JP3074246B2

JP3074246B2 - 高強度無機発泡体の製造方法

Info

Publication number: JP3074246B2
Application number: JP07052449A
Authority: JP
Inventors: 正信江副; 朗金田
Original assignee: 内外セラミックス株式会社
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH08253352A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、軽量コンクリート用の骨材、軽
量モルタル用の細砂、鉄骨等の耐火被覆板、各種建造物
の断熱板等に有利に用いられる高強度無機発泡体の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、無機物の発泡体製品としては、
シラス、黒曜石、真珠岩等の火山ガラスを所定の粒度に
解砕し、これを単独で加熱して発泡せしめたものや、膨
張ヒル石、膨張頁岩等の膨張鉱物を所定の粒度に解砕
し、これを単独で加熱して膨張せしめたもの、また炭坑
ボタ、鉱滓、汚泥スラッジ等の産業廃棄物を微粉炭等と
共に造粒して焼成したもの、更には抗火石等の流紋岩系
軽石の微粉を、炭化珪素等の発泡剤と共に造粒して、焼
成したもの等が知られている。そして、これらの発泡粒
は、それぞれ特徴を持ち、軽量コンクリート用骨材、軽
量モルタル用の細砂、各種成形体の軽量充填物等として
有用であり、現在、大量に生産されているものである。

【０００３】しかしながら、これら従来の発泡体には、
更に改良を望まれている幾つかの問題点が内在してい
る。すなわち、それら従来の発泡体にあっては、その製
造時に焼成温度を高めた場合や、或いは発泡の度合いを
高めるために、発泡剤の配合量を多くして、比重を低下
せしめ、より軽いものとした場合に、機械的強度が極端
に低下するという問題点を有しているのである。具体的
な例を挙げれば、上記の各原料を用いて、比重が０．７
以下、直径が２〜５ｍｍ程度の発泡体を作製した場合
に、該発泡体を通常のモルタルミキサー等を用いてセメ
ントとの攪拌混合を行なうと、その半分以上の粒が破損
してしまい、目的とするより軽量の成形体が得られな
い、という問題点があったのである。

【０００４】そして、上記の問題点を解決する技術とし
て、本発明者らは、先に、表面がガラス質鉱物とカオリ
ナイト含有鉱物とから作られる磁器質のスキン層で覆わ
れ、内部が同材質の中に微小な気泡が独立して無数に充
填せしめられた構造を持つ、高強度の無機発泡粒と、そ
れを有利に製造し得る方法の発明を完成し、それについ
ての特許出願を行なった。

【０００５】しかして、この特許出願された発明におい
ては、原料として使用するガラス質鉱物が、抗火石であ
る場合においては、産地が偏在しているために、運送費
が高くなる問題があり、また黒曜石である場合において
は、埋蔵量が少ないことにより、価格が高いこと、更に
各種長石の場合においては、それらが通常精製されたも
のしか生産されていないために、黒曜石同様、かなり高
価な原料とならざるを得ない等の問題を、それぞれ、内
包しているものであった。

【０００６】

【解決課題】そこで、本発明は、かかる事情を背景とし
て為されたものであって、その解決課題とするところ
は、本発明者らが先に提案した発明の実現をより容易と
することが可能な、低価格で且つ入手し易い、新たな原
料を用いた高強度無機発泡体の製造方法を提供すること
にある。

【０００７】

【解決手段】そして、そのような課題を解決すべく、本
発明者らは更なる検討を鋭意行なったのであり、そし
て、その結果、長石に類似した化学組成を有し且つその
埋蔵量が長石以上に豊富であり、なお且つ広く国内に分
布しており、また不純物等を分離除去せしめる必要がな
く、採掘し、水洗いしただけの原鉱石を粉砕せしめるだ
けで、先の本発明者らの特許出願で使用したものと同等
の効果が得られる鉱物を見い出し、本発明に至ったので
ある。

【０００８】すなわち、本発明は、前記した課題を解決
すべく、花崗岩或いは風化花崗岩の微粉の１００重量部
と、粘土、カオリン、礬土頁岩等のカオリナイト含有鉱
物から選ばれた１種若しくは２種以上の鉱物の微粉の５
重量部以上、５０重量部以下と、炭化珪素、窒化珪素等
の発泡剤微粉の０．１重量部以上、３重量部以下とを均
一に混合し、必要があればこれに、ベントナイト、ワッ
クス、変性セルロース粉等の成形助剤や、ベンガラ等の
顔料を更に混合せしめ、そしてその得られた混合物を所
定の形状に成形した後、１０５０℃〜１２５０℃の温度
で焼成することを特徴とする高強度無機発泡体の製造方
法を、その要旨とするものである。

【０００９】

【具体的構成・作用】ところで、このような本発明に用
いられる花崗岩或いは風化花崗岩とは、その構成鉱物が
石英、長石、雲母等からなるものであり、また、それぞ
れの存在比率は、石英が約４０％、長石が約５５％、雲
母等が残りの約５％程度の割合であるのが、一般的であ
る。そして、それらの産地は、全国各地に分布してお
り、微量成分の種類、色の違いにより、色々な銘柄に区
別されているが、基本的な組成は大きく変わらず、何れ
のものを用いても、本発明を容易に実施することが可能
である。

【００１０】中でも、特に、風化花崗岩にあっては、粒
状に解砕し易い特徴を有しているので、これを細かく解
砕せしめ、次いで種々の工程を経ることによって、石英
粒、雲母粒を除去し、長石を取り出すことも、行なわれ
ている。しかしながら、本発明に適用する場合には、そ
れらの精製工程が全て不要となるのであって、以てより
経済性の高い原料となるのである。そして、それら各地
で産出する風化花崗岩のなかでも、岐阜県、愛知県で採
取されている「藻珪」、「砂婆」と呼ばれているもの
は、風化が適度に進み、粒径が１〜２０ｍｍ程度になっ
ているため、それは、本発明を実施するにあたって、原
料の粉砕が容易であり、非常に実用性の高い原料である
と言える。

【００１１】なお、通常の花崗岩は、建築材料、墓石等
として切り出されて使用されるものであるが、そうした
加工時に発生する切り屑等も、本発明においては、有利
に利用し得るものである。

【００１２】また、本発明において用いられるカオリナ
イト含有鉱物とは通称であり、鉱物学上のカオリナイト
の他に、加水ハロイサイト、ハロイサイト、デッカイ
ト、ナクライト等を主体とする鉱物、並びにカオリン鉱
物を主体とするカオリン粘土のことを意図するものであ
る。具体的には、チャイナクレー、ジョージアクレー等
と呼ばれているクレー類、礬土頁岩、蛙目粘土等であ
り、これらのうちのどれを用いても、また、それらのう
ちの幾つかを混合して用いても、本発明の目的は充分に
達成される。

【００１３】さらに、本発明に用いられる発泡剤として
は、炭化珪素或いは窒化珪素等があり、耐火材用或いは
各種セラミックス用に使われる従来と同じものが適宜に
用いられ得るものである。なお、特に限定するものでは
ないが、製品内部の気泡を小さく且つ数多く均質に分布
させるために、その粒径は小さい程好ましい。具体的に
は、平均粒径が５μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下
がよい。

【００１４】そして、本発明を実施するにあたっては、
原料の花崗岩粒或いは風化花崗岩を粉砕せしめる手段
は、特に限定されるわけではないが、粉砕せしめられた
原料粉の粒径は、その平均粒径が３０μｍ以下であるこ
とが望ましい。なぜなら、平均粒径が３０μｍを越える
ようになると、得られる発泡体の表面或いは内部の気泡
を隔離する壁に、未反応の珪石粒が現れ易くなり、比重
が少し大となる問題、また破壊強度が少し低下する問題
が生じてくるからである。

【００１５】また、本発明のもう一つの主原料であるカ
オリナイト含有鉱物粉の粒径は、後述するカオリナイト
含有鉱物粉の機能に係る理由によって、花崗岩や風化花
崗岩の粒径とは異なり、可能な限り細かいもの、具体的
には、平均粒径が２０μｍ以下、特に好ましくは１０μ
ｍ以下のものを用いることが望ましい。

【００１６】すなわち、本発明におけるカオリナイト含
有鉱物の機能は二つあり、その一つが、花崗岩、風化花
崗岩の粉と発泡剤との混合物を、水等を用いて一体化
し、造粒成形する時に、かかる混合物に塑性を持たせる
ためであり、他の一つは、花崗岩粉、風化花崗岩粉との
溶融反応性を高め、本発明の目的とする発泡体を構成す
る磁器質組成を、速く、確実に形成せしめるためであ
る。こうした理由から、本発明で用いるカオリナイト含
有鉱物粉の粒径は、花崗岩粉や風化花崗岩粉に比べて細
かくする必要があるが、通常のカオリナイト含有鉱物
は、その微細構造を見ると、珪酸アルミニウム化合物が
層を成しており、容易に粉砕せしめることが可能である
という特徴を有している。従って、そのようなカオリナ
イト含有鉱物の粉砕には、実用上、何等の問題もないの
である。

【００１７】また、本発明においては、花崗岩粉或いは
風化花崗岩粉とカオリナイト含有鉱物粉と発泡剤粉との
混合物を成形する方法に関して、それを特に限定するも
のではなく、また、その成形体の形状にあっても、特に
限定されるものではない。例えば、成形方法としては、
押出成形法、転動造粒法、並びに混練物を乾燥し、それ
を破砕する破砕造粒法等、公知の全ての手法が適用可能
である。また、成形体の形状も、板状、棒状、球状等、
何れも採用可能であり、そしてその焼成によって、それ
らと相似形の発泡体を得ることが出来る。

【００１８】更にまた、本発明を実施する場合の各原料
粉の混合方法も、特に限定するものではなく、各原料粉
の湿潤状態等に応じて混合手段を選択すればよい。具体
的には、Ｖ−ブレンダー、ニーダー、或いは粉砕と混合
を同時にボールミルで行なう等の方法を採用すればよ
い。

【００１９】そして、本発明では、上記した造粒成形時
に、必要があれば、常法に従って成形助剤、顔料等を用
いることが出来る。具体的には、成形助剤としては、焼
成発泡せしめる前の成形体強度を高めるためのベントナ
イト、変性セルロース粉や、押出成形時に、混練物の流
動性を高める狙いの各種ワックス類が挙げられ、また発
泡体を着色するためのベンガラ等の顔料が挙げられる。
なお、通常、これらの添加物量は、全配合量の数パーセ
ント程度であり、本発明の効果を何等左右するものでは
ない。

【００２０】ここにおいて、本発明に従って得られる発
泡体を構成する物質は、花崗岩、風化花崗岩が持つ長石
成分と、カオリナイト含有鉱物とを主成分とし、それか
ら形成せしめられる磁器質であって、通常の食器、タイ
ルで使われている磁器と同質のものではあるが、通常の
磁器に比べると、長石成分の配合量が多いために、溶融
磁器化開始温度が多少低くされている。即ち、通常の磁
器は、出来るだけ強度を高め、なお且つ焼成時の融着、
変形を防ぐために、カオリナイト含有鉱物の含有率を高
くし、該焼成温度が１２５０℃近辺になるように設計さ
れているものが多いが、本発明では、この温度を、炭化
珪素、窒化珪素等の発泡剤が効率良く短時間に分解する
温度である１０５０℃〜１２５０℃に合わせ、且つ該焼
成温度での焼成体粘性が充分あり、発生した気泡が潰れ
て逃げないような配合バランスに設計してあるのであ
る。

【００２１】なお、本発明とは異なるが、花崗岩の微粉
或いは風化花崗岩の微粉と炭化珪素等の発泡剤微粉とか
ら成る配合物を、何等かの方法を用いて成形し、該成形
物を本発明と同様に焼成しても、発泡体を得ることが出
来る。しかしながら、そのようにして得られた発泡体の
表面は、気泡が潰れて出来る凹凸が激しいものとなるの
であり、また本発明の発泡体のように、比重の軽いもの
は出来ないのである。即ち、そのような系では、溶融物
の粘性が低く、発泡剤が発生するガスを該溶融物が包み
込み、形状を維持することが出来ないことを意味してい
るのである。また、このことは、本発明で用いられるカ
オリナイト含有鉱物の作用が非常に重要であり、発泡剤
の分解反応温度と、該温度において生成される磁器質物
の粘性が、発泡剤より発生するガスを包み込むのに丁度
良いものであることを示しているのである。

【００２２】従って、本発明における配合組成物を、１
２５０℃を越える温度で焼成した場合には、得られる発
泡体の内部に存在する気泡の径が大きくなって、該発泡
体周囲及び内部の気泡壁を構成する磁器質物の厚みが極
端に薄くなり、そして同時に機械的強度が低下し、実用
性の低い発泡体しか得られない。しかしながら、これを
防ぐ狙いで、カオリナイト含有鉱物の配合比率を、本発
明の範囲以上に上げると、得られる発泡体の強度は強く
なるが、比重が極端に大となり、本発明が目的とする軽
量発泡体を得ることが出来ない。

【００２３】また逆に、本発明の配合組成物を、１０５
０℃未満の温度で焼成すると、発泡速度が極端に遅くな
り、実用性のある方法と言えなくなるのである。

【００２４】なお、本発明では、目的とする高強度無機
発泡体を与える原料組成に関して、花崗岩粉或いは風化
花崗岩粉の１００重量部に対し、カオリナイト含有鉱物
粉を５〜５０重量部、好ましくは１０〜３５重量部とな
る配合割合に限定せしめる必要がある。なぜなら、カオ
リナイト含有鉱物の配合が５重量部よりも少なくなる
と、各種の成形操作性が悪くなるのに加えて、これを焼
成して得られる発泡体の機械的強度が極端に低下するか
らである。

【００２５】また、カオリナイト含有鉱物を５０重量部
を越える割合で配合すると、成形性は良くなるが、発泡
粒の発泡度が低下し、同一量の発泡剤を用いて同一の温
度で焼成しても、比重の極端に大きな発泡体し得られな
い。これは、発泡に必要な溶融磁器化開始温度が高くな
り、発泡剤である炭化珪素、窒化珪素等の反応分解温度
を越えてしまうためであると考えられる。

【００２６】このような本発明に従って得られる発泡体
の比重は、二つの方法で制御することが出来る。その一
つは、配合する発泡剤の量であり、これを多くすると、
発泡粒内に作られる気泡の数が多くなって、その結果、
発泡体の比重が小となる。また、他の一つは、焼成温度
を変化させて、制御することである。焼成温度を高くす
ると、発泡体内の気泡の径が大きくなり、その結果、発
泡体の比重が小となるからである。

【００２７】

【実施例】以下に、本発明を更に具体的に明らかにする
ために、本発明の幾つかの実施例を示すこととするが、
本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制
約をも受けるものでないことは、言うまでもないところ
である。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更
には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱し
ない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる
変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解
されるべきである。

【００２８】実施例１〜５先ず、花崗岩及び風化花崗岩を、ジョークラッシャーで
それぞれ粗砕し、次いでロールブレーカーを用いて粒径
が２ｍｍ以下に粉砕した後、通常のボールミルで２４時
間微粉砕した。得られた各粉の平均粒径は、通常のレー
ザー回折式粒度分布計で測定したところ、花崗岩粉が２
５μｍ、風化花崗岩粉が２４μｍであった。

【００２９】また、蛙目粘土（水簸選鉱した後フィルタ
ープレスで脱水した含水ケーク）、及び中国から輸入し
たカオリン（水簸選鉱した後フィルタープレスで脱水し
た含水ケーク）の、それぞれの平均粒径を、上記と同様
に測定したところ、蛙目粘土が２．２μｍ、カオリンが
３．３μｍであった。

【００３０】そして、上記の各鉱物粉（花崗岩粉／風化
花崗岩粉、カオリナイト含有鉱物）に対して、炭化珪素
粉（屋久島電工株式会社製、平均粒径０．６μｍ）とベ
ントナイト粉（鋳物用標準品）と水とを、下記表１に記
した割合で配合し、ニーダーを用いて１０分間混練し、
均質な可塑性配合物を作った。なお、表１における蛙目
粘土とカオリンの使用量は、含水ケークから水分を除い
た値で記してあり、水の量は、該含水ケークが持つ量を
含んだ値である。

【００３１】次いで、かかる得られた各混練物を、真空
押出機を用いて、通常の方法で成形し、熱風乾燥機で乾
燥せしめ、長さが５０ｃｍ、幅が２５ｃｍ、厚さが２ｃ
ｍの板状物を作製した。

【００３２】その後、上記の各乾燥板状物を、昇温速
度：２００℃／時間、最高温度：１２００℃、保持時
間：２時間、降温速度：１００℃／時間の条件で、電気
炉により焼成した。なお、前記の焼成操作で得られた各
発泡体は、焼成前の形状と略相似形をしており、それぞ
れの比重は、下記表１に示した通りであった。

【００３３】

【表１】

【００３４】比較例１この比較例では、前記の実施例で用いた花崗岩微粉：１
００重量部と、ベントナイト粉：５重量部と、炭化珪素
微粉：０．３重量部とを、水と共にニーダーで混練せし
め、次いで該混練物を木枠の中に充填して成形を行な
い、長さが５０ｃｍ、幅が２５ｃｍ、厚さが２ｃｍの板
状物を得た。この板状物を乾燥機で乾燥せしめ、重量を
測定したところ、２．７０ｋｇであった。

【００３５】そして、上記の乾燥板状物を、上記実施例
と同様の条件で焼成したところ、得られた焼成体の表面
には、気泡の抜けた跡が無数に存在しており、また内部
の気泡の数は、該実施例に比べて少なく且つその大きさ
も均一ではなかった。

【００３６】因みに、この比較例にて得られた焼成体の
形状は、前記実施例にて得られるものに比べて歪みが多
く、外寸法を測定して、その体積とすることが難しいの
で、水中浸漬法による体積測定を行なった。その結果、
焼成体の体積は、１８０ミリリットルであった。従っ
て、焼成体の比重は、１．５０であることになり、前記
実施例に比べて、発泡度の低いものであることが分かっ
た。

【００３７】比較例２先ず、抗火石を粉砕して、平均粒径が３０μｍの微粉を
作製した。次いで、かかる微粉の１００重量部と、蛙目
粘土の乾燥粉（平均粒径：２μｍ）の２０重量部と、ベ
ントナイト粉の３重量部と、炭化珪素微粉（平均粒径：
０．６μｍ）の０．３重量部と、水の２６重量部とを、
ニーダーを用いて混練せしめ、そして得られた混練物
を、前記実施例と同様に押出成形し、次いで熱風乾燥機
により乾燥せしめて、長さが５０ｃｍ、幅が２５ｃｍ、
厚さが２ｃｍの板状物を作製した。

【００３８】そして、上記の各乾燥板状物を、昇温速
度：２００℃／時間、最高温度：１２００℃、保持時
間：２時間、降温速度：１００℃／時間の条件で、電気
炉により焼成した。

【００３９】このようにして得られた発泡体は、焼成前
の形状と略相似形をしており、その比重は、０．６５で
あった。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
手法に従えば、高強度無機発泡体の製造に際して、長石
等の高価格な火山ガラス質鉱物を用いることなく、低価
格な花崗岩や風化花崗岩を用いて、火山ガラス質鉱物と
カオリナイト含有鉱物とから得られる無機発泡体と同等
なものを、有利に得ることが出来るのであって、そこ
に、本発明の大きな技術的意義が存するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−187737（ＪＰ，Ａ) 特開平７−41343（ＪＰ，Ａ) 特開平６−191909（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−45153（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−31709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 14/02 C04B 38/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】花崗岩或いは風化花崗岩の微粉の１００
重量部と、粘土、カオリン、礬土頁岩等のカオリナイト
含有鉱物から選ばれた１種若しくは２種以上の鉱物の微
粉の５重量部以上、５０重量部以下と、発泡剤微粉の
０．１重量部以上、３重量部以下とを均一に混合し、そ
してその得られた混合物を所定の形状に成形した後、１
０５０℃〜１２５０℃の温度で焼成することを特徴とす
る高強度無機発泡体の製造方法。