(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を、微粒子化した液滴にし、これを熱風に接触させて瞬間的に乾燥させる噴霧乾燥法によって、粒径１〜５マイクロメートルの微粒子とし、この微粒子１Ｋｇ当たり１００〜３００ミリリットルの水を加えて撹拌した後、１８０℃〜３００℃で加圧成形して得たことを特徴とする耐火材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火性に富む軽量な耐火材に係り、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を含む液体をゲル化させ、乾燥して粒状とした後、加圧成形して得た、主として建材に用いられる耐火材及び水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を微粒子化した後、加圧成形して得た、発泡スチロール等の包装用材料の代用となり得る耐火材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐火性、断熱性、遮音性に優れた耐火材料としては種々のものが提案されている。本願発明者は、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液及びこれを用いて製造した耐火材の発明を既に提案している（特開平１０−３０６５２１号、特開平１１−３０２６５５号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者が既に提案している耐火液は、耐火性に富む。またこの耐火液を用いて製造した耐火材は、耐火性、断熱性、遮音性に関して優れた効果を発揮する。
【０００４】
しかし、本願発明者が既に提案している耐火材には、耐火性、不燃性、焼かれた際に発煙を防止する性能、耐水性、剛性、柔軟性、弾力性などを修正することを目的として、紙類、籾殻、繊維質材料、木材チップ、おがくずの中のいずれか一種又は複数種が混合されている。また、ペットボトルを粉砕したものや裁断されたビニール袋等が混合されることもある。
【０００５】
ここで、紙類等を混合しなければ、煮沸処理や脱水処理等の工程が不要となる。また、紙類を含まない耐火材は、紙類を含む耐火材より軽量になり、虫も食わず、土の中に埋めれば分解速度が早くなる。
【０００６】
本発明の目的とするところは、耐火性、断熱性、遮音性に優れ、従来の紙類等を混合した耐火材に比べ、生産性が向上し、軽量で、虫が食わず、土の中に埋めた場合における分解速度が早い耐火材を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく様々な検討を重ねた結果、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を含む液体をゲル化させて得た耐火材及び、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を微粒子化させて得た耐火材が上記目的を達成することを見出し、本願発明をするに至った。
【０００８】
即ち、本願の請求項１記載の発明は、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を含んでなる液体をゲル化させ、乾燥して粒状（例えば、ペレット状）とした後、加圧成形して得た耐火材である。
【０００９】
この発明の好適形態においては、耐火液を含んでなる液体は、前記耐火液と１０重量％〜５０重量％のポリエチレングリコール、メチルアルコール又はエチルアルコールのいずれかとからなるものであり、加圧成形を１８０℃〜２８０℃で行う。
【００１０】
また、本願の請求項５記載の発明は、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を微粒子とし、その微粒子に水を加えて撹拌した後、加圧成形して得た耐火材である。
【００１１】
この発明の好適形態においては、水を微粒子１ｋｇ当たり１００〜３００ミリリットル加え、微粒子の粒径を１〜５マイクロメートルとし、加圧成形を１８０℃〜３００℃で行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１記載の耐火材は、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を含んでなる液体をゲル化させ、加圧成形して得る。
【００１３】
本願発明では、水酸化カリウム及び炭酸ナトリウムは粉末状又は粒状のものを使用し、メタルシリコンは塊状のものを使用する。この場合、粉末、粒、塊のそれぞれの大きさ（直径等）は、特に限定されず、粉末状又は粒状の水酸化カリウム、粉末状又は粒状の炭酸ナトリウム、塊状のメタルシリコンであれば、市販品を用いることができる。なお、炭酸ナトリウムについては、炭酸ナトリウムの無水塩（俗称「ソーダ灰」）を用いるのが好ましい。
【００１４】
本願発明で使用する耐火液は、反応槽内に、粉末状又は粒状の水酸化カリウム、粉末状又は粒状の炭酸ナトリウム、メタルシリコンの塊及び水を投入すると、自然に反応が開始され、生成される。
【００１５】
本願発明に使用する耐火液を生成する場合、反応槽にまず水酸化カリウムを投入し、その上に炭酸ナトリウム（ソーダ灰）を投入し、更にその上にメタルシリコンを置いてから水を投入するのが最も好ましい。反応槽に水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を投入すると、自然に反応が開始されるが、水酸化カリウムが激しく反応するため、水酸化カリウムを最下層に配置すると、反応槽内で下側から上側への対流が活発になることから、反応が進行しやすくなると考えられるからである。
【００１６】
本願発明に使用する耐火液の粘性は、反応に供する水酸化カリウム及び炭酸ナトリウムの総重量と加えた水の量の割合により変化し、反応に供する水酸化カリウム及び炭酸ナトリウムの総重量に対する水の量を減らすと、生成する耐火液の粘度は高くなり、逆に、水の量を増やすと、生成する耐火液の粘度は低くなる。ここで、反応槽に投入する水の量は、水酸化カリウムと炭酸ナトリウムの総重量の２．５倍程度から４．７倍程度が好ましい。水の量が水酸化カリウムと炭酸ナトリウムの総重量の２．５倍程度より少なくなると、生成反応が順調に進まなくなり、逆に水の量が水酸化カリウムと炭酸ナトリウムの総重量の４．７倍程度より多くなると、耐火性が低下するからである。なお、耐火液のｐＨも加える水の量により調整することができる。
【００１７】
耐火液の生成反応は、６０℃〜９０℃まで温度が上昇し、２時間〜１０時間で終了する。反応に供する水酸化カリウムなどの量が少なければ、生成反応に要する時間が短くなり、逆に水酸化カリウムなどの量が多ければ、生成反応に要する時間が長くなる。水を５０℃〜７０℃まで加熱して反応槽に投入すれば、生成反応に要する時間を短縮することができる。
【００１８】
反応が終了した後には、未反応のメタルシリコンが残る。未反応のメタルシリコンの量は、加えた水の量に依存し、反応槽に投入した水の量が増えると、耐火液の生成反応の終了時に残存するメタルシリコンの量も増加する。この未反応のメタルシリコンを水で洗浄した残留メタルシリコンは、耐火液の原料として再利用することができる。即ち、反応槽内に水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、残留メタルシリコン及び／又は新たなメタルシリコン及び水を順次投入することにより、２回目の耐火液の生成反応を開始することができる。
【００１９】
本願の請求項１記載の発明において、耐火液を含んでなる液体は、前記耐火液とポリエチレングリコール、メチルアルコール又はエチルアルコールのいずれかとからなるものであることが好ましい。耐火液とポリエチレングリコール、メチルアルコール又はエチルアルコールのいずれかを混合することによって、耐火液を含んでなる液体がゲル化しやすくなるからである。ここで、耐火液にポリエチレングリコール、メチルアルコール又はエチルアルコールのいずれかを混合する場合、ポリエチレングリコール、メチルアルコール又はエチルアルコールの量は１０重量％〜５０重量％とするのが好ましい。
【００２０】
本願の請求項１記載の発明においては、耐火液を含んでなる液体をゲル化した後、乾燥して粒状、例えばペレット状にする。乾燥させると粒状化しやすくなるからであり、粒状にすると製品たる耐火建材の仕上がりがよくなるからである。
【００２１】
ゲル化した耐火液を含んでなる液体の乾燥方法は、特に限定されないが、急速に乾燥しないことが重要であり、例えば、乾燥機を５０℃程度にして乾燥する方法や天日にさらして乾燥する方法などが挙げられる。
【００２２】
乾燥後に粒状化する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができるが、ペレット状に粒状化させることが好ましい。ペレット状にすれば成形しやすいからである。粒径は、１〜３ｍｍ程度にするのが好ましい。
【００２３】
本願発明の耐火材を得るために行う加圧成形としては、温プレス、圧延成形、押し出し成形が例示され、中でも装置のコスト及び操作の面等から温プレスが好ましいが、これに限定されず、公知の種々の加圧成形方法を用いることができる。
【００２４】
本願の請求項１記載の発明において加圧成形を行う場合には、１８０℃乃至２８０℃にて、３０分乃至６０分間行うことが好ましい。加圧成形温度が１８０℃より低いと、粒状物がしっかり固まらないからであり、逆に２８０℃より高いと、粒状物が発泡してしまうことがあり、耐火材の強度が低下するからである。
【００２５】
本願の請求項１乃至請求項４記載の耐火材は、耐火性、断熱性、遮音性に優れているので、これらの性能が要求される種々の用途に用いることができるが、特に、床材、外壁材、天井材、内装材等に適している。
【００２６】
本願の請求項５記載の耐火材は、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、メタルシリコン及び水を反応させて生成した耐火液を微粒子とし、その微粒子に水を加えて撹拌した後、加圧成形して得る。
【００２７】
本願の請求項５記載の発明においても、上記方法により得られた耐火液を使用する。
【００２８】
本願の請求項５記載の発明において、上記耐火液を微粒子化する方法は、上記耐火液を高温で長期間加熱しないものであれば、いずれの方法であっても使用することができる。本願の請求項５記載の発明に用いることができる微粒子化方法としては、例えば、噴霧乾燥による方法、超音波による方法、遠心力による方法、電磁界処理による方法が挙げられるが、微粒化した液滴に熱風を接触させ、瞬間に乾燥して微粒子を得る噴霧乾燥による方法が好ましい。
【００２９】
微粒子の形状は球形、方形に限らず、いずれの形状であってもよい。
【００３０】
微粒子の粒径は１〜５マイクロメートルが好ましい。粒径が５マイクロメートルより大きくなると、粒子が粗すぎて加圧成形後にできる耐火材の仕上がりが悪くなるからであり、逆に、粒径が１マイクロメートルより小さくなると、湿気を帯びて微粒子が固まってしまうからである。
【００３１】
本願の請求項５記載の発明において、微粒子化した耐火液に水を加えるのは、加圧成形の際微粒子が混ざりやすくなるからである。微粒子化した耐火液に加える水の量は、微粒子１ｋｇ当たり１００〜３００ミリリットルが好ましい。水の量が微粒子１ｋｇ当たり１００ミリリットルより少ないと、加圧成形の際に微粒子が混ざりにくくなって、加圧成形後にできる耐火材の強度が著しく低下するからであり、逆に、水の量が微粒子１ｋｇ当たり３００ミリリットルより多いと、加圧成型により発熱して微粒子が固形化するからである。
【００３２】
耐火液を微粒子化してこれに水を加えた後は、公知のニーダー、混合機などを用い、粘度がある程度上昇するまで撹拌する。
【００３３】
本願の請求項５記載の耐火材を得るために行う加圧成形は、本願の請求項１記載の発明と同様の方法を用いることができる。本願の請求項５記載の発明において加圧成形を行う場合には、１８０℃乃至３００℃にて、３０分乃至６０分間行うことが好ましい。加圧成形温度が１８０℃より低いと、粒状物がしっかり固まらないからであり、逆に３００℃より高いと、粒状物が早く固まりすぎ、加圧成形により得られた耐火材の強度が低下するからである。なお、本願の請求項５記載の発明においては、微粒子化させた耐火液に水を加えて撹拌した後、２７０〜２８０℃付近で加圧成形を行うと、セラミック化するのでより好ましい。
【００３４】
本願の請求項５乃至８記載の耐火材は、耐火性、断熱性、遮音性に優れているので、これらの性質が要求される種々の用途、例えば、建築材料、建具、家具の製造に使用され得る部材、家電製品の型枠等に用いることができるが、特に、超軽量であるため、段ボール、発泡スチロール製等のトレー等の包装用材料等、ビールケースの枠等に代えて、本発明の耐火材をこれらの形状に成形して用いると、運搬、取り扱いに優れている。
【００３５】
本願発明の耐火材は紙類等を含んでいないため、脱水処理等の製造工程が不要になり、生産性の向上が図られている。また、本願発明の耐火材を土に埋めた場合には、自然に分解してなくなるので、特別な廃棄物処理を行なう必要がなくなる。
【００３６】
【実施例】
（１）  耐火液の作成
（実施例１）
反応槽内に、粒状の水酸化カリウム３ｋｇ、粉末状の炭酸ナトリウムの無水塩（株式会社旭硝子製）２ｋｇ、市販のメタルシリコンの塊１５ｋｇを順次投入し、水２０リットルを投入したところ、自然に反応が開始され、最下層の水酸化カリウムが激しく反応し、反応槽内で下側から上側への対流が生じることが確認された。反応温度は、自然に８０℃〜９０℃に上昇したが、最高でも９２℃を越えることはなかった。反応は、３．５時間程度で終了した。反応終了後、残った固形物１ｂを分離して約２４ｋｇの耐火液１を得た。残った固形物の大部分は、メタルシリコンの塊であった。残った固形物を水で洗浄すると、約１３ｋｇのメタルシリコンが得られた。
【００３７】
（実施例２）
粒状の水酸化カリウムを粉末状の水酸化カリウムに代え、粉末状の炭酸ナトリウムの無水塩を粒状の炭酸ナトリウムの無水塩に代えた以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、耐火液２を得た。
【００３８】
（実施例３）
粉末状の炭酸ナトリウムの無水塩を粒状の炭酸ナトリウムの無水塩に代えた以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、耐火液３を得た。
【００３９】
（実施例４）
粒状の水酸化カリウムを粉末状の水酸化カリウムに代えた以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、耐火液４を得た。
【００４０】
実施例１〜４について、水酸化カリウム及び炭酸ナトリウムの形状並びにメタルシリコンの種類の一覧を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0003763053.tif 000002
【００４２】
（２）耐火液を含む液体をゲル化させて得られる耐火材の作成
（実施例５）
耐火液１を６ｋｇとポリエチレングリコール４ｋｇをミキサーに投入し、攪拌混合してゲル化物５ａを得た。ゲル化物５ａを薄くのばして天日で乾燥し、乾燥ゲル化物５ｂを得た。乾燥ゲル化物５ｂをミキサーで粉砕し、１〜３ｍｍ程度のペレット状粒状物５ｃを得た。ペレット状粒状物５ｃを１８０℃〜２８０℃で３０分間温プレスし、本願発明の耐火材５ｄを得た。耐火材５ｄは、厚さ０．９センチメートル、縦３０センチメートル、横３０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、０．９ｋｇであり、この大きさのものとしては軽量であった。
【００４３】
（実施例６）
耐火液１を耐火液２に代えた以外は実施例５と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材６ｄを得た。耐火材６ｄは、厚さ１センチメートル、縦３０センチメートル、横３０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１ｋｇであり、この大きさのものとしては軽量であった。
【００４４】
（実施例７）
耐火液１を耐火液３に代えた以外は実施例５と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材７ｄを得た。耐火材７ｄは、厚さ１．２センチメートル、縦３０センチメートル、横３０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．２ｋｇであり、この大きさのものとしては軽量であった。
【００４５】
（実施例８）
耐火液１を耐火液４に代えた以外は実施例５と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材８ｄを得た。耐火材８ｄは、厚さ１．２センチメートル、縦３０センチメートル、横３０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．２ｋｇであり、この大きさのものとしては軽量であった。
【００４６】
（実施例９）
ポリエチレングリコールをメチルアルコールに代えた以外は実施例５と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材９ｄを得た。耐火材９ｄは、厚さ１．３センチメートル、縦３０センチメートル、横３０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．４ｋｇであり、この大きさのものとしては軽量であった。
【００４７】
（実施例１０）
ポリエチレングリコールをエチルアルコールに代えた以外は実施例５と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材１０ｄを得た。耐火材１０ｄは、厚さ１．３センチメートル、縦３０センチメートル、横３０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．４ｋｇであり、この大きさのものとしては軽量であった。
【００４８】
（３）耐火液を微粒子化させて得られる耐火材の作成
（実施例１１）
耐火液１を噴霧乾燥装置（藤崎電気株式会社製、ＭＤＬ−０５０）により微粒子化し、微粒子１１ａを得た。微粒子１１ａの粒径は２マイクロメートルであった。
【００４９】
ミキサーに微粒子１１ａを１ｋｇ投入し、水を２００ミリリットル加え、撹拌し、ある程度粘度が上昇したところで撹拌を止めた。その後２８０℃で３０分間温プレスをし、本願発明の耐火材１１ｂを得た。耐火材１４ｂは、厚さ１センチメートル、縦６０センチメートル、横６０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．３ｋｇであり、この大きさのものとしては極めて軽量であった。
【００５０】
（実施例１２）
耐火液１を耐火液２に代え、実施例１１と同様の操作を繰り返し、微粒子１２ａを得た。微粒子１２ａの粒径は２マイクロメートルであった。
【００５１】
また、微粒子１１ａを微粒子１２ａに代えた以外は実施例１１と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材１２ｂを得た。耐火材１２ｂは、厚さ１．２センチメートル、縦６０センチメートル、横６０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．３５ｋｇであり、この大きさのものとしては極めて軽量であった。
【００５２】
（実施例１３）
耐火液１を耐火液３に代え、実施例１１と同様の操作を繰り返し、微粒子１３ａを得た。微粒子１３ａの粒径は２マイクロメートルであった。
【００５３】
また、微粒子１１ａを微粒子１３ａに代えた以外は実施例１１と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材１３ｂを得た。耐火材１３ｂは、厚さ１．２センチメートル、縦６０センチメートル、横６０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．４ｋｇであり、この大きさのものとしては極めて軽量であった。
【００５４】
（実施例１４）
耐火液１を耐火液４に代え、実施例１１と同様の操作を繰り返し、微粒子１４ａを得た。微粒子１４ａの粒径は２マイクロメートルであった。
【００５５】
また、微粒子１１ａを微粒子１４ａに代えた以外は実施例１１と同様の操作を繰り返し、本願発明の耐火材１４ｂを得た。耐火材１４ｂは、厚さ１．２センチメートル、縦６０センチメートル、横６０センチメートルの板状体にして、重さを測定したところ、１．４ｋｇであり、この大きさのものとしては極めて軽量であった。
【００５６】
（４）耐火材の性能実験
（実施例１５）
耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂの表面に１５００℃のガスバーナーの炎を３０分間近づけたが、いずれも、ガスバーナーの炎を近づけた側の裏面まで火が通ることはなかった。これにより、本願発明の耐火材の優れた耐火性を確認することができた。
【００５７】
（実施例１６）
耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂを別々の電気炉の中に入れ、全体が１０００℃を保ち、２時間加熱した。実験の間、ガスクロマトグラフィーで観察したが、いずれからも、煙、一酸化炭素等の有害ガスが検出されず、実験終了後に電気炉を開けても悪臭がしなかった。
【００５８】
（実施例１７）
耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂをそれぞれ床に置き、床から１メートル上方の位置からゴルフボールを自然に落下させたところ、床上の耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂに衝突したゴルフボールはいずれもほとんど跳ね返らなかった。これにより、本願発明の耐火材の優れた衝撃吸収能力を確認することができた。
【００５９】
（実施例１８）
耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂを用いてそれぞれ箱を作り、それぞれの箱の中にスイッチを入れたラジオを封入したところ、いずれの箱からもラジオの音が聞き取れなかった。これにより、本願発明の耐火材の優れた遮音性を確認することができた。
【００６０】
（実施例１９）
耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂを野菜畑に置き、野菜に虫がついているにもかかわらず消毒を行わないで６か月放置したが、いずれの試験片も虫が食わなかった。
【００６１】
（実施例２０）
土中に深さ１メートルの穴を掘り、耐火材５ｄ〜１０ｄ、１１ｂ〜１４ｂをその中に入れた後、土で穴を埋め、１２か月放置したところ、いずれの試験片も大きさが半分程度になっていた。これにより、本願発明の耐火材は土中に埋めれば２年程で分解してなくなるものと予想される。
【００６２】
【発明の効果】
本願発明の耐火材は、紙類等を混合しなくても、耐火性、断熱性、遮音性に優れ、一定の強度を有し、更に以下の効果を生じる。
【００６３】
（１）煮沸処理や脱水処理等の工程が不要となり、生産性が向上する。
【００６４】
（２）軽量になり、運搬性や作業性に優れている。特に請求項５乃至８記載の発明は、超軽量化を図ることができるため、特に頻繁に運搬されるもの、例えば、発泡スチロール等で製造されていた食材用のトレーのような包装用材料やビールケースの枠等の運搬用容器に好ましく使用することができる。
【００６５】
（３）建材等として用いても虫が食うことがない。
【００６６】
（４）不要になった場合であっても、土中に埋めれば２年程で分解してなくなると予想されるため、地球に優しく、リサイクルの促進に寄与する。
【００６７】
本願発明の耐火材は、高温加熱しても有毒ガスを発生するおそれがないため、人命保護、財産の保全等に有効である。