JPH08133860A

JPH08133860A - 発泡焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08133860A
Application number: JP29790594A
Authority: JP
Inventors: Chiharu Wada; 千春和田; Masahiko Suzuki; 正彦鈴木
Original assignee: Chichibu Onoda Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】建材、断熱材、外壁パネル等としての使用に
好適な軽量かつ不燃性の発泡焼結体を提供する。【構成】リチウムアルミノ珪酸塩とガラスを主要構成
相とする発泡焼結体である。リチウムアルミノ珪酸塩と
ガラスを含む混合物を混合物中のガラスが溶融する温度
以上にて加熱して得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、無機材料の発泡体お
よびその製造方法に関わり、特に軽量かつ不燃性の建
材、断熱材、外壁パネル等としての応用に好適な発泡焼
結体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発泡焼結体は軽量で断熱性に優れている
ことより、断熱材、外壁材などの建材に好適な特性を有
することが従来からよく知られている。この発泡焼結体
の製造方法としては、例えば火山質ガラス、高炉水砕ス
ラグ等に少量のカーボン、炭酸カルシウム等の発泡剤を
添加し、これを高温で焼成して発泡せしめる方法が知ら
れているが、このような方法の場合、発泡ムラのため均
一な気泡が得られず、強度のバラツキが生じる場合があ
る。更に生産性の観点からは、加熱発泡後の急速冷却が
重要であるが、一般に急速冷却を行うと発泡体の内部と
表面との温度差によりき裂が生じる。このき裂の発生を
抑制するため、発泡体の表面温度と内部温度の差がある
値以下になるように制御して冷却する必要がある（特開
平４−８３７７２号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、発泡焼結体
およびその製造方法に関わり、少量添加の発泡剤を用い
ないことにより、上記の発泡ムラの問題を解決するもの
であり、また、発泡体の熱膨脹係数を抑えることで、急
速冷却によるき裂発生の問題を生じない発泡体の製造方
法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、リチウム
アルミノ珪酸塩とガラスを主要構成相とする発泡焼結体
である。第二の発明は、上記発泡焼結体において、リチ
ウムアルミノ珪酸塩とガラスの含有量を８０重量％以上
とするものである。第三の発明は、上記発泡焼結体にお
いて、リチウムアルミノ珪酸塩とガラスの合量に対し、
リチウムアルミノ珪酸塩を４０〜９０重量％とするもの
である。第四の発明は、リチウムアルミノ珪酸塩とガラ
スを含む混合物を混合物中のガラスの溶融点以上の温度
に加熱して、上記発泡焼結体を製造する方法である。

【０００５】以下に、これらの発明を更に詳細に説明す
る。先ず本発明の発泡焼結体は、リチウムアルミノ珪酸
塩とガラスを主要構成相とするものである。本発明に用
いるリチウムアルミノ珪酸塩は、天然のものでも公知の
方法で製造されるものでも何れでも使用出来る。例え
ば、合成の場合、βユークリプタイト、βスポジューメ
ン等が用いられる他、リチア、アルミナ、シリカの比
が、１：１：６のリチア長石、１：１：３、１：１：１
０、１：１：１２、１：１：１５のものも用いることが
出来る。天然の場合、αスポジューメン、ペタライト等
が用いられる。また天然、人工を問わず、リチウムアル
ミノ珪酸塩の他にＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 等の
不純物が入ってもよい。例えば、天然のαスポジューメ
ン鉱脈中にはＳｉＯ₂ が混在しているため、浮遊選鉱に
よりＳｉＯ₂ を取り除くのが一般的であるが、ここで用
いる場合は、ＳｉＯ₂ が混在していても構わない。以上
のリチウムアルミノ珪酸塩中の１種或いは複数の混合物
を用いることが出来る。これらの中で天然のαスポジュ
ーメンとペタライトが、気泡が生じやすくかつ安価であ
るという点で最も好ましく使用できる。

【０００６】本発明に用いるガラスは、限定されるもの
でなく、ガラス質物質であれば使用可能である。例え
ば、板ガラス、ビンガラス等のソーダ石灰ガラス、市販
フリット、カレット、各種釉薬、ホウ酸、ホウ砂等が用
いられが、生産性の観点からは低温で溶融するもの、例
えばホウ酸系釉薬等が好ましい。通常の市販フリットの
溶融温度は７００〜１０００℃程度であり、特殊なもの
で４００〜６００℃、ホウ酸を用いた場合は５００℃程
度である。

【０００７】発泡剤を添加しなくても発泡焼結体が得ら
れる理由は明らかではないが、リチウムアルミノ珪酸塩
に含まれるリチウムが、軽元素で溶融状態においてガス
状になり遊離しやすいことが一因として挙げられる。例
えば、天然のαスポジューメンを原料として用いた場
合、焼成中に数百ＰＰＭ程度のＬｉが揮発することが確
認されている。また一般に珪酸塩融液に対するガスの溶
解度が大きいことから（Ｈ．Ｓｃｈｏｌｚｅ，Ｇｌａｓ
ｓＩｎｄ．，４７，Ｐ５４６（１９６６））、融液中
に取り込まれていたガスが凝固に際し遊離すること等も
気泡形成の原因として考えられる。但し、同じ珪酸塩で
もリチウムアルミノ珪酸塩が最も多く気泡が認められ、
それ以外の珪酸塩を用いた場合は気泡はより少なくなる
傾向にあり、例えば珪酸カルシウムなどでは巨視的には
殆ど気泡が認めらなくなる。

【０００８】また、リチウムアルミノ珪酸塩は、一般的
に熱膨脹係数が極めて小さく、耐熱衝撃性に優れるた
め、発泡後の冷却速度を大きくすることが出来、生産性
を向上させることが出来る利点がある。例えば、スポジ
ューメンの熱膨脹係数は１×１０^ー6／℃程度であり、ユ
ークリプタイトなどは１０^-7／℃台から負の熱膨脹係数
を有する物も合成することが出来る。

【０００９】一方、ガラス成分を添加するのは以下の理
由による。即ち、ガラス成分は、焼成により溶融し、リ
チウムアルミノ珪酸塩の一部を溶解する働きをすること
から、液相中に溶けだしたリチウムが上記の発泡作用を
もたらすこと、ガラスを用いることでリチウムアルミノ
珪酸塩融液中にガス成分が取り込まれて発泡作用の促進
につながること等である。

【００１０】続いて、リチウムアルミノ珪酸塩とガラス
の含有量は８０重量％以上であることが好ましい。例え
ば、天然のリチウムアルミノ珪酸塩においてＳｉＯ₂ や
Ｆｅ₂ Ｏ₃ その他の不純物が含まれていても、両者の含
有量が８０重量％以上であれば、発泡が損なわれず、熱
膨脹係数も低く抑えることが出来るため、生産性が低下
するなどの問題も生じない。

【００１１】さらに、リチウムアルミノ珪酸塩とガラス
の合量に対するリチウムアルミノ珪酸塩の量は、４０〜
９０重量％の範囲にあることが好ましい。両者の合量に
占めるリチウムアルミノ珪酸塩の量が４０重量％未満の
場合、発泡焼結体の熱膨脹係数が大きくなるため、冷却
時の表面と内部の温度差により、き裂が発生し易くなっ
て好ましくなく、また、充分な気泡を発生させることが
出来ない。９０重量％を越える場合は、液相の生成が少
なくなり気泡量が減少し好ましくない。より好ましい範
囲としては６０〜８５重量％である。

【００１２】続いて本発明の発泡焼結体は、リチウムア
ルミノ珪酸塩とガラスを含む混合物を混合物中のガラス
の溶融点以上の温度にて加熱して製造する。リチウムア
ルミノ珪酸塩とガラスの混合物の加熱温度は、配合する
ガラスの種類、量によって変化するので適宜設定する。
即ち、ガラス量が少ない場合は加熱温度は高くなり、ガ
ラスが多い場合は加熱温度は低くなる。但し、不必要に
高い加熱温度は、局部的に大きな気泡が生じ強度のバラ
ツキの原因になり、また、発泡・成形に用いる耐熱金属
板や型枠の耐久性の問題、エネルギーコストの問題があ
り好ましくない。逆に、低すぎる場合は発泡焼結体の耐
熱性が損なわれるので好ましくない。両方を加味した好
ましい温度範囲は、７００〜１０００℃程度である。

【００１３】

【実施例】以下に実施例について説明する。（試験例１）Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、Ｐ₂ Ｏ₅、ＣａＯ等の不純物
を４．５重量％含む天然αスポジューメン８０重量％と
無水ホウ酸２０重量％を乾式にて振動ミル混合粉砕した
後、３００メッシュ通過の粉末から、一軸のプレス機を
用いて１０×１０×１cmの成形体を作製した。１時間で
８３０℃まで昇温し、１時間８３０℃に保持し、炉の蓋
を開放にした状態で３０分で冷却し炉から取り出した。
この焼成体は、１mm以下の独立気泡を有する発泡焼結体
であり、その比重は０．６５、曲げ強度６０kgf/cm² で
あった。２４時間水中浸漬後の重量変化から吸水率を求
めたところ、このものの吸水率は０％であった。なお、
その後１ヵ月にわたって測定を実施したが、吸水は全く
認められず外壁パネル等の建材として好適と判定され
た。表１に配合組成と結果を示す。（以下の各試験例の
配合組成と結果も同様に表１に示す。）また、この発泡焼結体は黒色部と白色部が斑点状に混じ
りあった御影石風の模様を有するものであり、主として
αスポジューメンとαスポジューメンが転移したβスポ
ジューメンとガラスを主要構成相とするものであった。
ＥＰＭＡの結果によると、黒色部はガラス質であり気泡
が多く認められ、白色部はスポジューメンの結晶に富み
気泡は少なかった。

【００１４】

【表１】

【００１５】（試験例２）αスポジューメン６５重量
％、無水ホウ酸２５重量％、珪石１０重量％とし、焼成
温度８００℃とした以外は試験例１と同様にして発泡焼
結体を得た。この焼成体は、０．５mm以下の気泡が均一
に分散した独立気泡を有する発泡焼結体であり、その比
重は０．６１、曲げ強度７４kgf/cm² であった。（試験例３）αスポジューメン５０重量％、無水ホウ酸
２５重量％、珪石２５重量％とし、焼成温度を８００℃
とした以外は試験例１と同様にして発泡焼結体を得た。
この焼成体は、０．５mm以下の気泡が均一に分散した独
立気泡を有する発泡焼結体であり、その比重は０．６
０、曲げ強度８５kgf/cm² であった。（試験例４）αスポジューメン９０重量％、無水ホウ酸
１０重量％とし、焼成温度を１０００℃とした以外は試
験例１と同様にして発泡焼結体を得た。この焼成体は、
０．３mm以下の気泡が均一に分散した発泡焼結体であ
り、その比重は０．７５、曲げ強度３０kgf/cm² であっ
た。なお、このものは吸水率７．５％を有するものであ
った。（試験例５）αスポジューメン６５重量％、無水ホウ酸
３５重量％とし、焼成温度を７００℃とした以外は試験
例１と同様にして発泡焼結体を得た。この焼成体は、１
mm以下の気泡が均一に分散した独立気泡を有する発泡焼
結体であり、その比重は０．６８、曲げ強度５５kgf/cm
² であった。（試験例６）αスポジューメン４０重量％、無水ホウ酸
６０重量％とし、焼成温度を５５０℃とした以外は試験
例１と同様にして発泡焼結体を得た。この焼成体は、１
mm以下の気泡が均一に分散した独立気泡を有する発泡焼
結体であり、その比重は０．６０、曲げ強度５０kgf/cm
² であった。

【００１６】（試験例７）αスポジューメン７０重量
％、無水ホウ酸１０重量％、珪石２０重量％とし、焼成
温度を１０００℃とした以外は試験例１と同様にして発
泡焼結体を得た。この焼成体は、０．３mm以下の気泡が
均一に分散した発泡焼結体であり、その比重は０．７
０、曲げ強度３１kgf/cm² であった。なお、このものは
吸水率８．６％を有するものであった。（試験例８）αスポジューメン５５重量％、無水ホウ酸
２５重量％、珪石２０重量％とし、焼成温度を８００℃
とした以外は試験例１と同様にして発泡焼結体を得た。
この焼成体は、０．５mm以下の気泡が均一に分散した独
立気泡を有する発泡焼結体であり、その比重は０．５
９、曲げ強度６５kgf/cm² であった。（試験例９）αスポジューメン４０重量％、無水ホウ酸
４０重量％、珪石２０重量％とし、焼成温度を６５０℃
とした以外は試験例１と同様にして発泡焼結体を得た。
この焼成体は、０．５mm以下の気泡が均一に分散した独
立気泡を有する発泡焼結体であり、その比重は０．７
０、曲げ強度５０kgf/cm² であった。（試験例１０）αスポジューメン８０重量％、無水ホウ
酸１０重量％、珪石１０重量％とし、焼成温度を１００
０℃とした以外は試験例１と同様にして発泡焼結体を得
た。この焼成体は、０．３mm以下の気泡が均一に分散し
た発泡焼結体であり、その比重は０．７２、曲げ強度３
０kgf/cm² であった。なお、このものは吸水率８．０％
を有するものであった。（試験例１１）αスポジューメン４０重量％、無水ホウ
酸５０重量％、珪石１０重量％とし、焼成温度を５５０
℃とした以外は試験例１と同様にして発泡焼結体を得
た。この焼成体は、０．５mm以下の気泡が均一に分散し
た独立気泡を有する発泡焼結体であり、その比重は０．
７５、曲げ強度３０kgf/cm² であった。

【００１７】（試験例１２）αスポジューメン８０重量
％、ガラスフリット（商品名ＳＣ−１５３８Ｔ、日本フ
リット（株））２０重量％とし、焼成温度を８００℃と
した以外は試験例１と同様にして発泡焼結体を得た。こ
の焼成体は、０．５mm以下の気泡が均一に分散した独立
気泡を有する発泡焼結体であり、その比重は０．６３、
曲げ強度６０kgf/cm² であった。（試験例１３）αスポジューメン８０重量％、ソーダガ
ラス２０重量％とし、焼成温度を１０００℃とした以外
は試験例１と同様にして発泡焼結体を得た。この焼成体
は、２mm以下の気泡が均一に分散した独立気泡を有する
発泡焼結体であり、その比重は０．５７、曲げ強度４３
kgf/cm² であった。（試験例１４）リチウムアルミノ珪酸塩としてＦｅ₂ Ｏ
₃ 、ＣａＯなどの不純物２．５重量％を含むペタライト
を用いたこと以外は、試験例１と同様である。この焼成
体は、１mm以下の気泡が均一に分散した独立気泡を有す
る発泡焼結体であり、その比重は０．６１、曲げ強度５
７kgf/cm² であった。

【００１８】（試験例１５）不純物を４．５重量％含む
天然産αスポジューメン８０重量％と無水ホウ酸２０重
量％に対し、水５０重量％を加えボールミル混合粉砕を
行った。粉砕後、石膏型に流し込み２４時間乾燥を行な
い１時間で８３０℃まで昇温し、１時間８３０℃に保持
し、炉の蓋を開放にした状態で３０分で冷却し炉から取
り出した。この焼成体は、０．１mm以下の気泡が均一に
分散した独立気泡を有する発泡焼結体であり、その比重
は１．２０、曲げ強度４００kgf/cm² であった。吸水率
の測定を１ヵ月にわたって実施したところ、吸水は全く
認められず外壁パネル等の建材として好適な発泡焼結体
であった。また、試験例１とは異なり白色部のみからな
る大理石風の模様を有するものであった。主要構成相
は、αスポジューメンとαスポジューメンが転移したβ
スポジューメンとガラスであった。

【００１９】（試験例１６）αスポジューメン１００重
量％、加熱温度１０００℃とした以外は試験例１と同様
にした。この焼成体には発泡に伴なう気泡は認められ
ず、また非常に脆い強度の低いものであった。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の発泡焼結体
は、ガラスとリチウムアルミノ珪酸塩を主要構成相とす
るものであり、その製造において、少量の発泡剤添加に
よる発泡ムラ等の問題が生じることがなく、また、リチ
ウムアルミノ珪酸塩が低熱膨脹係数を有するため、急速
冷却でもき裂が生ぜず、しかも、発泡温度も従来よりも
低いので、極めて生産性に優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムアルミノ珪酸塩とガラスを主要
構成相とすることを特徴とする発泡焼結体。
【請求項２】リチウムアルミノ珪酸塩とガラスの含有
量が８０重量％以上であることを特徴とする請求項１に
記載の発泡焼結体。
【請求項３】リチウムアルミノ珪酸塩とガラスの合量
に対し、リチウムアルミノ珪酸塩が４０〜９０重量％で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の発泡焼
結体。
【請求項４】リチウムアルミノ珪酸塩とガラスを含む
混合物を混合物中のガラスの溶融点以上の温度に加熱す
ることを特徴とする発泡焼結体の製造方法。