JPH0468267B2

JPH0468267B2 -

Info

Publication number: JPH0468267B2
Application number: JP20778884A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Horii; Osami Uegakito; Hiroaki Hayashi; Yoshiaki Fukushima
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1984-10-03
Filing date: 1984-10-03
Publication date: 1992-10-30
Also published as: JPS6186474A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、無機質発泡体の製造方法に関し、更
に詳しくは、水ガラスを出発原料とし、発泡・成
形後の成形体が耐水性、断熱性、機械的強度等に
優れた無機質発泡体の製造方法に関するものであ
る。〔従来の技術および問題点〕従来より、無機質ガラスを主成分とする無機質
材料の発泡体は、優れた耐熱性や断熱性を有する
ので、断熱材として用いたり、また可燃性材料の
保護材として用いたり等、その需要が期待されて
いる。これら従来の無機質発泡体の製造方法として
は、出発原料としてアルカリ金属珪酸塩の水溶
液、所謂水ガラスを用い、この水ガラスとアルミ
ニウム等の金属または界面活性剤等の発泡剤との
接触により発生する気体（N₂，H₂，O₂等）を利
用する方法、或いは水ガラスを加熱し水の気化を
利用する方法がある。前者の発泡剤を添加する方法には、例えば特開
昭57−82160号がある。常温で発泡体が得られる
利点はあるが、反応による気体発生を利用するの
で水の存在下でペースト状に混合する必要があ
り、数cm以上の厚い気泡の均一な発泡体の製造が
困難であるという欠点を有する。また、発泡剤の
他に硬化剤、発泡安定剤等の添加が必要であり、
得られる発泡体の機械的強度が低い。また、後者の水の気化を利用した加熱発泡の方
法では、直接水ガラス水溶液を加熱すると均一な
発泡体を得ることが難しく、種々の工夫がなされ
ている。例えば、特公昭50−338131号において
は、水ガラスを発泡可能なまで乾燥固化し、該粉
末に硬化剤として100℃以上で揮発する高温揮発
性の固体状の酸を混合し、これを型に入れて加熱
発泡させる方法が開示されている。しかし、この
方法では、発泡粒子間の溶着・接合が不十分であ
り、発泡粒子が分離し易い。該公報では、この改
善策として、補強用の接合剤として低融点、低粘
度のプラスチツク粉末を添加・使用することを挙
げているが、この場合、得られた発泡体は、一部
に有機成分を含むので、火焔中に入れると着火
し、また接合剤の融点以上の温度下では発泡体の
強度が著しく劣化するという欠点を有する。そこで、本発明者等は、これら従来の問題点を
解決すべく鋭意・研究し、各種の系統的実験の結
果、本発明を成すに至つたものである。〔発明の目的〕本発明の目的は、アルカリ金属珪酸塩の水溶液
を主要原料とし、耐水性、機械的強度、断熱性、
耐熱衝撃性に優れた無機質発泡体の製造方法を提
供するにある。〔発明の構成〕本発明の無機質発泡体の製造方法は、水ガラス
と繊維状含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物とを混
合して無機質混合物とする混合工程と、該混合物
を乾燥・脱水し和水水ガラスとする乾燥工程と、
該和水水ガラスを破砕造粒する造粒工程と、該造
粒物に水ガラスを主成分とする無機質液体を添加
し混練する混練工程と、該混練物を加熱して発泡
させる発泡工程とから成ることを特徴とするもの
である。本発明における水ガラスは、アルカリ金属珪酸
塩の水溶液であり、一般式M₂Ｏ・XSiO₂（Ｍはア
ルカリ金属またはアンモニウム、Ｘは1.0〜4.5の
数値を示す）で表されるアルカリ金属珪酸塩と水
分との組成からなる液状含水水ガラスである。ここで、このアルカリ金属珪酸塩のアルカリ元
素としては、例えば、リチウム（Li）、ナトリウ
ム（Na）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Rb）等
のアルカリ金属及びアンモニウム（NH₃）等を
用いる。特に、ナトリウム、カリウム等の場合に
は、安価で入手し易くまた発泡促進効果も顕著で
好ましい。また、アルカリ金属珪酸塩（M₂Ｏ・XSiO₂）
のＸ、即ちM₂ＯとSiO₂のモル比は、1.0〜4.5とし
たが、特に2.15〜3.2である場合にはより好まし
い。この範囲とすることにより、特に耐水性に優
れ、かつ機械的強度に優れた無機質発泡体が得ら
れる。更に、この水ガラスは、その固形分即ち（M₂
Ｏ・XSiO₂）の重量が、10〜60wt％程度のもの
を用いる。その中でも、30〜60wt％のものがよ
り好ましい。この範囲の水ガラスを用いた場合、
作業性に優れており、また、この範囲の水ガラス
は入手が容易である。次に、繊維状含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物
（以下、該粘土鉱物という）は、通称でマウンテ
ンコルク（Mountain cork）、マウンテンウツド
（Mountain wood）、マウンテンレザー
（Mountain leather）等と呼ばれるもので、含水
珪酸マグネシウムを主成分とし、その表面に反応
性に富む水酸基を有する鉱物である。尚、マグネ
シウムの一部は、アルミニウム、鉄、ナトリウ
ム、ニツケル等に置換されている場合もある。具体的には、セピオライト（Sepiolite）、アタ
パルジヤイト（Attapulgite）、パリゴルスカイト
（Palygorskite）、ログリナイト（Loughlinite）
あるいは海泡石（Meer−chaum）等がある。ま
た、これらを仮焼したものを用いてもよい。該粘土鉱物は、粉末状、粒状或いは何れの形で
用いてもよいが、粉末様でその大きさが0.1μm〜
５mmの範囲のものがより好ましい。また、該粘土鉱物の混合量は、水ガラス100重
量部に対して、１〜30重量部であることが好まし
い。これは、該混合量が30重量部を越える場合に
は、ガラスの発泡時の粘性が高くなり過ぎて発泡
が妨害され軽量の無機質発泡体が得られないから
である。また、１重量部未満の場合には、充分な
耐水性を有する無機質発泡体が得られないからで
ある。更に、より好ましくは、５〜20重量部であ
る。この範囲の場合には、特に耐水性に優れかつ
機械的強度に優れた良質の無機質発泡体を得るこ
とができる。本発明の無機質発泡体の製造方法は以下の様で
ある。先ず、上述の水ガラスと該粘土鉱物とを混合し
て無機質混合物を作製する（混合工程）。この混
合に際しては、適宜の形状・大きさに破砕した該
粘土鉱物と水ガラスを混合しても、また、該粘土
鉱物を水に分散させてその後に水ガラスを混合し
てもよい。この混合方法としては、家庭用ミキサ
ー、ヘンシエルミキサー、ボールミル、振動ミ
ル、デイスパーミル等がある。このとき、該混合
物が増粘して攪拌混合が困難な場合には、適宜水
を混合してもよい。なお、水の添加が多い程、該
粘土鉱物の分散は良くなるが、次の乾燥工程に時
間を要する。次に、これら混合物を成形して、無
機質混合物とする。この成形は、必ずしも必要で
はないが、乾燥時間を短縮でき、また後述する粉
砕工程での粉砕効率が向上するので成形を行なう
ことが好ましい。ここで、該混合により得られた無機質混合物
は、水分が30〜90wt％であるとよい。これは、
水分が30wt％未満の場合には、結合力が弱く、
成形しにくい場合があり、この結合力低下により
強度的にもろくなる虞れがあるからである。ま
た、90wt％を越えると、分離により濃度差がで
き易く、また収縮率が大となり、乾燥によりひび
割れやクラツクが発生して強度が低下する虞れが
あるからである。尚、該水分が50〜70wt％であ
る場合には、より好ましい。次に、得られた無機質混合物を乾燥・脱水して
和水水ガラスとする（乾燥工程）。この乾燥工程
においては、該無機質混合物を含水率１〜30wt
％で該粘土鉱物が均一に分散した和水水ガラスと
なるまで脱水する。和水水ガラスの含水率が1wt
％未満の場合は、後述する発泡工程において加熱
しても発泡し難く、また、30wt％をこえる場合
には、発泡体の気泡が不均一になり好ましくな
い。含水率が５〜25wt％である場合には、気泡
のより均一な良質の発泡体が得られ、特に好まし
い。この乾燥・脱水は、加熱乾燥、真空乾燥、凍
結乾燥、アルコール脱水等の方法、或いはこれら
を組合せた方法により行なう。この際、加熱を行
なう場合には、110℃以下で行なうことが好まし
い。これは、110℃を越える温度で加熱すると、
この乾燥・脱水の段階で発泡が生じてしまう虞れ
があるからである。次いで、得られた和水水ガラスを破砕・造粒し
て造粒物を得る（造粒工程）。この造粒工程にお
いては、和水水ガラスを４〜100メツシユ程度に
破砕造粒することが好ましい。これは、粒度が４
メツシユ未満の場合には、得られる発泡体の気泡
が大きく不均一となり、また、100メツシユを越
える場合には、細かすぎて次の混練工程でのバイ
ンダー（添加剤）使用量が増大し、造粒効果が減
少してしまうからである。また、破砕造粒には筋
ローラ、ハンマーミル等が利用できるが、前工程
である乾燥工程と同時に造粒を行なつてもよい。
この場合には、例えば110℃以下に加熱したホツ
トプレート上に無機質混合物を滴下乾燥させる方
法、または、アルコール溶液中に無機質混合物を
所定の粒度で滴下、脱水する方法等がある。次いで、得られた造粒物を水ガラスを主成分と
する無機質液体を添加し混練して混練物を得る
（混練工程）。この混練工程においては、造粒物表
面が薄く無機質液体で覆われる状態になる程度
に、無機質液体を添加し混練することが好まし
い。この際に用いる無機質液体は、水ガラスを主
成分とするもので、好ましくは、混合工程におけ
る無機質混合物と同一組成（水分を除く）の液体
である。これは、無機質混合物と同一組成の液体
を用いると、加熱・発泡時に造粒物と同様に発泡
して発泡粒同志を強固に接合し、また組成が均一
で、耐水性、機械的強度に優れた発泡体とするこ
とができるからである。また、この混練工程の際
に、混練物を110℃以下の温度下で養生し、混練
物に含まれる水分量を５〜25wt％の発泡に最適
な量に加熱・固化して調整することが好ましい。
これは、水分量をこの範囲とすることにより、よ
り均一な発泡体が得られ、また成形性がよくなる
からである。次いで、得られた混練物を金型またはセラミツ
クス型等に入れ、加熱して発泡させることによ
り、無機質発泡体を得る（発泡工程）。この際、
加熱温度は250℃〜500℃の範囲内であることが好
ましい。これは、加熱温度が250℃未満の場合に
は、発泡が不均一かつ不十分となり、得られた発
泡体の耐水性も十分とは言えず、また、500℃を
越えた場合には、発泡型および熱エネルギーの面
で経済的に不利となるからである。本発明により得られた無機質発泡体は、機械的
強度に優れた発泡体であるが、更に強度を補う目
的で、混練工程において無機質繊維、金属繊維等
を加えたり、型に入れる時に混練物内部に金属線
や金網等を埋め込み強化無機質発泡体とすること
ができる。また、発泡型を変えることにより任意
形状の発泡体が製造できる。これは、本発明の製
造方法における加熱温度が比較的低いために可能
である。更に、得られた無機質発泡体の表面を保護する
目的で、適宜、金属板、金属箔、クロス、紙或い
は無機シートを発泡体表面に接着したり、或いは
塗料や浸透性表面処理剤により発泡体表面を処理
することができる。〔本発明の作用および効果〕本発明により得られた無機質発泡体は、耐水性
に優れかつ機械的強度、耐熱性、断熱性、耐熱衝
撃性に優れた軽量発泡体である。この様に、水ガラスを出発原料としても、上述
の如き性質を有する無機質発泡体を得ることがで
きるのは、次の様な理由によると考えられる。即ち、水の気化を利用した無機質ガラスの加熱
発泡において、所定の水分量に乾燥固化した造粒
物を加熱して気泡の均一な無機質発泡体とする
が、その際にバインダーとして水ガラスを主成分
とする無機質液体を用いることにより、加熱によ
る造粒物の発泡と同時に該バインダーを発泡し、
発泡粒同志を強固に溶着・接合する。その結果、
得られた発泡体は、気泡が均一で機械的強度に優
れたものであり、また、バインダーも水ガラスを
主成分とする無機質であるため、耐熱性、耐熱衝
撃性に優れている。また、混合した該粘土鉱物は、水ガラスの硬化
剤として作用し、耐水性を向上させると共に、加
熱時における発泡を妨害せず、また、その形状に
よる繊維補強効果により該発泡体の機械的強度を
更に向上させているものと思われる。〔実施例〕以下、本発明の実施例を説明する。実施例１水ガラス（水ガラス３号、固形分40wt％）100
重量部に対し、振動ミルで100メツシユ以下にな
る様に乾式粉砕したセピオライトを表に示す量添
加し、電気ミキサーにて５分間攪拌した後、更に
内容量20のアルミナボールに入れ24時間混合し
た。次に、該混合物を、300×450×50mmのポリプロ
ピレン製バツト中に流し込み、90℃で40時間乾燥
させ、せんべい状の和水水ガラスを得た。これ
を、ハンマーミルをもちいて４〜60メツシユの粘
度に破砕造粒した。次いで、この造粒物100重量部に対し、前記混
合物と同一組成物を水で２倍に希釈した混合液20
重量部を加え、よく混練した。更に、離型剤を塗つた300×300×50mmの金型
に、この混練物を入れ、室温にて５時間養生した
後、熱間加熱機中で350℃で５時間加熱し、無機
質発泡体を得た。得られた発泡体の耐水性、機械的強度、耐熱特
性をそれぞれ調べた。その結果を表に示す。尚、
表中、吸水率は、発泡体を20℃の水中に２時間浸
漬したときの吸水量を体積％で示した。また、
Na⁺溶出量は、発泡体を20℃の水中に２時間浸漬
したときのNa₂Ｏの水中への溶出量（wt％）を
0.1Nの塩酸で滴定して得た。更に、耐熱衝撃性
は、発泡体をガスバーナで30分間加熱（加熱面
800℃以上）したときの外観変化を示した。尚、比較のために、セピオライトを用いないほ
かは上述と同様の原料を用い同様の製造方法にて
比較用発泡体（試料番号C1）を製造し、上述と
同様の物性評価試験を行なつた。その結果を、表
に併わせて示す。

【表】実施例２水ガラス（水ガラス３号、固形分40wt％）500
重量部に、100メツシユ以下の粒度を持つアタパ
ルジヤイト25重量部を加え、ミキサーで５分間攪
拌混合した後、ポリプロピレン製バツトに流し込
み、80℃で40時間乾燥して和水水ガラスを得た。次に、これを筋ローラを用いて１mm角に破砕造
粒し、先の混合液を加えて混練、養生した後、
350℃で２時間加熱して無機質発泡体を得た。得られた発泡体は、嵩密度が0.31g／cm³で、内
部に均一な独立気泡を多数有していた。実施例３リチウムシリケート水ガラス（SiO₂固形分
40wt％）100重量部に対し、100メツシユ以下の
粒度を持つアタパルジヤイトを５重量部加え、実
施例２と同様の方法で混合、乾燥、造粒、混練、
発泡させて無機質発泡体を得た。得られた発泡体は、嵩密度が0.95g／cm³で若干
気泡が不均一の様であつたが、耐水性に優れ、30
分間の煮沸試験でも外観変化はみとめられなかつ
た。

Claims

【特許請求の範囲】１水ガラスと繊維状含水珪酸マグネシウム質粘
土鉱物とを混合して無機質混合物とする混合工程
と、該混合物を乾燥・脱水し和水水ガラスとする
乾燥工程と、該和水水ガラスを破砕造粒する造粒
工程と、該造粒物に水ガラスを主成分とする無機
質液体を添加し混練する混練工程と、該混練物を
加熱して発泡させる発泡工程とから成ることを特
徴とする無機質発泡体の製造方法。２繊維状含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物の混
合量は、水ガラス100重量部に対して１ないし30
重量部であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の無機質発泡体の製造方法。３繊維状含水珪酸マグネシウム質粘土鉱物は、
セピオライト、アタパルジヤイト、ログリナイト
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の無機質発泡体の製造方法。