114)의 근방의 위치(Q)에, 튜브(120)에 의해 물 4000㎤를 관주(공급 속도: 50㎤/min., 80분간)하였다. 관주는 판상 세라믹스의 상기 표면에 실시하였다. 관주 개시부터 관주 종료까지의 사이에, 시험 바닥(112)으로부터의 물의 누설은 관찰되지 않았다. 또한, 관주한 물은 시험 바닥(112) 전체에 침투되어 있었다.

이 결과로부터, 본 발명을 적용한 판상 세라믹스는, 15°로 경사시켜도 수평 방향으로의 확산성이 우수한 것을 알 수 있었다.

(실험예 3) 식물 생육 시험

실시예 1의 판상 세라믹스(A 사이즈, 건조 질량: 6.9kg)를 포화 함수 상태로 하고, 판상 세라믹스의 상기 표면 위에 녹화용 인공 토양을 1㎝ 두께로 깔고, 세덤(Sedum)류를 재배하여 녹화 기반(kg)으로 하였다. 이 녹화 기반을 2개(녹화 기반 A, B) 준비하여 무관수로 보관하고, 세덤의 생육 상황을 관찰함과 함께, 매일 오전 10시에 녹화 기반의 질량을 측정하였다. 질량 측정의 결과를 도 9에 나타낸다.

본 시험에 사용한 녹화용 인공 토양은, 야자 껍질 숙성 퇴비: 50질량％, 버미큘라이트: 20질량％, 가누마토(세립): 20질량％, 피트 모스: 10질량％, 유니믹스 플러스Ⅱ: 750g/㎥, 및 마그암프 IIIBB-SS: 1kg/㎥의 혼합물이다.

도 9는 가로축에 보관 일수, 세로축에 녹화 기반의 질량을 나타내는 그래프이고, 그래프 중 범례(a)는 녹화 기반 A, 범례(b)는 녹화 기반 B를 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 보관 개시 첫날의 녹화 기반 A의 질량은 9.2kg, 녹화 기반 B의 질량은 10.1kg이었다. 28일간의 무관수 보관 후, 녹화 기반 A의 질량은 7.35kg, 녹화 기반 B의 질량은 7.75kg이었다. 또한, 재배한 세덤류는 28일 경과 후에 있어서도 고사하지 않았다. 이들 결과로부터, 28일의 무관수 보관에 있어서, 판상 세라믹스 내에 미량의 수분이 잔존하고 있는 것으로 추측되었다.

(실험예 4) 증산량의 측정

이하, 실험예 4-1∼실험예 4-2에 대해서는, 실시예 1에서 얻어지는 판상 세라믹스의 표면 및 이면을 깎지 않고 사용하였다.

＜실험예 4-1＞

상기 판상 세라믹스(A 사이즈, 건조 질량: 9.6kg)의 상기 표면에 2.64kg의 물을 관수한 것을 시료로 하였다. 이 시료를 옥외에 설치하고, 시료의 질량 추이를 2일간에 걸쳐 측정하였다. 관수는 오전 5시에 실시하고, 1시간마다 시료의 질량을 측정하여, 1시간마다의 시료의 질량 감소량을 구하였다. 도 10a에 1일째의 시료의 질량 감소량의 추이를 나타낸다. 또한 2일째의 오전 5시에 2.64kg의 물을 시료에 관수한 후, 1시간마다 시료의 질량을 측정하여, 1시간마다의 시료의 질량 감소량을 구하였다. 도 10b에 2일째의 시료의 질량 감소량의 추이를 나타낸다.

＜실험예 4-2＞

판상 세라믹스 단체를 대신하여, 상기 판상 세라믹스(A 사이즈)의 상기 표면 상에 녹화용 인공 토양을 1㎝ 두께로 깔고, 세덤류를 심은 것을 시료로 한 것 이외에는, 실험예 4-1과 동일하게 하여, 시료의 질량 감소량을 구하였다. 그 결과를 도 10a 및 10b에 나타낸다.

＜실험예 4-3＞

상기 판상 세라믹스를 사용하지 않고, 녹화용 인공 토양을 80㎜ 두께로 깔아 시료로 한 것 이외에는, 실험예 4-1과 동일하게 하여, 시료의 질량 감소량을 구하였다. 그 결과를 도 10a 및 10b에 나타낸다.

＜실험예 4-4＞

상기 판상 세라믹스를 사용하지 않고, 녹화용 인공 토양을 80㎜ 두께로 깔고, 그 위에 금잔디를 재배하여 시료로 한 것 이외에는, 실험예 4-1과 동일하게 하여, 시료의 질량 감소량을 구하였다. 그 결과를 도 10a 및 10b에 나타낸다.

도 10a는 1일째의 시료의 질량 감소의 추이를 나타내는 그래프이고, 가로축에 측정 시각, 세로축에 시료의 질량 감소량을 나타낸 것이다. 도 10b는 2일째의 시료의 질량 감소의 추이를 나타내는 그래프이고, 가로축에 측정 시각, 세로축에 시료의 질량 감소량을 나타낸 것이다. 도 10a 및 10b 중, 범례 (c-1)은, 실험예 4-1의 결과를 나타내고, 범례(c-2)는, 실험예 4-2의 결과를 나타내고, 범례(c-3)은, 실험예 4-3의 결과를 나타내고, 범례(c-4)는, 실험예 4-4의 결과를 나타낸다.

도 10a 및 10b에 나타내는 바와 같이, 판상 세라믹스만의 실험예 4-1 및 판상 세라믹스에 세덤류를 재배한 실험예 4-2는, 금잔디를 재배한 실험예 4-4보다 단위 시간당 물의 증산량이 많았다. 또한, 실험예 4-1 및 4-2는, 녹화 인공 토양을 사용한 실험예 4-3보다 단위 시간당 물의 증산량이 적었다.

이들 결과로부터, 실험예 4-1 및 4-2는, 실험예 4-3보다 물의 증산이 장기간 유지되고, 또한 실험예 4-4보다 물의 증산에 의한 냉각 효과가 높은 것으로 추측할 수 있다.

본 발명은 식물의 생육에 적합하고, 또한 냉각 효과가 높은 다공질 세라믹스 소결체를 제공하기 때문에, 산업상 매우 유용하다.

1, 100, 110 판상 세라믹스
10 조밀층
14 세공
20 제1 비조밀층
30 제2 비조밀층

Claims

직경 3㎚∼360㎛의 세공 용적의 합계값인 세공 용적이 0.2㎤/g 이상이고, 상기 세공 용적에 있어서의 직경 0.01㎛ 이상 1㎛ 미만의 세공 용적의 합계값인 미세공 용적의 비율이 30체적％ 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹스 소결체.
제 1 항에 있어서,
직경 3㎚∼360㎛의 세공에 있어서의 메디안 세공 직경이 40㎛ 미만인 다공질 세라믹스 소결체.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
부피 비중이 0.7g/㎤ 이상인 층 형상의 조밀층을 갖는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹스 소결체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
부피 비중이 0.7g/㎤ 미만인 비조밀층을 갖는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹스 소결체.
제 4 항에 있어서,
상기 비조밀층은 상기 조밀층의 양면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹스 소결체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
녹화 기반 재료인 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹스 소결체.