JP6742102B2 - 被覆珪藻土、被覆珪藻土を含む製品、及び被覆珪藻土の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被覆珪藻土、被覆珪藻土を含む製品、及び被覆珪藻土の製造方法に関する。

珪藻土は、珪藻が水底に堆積して有機物が分解され、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主体とする殻のみが残って固化したものである。珪藻の殻は多数の細孔を有することから、比表面積が非常に大きい。このため珪藻土は大きな吸着力を備えており、様々な物質を吸着するという特性を有する。この特性により、吸湿性及び保温性を有する壁材、フィルターの目詰まりを防止する濾過助剤、乾燥土壌を改良する土壌改良材、育苗培土等の、幅広い分野で活用されている。

珪藻土はそれ自体には接着力がないため、壁材や育苗培土とする場合には粘土やアクリル系接着剤等の高分子材料と混合して固めて用いられる。粘土や高分子材料により固結した珪藻土は、育苗培土として用いると苗の根の健全な伸長を妨げるおそれがある。また、このように固結した珪藻土は堅くて脆いものとなり、一定の荷重が加わるとすぐに崩壊してしまう。そこで、粘土や接着剤等のバインダーを用いずに、珪藻土粉末と細粒ゼオライトを混合して育苗培土を形成する技術が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−２１７８１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された育苗培土は、堅くて脆いという欠点はないものの軟らかいため強度が不足しており、取扱いが難しい。さらに、粘土や高分子材料と混合して固める方法や、特許文献１に記載の方法の、いずれの製造方法によっても、珪藻土が本来有する調湿性や消臭性等の特性が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、珪藻土が本来有する調湿性や消臭性等の特性を十分に発揮させることができ、かつ、取扱いが容易な強度を有し広範な分野で活用することができる被覆珪藻土、被覆珪藻土を含む製品、及び被覆珪藻土の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る被覆珪藻土は、珪藻土の表面が無機カルシウム化合物を含有する材料からなる皮膜で被覆されており、
前記皮膜の厚さは５〜３００μｍの範囲内及び／又は珪藻土の粒子径の２〜８０％の範囲内であり、
前記珪藻土の大きさは平均粒子径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲内である。

前記無機カルシウム化合物は硫酸カルシウム化合物であることが好ましい。

前記硫酸カルシウム化合物は石膏であることが好ましい。

前記無機カルシウム化合物は消石灰であることが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る被覆珪藻土を含む製品は、上記のいずれかに記載された被覆珪藻土を含む。

上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る被覆珪藻土の製造方法は、
所定の大きさを有する珪藻土を準備する工程と、
無機カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液を準備する工程と、
前記珪藻土を前記無機カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液に浸漬する工程と、
前記珪藻土の表面に付着した前記無機カルシウム化合物の皮膜を硬化させる工程と、
前記無機カルシウム化合物の皮膜が付着した前記珪藻土を前記懸濁液又は水溶液から取り出す工程と、
を備え、
前記無機カルシウム化合物は硫酸カルシウム化合物であり、該硫酸カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液の濃度は１〜１５質量％の範囲内であり、
前記珪藻土の大きさは平均粒子径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲内である。

前記硫酸カルシウム化合物は石膏であることが好ましい。

本発明の被覆珪藻土は、珪藻土が本来有する調湿性や消臭性等の特性を十分に発揮させることができ、かつ、取扱いが容易な強度を有し広範な分野で活用することができる。

本発明の実施形態に係る被覆珪藻土の製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る被覆珪藻土の製造方法における皮膜形成の様子を示す拡大模式図である。 比較例としての珪藻土を含む素材の製造方法における皮膜形成の様子を示す拡大模式図である。 本発明の実施形態に係る被覆珪藻土を含む製品としての板材を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る被覆珪藻土を含む製品としてのコースターを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る被覆珪藻土を含む製品としてのバスマットを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。必要に応じて、図１ないし図６を参照する。

本発明の実施形態に係る被覆珪藻土は、無機カルシウム化合物を含有する材料からなる皮膜で覆われている。無機カルシウム化合物には、硫酸カルシウム化合物、炭酸カルシウム化合物、水酸化カルシウム化合物、酸化カルシウム化合物等がある。無機カルシウム化合物を含有する皮膜は、透湿性に優れるという特長を有する。

また、無機カルシウム化合物を含有する皮膜は、珪藻土の表面を保護して珪藻土の殻が破壊されるのを防止する。珪藻土の殻が外力から保護されることによって比表面積を大きく保つことができ、珪藻土が本来有する優れた調湿性や消臭性等の特性が維持される。

無機カルシウム化合物としては、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）化合物、又は石灰、すなわち消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）が好ましい。特に、硫酸カルシウム化合物の一種である石膏を用いることが好ましい。

石膏は、硫酸カルシウムの二水和物（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）である。広義の「石膏」には、硫酸カルシウムの１／２水和物（ＣａＳＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ）や無水物（ＣａＳＯ_４）も含まれるが、本発明においては本来の意味の（狭義の）石膏を用いるのが好ましい。本実施形態では、狭義の石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）が好ましく用いられる。石膏は水に難溶性であるため、水に懸濁させて用いられる。

本実施形態の懸濁液における石膏の混入割合は、１質量％以上、１５質量％以下であることが好ましく、２質量％〜１４質量％の範囲内であることがより好ましい。懸濁液１１における石膏の混入割合が１質量％以上であることにより、珪藻土を懸濁液に浸漬した際に、必要な厚さ以上の石膏の皮膜が形成される。また、石膏の混入割合が１５質量％以下であることにより、珪藻土に形成される石膏の皮膜が厚すぎて凝集してしまう事態が防止される。

本実施形態における被覆珪藻土の製造方法について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る被覆珪藻土の製造工程を示すフローチャートである。

図１に示されるように、本実施形態に係る被覆珪藻土素材の製造工程では、まず、所定の大きさを有する珪藻土が準備される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１には、珪藻土の塊を所定の大きさに粉砕すること、又は、予め所定の大きさに粉砕された珪藻土を使用すること、等も含まれる。

一方、無機カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液が準備される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２には、無機カルシウム化合物、例えば石膏や石灰の塊を粉砕し、所定量の水に懸濁又は溶解させることと、それ以外にも、予め所定の大きさに粉砕された無機カルシウム化合物を所定量の水に懸濁又は溶解させたものや、予め所定の濃度に調製された無機カルシウム化合物の懸濁液又は溶解液を使用すること、等も含まれる。

なお、前記ステップＳ１１とステップＳ１２との順番は、一例であり、ステップＳ１１とステップＳ１２との順番は逆でもよい。また、ステップＳ１１とステップＳ１２とが同時並行で実施されてもよい。

ステップＳ１１で準備された所定の大きさの珪藻土がステップＳ１２で準備された無機カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液に浸漬される（ステップＳ１３）。珪藻土を浸漬する時間は、珪藻土の表面が所定の厚さの無機カルシウム化合物の皮膜で被覆されるまでの時間に設定される。

続いて、珪藻土の表面を被覆した無機カルシウム化合物の皮膜の硬化が行われる（ステップＳ１４）。皮膜の硬化は、例えば、加熱により行われる。硬化時間や温度等の硬化条件は、珪藻土の大きさ、すなわち比表面積と、無機カルシウム化合物の種類及び懸濁液中の濃度（混入割合）に応じて適切に設定される。

皮膜が硬化した後、珪藻土が取り出される（ステップＳ１５）。そして、取り出された珪藻土に対して、必要に応じて乾燥等の処理が行われる（ステップＳ１６）。以上のステップＳ１１ないしステップＳ１６により、本実施形態に係る被覆珪藻土が製造される。製造された被覆珪藻土は、種々の分野において応用することが可能である。例えば、被覆珪藻土を形成してなる板材（被覆珪藻土の板材）や、コースター、まな板、バスマット、等に用いることができる。

図２に示されるように、本実施形態に係る被覆珪藻土の製造方法では、無機カルシウム化合物の種類に応じて懸濁液又は水溶液中の濃度を適切に選択することが重要となる。例えば、無機カルシウム化合物として石膏を水に懸濁させた懸濁液１１を用いる場合には、懸濁液１１中の石膏の濃度を所定濃度以下とする必要がある。

石膏の濃度を所定濃度以下とすれば、被覆珪藻土１０の製造過程で珪藻土１２の表面に適切な厚さの皮膜１３が形成される。これによって、懸濁液１１の中で、珪藻土１２の表面は、固まった石膏の薄い皮膜１３で被覆される。これが、本願発明が意図する、被覆珪藻土（珪藻土１２を主体とした素材）１０である。この被覆珪藻土１０を構成する珪藻土１２間には、隙間Ｈが形成されている。この隙間Ｈがあることで、この隙間Ｈと珪藻土１２が本来有する多孔質微細孔１２ａとによって、吸湿性と、脱臭性が確保される。勿論、図示の如く、珪藻土１２の中心部には、石膏が含まれず、当該珪藻土１２が本来有する吸湿性と、脱臭性が確保されている。

これに対して、石膏の濃度が所定濃度を超えると、図３に示されるように、珪藻土１２の表面に形成される皮膜２３が厚くなりすぎる。このため、懸濁液２１の中で、厚い石膏の皮膜２３で被覆された珪藻土１２からなる珪藻土を含む素材２０同士が結合し、この珪藻土を含む素材２０の間には、隙間が形成されず、所謂、凝集体２４となる。従って、隙間Ｈ、及び珪藻土１２が本来有する多孔質、即ち、無数の微細孔１２ａにより機能する吸湿性や脱臭性が確保されない。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
本実施例１においては、珪藻土１２として約５ｍｍ^３の大きさを有する珪藻土１２のチップを用いた。一方、２，８６０ｃｍ^３の蒸留水に、石膏を４００ｇ投入して撹拌し、懸濁液１１を作製した。このようにして作製した懸濁液１１中の石膏の混入量は１４．０質量％となる。この懸濁液１１に、上記の珪藻土１２のチップを浸漬させた。

本実施例１においては、石膏を懸濁させた懸濁液１１の温度を常温に保って、珪藻土１２チップを５分間浸漬させた。「常温」は日本工業規格（ＪＩＳ）において２０℃±１５℃と定義される。本実施例１においては、懸濁液１１の温度を約２０℃とした。その後、珪藻土１２のチップを取り出して乾燥し、表面を蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）で測定した。ＸＲＦ測定の結果、珪藻土１２のチップの表面にカルシウム（Ｃａ）の薄い層が存在することが分かり、石膏からなる皮膜１３が形成されていることが確認された。このようにして、本発明に係る被覆珪藻土１０が製造された。

この被覆珪藻土１０の吸湿性を評価したところ、原料として用いた珪藻土１２のチップと同等の特性を有していた。

［実施例２］
本実施例２においては、珪藻土１２のチップを粉砕して用いた。珪藻土１２のチップは、吸収性を維持するために珪藻土１２の殻が破壊されない程度の大きさに粉砕した。本実施例２においては、平均粒子径が１２０μｍの粉末とした。ここで「平均粒子径」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置によって測定した平均粒子径をいう。この珪藻土１２の粉末を、実施例１と同様に作製された石膏の懸濁液１１に浸漬させた。

本実施例２においては、懸濁液１１の温度を４０℃として珪藻土１２の粉末を３分間浸漬させた。その後、珪藻土１２の粉末を取り出して乾燥し、粉末の表面をＸＲＦで測定した。ＸＲＦ測定の結果、珪藻土１２の粉末の表面に、薄い石膏の皮膜１３が形成されていることが確認された。このようにして、本発明に係る被覆珪藻土１０が製造された。

この被覆珪藻土１０の粉末の吸湿性を評価したところ、原料として用いた珪藻土１２の粉末と同等の特性を有していた。

これらの実施例１及び２に係る被覆珪藻土１０を含む製品は、原料である珪藻土１２の特性をそのまま維持しているため、高い調湿性や消臭性等を有する製品となる。被覆珪藻土１０を含む製品の具体例としては、図４に示される板材３０、図５に示されるコースター３１、図６に示されるバスマット３２、等がある。

［比較例］
比較例では、珪藻土１２として実施例１と同じ約５ｍｍ^３の大きさを有する珪藻土のチップを用いた。一方、２，８６０ｃｍ^３の蒸留水に、石膏を４５０ｇ投入して撹拌し、懸濁液２１を作製した。このようにして作製した懸濁液２１中の石膏の混入量は１５．７質量％となる。この懸濁液２１に、上記の珪藻土１２のチップを浸漬させた。

珪藻土１２のチップを懸濁液２１に投入した後に、懸濁液２１中に白い濁りが生じた。この白濁物質は、図３に示される凝集体２４であることが分かった。このように、石膏の濃度が所定濃度を超えると、珪藻土１２の表面に形成される皮膜２３が厚くなりすぎて、珪藻土１２の特性を維持した被覆珪藻土を製造することができない。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明は上記の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。

上記の実施例１及び２では、無機カルシウム化合物として石膏を用いた場合について説明した。これに限られるものではなく、無機カルシウム化合物として、例えば消石灰を用いてもよい。また、実施例１及び２では、石膏の懸濁液を用いる場合について説明した。これに代えて、例えば消石灰の水溶液を用いてもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態および変形が可能とされるものである。上述した実施形態及び実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る被覆珪藻土は、高い調湿性や消臭性等の特性を有し、取扱いが容易である。被覆珪藻土は、吸湿・保温性壁材、フィルター濾過助剤、土壌改良材、育苗培土等の、被覆珪藻土を含む製品に好適に利用される。本発明に係る被覆珪藻土の製造方法により、高い調湿性や消臭性等の特性を有し取扱いが容易な被覆珪藻土を提供することができる。

１０ 被覆珪藻土
１１、２１ 懸濁液
１２ 珪藻土
１２ａ 微細孔
１３、２３ 皮膜
２０ 珪藻土を含む素材
２４ 凝集体
３０ 板材
３１ コースター
３２ バスマット
Ｈ 隙間

Claims (7)

1. 珪藻土の表面が無機カルシウム化合物を含有する材料からなる皮膜で被覆されており、
   前記皮膜の厚さは５〜３００μｍの範囲内及び／又は珪藻土の粒子径の２〜８０％の範囲内であり、
   前記珪藻土の大きさは平均粒子径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲内である、
   被覆珪藻土。
2. 前記無機カルシウム化合物は硫酸カルシウム化合物である請求項１に記載の被覆珪藻土。
3. 前記硫酸カルシウム化合物は石膏である請求項２に記載の被覆珪藻土。
4. 前記無機カルシウム化合物は消石灰である請求項１に記載の被覆珪藻土。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被覆珪藻土を含む製品。
6. 所定の大きさを有する珪藻土を準備する工程と、
   無機カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液を準備する工程と、
   前記珪藻土を前記無機カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液に浸漬する工程と、
   前記珪藻土の表面に付着した前記無機カルシウム化合物の皮膜を硬化させる工程と、
   前記無機カルシウム化合物の皮膜が付着した前記珪藻土を前記懸濁液又は水溶液から取り出す工程と、
   を備え、
   前記無機カルシウム化合物は硫酸カルシウム化合物であり、該硫酸カルシウム化合物の懸濁液又は水溶液の濃度は１〜１５質量％の範囲内であり、
   前記珪藻土の大きさは平均粒子径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲内である、
   被覆珪藻土の製造方法。
7. 前記硫酸カルシウム化合物は石膏である請求項６に記載の被覆珪藻土の製造方法。