JPS63195157A - 焼成品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は焼成品の製造法に関する。さらに詳しくは、ク
ラック、変形などが生じることがなく、曲げ強度、耐凍
害性などの特性に優れるとともに、シラス、フライアッ
シュ、高炉スラグなどの安価で容易に入手できる原料を
用いるので、きわめて低コストに製品をうろことができ
る焼成品の製造法に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする問題点］ 従来より、食器、瓦、煉瓦、タイルなどの窯業製品の原
料としては粘土が主に用いられていた。しかしながら、
粘土は成形に多量の水を必要とするため乾燥時に５〜８
％も収縮し、製品に変形やクラックが生じ易かった。し
たがって、食器、瓦、煉瓦、タイルなどの比較的小さな
品物は加熱条件をコントロールすることで焼成が可能で
あるが、プレハブ住宅の外壁、間仕切壁、床などに用い
られるパネルなどの大型品の焼成はきわめて困難であっ
た。とくに、肉厚が太きくなるとパネルの表層と中間層
との乾燥状態が不均一になり、変形やクラックの発生は
不可避であり、強度および外観などにおいて市場に供給
しうる製品を製造することは不可能であった。

また、大型品になると強度上鉄筋などによる補強が必要
となるが、粘土を用いるときは乾燥時にすでに収縮によ
り鉄筋にそってクラックが発生し、また焼成時の熱応力
により基材に割れが発生するため補強をすることができ
ず、この点においても大型の焼成品の製造は不可能と考
えられていた。もちろん、量産性を度外視すればある程
度の大型品を製造することも可能ではあったが、えられ
るものは−品生産であるため非常に高価なものとなり、
しかも強度を期待することができないので胸壁の様にで
きあがった壁に後から小さく区割すした陶片を取り付け
るなど装飾的用途にしか供することができず、いわゆる
壁材などとしてはまったく実用に供しえないものであっ
た。

本発明者らは、叙上の事情に鑑み、変形やクラックが発
生することがなく、強度、耐久性などの特性に優れ、し
かも安価な焼成品を提供せんと長年にわたり鋭意研究を
重ねた結果、５Ｉ０２系熱処理生成物と、アルカリ硅酸
塩とからなる混練物の成形体を加熱焼成するときにはじ
めて、前記ｙＡ題が解決されることを見出し、本発明を
完成するに至った。

［問題点を、解決するための手段］ 本発明の製造法は、５１０２系熱処理生成物と、アルカ
リ硅酸塩と、水とからなる混練物を適宜の形状に成形し
、えられた成形体を加熱焼成することを特徴としている
。

［実施例］ 以下、本発明の焼成品の製造法について説明する。

本発明においては焼成品の原料として５１０２系熱処理
生成物を用いているが、このものは、５１０２を主成分
とし、天然もしくは人工的に加熱処理されものすべてを
含む広い概念である。具体例としては、抗火石、シラス
、火山灰、長石粉など天然に産するものや、シャモット
、フライアッシュ、高炉スラグ、バルブ焼却灰、汚泥焼
却灰など人工的にえられるものなのがあげられる。これ
らの５ｔｏｚ系熱処理生成物は、一度加熱された原料で
あるため、成形体の乾燥時および加熱焼成時の収縮が小
さく、焼成品に変形、クラックが生じ難いという特徴を
有している。

とくに、−大型の焼成品のばあいは表層と中間層の乾燥
状態が不均一になり加熱焼成時に変形、クラックが生じ
易いが、５１０２系熱処理生成物を原料として用いると
きは、かかる弊害が生じることもない。

５ｉＯ＝系熱処理生成物のうち、フライアッシュは前記
した変形およびクラック防止効果に加え、■アルカリ硅
酸塩と、フライアッシュ中のアルミナおよびとくに酸化
カルシウムとが反応して不溶性の硅酸塩を生成しくＣａ
粘土＋Ｎａ２Ｓ１０２→Ｎａ粘土＋Ｃａ５ＩＯｓ）金属
様硬質成型物ができるので好ましい、■フライアッシュ
に対して、焼成時にアルカリ硅酸塩が溶融剤として機能
し、焼固に比較的低温で焼成ができる、■フライアッシ
イユ自体微粉末であるので、調合のために微粉末化する
必要がない、および■フライアッシュは、現在廃棄物処
理上問題となっているがこれを有効に活用することがで
きる、などの利点を有している。

本発明においては、前記５ｉ０２系熱処理生成物ととも
にアルカリ硅酸塩が焼成体の原料として用いられる。ア
ルカリ硅酸塩としては、硅酸ソーダ、硅酸カリ、硅酸リ
チウムなどがあげられるが、これらは液状、粉末状いず
れの状態のものでも用いることができる。これらのアル
カリ硅酸塩は、５１０２系熱処理生成物の成型固化剤、
焼成焼固剤として使用される。そして、５１０２系熱処
理生成物としてフライアッシュを用いるときは、フライ
アッシュ中のアルミナ、酸化カルシウムと反応して硬質
成形物かえられる。この成形物は６０分以内に硬化し脱
型することができ、しかも養生の必要もなく、脱型とと
もに乾燥することができる。これはセメント製品あるい
は粘土成形物には見られない利点であり生産性を高める
要目である。さらに、焼成ではフライアッシュに対して
溶融剤として機能するので、比較的低温で焼成すること
ができるという利点がある。

前記硅酸化合物のうち硅酸カリは、釉との反応がよく、
えられた焼成品の釉面の美観を損なうことがない。

アルカリ硅酸塩は、一種類だけを単独で用いてもよいし
、二種類以上を混ぜて用いてもよい。

その使用ｆｆ１（二種類以上を用いるばあいは合計の使
用ｆｆ１）は、混練物の３〜３５％（重量％、以下同様
）であるのが好ましく、５〜３０％であるのがさらに好
ましい。使用量が３％に満たないばあいは、ハンドリン
グ可能な強度まで成形体が固化しないという問題がある
。一方、使用量が３５％を超えると、硬化時間が長くな
り過ぎる（いつまでも寒天状（ゼリー状）で硬化しない
）とともにアルカリの表面析出が多くなり釉の美観を損
ねる、また焼成後に白華を生ずるという問題がある。

なお、８１０２系熱処理生成物の一種であるフライアッ
シュに硅酸ソーダを加えて混練し、成形加工したのち養
生し、乾燥させて硬質成形物をうることが特開昭５７−
２０４２７８号に記載されている。しかし、この成形物
は単に前記混練物を養生、乾燥するだけであり、加熱焼
成されていないので曲げ強度、表面硬度、耐凍害性など
の物性が著しく劣るものである。したがって、壁材、床
材など強度を要する用途にはとうてい使用することがで
きないという欠陥を有しているのである。この点、本発
明の製造法によりえられる焼成品は、焼結物であるため
曲げ強度、表面硬度、耐凍害性などの物性値が高く、各
種用途に用いることができる。

本発明においては、５ｉ０２系熱処理生成物、アルカリ
硅酸塩、水からなる混練物に珪灰石を加えてもよい。珪
灰石を加えることで次のような効果を奏することができ
る。

■珪灰石は針状結晶鉱物であるので、乾燥収縮が小さく
、しかも寸法安定性に優れている。そのため、乾燥時お
よび加熱焼成時にクラックが生じにくくなるとともに寸
法精度を著しく向上させることができる。

■珪灰石は熱膨張係数が小さく、迅速焼成ができるとと
もに熱応力の発生が緩和されるので、変形やクラックの
発生が防止される。

■珪灰石を加えると焼成収縮が小さくなるのでクラック
が生じ難い。とくに、鉄筋を埋設したばあい高温時の熱
応力を制御することができ、クラックは一層発生しにく
くなる。

■珪灰石は針状結晶鉱物であるので、焼成品の弾性率が
向上する。

珪灰石の使用量は、混練物の５〜２５％であるのが好ま
しい。使用量が５％未満だと珪灰石の前記■〜■の特性
が焼成品の物性にあられれず、一方、使用量が２５％を
超えると加水量が多くなってしまい乾燥収縮が大きくな
り、かつそれ以上珪灰石を加えても効果に変化がないの
で好ましくない。しかし、２０％以上必要なばあいは一
度でｔｏｏｏ℃で仮焼して用いれば乾燥収縮の欠点はな
くなる。

本発明においては、混練物中にさらにガラス粉を加える
ようにしてもよい。このばあいに、ガラス粉は融剤とし
て用いられるのであって、固化剤としての機能は有して
いない。その使用量は、とくに制限はなく、水ガラスの
加配量などを考慮して適宜選定すればよい。一般的に、
硅酸ソーダおよび／または硅酸カリの使用量を硬化限度
まで少なくしであるが、その表面析出を押えるため融剤
としてガラス粉の使用量を増すのが好ましい。また、焼
成温度を設定するのに、低温焼固を望むばあいはガラス
粉の使用量を増やすのが好ましい。

また、必要に応じて前記混練物中に、長石、シャモット
、発泡頁岩、発砲抗火岩、発砲粘土などの骨材を加えて
もよい。

本発明においては、焼成品に所望の外観、耐久性、耐水
性を付与するために、加熱焼成に先だって成形体の表面
に施釉を行なってもよいし、エンゴーベ被覆を行なって
もよいし、さらにはこれら両方を行なうようにしてもよ
い。釉薬としては、フリット釉、生釉など適宜の釉薬を
用いることができ、その塗布量もとくに限定されるもの
ではない。また、塗布方法もスプレーによる噴霧、流し
かけ、ハケ塗りなど通常採用されている方法をとること
ができる。エンゴーベとしては、たとえば、白土、長石
、カオリンおよびこれらと粘土との組み合わせたものな
どを用いればよいが、これらに限定されるものではない
。たとえば、白土３５％、白土（１０００℃仮焼物）３
５％、ガラス粉２５％、Ｆ２２０３５％からなる配合物
をボットミルで粉砕しＣＭＣ液を加えて泥漿を作りスプ
レーで噴霧し、それを１０５０℃で焼成するとセミマッ
トの赤褐色の表面が構成される。

本発明の焼成品の製造法は、前述した５ｉ０２系熱処理
生成物、アルカリ硅酸塩、および水からなる混練物を成
形し、えられた成形体を加熱焼成することからなるもの
であるが、以下各工程を順に説明する。

まず、すべての配合物を同時に混合し、ミキサーなどで
撹拌して混練物をえる。つぎにえられた混練物を適宜の
形状の型に打設する。このばあい、焼成品が補強を要す
るときは、鉄筋、金網などの補強材が予め型内に配置さ
れる。通常、混練物を３０〜６０分硬化させたのらに脱
型が行なわれる。

脱型後、成形体を温風、遠赤外線加熱、マイクロ波加熱
などにより乾燥させる。乾燥は常温乾燥により行なって
もよい。乾燥１こ要する時間は、成形物の厚さ、加熱脱
水方法により異なるが概ね３０分〜８時間である。要は
、急速乾燥を行ない含水率が２％以下程度に乾燥するの
が好ましい。

乾燥後、成形体を焼成炉内に入れて、９８０〜１０５０
℃で４〜６時間程度加熱焼成する。加熱温度および加熱
時間は、原料の種類、配合の割合、成形体の寸法などを
考慮して選定すればよい。

加熱スピードに関して、とくにフライアッシュのばあい
、含有する未燃炭微粒子を釉の融ける以前に完全に燃焼
させる事が重要であり、５００〜７００℃の温度域を一
定時間キープする必要がある。

つぎに本発明の製造方法を実施例にもとづき説明するが
、本発明はもとよりかかる実施例に限定されるものでは
ない。

実施例１〜４ 第１表に示す配合割合の混合物をミキサーで同時に約３
分間撹拌して混練物をえた。えられた混練物を、第１表
に示す寸法の試験体をうるべく木製の型枠内に打設した
。６０分放置して混練物を硬化させたのちに脱型し、そ
の後マイクロ波加熱により２５分間乾燥させた。乾燥後
、第１表に示す条件でローラーキルンにて加熱焼成を行
なった。実施例１における焼成時間と焼成温度との関係
を第１図に示す。加熱焼成後、自然冷却させ、実施例１
〜２は１５時間後に窯出し、また実施例３〜４は５時間
後に窯出した。なお、本明細書における実施例および比
較例においてはそれぞれ３個づつ試験体を製造し、後述
する各種の物性データは原則として３個の試験体の測定
値の平均値である。

えられた試験体について、全収縮率（ＪＩＳＡ５２０９
準拠）、２４時間吸水率（ＪＩＳ　Ａ３２０９準拠）、
かさ比重および曲げ強度（ＪＩＳ　Ａ３２０９準拠）を
測定した。測定結果を第２表に示す。

比較例１ 第１表に示す配合のものを、加熱焼成条件を第１表に示
すものとした以外は実施例１〜４と同様にして加熱焼成
し、試験体を製造した。

比較例２ フライアッシュの代わりに同重量の粘土を用いた以外は
実施例１と同様にして試験体を製造した。

比較例１〜２でえられた試験体について実施例１〜４と
同様の項目を測定した。測定結果を第２表に示す。

実施例５ 第１表に示す配合割合、加熱焼成条件とした以外は実施
例１と同様にして試験体を製造した。

えられた試験体について耐凍害性（ＡＳＴ）ｌＩＣ６８
Ｂ準拠）、曲げ強度（ＪＩＳ　Ａ３２０９準拠）および
表面硬度（ＪＩＳ　Ｋ　７２０４準拠）を測定した。結
果を第３表に示す。

比較例３ 加熱焼成しなかった以外は、実施例５と同様にして試験
体を製造した。えられた試験体について実施例５と同様
の項目を測定した。結果を第３表に示す。

［以下余白］ 第　　　　３　　　　表 ＊　（条件）　回転数　　１０００回転荷回転型　　　
ｉｏｏｏｇ 第４表に示す組成割合の混合物をミキサーで同時に約３
分間撹拌して混練物をえた。えられた混練物を第４表に
示す寸法の試験体をうるべく木製の型枠内に打設した。

２時間放置して硬化させたのちに脱型し、その後マイク
ロ波加熱により２５分間乾燥させた。乾燥後、第４表に
示す条件でローラーキルンにて加熱焼成を行なった。加
熱焼成後、自然冷却させ、６時間後に窯出した。えられ
た試験体について曲げ強度（ＪＩＳＡ５２０９準拠）を
測定した。また乾燥工程後の収縮率（ＪＩＳ　Ａ３２０
９準拠）も測定した。結果を第４表に示す。

比較例４〜６ 混練物の配合割合を第４表に示すごとく変えた以外は、
実施例６〜ＩＯと同様にして試験体を製造した。えられ
た試験体について実施例６〜工０と同様の項目を測定し
た。結果を第４表に示す。

［以下余白］ 第４表 ［評価見学］ 机　硬化時間　　ｏ：２時間以内 Δ：２時間で充分には硬化せず ×：２時間でまったく硬化せず ＊２　収　　縮　　Ｏ：乾燥による収縮で１．５％以内
Ｘ：乾燥による収縮で１．５％をこえる零３　強　　度
　　Ｏ：曲げ強度が１Ｋｇ／ｃｍ２以上Δ：曲げ強度が
５Ｋｇ／ａｍ２未満 ×：曲げ強度がほとんどゼロ 実施例１〜４と比較例２より焼成品の基材としてＳｉＯ
２系熱処理生成物を用いるときは、全収縮率が非常に小
さくなるとともに曲げ強度が著しく向上することがわか
る。また、外観に関し、実施例１〜４の試験体はクラッ
クや変形がほとんど認められなかったが（目視による観
察）、比較例２の試験体には多数のクラックおよび変形
が認められた。

また実施例１〜４と比較例１より８１０２系熱処理生成
物に代えガラス粉を基材に用いるときは、全収縮率は非
常に小さくなるものの曲げ強度が極端に小さくなるので
とうてい建築用パネルなどの実用に供しえないことがわ
かる。

つぎに、実施例５と比較例３より、加熱焼成により耐凍
害性、曲げ強度および表面硬度が著しく向上することが
わかる。

さらに、実施例６〜１０と比較例４〜６よりアルカリ硅
酸塩（水ガラス）の好ましい使用範囲は、全混練物中の
３〜３５％であり、さらに好ましい使用範囲については
同じく５〜３０％であることがわかる。

［発明の効果コ 以上述べたごとく、本発明の焼成品の製造法は、原料と
して一度加熱された５ｉｏ２系熱処理生成物を用いてい
るので、成形体の乾燥時および加熱焼成時の収縮が小さ
く、焼成品に変形クラックが生じないという優れた効果
を奏しうるちのである。それにより、従来においては実
用上まったく不可能と考えられていた大型品の製造も可
能とし、従来の焼成品が有していた限界を打破し、その
イメージを御所する画期的な新技術である。加うるに、
本発明の製造法によれば、従来よりその多くが廃棄され
ていたフライアッシイユ、高炉スラグなどに対しを効に
利用される途を開くものであり、処理場の長寿命化、処
理費用の不要化などその波及効果はきわめて大なるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１にかかる試験体を焼成するときの焼成
時間と焼成温度との関係を示すグラフである。 特許出願人　　ナショナル住宅産業株式会社ほか２名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＳｉＯ＿２系熱処理生成物と、アルカリ硅酸塩と、
   水とからなる混練物を適宜の形状に成形し、えられた成
   形体を加熱焼成することからなる焼成品の製造法。 ２、前記成形体をエンゴーベ被覆しおよび／または施釉
   したのちに加熱焼成する特許請求の範囲第１項記載の製
   造法。 ３、前記混練物がさらに硅灰石を含む特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の製造法。 ４、前記混練物がさらにガラス粉末を含む特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の製造法。