JPH0959077A - 発泡セラミック成形板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量にしてしかも強度があり空気を貫通する
ミクロン単位の微細な毛細管状の空気流通孔を有するこ
とによって空気は貫通するが水は貫通せず、吸水性能が
きわめて高くしかも断熱性能に優れ火炎に対して裏面の
温度上昇がきわめて低い優れた発泡セラミック成形板を
提供することである。 【構成】 圧縮強度６００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で嵩比重
０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３融点１５００℃以上のセラミ
ック微細中空粒子又は表面を着色無機顔料でコーティン
グした該セラミック微細中空粒子とアルカリ金属珪酸塩
水溶液とポルトランドセメント及び水からなる組成物を
攪拌・混練し加圧成形後所定期間養生したのち低温で焼
成することを特徴とする発泡セラミツク成形板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建造物に使用する外壁
材、床材、天井材、屋根材、吸音材、タイル用基材、透
水性舗装材等の建築・土木用部材、その他フィルター、
散気板等に使用される発泡セラミック成形板に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、発泡セラミック成形板あるいは多
孔質セラミック成形板には次の様なものがあった。即ち
陶石や長石および粘土などの天然鉱物の混合物や酸化物
系セラミック粉体に結合材を添加しこれに無機あるいは
有機系発泡剤を加えて混練成形後１０００℃以上の高温
で焼成するものが知られている。

【０００３】又、セラミック粉体とバインダーを含むス
ラリーに多孔化剤又は発泡剤を添加し、このスラリーを
成形焼成した発泡セラミック成形板。又無機質微細発泡
体やセラミックの破片等をバインダーによって結合した
セラミック多孔成形板などが広く用いられている。

【０００４】しかるに原料に陶石や長石および粘土等天
然鉱物を使用するものは良質のものが次第に減少しその
入手が困難になっている。又多孔化剤を用いる方法は高
気孔率かつ高気孔径を有する発泡セラミック成形板を作
るために多量の多孔化剤を用いねばならず、この多孔化
剤がスラリー中に分散して焼成時に飛散し発泡セラミッ
ク成形板を損傷するため品質の安定が困難である。

【０００５】発泡剤を用いる方法は規則性のある微細中
空洞を設計通り形成することが困難である。無機質微細
発泡体やセラミック破片等をバインダーによって結合し
たものは無機質微細発泡体やセラミック破片等の形状が
不定形であり、これらの表面が滑らかでないためバイン
ダーの吸収が大きくなり品質の安定性に劣り良質の発泡
セラミック成形板にはならないのである。

【０００６】以上の様に従来の発泡セラミック成形板あ
るいは多孔質セラミック成形板はセラミック成形板内部
に微細な空洞のあるもの、あるいは微細発泡体の周囲が
単にバインダー等で固結されているものであった。この
ため発泡セラミック成形板中には空気が貫通することが
できないものか又は散気板、フィルターを目的としたも
のでは逆に空気の流通孔が大きなものしかなく、このた
め断熱性は低く火災に対する抵抗力も有していなかった
のである。

【０００７】焼成バーミキュライトやシラスバルーンを
水ガラス及び水ガラス硬化剤で加圧成形する技術が特公
平５−５９０６１にあるが、シラスバルーンは圧縮強度
が僅か８０ｋｇｆ／ｃｍ^２しかなくしかも重量の２分の
１、容積の３分の１が未発泡物である。このため原料混
練時及び加圧成形時でさらにシラスバルーンは破壊し成
形体を軽量化することはできない。まして発泡中空粒子
同士を点接合し空気の流通するミクロン単位の微細な毛
細管状の空気流通孔を形成せしめることは不可能であ
る。

【０００８】焼成バーミキュライトは単なるオープンボ
ァの発泡体であるため単に水ガラスで硬めても軽量化で
きず、発泡中空粒子でないので当然空気を流通するミク
ロン単位の微細な毛細管状の空気流通孔を形成すること
はできない。

【０００９】又特公平５−５９０６１で使用している水
ガラス硬化剤は劇物とされている珪弗化ナトリウムであ
るため産業上利用することはできないのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な従来の発泡セラミック成形板の問題点を解決したもの
で軽量でしかも強度があり、空気が流通するミクロン単
位の微細な毛細管状の空気流通孔を有することによっ
て、空気は貫通するが水は貫通せず吸水性能がきわめて
高くしかも断熱性能に優れ、火炎に対して裏面の温度上
昇がきわめて低い優れた発泡セラミック成形板を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題は発泡セラミ
ック成形板が無数の完全球体微細中空粒子からなり、そ
の微細中空粒子相互が点で連結することによって各微細
中空粒子間にミクロン単位の毛細管状の空気流通孔を有
することにより解決することができるのである。

【００１２】本発明は発泡セラミック成形板中に無数の
ミクロン単位の毛細管状の空気流通孔を保有せしめたも
ので、高強度のセラミック微細中空粒子同士をアルカリ
金属珪酸塩水溶液とポルトランドセメント及び水からな
る組成物を加圧成形し所定時間養生後３００〜７００℃
で焼成するめことによって固着したものである。

【００１３】即ち圧縮強度６００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で
嵩比重０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３、融点１５００℃以上
のセラミック微細中空粒子１００重量部とアルカリ金属
珪酸塩水溶液４０〜２００重量部とポルトランドセメン
ト５０〜３００重量部及び水２０〜１５０重量部組成物
を混練し、５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で加圧成
形した後１〜１０時間養生後３００〜７００℃で焼成す
ることを特徴とする。

【００１４】着色発泡セラミック成形体はセラミック微
細中空粒子に予め着色無機顔料をコーティングした着色
セラミック微細中空粒子を使用することによって着色発
泡セラミック成形板とすることができるのである。

【００１５】

【作用】本発明に使用したるセラミック微細中空粒子
は、従来の微細中空発泡体に比較して特に圧縮強度が高
いものであり発泡セラミック成形体製造過程で生ずる高
い応力・剪断力に対して耐え得ることができるものであ
る。さらに加圧成形することによって軽量であるにもか
かわらず緻密な発泡セラミック成形板とすることができ
るのである。

【００１６】セラミック微細中空粒子あるいは微細中空
発泡体の圧縮強度とは耐水圧強度と同意語であり、圧縮
強度の測定は、微細中空発泡体を水中で加圧し水に加え
られた圧力が微細中空発泡体に伝わり微細中空発泡体が
破壊する圧力を圧縮強度とするのである。

【００１７】優れた性能を示すことのできる発泡セラミ
ック成形板は、攪拌・混練工程が充分でなければなら
ず、均一な製品で品質の良い発泡セラミック成形板には
特に重要である。本発明におけるが如き組成物に対して
充分な攪拌・混練を行う場合セラミック微細中空粒子に
加わる応力及び剪断力は、約４００ｋｇｆ／ｃｍ^２前後
になると言われている。従来の微細中空発泡体には、こ
のような高圧に耐え得るものが無かったので、かかる発
泡セラミック成形板として使用し充分な性能が得られる
ものは皆無であった。即ち大部分が破壊してしまうから
である。

【００１８】次にセラミック微細中空粒子を発泡セラミ
ック成形板に使用する場合重要なことは熱伝導率であ
る。微細中空発泡体はその粒径によるが一般に０．１
（ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃）前後であり、充填した微細中空
発泡体の半分が破壊されたものである場合熱伝導率は大
体０．２（ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃）に低下する。破壊され
ない完全な微細中空発泡体が使用された場合にのみ優れ
た効果が得られるのである。本発明に使用するセラミッ
ク微細中空粒子は従来の微細中空発泡体であるシラスバ
ルーン、ガラスバルーン、シリカバルーン、フライアッ
シュバルーンなどに比較して格段に圧縮強度が高いもの
であり、発泡セラミック成形板の微細中空粒子は１００
％完全な球状である。従来の微細中空発泡体の圧縮強度
は８０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

【００１９】本発明に使用するセラミック微細中空粒子
の融点は１５００℃以上である。セラミック微細中空粒
子はその材質に起因するのは当然であるが一般的に融点
の高いもの程圧縮強度も高くなる。圧縮強度を６００ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２以上とするならばその融点は１５００℃以
上にしなければならないのである。

【００２０】以上により本発明において使用するセラミ
ック微細中空粒子はシリカ５０〜６０％、アルミナ４０
〜４５％、その他１．５〜２．５％からなるセラミック
組成物を発泡生成せしめたものを使用し、その物性は圧
縮強度７００ｋｇｆ／ｃｍ^２、融点１６００℃、嵩比重
０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３、熱伝導率０．１（ｋｃａｌ
／ｍｈｒ℃）で完全な中空粒子のみで構成されている。
セラミック微細中空粒子の粒径は、１２〜３５０μｍの
範囲のものを使用し、細目１２〜７５μｍ、中目７５〜
１５０μｍ、荒目１５０〜３５０μｍとして粒度調整に
より混合使用する。嵩比重は粒度の細かいものは重く、
荒いものは軽くなる。このため嵩比重の範囲は０．３〜
０．５ｇ／ｃｍ^３となる。

【００２１】本発明に使用するアルカリ金属珪酸塩水溶
液は優れた強固なガラス状膜を形成するもので一般式は
Ｍ_２Ｏ・ｍＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏで表わされ、アルカリ金
属Ｍの種類はナトリウム、カリウム、リチウムなどがあ
り特殊なものとして第４級アンモニウム塩がある。

【００２２】セラミック微細中空粒子にアルカリ金属珪
酸塩水溶液とポルトランドセメントを加えることによっ
てポルトランドセメントがアルカリ金属珪酸塩水溶液の
硬化剤として有効に作用し硬化時間を短縮し、成形後の
ハンドリングを容易にするとができるのである。又水は
本組成物の流動性を調整し成形型枠等への打設を容易に
することができる。

【００２３】ポルトランドセメントは硬化剤としてアル
カリ金属珪酸塩水溶液を短時間に硬化させた後、ポルト
ランドセメントの水和反応による硬化によって長期的に
安定した硬化体を成形することができるのである。

【００２４】セラミック微細中空粒子をアルカリ金属珪
酸塩水溶液とポルトランドセメントによって成形硬化さ
せた後１〜１０時間養生後３００〜７００℃の低温で焼
成することによってアルカリ金属珪酸塩の硬化部を水に
不溶性の安定した溶融体とし、さらに発泡セラミック成
形板中に無数の微少気泡による空洞を形成せしめること
ができる。

【００２５】アルカリ金属珪酸塩水溶液はセラミック微
細中空粒子１００重量部に対して４０〜２００重量部加
える。４０重量部以下でははセラミック微細中空粒子同
志を点接合により固着させ短時間で充分な強度を発現し
得ない。２００重量部以上では固化部が多くなり、セラ
ミック微細中空粒子の点接合以外の部分に無数の毛細管
状の空気流通孔を存在せしめることができなくなる。

【００２６】ポルトランドセメントはセラミック微細中
空粒子１００重量部に対して５０〜３００重量部加え
る。ポルトランドセメントは、アルカリ金属珪酸塩水溶
液の硬化剤として用いると共にアルカリ金属珪酸塩水溶
液の硬化及び溶融体成形後水和反応による長期の安定し
た硬化体を形成せしめるためには５０重量部では充分な
硬化が発揮できず、３００重量部以上ではセラミック微
細中空粒子の点接合以外の部分に無数の毛細管状の空気
流通孔を存在せしめることができなくなる。

【００２７】発泡セラミック成形板の表面に白色度を要
求する場合は、ポルトランドセメントの代わりに白色セ
メントを用いることもできる。

【００２８】水は組成物の流動性を高め作業性、成形性
を向上させるばかりでなくポルトランドセメントの水和
反応にも有効に作用するのである。組成物の性状向上及
び発泡セラミック成形板の物性向上を図るために以上の
他に分散剤、増粘剤、抗菌・抗かび剤、安定剤、その他
の混和剤、無機質体質顔料などを添加してもよい。

【００２９】セラミック微細中空粒子に着色無機顔料と
水を加え転動式ミキサーで混合攪拌することによってセ
ラミック微細中空粒子に着色無機顔料を容易にコーティ
ングすることができ。本発明で用いる着色無機顔料は４
４ｐｍ以下の微粉末状としたもので、コバルト顔料、鉄
顔料、クロム顔料、マンガン顔料、銅顔料、バナジウム
顔料、水銀顔料、鉛顔料、硫化物顔料、セレン化物顔料
などで、例えばオーレオリン（黄）、コバルトグリーン
（緑）、セルリアン青（空色）、コバルトブルー
（青）、コバルトバイオレット（紫）、黄土（黄）、シ
ュナー（カツ色）、ベンガラ（赤）、プルシアンブルー
（青）、酸化クロム（緑）、黄鉛（黄）、ピリジアン
（緑）、ミネラルバイオレット（紫）、エメラルドグリ
ーン（緑）、バナジウム黄（黄）、バナジウムブルー
（青）、シュ（赤）、鉛丹（赤）、カドミウムエロー
（黄）、ウルトラマリン（青）、カドミウムレッド
（赤）、カーボンブラック（黒）、などが使用できる。

【００３０】発泡セラミック成形板は所定形状の型枠に
組成物を打設しプレス等により加圧成形するか、コンベ
ア上に組成物を供給しロールによる加圧を行ない、連続
的に成形することも可能である。加圧成形後１〜１０時
間養生した後３００〜７００℃の低温で焼成する。

【００３１】発泡セラミック成形板は、強度の高いセラ
ミック微細中空粒子同志が接合し、この部分がアルカリ
金属珪酸塩水溶液の溶融体とポルトランドセメントの硬
化体で固着されているためきわめて軽量で、その比重は
０．５〜０．７（ｇ／ｃｍ^３）である。又成形時に５０
〜５００ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧するため発泡セラミック
成形板は緻密になり強度も高くなる。

【００３２】強度の高いセラミック微細中空粒子は、発
泡セラミック成形板中に完全に中空体の形で存在するこ
とができるため、セラミック微細中空粒子間が点接合に
より固着することによって点接合以外の部分に無数の毛
細管状の空気流通孔が存在することを見出したのであ
る。

【００３３】この無数の網の目状に張りめぐらされた毛
細管状の空気流通孔によって僅か１ｋｇｆ／ｃｍ^２程度
の低い空気圧でも空気は発泡セラミック成形板の表面か
ら流れる。すなわち表面からの空気は発泡セラミック成
形板の裏面のみならず発泡セラミック板の四周に迄流れ
る。特に高熱空気の場合は表面から大部分が上方に流れ
発泡セラミック成形板の上端から放散する。

【００３４】このため本発明になる発泡セラミック板表
面に火炎がかかっても火炎による高熱の空気は、発泡セ
ラミック成形板全体に均等に流れ、裏面温度の上昇は少
なく発泡セラミック成形板全体が放熱板として作用する
のである。

【００３５】発泡セラミック成形板を水平に置きその表
面に水を滴下した場合、滴下された水は即座に吸収する
ことができる。即ち発泡セラミック成形板中に網の目の
如く張りめぐらされた毛細管状の空気流通孔内に滴下さ
れた水はただちに流れ吸収されるのである。そしてこの
吸収された水は水平方向に流れ次第に下方に向かって流
れるため裏面に直ちに貫通することはない。水は発泡セ
ラミック成形板の毛細管状空気流通孔に流れ、吸水量は
発泡セラミック成形板重量とほぼ同じ位になる。

【００３６】

【実施例】以下本発明の実施例について詳述するが本発
明はその要旨を越えない限り実施例に限定されるもので
はない。

【００３７】実施例 圧縮強度７００ｋｇｆ／ｃｍ^２で
嵩比重０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３、融点１６００℃、熱
伝導率０．１（ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃）で完全な中空粒子
のみで構成されているセラミック微細中空粒子１００重
量部とアルカリ金属珪酸塩水溶液８０重量部、ポルトラ
ンドセメント１５０重量部、水７５重量部に混和剤とし
て分散剤、安定剤等を１．２重量部を加えて攪拌した組
成物を充分攪拌・混練した後型枠に打設して板状とし３
００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で加圧成形した。加圧成形後
常温で２時間養生した後５４０℃で３０分焼成し発泡セ
ラミック成形板を作製した。

【００３８】発泡セラミック成形板の寸法は５００×５
００×３０ｍｍである。セラミック微細中空粒子は細目
６重量部、中目５９重量部、荒目３５重量部に粒度調整
したものを使用した。アルカリ金属珪酸塩水溶液は市販
のＮａ_２Ｏ ９．４重量％、ＳｉＯ_２ ２９．４重量％
よりなる珪酸ソーダ水溶液を用いた。

【００３９】 比較例１ 比較例１ 実施例で使用したセラミック微細中空粒子の
代りにシラスバルーン（Ｓ社製）を用いた。他は実施例
と同じである。

【００４０】比較例２ 実施例で使用したセラミック微
細中空粒子の代りにガラスバルーン（Ａ社製）を用い
た。他は実施例と同じである。

【００４１】実施例及び比較例１及び２の各種物性比較
を表１にまとめた。作製した各供試体はいずれも５００
×５００×３０ｍｍである。本発明になる発泡セラミッ
ク成形板の比重はセラミック微細中空粒子の破壊が全く
ないため０．６３でありきわめて軽量である。シラスバ
ルーンはもともと完全中空発泡体が重量で３分の１、容
積で２分の１でありその上攪拌・混練及び加圧成形によ
って大部分破壊したため比重は１．４４と非常に重くな
る。ガラスバルーンも約６０％前後破壊したため重くな
ったと言える。

【００４２】

【表１】

【００４３】圧縮強度は実施例が最も強く、比較例はバ
ルーンの破壊により硬化組成分による結合が完全に行な
われず充分な強度を発現することができていない。発泡
セラミック成形板表面から裏面に向けて空気圧１ｋｇｆ
／ｃｍ^２で空気を当てた場合表面から裏面へ空気が透過
するかどうかを試験した結果、透過したのは実施例のみ
であり、比較例はバルーンの破壊によって内部にミクロ
ン単位の微細な毛細管状の空気流通孔が生成されず空気
が透過することができなかった。

【００４４】各供試体の吸水率および表面から裏面への
水の透過性試験結果を対重量比で示した。実施例は発泡
セラミック成形板重量の１０７％迄吸水し１０５％吸水
時に表面からの水が裏面に滲み出ることを示している。
比較例はいずれも成形体中にミクロン単位の微細な毛細
管状の空気流通孔が生成されておらず発泡体として不完
全なものであるため水の透過性は不可であった。

【００４５】各供試体にガスバーナーの火炎先端を当て
て裏面の温度を措定した。ガスバーナーの先端は約１２
００℃で火炎照射時間は１０分である。実施例の場合火
炎により上昇した空気は発泡セラミック成形板全体に広
がり裏面の温度上昇はきわめて低い。

【００４６】

【発明の効果】以上述べた如く本発明に係る発泡セラミ
ック成形板は、高強度のセラミック微細中空粒子を使用
することによって軽量にしてしかも強度が高く空気を流
通するミクロン単位の微細な毛細管状の空気流通孔が網
の目の如くに張りめぐらされる。発泡セラミック成形板
は空気は貫通するが水は貫通せず吸水性能がきわめて高
く、吸水した水は外部に滲み出ることはなく自然に蒸発
散する。このため発泡セラミック成形板を水平に置いて
表面から水を滴下しても裏面から発泡セラミック成形板
の飽和吸水量迄垂れ落ちることはない。又断熱性能に優
れ火炎に対して裏面の温度上昇がきわめて低い優れた発
泡セラミック成形板であり各種建築部材はもとよりフィ
ルター、散気板等にも好適に使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の発泡セラミック成形板の断面図拡大

【符号の説明】

１．セラミック微細中空粒子 ２．空気流通孔 ３．微少気泡による空洞 ４．セメント硬化体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮強度６００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、嵩
   比重０．３〜０．５ｇ／ｃｍ^３、融点１５００℃以上の
   セラミック微細中空粒子を１００重量部にアルカリ金属
   珪酸塩水溶液４０〜２００重量部、ポルトランドセメン
   ト５０〜３００重量部及び水２０〜１５０重量部からな
   る組成物を加圧成形後３００〜７００℃で焼成すること
   を特徴とする発泡セラミック成形板。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセラミック微細中空粒子
   に着色無機顔料をコーティングした着色セラミック微細
   中空粒子を使用することにより着色発泡セラミック成形
   板とすることを特徴とする請求項１記載の発泡セラミッ
   ク成形板。