(57)【要約】【課題】空隙率を向上させることができると共に、強度的にも優れる黒色多孔質体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る黒色多孔質体の製造方法は、ベントナイトと、水溶性糖類と、粒状発泡樹脂と、水とを含む材料を混練し、該混練物を所要形状に成形し、該成形体を焼成して、前記粒状発泡樹脂を燃焼させると共に水を蒸散させることにより多孔質に形成することを特徴とする。さらに、無機物粉体、ホウ酸、ガラス質成分などの材料を添加することによって、さらに強度的に優れた多孔質体とすることができる。【選択図】      図１
2005001925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベントナイトと、水溶性糖類と、粒状発泡樹脂と、水とを含む材料を混練し、該混練物を所要形状に成形し、該成形体を焼成して、前記粒状発泡樹脂を燃焼させると共に水を蒸散させることにより多孔質に形成することを特徴とする黒色多孔質体の製造方法。
【請求項２】
前記材料に無機物粉体を含むことを特徴とする請求項１記載の黒色多孔質体の製造方法。
【請求項３】
前記材料にホウ素化合物を含むことを特徴とする請求項１または２記載の黒色多孔質体の製造方法。
【請求項４】
前記材料にガラス質成分を含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の黒色多孔質体の製造方法。
【請求項５】
前記ガラス質成分がロックウールまたはガラス繊維であることを特徴とする請求項４記載の黒色多孔質体の製造方法。
【請求項６】
前記材料に酸化鉄を含むことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の黒色多孔質体
【請求項７】
前記無機物粉体に、焼却灰、クリンカー、フライアッシュ、セメント、粘土、石粉、砂、パーライトから選ばれる１種以上の粉体を用いることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の黒色多孔質体の製造方法。
【請求項８】
前記無機物粉体、ベントナイト、粒状発泡樹脂の相対混入量を容積比で、１：０．５〜１：２〜４とすることを特徴とする請求項２〜７いずれか１項記載の黒色多孔質体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項記載の黒色多孔質体の製造方法によって製造された黒色多孔質体。
【請求項１０】
粒状発泡樹脂が焼失することにより形成される多数の球状の大空隙と、粒状発泡樹脂が焼失することにより残った骨格部に、水が蒸発する際の抜け道として形成される小空隙とを有することを特徴とする請求項９記載の黒色多孔質体。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の黒色多孔質体を、酸化チタンを含む溶液中に浸漬し、該溶液を黒色多孔質体中に含浸せしめた後、該黒色多孔質体を再焼成することを特徴とする多孔質体の製造方法。
【請求項１２】
請求項９または１０記載の黒色多孔質体の表面に酸化チタンを溶射して、酸化チタンの皮膜を形成することを特徴とする多孔質体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は黒色多孔質体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発明者は、モミガラ等の有機質可燃物と、ベントナイトと、水溶性糖類と、水とを混練し、成形した後、成形体を酸化性雰囲気中で焼成する炭化物の製造方法を開発した（特開平８−１６９７８０号公報）。これにより得られる炭化物は多孔質体であり、断熱材、水浄化材など種々の用途に使用できる。また、有機廃棄物を有効に再利用できるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の上記炭化物は多くの利点を有しているが、強度的に脆く、指の間に挟んで軽く力を加える程度の小さな外力によって潰れてしまうなど、保形性に劣るという課題があった。
また、さらなる空隙率の向上が求められる。
【０００４】
そこで本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、空隙率を向上させることができると共に、強度的にも優れる黒色多孔質体およびその製造方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る黒色多孔質体の製造方法は、ベントナイトと、水溶性糖類と、粒状発泡樹脂と、水とを含む材料を混練し、該混練物を所要形状に成形し、該成形体を焼成して、前記粒状発泡樹脂を燃焼させると共に水を蒸散させることにより連続気泡からなる多孔質に形成することを特徴とする。
また、前記材料に無機物粉体を含むことを特徴とする。
また、前記材料にホウ素化合物を含むことを特徴とする。
【０００６】
ベントナイトは少ない水分で高い粘結性を示す。ベントナイトに水分を混ぜると、膨潤して堆積が膨張する。最高２〜３倍にまで膨張する。
本発明においては、発泡スチロール等の粒状発泡樹脂を多量に用いるが、材料中に、この粒状発泡樹脂を多量に含んでいても、主としてこのベントナイトの粘結力によって、混練物を所要形状（球状、板状など）に成形することができる。など、水溶性糖類、ホウ酸なども多少の粘性を発揮する。
また、ベントナイトが多量の水を吸収し、焼成工程でこの水が蒸散することから、水が蒸気として抜け出る抜け道が小空隙となり、連続気泡の多孔質体を形成する。
水およびベントナイトの使用量は、ベントナイトの粘結力によって、混練した材料を球状等の形状に成形できる程度の粘結力が出る量とする。
【０００７】
次に、水溶性糖類は、焼成体の黒化度を高め、焼成体を炭化物のような外観にする。また、焼成体の強度も増大させる。粒状発泡樹脂や水溶性糖類が混入されることにより、焼成体には、多少の炭化物が残るが、ほとんどは無機物からなる。
糖類には、多糖類、小糖類、単糖類があるが、本発明では水溶性糖類を用いる。とりわけ、しょ糖、麦芽糖、ぶどう糖等の小糖類、あるいは単糖類が好ましい。糖は、糖そのものを添加するほかに、廃菓子の屑や砂糖精製の過程で発生する残渣等、糖が含まれたものを添加してもよい。糖は水に溶解した状態で他の材料と混合される。
【０００８】
本発明において、粒状発泡樹脂を用いる点が重要である。
粒状発泡樹脂の使用量は、焼成体（黒色多孔質体）の空隙率に関係する。
すなわち、粒状発泡樹脂は、焼成工程で燃焼して焼失し、焼成体に大きな空隙を形成するからである。
粒状発泡樹脂は、産業廃棄物として大量に排出される発泡スチロールを有効に利用できる。この発泡スチロールを二軸混練機などで処理すると、密着していた粒子が分離され、直径３ｍｍ程度の球形の粒状物となる。この粒状発泡樹脂が焼失することにより、焼成体内に直径２ｍｍ程度の多数の空隙ができるのである。また、この空隙が焼成体の表面に在るときは、表面に円形に開口する半球状等の凹部となる。
【０００９】
したがって、本発明における黒色多孔質体における空隙には、２種類の空隙が存在することになる。
１つは、粒状発泡樹脂が焼失することによって生じる大きな空隙である。
もう１つは、粒状発泡樹脂が焼失することにより残る、骨格体に形成される小さな空隙である。この小さな空隙は、水が蒸気として抜け出る際に形成される空隙である。
【００１０】
図１は、球形に形成された黒色多孔質体１０の説明図である。その表面に、粒状発泡樹脂が焼失したことにより形成される、円形に開口した凹部１２が形成されている。また、表面に、この大きな凹部１２以外に、水が蒸気として抜け出た際の小さな開口１４が形成されている。
また、図２は、球形の黒色多孔質体１０をコンクリート面に落下させて割った際の、割れ面の状態を示す説明図である。図２から明らかなように、黒色多孔質体１０の割れ面には、粒状発泡樹脂が焼失することによって生じる多数の半球状の凹部１２が形成されている。また、割れ面には、水が蒸気として抜け出す際の小さな開口１４が形成されている。
【００１１】
ところで、粒状発泡樹脂はまた焼成工程での燃料としての機能も有する。すなわち、粒状発泡樹脂が自燃することによって、焼成工程で外部から加える熱量が少なくて済む。
燃料としての機能からすれば、粒状の発泡樹脂でなく、固形状の粒状樹脂を用いることも考えられる。しかしながら、固形の粒状樹脂では発熱量が大きすぎて却って不具合が生じる。
粒状の発泡樹脂を用いることによって、発熱量もちょうどよく、また大きな空隙を形成できるので有利である。
【００１２】
粒状発泡樹脂の大きさや量を調整することによって、焼成体の空隙率の調整をすることができる。
用いる材料によっても異なるが、本発明では、嵩比重を０．０８〜０．１程度のきわめて空隙率の大きな、軽い焼成体の形成も可能となった。
【００１３】
無機物の粉体としては、焼却灰、クリンカー、フライアッシュ、セメント、粘土、石粉、砂、パーライト、赤玉土（鹿沼土など）などの粉体を単独もしくは併用して用いることができる。これら無機物の粉体はいずれも廃材を有効に利用することができる。セメント廃材など、粉体状をなすものでない場合には、適宜クラッシャーを用いて砕いて粉体状とするのがよい。石粉は、採石場から排出されるものである。これら無機物の粉体はいずれも大量に排出される産業廃棄物であり、従来は処分に窮していた。
【００１４】
これら無機物の粉体が、得られる焼成体の骨格の一部を形成する骨材となり、焼成体の強度を向上させる。
上記従来の炭化物は、有機質可燃物を主材料に用いて炭化していたことから、無機物を骨材の主材料とするのに比して強度的に脆いものであった。
無機物粉体と、ベントナイトと、粒状発泡樹脂との混入量は特に限定されるものではないが、成形性等の点から、容積比（無機物粉体を１とする）で、１：０．５〜１：２〜４程度とするのが好適である。
【００１５】
無機物粉体は、産業廃棄物を用いることができ、また焼成体の強度を担う骨材としても機能するから、できるだけ多く用いたい。ベントナイトも骨材としての機能も有するが、コスト的に高くつくので、使用量は、粘結材として必要量だけ用いるようにするのがよい。
【００１６】
次に、ホウ素化合物としてはホウ酸を好適に用いることができる。
このホウ酸は水に融解するので、他の材料と好適に混合することができる。
ホウ酸は２００℃程度の低温で融解し、ガラス質となる。
ホウ酸がガラス質化するので、焼成後において、無機物粉体やベントナイトを強く連結し、強度を増大させるのである。
ホウ酸の使用量は、水を除いた材料に対して２〜５ｗｔ％、特には３ｗｔ％程度が好適である。
【００１７】
また、ホウ酸に代えて、あるいはホウ酸と併用してロックウールやガラス繊維等のガラス質成分を用いてもよい。このロックウールやガラス繊維も建築廃材などとして大量に廃棄されるのを有効に利用できる。
ロックウール、ガラス繊維も焼成時、融解して一部ガラス化し、無機物粉体やベントナイトを強固に連結することから、焼成体の強度を向上させる。
ロックウールやガラス繊維の添加量は、水を除いた材料に対して５〜１０ｗｔ％程度が高照基である。
【００１８】
このように、焼成体は主として無機物からなり、無機物粉体、ベントナイトがガラス質によって強固に連結される構造のものとなるので、従来の炭化物と比して強度が大幅に向上した。すなわち、球状の、直径２ｃｍ程度の焼成体にあっては、指で摘んで軽く力を加えた程度では容易に潰れない。この直径２ｃｍ程度の焼成体にあっては、コンクリートの上に自然落下させた場合、１ｍ程度の高さからでは容易に割れなかった。なお、焼成体は大きくなればなる程、割れやすくなる。
【００１９】
上記各種材料を水を加えて混練する。この混練は、各種材料を二軸混練機に投入して行うとよい。粒状発泡樹脂は、例えば廃棄物の発泡スチロールを適宜大きさに分断して、他の材料と共に二軸混練機に投入し、混練することによって、混練段階で粒状物とするようにしてもよいし、当初から粒状となっている発泡樹脂を用いてもよい。すなわち、本発明で粒状発泡樹脂というときは、上記両者の概念を包含するものである。
【００２０】
次に、上記混練物（混合物）を必要な形状、例えば球状、板状等に成形した後、乾燥させる。この乾燥は、完全に乾燥させてしまうのではなく、表面が適度に乾燥した状態で止める。完全に乾燥させてしまうと、緻密に焼成され、空隙率が減少してしまう。すなわち、水が蒸気として抜け出ることによる小空隙が減少してしまうのである。
表面を適度に乾燥させた状態で、成形物を焼成炉に供給し、焼成炉中で焼成する。成形体の表面を乾燥することによって、得られる焼成体は、表面側が内部に比較して緻密な構造となり、硬くなる。一方、内部側は疎な構造となり、比較的に柔らかいものとなる。
【００２１】
焼成温度は、ホウ酸が比較的低温で融解することから、５００℃〜７５０℃程度の比較的低温での焼成が可能となる。焼成炉は例えば内壁に螺旋羽根が設けられたロータリーキルンを用いて行うことができる。この場合、ロータリーキルンの入口側に投入した材料にバーナーで着火し、粒状発泡樹脂を自燃させ、螺旋羽根でロータリーキルン中を出口側に向けて搬送する間に焼成が完了する。ロータリーキルン内は別途ヒーターで加温することはもちろんである。
【００２２】
従来の上記炭化物を製造する場合には、酸化性雰囲気中で焼成するものであるが、ベントナイトが成形物表面に薄い層を形成して、内部への酸素の供給が遮断され、蒸し焼き状態で炭化させるものであった。
しかし、本発明の場合には、基本的に、炭化させるものではなく、ガラス化、セラミック化させるものであるため、オープン炉の中で十分に加熱し、燃焼させるようにする。このように、ガラス化、セラミック化を行うものであるため、焼成体の強度も増大するのである。
【００２３】
本発明で得られる黒色多孔質体は、空隙率が大きく、吸水性に富む。特に無機物粉体としてパーライトを用いたものは、吸水性に優れ、重量の２．５倍以上の水を吸い取った。
河川等に沈めて、大小無数の孔に水草や微生物を生息させることで、水の浄化が可能となる。
その他、園芸用、農業用、畜産用、消臭器材、建築資材など多数の用途に用いることができる。
【００２４】
本発明では、上記材料の他に必要に応じて他の材料を添加することができる。
例えば、酸化鉄を添加することができる。この酸化鉄も骨材として機能し、焼成体の強度を向上できる。また、酸化鉄は他の材料と比して比重が大きいので、焼成体の重量の調整も行える。
【００２５】
また、光触媒の機能を有する二酸化チタンを溶解した液に、上記焼成体を浸漬し、この溶液を十分に焼成体中に含浸させた後、再焼成することによって、二酸化チタンの薄層を形成した多孔質体を形成できる。焼成体は多孔質で多量の溶液を内部にまで十分に浸透させることができるため、二酸化チタン層を内部にまで形成した、光触媒機能を十分に発揮させることができる多孔質体を提供できる。
なお、酸化チタンを上記黒色多孔質体の表面に溶射して、該表面に酸化チタンの溶射皮膜を形成するようにすることもできる。
【００２６】
また、表面をさらに改質するためには、上記焼成体をホウ酸溶液に浸漬し、再度焼成するようにしてもよい。これにより、空隙率は低下するが、表面にガラス質層が形成され、割れ、欠け等を有効に防止できる、さらに強度の向上した多孔質体を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
〔基本配合割合〕
無機物粉体              １０部
ベントナイト              ５部
粒状発泡スチロール      ３０部
無機物粉体は、焼却灰、クリンカー、フライアッシュ、セメント、粘土、石粉、砂、パーライトのそれぞれを用いた。各材料は容積比で示した。
【００２８】
〔応用配合１〕
上記各基本配合に対して、次の材料を配合した。なお、ｗｔ％は、基本配合を含む材料全体（ただし水を除く）に対しての％で示す。
砂糖                      １ｗｔ％
ホウ酸                    ３ｗｔ％
したがって、無機物粉体の種類に応じて８種類の配合をした。
【００２９】
〔応用配合２〕
上記各基本配合に対して、次の材料を配合した。なお、ｗｔ％は、基本配合を含む材料全体（ただし水を除く）に対しての％で示す。
砂糖                      １ｗｔ％
ホウ酸                    ３ｗｔ％
ロックウール            １０ｗｔ％
やはり、無機物粉体の種類により８種類の配合をした。
【００３０】
〔応用配合３〕
上記各基本配合に対して、次の材料を配合した。なお、ｗｔ％は、基本配合を含む材料全体（ただし水を除く）に対しての％で示す。
砂糖                    １ｗｔ％
ロックウール            １０ｗｔ％
やはり、無機物粉体の種類により８種類の配合をした。
【００３１】
〔応用配合４〕
上記各基本配合に対して、次の材料を配合した。なお、ｗｔ％は、基本配合を含む材料全体（ただし水を除く）に対しての％で示す。
砂糖                      １ｗｔ％
ホウ酸                    ３ｗｔ％
二酸化鉄              ０．１ｗｔ％
やはり、無機物粉体の種類に応じて８種類の配合をした。
【００３２】
上記計３２種類の各配合材料に適量の水（成形が可能となる水の量）を加え、混練した。なお、粒状発泡スチロールは、発泡スチロールの廃材をクラッシャーにより予め粒状に粉砕したものを用いた。
この混合物を直径約２ｃｍの球形に成形した。この成形物を表面が乾燥するように、室温にて約４時間程度乾燥させた。
この成形品をロータリーキルン中に投入し、バーナーで着火すると共に、ヒーターにより加熱し、材料に応じて６００〜７５０℃程度の温度で約１０分間焼成した。応用配合３の、ホウ酸を含まないものは高めの焼成温度が必要であった。
上記のようにして得られた焼成体は、いずれも表面から中まで真っ黒であり、また図１、図２に示すように、大空隙１２と小空隙１４の２種類の空隙を有する黒色多孔質体であり、いずれも非常に軽量であるとともに、優れた吸水性を有するものであった。なお、焼成による収縮はほとんど生じなかった。
ロックウールに代えてガラス繊維を用いた場合も全く同様の黒色多孔質体が得られた。
この黒色多孔質体を、二酸化チタンの水溶液中に浸漬して、再焼成したところ、内外に二酸化チタン層が形成された多孔質体を得た。
【００３３】
なお、本発明では、最低限、材料として、ベントナイトと、水溶性糖類と、粒状発泡樹脂と、水とを含むものであればよい。これによって、上記２種類の大空隙と、小空隙の空隙を有する黒色多孔質体が得られる。
そして、無機物粉体、ホウ酸、ガラス質成分など、上記各材料を添加することによって、さらに強度的に優れた多孔質体とすることができるのである。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、空隙率を向上させることができると共に、強度的にも優れる黒色多孔質体およびその製造方法を提供することができる。得られた黒色多孔質体は、水浄化用、園芸用、農業用、畜産用、消臭用、建築用等の資材として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒色多孔質体の外観図である。
【図２】黒色多孔質体の割れ面の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  黒色多孔質体
１２  凹部
１４  開口
【図１】
2005001925.tif 000003
【図２】
2005001925.tif 000004