(57)【要約】【課題】本発明は、発泡後の破砕工程を必要としない粒径が５〜７０ｍｍ程度のガラス質発泡体を安定して低コストで製造する製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法は、粒径が０．６ｍｍ未満の廃ガラス粉末に発泡剤と無機可塑性材料と無機バインダとを配合して水と混合する原料調製工程と、調製された原料を成形して所定形状の成形体とする成形工程と、この成形体をロータリキルンで焼成して発泡体とする焼成工程とを有することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃ガラス粉末に発泡剤と無機可塑性材料と無機バインダとを配合して水と混合する原料調製工程と、
調製された前記原料を成形して所定形状の成形体とする成形工程と、
成形された前記成形体をロータリキルンで焼成して発泡体とする焼成工程と、を有することを特徴とするガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項２】
さらに前記成形体を乾燥する乾燥工程を含む請求項１に記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項３】
前記廃ガラス粉末の粒径は０．６ｍｍ未満である請求項１または２に記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項４】
前記発泡剤は、石灰石、ドロマイトおよび炭化珪素のうちの少なくとも１種以上である請求項１〜３のいずれかに記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項５】
前記無機可塑性材料は、ベントナイト、カオリン粘土のいずれかである請求項１〜４のいずれかに記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項６】
前記無機バインダは、珪酸ソーダである請求項１〜５のいずれかに記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項７】
前記発泡体の融着を防止する耐火無機粉末を用いる請求項１〜６のいずれかに記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項８】
前記耐火無機粉末はカオリン粘土粉末、水酸化アルミニウム粉末およびアルミナ粉末のうちの少なくとも１種以上である請求項１〜７のいずれかに記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【請求項９】
前記発泡体の粒径は５〜７０ｍｍである請求項１に記載のガラス質塊状発泡体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤改良材、水捌け材、軽量骨材、断熱材、吸音材などの各種土木用資材、建築用資材および植栽用資材として用いるガラス質塊状発泡体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃板ガラスや廃瓶などの廃ガラスからガラス質発泡体を製造するには、廃ガラスを微粉砕しなければならずコスト高となり、大量のガラス廃材が排出されているにもかかわらず経済的な理由によりその利用率は極めて低かった。このような問題を解決するべく多くの提案がなされており、発明者らも製造コストが低く、吸水性と嵩比重とを任意に変えることができ、各種の用途に大量に使用することができるガラス廃材を用いた塊状発泡体の製造方法を提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、発泡剤を添加したガラス粉末を成型しないで直接メッシュベルトキルンのベルト上に炉幅×厚み１０〜３０ｍｍ程度充填して焼成発泡する製造方法である。焼成物は連続した板状に発泡焼成されるが、冷却時に急冷操作することで板状の発泡物にクラックを発生させ、炉出後に粒径を揃えるために破砕して所望の骨材とする製造方法である。
【０００４】
しかし、上記の従来技術では、炉出後に粒度を揃えるための破砕工程を必要とするうえに、この破砕時に、例えば粒径が５ｍｍ未満の微細な発泡体が発生して歩留まり低下の一因となっている。また、破砕後の発泡体は、その形状が鋭角を有する不定形であるので、袋詰めや運搬時にこれら鋭角の周縁が崩壊して微粉発生の原因ともなっていた。このため、軽量骨材として好適な５〜７０ｍｍ程度の粒径を有するガラス質塊状発泡体を安価にかつ安定して製造することのできる製造方法の開発が望まれていた。
【特許文献１】特願平１０−３２３５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、発泡後に破砕工程を必要としないで、粒径が５〜７０ｍｍ程度のガラス質発泡体を安定して低コストで製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法は、廃ガラス粉末に発泡剤と無機可塑性材料と無機バインダとを配合して混合する原料調製工程と、調製された原料を成形して所定形状の成形体とする成形工程と、この成形体をロータリキルンで焼成して発泡体とする焼成工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明のガラス製塊状発泡体の製造方法は、さらに成形した成形体を乾燥する乾燥工程を含むことができる。
【０００８】
上記のような本発明のガラス製塊状発泡体の製造方法においては、廃ガラス粉末の粒径は０．６ｍｍ未満であり、発泡剤は、石灰石、ドロマイトおよび炭化珪素のうちの少なくとも１種以上であることが望ましく、無機可塑性材料は、ベントナイト、カオリン粘土のいずれかであり、無機バインダは、珪酸ソーダであることが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法においては、発泡体の融着を防止する耐火無機粉末を用いることができる。耐火無機粉末はカオリン粘土粉末、水酸化アルミニウム粉末およびアルミナ粉末のうちの少なくとも１種以上であることが望ましい。
【００１０】
本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法において、発泡体の粒径は５〜７０ｍｍであることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法では、微粉砕した廃ガラス粉末に発泡剤とともに無機可塑性材料と無機バインダとを配合して水と混合し原料組成物としているので、この原料組成物をプレス成形機やペレタイザなどを用いて所定の形状に造粒することが可能である。
【００１２】
ベントナイトなどの無機可塑性材料は水と混合することにより粘着性を発揮して廃ガラス粉末同士を接着するバインダ効果を有する。このため、成形後の成形体は可塑性を有するので、非可塑性の廃ガラス粉末のみに比べて取り扱いが容易となる。
【００１３】
また、無機バインダとして珪酸ソーダ（水ガラス）を使用すれば、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）やＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの有機バインダが焼失される２５０〜３５０℃の温度域でも水ガラスのバインダ効果が保持されるため、成形体をロータリキルンで焼成することが可能である。従って、成形金型を選択することにより比較的大きな粒径の骨材を容易に量産することができる。
【００１４】
また、焼成後は破砕工程を設けることなくそのまま製品化することができるので、細粒の発生や梱包・輸送時に発生する角部周縁の崩壊がなく、ガラス質塊状発泡体の歩留まりを向上することができ、従来技術に比べて製造コストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法は、廃ガラス粉末に発泡剤と無機可塑性材料と無機バインダとを配合して混合する原料調製工程と、調製された原料を成形して所定形状の成形体とする成形工程と、この成形体をロータリキルンで焼成して発泡体とする焼成工程とを有することを特徴としている。
【００１６】
本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法に用いるガラス原料は、各種のガラス質廃材である。例えば、廃棄されたガラス瓶、板ガラス、窓ガラス、廃自動車の窓ガラス、テレビやパソコンなどの前面ガラスパネル、ガラス製品工場からのスクラップなどである。これらの廃材は、ガラス質として珪酸塩ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、硼珪酸塩ガラス、アルミノ硼珪酸塩ガラス等が含まれている。このようなガラス質の廃材のうち、ガラス瓶、板ガラス、窓ガラスの廃材は比較的多量に回収できるので大量に生産でき有利である。
【００１７】
本発明では、ガラス質廃材を市販のガラス破砕機、例えばハンマーミルなどの衝撃型破砕機を用いて粉砕し、粉砕物を篩い分けして得られる０．６ｍｍ未満の粒度分布を有する廃ガラス粉末をガラス原料とする。ガラス粉末の粒度が０．６ｍｍ以上の粗粒は再び粉砕して０．６ｍｍ未満として使用する。廃ガラス粉末の粒度を０．６ｍｍ未満に限定する理由は、０．６ｍｍ以上の粒径の物を原料粉末とすると、発泡の度合いが低下してガラス質塊状発泡体の密度が大きくなることがあり好ましくないからである。
【００１８】
本発明によれば０．６ｍｍ未満と比較的大きな粒径のガラス粉末を使用することができるので、上記のように比較的安価なハンマーミルなどの粉砕機を使用して安価にガラス粉末原料を得ることができ、全てを微粉砕するボールミルやレイモンドミルなどのような高価な微粉砕機を使用する必要がない。
【００１９】
本発明のガラス質塊状発泡体では、このような廃ガラス粉末を配合原料の全体を１００重量％として９０〜９５重量％配合する。廃ガラス粉末が９０重量％未満では発泡が不安定で安定した品質が得られないことがあり、一方、９５重量％を越えると密度が大きくなり過ぎることがあるので適当ではない。本発明においては、９１〜９３重量％がより好適な廃ガラス粉末の配合量である。
【００２０】
また、本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法において、発泡剤は、石灰石、ドロマイト、炭化珪素（ＳｉＣ）など発泡剤として通常用いられる材料を使用することができる。発泡剤としてはこれらの材料のうち１種類を用いればよいが、２種類以上をを混合して使用してもよい。発泡剤の配合量は、混合した配合原料の全体を１００重量％として０．３〜５重量％とする。発泡剤の配合量が０．３重量％未満では、十分な発泡を得ることができず、５重量％を越えて配合すると配合組成により発泡過多となることがあるので好ましくない。より好ましくは１〜３重量％である。
【００２１】
ガラス粉末は非塑性物であるので、発泡剤を配合して混合するだけでは成形後の形状を保持することができない。本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法では、成形直後の成形体に未乾燥強度を付与するために、ベントナイト粉末、カオリン粘土あるいはそれらの混合物などの無機可塑性材料を３〜７重量％配合する。無機可塑性材料の配合割合が３重量％未満では成形体の未乾燥強度が不十分であり、成形後の成形体の取り扱いに支障を来すことがある。また、７重量％を越えると発泡不足となって所定の密度が得られないことがあるので好ましくない。なお、成形直後の成形体に未乾燥強度を付与するために、上記の無機可塑性材料に加えてＣＭＣやＰＶＡなどの有機バインダを配合してもよい。
【００２２】
また、ロータリキルンによる焼成中に成形体が破砕または崩壊しないように無機バインダを配合する。無機バインダとしては、珪酸ソーダ（水ガラス）やリン酸アルミニウム等を例示することができる。これらの無機バインダは、上記のような有機バインダが焼失される２５０〜３５０℃といった高温域でもバインダ効果を保持できるので、ロータリキルン内で転動する成形体が破砕または崩壊されることなくその形状を保持することができ、比較的大きな骨材（発泡体）を得ることが可能となる。
【００２３】
このような無機バインダは、配合原料全体を１００重量％として３〜７重量％配合する。無機バインダの配合割合が３重量％未満では成形体の未乾燥強度が不足して成形体の取り扱いが困難であり、７重量％を越えると発泡不足となることがあるので好ましくない。より好ましくは３〜５重量％である。
【００２４】
原料調製工程では、以上のような廃ガラス粉末、発泡剤、無機可塑材料および無機バインダを配合した配合原料１００重量部に、さらに７〜１５重量部の水を加えて水分が均一になるまで混練して原料組成物とする。水の配合量が７重量部未満では成形体の未乾燥強度が不足して成形体の取り扱いが困難であり、また、１５重量部を越えると原料組成物が金型に付着して成形困難となることがあるので望ましくない。
【００２５】
次に、成形工程では、調製された原料組成物の所定量を金型に充填して１５〜５０ＭＰａの加圧力でプレスして成形体を得る。加圧力が１５ＭＰａ未満では成形体の強度が不足し、５０ＭＰａを越えると設備的な制約が生じることがあるので好ましくない。金型や成形機には特に制約はないが、例えば粉体を造粒するブリケットマシンやタイルなどを成形するプレス成形機を使用してもよい。
【００２６】
次に、焼成工程では上記のようにして形成した成形体をシュートまたはスクリューコンベアなど適宜の供給手段を用いてロータリキルン内へ投入して、焼成・発泡させ所望の大きさのガラス質塊状発泡体とする。
【００２７】
成形体の焼成はロータリキルンの加熱温度が８５０〜９５０℃で行うことが望ましく、少なくともロータリキルンの最高温度で１０分間以上加熱されることが好ましい。ロータリキルンの加熱温度が８５０℃未満では、成形体が十分に発泡することができず軽量化を企図する所望の密度を得ることができない。また、９５０℃を越えて加熱すると発泡が進みすぎて所望の吸水率を得ることができない。より好ましくは、８８０〜９３０℃である。
【００２８】
成形体をロータリキル内で加熱すると、成形体は軟化しながら転動するので、軟化した成形体同士が融着することがある。成形体同士が融着して発泡すると所望の大きさの発泡体を得ることができない。そこで、成形体表面に耐火無機粉末を付着させてからロータリキルン内へ投入することが望ましい。耐火無機粉末としては、カオリン粘土粉末、水酸化アルミニウム粉末、アルミナ粉末などを例示することができる。このような耐火無機粉末は、１〜１５μｍ程度の微細な粒径のものが望ましく、適宜の量を成形時に成形体表面に付着させたり、あるいは成形体に散布しながら成形体と同時にロータリキルンへ投入するとよい。
【００２９】
ここで、成形体を焼成・発泡するロータリキルンは、シェル内をバーナで直接加熱する内熱式ロータリキルンでも、シェルを外周部から加熱する外熱式ロータリキルンでもよい。しかし、発泡状態の均一な塊状発泡体を得るためには、最高温度域の広い（最高温度での保持時間が長い）外熱式ロータリキルンの方がより好ましい。
【００３０】
なお、成形後の成形体を焼成前に乾燥する乾燥工程を設けてもよい。成形体のの粒径が大きい場合には、焼成前に乾燥工程を設けることで焼成時間を短縮することができ生産性を向上できる。例えば、成形体を電気式のバッチ乾燥炉などへ装入し８０〜１５０℃の低温で５〜１２０分程度乾燥して乾燥後の成形体の曲げ強度を２０〜５０ｋｇ／ｃｍ2とするとよい。
【００３１】
以上のようにして、粒径が５〜７０ｍｍ、密度が０．２〜０．５ｇ／ｃｍ3、吸水率が５〜１５％のガラス質塊状発泡体を得ることができる。このようなガラス質塊状発泡体は、軟弱地盤改良材、水捌け材、軽量骨材、断熱材、吸音材などの各種土木用資材や建築用資材あるいは植栽用資材として好適に用いることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、試験例により本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法について更に詳しく説明する。
【００３３】
（試験例１）
廃ガラス原料としては粒径が０．６ｍｍ未満の廃ビンガラス粉末（以後、廃ガラス粉末という。）と、発泡剤としては微粉末の石灰石と炭化珪素と、無機可塑材料としてはベントナイト粉末と無機バインダとしては乾燥水ガラスとを表１に示す比率で配合して、５０ｋｇボールミルで混合粉砕した。粉砕量は１０ｋｇ、粉砕時間は９０分であった。その結果、配合原料の平均粒径は２５μｍとなった。
【００３４】
なお、各原材料の化学組成を表３に、また、廃ガラス粉末の粒度分布を表４に、添加物であるベントナイトと石灰石の粒度分布を表５に示した。
【００３５】
【表１】
2006160570.tif 000002
【００３６】
上記の配合原料全体を１００重量部としてさらに１０重量部の水を加え、混練機で配合原料の水分が均一になるまで混練した。得られた原料組成物を５０ｍｍ×５０ｍｍの金型に４０ｇ充填して２００ｋｇ／ｃｍ2の加圧力を加えてプレスし、５０．５ｍｍ×５０．５ｍｍ×（厚さ）９ｍｍの成形体を得た。
【００３７】
次に、得られた成形体を電気式バッチ乾燥機で８０℃×１２０分加熱して乾燥した。乾燥後の成形体の曲げ強度は２２．３ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００３８】
この乾燥した成形体を１個の成形体が４〜６片に分割されるように破砕（所定寸法の金型を用いれば破砕は不要である。）し、内径が１５０ｍｍ×長さ１７８０ｍｍの外熱式ロータリキルンのシェル内へ投入して焼成・発泡させた。なお、シェルの回転数は３．３ｒｐｍ、シェルの傾斜度は１．７％、シェル内の通過時間は１５分、投入量は５ｋｇ／時間とし、加熱温度（設定温度）を８８０℃と９００℃との２水準として焼成物を得た。得られた焼成物は、表２に示す物性を有する３０〜５０ｍｍ角×厚さ約２５ｍｍのガラス質塊状発泡体であった。
【００３９】
【表２】
2006160570.tif 000003
【００４０】
ここで、得られたガラス質塊状発泡体の密度と吸水率とは「ＪＩＳＡ１１１０粗骨材の密度及び吸水率試験方法」に準拠して測定した。また、充填嵩比重は、塊状発泡体を容量が分かっている容器（例えば、ビーカなど）へ微振動を与えながら充填して重量を計測し、単位容量（１リットル）当たりの質量に換算した値である。この値が小さいほど高発泡であり、軽量粗骨材として好適であることが分かる。
【００４１】
なお、これらの物性値は用途によっても異なるが、一般的に軽量盛土材などの土木用資材としては、密度が０．３〜０．５ｇ／ｃｍ3、吸水率は５〜１０％、充填嵩比重は０．２〜０．３５ｋｇ／ｌ程度のものが望ましいとされている。
【００４２】
【表３】
2006160570.tif 000004
【００４３】
【表４】
2006160570.tif 000005
【００４４】
【表５】
2006160570.tif 000006
【００４５】
（試験例２）
粒径が０．６ｍｍ未満の廃ガラス粉末と、発泡剤としては微粉末の石灰石と、無機可塑材料としてはベントナイト粉末と、無機バインダとして乾燥水ガラスとを表１の配合比率で配合して、さらに、水７．５重量部を加えて混練し原料組成物を得た。粉砕工程の省略によるコストダウンを想定してこの試験例ではボールミルによる粉砕を施さなかった。また、廃ガラス粉末などの原材料は表３〜５に示す試験例１と同様のものを使用した。なお、廃ガラス粉末の粒度分布を示す表４では、０．５９〜１．００ｍｍの粒度のものが５．７９％含まれている。これは、０．６ｍｍ未満という表示の廃ガラス粉末を再度篩い分けして得られた値であり、本試験例では除外せずに使用した。
【００４６】
得られた原料組成物を試験例１と同様にプレス成形して成形体とし更に乾燥して乾燥後の曲げ強度を測定した。乾燥後の曲げ強度は３７．４ｋｇ／ｃｍ2であり、試験例１よりも高い値を示した。これは、ガラス粉末の粒子径が粗いためにその表面積が少ない分水ガラスの効果で強度が高くなったものと考えられる。
【００４７】
次に、乾燥した成形体を試験例１と同様に破砕（４〜６分割）して、試験例１と同様のロータリキルへ投入した。設定温度を８９０℃とした以外は試験例１と同様の条件で焼成・発泡して、表２に示す物性を有する３０〜５０ｍｍ角×厚さ約２５ｍｍのガラス質塊状発泡体を得た。
【００４８】
この試験例２では、密度が０．４６ｇ／ｃｍ3と試験例１に比べて大きく、また、吸水率もわずかに上昇している。これは、ガラス粉末の粒径が粗いために試験例１に比べて発泡の度合いが低いからであると考えられる。
【００４９】
試験例２の物性を有する３０〜５０ｍｍ角×厚さ約２５ｍｍのガラス質塊状発泡体は、土壌改良材等として好適に使用することができる。
【００５０】
（試験例３）
本発明のガラス質塊状発泡体の製造方法は、原材料である廃ガラス粉末に無機可塑性材料と無機バインダとを添加して成形加工するところに特徴がある。前記のように、無機可塑性材料は成形加工後の成形体の未乾燥強度を高める効果があり、また、無機バインダはロータリキルン内における加熱時の成形体強度を保持する効果がある。そこで、無機可塑性材料と無機バインダとの効果を配合割合を変えて確認した。無機可塑性材料としてはベントナイト粉末を、また、無機バインダとしては乾燥水ガラス粉末を用いた。なお、配合割合の変化はガラス粉末の配合量で調節し、水の配合割合は、配合原料を１００重量部とした場合の配合割合である。
【００５１】
各供試組成物Ａ〜Ｄの配合比率を表６に示す。
【００５２】
【表６】
2006160570.tif 000007
【００５３】
表６に示すＡ〜Ｄの各供試組成物を試験例１と同様の方法で成形、乾燥して乾燥後の曲げ強度を測定した。結果を表６に併記する。
【００５４】
ベントナイト粉も乾燥水ガラス粉も含まない廃ガラス粉末と発泡剤のみの供試材Ａは、曲げ強度がほとんど無いので手で触れるだけで崩壊してしまう。しかし、供試材Ａにベントナイトや乾燥水ガラスなどの可塑性の添加物を加えることにより乾燥後の成形体の曲げ強度が上昇することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の製造方法によれば、ガラス瓶、板ガラス、窓ガラスの廃材を原料として、軟弱地盤改良材、水捌け材、軽量骨材、断熱材、吸音材などの各種土木用資材、建築用資材あるいは植栽用資材として好適なガラス質塊状発泡体を製造することができる。また、本発明によれば、粒径が５〜７０ｍｍの比較的大きな塊状発泡体を大量にかつ安価に製造することができる。