(57)【要約】【課題】  従来の珪藻土を利用したメソポーラスセラミックスは含有する鉄分の発色によって色調が限定され、用途拡大の隘路となっていた。【解決手段】  強還元の地質的続成作用で形成された北海道稚内市目梨別産珪藻土を利用し、６００〜１０００℃の酸化焼成で白色化することができ、そのことによって機能と意匠性を兼ね備えたメソポーラスセラミックスの作製を可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
稚内市目梨別産珪藻土を利用し、６００〜１０００℃の酸化焼成で作製することを特徴とする白色度８０以上の粉粒状或いは玉砂利状メソポーラスセラミックス。
【請求項２】
稚内市目梨別産珪藻土を粉砕し、それを単独或いは他のセラミックス原料と配合して任意の形状に成形後、６００〜１０００℃の酸化焼成で作製することを特徴とする白色度８０以上のメソポーラスセラミックス。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、北海道稚内市目梨別に産するメソポアタイプの珪藻土を利用する意匠性の高い白色メソポーラスセラミックス（以下ＭＰＣという）に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＭＰＣとして知られる調湿セラミックスは、珪藻土を利用して作製するものである。ＭＰＣは、細孔径５０ｎｍ以下の主としてメソポアの自律的吸放湿機能によって絶対湿度をコントロールし、相対湿度の変動を抑制しようとする機能性セラミックスである。ナノテクノロジーの分野に位置付けられる環境材料であり、これを建築の分野に応用すると湿気の過不足による弊害を防止することができ、住まいの耐久性が向上する。又、細孔径５０ｎｍ以下のミクロポアを含むメソポアは、揮発性化学物質、一酸化炭素などの有害ガスや悪臭、オイルミストを吸着し、室内環境を健康で快適にする。こうしたＭＰＣの機能と効果は実証され、評価されてきたが、産業としてはそれほど広がっていない。その最大の要因は意匠性にあり、多様な色調を可能とする白色度の高いＭＰＣが開発されていないことにある。【０００３】  珪藻土を機能性原料として利用するのは、その多孔質の特性と機能にあり、それは細孔構造に支配され、岩質・岩相とは関係しない。したがって、珪藻土資源とその原料の呼称は、細孔構造を特徴付ける概念で表わすのが合理的であり、ここではマクロポアタイプとメソポアタイプに大別して呼称することにした。【０００４】  細孔はその大きさによって三つに分類され、直径２ｎｍ以下の細孔をミクロポア、２〜５０ｎｍをメソポア、５０ｎｍ以上をマクロポアと呼ぶ。【０００５】  北海道には種々多様な珪藻土が広く分布する。メソポアタイプとしては稚内層、浅茅野層、１７線川層と呼ばれる地層の珪藻土が、ＭＰＣ用の原料として知られている。例えば、本願発明者が発明者である「稚内層珪藻土を利用した調湿機能材料の製造法」（特許第２６５２５９３号）、「調湿セラミックス建材」（特許第２９６４３９３号）、「調湿建材」（特許第３６５９８６７号）などに記載されているものである。（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）【０００６】  メソポアタイプの珪藻土はマクロポアタイプが地質的続成作用によって変質したものであり、その産状や岩質・岩相は産地で異なる。たとえば、稚内層の多くは岩盤状であるが、二次堆積して砂礫状で産するものもある。また、岩質・岩相の特徴としての層理についても無層理のものもあり、原料資源としての呼称も珪藻土、珪藻質泥岩、頁岩、珪質頁岩、硬質頁岩など様々である。（非特許文献１、非特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特許第２６５２５９３号
【特許文献２】  特許第２９６４３９３号
【特許文献３】  特許第３６５９８６７号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】  「平成４年度共同研究報告書  本道珪藻土の高度利用と資源評価に関する研究」，北海道立工業試験場，北海道立地下資源調査所，平成５年３月
【非特許文献２】  「平成６年度共同研究報告書  本道珪藻土の高度利用と資源評価に関する研究」，北海道立工業試験場，北海道立地下資源調査所，平成７年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  これまでのメソポアタイプの珪藻土を利用したＭＰＣにあっては、白色度が低く、酸化焼成では含有する鉄分の発色によって赤茶系の色調となる。鉄分の発色を抑制するために、鉄分含有率の小さい他のセラミックス原料を配合する方法は、ＭＰＣの特徴であるメソポアの機能が小さくなり、本来の目的が損なわれる。【００１０】  本願発明者が発明者となっている「熱酸処理アルミナの製造法とこの熱酸処理アルミナを利用した白色陶磁器の製造法」（特許第２７５４３４７号）記載の技術によって白色化できるが、メソポアの機能を有する熱酸処理アルミナを安価に製造することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献４】  特許第２７５４３４７号
【００１２】  タイル状など成形品に釉薬や化粧土で加飾する方法は、加飾部の強度を大きくすると機能が低下するという問題もあるが、粉粒状品を白色化或いは加飾することはできない。
【００１３】  メソポア珪藻土に含まれる鉄分そのものを熱酸などで溶解し、除去する方法もあるが高価となり、排水などによる環境汚染も問題となる。
【００１４】  セラミックス的手法として、メソポア珪藻土に還元剤を加えて高温焼成し、鉄分を第一鉄の状態にして白色化する技術もあるが、焼結によってメソポアの機能が消失する。
【００１５】  上述した従来技術の問題点を鑑みてなされた本発明の目的は、ＭＰＣの意匠を多様化して住生活用環境材料としての用途を広げ、そのことによって丈夫で長持ちする住まい作り、並びに健康で快適な住生活に貢献しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】  上記目的を達成するために、本発明は、稚内市目梨別から産出するメソポア珪藻土を利用して、酸化雰囲気中において、６００〜１０００℃の焼成によって安価に作製することを特徴とする。
【００１７】  ここでいうメソポア珪藻土は、多孔質を特徴とする珪藻起源の天然鉱物であって、細孔の大きさが直径２〜５０ｎｍのメソポアが卓越した珪藻土であり、その岩相・岩質や産状は問わない。
【００１８】  本発明で使用するメソポア珪藻土が胚胎する地層は、稚内層と推察されるが、特別な地質的続成作用によって形成されている。すなわち、強還元下での続成作用を受け、珪藻土に含まれる鉄分は鉄イオンとなって溶出し、鉄分の含有量が極めて少なくなったものである。
【００１９】  地表近くでは風化によって泥岩状態で産出するが、このメソポア珪藻土の岩質は硬く、無層理の珪岩状で産する。
【００２０】  このメソポア珪藻土の走査型電子顕微鏡写真では、特許第２６５２５９３号に記載されている稚内層珪藻土と同様に、珪藻化石は明瞭に認められず、それが溶解して新たに晶出した微粒子が観察される。
【００２１】  このメソポア珪藻土の岩盤の色は、灰色ないし黒色を呈しているが、それは含有する有機物が強還元下で炭化していることに因るため、所定の条件の焼成によって消失させ、容易に白色化することができる。
【００２２】  本発明は、稚内市目梨別産メソポア珪藻土を利用し、所定の粒度に粉砕・分級し、或いは玉砂利状に加工し、６００〜１０００℃の酸化焼成で作製することを特徴とする粉粒状或いは玉砂利状のＭＰＣである。
【００２３】  本発明は、稚内市目梨別産メソポア珪藻土を所定の粒度に粉砕・分級し、それを単独又は他のセラミックス原料を配合した素地で任意の形状に成形し、６００〜１０００℃の酸化焼成で作製することを特徴とするＭＰＣである。
【発明の効果】
【００２４】  以上説明したように、本発明のＭＰＣはセラミックス的手法によって容易に作製することができ、白色度が高いため意匠性に優れ、多様な色調に加飾することができる。したがって、メソポアの機能を備えた意匠材として多様な使い方ができるため、ＭＰＣの用途拡大に貢献し、その産業的意義は大きい。
【００２５】  ＭＰＣは調湿、オイルミスト吸着、有害な揮発性化学物質の吸着、脱臭など、空気を浄化する機能並びに重金属などによる汚染水を浄化する機能が知られ、地球環境負荷を低減する環境材料としての役割が大きくなっており、放射性物質の除染材料としても注目されつつある。メソポーラス材料に対する科学技術的好奇心を刺激する上からも本発明の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】稚内市目梨別産珪藻土粉体の焼成温度別表色系色度
【図２】稚内市目梨別産珪藻土粉体の焼成温度別吸放湿特性
【図３】稚内市目梨別産珪藻土単独で成形したＭＰＣの焼成温度別表色系色度
【図４】稚内市目梨別産珪藻土単独で成形したＭＰＣの焼成温度別吸放湿特性
【図５】稚内市目梨別産珪藻土と蛙目粘土配合素地ＭＰＣの焼成温度別表色系色度
【図６】稚内市目梨別産珪藻土と蛙目粘土配合素地ＭＰＣの焼成温度別吸放湿特性
【図７】ＭＰＣタイル既製品４種の表色系色度
【発明を実施するための形態】
【００２７】  以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２８】  実施例１では、本発明の請求項１に係る粉粒状、或いは玉砂利状の白色ＭＰＣを試料とし、試験を行った。以下、その試料について説明する。
稚内市目梨別産メソポア珪藻土を粒径０．１５ｍｍ以下に粉砕・分級し、その不焼成粉体並びに４００〜１０００℃の酸化焼成した粉粒状のＭＰＣを作製した。このＭＰＣの不焼成並びに焼成温度４００〜１０００℃範囲における焼成体の色度を測定した結果を図１に示す。【００２９】  以下、色度の測定法について説明する。
コニカミノルタ製色彩色差計ＣＲ−４１０を用いて、試料の表色系色度であるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を測定する。Ｌ＊値（０〜１００）は白色度を表す値で大きいほど白色度が高い。ａ＊値は赤色度を表す値（０〜６０）であり、ｂ＊値は黄色度を表す値（０〜６０）であり、鮮明な白色度を得るためにはａ＊値及びｂ＊値は絶対値が小さい方が望ましい。【００３０】  図１において、不焼成のＬ＊値は６７．１でグレー色を呈するが、焼成温度６００℃以上ではＬ＊値が８０を超え、１０００℃で８７．５と非常に高くなる。【００３１】  一方、赤色度を示すａ＊値は、６００℃焼成以上では２．６〜３．２であり、低い数値を維持し、焼成温度による変動が少ない。
又、黄色度を示すｂ＊値は、６００℃焼成以上では６．３〜８．６であり、低い数値を維持し、焼成による変動は赤色度と同様に少ない。【００３２】  前記と同一の試料について吸放湿機能を測定した結果を図２に示す。【００３３】  以下、吸放湿機能の測定法について説明する。
恒温恒湿機を用いて槽内温度を一定に保持し、２４時間毎に相対湿度を変動させて試料の吸湿率を測定し、その差を吸放湿機能とする。槽内温度は２０℃、変動させる湿度域は低湿度側を５０％ＲＨ、高湿度側を９０％ＲＨとしたが、その差の吸放湿機能が大きいほど調湿効果も大きい。
図２において、焼成温度４００〜１０００℃の範囲において５０％ＲＨ２４時間吸湿率及び９０％ＲＨ２４時間吸湿率は焼成温度が上昇するにしたがって減少する傾向にあり、それらの差で表される吸放湿機能は、４００℃では９．６ｗｔ．％、５００℃では９．４ｗｔ．％、１０００℃では３．２ｗｔ．％であり、焼成温度が上昇するにしたがって小さくなる傾向にある。不焼成の場合の吸放湿機能は１０．３ｗｔ．％であって、焼成の場合よりも吸放湿機能は大きい。【００３４】  以上から、吸放湿機能と焼成温度は負の相関関係にあり、焼成温度が高くなるほど吸放湿機能は低下するが、低下する度合いは小さく、１０００℃焼成でも調湿材として実用性のある機能とされる３．０ｗｔ．％以上を有している。
又、メソポア珪藻土のセラミックス特性では、強度と焼成温度は正の相関関係にあることが知られており、焼成温度が高いほど粒子強度は大きくなる。したがって、目的とする材料設計に基づき、稚内市目梨別産のメソポア珪藻土を粉砕・分級し、それを焼成する方法、或いは焼成後に粉砕・分級する方法によって、任意の粒度の粉粒状白色ＭＰＣを容易に作製することができる。
【実施例２】
【００３５】  実施例２と実施例３では、本発明の請求項２に係る白色ＭＰＣ成形体を試料とし、試験を行った。以下、その試料について説明する。
稚内市目梨別産メソポア珪藻土を粒径０．１５ｍｍ以下に粉砕・分級し、それを単独で直径５０ｍｍ厚さ１０ｍｍの円板状に成形後、４００〜１０００℃で酸化焼成したＭＰＣの白色度を図３に、吸放湿機能を図４に示す。
５００℃から白色度を増し、６００℃以上ではＬ＊値は８０以上となる。ＭＰＣの特徴である吸放湿機能は焼成温度が高くなるとともに小さくなるが、１０００℃でも３．０ｗｔ．％を示し、実用的機能を有している。
【実施例３】
【００３６】  また、稚内市目梨別産珪藻土を粉砕し、粒径０．１５ｍｍ以下とした粉体と一般的な陶磁器原料である蛙目粘土を配合した素地で、直径５０、厚さ１０ｍｍの円板状に成形後、４００〜１０００℃で酸化焼成したＭＰＣの色度を図５に、吸放湿機能を図６に示した。
珪藻土単独で作製したＭＰＣと同様に、６００℃以上の焼成で、白色度を表わすＬ＊値が８０以上となり、１０００℃焼成のＭＰＣでも、メソポア特有の吸放湿機能は３．２ｗｔ．％を示し、実用的機能を有している。
【実施例４】
【００３７】  稚内市目梨別産珪藻土を粒径０．１５ｍｍ以下に粉砕後、８００℃で酸化焼成して粉体状ＭＰＣを作製した。そのＭＰＣ粉体１００部に対して、自然糊３部、古紙再生パルプ３部を加えてプレミックスし、水で練ってペースト状の塗材を作製した。その塗材を左官用の鏝を用いて石膏板におよそ２ｍｍ厚で平滑に塗り付けた。
乾燥後、その色度を測定し、塗材だけを剥がしてその吸放湿機能を測定した。白色度を表わすＬ＊値は８９．４で、吸放湿機能は７．２ｗｔ．％であり、酸化チタンなどの白色顔料を使用することなしに白色度が高く、メソポア特有の機能を発揮する塗材と成る。【００３８】  以下、比較例について説明する。
従来から用いられている、ＭＰＣタイル既製品４種の色度を図７に示した。
どの試料も本発明によるものに比べて、白色度Ｌ＊値は７０前後と低く、又、赤色度ａ＊値は１０以上、黄色度ｂ＊値は２０以上といずれも高い数値を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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