JPS6149273B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新しい無機断熱材の製造方法に係り、
詳しくは単に原料物質をペースト状に混合するだ
けで発泡及び硬化が起り何等加熱操作を要するこ
となく短時間内に均一な気泡を有する断熱性、機
械的強度、耐水性、耐湿性並びに耐候性の優れた
部分的に有機質物質を複合した無機台熱材を安定
して収得し得る新規にして且つ有用な方法に関す
る。 従来より無機断熱材は種々提案されている。例
えばアルカリ金属珪酸塩水溶液を主とするものは
何れも必らず加熱操作（通常200〜900℃）が必要
であり、本質的に耐水性、耐湿性等に劣り水分と
の接触により容易に該アルカリ金属の溶出が起
り、発泡断熱材の機械的強度を著しく低下させる
などの欠点があり、断熱材等としての実用性はほ
とんどない。またポルトランドセメントを結合材
とする軽量コンクリート、軽量モルタル等の無機
質軽量体が知られているが、比重が大きく（1.0
前後）断熱材としての実用性に欠ける。更にオー
トクレーブ養生された軽量気泡コンクリートは操
作が煩雑で、しかも軽量な発泡体は得難く最も軽
量なものでもそのかさ比重は0.5以上に及ぶ。 本発明はこれら従来の無機軽量断熱材の性能就
中軽量にして機械的強度、化学的抵抗並びに耐久
性の点で著しく改善された有機物質複合型の有用
な無機断熱材組成物を提供するものである。 即ち本発明は実質的に(A)水可溶性アルカリ金属
珪酸塩、(B)セメント物質、(C)金属系発泡剤、(D)発
泡安定剤、および(E)電熱や金により副生されるシ
リカダスト並びに合成樹脂又は合成ゴムの粉体、
粒状体、もしくは水分散体より成ることを特徴と
する無機断熱材組成物の製法に係る。 本発明無機断熱材の製造方法は上記６成分を単
に混合、ペースト状にするだけで常温常圧下で容
易に発泡断熱材となるもので、硬化時間が短かく
複雑な形状にも成形でき気象条件に左右されるこ
となく均一なかさ比重となる。発泡硬化後の断熱
材は殊にかさ比重が従来優れた機械的強度を有す
るものとして公知の軽量気泡コンクリートでは不
可能な0.1〜0.3ｇ/cm³程度の極めて低密度にも調
整でき、熱伝導率も軽量気泡コンクリートの約1/
３〜1/2にも低下できるものであるばかりでなく均
一な気泡構造を有しており、その気泡構造は緻密
で極めて強固である。従つて本発明断熱材は断熱
性、機械的強度、耐水性、耐湿性並びに耐候性が
非常に優れており価値多い。とりわけ顕著な効果
として機械的強度の向上並びに耐候性の向上が掲
げられる。即ち、(E)成分である電熱や金により副
生されるシリカダストと合成樹脂又は合成ゴムの
配合なくしては発泡断熱材中の遊離アルカリが固
層内移動によつて徐々に該発泡体表面もしくは内
部に分離して白い粉をふく現象を十分に制止する
ことができず、かかる現象は断熱材の美観を損う
ばかりでなく機械的強度をも低下させるものであ
つたが、本発明者らはこれを防止することに着眼
点を置き鋭意研究に取り組んだ結果、上述の発明
を完成するに至つたものである。本発明者らの推
定によると、電熱や金により副生される特異なシ
リカダストと合成樹脂又は合成ゴムの粉体、粒状
体もしくは水分散体が該発泡断熱材中に均一に分
散されており、殊に発泡硬化の過程で発生する熱
の助力を得て遊離アルカリ分が見掛け上固定さ
れ、乾燥後はこれが一層強固になるものと思料さ
れる。と同時に固定された誘離アルカリ分を含有
した断熱材は降雨、紫外線照射、寒暖変化等の諸
環境条件を包含する耐候性の試験で非常に良い結
果を示すものである。 本発明において、(A)成分としては水可溶性アル
カリ金属珪酸塩を用いることを必須とし、これを
構成するものとしては例えばリチウム、ナトリウ
ム、カリウム等アルカリ金属の水可溶性珪酸塩が
掲げられ、また該(A)成分は水可溶性である限り、
その組成やモル比には制限されないが、sio₂とア
ルカリ金属とのモル比1.5〜4.0程度とするのが好
ましい。上記(A)成分は、その１種を単独で又は２
種以上を併用して、粉末の形態でもまた水溶液の
形態でも有利に用い得るがペースト状に調整され
る時点で固形分濃度が約10〜60重量％になるよう
にし、もし水溶液で用いる時は予め固形分濃度を
20％以上、通常20〜60％程度のアルカリ金属珪酸
塩水溶液の形態とするのが望ましい。以下単に(A)
成分という。 次に(B)成分とするセメント物質とは、化学工業
界で通常セメントと称呼されているものを総括す
るものであり、気硬性セメント、水硬性セメント
並びに特殊セメントがこれに該当する。気硬性セ
メントとしては生石灰、消石灰、苦土質石灰、ド
ロマイトプラスター等の石灰、焼石こう、キーン
スセメント、パリアンセメント、マルチンセメン
ト等の石こうである単味セメント並びに、マグネ
シアセメントが例示できる。ま、水硬性セメント
としては、水硬性石灰、天然セメント、ポルトラ
ンドセメント、アルミナセメント、等の単味セメ
ント、石灰混合セメント、高炉セメント、シリカ
セメント、フライアツシユセメント、メーソンリ
ーセメント、高硫酸塩セメント等の混合セメント
が例示できる。更にまた特殊セメントとしては耐
火セメント、耐酸セメント等を例示できる。この
内、特に望ましいものは水硬性セメントである
が、単にセメント物質が上述のものから単独のみ
の形態で用いられるばかりでなく、水硬性セメン
トと気硬性セメントの併用も効果があり、あるい
は同じ水硬性セメントであつても２種以上の混合
が十分にできる。以下単に(B)成分と称する。 本発明において(C)成分とする金属系発泡剤とし
ては各種の金属元素及び金属合金乃至金属間化合
物が使用できる。金属元素としては周期律表
1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B、
6B、7B及び８族に属するものが何れも使用で
き、その内第３〜５周期に属するのが好ましい。
尚、本発明ではホウ素、珪素等の半金属元素も使
用可能である。本発明ではまた上記金属の合金乃
至金属化合物（金属相互間もしくは金属と非金属
との化学結合体）も上記金属と同様に使用でき
る。該合金乃至金属間化合物の代表的なものを例
示すれば、Al−Si、Al−Ti、Al−Mn、Al−Cu、
Zn−Ｓ、Zn−Sn、Sn−Fe、Cu−Sn、Cu−Si、
Cu−Pb、Cu−NiFe−Ni、Fe−Mn、Fe−Cr、
Fe−Si、Mn−Ｐ、Mn−Ag、Si−Ni、Co−Sb等
が掲げられる。上記(C)成分は通常その１種又は２
種以上を微粉末の形態で用いるのが良く、特に
150μ以下の粒度で用いるのが好ましい。以下単
に(C)成分と称する。 更に本発明において(D)成分とする発泡安定剤と
してはシリカゲル、ゼオライト、人工ゼオライ
ト、カーボンブラツク、活性炭、タルク（滑石）
及びマイカ（雲母）から選ばれる無機物質及び従
来よりセメント系の起泡剤として公知の動物蛋白
質、ジメチルシリコン誘導体等の有機物質を使用
できる。これら(D)成分は(C)成分の系内への分散状
態を均一にし発泡反応を安定化する作用を有し、
微細均一気泡の生成に有効である。該(D)成分が無
機物質の時には通常200μ以下の粒度の粉末状で
用いるのが好ましい。以下単に(D)成分という。 更にまた、本発明において(E)成分とする電熱や
金により副生されるシリカダストとは次のものを
いう。電熱や金法では通常2000〜3000℃あるいは
それ以上の高温を発生せしめ珪石あるいは１又は
金属元素単体もしくはその原鉱石を熱処理せし
め、係る際酸化性雰囲気を避けるため還元性能の
高いコークスや水素ガス、一酸化炭素等を通過せ
しめるもので、任意の金属や金を行うと粗原料で
ある該金属原鉱石中のシリカ分（Sio₂）、アルミ
ナ分（Al₂O₃）などのごとき酸化物物は蒸気とな
り多くが分解して反応性の高金属元素となるが、
空気中の酸素と結合したり、シリカ、アルミナの
まま残存している蒸気は空気中で急冷を受け粉末
状を呈する。係る際原鉱石中に含まれている硫
黄、リン、炭素などの不純物も共に含有されてい
ることが多いが、その量は相対的に微量でこの為
副生される微粉末はシリカ分の高いものとなり殊
に珪素合金の製造の場合にはシリカ分の純度が顕
著に高く、それらを総称してシリカダストとい
う。この内、本発明に用いるシリカダストとして
望ましいものは、粒子径約0.1〜1.0μ、比表面積
約10〜50m²/ｇ並びにかさ比重約0.1〜0.3のもの
であり、純度としてシリカ分約80重量％以上のも
のを例示できる。以下単に(E)成分という。 最後に本発明に配合される合成樹脂又は合成ゴ
ムは種類に特に限定されることなく、酢酸ビニ
ル、アクリル酸エステル、エチレン、メタクリル
酸メチル、塩化ビニル、スチレン、プロピオン酸
ビニル、エポキシ、メラミン、ウレタン、ブタジ
エン、クロロプレン、イソプレン、SBR、
NBR、塩化ビニリデン、ジアリルフタレート、
ジアリルマレエート、ジブチルマレート、ポリエ
ステル、プロピレン等の単独重合体又は２以上の
共重合体の粉体、粒状体もしくは水分散液の形態
で使用できる。この内望ましいものとしては熱可
塑性のもので水分散体、粉体及び粒状体の場合は
粒径が直径２mm以下のものを例示できる。以下、
これらを単に(F)成分と称する。 上記(A)成分〜(F)成分の配合割合は、これら各成
分とする物質、特に(A)成分を水溶液の形態で使用
する時にはその濃度及び所望製品のかさ比重、強
度条件により一定しないが、通常次のごとくとす
ればよい。即ち(A)成分固形分を基準にして、その
100重量部に対し(B)成分を固形分として約10〜100
重量部好ましくは約15〜90重量部とし、(C)成分を
約２〜30重量部とし、(D)成分を、これが無機物質
の場合は約５〜50重量部、有機物質である場合は
固形分で約0.1〜３重量部とし、(E)成分を約５〜
70重量部とし、(F)成分を固形分で約３〜50重量部
用いる。一般に(A)成分が過剰にあると気泡やかさ
比重が安定せず発泡状態が不均一でしかも耐水性
のよくないものとなり、(B)成分が多い時はペース
ト調整時に該ペーストの粘度が高くなり過ぎ、作
業性が悪くなる。また(C)成分が少ないと発泡は悪
くなり製品のかさ比重が重く、逆に多過ぎると製
品中の気泡が大きくなり発泡過剰となつて所望の
強度が得難い。(D)成分が無機物質の場合少な過ぎ
ると発泡が不均一となり多過ぎるとペースト調整
が困難になる。(D)成分が有機物質の場合は多過ぎ
ると連通気泡が増えて断熱性低下に繋がり、少な
い時は安定性効果が保てない。(E)成分はこれが多
くなると発泡体形成時に収縮が大きくなりクラツ
チの原因を誘導する一方少ない時は断熱性、耐候
性、機械的強度が低下する。(F)成分は少ない場合
は本発明で特筆しているごとき耐水性、耐湿性の
みならず耐候性の改善ができず、多量になると耐
火性等無機質特有の性能が著しく低下し、ペース
ト状態で練り難く作業上支障を来たす。 かくして調整される本発明無機断熱材は更に必
要に応じて例えば発泡シリカ、パーライト、ひる
石等通常1000℃以上で焼成された軽量骨材を添加
混合することができ、これにより製品のかさ比重
を調整することができる。更にまた増量、補強等
を目的として石こう、溶融石英、焼成クリストバ
ライト、シリコンカーバイド、窒化ほう素、珪
石、アルミナ、ガラス繊維等公知の各種充てん材
を添加することもあるが、これら充てん材の種類
及び添加量は必須成分とする(A)〜(F)成分の反応形
態を妨げなよう注意する必要がある。 このような配合により通常0.5〜10mm程度の範
囲の均一な気泡を有し、低比重にして高強度でし
かも低級水率、耐水性、耐湿性、耐薬品性、断熱
性、耐熱性、耐候性等に優れた無機発泡断熱材が
得られる。 以下本発明の実施態様を詳細に説明する。 実施例 １ 次の組成より成る無機断熱材を調整した。 (A) 珪酸ソーダ水溶液（sio₂／Na₂oモル比2.0、
濃度20％） 100重量部 (B) アルミナセメント（Al₂O₃／Caoモル比0.7）
100重量部 (C) 金属珪素 ５重量部 (D) 活性炭（５〜50μ） ８重量部 (E) フエロシリコン製造時に副生されたシリカダ
スト（sio₂含有率95wt） ９重量部 (F) エチレン酢酸ビニル樹脂パウダー ５重量部 上記混合物をよく撹拌してポリ容器中で常温常
圧下にて発泡させ、発泡断熱材を得た。このもの
物性は、かさ比重が0.33、圧縮強度11.5Kg/cm²で
あつた。このものを温度50℃、湿度80±20RH％
で且つ炭酸ガスの充満する高湿雰囲気にて72時間
放置しておいたところ、該発泡体の表面及び内部
の粉化はみられなかつた。また、このものをサン
シヤイン型促進耐候試験機中で250時間経過した
後外観を観察したところ、表面及び内部の粉化は
みられなかつた。 実施例 ２〜７ 実施例１の方法に基づいて第１表の配合割合を
定め発泡断熱材を得た。これらの発泡断熱材につ
いて次の試験を行い第２表に示す結果を得た。尚
耐湿性及び耐候性及び耐候性試験は実施例１に従
い、他は次の方法で試験した。 １ かさ比重：JlS A1161による。 ２ 圧縮強度：JIS A1161による。 ３ 耐水性：水中（20℃）に24時間浸漬した後空
気中に24時間放置し粉化の状態をみる。 ４ 耐アルカリ性：飽和Ca（OH）₂溶液に24時間
浸漬した後空気中に24時間放置し粉化の状態を
みる。 ５ 耐水性試験後の圧縮強度：耐水性試験後JIS
A1161による。

【表】

【表】 比較例 実施例１において(E)成分及び(F)成分を混合しな
いで試験を行つた結果第２表に示すようになつ
た。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (A) 水可溶性アルカリ金属珪酸塩、 (B) セメント物質、 (C) 金属系発泡剤、 (D) 発泡安定剤、および (E) 電熱や金により副生されるシリカダスト を水の存在下でペースト状に混合して無機断熱材
   を得るに際し、合成樹脂又は合成ゴムの粉体、粒
   状体もしくは水分散体を添加混合することを特徴
   とする、構造的強度の優れた無機断熱材の製造方
   法。 ２ 水可溶性アルカリ金属珪酸塩のsio₂／Ｒエ_２Ｏ
   （但し、Ｒエはアルカリ金属を示す）のモル比
   が、1.5〜4.0のものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３ ペースト状に混合される混合物が、水可溶性
   アルカリ金属珪酸塩を濃度約10〜60重量％の水溶
   液の形態とする量の水を含有する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４ 電熱や金により副生されるシリカダストが粒
   子径約0.1〜1.0μ、比表面積約10〜50m²/ｇ並び
   にかさ比重約0.1〜0.3で、且つ純度としてシリカ
   分約80重量％以上の形態とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 合成樹脂又は合成ゴムの粉体、粒状体もしく
   は水分散体が、熱可塑性を有し且つ粒径が約２mm
   （直径）以下であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ６ 水可溶性アルカリ金属珪酸塩100重量部に対
   し、全て固形分比率で、セメント物質約10〜100
   重量部、金属系発泡剤約２〜30重量部、発泡安定
   剤約0.1〜50重量部、電熱や金により副生される
   シリカダスト約５〜70重量部、および合成樹脂又
   は合成ゴムを約３〜50重量部用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。