(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のガラス質中空球状粗粒子の間をフライアッシュを含む多孔質セラミックマトリックス焼結体が結合充填してなり、かつ前記多孔質セラミツクマトリックス焼結体中の多孔質空隙部が有機物細片の焼失孔（ただし、吸水膨潤した高吸水性ポリマーの消失孔を除く）である多孔質軽量セラミック製品であって、粒径０．５〜５．０ｍｍのガラス質中空球状粗粒子１００重量部に対して、フライアッシュ１５〜３５０重量部と、多孔質セラミックマトリックス焼結体５〜８０重量部が均質混在した焼結体であり、その物理特性が、嵩比重０．２〜１．２、圧縮強度：５．０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2、曲げ強度：０．５〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ2であることを特徴とする多孔質軽量セラミック製品。
【請求項２】
ガラス質中空球状粗粒子が、天然ガラス質発泡体粗粒子であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質軽量セラミック製品。
【請求項３】
ガラス質中空球状粗粒子が、人工発泡ガラス質粗粒子であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質軽量セラミック製品。
【請求項４】
粒径０．５〜５．０ｍｍのガラス質中空球状粗粒子１００重量部に対して、フライアッシュ１５〜３５０重量部と、粒径が１０〜２０００μｍの有機物細片３０〜７０重量％を均質に含有する未焼成セラミック粉体を含む結合材６０〜４５０重量部とが混合された混合物を成形し、乾燥した後、７５０〜１２００℃で焼成して、多数のガラス質中空球状粗粒子の間をフライアッシュを含む多孔質セラミックマトリックス焼結体が結合充填してなり、かつ前記多孔質セラミツクマトリックス焼結体中の多孔質空隙部が有機物細片の焼失孔（ただし、吸水膨潤した高吸水性ポリマーの消失孔を除く）である多孔質軽量セラミック製品であって、粒径０．５〜５．０ｍｍのガラス質中空球状粗粒子１００重量部に対して、フライアッシュ１５〜３５０重量部と、多孔質セラミックマトリックス焼結体５〜８０重量部が均質混在した焼結体であり、その物理特性が、嵩比重０．２〜１．２、圧縮強度：５．０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2、曲げ強度：０．５〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ2であるすることを特徴とする多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【請求項５】
結合材中に占める未焼成セラミック粉体が４０〜７０重量％であることを特徴とする請求項４に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【請求項６】
結合材が、無機結合材を含むことを特徴とする請求項４又は５のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【請求項７】
結合材が、ガラス質粉体を含むことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【請求項８】
結合材が、粘土鉱物を含むことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【請求項９】
結合材が、有機質結合材を含むことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【請求項１０】
結合材が、水溶性のアルカリ金属ケイ酸塩を含むことを特徴とする請求項４〜９のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多孔質軽量セラミック製品に関するものであり、特に非常に空隙率の高くかつ強度の大きな多孔質軽量セラミック製品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の多孔質セラミック製品の製造法には、発泡性未焼成セラミック粉体に結合材を混合し、成形後、焼成する方法や、主原料として黒曜石やシラス等の火山噴出物を用い、これらに粘土や結合材を混合して、成形後、焼成する方法等がある。
しかしながら、それら方法により得られた多孔質セラミック製品は、嵩比重が十分に低くなく、かつ空隙率が十分に多くないものであった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、火山噴出物として多量に産出する黒曜石、シラス等の加熱発泡球状体粗粒子、すなわち火山噴出物発泡球状粗粒子、例えばパーライトを主原料とし、あるいは人工発泡ガラス質球状粗粒子、例えばスラグの加熱発泡球状粗粒子を主原料とし、これに火力発電所から大量に排出されるフライアッシュの相当量及び合成樹脂、動・植物等の有機物細片を混有した結合材を加えて混合した後、成形し、焼成することによって、非常に軽量化された多孔質セラミックを提供することに成功した。すなわち本発明は、下記構成の多孔質軽量セラミック製品及びその製造方法である。
（１）多数のガラス質中空球状粗粒子の間をフライアッシュを含む多孔質セラミックマトリックス焼結体が結合充填してなり、かつ前記多孔質セラミツクマトリックス焼結体中の多孔質空隙部が有機物細片の焼失孔（ただし、吸水膨潤した高吸水性ポリマーの消失孔を除く）である多孔質軽量セラミック製品であって、粒径０．５〜５．０ｍｍのガラス質中空球状粗粒子１００重量部に対して、フライアッシュ１５〜３５０重量部と、多孔質セラミックマトリックス焼結体５〜８０重量部が均質混在した焼結体であり、その物理特性が、嵩比重０．２〜１．２、圧縮強度：５．０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2、曲げ強度：０．５〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ2であることを特徴とする多孔質軽量セラミック製品。
（２）ガラス質中空球状粗粒子が、天然ガラス質発泡体粗粒子であることを特徴とする（１）項に記載の多孔質軽量セラミック製品。
（３）ガラス質中空球状粗粒子が、人工発泡ガラス質粗粒子であることを特徴とする（１）項に記載の多孔質軽量セラミック製品。
【０００４】
（４）粒径０．５〜５．０ｍｍのガラス質中空球状粗粒子１００重量部に対して、フライアッシュ１５〜３５０重量部と、粒径が１０〜２０００μｍの有機物細片３０〜７０重量％を均質に含有する未焼成セラミック粉体を含む結合材６０〜４５０重量部とが混合された混合物を成形し、乾燥した後、７５０〜１２００℃で焼成して、多数のガラス質中空球状粗粒子の間をフライアッシュを含む多孔質セラミックマトリックス焼結体が結合充填してなり、かつ前記多孔質セラミツクマトリックス焼結体中の多孔質空隙部が有機物細片の焼失孔（ただし、吸水膨潤した高吸水性ポリマーの消失孔を除く）である多孔質軽量セラミック製品であって、粒径０．５〜５．０ｍｍのガラス質中空球状粗粒子１００重量部に対して、フライアッシュ１５〜３５０重量部と、多孔質セラミックマトリックス焼結体５〜８０重量部が均質混在した焼結体であり、その物理特性が、嵩比重０．２〜１．２、圧縮強度：５．０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2、曲げ強度：０．５〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ2であるすることを特徴とする多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
（５）結合材中に占める未焼成セラミック粉体が４０〜７０重量％であることを特徴とする（４）項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
（６）結合材が、無機結合材を含むことを特徴とする（４）項又は（５）項のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
（７）結合材が、ガラス質粉体を含むことを特徴とする（４）項〜（６）項のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
（８）結合材が、粘土鉱物を含むことを特徴とする（４）項〜（７）項のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
（９）結合材が、有機質結合材を含むことを特徴とする（４）項〜（８）のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
（１０）結合材が、水溶性のアルカリ金属ケイ酸塩を含むことを特徴とする（４）項〜（９）のいずれか１項に記載の多孔質軽量セラミック製品の製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態を以下に説明する。
まず、本願発明で主原料として用いらるガラス質中空球状粗粒子としては、例えば天然ガラス質発泡粗粒子である黒曜石細片や真珠岩細片等の高温加熱による発泡粗粒子であるパーライト、人工ガラス質粗粒子である水砕スラグ細片やシリカ細片の高温加熱発泡粗粒子であるスラグバルーンやシリカバルーン等が挙げられ、発泡球状粗粒子の粒径は０．５０〜５．０ｍｍであるものが好ましい。
その嵩密度は０．１／ｃｍ３〜１．０／ｃｍ３のものが好ましい。
【０００６】
次に、本願発明で主原料として使用されるフライアッシュは、石炭や石油ピッチ等を燃焼させたあとに出る残渣灰であり、火力発電所等から大量に排出されるものであって、現在、その利用技術、利用量が少ないために、各分野にてその利用が鋭意検討されているものである。
フライアッシュの成分組成は、例えばＳｉＯ２：５０〜６８％，Ａｌ２Ｏ3：２０〜３５％、Ｆｅ２Ｏ3：２〜７％，ＣａＯ：０．６〜７％、ＭｇＯ：０．２〜２％，Ｎａ２Ｏ：０．１〜２％、Ｋ２Ｏ：０．３〜１．５％，Ｉｇ．ｌｏｓｓ：２〜４％からなり、非晶質であり、かつ各フライアッシュ粒子は粒径５〜２０μｍの球状体で内部が中空となっているものである。
よって、フライアッシュ粒子は、転動性、充填性が良好で、前記多数のガラス質中空球状粗粒子間に容易に隈無く充填される。
【０００７】
本願発明は、多くのガラス質中空球状粗粒子間にフライアッシュと多孔質セラミックマトリックス焼結体が焼結充填された状態の多孔質軽量セラミック製品を提供するものであるが、その製造においては、まず成形性を付与させるため、ガラス質中空球状粗粒子とフライアッシュと未焼成セラミックマトリックス生成材料（結合材）、好ましくは少量の有機物細片を混有させた未焼成セラミックマトリックス生成材料（結合材）との均質混合物を加水あるいは可塑化材を添加混合して、生地となし、それを一定形状に成形し、乾燥した後、焼成する。
前記未焼成セラミックマトリックス生成材料中の有機物細片としては、高温加熱により揮発焼失するもので、例えば木材・竹材・穀類等の植物細片、脂肪細片、プランクトン等の動物細片、ポリスチロール、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂細片が挙げられる。さらに、有機質短繊維、例えばナイロン短繊維、ポリプロピレン短繊維等も使用できる。
なお上記植物細片としては、加工食品も採用でき、例えば茹であげたうどんやそうめん等の細断片を使用することもできる。
【０００８】
また、焼成によりセラミックスマトリックスを生成する未焼成セラミックとしては、例えば長石、陶土、粘土鉱物等のケイ酸アルミニウム系無機材料が挙げられ、それらには焼結剤としてのアルカリ金属・アルカリ土類金属ケイ酸塩、ガラス粉、釉薬粉等を添加することが好ましく、さらに無機系粘結材の水溶性アルカリケイ酸塩（水ガラス）や有機質粘結材のコーンスターチ、ＣＭＣ等を添加したものが好ましい。
なお、成形のための可塑性付与材としては、通常有機系のもの、例えば前記粘結材と同じコーンスターチ、ＣＭＣやアルギン酸ソーダー、ＰＶＡ、ポリアクリル系エマルジン、多価アルコール系ワックス等を添加使用することができる。
前記水溶性アルカリケイ酸塩（水ガラス）は成形用及び焼結用に共用される可塑性付与材兼焼結剤として好ましいものであるが、これは液状のもの（水溶液）をそのまま使用しても、あるいは粉末状のものに水を加え混合して使用してもよい。
【０００９】
本願発明においては、さらに耐熱性補強材を加配することもできる。このような耐熱性補強材としては、例えば鉱滓、シャモット等が採用でき、これら耐熱性補強材を加配し、焼結して得られた多孔質軽量セラミック製品は、高い機械的強度及び耐熱性を備えたものとなる。
【００１０】
上記のようなガラス質中空球状粗粒子に、フライアッシュ及び有機物細片を含む結合材を均質に混合した混合物を所要形状に成形した後、乾燥し、７５０〜１２００℃程度の焼成温度域において焼結させることにより、多孔質軽量セラミック製品を得ることができる。
【００１１】
上記発明のセラミックス製品の配合組成において、ガラス質中空球状粗粒子を用いるのは、該粗粒子は黒曜石、真珠岩等の天然ガラス等を原料にして多量に生産され価格も安価で、内部が中空で軽量であり、かつ一定の強度も備えているため、これを主要構成材料とすることにより製品の軽量化及びある程度の強度向上に寄与するためであり、さらにそれがガラス質であるから、その周りに接触充填されるフライアッシュ、セラミックマトリックスとの焼結接合が容易であり、その結果焼成製品はガラス質球状粗粒子表層とセラミックマトリックスが強固に結合して、全体強度が向上するのである。
そして、主原料としてガラス質中空球状粗粒子とフライアッシュを用いたことにより、製品の空隙率を多大に確保し、かつ有機物細片及び未焼成セラミックセラミックを含む結合材を使用したことによりに、製品の空隙率を最大に確保することができるのである。
なお、該セラミック製品中には、素材中の各ガラス質中空球状粗粒子同士の接触部分（以下、第１点接触部分という）間に形成される大きな空隙部（以下、第１空隙部という）、及び第１空隙部内に充填されたフライアッシュの各粒子同士の接触部分（以下、第２点接触部分という）間に形成される小さな空隙部（以下、第２空隙部という）、さらにセラミックマトリックス内の有機物細片の消失孔である空隙部（以下、第３空隙部という）の３種の多量の空隙部が存在するため、全体の空隙率が高く、かつ第１，第２、第３空隙部が接続状態となって連通する結果、軽量化及び良好な通気性・通液性が確保される。
さらに、ガラス質中空球状粗粒子は、７５０〜１２００℃に加熱された際に、高温部（約１０００〜１２００℃）の加熱領域で加熱されると、各粗粒子は、熔融、発泡して所々に部分的に発泡穴が形成されたものとなり、各粗粒子自体がその球状壁の所々に貫通穴を備えるものとなる結果、より良好な通気性・通液性が実現される。
よって、本発明の多孔質軽量セラミック製品は、下記のような材料として利用できる。
軽量タイル、軽量壁板パネル、断熱材料、吸音材料、濾過材料、触媒を担持させた触媒、微生物を利用する排水処理に使用される各種バクテリア、細菌類を担持した排水処理材料、遠赤外線放射材料、各種フェライトなどを組成物素材とした電波吸収性パネル等。
【００１２】
【実施例】
本願発明の実施例を以下に説明する。
［実施例１］
ガラス質球状粗粒子（粒径１〜２ｍｍ）
（パーライト）                  １００重量部
フライアッシュ粉末                ５０重量部
上記の混合物に、下記組成の結合材を２０重量部を添加混合した。
珪酸ソーダ（３号）                  ４０重量％
蛍石粉末                            １５重量％
陶石粉末                            ２０重量％
発泡スチロール微小球                  ５重量％
メトローズ                            ５重量％
水                                  １５重量％
得られた上記混合配合物を型枠に投入し低圧成形してタイル状成形体を得た後、乾燥し、その後９５０℃の焼成帯で、９０分間焼結させた。
この結果、得られた多孔質軽量セラミックス製品はカサ比重が１以下であり、圧縮強度２０〜３０ｋｇ／ｃｍ２、高温耐熱性（１０００℃以上）・耐熱衝撃性に優れ、かつ通気性・通水性に優れ吸音率も高いものであった。
【００１３】
［実施例２］
ガラス質球状粗粒子（粒径１〜２ｍｍ）
（パーライト）                  １００重量部
フライアッシュ粉末              １００重量部
上記の混合物に、下記組成の結合材を３０重量部を添加混合した。
蛍石粉末                            １５重量％
ガラス粉末                          ２０重量％
カオリン粉末                        ２０重量％
ポリメタアクリル樹脂細片            １０重量％
メトローズ                            ５重量％
水                                  ３０重量％
上記混合物を型枠に入れてタイル状成形体にした後、１０００℃の焼成帯で、６０分間焼結させた。
この結果、得られた多孔質軽量セラミックス製品はカサ比重が１以下であり、圧縮強度１０〜４０ｋｇ／ｃｍ２、高温耐熱性（１０００℃以上）・耐熱衝撃性に優れ、かつ通気性・通水性に優れ吸音率も高いものであった。
【００１４】
【発明の効果】
以上の本願発明によれば下記のような優れた作用効果が得られる。
本発明の製造方法においては、主原料としてガラス質中空球状粗粒子とフライアッシュを用いたことにより、製品の空隙率を多大に確保し、かつ有機物細片及び未焼成セラミックセラミックを含む結合材を使用したことによりに、製品の空隙率を最大に確保することができる。
なお、該セラミック製品は、素材中の各フライアッシュ粒子が中空であるため軽量であり、かつ粒子同士の接触部分は点接触で連結され、また有機物細片の焼失孔が残存するため、マトリックス部分が連通多孔質となっていて、気液通過性が良好となる。
本発明の多孔質軽量セラミック製品は、安価なガラス質中空球状粗粒子及びフライアッシュを主原料とするため、製品製造コストが低く、かつ火力発電所等より大量に発生され、その処分が問題となっているフライアッシュの有効活用に寄与するものでもある。