(57)【要約】【課題】シリカ系廃棄物を用いて軽量の断熱材を効率よく製造することが可能な断熱材の製造方法、および該断熱材の製造方法により製造される低コストで断熱効率の高い断熱材を提供する。【解決手段】(ａ)シリカ系材料と、(ｂ)カルシウム系材料と、(ｃ)水と、(ｄ)シリカ系材料、カルシウム系材料および水と配合することにより、炭酸ガスを発生する発泡材とを所定の割合となるように配合して、混練することにより、配合原料に発泡を生じさせた後、発泡した配合原料を、所定の型枠に入れ、型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させる。  型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させた断熱材成型体に、水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させることにより、断熱材成型体中のカルシウム分とケイ酸塩を反応させて、機械的強度を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
(ａ)シリカ系材料と、(ｂ)カルシウム系材料と、(ｃ)水と、(ｄ)前記シリカ系材料、カルシウム系材料および水と配合することにより炭酸ガスを発生する発泡材とを所定の割合となるように配合し、混練することにより、配合原料に発泡を生じさせる工程と、
発泡した配合原料を、所定の型枠に入れる工程と、
型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させることにより断熱材成型体を得る工程と
を具備することを特徴とする断熱材の製造方法。
【請求項２】
型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させた断熱材成型体に、水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させる工程を備えていることを特徴とする請求項１記載の断熱材の製造方法。
【請求項３】
水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させた後の断熱材成型体を、アンモニウム塩水溶液中に浸漬する工程を備えていることを特徴とする請求項２記載の断熱材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の断熱材の製造方法であって、
(ａ)請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られる断熱材に、さらに、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布して乾燥させる工程、または、
(ｂ)請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られる断熱材に、さらに、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布した後、アンモニウム塩水溶液中に浸漬して、塗布したスラリーを固化させる工程
を備えていることを特徴とする断熱材の製造方法。
【請求項５】
前記シリカ系材料が、石炭灰、焼却灰、パーライト、ケイソウ土、白土、シリカヒュームからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の断熱材の製造方法。
【請求項６】
前記カルシウム系材料が廃石膏であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の断熱材の製造方法。
【請求項７】
前記発泡材として重炭酸塩を用い、常温で発泡させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の断熱材の製造方法。
【請求項８】
前記配合原料の配合割合を、
シリカ系材料    ：１０〜９０重量部
カルシウム系材料：１０〜９０重量部
水              ：１３０〜１８０重量部
（シリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対して）
発泡材          ：５〜２０重量部
（シリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対して）
の割合とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の断熱材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の断熱材の製造方法により製造された断熱材であって、シリカ系材料と、カルシウム系材料とを主たる成分とし、かつ、気泡を包含していることを特徴とする断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、断熱材の製造方法および断熱材に関し、詳しくは、フライアッシュ（石炭灰）などの廃棄物を利用して断熱材を製造する方法および該方法により製造される断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フライアッシュなどのシリカ系廃棄物が大量に発生しているが、その多くは、埋立処分などの有用性の低い形で処理されている。
【０００３】
また、フライアッシュなどのシリカ系廃棄物の一部は建材用のボード原料としても用いられているが、この場合、アルカリを加えて固化させる方法が一般的で、機械的強度や比重などの特性や用途、製造コストなどの面から用途が制約され、必ずしも十分にフライアッシュなどのシリカ系廃棄物のリサイクルに寄与することはできていないのが実情である。
【０００４】
また、シリカ系材料とカルシウム系材料の共存下に、水溶性ケイ酸塩を直接作用させるプロセスも考えられるが、水溶性ケイ酸塩とカルシウムとの反応性はきわめて大きいため、シリカ系材料の固化を大きく阻害することになる。そのため、上記シリカ系材料とカルシウム系材料の共存下では、水溶性ケイ酸塩を直接使用せず、水酸化ナトリウムなどの強アルカリを添加して水熱処理を行うのが一般的であるが、この手法ではランニングコストが大きくなるという問題点がある。
【０００５】
さらに、フライアッシュなどのシリカ系廃棄物を用いて発泡ボードを製造することも考えられる。この場合、発泡させる方法としては、発泡コンクリートなどのように、コンクリートがアルカリ性であることを利用して、アルミニウムを添加し、アルミニウムから発生する水素を利用する方法が考えられるが、比較的高価格なアルミニウムを用いることはコストの増大を招くばかりでなく、アルミニウムから発生する水素は気泡が細かく発泡効率も低いという問題点がある。
【０００６】
また、（ａ）セメント質材料と（ｂ）凝固体とを備え、セメント質材料は（１）約２５〜８０重量％の硬化可能な硫酸カルシウムと、（２）約１０〜６０重量％のポルトランドセメントと、（３）最大約０〜４０重量％の細かく分割されたポゾラン材料と、（４）５重量％より小さいＣａ（ＯＨ）２とを含み、凝固体の（ａ）のセメント質材料に対する容積比が少なくとも約２／１である建築材に使用する配合物、および、上記ポゾラン材料がシリカヒューム、メタカオリン、顆粒状に粉砕された噴射炉スラグあるいは微粉砕されたフライアッシュである配合物を用いてボードを形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、この方法によっても、本願発明において製造することを意図しているような廃棄物を有効に利用した、シリカ系材料とカルシウム系材料を含む軽量の断熱材を得ることは困難であるのが実情である。
【特許文献１】特開２００１−１１４５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、シリカ系廃棄物を用いて軽量の断熱材を効率よく製造することが可能な断熱材の製造方法、および該断熱材の製造方法により製造される低コストで断熱効率の高い断熱材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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明（請求項１）の断熱材の製造方法は、
(ａ)シリカ系材料と、(ｂ)カルシウム系材料と、(ｃ)水と、(ｄ)前記シリカ系材料、カルシウム系材料および水と配合することにより炭酸ガスを発生する発泡材とを所定の割合となるように配合し、混練することにより、配合原料に発泡を生じさせる工程と、
発泡した配合原料を、所定の型枠に入れる工程と、
型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させることにより断熱材成型体を得る工程と
を具備することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２の断熱材の製造方法は、型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させた断熱材成型体に、水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させる工程を備えていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の断熱材の製造方法は、水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させた後の断熱材成型体を、アンモニウム塩水溶液中に浸漬する工程を備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の断熱材の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の断熱材の製造方法であって、(ａ)請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られる断熱材に、さらに、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布して乾燥させる工程、または、(ｂ)請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られる断熱材に、さらに、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布した後、アンモニウム塩水溶液中に浸漬して、塗布したスラリーを固化させる工程を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５の断熱材の製造方法は、前記シリカ系材料が、石炭灰、焼却灰、パーライト、ケイソウ土、白土、シリカヒュームからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６の断熱材の製造方法は、前記カルシウム系材料が廃石膏であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７の断熱材の製造方法は、前記発泡材として重炭酸塩を用い、常温で発泡させることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８の断熱材の製造方法は、
前記配合原料の配合割合を、
シリカ系材料    ：１０〜９０重量部
カルシウム系材料：１０〜９０重量部
水              ：１３０〜１８０重量部
（シリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対して）
発泡材          ：５〜２０重量部
（シリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対して）
の割合とすることを特徴としている。
【００１６】
また、本願発明（請求項９）の断熱材は、
請求項１〜８のいずれかに記載の断熱材の製造方法により製造された断熱材であって、シリカ系材料と、カルシウム系材料とを主たる成分とし、かつ、気泡を包含していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明（請求項１）の断熱材の製造方法は、(ａ)シリカ系材料と、(ｂ)カルシウム系材料と、(ｃ)水と、(ｄ)シリカ系材料、カルシウム系材料および水と配合することにより炭酸ガスを発生する発泡材とを所定の割合となるように配合して、混練することにより、配合原料に発泡を生じさせた後、発泡した配合原料を、所定の型枠に入れ、型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させることにより断熱材成型体を得るようにしているので、シリカ系廃棄物を用いて軽量の断熱材を効率よく製造することが可能になり、シリカ系廃棄物の有効利用を図ることが可能になる。
【００１８】
なお、炭酸ガスを発生する発泡材を用いているので、アルミニウム粉末をアルカリと反応させて水素を発生させる場合のように、水素の燃焼による火災などのおそれがなく、容易かつ安全に断熱材を製造することができる。
【００１９】
また、本願発明においては、シリカ系材料として、パーライト、ケイソウ土のようなシリカ系の軽量材を含有させることが可能である。
【００２０】
また、請求項２の断熱材の製造方法のように、型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させた断熱材成型体に、水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させることにより、断熱材成型体中のカルシウム分とケイ酸塩が反応して、機械的強度の大きい断熱材を得ることが可能になる。
【００２１】
すなわち、発泡した配合原料を、所定の型枠に入れ、型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させただけでも、乾燥後の成型体は一定の形を保持できる程度の強度は有しているが、この成型体に水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させることにより、成型体中のカルシウム分とケイ酸塩を反応させて、強度を向上させることが可能になる。
【００２２】
また、請求項３の断熱材の製造方法のように、水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させた後の断熱材成型体を、アンモニウム塩水溶液中に浸漬して反応させることにより、シリカの析出が起こり、成型体中のシリカ系材料との結合が進行する。その結果、耐水性などの特性が向上し、十分な耐候性と、必要な機械的強度を備えた信頼性の高い断熱材を得ることが可能になる。
【００２３】
なお、通常は、アンモニウム塩水溶液と反応させた成型体を洗浄して、反応生成した塩を除去した後、乾燥することにより、断熱材の完成品が得られることになる。
【００２４】
また、請求項４の断熱材の製造方法のように、請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られる断熱材に、さらに、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布して乾燥させることにより、表面の発泡痕に残留したケイ酸塩中和後の白華による粉落ちの発生を防止することが可能になる。
また、請求項１〜３のいずれかに記載の方法により得られる断熱材に、さらに、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布した後、アンモニウム塩水溶液中に浸漬して反応させ、塗布したスラリーを固化させることにより、表面の発泡痕に残留したケイ酸塩中和後の白華による粉落ちの発生を防止することが可能になる。
なお、シリカ系材料は請求項１のシリカ系材料と同じでも、また、異なっていてもよい。
【００２５】
すなわち、水溶性ケイ酸塩水溶液と反応させた後の断熱材成型体を、アンモニウム塩水溶液と反応させて乾燥しただけでは、表面の発泡痕に残留したケイ酸塩中和後の白華による粉落ちが発生する場合があるが、水溶性ケイ酸塩水溶液とフライアッシュなどのシリカ系材料を混合したスラリーを塗布することにより、粉落ちを防止することが可能になるとともに、表面がフラットで一様な外観を有する断熱材を得ることが可能になる。
【００２６】
なお、塗布したスラリー（コーティング層）は、アンモニウム塩水溶液と接触させることにより、完全固化させることが可能になるため、請求項４を実施する場合には、同じラインで処理を行うことが可能になる。
【００２７】
また、請求項５の断熱材の製造方法のように、シリカ系材料として、石炭灰、焼却灰、パーライト、ケイソウ土、白土、シリカヒュームからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることにより、所望の特性を備えた断熱材を確実に製造することが可能になり、シリカ系廃棄物を有効にリサイクルすることが可能になる。
【００２８】
なお、本願発明においては、シリカ系材料として、パーライトのようなシリカ系の軽量材を含有させることが可能であり、その場合には断熱材の軽量化をさらに図ることができる。
【００２９】
また、請求項６のように、カルシウム系材料として廃石膏を用いた場合、石膏（ＣａＳＯ4）が水に不溶（難溶）であり、かつ、酸性のＣａ塩であることから、発泡材の急激な発泡を抑制しつつ、十分な発泡性を確保することが可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることができる。
【００３０】
なお、廃石膏としては、例えば、廃石膏ボードから回収される石膏や、石灰−石膏法などの排煙脱硫プロセスから回収される石膏などを用いることが可能であり、さらに他の種類のカルシウム系材料を用いることも可能である。
【００３１】
また、請求項７の断熱材の製造方法のように、発泡材として重炭酸塩を用いることにより、常温で効率よく発泡させることが可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることが可能になる。
【００３２】
なお、重炭酸塩としては、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウムなどが例示される。
【００３３】
また、請求項８の断熱材の製造方法のように、配合原料の配合割合を、
シリカ系材料    ：１０〜９０重量部
カルシウム系材料：１０〜９０重量部
水              ：１３０〜１８０重量部
（シリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対して）
発泡材          ：５〜２０重量部
（シリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対して）
の割合とすることにより、所望の特性を備えた断熱材を確実に製造することが可能になる。
【００３４】
シリカ系材料の割合が１０重量部未満になると最終乾燥後の安定性が悪くなるという問題があり、９０重量部を超えると初期乾燥時の固化性が悪くなるという問題があるため、シリカ系材料の割合は、１０〜９０重量部の範囲とすることが望ましい。
また、カルシウム系材料の割合が１０重量部未満になると初期乾燥時の固化性が悪くなるという問題があり、９０重量部を超えると最終乾燥後の安定性が悪くなるという問題があるため、カルシウム系材料の割合は、１０〜９０重量部の範囲とすることが望ましい。
また、水の割合がシリカ系材料・カルシウム系材料の合計量に対し１３０重量部未満になると粒子の凝集性の低さから気泡の保持が困難になるという問題があり、１８０重量部を超えると混練物に流動性が生じ気泡の保持が困難になるという問題があるため、水の割合は、１３０〜１８０重量部の範囲とすることが望ましい。
また、発泡材は、その種類にもよるが、機械的な特性などに悪影響を与えることなく、十分な発泡性を確保するために、通常は、５〜２０重量部の範囲で用いることが望ましい。
【００３５】
なお、本願発明の断熱材の製造方法においては、上記の範囲内において、各材料の配合割合は任意に決定することが可能であり、その配合割合によって、比重や機械的強度などに関し、種々の特性を備えた断熱材を得ることができる。
また、乾燥時間、使用する水溶性ケイ酸塩水溶液やアンモニウム塩水溶液の濃度および液温、断熱材の厚さなどに特別の制約はなく、用途などを考慮して任意に設定することが可能である。
【００３６】
また、本願発明（請求項９）の断熱材は、本願請求項１〜８のいずれかに記載の断熱材の製造方法により製造された断熱材であって、シリカ系材料と、カルシウム系材料とを主たる成分とし、かつ、気泡を包含しているため、軽量で、必要な断熱性および機械的強度を備えており、種々の用途に広く用いることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００３８】
この実施例では、シリカ系材料にフライアッシュ、カルシウム系材料に廃石膏ボード粉砕物、軽量材にパーライト、発泡剤に重炭酸ナトリウムを使用して、以下に説明する方法により断熱材を製造した。なお、上記のパーライトはシリカ系材料でもある。
【００３９】
以下に、図１を参照しつつ、断熱材の製造方法について説明する。
(１)まず、フライアッシュ、廃石膏ボード粉砕物およびパーライトを、発泡剤以外の固形分を１００とした場合に、重量基準で、以下の割合となるように配合することにより、配合原料を調製した（図１：ステップ１）。
フライアッシュ（シリカ系材料）          ：３７．５
廃石膏ボード粉砕物（カルシウム系材料）：３７．５
パーライト（軽量材）                    ：２５
(２)それから、上記のフライアッシュ、廃石膏ボード粉砕物およびパーライトの配合原料１００に対して、発泡材（重炭酸ナトリウム）を、重量基準で１０の割合で添加した（図１：ステップ２）。
(３)次に、発泡材を添加した配合原料に、加水し、混練した後、混練した配合原料を型枠に流し込んだ。なお、配合原料に、加水し、混練すると直ちに発泡するので、混練した配合原料を速やかに型枠に流し込んだ（図１：ステップ３）。
(４)それから、型枠に流し込んだ配合原料を乾燥機に入れて、６０℃の温度で十分に乾燥させることにより、配合原料を固化させた（図１：ステップ４）。
(５)その後、型枠に入れた配合原料を乾燥して固化させた断熱材成型体を、バインダーである水溶性ケイ酸塩水溶液中に浸漬して、断熱材成型体に水溶性ケイ酸塩水溶液を浸透させた（図１：ステップ５）。
(６)次に、水溶性ケイ酸塩水溶液中に浸漬した断熱材成型体を、塩化アンモニウム水溶液に浸漬して反応させ、シリカを析出させて、硬化を促進させた（図１：ステップ６）。
(７)硬化を促進させた断熱材成型体を、熱水で洗浄することにより、生成した塩を除去した後、乾燥させた（図１：ステップ７）。
(８)その後、乾燥させた断熱材成型体に、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布した（図１：ステップ８）。
(９)それから、塩化アンモニウム水溶液に浸漬して反応させ、シリカを析出させて、硬化を促進させた（図１：ステップ９）。
(10)その後、断熱材成型体を、熱水で洗浄することにより、生成した塩を除去した後、乾燥させることにより完成品である断熱材を得た（図１：ステップ１０）。
【００４０】
このようにして製造した断熱材の特性を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１に示すように、断熱材は比重が０．４０と小さく、軽量で、しかも、断熱性に優れていることが確認された。
【００４３】
なお、上記実施例では、水溶性ケイ酸塩水溶液とシリカ系材料を混合したスラリーを塗布する工程（コーティング工程）を(７)の乾燥工程の後に実施したが、(７)の乾燥工程の前に実施することも可能である。
【００４４】
また、上記実施例ではシリカ系原料として、フライアッシュを用いたが、フライアッシュの代わりに、ゴミ焼却炉などから排出される焼却灰や、シリカを主たる成分とする建築廃材などを用いることも可能である。また、フライアッシュ、焼却灰、および建築廃材などを混合して用いることも可能である。
【００４５】
また、上記実施例では、シリカ系材料の一部にパーライトを用いたが、シリカ系材料としてフライアッシュのみを用いることも可能である。また、パーライトに代えて、ケイソウ土、白土、シリカヒューム、珪砂などを用いることも可能である。
【００４６】
本願発明はさらにその他の点においても、上記実施例に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本願発明によれば、現在社会問題化しているフライアッシュ、焼却灰などのシリカ系廃棄物を用いて、製造コストの低い有用な断熱材を製造することが可能になる。
また、製造工程において発泡材を用いて効率よく発泡させることにより、高い断熱性を有する軽量の断熱材を得ることが可能になる。
このように、本願発明によれば、社会問題化しているシリカ系廃棄物を有効に利用して、断熱性に優れた軽量の断熱材を効率よく製造することが可能になることから、断熱材の製造方法に広く利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本願発明の断熱材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１】
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