(57)【要約】【課題】シラス及び／又はシリカを主成分とした固体組成物を、低温である３００℃付近で加熱膨張させる高多孔率無機多孔体の製造方法と、その製造方法による高い気孔率と低い熱伝導率を有する高多孔率無機多孔体を提供すること。【解決手段】シラス及び／又はシリカを主成分とする気孔率８０％以上かつ熱伝導率０．０３Ｗ／ｍｋ以下である高多孔率無機多孔体２であり、その製造方法は、塩基性物質を含むアルカリ性溶液にシラス及び／又はシリカを主成分とする組成物を溶解、混合し反応させて固形組成物とし、５００℃以下で加熱膨張させることである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シラス及び／又はシリカを主成分とする気孔率８０％以上かつ熱伝導率０．０３Ｗ／ｍｋ以下である高多孔率無機多孔体。
【請求項２】
さらにガラス、スラグ、粘土又は軟質ガラスの少なくても何れか１種類を含む請求項１に記載の高多孔率無機多孔体。
【請求項３】
塩基性物質を含むアルカリ性溶液に、シラス及び／又はシリカを主成分とする組成物を溶解、混合し反応させて固形組成物とし、５００℃以下で加熱して膨張させる高多孔率無機多孔体の製造方法。
【請求項４】
さらにガラス、スラグ、粘土又は軟質ガラスの少なくても何れか１種類を含むことを特徴とする請求項３に記載の高多孔率無機多孔体の製造方法。
【請求項５】
前記アルカリ性溶液中の塩基性物質濃度が１２〜１７ｍｏｌ／Ｌ、及び前記アルカリ性溶液：前記組成物の質量部の比が１：１〜２：１である請求項３又は４に記載の高多孔率無機多孔体の製造方法。
【請求項６】
前記固形組成物に対する高多孔率無機多孔体の膨張率が２０００％以上である請求項３〜５に記載の高多孔率無機多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高多孔率な無機多孔体及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、実質的に均一に発泡されたアルカリケイ酸塩および／またはアンモニウムケイ酸塩・マトリックスに基づく発泡体状鉱物質建築および構造材料が記載されているが、その発泡体の製造に際し、膨張温度は６００℃〜１２００℃の高温が使用されている。また、非特許文献１には、一般的なシラバスバルーンの発泡メカニズムが記載されているが、発泡には５００℃〜１０００℃が必要である。すなわち、発泡体の膨張には高温が必要であって、発泡体の製造は多くのエネルギーを要し環境に負荷を与えるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０２５６５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】木村 邦夫, 浜野 健也, “シラス中の火山ガラスの加熱発泡性について” ，窯業協会誌８４［２］，７１−７５（１９７６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は上記のような従来の問題を解決し、シラス及び／又はシリカを主成分とした固体組成物を、低温である３００℃付近で加熱膨張させる高多孔率無機多孔体の製造方法と、その製造方法による高い気孔率と低い熱伝導率を有する高多孔率無機多孔体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）シラス及び／又はシリカを主成分とする気孔率８０％以上かつ熱伝導率０．０３Ｗ／ｍｋ以下であることを特徴とする高多孔率無機多孔体である。
（２）さらにガラス、スラグ、粘土又は軟質ガラスの少なくても何れか１種類を含むことを特徴とする（１）に記載の高多孔率無機多孔体である。
（３）塩基性物質を含むアルカリ性溶液にシラス及び／又はシリカを主成分とする組成物を溶解、混合し反応させて固形組成物とし、５００℃以下で加熱膨張させることを特徴とする高多孔率無機多孔体の製造方法である。
（４）さらにガラス、スラグ、粘土又は軟質ガラスの少なくても何れか１種類を含むことを特徴とする（３）に記載の高多孔率無機多孔体の製造方法である。
（５）前記アルカリ性溶液中の塩基性物質濃度が１２〜１７ｍｏｌ／Ｌ、及び前記アルカリ性溶液：前記組成物の質量部の比が１：１〜２：１である（３）又は（４）に記載の高多孔率無機多孔体の製造方法である。
（６）前記固形組成物に対する高多孔率無機多孔体の膨張率が２０００％以上であることを特徴とする（３）〜（５）に記載の高多孔率無機多孔体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による高多孔率無機多孔体は、不燃性であって、高気孔率かつ低熱伝導率を有し、高い膨張率であるため、効率よく例えば建材の隙間を埋めて断熱することができるという効果を奏することができる。また、本発明の製造方法によれば、その高多孔率無機多孔体を低温度で製造することができるため、製造に要するエネルギーを削減して、環境に与える負荷を減らすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一般的なシラバスバルーンの発砲メカニズムの説明図である。
【図２】本発明に係る高多孔率無機多孔体（膨張率が３４．３倍、３４３０％）について、加熱前の固形組成物と加熱後に製造された高多孔率無機多孔体を示す図である。
【図３】高多孔率無機多孔体（膨張率が２４．５倍、２４５０％）について、加熱前の固形組成物と加熱後に製造された高多孔率無機多孔体を示す図である。
【図４】製造に使用した水酸化ナトリウム溶液が１２ｍｏｌ／Ｌ、１３ｍｏｌ／Ｌ、１４ｍｏｌ／Ｌであるときの加熱前の固形組成物と加熱後に製造された高多孔率無機多孔体を示す図である。
【図５】高多孔率無機多孔体の断面の顕微鏡観察について（Ａ）低倍率、（Ｂ）高倍率での結果を示す図である。
【図６】高多孔率無機多孔体の断面のＳＥＭ観察結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１０】
シラスとは、主成分はケイ酸や酸化アルミニウムなどからなる火山ガラスであり、斜長石や石英なども含まれる。５０〜５８パーセントの空隙を含み、有機物はほとんど含まれていない。比重は１．３程度と軽く、粒子内部にも多数の微小な気泡が含まれており粒子比重も２．３０〜２．５０と軽いものである。
【００１１】
シラスから作られる材料として、シラスバルーンは洗剤、塗料、洗顔料・化粧品や建材などに利用されている。そのシラスバルーンは、シラスに対して一般的に図１のような発泡メカニズムによって製造されている（非特許文献１）。すなわち、［１］風化によって表面のＮａ＋とＨ＋が交換している状態。［２］交換したＨ＋が５００℃で粒外へ移動する（表面に亀裂が発生）。［３］９００℃でクリスタットなどを核とし、水蒸気によって気泡が発生する。［４］気泡はひれの方向に膨張を続ける（Ｎａ＋が少ない表面は硬い）。［５］表面の硬い層が発泡体の表面層になる。［６］表面の亀裂を伸ばすように膨張する。
【００１２】
［１］〜［６］の工程の温度条件は、約５００℃〜１０００℃という高温であって、一般的にシラスはその温度範囲で加熱することで膨張する。高温の製造条件とするには当然にエネルギーが必要になり、それによって発生する二酸化炭素などが環境への負担となるのである。一方、本願において使用する製造条件としての温度は、好ましくは５００℃以下、より好ましくは４５０℃以下、さらに好ましくは３５０℃以下であるため、環境への負担を減らすことができるのである。
【００１３】
本発明に係る高多孔率無機多孔体の態様として、図２の高多孔率無機多孔体２や図３の高多孔率無機多孔体４で示され、高い気孔率を有している。その気孔率は８０％以上であり、熱伝導率は０．０３Ｗ／ｍｋ以下であるため、例えば建材の充填剤として使用された場合に、優れた断熱性を有することになる。また、シラスなどを主成分とするため難燃性である。それらの気孔率や熱伝導率は押出発泡ポリスチレン断熱材（スタイロフォームの一般名称）として備えるべき性能である。
【００１４】
さらに、高多孔率無機多孔体が好ましくは、ガラス、スラグ、粘土又は軟質ガラスの少なくても何れか１種類を含むことによって、発泡強度の低下あるいは、アルカリ濃度を低減できる。
【００１５】
高多孔率無機多孔体２の製造は以下のようにして行う。塩基性物質に水を加えて溶解し、アルカリ性溶液を調製する。シラスにそのアルカリ性溶液を加えて撹拌し、シラスを分散した後に養生を行い、固形組成物１を製造する。固形組成物１を例えば電気炉を使用して加熱すると、固形組成物１が膨張して高多孔率無機多孔体２となる。塩基性物質としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどがあり、その濃度としては短時間で反応を進行させるという観点から、好ましくは１０〜１７ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは１２〜１６ｍｏｌ／Ｌ、さらに好ましくは１３〜１６ｍｏｌ／Ｌである。
【００１６】
アルカリ性溶液：前記組成物の質量部の比は、混合や成形のしやすさから、好ましくは１：１〜２：１であり、より好ましくは１：１．１〜１．５：１である。養生の条件として、養生温度はアルカリ性溶液と前記組成物の反応性の観点から、Ｒ．Ｔ〜１１０℃であり、好ましくは６０℃〜１１０℃である。養生時間はアルカリ性溶液と前記組成物の反応性の観点から、３時間〜３日であり、好ましくは３時間〜１日である。加熱の条件として、加熱温度は試料全体を均一に加熱するために、１８０℃〜５００℃であり、好ましくは２００℃〜３５０℃である。加熱時間は試料に均一に熱を伝導させるために、１０ｍｉｎ〜３００ｍｉｎであり、好ましくは２０ｍｉｎ〜６０ｍｉｎである。
【００１７】
高多孔率無機多孔体の膨張率としては、断熱性の観点から、好ましくは２０００％以上、より好ましくは２３００％以上、さらに好ましくは２３００％以上、もっとも好ましくは３０００％以上である。
なお、高多孔率無機多孔体４の製造についても同様に、固形組成物３を加熱・膨張させて製造することができる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１、２）
水酸化ナトリウム６０ｇに水１００ｇを加えて溶解し、１５ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム溶液を調製した。微粉のシラスであるシラファインＦ００５（井川産業社）４４ｇに、１５ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム溶液５６ｇを加えて撹拌し、８０℃、２日間で養生を行い、固形組成物１を得た。電気炉を使用して固形組成物１を、３５０℃で３０分間そして４００℃で１０分間加熱して膨張させ、高多孔率無機多孔体２を得た。そのときの膨張率は３４３０％であった（実施例１）。
膨張率は以下の式（１）から計算した。
｛（加熱後体積）−（加熱前体積）/（加熱前体積）｝×100  （１）
加熱前体積は、試料の横・縦・高さを採寸し、横×縦×高さで算出した。また、加熱後体積は、試料の形状が複雑であったため、アルキメデス法を用い、見かけ密度から算出した。
実施例１において、養生を１１０℃、１日間とした以外は実施例１と同様にして、固形組成物３そして高多孔率無機多孔体４を得た（実施例２）。そのときの膨張率は２７４０％であった。なお、膨張率の計算方法は上記と同様であった。
【００１９】
（実施例３〜５）
実施例２において、水酸化ナトリウム溶液を１２ｍｏｌ／Ｌ（実施例３に使用した）、１３ｍｏｌ／Ｌ（実施例４に使用した）、１４ｍｏｌ／Ｌ（実施例５に使用した）とし、固形組成物の加熱を３００℃で３０分間、昇温速度を１０℃／ｍｉｎとした以外は実施例２と同様にして、それぞれ高多孔率無機多孔体（実施例３、４、５）を得た。それぞれの膨張率は３０２０％（実施例３）、３６９０％（実施例４）、３５６０％（実施例５）であった。
実施例３において、水酸化ナトリウム溶液を１０ｍｏｌ／Ｌ（比較例１に使用した）、１８ｍｏｌ／Ｌ（比較例２に使用した）とした以外は実施例３と同様にして、それぞれ高多孔率無機多孔体（比較例１、２）を得た。それぞれの膨張率は２５０％（比較例１）、１８６０％（比較例２）であった。
【００２０】
（気孔率の測定）
気孔率の測定は次のようにして行った。すなわちＸ線ＣＴ（ｉｎｓｐｅＸｉｏ  ＳＭＸ−９０ＣＴ，  ＳＨＩＭＡＤＺＵ社）を用いて内部構造を３次元的に撮影し、試料部と気孔部の濃淡の違いから気孔体積を算出できる「ＶＧｓｔｕｄｉｏ  ｍａｘ１．２」という画像解析ソフトを用いて気孔率を測定した。
なお、膨張率は膨らむ前の体積（固体＋空隙）が膨張後何倍になったかの百分率であり、気孔率は膨張した時の全体積にたいする空隙の割合である。膨張前の空隙が０なら裏表の関係となることになる。
その結果、実施例１〜５では、それぞれ高い気孔率を有し、２５００％以上膨張した試料の内、全ての実施例で気孔率８０％以上であった。一方、比較例１、２ではそれぞれ６０％、７０％であった。
【００２１】
（熱伝導率の測定）
熱伝導率の測定は次のようにして行った。すなわち迅速熱伝導率計（QTM-500, 京都電子工業社）を用いて、非定常細線加熱法で加熱線の温度上昇度と試料の熱伝導率の関係性から熱伝導率を求めた。
その結果、実施例１〜５では、それぞれ低熱伝導率であって、全て０．０３Ｗ／ｍｋ以下であった。一方、比較例１、２ではそれぞれ、０．１１Ｗ／ｍｋ、０．０５Ｗ／ｍｋであった。
【００２２】
図５から、高多孔率無機多孔体の断面には小さな発泡体５が多く観察できた。また高倍率でみると、シラファインの粒子６のようなものが観察できた。
図６から、その断面に存在する発泡体の大きさは数百μｍであり、発泡体の表面には破断した形跡７が多く観察できた。破断した形跡７は気体が資料外へ抜けるときにできたと考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
高多孔率無機多孔体は建材などに充填して断熱材として利用できる。
【符号の説明】
【００２４】
１、３：固形組成物
２、４：高多孔率無機多孔体
５    ：高多孔率無機多孔体中の発泡体
６    ：シラスファインの粒子
７    ：破断した形跡
【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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