JP2003183051A - 結晶化ガラス物品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶化ガラスや結晶性ガラスを用いて独立気
泡を均一に、かつ容易に形成することができる結晶化ガ
ラス物品及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 析出結晶量が５〜５０質量％の結晶化ガ
ラス小体及び／又は焼成すると析出結晶量が５〜５０質
量％の結晶化ガラスとなる性質を有する結晶性ガラス小
体に発泡剤を添加、混練し、成型した後、ガラスの粘度
が１０⁶から１０⁷ポイズを示す温度域で焼成する。この
ような方法により、析出結晶量が５〜５０質量％の結晶
化ガラスからなる生地中に独立気泡が均一に分散してな
り、生地中に占める独立気泡の割合が５０〜８５体積％
である結晶化ガラス物品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱材、吸音材、
軽量骨材などの建築用資材として用いられる独立気泡を
有する結晶化ガラス物品とその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、断熱材、吸音材、軽量骨材などの
建築用資材としてガラスウール、珪酸カルシウム、石膏
ボード、ロックウール、石綿スレート等の無機系断熱材
料、又はウレタン、フェノールフォームの有機系材料が
主に使用されている。

【０００３】近年、ガラスと発泡剤を用いて焼結させた
発泡断熱軽量建材が各種提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
を用いて独立気泡が存在する発泡断熱材料は、ガラスと
発泡剤を混合させる際にはできる限り両者を細かく粉砕
し、更にボールミルを用いて粉砕混合した後、結合剤を
用いて成形が行われている。このように、複雑な工程を
経てガラス発泡体を製造しているので、独立気泡が均一
に形成されないという品質の不安定性及びコスト高の問
題が生じている。

【０００５】本発明の目的は、結晶化ガラス及び／また
は結晶性ガラスを用いて独立気泡を均一、かつ容易に形
成することができる結晶化ガラス物品及びその製造方法
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の結晶化ガラス物
品は、析出結晶量が５〜５０質量％の結晶化ガラスから
なる生地中に独立気泡が均一に分散してなり、生地中に
占める独立気泡の割合が５０〜８５体積％であることを
特徴とする。

【０００７】また本発明の結晶化ガラス物品の製造方法
は、析出結晶量が５〜５０質量％の結晶化ガラス小体及
び／又は焼成すると析出結晶量が５〜５０質量％の結晶
化ガラスとなる性質を有する結晶性ガラス小体に発泡剤
を添加、混練し、成型した後、ガラスの粘度が１０⁶か
ら１０⁷ポイズを示す温度域で焼成することを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の結晶化ガラス物品は、特
定量の結晶を析出する結晶性ガラスおよび／または特定
量の結晶を有する結晶化ガラスの粉砕物と気泡を形成さ
せる発泡剤を混合使用して製造される。すなわち、結晶
性ガラス及び結晶化ガラスの軟化流動が開始する温度域
（１０⁶〜１０⁷ポイズ）と同じ温度域で分解する発泡剤
（ＳｉＣ）を選択調整することによって行われる。結晶
性ガラスの場合、ガラス小体が軟化流動しながら結晶が
析出する温度で発泡剤が分解し始めるため、急激なガラ
スの粘度低下が起こらないので、混合成形体は形状が大
きく崩れず、細かな独立した気泡が均一に分散された状
態になる。同様に結晶化ガラスの場合は、５〜５０質量
％の結晶が存在しているので、結晶性ガラスの場合とほ
ぼ同じ温度域で軟化流動するので独立気泡が均一に分散
した焼結成形体が得られる。

【０００９】本発明の結晶化ガラス物品は、結晶化ガラ
ス生地中に独立気泡が分散しているため、吸水性がな
く、断熱性を兼ね備えており、さらに結晶が骨材として
作用するため、気泡が存在しているにもかかわらず、機
械的強度の低下も少ない。また、各種の結晶化ガラスを
混合することによって建材として多様な外観を呈するこ
とができる。

【００１０】以下、本発明の結晶化ガラス物品を製造す
る方法を詳細に説明する。

【００１１】まず、焼成すると析出結晶量が５〜５０質
量％、好ましくは１０〜４０質量％の結晶性ガラス、又
は結晶量が５〜５０質量％、好ましくは１０〜４０質量
％の結晶化ガラスを、ボールミルまたはチューブミルを
用いて粉砕する。その後、目開きが２０メッシュのふる
いを用いて分級し、最大粒径０．８ｍｍのガラス小体を
得ることが好ましい。

【００１２】ガラス粉砕物の粒度を２０メッシュパスと
した理由は、最大粒径が０．８ｍｍを超えると成形体を
作製する際に圧粉体が崩れ易くなるためであり、粒度分
布は粉砕コストが許す限り細かい方が好ましい。

【００１３】析出結晶量を上記の様に限定した理由は、
結晶の析出量が５質量％未満ではガラス質が多いため
に、焼成時の粘度が低くなり過ぎて発泡剤の分解速度が
速くなり気泡が大きくなると共に独立した気泡が得にく
くなる。一方結晶量が５０質量％を超えると、ガラス質
が少なくなり焼成時の粘度が高くなりすぎて、発泡剤が
分解し難くなり、気泡が偏って分散が悪くなる。そのた
め気泡が均一に分散した成形体が得られない。さらに結
晶量が上記の特定した範囲を超えると、断熱性及び機械
的強度が劣化する。

【００１４】なおガラス小体は、結晶量が前記に示した
５〜５０質量％範囲であれば、従来の結晶化ガラス物品
の製造工程中で発生した切りくずを同様に粉砕して使用
することもできる。

【００１５】使用できる結晶性ガラス又は結晶化ガラス
の組成は、析出結晶量が上記範囲内であれば特に限定さ
れるものではなく、例えば主結晶としてβ−ウオラスト
ナイト、ディオプサイト、フォルステライト、ガーナイ
ト、アノーサイト、デビトライト等の結晶が析出する結
晶性ガラスや結晶化ガラスを使用することができる。特
に質量％でＳｉＯ₂ ４０〜７７％、Ａｌ₂Ｏ₃０．５〜
２５％、ＣａＯ ０．５〜２５％、ＺｎＯ ０〜１８
％、ＢａＯ ０〜１８％、Ｎａ₂Ｏ ０．５〜２５％、
Ｋ₂Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ₂Ｏ ０〜４％、着色酸化物
（Ｆｅ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｒ₂Ｏ₃等） ０〜３％
の組成を有し、主結晶としてβ−ウオストライトを析出
する結晶性ガラスや結晶化ガラス、或いは質量％でＳｉ
Ｏ₂ ４０〜６０％、Ａｌ₂Ｏ₃ １０〜２５％,ＭｇＯ
０〜１０％,ＺｎＯ ０〜１０％,ＭｇＯ＋ＺｎＯ ３〜
１５％、Ｂ₂Ｏ₃ ２〜１５％、Ｎａ₂Ｏ ４〜１３％、Ｋ₂
Ｏ０〜５％、ＣａＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、Ｔｉ
Ｏ₂ ０〜５％、ＺｒＯ₂ ０〜５％、ＴｉＯ₂＋ＺｒＯ₂
０．５％〜８％、Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜１％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１
％、着色酸化物（Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＭｎＯ₂、
Ｃｒ₂Ｏ₃等）０〜３％の組成を有し、主結晶としてフォ
ルステライトまたはガーナイトを析出する結晶性ガラス
や結晶化ガラスを使用することが望ましい。

【００１６】次に結晶性ガラス又は結晶化ガラスからな
るガラス小体に、同様の粒度分布を持った発泡剤、好まし
くは炭化珪素（ＳｉＣ）を添加する．ガラス小体と発泡
剤の混合割合は、質量比で９９．８：０．２〜９５：５
であることが好ましい。発泡剤が０．２質量％より少な
いと発泡性が弱く気泡が少なくなり、５質量％より多く
なると発泡性が強くなり過ぎ所望の成形体が得にくくな
る。好ましくは、０．５〜３重量％である。この時に成
形性を良くするために水を１〜５重量％程度添加しても
よい。又無機顔料粉末を０．１〜１０重量％添加しても
良い。

【００１７】続いて、得られた混合物を所望の形状に成
型する。成型に当たってはプレス成型、押し出し成型等
の方法を用いることができる。

【００１８】その後、成形体をガラスの粘度が１０⁶〜１
０⁷ポイズを示す温度で焼成する。成形体を加熱すると、
まず成型体中の水分等が揮発し、そしてガラスの粘度が
１０⁷ポイズ付近になると軟化し始める。また結晶性ガ
ラスを用いた場合、軟化と同時に結晶が析出し始める。
この温度域においてガラスの粘度が急激に低下せずに徐
々に軟化していくと、発泡剤の分解が始まり均一な独立
気泡が生成し、発泡成形体が得られる。

【００１９】更に、焼成温度を１０⁶〜１０⁷ポイズとな
るように温度域を限定した理由は、発泡を制御して、独立
気泡の割合を５０〜８５体積％とし、焼成体の密度を
０．４〜０．７ｇ／ｃｍ³にするためである。

【００２０】上記した組成系の結晶化ガラスにおいて、
この範囲内の密度であると焼結体の断熱性がよく、機械
的強度が保持できる。

【００２１】この温度域より焼成温度が低いと発泡が十
分に行われないため独立気泡が５０体積％未満となり易
く、その結果、密度が高くなり、断熱性が低下する。一
方この温度域より高い温度で焼成すると、発泡が強くな
るために独立気泡が８５体積％を超え易く、所望の形状
が得にくくなり、機械的強度が急激に低下する。

【００２２】なお、ガラスの粘度が１０⁶〜１０⁷ポイズ
となる温度は、平行板式粘度計を用いて測定することが
できる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

【００２４】表１は、実施例１〜３及び比較例１を示す

【００２５】

【表１】

【００２６】得られた試料について、主結晶、結晶量、
１０⁶〜１０⁷ポイズの温度、発泡状態、吸水性、気泡の
割合、密度、熱伝導率及び圧縮強度の測定結果を表１に
示す。

【００２７】(実施例１)まず重量％ＳｉＯ₂ ６４％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ５％、ＣａＯ １４％、ＺｎＯ ５％、Ｂａ
Ｏ ５％、Ｎａ₂Ｏ ３％、Ｋ₂Ｏ ２％、Ｌｉ₂Ｏ
０．５％、Ｂ₂Ｏ₃１％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０．４％の組成を有
するように調合したガラス原料を１５００℃で１２時間
溶融し、この溶融ガラスを水中に投入して水砕し、乾燥
後、ロールクラッシャーにて粉砕し、最大粒径が０.８
ｍｍ以下の結晶性ガラス小体を得た。

【００２８】次に発泡剤としてＳｉＣをガラス小体と同
様に最大粒径が０．８ｍｍ以下の粉末に粉砕した物を用
意し、ガラス小体に添加し混錬した。この時の添加の比
率は、質量比で結晶性ガラス小体９８に対してＳｉＣ粉
末２とし、また約３質量％の水を加えて混錬した。

【００２９】続いてこの混錬物をプレス機にて３００×
３００×２０ｍｍの大きさの成形体を得た。

【００３０】その後、成形体を耐火性の蓋つき耐火性型
枠に入れて、３００℃／時間の昇温速度で、９５０℃で
１時間保持して発泡焼結体を得た。次にこの焼結体を２
５０×２５０サイズにダイヤモンドホイールを用いて周
囲を切断した。断面を観察すると均一に独立気泡が分散
していた。吸水性は無く、独立気泡の割合は８０体積％
であった。さらに、切断片を用いて密度を測定すると
０．５４ｇ／ｃｍ³であり、断熱性を示す熱伝導率は
０．３０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃、また圧縮強度は７．
６５ＭＰａであった。

【００３１】ところで、この結晶性ガラスの結晶量を確
認するために、水砕したガラスの一部を耐火性の容器に
集積した後、１１００℃で２時間焼成して結晶化ガラス
を得た。この結晶化ガラスは、Ｘ線回折の結果、主結晶が
β-ウォラストナイトで、析出結晶量が約３０質量％で
あった。結晶性ガラスについて、平行板式粘度計により
１０⁶及び１０⁷ポイズの粘度における温度を測定したと
ころ、１０⁶ポイズでは１０２０℃、１０⁷ポイズでは９
１０℃であった。

【００３２】なお、吸水性は、切り出した試料を水中に
入れて泡が発生しないものを吸水性無し、泡が発生する
ものは吸水性有りとして表した。

【００３３】気泡の割合（気孔率）は、（理論密度―測
定密度）／理論密度×１００（体積％）で算出した。こ
こで理論密度とは、結晶化ガラス又はガラスの密度を、
測定密度とは、気泡を含む結晶化ガラス又はガラスの密
度を意味する。

【００３４】なお密度は、２ｃｍ立方の大きさに切り出
した試料の体積と質量を測定して、質量／体積から算出
した。

【００３５】また断熱性を確認するための熱伝導率は、
真空理工製熱定数測定装置（ＴＣ−３０００型）を用い
てレーザーフラッシュ法によって測定した。なお熱伝導
率が高いほうが断熱性が悪いことを示している。

【００３６】機械的強度を確認するために、ＪＩＳ Ａ
９５１０に準じて、圧縮強度を測定した。

【００３７】（実施例２）実施例１と同様の組成を有す
る結晶性ガラスを水砕した後、１１００℃で２時間焼成
して得た結晶化ガラスをロールクラッシャーで粉砕し、
最大粒径が０．８ｍｍ以下の結晶化ガラス小体を得た。
この結晶化ガラスをＸ線回折にて析出結晶量を確認する
と、実施例１と同様に約３０質量％であり、主結晶もβ
―ウォラストナイトであった。また同様にして、結晶化
ガラスについて平行板式粘度計により１０⁶及び１０⁷ポ
イズの粘度における温度を測定したところ、１０⁶ポイ
ズでは１０５０℃、１０⁷ポイズでは９３０℃であっ
た。

【００３８】次に実施例１と同じように発泡剤（Ｓｉ
Ｃ）を添加し、同様の成形体を得た。更に同様の耐火性
型枠及び耐火性蓋を用いて成形体を焼成して発泡焼結体
を得た。焼成条件は、３００℃／時間で昇温し、１００
０℃で１時間保持である。

【００３９】また同様にこの焼結体を切断して、断面を
確認すると均一に独立気泡が分散していた。また吸水性
は無く、独立気泡の割合は７６体積％であった。密度は
０．６３ｇ／ｃｍ³、熱伝導率は０．３５Ｋｃａｌ／ｍ
・ｈｒ・℃、圧縮強度は７．８５ＭＰａを示した。

【００４０】（実施例３）重量でＳｉＯ₂ ５５．０
％、Ａｌ₂Ｏ₃ １７．０％、ＭｇＯ ５．５％、ＺｎＯ
４．０％、Ｂ₂Ｏ₃ ９．０％、Ｎａ₂Ｏ ８．５％、
Ｋ₂Ｏ ２．５％、ＴｉＯ₂ ３．０％、ＺｒＯ₂ １．
５％、の組成になるように調合したガラス原料を１５０
０℃で１２時間溶融し、ロール成型して板状ガラスを得
た。この様にして得られた結晶性ガラスを耐火性のセッ
ターにアルミナシートを敷いて、１０５０℃で１時間焼
成して白色の結晶化ガラスを得た。さらにこの結晶化ガ
ラス板をロールクラッシャーにて粉砕することにより、
最大粒径０．８ｍｍ以下の結晶性ガラス小体を得た。

【００４１】次に実施例１と同様に発泡剤（ＳｉＣ）を
添加し、成形体を作製した。その後、成形体を同様の耐
火性枠及び蓋を用いて焼結させた。その焼成条件は、１
５０℃／時間で昇温し、９３０℃で１時間保持すること
である。

【００４２】このようにして得られた発泡焼結体の断面
を観察すると、均一に独立気泡が分散していた。吸水性
も無く、独立発泡の割合は８０体積％であった。発泡焼
結体の密度は０．４８ｇ／ｃｍ³で、熱伝導率は０．２
５Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃、圧縮強度は７．１６ＭＰａ
を示した。

【００４３】また得られた結晶化ガラスは、Ｘ線回折の
結果、析出結晶量は約１５質量％であり、主結晶として
フォルステライトとガーナイトが析出していた。

【００４４】また平行板式粘度計を用いて１０⁶及び１
０⁷ポイズの粘度における温度を測定したところ、それ
ぞれ９３０℃、８７０℃であった。

【００４５】（比較例）まず、通常の窓板ガラスを用意
し、実施例と同様に粉砕した後、成形体を得た。上記と
同様に１０⁶ポイズ及び１０⁷ポイズの粘度における温度
を測定したところ、それぞれ９００℃、８３０℃であっ
た。また同様に耐火性枠及び蓋を用いて焼成した。その
焼成条件は、３００℃／時間で昇温させ９００℃で１時
間保持であった。この焼結体は異常に発泡し型枠からは
み出した。また一部を切り出し断面観察すると、大きな
泡と小さい泡が不均質に発生し、独立気泡ではなく、泡
自体がつながった連続気泡であり、また吸水性があるこ
とが確認できた。熱伝導率が０．８５Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ
ｒ・℃と実施例の２．４〜３．４倍と大きいため断熱性
が悪いことがわかる。

【００４６】

【発明の効果】以上のごとく本発明の方法により得られ
る結晶化ガラス物品は、軽量で断熱性を有するため、断
熱材、吸音材、軽量骨材などの建築用資材として好適に
使用される。また本発明の結晶化ガラス物品は、結晶性
ガラス小体及び／または結晶化ガラス小体を用いて製造
することから、それぞれから発生する製品の切り屑を用
いることも可能であり、リサイクル商品でもある。ま
た、着色も容易であり建材としての用途が広まる。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2E001 DD01 DF04 GA12 GA43 HA11 JA18 2E162 CA25 4G062 AA01 AA11 AA12 BB01 BB03 CC09 DA05 DA06 DB02 DB03 DB04 DC01 DC03 DC04 DD01 DE01 DE02 DE03 DE04 DF01 EA01 EA02 EA03 EB01 EB02 EB03 EB04 EC01 EC02 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 EE04 EF01 EG01 EG02 EG03 EG04 FA01 FB01 FB02 FB03 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM01 NN33 QQ07 QQ20

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 析出結晶量が５〜５０質量％の結晶化ガ
   ラスからなる生地中に独立気泡が均一に分散してなり、
   生地中に占める独立気泡の割合が５０〜８５体積％であ
   ることを特徴とする結晶化ガラス物品。
2. 【請求項２】 質量％でＳｉＯ２ ４０〜７７％、Ａｌ
   ２Ｏ３ ０．５〜２５％、ＣａＯ ０．５〜２５％、Ｚ
   ｎＯ ０〜１８％、ＢａＯ ０〜１８％、Ｎａ２Ｏ
   ０．５〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜
   ４％、Ａｓ₂Ｏ₃０〜１％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％、着色酸
   化物 ０〜３％の組成を有し、主結晶としてβ−ウォラ
   ストナイトを析出してなることを特徴とする請求項１の
   結晶化ガラス物品。
3. 【請求項３】 質量％でＳｉＯ２ ４０〜６０％、Ａｌ
   ２Ｏ３ １０〜２５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＺｎＯ
   ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＺｎＯ ３〜１５％、Ｂ２Ｏ３
   ２〜１５％、Ｎａ２Ｏ ４〜１３％、Ｋ２Ｏ ０〜５
   ％、ＣａＯ ０〜５％、ＢａＯ ０〜５％、ＴｉＯ２
   ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５％、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２
   ０．５〜８％、Ａｓ2Ｏ3 ０〜１％、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜
   １％、着色酸化物 ０〜３％の組成を有し、主結晶とし
   てフォルステライトまたはガーナイトを析出してなるこ
   とを特徴とする請求項１の結晶化ガラス物品。
4. 【請求項４】 析出結晶量が５〜５０質量％の結晶化ガ
   ラス小体及び／又は焼成すると析出結晶量が５〜５０質
   量％の結晶化ガラスとなる性質を有する結晶性ガラス小
   体に発泡剤を添加、混練し、成型した後、ガラスの粘度
   が１０⁶から１０⁷ポイズを示す温度域で焼成することを
   特徴とする結晶化ガラス物品の製造方法。
5. 【請求項５】 発泡剤として炭化ケイ素を０．２〜５質
   量％添加することを特徴とする請求項４の結晶化ガラス
   物品の製造方法。
6. 【請求項６】 結晶化ガラス小体又は結晶性ガラス小体
   が、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７７％、Ａｌ２Ｏ３
   ０．５〜２５％、ＣａＯ ０．５〜２５％、ＺｎＯ ０
   〜１８％、ＢａＯ ０〜１８％、Ｎａ２Ｏ ０．５〜２
   ５％、Ｋ２Ｏ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜４％、Ａｓ₂
   Ｏ₃ ０〜１％、Ｓｂ₂Ｏ₃ ０〜１％、着色酸化物 ０
   〜３％の組成を有することを特徴とする請求項４の結晶
   化ガラス物品の製造方法。
7. 【請求項７】 結晶化ガラス小体又は結晶性ガラス小体
   が、質量％でＳｉＯ２ ４０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３ １
   ０〜２５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％、
   ＭｇＯ＋ＺｎＯ ３〜１５％、Ｂ２Ｏ３ ２〜１５％、
   Ｎａ２Ｏ４〜１３％、Ｋ２Ｏ ０〜５％、ＣａＯ ０〜
   ５％、ＢａＯ ０〜５％、ＴｉＯ２ ０〜５％、ＺｒＯ
   ２ ０〜５％、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２ ０．５〜８％、Ａ
   ｓ2Ｏ3 ０〜１％、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％、着色酸化物
   ０〜３％の組成を有することを特徴とする請求項４の
   結晶化ガラス物品の製造方法。