JP4655326B2

JP4655326B2 - 泡ガラス及びその製造方法

Info

Publication number: JP4655326B2
Application number: JP2000126107A
Authority: JP
Inventors: 典康赤石
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: JP2001302281A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築用或いは各種産業用断熱材等として有用な泡ガラスと、この泡ガラスを製造する方法に係り、特に、従来、発泡が困難であるために泡ガラスの原料とされていなかった、軟化点の高いガラス原料を用いた泡ガラス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
泡ガラスは、その多孔質により、優れた耐熱性、吸音性等を有することから、住宅の内、外装材や壁材等としての用途がある。
【０００３】
泡ガラスは、ガラス原料粉末に発泡剤を混合して成形し、得られた成形体を所定の温度に焼成することにより製造されている。泡ガラスのガラス原料としては、一般に板ガラスやビンガラスのクズガラスを粉砕したものが用いられており、一方、発泡剤としては、炭素、ドロマイト、窒化ホウ素、石灰石粉等が用いられている。例えば、特公昭６１−２６１８号公報にはフロート板ガラス組成のガラス粉末にドロマイトを１．５〜９．５重量％混合して発泡させた泡ガラスが、特開昭５８−１５０４５号公報には、フロート板ガラス組成のガラス粉末に窒化ホウ素を０．１〜１０重量％混合して発泡させた泡ガラスが、また、特開昭５８−６０６３４号公報には同様にフロート板ガラス組成のガラス粉末に石灰石粉を１．０〜１０重量％混合して発泡させた泡ガラスが記載されている。
【０００４】
泡ガラスの発泡剤は、ガラス原料に応じて選択使用され、一般にフロート板ガラス、型板ガラス、ビンガラス、ブラウン管ガラス、ガラス長繊維（Ｃガラス、Ａガラス）、ガラス短繊維等の軟化点７００〜７５０℃程度のガラス由来のガラス原料に対しては、ドロマイトや石灰石粉等の発泡剤が用いられ、これよりも更に軟化点の低いガラス原料に対しては炭素が発泡剤として用いられている。
【０００５】
なお、ＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）の製造においては、金属アルミニウムが発泡剤として使用されている。また、セメントを金属アルミニウムで発泡させた後、ガラス、溶融スラグや粘土を加えて焼成した軽量焼成板に関する技術も知られている（特開平１０−１８２２６２号公報、特開平１１−９２２１１号公報）。これらの場合、発泡剤としての金属アルミニウムの発泡機構は、アルミニウムとセメントのアルカリとの反応によって水素ガスを発生させて発泡させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来において、泡ガラスのガラス原料としては、軟化点が７００〜７５０℃、或いはそれ以下の比較的軟化点の低いものが用いられており、Ｅガラス組成のガラス長繊維、特定組成の結晶化ガラス、焼結ガラスといった軟化点が８００℃を超えるようなものは、従来一般的に用いられている発泡剤では発泡が困難であるために、これらの軟化点の高い廃ガラスは泡ガラスのガラス原料として有効利用することができなかった。
【０００７】
また、フロート板ガラスやビンガラス等のそれ自体軟化点の低いものでも、夾雑物や異物が混入した廃ガラスでは軟化点が高くなるため、従来の発泡剤では発泡が困難であり、泡ガラスのガラス原料として有効利用することができない場合があった。この場合、廃ガラスから、夾雑物や異物を分別することにより、軟化点を本来の軟化点に下げて発泡させることが可能となるが、そのためには分別コストが嵩み、廃ガラスを再利用してガラス原料コストを低減するという利点が得られなくなる。
【０００８】
更に、夾雑物等を含まないフロート板ガラスやビンガラスの廃ガラスをガラス原料とする場合であっても、得られる泡ガラスの強度やその他の特性の向上のために、混和材を混合すると軟化点が高まる場合があり、この場合にもやはり泡ガラスの製造が困難であった。
【０００９】
一方で、ガラス繊維工場における長繊維の紡糸工程からは膨大な量のガラス長繊維クズが発生しており、特に、ガラス長繊維の中で高い割合を占める、軟化点が８３０〜８５０℃のＥガラス組成の繊維クズの発生量は非常に多い。
【００１０】
また、通常の板ガラスやビンガラスの廃ガラスは、夾雑物や異物を含むものが多く、このため軟化点が高いものとなっている。
【００１１】
更に、泡ガラスの用途の面から、強度、その他の特性の向上が望まれ、各種混和材を用いて改質することが考えられるが、この場合においてもガラス原料の軟化点が高められる。
【００１２】
しかしながら、従来の発泡剤では、このような軟化点の高いガラス原料では発泡が困難であり、このことが廃ガラスの有効利用、或いは泡ガラスの特性向上を阻む原因となっていた。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決し、軟化点の高いＥガラス組成のガラス長繊維の繊維クズ、或いは夾雑物や異物の混入で軟化点が高められた廃ガラス、更には混和材の添加により軟化点が高められたガラス原料のように、軟化点が高いガラス原料を泡ガラスのガラス原料として用いることを可能とする泡ガラス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の泡ガラスは、ガラス粉末に、発泡剤として軽質炭酸カルシウム、若しくは、金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを混合した原料粉末を発泡させて得られることを特徴とする。
【００１５】
板ガラスやビンガラスの製造工程では、原料の中に金属アルミニウムが混入すると溶融工程で発泡現象が起きる。これはＳｉ−Ｏのガラス骨格構造の中に、アルミニウムが置換され、シリコンＳｉが解離される一種の還元泡といわれているガラス欠陥の一つである。
【００１６】
一方、軽質炭酸カルシウムは、石灰石を粉砕して得られる重質炭酸カルシウムと異なり、消石灰を水に分散させた石灰乳に炭酸ガスを反応させて得られるものであり、非常に粒子の細かい微粉である。
【００１７】
軽質炭酸カルシウムは従来発泡剤として一般的に用いられている石灰石粉やドロマイト等に比べて分解温度が高く、発泡せずに焼結するのみであるとされ、泡ガラスの発泡剤としては用いられていなかったが、本発明者らは軽質炭酸カルシウムは軟化点の高いガラス原料に対しては発泡剤として有効に機能することを見出した。
【００１８】
本発明では、このような金属アルミニウムや軽質炭酸カルシウムを利用して、通常の発泡剤では発泡が困難とされる比較的軟化点の高いガラス、即ちＥガラスと称されるガラス長繊維や結晶化ガラス、更には、通常のフロート板ガラス等であっても、異物や混和材により軟化点が高められたようなガラス原料に対して発泡を起こさせ、泡ガラスとして有効利用することを可能とする。
【００１９】
本発明の泡ガラスは特に軟化点が８００℃以上のガラス原料に好適である。また、原料中の発泡剤としての軽質炭酸カルシウム、若しくは、金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムの含有量は次のような範囲であることが好ましく、泡ガラスの嵩比重は０．２〜０．８であることが好ましい。
【００２０】
軽質炭酸カルシウムのみを用いる場合：１．０〜１０重量％
金属アルミニウムと軽質炭酸カルシウムとを併用する場合：金属アルミニウムを０．３〜１．０重量％、軽質炭酸カルシウムを３〜５重量％
本発明の泡ガラスの製造方法は、ガラス粉末に発泡剤として軽質炭酸カルシウム、若しくは、金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを混合してなる原料粉末を成形した後、加熱して発泡させることを特徴とするものであり、この方法によれば、本発明の泡ガラスを容易に製造することができる。
【００２１】
この方法において、発泡のための加熱は９００〜１０５０℃で３０〜６０分行うのが好ましい。
【００２２】
なお、本発明においては、ガラス原料として、Ｅガラス組成のガラス原料や、ウォラストナイト粉を混入したフロート板ガラス粉等を用いることで、これらのガラス原料の結晶化で高強度泡ガラスを得ることができるという効果も奏される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明においては、発泡剤として軽質炭酸カルシウム、若しくは、金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを用いる。
【００２５】
金属アルミニウムとしては、反応活性や均一発泡性等の面から、８７μｍ目開き篩下、好ましくは４３μｍ目開き篩下の微粉が好ましい。金属アルミニウムは酸化され易いことから、焼成前の酸化を防止するために、開封後は直ちに使用することが望ましい。また、金属アルミニウム粉末に酸化防止膜のコーティングを施したものを用いても良い。金属アルミニウムとしては、純アルミニウム粉末に限らず、アルミニウム精錬スラブ（アルミドロス）を用いても良い。この場合にはアルミドロス中の金属アルミニウム含有量に応じて、同等の配合量が得られるように、発泡原料中に金属アルミニウムを用いる場合の１０〜２０倍配合する。
【００２６】
一方、軽質炭酸カルシウムは、前述の如く、消石灰を水に分散させた石灰乳に炭酸ガスを反応させて得られる微粉である。
【００２７】
本発明において、発泡剤の原料中の配合量は、次のような範囲とするのが好ましい。なお、発泡剤として金属アルミニウムのみを用いた場合には、得られる泡ガラスが黒色を呈し、見掛上の美観が損なわれる場合があるが、金属アルミニウムと共に軽質炭酸カルシウムを併用した場合には、金属アルミニウムによる黒色が淡色化され、美観を向上させることができる。
【００２８】
軽質炭酸カルシウムのみを用いる場合：１．０〜１０重量％、より好ましくは３〜７重量％
金属アルミニウムと軽質炭酸カルシウムとを併用する場合：金属アルミニウムを０．３〜１．０重量％、軽質炭酸カルシウムを３〜５重量％で合計で３．５〜５．５重量％、より好ましくは合計で４〜５重量％
発泡剤の割合が上記範囲よりも多いと、得られる泡ガラスが発泡過剰で連続気泡となってかえって嵩比重の増大を招き、逆に、上記範囲よりも少ないと、十分な気泡率で嵩比重の小さい泡ガラスを製造することができない。但し、後述の（２）のガラス原料のように、ガラス原料中に異物としてアルミニウムが混入している場合には、この混入量も考慮する必要がある場合もある。
【００２９】
なお、本発明においては、必要に応じて、金属アルミニウム、軽質炭酸カルシウムの他、通常用いられている石灰石粉末等を併用しても良い。
【００３０】
一方、本発明で用いるガラス原料は、下記（１）〜（３）のような軟化点が比較的高いもの、より具体的には、軟化点が８００℃以上、好ましくは８１０〜８６０℃のものである。
（１）ガラス長繊維工場から排出される紡糸時の繊維クズ、特に、軟化点８３０〜８５０℃のＥガラス組成（組成例：ＳｉＯ_２５３重量％、Ａｌ_２Ｏ_３１５重量％、ＣａＯ１８重量％、Ｋ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ０．５重量％、Ｂ_２Ｏ_３９重量％）の繊維クズ。或いは、軟化点７８０〜８６０℃の結晶化ガラス粉。
（２）アルミニウム、土砂、鉄、鉄サビ、コンクリート片、プラスチック、ゴム等の異物ないし夾雑物が混入することで事実上の軟化点が７８０〜８５０℃程度となった廃ガラス粉
（３）フロート板ガラス、ビンガラス等の粉末に強度や耐凍害性等の特性向上のための混和材を混合することで事実上の軟化点が７８０〜８５０℃程度となったガラス粉。この場合、混和材としては、セメント、ＡＬＣ粉末、ウォラストナイト粉末などが挙げられる。
【００３１】
これらのガラス原料は粒径４００μｍ以下、特に８７μｍ以下、とりわけ４３μｍ以下となるように粉砕して発泡原料として用いるのが好ましい。このガラス原料粉末は微粉化すればするほど得られる泡ガラスの気泡の大きさが細かく、均一な発泡状態が得られ好ましい。
【００３２】
本発明の泡ガラスを製造するには、粉砕したガラス原料粉末に所定割合の軽質炭酸カルシウム、若しくは、金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを混合し、これを常法に従って型に充填して成形し、得られた成形体を焼成して発泡させれば良い。
【００３３】
この場合、焼成条件はガラス原料組成や軟化点等によって適宜決定されるが、通常の場合、５〜２０℃／分の昇温速度で９００〜１０５０℃の最高温度にまで上げ、この温度で３０〜６０分保持し、その後０．３〜１０℃／分の降温速度で冷却すれば良い。
【００３４】
このようにして製造される本発明の泡ガラスは、断熱建材等の用途の面から、嵩比重０．２〜０．８であることが望ましい。
【００３５】
なお、本発明の泡ガラスは、ガラス原料を発泡剤で発泡させた泡ガラス層のみで構成されるものであっても良く、表面や裏面、側面に、発泡剤が混合されていないガラス原料により緻密ガラス層を設けて意匠性、耐水性等を高めたものであっても良い。また、本発明に係る泡ガラス層と夾雑物を含有する廃ガラスよりなる泡ガラス層との積層構造としても良く、更にこの積層泡ガラスの表面や裏面、側面に緻密ガラス層を形成したものであっても良い。
【００３６】
このような本発明の泡ガラスは、その多孔質を利用して、建築物の基礎断熱材及び外装断熱材として、また、建築物の化粧断熱材として、更には冷凍機や冷凍室、保冷タンクの保冷用断熱材、その他吸音材等として工業的に極めて有用である。
【００３７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
実施例１〜１２、比較例１〜４
表１に示すガラス原料に、表１に示す発泡剤を表１に示す割合で混合した発泡原料粉末を用いて以下の方法で泡ガラスの製造を行った。なお、発泡剤としての金属アルミニウムとしては４３μｍ目開きの篩全通過のものを用い、また、ガラス原料は８７μｍ目開きの篩全通過のものを用いた。
【００３９】
ムライト・コージエライト系耐火板（厚み８ｍｍ）を準備し、その上に離型材として平均粒径７０μｍのアルミナを散布し、この上に原料粉末を散布充填して成形し、得られた成形体を大型の電気炉（カンタル炉）に入れ、７．５℃／分の昇温速度で９５０℃まで上げ、９５０℃で３０分保持した後降温速度１℃／分で冷却した。ただし、比較例２では、最高温度７５０℃とした。
【００４０】
このようにして得られた泡ガラスについて嵩比重と曲げ強度を調べ、結果を表１に示した。
【００４１】
なお、曲げ強度は島津製作所社製オートグラフにより３点曲げ強度を測定した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
表１より明らかなように、軟化点の高いガラス原料では、従来の発泡剤であるドロマイトを用いても殆ど発泡が起こらず、これに対して金属アルミニウム及び／又は軽質炭酸カルシウムを用いることで泡ガラスを製造することができる。また、Ｅガラス組成の泡ガラスやウォラストナイトを配合した泡ガラスでは、従来の泡ガラス（比較例２）に比べて強度が５０％程度或いはそれ以上向上することがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の泡ガラス及びその製造方法によれば、発泡剤として軽質炭酸カルシウム、若しくは、金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを用いることで、軟化点の高いガラス原料から高品質の泡ガラスを製造することが可能となり、これにより、従来、有効再利用がなされていなかったＥガラス組成のガラス長繊維や結晶化ガラスの廃ガラス、或いは、異物や混和材により軟化点が高められた廃ガラス等を泡ガラス原料として有効再利用することが可能となる。

Claims

軟化点が８００℃以上のガラス粉末に、発泡剤として軽質炭酸カルシウムを混合した原料粉末を発泡させて得られる泡ガラスであって、原料粉末中の軽質炭酸カルシウムの含有量が１．０〜１０重量％であることを特徴とする泡ガラス。
軟化点が８００℃以上のガラス粉末に、発泡剤として金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを混合した原料粉末を発泡させて得られる泡ガラスであって、原料粉末中の金属アルミニウムの含有量が０．３〜１．０重量％であり、軽質炭酸カルシウムの含有量が３〜５重量％であることを特徴とする泡ガラス。
請求項１又は２において、嵩比重が０．２〜０．８であることを特徴とする泡ガラス。
軟化点が８００℃以上のガラス粉末に発泡剤として軽質炭酸カルシウムを混合してなり、軽質炭酸カルシウムの含有量を１．０〜１０重量％とした原料粉末を成形した後、加熱して発泡させることを特徴とする泡ガラスの製造方法。
軟化点が８００℃以上のガラス粉末に発泡剤として金属アルミニウム及び軽質炭酸カルシウムを混合してなり、金属アルミニウムの含有量を０．３〜１．０重量％とし、軽質炭酸カルシウムの含有量を３〜５重量％とした原料粉末を成形した後、加熱して発泡させることを特徴とする泡ガラスの製造方法。
請求項４又は５において、９００〜１０５０℃に３０〜６０分加熱して発泡させることを特徴とする泡ガラスの製造方法。