JPH039048B2

JPH039048B2 -

Info

Publication number: JPH039048B2
Application number: JP58063489A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hayashi; Kazuhiro Fukumoto
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1983-04-11
Publication date: 1991-02-07
Also published as: JPS59190231A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ガルス発泡体の製造方法に関するも
のである。

ガラス発泡体は、一般に多泡ガラスとも言わ
れ、独立または連絡せる均一な微細気泡から成
り、軽量で不燃性、断熱性、吸音性、加工性等の
優れた特性を有する。このガラス発泡体は、それ
らの特性を生かして、建築材料における不燃断熱
材または吸音材等として、例えば天井板、側壁、
仕切り壁等として広く使用されている。また、こ
のガラス発泡体は、スチームパイプ、ダクト冷蔵
庫等の保温材として使用される等、種々の分野で
広く実用に供されている。

従来、ガラス発泡体の製造は、ガラス粉末に発
泡剤を添加した混合粉末或いは該混合粉末を造粒
した造粒粉末を発泡金型内に充填し、加熱炉でガ
ラス軟化点以上の温度に加熱してガラスを軟化さ
せ、かつ加熱により発泡剤を発泡させてガラス発
泡剤を製造している。

この従来のガラス発泡体の製造方法に於いて
は、加熱により前記混合粉末或いは造粒粉末から
発泡体になる際に金型内で体積膨張が生じる。こ
のため、成形品の上方角分の成形が不揃いにな
り、一定形状のガラス発泡体を製造することが困
難であつた。従つて、例えば直方体形状のガラス
発泡体を製造するに当つては、先ず比較的大きい
ガラス発泡体を製造し、発泡体の上部を切り取り
直方体形状のガラス発泡体を製造していた。故
に、多量の切り屑が発生し、収率が悪いといつた
問題点があつた。また、従来の製造方法において
は、混合粉末若しくは造粒粉末に対するガラス発
泡体の発泡倍率が極めて大きく、発泡した製品の
寸法精度が悪く、特に異形の発泡体を製造するこ
とは極めて困難であつた。更に、ガラス発泡体は
加工によりできた解放発泡を有する為に、例えば
耐凍結融解性の問題などを有しその使用条件に制
限を受ける等の不具合を有していた。

本発明者等は、上述の如き従来の問題点に鑑
み、これを解決すべく各種の研究を重ねたとこ
ろ、本発明を成すに至つたのである。

本発明の目的は、密度の高い表面相を有し、寸
法精度が良く、かつ低嵩密度のガラス発泡体の製
造方法を提供するにある。

即ち、本発明のガラス発泡体の製造方法は、ガ
ラス粉末と発泡剤と空孔形成物質とからなる原料
混合物を、成形型内に入れ前記ガラス粉末の軟化
温度よりも低い温度で１次加熱を行ない上記空孔
形成物質により空孔を形成し、然る後前記ガラス
粉末の軟化温度以上の温度で２次加熱することを
特徴とするものである。

本発明によれば、発泡倍率が小さく、低嵩密度
のガラス発泡体を製造することができる。従つ
て、本発明の製造方法により製造されたガラス発
泡体は、発泡倍率が小さく低嵩密度であるので、
発泡した製品の寸法の制御精度を良くすることが
でき、板状或いは異形体のガラス発泡体等を容易
に製造することができる。

以下、本発明のガラス発泡体の製造方法をより
詳細に説明する。

本発明に於いて用いるガラス粉末いは、通常の
ソーダ石炭ガラスや硼珪酸ガラス、鉛ガラス、ソ
ーダ珪酸ガラス等の種々のガラス粉末を用いるこ
とができる。

また、発泡剤は、ガラス軟化温度で熱分解また
は酸化して気体を発生し軟化したガラス中に多数
の気泡を生成させることのできる物質であれば、
本発明に総て適用することができる。その代表的
なものとしては、前者の場合、ガラス粉末の軟化
温度で分解して炭酸ガス、酵素等を発生する物質
である炭酸カルシウム、ドロマイト、炭化珪素、
炭酸マグネシウム等が、また後者の場合、ガラス
の軟化温度で燃焼して炭酸ガス等を発生する物質
としてカーボン粉末等がそれぞれ挙げられる。

ここで、該発泡剤の配合量は、ガラス粉末100
重量部に対して0.5ないし15重量部であることが
好ましい。ここに0.5重量部以上としたのは、該
発泡剤が0.5重量部未満の場合には、該発泡剤か
ら発生するガス量が少ないためにガラス発泡体中
の発泡が少なくなり嵩比重が大きくなつて断熱性
が低下してしまうからである。また、15重量部を
越える場合には、該発泡剤から発生するガス量が
多くなり、発泡が粗大化して強度の低下を招き、
連続気泡の発生を誘引する恐れがあるからであ
る。

また、この発泡剤の配合量は、ガラス粉末100
重量部に対して１ないし10重量部であることがよ
り好ましい。これは、該発泡剤の配合量を前述の
如き範囲にすることにより、より一層本発明の作
用効果を奏することができるからである。特に、
この範囲にすることにより、強度及び断熱性能の
より大きいガラス発泡体とすることができる。

なお、ガラス粉末として軟化温度の低いものを
用いる場合には発泡剤の分解若しくは酸化する温
度が同様に低いものを用いることが好ましい。ま
た、軟化温度の高いガラス粉末を用いる場合に
は、発泡剤の分解若しくは酸化する温度が同様に
高いものを用いることが好ましい。

また、発泡剤の配合量は、目的とするガラス発
泡体の嵩比量などの物性応じて、より適した発泡
剤の配合量を選択することができる。また、この
選択により、目的とするガラス発泡体の物性等に
応じたより経済的ない配合量を決定することがで
きる。

また、本発明において用いる空孔形成物質は、
ガラス粉末の軟化温度よりも比較的低い温度で熱
分解若しくは酸化等により消失或いは体積減少を
起こし、原料混合物中に空孔を形成する物質を用
いる。このような空孔形成物質は、有気物質およ
び無機物質いずれでも良いが、その代表的な物質
としては、発泡ポリスチレンビーズ、発泡ポリウ
レタン小片等の粒状の有機質発泡体、籾殻、パン
屑等の有機質体、カーボン粒、水ガラス中空粒等
の無機質体等が挙げられる。また、この空孔形成
物質は、何の様な形状であつても良いが、粒状様
のものを用いることが好ましい。また、該空孔形
成物質の大きさは、0.5ないし３mm程度であるこ
とが好ましい。ここに、３mmを越える場合には、
最終品であるガラス発泡体中に大きな空洞が残
り、また、0.5mmより小さい場合には第一加熱時
に生ずる空孔が小さく、所望するガラス発泡体を
得灘くなるからである。

ここで、本発明のガラス発泡体の代表的な製造
方法を以下に示す。

先ず、原料混合物の作製方法は、ガラス粉末と
発泡剤とから成る混合粉末を作製する工程と、該
混合粉末を空孔形成物質に被覆・造粒する工程と
から構成される。

混合粉末作製工程は、先ずガラス原料を粗砕し
てガラス粉末とする。次に、このガラス粉末に発
泡剤を加え、更に微粉砕混合して目的とする混合
粉末を得る。

また、被覆・造粒工程は、先ず空孔形成物質を
撹拌機等に撹拌しながら、結合剤を噴霧器等によ
り噴霧する。次いで、前記原料ガラス粉末作製工
程で得られた混合粉末を加え、該空孔形成物質の
まわりに該混合粉末の層を形成し、原料混合物を
得る。ここで、混合粉末を添加する際の空孔形成
物質は、各表面に結合剤が均一にぬれていること
が好ましい。これは、空孔形成物質の表面に結合
剤が均一にぬれている場合、混合粉末がより均一
に付着するからである。また、混合粉末の添加
は、先ず小量の混合粉末を添加して薄く均一に混
合粉末の層を形成させた後に、再度混合粉末を加
えながら結合剤を噴霧し雪だるま式に形成して原
料混合物を得ることがこのましい。これにより、
よりよい原料混合物とすることができるからであ
る。この被覆・造粒の際に用いる結合剤は、同一
の結合剤を用いる必要がなく、原料物質の種類や
量及び結合剤の適性に応じてより適した結合剤を
選択することができる。

次に、得られた原料混合物を所望の金型に充填
し、該成形型内にて空孔形成物質が分解若しくは
酸化する温度以上かつガラス粉末軟化温度以下に
一次加熱し、該空孔形成物質を分解若しくは酸化
させ除去する。これにより、ガラス粉末と発泡剤
により構成された多数の空孔を有する中空混合物
を得る。但し、ここで、空孔形成物質として無機
系の物質等を選択した場合には、中空部に酸化物
等該物質の反応物質が残存する可能性がある。

更に、該中空混合体をガラス粉末の軟化温度以
上に二次加熱し、その後徐冷しガラス発泡体を得
る。ここで、該中空混合体は、ガラスな化温度以
上の加熱により中空混合体を構成するガラス粉末
が軟化すると共に発泡剤が発泡し、軟化したガラ
スに多数の気泡が発生する。そして、このガラス
発泡により体積が増大したガラスは、該中空混合
体の中の多数の各空孔を埋める。これにより金型
に充填した原料粉末の全体積を大きく変化させる
ことなく、全体が均質で良質なガラス発泡体とす
ることができる。

ここで、本発明の上記代表的な製造方法におい
て用いる結合剤としては、無機系の結合剤または
無機系の結合剤の何れも適用することができる。
無機系の結合剤の代表的なものとしては水ガラス
が、また有機系の結合剤の代表的なものとしては
ポリビルニアルコール（P.V.A.）、酢酸ビニルエ
マルジヨン、カルボキシメチルセルロース等の水
溶液が挙げられる。

また、本代表的な製造方法においては、空孔形
成物質に発泡剤を含むガラス粉末を被覆造粒する
際、該空孔形成物質の表面に係合剤が均一にぬれ
ていることが好ましいことを前述したが、該結合
剤は、空孔形成物質が有機質発泡体である場合、
ポリビニルアルコールや酢酸ビニルエマルジヨン
等の有機系の結合剤を用いることがより好まし
い。これは、有機質発泡剤に対しては有機系の係
合剤がより一層のぬれ特性を発揮するからであ
る。

また、該結合剤の溶液の濃度は、被覆する混合
粉末がくずれない様な充分な結合力が得られる程
度の濃度範囲であれば総て適用することができ、
より好ましくは経済性を考慮して該濃度を決定す
ることである。倒えば、結合剤が水ガラス（JIS3
号）であれば６倍程度の希釈水溶液で充分な結合
力が得られ、また該結合剤がポリビニアルコール
であれば１ないし２％程度の水溶液で充分であ
る。

また、本代表的な製造方法において用いる空孔
形成物質は、球状体の空孔形成物質を用いること
がより好ましい。何故ならば、被覆物としての混
合粉末の肉厚を一定にでき、製造されたガラス発
泡体に連続気泡をできにくくすることができるか
らである。また、球状体であるので流動性がよ
く、造粒し易いからである。

なお、上述の代表的な製造方法では、空孔形成
物質の核としてその囲りに結合粉末を被覆・造粒
し任意の金型内で加熱しガラス発泡体を得る方法
を示したが、該空孔形成物質を核とせず、混合粉
末と空孔形成物質とを均一に混合して加熱しガラ
ス発泡体を製造することもできる。

本発明のガラス発泡体の製造方法により製造さ
れたガラスの発泡体は、内部に多数の気泡を有す
るガラス発泡体であつて、少なくとも１つの表面
に密度の高い表面層を有してなる。このガラス発
泡体は、少なくとも１つの表面に密度の高い表面
層を有するので、吸水性が大変小さく、透湿性の
より低い高防水性のガラス発泡体を提供すること
ができる。また、このガラス発泡体は、少なくと
も１つの表面が密度の高い表面層であり、水分等
の進入がないので耐凍結融解性の優れた表面層を
有するガラス発泡体である。また、本発明のガラ
ス発泡体は表面に密度の高い表面層（スキン層）
を持つので、美観上優れている。このガラス発泡
体は、例えば第１図に示すごとく、本質的にガラ
スから成る厚い板状のガラス発泡体１であり、多
数の発泡を有する内層部分１１と上面、下面及び
側面に形成された密度の高い表層部分１２とから
なる。多数の気泡を有する部分は１１は、主にガ
ラス質部と空孔部とからなる。また、上記高密度
部分は、第１図に示す如く、底面を除く前表面に
設ける必要はなく、上面のみ、側面のみであつて
も、また全表面であつても良い。要するに少なく
とも表面の一部に高密度部分があれば良い。

以下、本発明の実施例を示す。

実施例１ガラス粉末としてソーダ石炭ガラスを、発泡剤
としてドロマイドを、空孔形成物質として発泡ポ
リスチレンビーズを用いてガラス発泡体を製造
し、得られたガラス発泡体の物性試験を行つた。

本実施例における製造方法は、次の様である。

即ち、先ず、ガラス粉末としてのソーダ石灰ガ
ラス粉末100重量部とガラス発泡剤としてのドロ
マイト５重量部とを加え、微粉砕混合し、日本工
業規格標準篩350メツシユ（44μｍ）全通となる
ような混合粉末を得た。

次いで、空孔形成物質としての発泡ポリスチレ
ンビーズ（見掛け密度0.04ｇ／c.c.）をモルタル混
練機（オムニミキサー）に入れ、撹拌しながら２
％ボリビニアルコール水溶液を噴霧器で該発泡ポ
リスチレンビーズの表面が均一にぬれるまで噴射
した。その際に用いた発泡ポリスチレンビーズ
は、ガラス粉末100重量部に対して5.76重量部で
あつた。次に、小量の混合粉末を加え、発泡ポリ
スチレンビーズ表面に薄く均一な混合粉末の層を
形成した。次に、該混合粉末を加えながら２％ポ
リビニルアルコール水溶液を噴霧して雪だるま式
に混合粉末を被覆し原料混合物を得た。その際、
上記２％ポリビニルアルコール水溶液の噴霧の
後、小量の水ガラス（JIS3号）２倍希釈を噴霧し
た。

その後、該原料混合物を乾燥機に入れ60℃で24
時間乾燥した後、これを内寸法950×450×150mm
の成形金型に約半分の深さまで充填し、一次加熱
を行うべく、ガス炉内に挿入し、加熱・昇温して
400℃とした。これにより、発泡ポリスチレンビ
ーズは分解・除去され、ガラス粉末と発泡剤とか
ら成り、多数の空孔を有する中空混合物を得た。
次いで、二次加熱を行うべく、加熱・昇温して
750℃とし、この温度を１時間保持した。これに
より、ガラス粉末は発泡剤の作用によつて発泡し
た。その後、徐冷を行いガラス発泡体を取り出し
た。

以上により得られたガラス発泡体は、950×450
×150mmの板状体で、第１図に示す如く、直径0.1
ないし２mm程度のほぼ均一に分散した独立気泡１
１０が多数存在する内層部分１１と、前表面に形
成された厚み約0.5mm、密度約0.54ｇ／cm³の高密
度の表層部分１２を有していた。

なお、このガラス発泡体の上記内層部分の嵩密
度は0.17ｇ／cm³であり、吸水率は1.2体積％、圧
縮強度は25.9Kg／cm²、曲げ強度は7.2Kg／cm²（試
料５個の平均値であつた。

また、得られた上記ガラス発泡体の透水試験を
JISA5403に準じて行つた。その際、水の侵入の
有無を確認するために、水に有機染料フクシンを
添加した。24時間の透水試験の後、該発泡体の試
験部位を切断し断面を観察したが、水の侵入は全
く認められなかつた。これは、その表面に前記高
密度の部分が存在するためである。

また、上記ガラス発泡体における表層部分１２
と内層部分１１の両者を含む断面部分の組織の顕
微鏡写真（倍率２倍）を模写したものを、第２図
に示す。同図より知られるごとく、図上方部に見
られる表層部分は気泡が殆ど存在しないか又は極
小さく高い密度を有し、その下方の内層部分は大
きな気泡が存在している。

また、上記ガラス発泡体における表層部分１２
の表面組織の顕微鏡写真（倍率50倍）を模写した
ものを、第３図に示す。図中の黒色点は微細な孔
を示す。同図より知られる如く、50倍もの拡大状
態を見ても表層部分の表面は、緻密な状態である
ことが分かる。

実施例２ガラス粉末としてソーダ石灰ガラスを、発泡剤
として炭酸カルシウムを、空孔形成物質として発
泡ポリエチレンビーズを用いてガラス発泡体を製
造し、得られたガラス発泡体の物性試験を行つ
た。

即ち、先ず、ガラス粉末としてのソーダ石灰ガ
ラス粉末100重量部と発泡剤としての炭酸カルシ
ウム（CaCO₃）５重量部とを加え、微粉砕混合
し、日本工業規格標準篩350メツシユ（44μｍ）
全通となる様な混合粉末を得た。

次いで、該混合粉末に対して6.72重量部の発泡
ポリエチレンビーズ（見掛け密度0.04ｇ／c.c.）を
モルタル混練機（オムニミキサー）に入れ、該発
泡ポリエチレンビーズを撹拌しながら２％ポリビ
ニルアルコール（P.V.A.）水溶液を噴霧器で該
発泡ポリエチレンビーズの表面が均一にぬれるま
で噴霧した。そして、該ビーズ表面が均一にぬれ
た後、小量の混合粉末を加え、発泡ポリエチレン
ビーズ表面に薄く均一な混合粉末層を形成した。
そして、更に該混合粉末を加えながら水ガラス
（JIS3号）の２倍希釈水溶液を噴霧して混合粉末
を被覆し、原料混合物を得た。その際、該水ガラ
ス水溶液は10重量部加えた。

次に、該原料混合物を乾燥機に入れ60℃で24時
間乾燥した後、これを内寸法950×450×150mmの
金型に約半分程充填し、１次加熱を行うべくガス
炉内に挿入し、加熱・昇熱して450℃とした。こ
れにより発泡ポリエチレンビーズは分解・除去さ
れ、ガラス粉末と発泡剤とからなり、多数の空孔
を有する中空混合物を得た。次いで、２次加熱を
行うべく、同ガス炉内にて再度加熱・昇温して
800℃とし、この温度を１時間保持した。これに
よりガラス粉末は発泡剤の作用によつて発泡し
た。その後、徐冷を行い、ガラス発泡体を取り出
した。

以上により得られたガラス発泡体は950×450×
150mmの板状体で、その内部には0.1ないし２mm程
度のほぼ均一に分散した独立気泡が多数存在し、
またその全表面は約0.55ｇ／cm³の密度の高い層部
を形成していた。また、このガラス発泡体の嵩密
度は0.18ｇ／cm³であり、吸水率は1.0体積％、圧
縮強度は28.7Kg／cm²曲げ強度は8.8Kg／cm²（試料
５個の平均値）であつた。

実施例３本実施例は、ガラス粉末としてソーダ石炭ガラ
スを、発泡剤としてドロマイドを、空孔形成物質
として発泡ポリスチレンビーズを用いて原料混合
物を作製し、半円筒形、90°エルボ形、同径Ｔ字
形のそれぞれの形のガラス発泡体を製造した。こ
れらのガラス発泡体は、第４ないし第６図に示す
形状であり、一般配管用パイプ等を被覆するたの
カバーとするものである。

本実施例のガラス発泡体の製造方法は、前述し
た実施例１の製造方法と同様であるので、実施例
１の製造方法との相違点を中心に詳述する。

本実施例では、上記半円筒形の発泡体を製造す
るための〔外径〕×〔内径〕×〔長さ〕が100×50×
900mmの半円筒形状の成形型、上記90度エルボ形
の発泡体を製造するための〔外径〕×〔中心から端
面までの距離〕が90×115mmの90°エルボ形状の成
形型、上記同径Ｔ字形発泡体を製造するための
〔外径〕×〔中心から端面までの距離〕が95×90mm
の同形Ｔ字形状の成形型を用いた。しかして、ガ
ラス発泡体を得るに当つては、実施例１と同様
に、各成形型の容量の約60％の原料混合物を成形
型内に入れ、加熱・発泡させた。これにより得ら
れたガラス発泡体は前記成形型の容積と有じ体積
を有していた。各発泡体につき、半円筒形状のガ
ラス発泡体は第４図に、90°エルボ形状のガラス
発泡体は第５図に、同形Ｔ字形状のガラス発泡体
は第６図にそれぞれの形状を示す。

以上により得られたガラス発泡体は、その内部
に0.1ないし２mm程度のほぼ均一に分散した独立
気泡が多数存在し、また該表面４２，５２，６２
には約0.55ｇ／cm³の密度の高い層部が形成されて
おり、該ガラス発泡体の嵩密度はそれぞれ0.20
ｇ／cm³であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、実施例１のガラス発泡
体を示す図で、第１図はその斜視図、第２図はそ
の表層部分と内層部分の両者を含む断面部分の組
織の顕微鏡写真（倍率２倍）を模写した図、第３
図はその表層部分の表面組織の顕微鏡写真（約50
倍）を模写した図、第４図ないし第６図は、実施
例３のガラス発泡体を示す図で、第４図は半円筒
状ガラス発泡体の斜視図、第５図は90°エルボ状
ガラス発泡体の斜視図、第６図は同径Ｔ字形状ガ
ラス発泡体の斜視図である。図中、１，２，３，４，５，６はガラス発泡
体、１１，２１，４１，５１，６１は内層部分、
１２，２２，４２，５２，６２は表層部分、２３
は独立気泡、３３は表皮、３４は微細孔をそれぞ
れ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１ガラス粉末と発泡剤と空孔形成物質とからな
る原料混合物を、成形型内に入れ、前記ガラス粉
末の軟化温度よりも低い温度で１次加熱をなして
前記空孔形成物質により空孔を形成し、然る後更
に前記ガラス粉末の軟化温度以上の温度で２次加
熱することを特徴とするガラス発泡体の製造方
法。