JP5990471B2 - セラミックス厚皮中空粒子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献3に記載の方法で得られる中空粒子は、発泡剤により中空部分を形成するため、粒子の組織にスポンジ状の細かい気泡部分が生じてしまい中空粒子の強度を一定以上高くするのが難しい。さらに、この製造方法で得られる中空粒子は、中空部分の大きさがバラつき、断熱性と強度のバランスがうまくとれない。そのため、強度が求められる用途、例えば、舗装体の骨材として用いられることはない。
また、このとき中空粒子の外径、中空径、皮の厚さは、中空粒子3〜5個に対し測定した値の平均をとったものをいう。ここで、本明細書における外径は上記の定義のとおりであり、中空径と皮の厚さとから考慮される仮想的な粒子の径である。したがって、皮の厚さの不均一や後述する突起の高さにより、実際の粒子の外径が20mmを超えていても、その粒子の中空径と皮の厚さから算出される外径が上記範囲を満たしていれば本発明に含まれる。また、その形状は上記条件を満たしていれば特に限定されず、図1に示した球形が典型的であるが、球が潰れて扁平した形状(例えば、ラグビーボールや薬のカプセル様の形状)も含まれる。
可燃性物質による芯材として外径が6mmの発泡スチロール球を準備し直径80cmのパン型回転造粒機に装入し、パン型回転造粒機を回転させながらバインダーであるポリビニルアルコール液を霧吹きを用いて散布し、芯材表面にバインダーによる万遍ない被膜の形成を目視で確認した。造粒機の回転を続けたまま原料粉末を上方から少量ずつ落下させ、バインダーで被覆された芯材の表面に原料粉末が付着されたことを目視で確認した。造粒機の回転速度は毎分8〜20回転の間で適宜調整した。
芯材表面への原料粉末の接着が終了し、芯材粒子の成長が止まったと認められた後、再度ポリビニルアルコール液を回転造粒機内に霧吹きを用いて散布し、原料粉末も徐々にさらに落下添加させ芯材複合体表面のバインダーに付着させた。以後この作業を繰り返し芯材複合体の径を大きく成形した。このとき、原料粉末としては、シリカ60%含有の天然粘土を用い、その粒径D50が0.005〜0.050mmのものを使用した。
この原料粉末で被覆された芯材複合体の外形は真球ではないが、実際の粒子の最大径が概ね16mmとなった段階でパン型回転造粒機から取り出した。この芯材複合体を50℃で24時間乾燥し、次いで、トンネルキルン中で1350℃で48時間焼成して、セラミックス厚皮中空粒子を製造した。
例1で得られたセラミックス厚皮中空粒子をシリコーンゴム組成物(信越シリコーン社製、商品名:KE−1300T)に室温で約1秒間浸し、液中から取り出して粒子表面に万遍なくコートされていることを確認したうえで、網の上に載置し、30℃で24時間乾燥させた。その後、アスファルト製造における加熱温度(200℃)まで昇温して、この温度で3時間保持した後取り出し、ゴム被膜を有するセラミックス中空粒子を得た。このとき、形成された樹脂被膜は0.2〜2.0mmであった。
また、得られたセラミックス厚皮中空粒子の特性としては、静破壊強度が2860〜3780N/粒、衝撃破壊強度が60〜130N/粒であった。
アスファルト舗装に配合される骨材として、常用される6号砕石(規格外形5−13mm)を用意した。
この砕石は、静破壊強度が1045〜2540N/粒、衝撃破壊強度が10〜90N/粒、嵩比重は1.45〜1.75であった。したがって、例1,2の中空粒子は、道路舗装に常用される砕石以上の必要強度を得ていることがわかる。さらに、この砕石を骨材として使用したコンクリート体の熱伝導率が1.986W/m・K(20℃)、1.950W/m・K(40℃)、1.865W/m・K(60℃)であった。したがって、例1の中空粒子は、道路舗装に常用される砕石よりも熱遮断性能がはるかに優れることがわかる。
[静破壊強度]
得られた粒子に対して、前川試験機製作所製TYPE MS型材料試験装置を用い、剛板の上に一粒配置した粒子の上方から、一定の力で平板をゆっくりと押し下げることで静圧力を加え、粒子が破壊に至った時点の圧下力を静破壊強度とした。
[衝撃破壊強度]
得られた粒子に対して、下面が平面である0.5kgの鉄製の錘を所定の高さから自由落下させて衝突させ、割れずに耐えうるところの衝撃力を衝撃破壊強度とした。
得られた粒子を、500mLのメスフラスコに充填して質量を測定して算出した。
[組織気孔率]
得られた粒子を割りまたは切断して、中空形状を構成していた皮部分を取り出し測定対象とし、JIS R 2205に規定される方法で飽水させ見掛気孔率を測定し、これを組織気孔率とした。
さらに、得られた粒子を、その内側寸法が、縦180mm×横114mm×高さ65mmの型枠に摺り切りいっぱい充填し、標準モルタル JIS R5201に規定する標準調合にしたがい、普通ポルトランドセメント520g、豊浦標準砂1040g、水338gの割合で構成される標準モルタルを流し込んで粒子間の隙間を充填し、これを硬化させて試験体を作成した。
この試験体について、JIS R 2216に規定される熱線法(直交法)により熱伝導率を測定した。
得られた粒子を割りまたは切断して、中空形状を構成していた皮部分を粉砕し、得られた微粒子に30トンのプレス圧を加え乾式プレス成形した直径40mm×厚さ4mmの円板状の成形体について、JIS K 5602に準じ、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名:U−4100)により、可視光領域の分光反射率を測定して明度L*を算出した。なお、この明度は、CIE 1976 L*a*b*色空間におけるL*値である。
得られた粒子を割りまたは切断して、中空形状を構成していた皮部分を粉砕し、得られた微粒子に30トンのプレス圧を加え乾式プレス成形した直径40mm×厚さ4mmの円板状の成形体について、JIS K 5602に準じ、分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名:U−4100)により300nm−2500nmの領域で分光反射率を測定し基準太陽光の重価係数を用いて日射反射率を算出した。近赤外域における日射反射率は、測定波長を780−2500nmとした以外は同一の測定、算出法により得られる。
Claims (12)
- セラミックス製の中空粒子であって、
外径が7〜20mm、中空径が3〜12mm、皮の厚さが2mm以上、静破壊強度が2000N以上、かつ、衝撃破壊強度が40N以上であり、
前記セラミックス製の中空粒子の表面を弾性部材で被覆したことを特徴とするセラミックス厚皮中空粒子。 - 化学成分としてAl 2 O 3 を30〜80質量%、SiO 2 を20〜70質量%含むアルミナ−シリカ系のセラミックス製の中空粒子であって、
外径が7〜20mm、中空径が3〜12mm、皮の厚さが3〜5mm、静破壊強度が2000N以上、かつ、衝撃破壊強度が40N以上であることを特徴とするセラミックス厚皮中空粒子。 - 道路舗装用骨材として使用される請求項1又は2記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 前記セラミックス製の中空粒子の粒子表面が凹凸を有する請求項1〜3のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 前記セラミックス製の中空粒子の表面を弾性部材で被覆した請求項2〜4のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 前記セラミックス厚皮中空粒子を最密に充填したJIS R 5201に規定される標準モルタルを使用してコンクリートを作成したとき、該コンクリートの40℃における熱伝導率が、1.5W/m・K以下となる請求項1〜5のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 近赤外域における日射反射率が80%以上である請求項1〜6のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 嵩比重が0.5〜2.0である請求項1〜7のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 前記セラミックス厚皮中空粒子の組織気孔率(厚皮部分)が、体積基準で8%以下である請求項1〜8のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。
- 前記セラミックスが、化学成分としてAl 2 O 3 を30〜80質量%、SiO 2 を20〜70質量%含むアルミナ−シリカ系であって、
前記Al2O3およびSiO2の合量が70質量%以上である請求項1〜9のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子。 - 可燃性の芯材粒子の表面に、セラミックス原料となる原料粒子を被覆し、これを焼成して請求項1〜10のいずれか1項記載のセラミックス厚皮中空粒子とすることを特徴とするセラミックス厚皮中空粒子の製造方法。
- 前記セラミックス厚皮中空粒子の表面に、弾性部材の被膜を形成する請求項11記載のセラミックス厚皮中空粒子の製造方法。
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