(57)【要約】  本発明は、水で希釈された気泡剤により微細気泡が形成された発泡物、ケイ酸塩、セラミック粉末、及び添加剤が混合されて形成されたセラミックスラリーと、セラミックスラリーに導入され、セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成するゲル化剤とを含むことを特徴とする発泡セラミックを提供する。前記発泡セラミックは、気泡剤を水で希釈し、水で希釈された気泡剤を入れた発泡装置を利用して多量の微細気泡を形成し、得られた発泡物にケイ酸塩、セラミック粉末及び添加剤を混合してセラミックスラリーを形成し、セラミックスラリーにゲル化剤を導入してセラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成し、セラミックスラリーを乾燥して内部の水分を除去して、添加剤を融着させて耐水性を増大させることにより形成される。
2010532299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水で希釈された気泡剤により微細気泡が形成された発泡物、ケイ酸塩、セラミック粉末、及び添加剤が混合されて形成されたセラミックスラリーと、
前記セラミックスラリーに供給されて、前記セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成するゲル化剤とを含むことを特徴とする発泡セラミック。
【請求項２】
前記気泡剤が、水に対する重量比が１００：０.１〜１０の割合で希釈されることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項３】
前記気泡剤が、アミノ酸系の動物性気泡剤、及び、有効成分としてアルキルベンゼンスルホネート系材料、ラウリル硫酸ナトリウム、又はそのエステルを含む植物性気泡剤中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項４】
前記ケイ酸塩が、前記セラミック粉末に対するケイ酸塩の重量比が１００：２０〜１６０の割合で含まれることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項５】
前記セラミックスラリーが、粘度が５,０００〜２００,０００ｃｐｓであることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項６】
前記セラミックスラリーに含まれる前記ケイ酸塩が、１種類乃至４種類の溶液型ケイ酸ナトリウム、粉末型ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸アルミニウムナトリウム中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項７】
前記セラミックスラリーに含まれる前記セラミック粉末が、麦飯石、黄土石、橄欖石、高嶺土、ケイ酸塩鉱物、マグネサイト、ボーキサイト、ベントナイト、浮石、ほう酸塩、蛇紋石、酸性白土、酸化鉄、石榴石、炭酸塩鉱物、アタパルジャイト、セピオライト、軟玉、燐灰石、イライト(雲母)、長石、真珠岩、蛭石、ゼオライト、重晶石、滑石、珪藻土、黒鉛、ヘクトライト、粘土鉱物、ジルコニウム鉱物、チタニウム鉱物、トルマリン、ヒュームシリカ、エアロゲル、フライアッシュ、高炉スラグ粉末の中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項８】
前記セラミック粉末が、粒子の大きさが５ｎｍ〜４００μｍであることを特徴とする請求項７に記載の発泡セラミック。
【請求項９】
前記セラミックスラリーに混合される前記添加剤が、天然繊維又は人造繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項１０】
前記繊維の太さが、３〜５０μｍであることを特徴とする請求項９に記載の発泡セラミック。
【請求項１１】
前記繊維の長さが、１〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項９に記載の発泡セラミック。
【請求項１２】
前記セラミックスラリーに混合される前記添加剤が、発泡セラミックの耐水及び補強のために、水分散性高分子樹脂及び微細粉末高分子樹脂のうちいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項１３】
前記水分散性高分子樹脂が、アクリル、酢酸ビニール、アルキド、メラミン、スチレンブタジエンゴム溶液の中から選択されることを特徴とする請求項１２に記載の発泡セラミック。
【請求項１４】
前記微細粉末高分子樹脂が、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、塩化ビニール樹脂(ＰＶＣ)、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリスチレン(ＰＳ）、ポリプロピレン(ＰＰ)、エチレンビニルアセテート(ＥＶＡ)、ポリウレタン(ＰＵ)、ポリカプロラクトンの中から選択されて使われることを特徴とする請求項１２に記載の発泡セラミック。
【請求項１５】
前記ゲル化剤が、二酸化炭素ガス、ドライアイス、重炭酸塩、グリオキサル、エチレングリコールジアセテート、有機酸、無機酸の中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の発泡セラミック。
【請求項１６】
前記ゲル化剤が、ケイ酸塩に対する化学量論的等量当量で導入されることを特徴とする請求項１５に記載の発泡セラミック。
【請求項１７】
前記重炭酸塩が、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸アンモニウムの中から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の発泡セラミック。
【請求項１８】
前記有機酸又は無機酸が、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸、フッ酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、マレイン酸、オレイン酸の中から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の発泡セラミック。
【請求項１９】
前記気泡剤を水で希釈する第１段階と、
前記水で希釈された気泡剤を発泡装置を利用して、多量の微細気泡を形成する第２段階と、
前記第２段階で得られた発泡物にケイ酸塩、セラミック粉末及び添加剤を混合して、セラミックスラリーを形成する第３段階と、
前記セラミックスラリーにゲル化剤を加え、前記セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成する第４段階と、
前記セラミックスラリーを乾燥して内部の水分を除去し、前記添加剤を融着させて耐水性を増大させる第５段階とを含むことを特徴とする発泡セラミックの製造方法。
【請求項２０】
前記第２段階が、回転翼を備える発泡装置中で５００〜１２,０００ｒｐｍの速度で気泡剤を回転させることにより気泡剤を高速分散させ、多量の微細気泡を形成することを特徴とする請求項１９に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２１】
前記第２段階が、コンプレッサーを備える発泡装置中で圧縮ガスを利用して微細気泡を形成することを特徴とする請求項１９に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２２】
前記第３段階が、発泡装置で発泡物、ケイ酸塩、セラミック粉末及び添加剤を混合してセラミックスラリーが形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２３】
前記第４段階が、二酸化炭素ガス、ドライアイス、重炭酸塩、グリオキサル、エチレングリコールジアセテート、有機酸、無機酸の中から選択されたゲル化剤と、前記セラミックスラリーとを混合して三次元シリカネットワークを形成することを特徴とする請求項２１に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２４】
前記第５段階が、空気による常温乾燥、オーブンによる熱風乾燥、極超短波を利用した加熱乾燥の中から選択された方式により乾燥されることを特徴とする請求項２１に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２５】
前記オーブンによる熱風乾燥又は前記極超短波を利用した加熱乾燥が、８０〜２５０℃でなされることを特徴とする請求項２４に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２６】
前記第３段階は、粘度が５,０００〜２００,０００ｃｐｓになるように前記セラミックスラリーを形成することを特徴とする請求項２１に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２７】
前記第４段階が、ケイ酸塩に対して化学量論的当量のゲル化剤を、前記セラミックスラリーに導入することを特徴とする請求項２１に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２８】
前記添加剤が、前記発泡セラミックの耐水及び補強のために水分散性樹脂または微細粉末高分子樹脂の中から選択され、
前記第５段階が、前記添加剤である前記水分散性樹脂又は前記微細粉末高分子樹脂を融着させることを特徴とする請求項２１に記載の発泡セラミックの製造方法。
【請求項２９】
気泡剤を水で希釈する第１段階と、
前記水で希釈された気泡剤を入れた発泡装置を利用して、多量の微細気泡を形成する第２段階と、
前記第２段階で得られた発泡物にケイ酸塩、セラミック粉末及び添加剤である水分散性樹脂又は微細粉末高分子樹脂を混合して、前記発泡装置内でセラミックスラリーを形成する第３段階と、
前記セラミックスラリーに、二酸化炭素ガス、ドライアイス、重炭酸塩、グリオキサル、エチレングリコールジアセテート、有機酸、無機酸の中から選択されるゲル化剤をケイ酸塩に対する化学量論的当量で供給し、前記セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成する第４段階と、
前記セラミックスラリーを乾燥して内部の水分を除去し、前記水分散性樹脂又は前記微細粉末高分子樹脂を融着させて耐水性を増大させる第５段階とを含むことを特徴とする発泡セラミックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱効果及び防音効果に優れたセラミック発泡体、及びその製造方法に関する。より詳しくは、植物性気泡剤又は動物性気泡剤を水溶液に加えて発泡させ、ここにセラミック粉末、ケイ酸塩、及び添加剤を加えて微細多孔性のセラミックスラリーを作製し、三次元シリカネットワークを形成するゲル化過程を経て、発泡された形状を維持して発泡体を乾燥、硬化することにより、多量の微細発泡体が形成された発泡セラミックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建物の施工時に、建物の外壁を通じて建物内外部の熱が出入りすることによりエネルギーが浪費されることを防ぐために、建物の外壁に断熱材を設置する等の断熱施工がなされている。また、断熱材は、防音材の役割を兼ねるようにし、騷音による生活の不快感を低減する役割をしている。
【０００３】
発泡時に形成される気泡は、断熱効果及び吸音効果に非常に優れているため、従来から断熱効果を極大化するために、微細多孔性構造のセラミックあるいは発泡性高分子材料が単独で使用されたり、防音効果を高めるために空気層を含む多孔性セラミックに吸音材を添加して使用している。
【０００４】
従来の断熱材、及び防音材は、発泡ポリスチレン、ガラスウール、発泡ポリエチレン、ポリウレタンフォーム、蛭石(Vermiculite)、パーライト(Perlite)、ウレアフォーム、セルロース保温材、軟質繊維板、フェノールフォーム、エアロゲル、及び軽量セメントが使用される。
【０００５】
発泡ポリスチレンの場合、断熱効果が高く軽量であるので、運搬及び施工性に優れているが、最高安全使用温度が７０℃と低く、紫外線に弱く、火災発生時に着火の危険性や有毒ガス発生の危険性が高く、人体に致命的でありうるという問題があった。ガラスウールは、ガラス繊維間に密封された空気層が断熱層として作用するとともに、断熱性以外にも不燃性、吸音性、施工性、運搬性に優れており、圧縮や沈下による有効厚さの減少や、含水による断熱性低下の恐れがないが、耐湿性がないので防湿層を別途設ける必要があるという問題があった。発泡ポリエチレンは、ポリエチレン樹脂に発泡剤、及び難燃剤を配合して押出発泡させた後、冷却した板状の発泡剤（または発泡シート）を積層し、熱融着させて自己消火性を有する保温板、保温筒に製造したものである。平均温度における熱伝導率が０.０３９ｋｃａｌ/ｍｈ℃以下であるため断熱効果に優れているが、最高安全使用温度が８０℃であり、火災発生時に放出される有毒ガスが人体に致命的でありうるという短所がある。また、ポリウレタンは、有機系発泡体（独立気泡構造）の断熱材及び防音材であり、ポリウレタン、ポリオール、ポリイソシアネート、及び、難燃添加剤を主原料として含むポリウレタンフォームを発泡成形して得られる。耐熱性（最高安全使用温度：１００℃）が多少落ちるが、断熱性に優れているので、冷凍機器などの保冷材に適する。しかし、施工後の体積が減少すると共に、熱伝導率が低下するという短所がある。また、他の発泡性高分子材料と同じく、火災発生時に有毒ガスを放出するという問題がある。蛭石は、雲母系鉱石を１,０００℃以上の温度で焼成した有孔型の無機材料であり、断熱性、保温性、不燃性、防音性、結露防止に優れている。パーライトは、火山石からなる真珠岩を９００〜１２００℃で焼成した後、粉砕して塑性膨脹させて、内部に微細な孔隙を有する軽量の球状の粒子を形成することにより得られ、軽量骨材及び断熱材料として利用される。蛭石及びパーライトは、断熱、保温、吸音に効果的であるが、蛭石やパーライトのような鉱物を発泡させるためには、１０００℃以上の高エネルギーが必要であるという問題がある。エアロゲルは、髪の毛の１万分の１の太さの微細構造体が綿菓子のように互いに絡み合い、気孔が全体積の９５％を占めているので、断熱性と防音効果に非常に優れているという長所がある。しかし、非常に高価なものであるため、一部の産業での利用にとどまっている。軽量セメントは、結合材として安価なセメントを用いるため、経済的な発泡材を提供することができる。しかし、セメントに含まれた６価クロム(Ｃr６＋)が呼吸器疾患、及び発癌の原因となることがある。また、軽量セメントを製造するためには高温高圧の反応器(オートクレーブ)で養生しなければならないので、設置費に関する経済的負担があるだけでなく、発泡されたセメントを硬化するために高い熱エネルギーが必要であると共に、セメントの養生に長時間かかるという問題がある。
【０００６】
石油化学製品は、現在まで断熱材及び防音材として開発されて使用されている。しかし、火災発生時の有毒ガスの放出により人体に致命的なダメージを与える危険性が非常に高いだけでなく、環境汚染を引き起こすことがある。発泡セラミックや軽量セメントは、大規模な設備システムが必要であり、高温での処理工程または長時間の処理工程が必要であるので、エネルギーの損失が大きく、生産性が落ちるという問題がある。
【０００７】
特に発泡セラミックは、圧縮成形をするために所定の型枠で成形するので、高価な設備が必要であり、エアロゲルなどの高価な原料を使用しなければならないという短所がある。このため価格競争力が落ちるので、建物用断熱材及び防音材などの分野で制限的に適用されている。
【０００８】
上記問題点を解決し、断熱材及び防音材としての多孔性軽量構造体を提供するために、韓国公開特許公報２００６−００９９９７９では、液状のケイ酸ソーダに酸、両性酸化物、或いは両性水酸化物を加えて製造される不完全ゲル化ケイ酸ソーダをバインダーとして使用して、セラミック発泡成形物を内部に中孔部が形成された構造として製造する方法が提案されている。しかし、発泡成形物を軽量化して吸音性、遮音性、及び断熱性を増大させることができるが、コロイド状の物質である不完全ゲル化ケイ酸ソーダを単にバインダーとして使用して、一般的なセラミック発泡成形物を製造することに過ぎないので、技術的進歩は大きくない。 
【０００９】
また、韓国公開特許公報２００６−００９２７８２では、粉砕発泡された蛭石、真珠岩、黒曜石、松脂石を含む各種発泡セラミック粒子と、石膏、セメント、紙粘土、ケイ酸ソーダ、不完全ゲル化ケイ酸ソーダ、ケイ酸ソーダセメントなどを含む各種無機接着剤を１種以上と、その他の強化物質としてスチールファイバー、繊維くず、紙くず(パウダー状のものを含む)、及びガラスウールとを混合して製造したり、金網又は合成樹脂網を内部に装着することによって、耐久性を強化したセラミック発泡成形物を提供する方法が提案されている。しかし、セラミックに含まれた空気層に断熱性を提供することができるが、発泡セラミックを製造するために天然原料である蛭石、真珠岩、黒曜石、松脂石などの岩石を所望の大きさに粉砕し、上記粉砕粒子を８００〜１４００℃の高熱で加熱しなければなりないので、発泡セラミックの製造に多くの熱エネルギーが必要であり、製造のための設備費が高くなるという短所がある。そして発泡セラミック粒子に石膏、セメント、紙粘土、ケイ酸ソーダ、不完全ゲル化ケイ酸ソーダ、ケイ酸ソーダセメントなどの無機接着剤を混合したことに過ぎないので、技術的な進歩がそれほど大きくない。
【００１０】
また、米国公開特許公報２００６−０１５１９０３には、ケイ酸塩を主成分とし、多孔性を付与するために、運搬ガスとして、酸素、窒素、空気、一酸化炭素、二酸化炭素を注入してフォーム(foam）を形成する技術が開示されている。しかし、セラミック発泡のように、具体的に対象物質を提案しているのではなく、単に酸素、窒素、空気、一酸化炭素、二酸化炭素などの運搬ガスをケイ酸塩が含まれた媒体に吹き込み、フォームを形成するために無機結合剤を利用する技術である。この技術は、大規模な設備が必要であるので、経済的な理由で実際に産業に適用されるのは困難である。
【００１１】
また、韓国公開特許公報２００３−００８６９５５には、断熱性を考慮した建築物の外壁の仕上げ材としての不燃性軽量気泡コンクリートサンドイッチパネルが開示されている。より詳しくは、天然の蛭石が高温で加熱されて孔隙が形成された膨脹蛭石とラウリルアルキルベンゼンスルホネート系材料とを用いて空気密度が約４０〜５０ｋｇ/ｃｍ２になるように調節し、生成された気泡、セメントスラリー、膨脹蛭石を混合して、火災時にも燃焼せず、有毒ガスを放出しない不燃性軽量気泡コンクリートサンドイッチパネルを得る。しかし、界面活性剤により優れた発泡力を提供し、無機結合剤としてセメントを利用して経済性を向上することができるが、軽量セメントの硬化体を形成するために１〜２日の養生を必要とするため、生産性が非常に悪いという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記先行技術の課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来、断熱材及び防音材として利用される石油化学製品である発泡性樹脂を代替できる発泡セラミック、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、セラミック粉末と発泡剤を混合して、三次元のシリカネットワークを形成するゲル化段階を経て、火災発生時に有毒ガスを放出しない発泡セラミック、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、高温工程を経ることなく製作できる多量の微細気泡を含む発泡セラミック、及びその製造方法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】
【００１５】
本発明は、水で希釈された気泡剤により微細気泡が形成された発泡物、ケイ酸塩、セラミック粉末、及び添加剤が混合されて形成されたセラミックスラリーと、セラミックスラリーに供給され、セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成するゲル化剤とを含むことを特徴とする発泡セラミックを提供する。
【００１６】
本発明の他の一態様によれば、気泡剤は、水に対する重量比が１００：０.１〜１０の割合で希釈される。
【００１７】
本発明の他の一態様によれば、気泡剤は、アミノ酸系の動物性気泡剤、有効成分としてアルキルベンゼンスルホネート系材料、ラウリル硫酸ナトリウム、又はそのエステルを含む植物性気泡剤の中から選択される。
【００１８】
本発明の他の一態様によれば、ケイ酸塩は、セラミック粉末に対する重量比が１００：２０〜１６０の割合で含まれる。
【００１９】
本発明の他の一態様によれば、セラミックスラリーは、粘度が５０００〜２０００００ｃｐｓである。
【００２０】
本発明の他の一態様によれば、セラミックスラリーに含まれるケイ酸塩は、のうち１種類乃至４種類の溶液型ケイ酸ナトリウム、粉末型ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸アルミニウムナトリウムの中から選択される。
【００２１】
本発明の他の一態様によれば、セラミックスラリーに含まれるセラミック粉末は麦飯石、黄土石、かんらん石(Olivine)、高嶺土(Kaolin)、ケイ酸塩鉱物(Silica Minerals)、マグネサイト(Magnesite)、ボーキサイト(Bauxite)、ベントナイト(Bentonite)、浮石(Pumice)、ほう酸塩(Borate)、蛇紋石(Serpentine)、酸性白土(Acid clay)、酸化鉄(Ironoxide)、石榴石(Garnet)、炭酸塩鉱物(Carbonate Minerals)、アタパルジャイト(Attapulgite)、セピオライト(Sepiolite)、軟玉(Nephrite)、燐灰石(Apatite)、イライト (雲母、Illite-Mica)、長石(Feldspar)、真珠岩(Perlite)、蛭石(Vermiculite)、ゼオライト(Zeolite)、重晶石(Barite)、滑石(Talc)、珪藻土(diatomaceous earth)、黒鉛(Graphite)、ヘクトライト(Hectorite)、粘土鉱物(Clay Minerals)、ジルコニウム鉱物(Zirconium Minerals)、チタニウム鉱物(Titanium Minerals)、トルマリン(Tourmaline)、ヒュームシリカ(Fume Silica)、エアロゲル(Aerogel)、フライアッシュ(Fly ash)、高炉スラグ粉末の中から選択される。
【００２２】
本発明の他の一態様によれば、セラミック粉末は、粒子の大きさが５ｎｍ〜４００μｍである。
【００２３】
本発明の他の一態様によれば、セラミックスラリーに混合される添加剤は、天然繊維又は人造繊維を含む。
【００２４】
本発明の他の一態様によれば、繊維の太さは３〜５０μｍである。
【００２５】
本発明の他の一態様によれば、繊維の長さは１〜５０ｍｍである。
【００２６】
本発明の他の一態様によれば、セラミックスラリーに混合される添加剤は、発泡セラミックの耐水性及び補強のために、水分散性高分子樹脂及び微細粉末高分子樹脂のうちいずれか一つを含む。
【００２７】
本発明の他の一態様によれば、水分散性高分子樹脂は、アクリル、酢酸ビニール、アルキド、メラミン樹脂、スチレンブタジエンゴム溶液の中から選択される。
【００２８】
本発明の他の一態様によれば、微細粉末高分子樹脂は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、塩化ビニール樹脂(ＰＶＣ)、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリスチレン(ＰＳ）、ポリプロピレン(ＰＰ)、エチレンビニルアセテート(ＥＶＡ)、ポリウレタン(ＰＵ)、ポリカプロラクトン(Polycarprolacton)の中から選択される。
【００２９】
本発明の他の一態様によれば、ゲル化剤は、二酸化炭素ガス、ドライアイス、重炭酸塩、グリオキサル(glyoxal)、エチレングリコールジアセテート、有機酸、無機酸の中から選択される。
【００３０】
本発明の他の一態様によれば、ゲル化剤は、ケイ酸塩に対する化学量論的当量(stoichiometic equivalence)で含まれる。
【００３１】
本発明の他の一態様によれば、重炭酸塩は、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸アンモニウムの中から選択される。
【００３２】
本発明の他の一態様によれば、有機酸又は無機酸は、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸、フッ酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、マレイン酸、オレイン酸の中から選択される。
【００３３】
また、本発明は、気泡剤を水で希釈する第１段階と、水で希釈された気泡剤を発泡装置を利用して多量の微細気泡を形成する第２段階と、第２段階で得られた発泡物にケイ酸塩、セラミック粉末、及び添加剤を混合してセラミックスラリーを形成する第３段階と、セラミックスラリーにゲル化剤を加え、セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成する第４段階と、セラミックスラリーを乾燥して内部の水分を除去し、添加剤を融着させて耐水性を増大させる第５段階とを含むことを特徴とする発泡セラミックの製造方法を提供する。
【００３４】
本発明の他の一態様によれば、第２段階は、回転翼を備える発泡装置中で、５００〜１２,０００ｒｐｍの速度で気泡剤を回転させることにより気泡剤を高速分散させ、多量の微細気泡を形成する。
【００３５】
本発明の他の一態様によれば、第２段階は、コンプレッサーを備える発泡装置中で、圧縮ガスを利用して微細気泡を形成する。
【００３６】
本発明の他の一態様によれば、第３段階は、発泡装置中で発泡物、ケイ酸塩、セラミック粉末、及び添加剤を混合してセラミックスラリーが形成される。
【００３７】
本発明の他の一態様によれば、第４段階は、二酸化炭素ガス、ドライアイス、重炭酸塩、グリオキサル、エチレングリコールジアセテート、有機酸、無機酸の中から選択されたゲル化剤と、セラミックスラリーとを混合して三次元シリカネットワークを形成する。
【００３８】
本発明の他の一態様によれば、第５段階は、空気による常温乾燥、オーブンによる熱風乾燥、極超短波（ＵＨＦ）を利用した加熱乾燥の中から選択された方式により乾燥される。
【００３９】
本発明の他の一態様によれば、オーブンによる熱風乾燥又は極超短波を利用した加熱乾燥は、８０〜２５０℃でなされる。
【００４０】
本発明の他の一態様によれば、第３段階は、セラミックススラリーの粘度が５,０００〜２００,０００ｃｐｓになるようにセラミックスラリーを形成する。
【００４１】
本発明の他の一態様によれば、第４段階は、ケイ酸塩に対して化学量論的当量のゲル化剤を、セラミックスラリーに導入する。
【００４２】
本発明の他の一態様によれば、添加剤は、発泡セラミックの耐水性及び補強のために水分散性樹脂または微細粉末高分子樹脂の中から選択され、耐水性を向上させる段階は、水分散性樹脂または微細粉末高分子樹脂を融着させる。
【００４３】
また、本発明のセラミック発泡体の製造方法は、気泡剤を水で希釈する第１段階と、水で希釈された気泡剤を入れた発泡装置を利用して多量の微細気泡を形成する第２段階と、第２段階で得られた発泡物にケイ酸塩、セラミック粉末及び添加剤である水分散性樹脂又は微細粉末高分子樹脂を混合して、発泡装置内でセラミックスラリーを形成する第３段階と、セラミックスラリーに、二酸化炭素ガス、ドライアイス、重炭酸塩、グリオキサル、エチレングリコールジアセテート、有機酸、無機酸の中から選択されるゲル化剤を、ケイ酸塩に対する化学量論的当量で導入し、セラミックスラリーの形状を維持して三次元シリカネットワークを形成する第４段階と、セラミックスラリーを乾燥して内部の水分を除去し、水分散性樹脂又は微細粉末高分子樹脂を融着させて耐水性を増大させる第５段階とを含むことを特徴とする発泡セラミックの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００４４】
本発明により製造される発泡セラミックは、低温で製造され、高価な設備を必要としないので、生産性及び経済性が向上する。
【００４５】
本発明により製造させるセラミック発泡体は、室温でも発泡体が発泡された形状を維持して硬化され、多量の微細発泡体が均一に形成されて、断熱効果及び防音効果に優れている。
【００４６】
本発明は、多様な形状で、多量の微細気泡が形成された発泡セラミック、及びその製造方法を提供する。本発明によって製造された発泡セラミックは、断熱効果及び防音効果が高く、火災発生時における有毒ガス発生の恐れが少ないため、火災時の有毒ガスによる人命被害を低減できる。また、単純な製造工程であり、生産コストが低く、製造時の環境汚染を大幅に低減できる。
【００４７】
また、本発明により製造された発泡セラミックは製造過程で高い熱を必要とせず、設備費を低減できる。さらに、発泡セラミックの製造段階のセラミックスラリーが、適正水準の粘度を維持するため、所定のモールド内にセラミックスラリーを流入させて硬化させることにより、所望の形状の発泡セラミックを製造することができる。
【００４８】
また、本発明により製造された発泡セラミックは、微細な気泡が多量に発泡されて密度が低いので、軽量化することができ、断熱材及び吸音材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例に係る発泡セラミックの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の一実施例に係るよる発泡セラミックを３０日間水に浸漬して耐水性を実験する写真である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下では、具体的な適用例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
発泡物を準備する段階で使用可能な気泡剤は、動物性気泡剤と呼ばれるアミノ酸系気泡剤、及び、植物性気泡剤と呼ばれるアルキルベンジンスルホネート系材料またはラウリル硫酸ナトリウム、及びそのエステルを有効成分として含む気泡剤をそれぞれ単独で、或いは混合して、水で希釈されたものを使用することができる。ここで、水は、下記の混合段階でケイ酸塩と反応して相対的に結合力が低くなり得るアルカリ土類金属が多量に含まれる水を除いては、水道水、地下水、工業用水など如何なるものも制限無く使用される。気泡が消泡されず、長期間発泡された状態を維持するために、場合によっては動物性気泡剤を使用することが好ましい。一方、気泡形成過程で気泡剤から発生する臭気を回避するために、場合によっては植物性気泡剤を使用することが好ましい。
【００５１】
気泡剤の添加量は、水１００重量部に対して、０.１〜１０重量部が好ましく、より好ましくは０.２５〜８.５重量部、最も好ましくは０.５〜７.５重量部である。気泡剤が０.１重量部以下で含まれる場合は、発泡力が低いので、微細な多孔性気泡が形成されにくい。一方、気泡剤が１０重量部を超えると、多量の微細な気泡を形成することができるが、気泡剤が有機材料で構成されているため、セラミック粉末との結合力が低下し、火災発生時に気泡剤の熱分解により多量の有毒ガスが発生する恐れがある。
【００５２】
気泡剤が水で希釈された溶液を発泡する段階は、多量の微細気泡が発生し得る方法であれば、如何なる方法を利用してもよい。一般に、発泡段階は発泡装置により行なわれるが、発泡装置は、回転翼の回転により発泡する方法、コンプレッサーが装着された発泡器を利用する発泡方法などを利用して気泡を発生させる。少量の気泡を必要とする場合は、回転翼を利用することが有利であり、多量の気泡を必要とする場合は、コンプレッサーが装着された発泡器を利用することが有利である。
【００５３】
モーターの軸に装着された回転翼を利用する場合は、回転速度を５００〜１２,０００ｒｐｍの範囲内とする。このような回転翼を備えた発泡装置の例として、ミキサー、溶解機(Dissolver)、ホモミキサー(Homomixer)を利用することができる。コンプレッサーが装着された発泡器のような発泡装置は、均一かつ微細な気泡を多量に形成することができるとともに、コンプレッサーから空気圧力を加えて生成される気泡の密度を調節することによって、発泡の程度を調節することができる。
【００５４】
セラミックスラリーを形成する段階は、発泡段階で形成された気泡が消泡されず、セラミック粉末、ケイ酸塩、及び添加剤が均一に混合されることができれば、いかなる方法を利用してもよい。例えば、スラリー状態を維持するように、ミキサーで発泡物、セラミック粉末、ケイ酸塩及び添加剤を均一に混合することができる。ケイ酸塩は、セラミック粉末１００重量部に対して、２０〜１６０重量部が混合されることが好ましく、より好ましくは４０〜１４０重量部、最も好ましくは６０〜１１０重量部である。セラミック粉末１００重量部に対してケイ酸塩が２０重量部以下で混合されると、三次元シリカネットワークを形成するゲル化段階を経ても、シリカネットワークの結合力が低くなり、発泡セラミックがスラリー状態に戻る可能性がある。一方、ケイ酸塩が１４０重量部以上混合されると、シリカネットワークの結合力に優れた発泡セラミックを形成することができるが、過量のケイ酸塩の添加によって生産単価が上昇するという短所がある。
【００５５】
ここで、セラミックスラリーの状態は、粘度５,０００〜２００,０００ｃｐｓを維持することが好ましく、より好ましくは１５,０００〜１８０,０００ｃｐｓ、最も好ましくは３５,０００〜１６０,０００ｃｐｓである。セラミックスラリーの粘度が５,０００ｃｐｓ以下であると、粘度が低くて微細発泡されたセラミックスラリーが消泡される可能性が高いという短所がある。一方、粘度が２００,０００ｃｐｓ以上であると、流動性が低すぎるので、モールドに流入して発泡セラミックを形状する際に、金型の角などの部分にセラミックスラリーが良好に流入されず、所望の形状の発泡セラミックを作ることができないという問題がある。
【００５６】
一方、ケイ酸塩は、水に溶解されたり、均一に分散できる性質を有するものであれば、いかなるものを用いても良い。利用可能なケイ酸塩としては、１種類乃至４種類の溶液型ケイ酸ナトリウム、粉末型ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、及びケイ酸アルミニウムナトリウムの中から選択される１種以上が混合されることが好ましい。ケイ酸カリウム及びケイ酸リチウムは、発泡セラミックを形成するとき、結合力及び耐水性に優れた発泡セラミックを提供することができるが、高価である。これに対して、ケイ酸アルミニウムナトリウムは比較的安価であるという長所があるが、シリカの含有量がアルミニウム含有量よりも相対的に少ないため、結合力が多少落ちる。また、粉末型ケイ酸ナトリウムを水に溶解するためには熱源又は長時間の溶解が要求される。ケイ酸ナトリウムＩ型（ＳｉＯ２/Ｎａ２Ｏ、モル比：２.１〜２.３）は、４種類のケイ酸ナトリウムの水溶液の１つであり、粘度が１００,０００ｃｐｓ以上と非常に大きいため、スラリーの状態を調節するために水を供給しなければならず、接着力または結合力が落ちることがあるという短所がある。また、冬期に製造される場合、氷のように固化しやすくなり、作業性が低下するという短所がある。ケイ酸ナトリウムＩＩ型（ＳｉＯ２/Ｎａ２Ｏ、モル比：２.４〜２.６）は、ケイ酸ナトリウムＩ型よりシリカゾルを多く含んでいるが、粘度が１０,０００〜５０,０００ｃｐｓと高いため、ケイ酸ナトリウムＩＩ型も、ケイ酸ナトリウムＩ型と同様の短所がある。ケイ酸ナトリウムＩＩＩ型（ＳｉＯ２/Ｎａ２Ｏ、モル比：３.１５〜３.３０）は粘度が高くないので、セラミック鉱物をスラリー状態に容易に調節することができると共に、安価であるという長所がある。ケイ酸ナトリウムＩＶ型（ＳiＯ２/Ｎａ２Ｏ、モル比：３.４〜３.６）は、多量のシリカネットワークを生成することができ、また粘度が比較的低くて、セラミック鉱物をスラリー状態に容易に調節することができるが、単価が高いという短所がある。
【００５７】
また、セラミック粉末は、麦飯石、黄土石、かんらん石、高嶺土、ケイ酸塩鉱物、マグネサイト、ボーキサイト、ベントナイト、浮石、ホウ酸塩、蛇紋石、酸性白土、酸化鉄、石榴石、炭酸塩鉱物、アタパルジャイト、セピオライト、軟玉、燐灰石、イライト（雲母)、長石、真珠岩、蛭石、ゼオライト、重晶石、滑石、珪藻土、黒鉛、ヘクトライト、粘土鉱物、ジルコニウム鉱物、チタニウム鉱物、トルマリン、ヒュームシリカ、エアロゲル、フライアッシュ、高炉スラグ粉末のうち１種以上が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５８】
セラミック鉱物粒子の大きさは、セラミック粒子間に微細気泡が形成されるように、粒子が小さいことが好ましいが、大きさ５ｎｍ〜４００μｍの粒子を使用することができる。好ましくは２０ｎｍ〜２５０μｍ、最も好ましくは５ｎｍ〜５０μｍである。５ｎｍ以下の粒子を使用すると、エアロゲルを除いては一般的な粉砕装置を利用して製造することは困難であり、粒子を粉砕する費用が増加するので好ましくない。また、４００μｍ以上の粒子を利用すると、セラミック粉末の表面積が小さくて、ゲル化段階で接着力が落ちることになり、粒子間に微細気泡を形成するのは困難である。
【００５９】
添加剤は、発泡セラミックの強度を増加させるために強度補強剤の役割を兼備する吸音材や耐水性を増大させるための耐水補強剤を含むことができる。一般的に強度補強剤を兼ねた吸音材としては、金属酸化物または繊維質を用いることができる。金属酸化物の場合、発泡セラミックが金属酸化物からなるため、人為的に添加する必要がない。繊維状の吸音材を添加してセラミック粒子間に繊維が充填されると、接着力が増加するだけでなく、防音効果も向上する。
【００６０】
常温で発泡セラミックが形成されるため、強度補強剤は、発泡セラミックの強度を増加させるために繊維質で構成されていれば、天然繊維、人造繊維のいずれを使用してもよい。例えば、天然繊維としては、セルロース系繊維（種子繊維、靭皮繊維、葉繊維、果実繊維）、ステープル形態又はフィラメント形態の蛋白質系繊維、及び鉱物系繊維などが利用され、人造繊維としては、有機繊維（再生繊維、半合成纎維、合成繊維など）又は無機纎維(金属繊維、ガラス繊維、岩石繊維、スラグ繊維、炭素繊維など）などがあるが、これに限定されない。
【００６１】
強度補強剤を兼ねた吸入材の繊維の太さは、３〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜２５μｍ、最も好ましくは５〜１０μｍである。繊維質の特性上、細いほど外観が滑らかで、触感が軟らかい傾向があり、優れた物性を有するので利用価値の高いという長所があるが、天然繊維、及びガラス繊維以外の人造繊維で生産される繊維は、その大部分は太さが３μｍ以上であり、太さ３μｍ以下の繊維を選択することは容易ではないという短所がある。一方、太さ５０μｍ以上の繊維は外観上滑らかでなく、強度が落ちるという短所がある。
【００６２】
また、強度補強剤を兼ねた吸音材の繊維の長さは、１〜５０ｍｍが好ましく、より好ましくは５〜３５ｍｍ、最も好ましくは１０〜２５ｍｍである。繊維の長さが１ｍｍ以下であると、ゲル化段階で三次元シリカネットワークの微細な多孔性セラミック粒子間に接続される繊維が短く、接着力があまり大きくないという短所があり、５０ｍｍ以上であると、セラミックスラリーの形成段階で繊維がセラミックと均一に混合されず、繊維質同士が絡み付き、発泡セラミックの物性を低下させるという短所がある。
【００６３】
一方、強度補強剤を兼ねた吸音材として添加される繊維質の量は、セラミック粉末を１００重量部とする時、１〜２０重量部が含まれることが好ましく、より好ましくは２.５〜１５重量部、最も好ましくは、５〜１０重量部が含まれる。吸音材が１重量部以下で含まれる場合、発泡セラミックを補強する効果がほとんどなく、２０重量部以上含まれる場合、セラミック粉末や繊維質との混合が困難である。
【００６４】
一方、耐水補強剤としては、水分散性高分子樹脂又は微細粉末高分子樹脂が添加できる。水分散性高分子樹脂の場合は、水に均一に混合されれば如何なるものでも良い。水分散性高分子樹脂の一例としては、水分散性アクリル、酢酸ビニール、アルキド、メラミン樹脂、スチレンブタジエンゴム溶液(Solution Styrene Butadiene Rubber)などが挙げられる。水分散性高分子樹脂の添加量は、セラミック粉末を１００重量部とすると、１.０〜２５重量部であることが好ましく、より好ましくは２.５〜２５重量部、最も好ましくは５〜１０重量部である。１重量部以下を添加すると、セラミック発泡体粒子間に高分子被膜を十分に形成することができず、耐水性が大きくないという短所がある。２５重量部以上添加すると耐水性は大幅に増加するが、火災発生時に高分子の分解により有毒ガスが多量に発生して人体に致命的でありうるという短所がある。
【００６５】
微細粉末高分子樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、塩化ビニール樹脂(ＰＶＣ)、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリスチレン(ＰＳ）、ポリプロピレン(ＰＰ)、エチレンビニルアセテート(ＥＶＡ)、ポリウレタン(ＰＵ)、ポリカプロラクトンなどが挙げられるがこれに限定されない。微細粉末高分子樹脂は、セラミック粉末を１００重量部とすると、０.５〜１５重量部が含まれることが好ましく、より好ましくは２.５〜１２重量部、最も好ましくは５〜１０重量部である。０.５重量部以下含まれると、セラミック発泡体の粒子間に高分子被膜を十分に形成することができず、耐水性が大きくないという短所がある。１５重量部以上添加すると、耐水性は大幅に増加するが、火災発生時に高分子の分解により有毒ガスが多量に発生し、人体に致命的でありえるという短所がある。
【００６６】
微細粉末高分子樹脂の粒子は小さいほど良いが、好ましくは、０.５μｍ〜０.１ｍｍ範囲が好ましく、より好ましくは、０.５μｍ〜１ｍｍ、最も好ましくは、５〜５０μｍ範囲である。粉末粒子の大きさが０.１μｍ未満であると、表面積が大きくなり、水中に分散される可能性は高いが、微粒子による粉塵のため作業が容易ではなく、経済性が落ちるという短所がある。一方、０.５ｍｍを超えると、表面積が小さく、粒子が大きいため、均一にセラミック粉末に融着する確率が低いという問題がある。
【００６７】
さらに、ゲル化段階とは、発泡段階及びスラリー形成段階で既に形成された微細気泡のセラミックスラリーに三次元シリカネットワークを形成する段階である。この段階では、セラミックスラリーの発泡体が消泡されず、発泡された形状を維持して硬化して、多量の微細気泡が形成されるので、従来の発泡セラミックの製造に必要な高温工程は要らなくなる。
【００６８】
三次元シリカネットワークを形成する方法は、ケイ酸塩とセラミックが含まれたスラリー状態の発泡体を、二酸化炭素(ＣＯ２)、酸、重炭酸塩(bicarbonate）のソース、グリオキサル(glyoxal)、エチレングリコールジアセテート(ethylene glycol diacetate)と混合したり、浸漬させて形成することができる。
【００６９】
発泡されたセラミックスラリーに二酸化炭素、ドライアイス、重炭酸ガス、グリオキサル、エチレングリコールジアセテートなどを均一に浸透させると、セラミックスラリーに含まれたケイ酸塩、二酸化炭素、重炭酸ガス、グリオキサル、エチレングリコールジアセテートなどと反応して化学式１〜３で示すようなゾル(sol)状態で化学的均衡が崩れて、粒子がお互いに絡み付き、ケイ酸塩のゲル化現像による三次元シリカネットワークが形成されると共に、固体状態を維持し、三次元シリカネットワークが無機結合材(binder)の役割をして発泡された形状を維持するようになる。
【００７０】
反応式１
Ｍ２Ｏ・ｎＳiＯ２＋ＣＯ２→ｎＳiＯ２（シリカゲル形態）＋Ｍ２ＣＯ３
(Ｍ＝Ｎａ,Ｋ，Ｌｉ)(ｎ＝２〜４)
反応式２
Ｍ２Ｏ・ｎＳiＯ２＋Ｈ２ＳＯ４→ｎＳiＯ２（シリカゲル形態）＋Ｍ２ＳＯ４
(Ｍ＝Ｎａ,Ｋ，Ｌｉ)(ｎ＝２〜４)
反応式３
Ｍ２Ｏ・ｎＳiＯ２＋ＬＨＣＯ３→ｎＳiＯ２（シリカゲル形態）＋Ｍ２ＣＯ３＋ＬＯＨ
(Ｌ＝Ｎａ,Ｋ,ＮＨ４)(Ｍ＝Ｎａ,Ｋ，Ｌｉ)(ｎ＝２〜４)
【００７１】
三次元シリカネットワークを形成するためのソースが二酸化炭素である場合，ガス筒に貯蔵された二酸化炭素ガス、或いはドライアイスを使用することができる。ガス筒に貯蔵された二酸化炭素ガスを利用すると、圧力調節計により二酸化炭素の注入量を任意に調節することができ、高圧で注入することができるため、発泡体が厚かったり、短い時間で三次元シリカネットワークを形成しようとする場合は、ドライアイスを利用することが好ましい。しかし、ドライアイスをソースとして使用する場合、水分が含まれた発泡体が結氷する恐れがあり、結氷が発生すると、三次元シリカネットワークが破損されたり、接着力が落ちる恐れがあるため、発泡体と直接接触しないように注意しなければならない。
【００７２】
三次元シリカネックワークを形成するソースが酸である場合、水で希釈された酸にケイ酸塩が含まれた発泡体を浸漬させたり、ケイ酸塩が含まれたスラリー状態の発泡体と酸とを混合して三次元シリカネットワークを形成することができる。希釈された酸にセラミックスラリーを浸漬する場合、２〜１０秒間希釈された酸溶液に浸漬すると、中和すると同時に、三次元シリカネットワークが形成される。この方法は酸が微細に発泡されたセラミックスラリーに浸透する速度が比較的に遅いため、１ｃｍ以下のセラミックスラリーに三次元シリカネットワークを形成することに適している。
【００７３】
ケイ酸塩が含まれた多孔性スラリー状態の発泡体と酸を混合する場合、１０秒以内に三次元のシリカネットワークが形成され得るが、このためには酸と混合されたセラミックスラリーのｐＨ範囲を５〜９にしなければならない。また、三次元シリカネットワークを形成するとき、１分以上が要求される場合は、セラミックスラリーのｐＨ範囲は５〜９の範囲を外れてもよい。ここで、使用される酸は、塩酸、硝酸、硫酸、燐酸、フッ酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、マレイン酸、オレイン酸のうち１種以上の酸混合溶液を選択することができる。好ましくは、安価で、環境汚染を最小化できる硫酸、酢酸、クエン酸を使用すればよい。また、酸の希釈量は、水の総重量を１００重量部にして、２〜２５重量部とされ、より好ましくは２.５〜２０重量部とされ、最も好ましくは４.０〜１５重量部とされる。酸が２重量部以下の量で希釈される場合は、発泡体に含まれたアルカリ性のケイ酸塩を中和しながらゲル化するため、多くの時間が必要であるという短所があり、２５重量部を超える酸が希釈される場合は、三次元シリカネットワークの形成時間を調節し難く、酸が多すぎるためゲル化が阻害され、後述する乾燥段階で発泡体に残っている余分の酸を乾燥させる過程で大気汚染及び呼吸器疾患を起こすことがある。
【００７４】
三次元シリカネットワークを形成するためのソースが重炭酸である場合は、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸アンモニウムの中から選択された１種、或いは混合物のうちいずれを使用してもよい。ただし、重炭酸塩の粉末、又は 重炭酸塩を水に溶解して希釈した溶液を、発泡されたセラミックスラリーと混合したり、重炭酸塩粉末の水溶解した溶液に発泡されたセラミックスラリーを浸漬して使用することができる。一方、重炭酸塩のうち重炭酸アンモニウムを使用する場合、最終反応後にアンモニアガス、又はアンモニア水からの有毒なガスが放出されるので、人体に有害であり、また重炭酸ナトリウムより高価なため、重炭酸ナトリウムを利用することが価格面でも、環境面でも有利である。また、重炭酸塩の使用量は、発泡体に含まれたケイ酸塩と反応してゲル化を起こすことのできる化学量論的当量である。水に溶解させたり、振盪して使用すると、均一な三次元シリカネットワークの形成により、均一なゲル化を行うことができる。
【００７５】
ソースがグリオキサル及びエチレングリコールジアセテートである場合は、三次元シリカネットワークを形成するために比較的長時間を要するときに適している。例えば、エチレングリコールジアセテートとケイ酸塩との反応式は次の通りである。
【００７６】
反応式４
Ｈ３Ｃ-ＣＯＯ-ＣＨ２-ＣＨ２-ＯＣＯ-ＣＨ３（ＥＧＤＡｃ）＋２Ｈ２Ｏ
→ＯＨ-ＣＨ２-ＣＨ２-ＯＨ（ＥＧ）＋２ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）
【００７７】
ケイ酸塩が含まれている発泡されたセラミックスラリーは１次反応と２次反応を経て硬化するが、１次反応は加水分解反応としてＥＧＤＡｃ(エチレングリコールジアセテート）がケイ酸塩中のアルカリの存在下に、反応式４に示すように、加水分解され、ＥＧ(エチレングリコール)と酢酸を生成する。
【００７８】
反応式５
Ｍ２Ｏ・ｎＳiＯ２＋２ＣＨ３ＣＯＯＨ
→２ＣＨ３ＣＯＯＭ＋ｎＳiＯ２（シリカゲル形態）＋Ｈ２Ｏ
(Ｍ＝Ｎａ,Ｋ，Ｌｉ)(ｎ＝２〜４)
【００７９】
次いで、反応式５に示すように、ゲル化反応による三次元シリカネットワークが徐々に形成される。すなわち、ケイ酸塩が酢酸と反応して、酢酸ナトリウムと不溶性のケイ酸ゲルとが生成される。
【００８０】
さらに、加熱段階は、ゲル化段階まで形成された発泡軽量セラミックに含まれている水分を除去したり、耐水性を向上させるための耐水補強剤の水分散性高分子樹脂又は微細粉末高分子樹脂を、三次元シリカネットワークの発泡セラミック表面に熱融着によりコーティングする段階である。微細に発泡された多量の気泡が形成された発泡セラミックに物理的な変化を起こさずに発泡セラミック内の水分を除去すると同時に、熱により、添加された高分子樹脂をセラミック表面に融着し得る方法であれば、いかなる方法を使用してもよい。ゲル化段階の工程を経た発泡セラミックには、空気による常温乾燥方法、オーブンによる熱風乾燥方法、極超短波(電子レンジ)による急速乾燥方法が利用され得る。常温乾燥方法は、耐水性をあまり必要としない、薄い発泡セラミックの製造に適している。これは、幅の広い発泡体を積層して空気により乾燥するため、乾燥過程に要する設備費を低減でき、加熱を必要としないため、燃料費がからないという長所があるが、乾燥時間が長いため、乾燥のための空間を大きくしなければならず、生産性が低いという短所がある。
【００８１】
極超短波による乾燥方法は、２,４５０ＭＨｚの極超短波を加えて水分子を振動させて振動熱により水分を乾燥させる方法である。これは、発泡セラミック内部の水分を速い速度で除去できるという長所があるが、断熱材として使われる場合のように発泡セラミックが厚い、かつ大きい場合、極超短波生成設備のための設備費が多く要求されるという短所がある。
【００８２】
オーブンによる熱風乾燥方法は、短時間に、比較的少ない設備費で発泡セラミックを乾燥できるという長所がある。
【００８３】
ここで、極超短波又は熱風乾燥方法を利用する場合、加熱温度は８０〜２５０℃が好ましく、より好ましくは、９０〜２２０℃であり、最も好ましくは、１００〜２００℃である。８０℃以下の温度で加熱すると、ゲル化段階まで含有されていた水分の除去速度があまり大きくないだけでなく、耐水性向上のための水分散性高分子樹脂又は微細粉末高分子樹脂を溶融し難いと共に、セラミック表面に融着できないという短所がある。一方、加熱温度が２５０℃を越えると、高速で水分を蒸発させることができ、微細粉末高分子樹脂の融点以上の温度であるので、短い時間でセラミック表面に高分子樹脂を熱融着することが容易であるが、高温では高分子の物性が変わるという短所がある。
【００８４】
以下、本発明の好ましい実施例により本発明をより詳細に説明する。
実施例１
気泡剤として、韓国産業株式会社製の動物性気泡剤を、水重量の２％に該当する量を添加してホモミキサーを利用して発泡水溶液を製造し、ここに(株)黄土名家製の黄土粉末２５０ｇを分取して混合し、(株)三和工業製の水ガラス(ケイ酸ナトリウム)ＩＩＩ型を１５０ｇ混合し、粘度が約１００,０００ｃｐｓになるように増粘剤であるＣＭＣを添加して、ケイ酸塩が含まれた黄土発泡スラリーを製造した。ここにＣＯ２ガスラインを挿入して二酸化炭素ガスを２分間パージ(purging)させてゲル化させて固形化し、１００℃のオーブンで２時間加熱、乾燥させて発泡セラミックを製造した。
【００８５】
実施例２
気泡剤として(株)韓一コーン製の植物性気泡剤(商品名：インフォーマー)を水重量の２％に該当する量を添加したことを除いて、実施例１と同様にして製造した。
【００８６】
実施例３
韓国産業株式会社製の動物性気泡剤を水重量の４％に該当する量を添加して、気泡発生装置を利用して発泡水溶液を製造した後、ここに(株)東洋製鉄化学のヒュームシリカ粉末２００ｇを分取して混合し、(株)三和工業製のケイ酸カリウムを１３０ｇ混合し、粘度が約１５０,０００ｃｐｓになるように増粘剤であるＣＭＣを添加して、ケイ酸塩が含まれたヒュームシリカスラリーを製造した。ここに１０％濃度の重炭酸ナトリウム溶液５０ｍｌを添加して非常に速い速度で均一に混合し、混合後１３秒以内にスラリーをゲル化して固形化し、極超短波により３０分間加熱した後、乾燥して発泡セラミックを製造した。
【００８７】
実施例４
(株)韓一コーン製の植物性気泡剤を水重量の４％に該当する量を水に希釈して、ホモミキサーを利用して発泡水溶液を製造し、ここに(株)黄土名家製の黄土粉末２５０ｇ、(株)三和工業製の水ガラス(ケイ酸ナトリウム)ＩＩＩ型を１５０ｇ、ディーンテックスコリアで製造した繊維７.５ｇ、(株)オゴンボンド製の水分散性アクリル樹脂(エマルジョンアクリル樹脂)５ｇを各々混合し、粘度が約１００,０００ｃｐｓになるように、増粘剤であるＣＭＣを添加して、ケイ酸塩が含まれた黄土スラリーを製造した。これを１０％濃度に希釈した硫酸水溶液１００ｍｌに１５秒間浸漬させてゲル化させて固形化し、１００℃のオーブンで２時間加熱、乾燥してセラミック発泡体を製造した。
【００８８】
実施例５
(株)韓一コーン製の植物性気泡剤を水重量の４％に該当する量を水に希釈して、ホモミキサーを利用して発泡水溶液を製造し、ここに(株)黄土名家製の黄土粉末２５０ｇ、(株)三和工業で製造した水ガラス(ケイ酸ナトリウム)ＩＩＩ型を１５０ｇ、ディーンテックスコリア製の繊維７.５ｇ、(株)オゴンボンド製の水分散性アクリル樹脂(エマルジョンアクリル樹脂)５ｇを各々混合して、粘度が約１００,０００ｃｐｓになるように、増粘剤であるＣＭＣを添加して、ケイ酸塩が含まれた黄土スラリーを製造した。これを１０％濃度に希釈した硫酸水溶液５０ｍｌと非常に高速で均一に混合し、混合して８秒以内にゲル化させて固形化し、１００℃のオーブンで２時間加熱し、乾燥して発泡セラミックを製造した。
【００８９】
実施例６
韓国産業株式会社製の動物性気泡剤を、水重量の４％に該当する量を添加して、気泡発生装置を利用して発泡水溶液を製造し、ここに(株)基礎素材製の高炉スラグ粉末を２００ｇ分取して混合し、(株)三和工業製のケイ酸ナトリウム(ケイ酸ナトリウム）を１００ｇ混合し、粘度が約２００,０００ｃｐｓになるように増粘剤であるＣＭＣを添加して、ケイ酸塩が含まれた高炉スラグ発泡スラリーを製造した。ここにグリオキサル溶液２５ｍｌを添加して均一に混合して１５分間放置した後、高炉スラグ発泡スラリーをゲル化させて固形化し、極超短波を利用して３０分間加熱、乾燥させて発泡セラミックを製造した。
【００９０】
比較例１
ＣＯ２による三次元シリカネットワークの形成段階を省略したことを除いては、実施例１と同様にして製造した。
【００９１】
比較例２
ＣＯ２による三次元シリカネットワークの形成段階を省略したことを除いては、実施例２と同様にして製造した。
【００９２】
比較例３
重炭酸ナトリウムによる三次元シリカネットワークの形成段階を省略したことを除いては、実施例２と同様にして製造した。
【００９３】
比較例４
１０％濃度に希釈された硫酸水溶液に１５秒間浸漬させて三次元シリカネットワークを形成する段階を省略したことを除いては、実施例４と同様にして製造した。
【００９４】
比較例５
１０％濃度に希釈された硫酸水溶液５０ｍｌを混合して三次元シリカネットワークを形成する段階を省略したことを除いては、実施例５と同様にして製造した。
【００９５】
比較例６
グリオキサル４０％溶液２５ｍｌを添加して三次元シリカネットワークを形成する段階を省略したことを除いては、実施例６と同様にして製造した。
【００９６】
比較例１〜６、及び本発明による実施例１〜６の発泡セラミックの効果を比較するために実験した結果を表１に表した。特に、耐水性を維持できる三次元シリカネットワークの耐久性を検討するために、本発明の実施例によって製造された発泡セラミックを３０日間水に入れて浮上するか否かを確認した。
【表１】
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【００９７】
表１に表すとおり、比較例１〜６で製造された発泡物は、発泡水溶液の内部にケイ酸塩を含有するとしても、三次元シリカネットワークが形成されるゲル化段階を経ないので、微細に発泡された気泡が消泡されて、軽量の発泡セラミックが得られない。一方、本発明による実施例１〜６により製造された発泡セラミックは、ケイ酸塩が含まれたセラミックスラリーが三次元シリカネットワークの形成段階でゲル化し、発泡された微細気泡を維持して硬化しているため、密度が低く、発泡セラミック内に含まれた空気層(気泡)による断熱効果及び防音効果に優れている。また、比較例４〜５のように耐水性向上のための水分散性樹脂であるアクリル樹脂を含んでいても、製造物を水に入れると直ちに沈むことから、三次元シリカネットワークの形成段階を経ない場合、発泡されたセラミックスラリーが消泡されて、セラミック粒子間に微細な気泡がほとんど形成されていないことが分かる。実施例４〜５では、乾燥段階でゲル化により形成された三次元シリカネットワークに含まれたアクリル樹脂が、セラミック表面にコーティングされて耐水性が急激に増加することが分かり、また繊維質を添加するので耐久性に優れている。
【００９８】
本発明は、多様な形状で多量の微細な気泡が形成された発泡セラミック、及びその製造方法を提供する。本発明により製造された発泡セラミックは、断熱効果及び防音効果が高く、火災発生時に有毒ガスが発生する恐れがないため、火災時における有毒ガスによる人命被害が防ぐことができる。また、製造工程を簡素化し、生産単価を低くすることができ、製造時の環境汚染も大幅に減少できる。
【００９９】
また、本発明により製造された発泡セラミックは、製造過程で高熱を必要とせずに、設備費を縮減できるので、発泡セラミックの製造段階におけるセラミックスラリーが適正水準の粘度を維持して所定のモールド内にセラミックスラリーを流入して硬化させ、所望の形状の発泡セラミックを製造することができる。
【０１００】
また、本発明により製造された発泡セラミックは微細な気泡が多量に発泡されて密度が低いので、軽量化することができ、断熱材、及び吸音材として設置することが容易である。
【０１０１】
添付の図面及び好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されず、添付の請求の範囲により定義される。当業者は、添付の請求の範囲で定義された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、これらを改良及び変形することができることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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