説明

けい酸カルシウム保温材の製造方法

【課題】 けい酸カルシウム保温材の断熱性能を、特殊な設備を用いずに更に向上させるための、けい酸カルシウム保温材の製造方法を提供すること。
【解決手段】 (1)密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム成形体を準備する工程と、(2)前記けい酸カルシウム成形体を乾燥状態とし、密度が0.3〜0.4g/cm3となるように圧縮成形する工程とを有することを特徴とするけい酸カルシウム保温材の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、けい酸カルシウム保温材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
けい酸カルシウム材とは、マトリックスがけい酸カルシウム水和物(トバモライト、ゾノトライト等)で形成された材料であり、石灰質原料とけい酸質原料とを主原料とし、必要に応じてその他の原料とともに湿式または乾式で混合し、成形し、オートクレーブ養生してけい酸カルシウム水和物を生成させることにより硬化させる方法、あるいは原料を混合して得た原料スラリーをオートクレーブ養生してけい酸カルシウム水和物を合成し、脱水成形した後乾燥して硬化させる方法等により製造されている。けい酸カルシウム材は断熱性能を有していることから、保温材として広く使用されてきた材料であり、その断熱性能を高めるため、酸化チタン等の熱遮蔽性能を有する添加物を含有させる技術も行われてきた(特許文献1)。しかし、この方法によって得られたけい酸カルシウム材の断熱性能は、けい酸カルシウム自体が有している断熱性能に、熱遮蔽性能を有する添加物の効果が上積みされるにすぎない。
【0003】
また、けい酸カルシウム保温材については、使用済みとなった保温材を加圧圧縮し、減容する技術が開示されている(特許文献2)。しかし、特許文献2に開示されている技術は、保温材を減容処理して体積を減少させて廃棄処理するための技術であり、保温材としての断熱性能を高める技術については、開示も示唆もなされていない。
【特許文献1】特開昭62−143854号公報
【特許文献2】特開平11−123369号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、けい酸カルシウム保温材の断熱性能を、特殊な設備を用いずに更に向上させるための、けい酸カルシウム保温材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第1の発明は、
(1)密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム成形体を準備する工程と、
(2)前記けい酸カルシウム成形体を乾燥状態とし、密度が0.3〜0.4g/cm3となるように圧縮成形する工程と
を有することを特徴とするけい酸カルシウム保温材の製造方法である。
本発明の第2の発明は、前記けい酸カルシウム保温材が、金属酸化物および/または炭化けい素を60質量%以下の割合で含有することを特徴とする前記第1の発明に記載のけい酸カルシウム保温材の製造方法である。
本発明の第3の発明は、前記金属酸化物および炭化けい素の平均粒径が1〜20μmであることを特徴とする前記第2の発明に記載のけい酸カルシウム保温材の製造方法である。
本発明の第4の発明は、前記金属酸化物が、酸化チタン粉末、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化ジルコニウム粉末から選択された少なくとも1種であることを特徴とする前記第2または第3の発明に記載のけい酸カルシウム保温材の製造方法である。
【発明の効果】
【0006】
本発明の製造方法を用いれば、従来より公知のけい酸カルシウム保温材を基にして、特殊な設備を必要とせずに、断熱性能の高いけい酸カルシウム保温材を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、本発明の特徴およびそれによる作用効果について、実施の形態によって更に詳しく説明する。
【0008】
本発明の製造方法における(1)工程は、密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム成形体を準備する工程である。
密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム成形体は、以下のような方法で製造することができる。すなわち、主原料として石灰質原料(消石灰、生石灰等)とけい酸質原料(珪石粉末等の結晶質シリカ、けいそう土等の非晶質シリカ)を用い、マトリックスがトバモライトである場合は、原料のCaO/SiO2モル比(以下、C/Sと記す)を0.6〜0.9に調整し、また、マトリックスがゾノトライトである場合は、C/Sを0.9〜1.1に調整し、必要に応じて繊維原料(木質パルプ、ガラス繊維等)を添加した後湿式混合し、トバモライトの場合は約180℃、ゾノトライトの場合は約200℃の飽和水蒸気下でオートクレーブ養生し、所望のけい酸カルシウム水和物(トバモライト、ゾノトライト等)を生成させ、加圧脱水して成形し、乾燥して硬化させる。加圧脱水するときの圧力は、原料の粒度等によっても異なるが、密度が0.2g/cm3のけい酸カルシウム材の場合でおおむね0.5〜2.0MPa、密度が0.1g/cm3のけい酸カルシウム材の場合でおおむね0.05〜0.2MPaである。
なお本発明でいう密度は、JIS A 9510「無機多孔質保温材」に準拠して測定された値である。
【0009】
また、原料を混合した後加圧成形し、次いでオートクレーブ養生を行い硬化させることにより、密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム材を製造してもよい。
【0010】
けい酸カルシウム成形体の密度が0.2g/cm3を上回ると、本発明を適用しても、けい酸カルシウム保温材の断熱性能があまり向上しない。また、密度が0.1g/cm3を下回ると、成形不良が生じハンドリングができないという問題を生ずるので好ましくない。さらに好ましいけい酸カルシウム成形体の上記密度範囲は、0.13〜0.18g/cm3である。
【0011】
なお、(1)工程では、密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム成形体であれば、前記のように各種出発原料を用いて製造する必要はなく、けい酸カルシウム成形体の廃材等を用いることもできる。
【0012】
(1)工程で得られるけい酸カルシウム成形体の形状は、最終製品であるけい酸カルシウム保温材の形状にほぼ近い状態であることが望ましい。
【0013】
本発明の製造方法における(2)工程は、(1)工程で得られたけい酸カルシウム成形体を乾燥状態とし、密度が0.3〜0.4g/cm3となるように圧縮成形する工程である。
本発明でいう乾燥状態とは、けい酸カルシウム成形体に含まれる水分含量が10質量%以下である状態を意味し、好ましい水分含量は5質量%以下である。該水分含量は、けい酸カルシウム成形体の105℃で24時間乾燥前後の質量から、下式で算出することができる。
水分含量={(けい酸カルシウム成形体の乾燥前の質量−けい酸カルシウム成形体の乾燥後の質量)/(けい酸カルシウム成形体の乾燥後の質量)} × 100 (%)
【0014】
乾燥状態のけい酸カルシウム成形体は、密度が0.3〜0.4g/cm3となるように圧縮成形され、本発明のけい酸カルシウム保温材が得られる。圧縮成形後の密度が0.3g/cm3を下回ると、断熱性能の向上効果が発現せず、また強度増加も不十分であるという問題を生ずる。また、密度が0.4g/cm3を上回ると密度増加による固体伝熱増大の影響が大きくなり、低温域から高温域にかけて熱伝導率が増大してしまうという問題を生ずるので好ましくない。さらに好ましい圧縮成形後の上記密度範囲は、0.33〜0.38g/cm3である。圧縮成形は、公知の方法を適宜採用して行えばよい。
【0015】
また本発明の好適な形態は、前記けい酸カルシウム保温材が、金属酸化物および/または炭化けい素(以下、添加材という)を60質量%以下の割合で含有する形態であり、これら添加材の配合により、断熱性能を相乗的に高めることができる。該添加材のけい酸カルシウム保温材中の好ましい添加量は、20〜40質量%である。該添加量が20質量%以上であることにより、けい酸カルシウム保温材の断熱性能がさらに向上する。また40質量%以下であることにより、けい酸カルシウム保温材の成形性およびハンドリング性を減じることがない。
【0016】
金属酸化物としては、酸化チタン(チタニア)粉末、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム(ジルコニア)粉末またはこれらの混合物が、断熱性能向上性の観点から好ましい。
また、上記添加材は、平均粒径が1〜20μmであることがとくに好ましい。この平均粒径の範囲内であると、けい酸カルシウム保温材の断熱性能を一層向上させることができる。該平均粒径が1μm以上であることにより、赤外線の反射効果が高まり、熱線の反射性が向上し、20μm以下であることにより、けい酸カルシウム保温材中の添加材の存在が密となり、熱線の反射性が高まるという効果を奏する。さらに好ましい上記平均粒径は、5〜15μmである。平均粒径は、市販されている測定機器、例えば(株)島津製作所製商品名SALD−2000により測定できる。
【実施例】
【0017】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。
【0018】
(実施例1)
(1)工程
粉末珪石及び消石灰をC/S=1.0に調整し、固形分に対して12質量倍の水に分散し撹拌下200℃−8時間のオートクレーブ養生を行って、ゾノトライトからなるけい酸カルシウムスラリーを得た。次いで得られたけい酸カルシウム固形分100質量部に対し、パルプ繊維5質量部を混合し、プレス脱水成形し板状としたのち乾燥し、密度が0.15g/cm3の成形体を得た。
(2)工程
続いて、該成形体を120℃で24時間乾燥し、水分含量を2.0質量%に調整し、圧縮成形を行い、密度が0.35g/cm3のけい酸カルシウム保温材を得た。該保温材のサイズは、縦600mm、横300mm、厚さ50mmの板状であった。
得られたけい酸カルシウム保温材の曲げ強度および熱伝導率を測定した。曲げ強度はJIS A 9510に基づき、熱伝導率はJIS A 1412に基づき測定した。結果を表1に示す。
【0019】
(比較例1)
実施例1の(1)工程で得られた成形体(従来法で得られた保温材)の曲げ強度および熱伝導率を測定した。結果を表1に示す。
【0020】
(比較例2)
実施例1において、(2)工程の圧縮成形後の密度が0.45g/cm3であるけい酸カルシウム保温材としたこと以外は、実施例1を繰り返した。結果を表1に示す。
【0021】
(比較例3)
実施例1において、(1)工程で得た成形体の密度を0.25g/cm3としたこと以外は、実施例1を繰り返した。結果を表1に示す。
【0022】
(比較例4)
実施例1において、(2)工程での水分含量を150質量%とした以外は、実施例1を繰り返した。結果を表1に示す。
【0023】
【表1】

【0024】
(実施例2)
(1)工程
粉末珪石及び消石灰をC/S=1.0に調整し、固形分に対して12質量倍の水に分散し撹拌下200℃−8時間のオートクレーブ養生を行って、ゾノトライトからなるけい酸カルシウムスラリーを得た。次いで得られたけい酸カルシウム固形分100質量部に対し、平均粒径5μmのルチル型酸化チタン35質量部及びパルプ繊維5質量部を混合し、プレス脱水成形し板状としたのち乾燥し、密度が0.15g/cm3の成形体を得た。
(2)工程
続いて、該成形体を120℃で24時間乾燥し、水分含量を2.0質量%に調整し、圧縮成形を行い、密度が0.35g/cm3のけい酸カルシウム保温材を得た。該保温材のサイズは、縦600mm、横300mm、厚さ50mmの板状であった。
得られたけい酸カルシウム保温材の曲げ強度および熱伝導率を測定した。曲げ強度はJIS A 9510に基づき、熱伝導率はJIS A 1412に基づき測定した。結果を表2に示す。
【0025】
(比較例5)
実施例2の(1)工程で得られた成形体(従来法で得られた保温材)の曲げ強度および熱伝導率を測定した。結果を表2に示す。
【0026】
【表2】

【0027】
実施例1では、作製されたけい酸カルシウム保温材の曲げ強度が市販製品と同等以上であり、実用上十分な強度を有するとともに、優れた熱伝導率を示し、保温材として有用であることが分かる。
実施例1に対し、比較例1では、従来法に従って成形したものであるため曲げ強度および熱伝導率が実施例の数値に比べ悪化している。
比較例2では、(2)工程の圧縮成形後の密度が0.45g/cm3であり、本発明の範囲外であるので、熱伝導率が実施例の数値に比べ悪化している。
比較例3では、(1)工程で得た成形体の密度を0.25g/cm3とし、本発明の範囲外であるので、熱伝導率が実施例の数値に比べ悪化している。
比較例4では、(2)工程での圧縮成形前の成形体の水分含量を150質量%とし、非乾燥状態のまま圧縮成形を行ったので、熱伝導率が実施例の数値に比べ悪化している。
実施例2では、作製されたけい酸カルシウム保温材の曲げ強度が市販製品と同等以上であり、実用上十分な強度を有するとともに、優れた熱伝導率を示し、保温材として有用であることが分かる。なお、実施例2では添加材として酸化チタンを配合しているため、一層優れた断熱性能が認められる。
実施例2に対し、比較例5では、従来法に従って成形したものであるため曲げ強度および熱伝導率が実施例の数値に比べ悪化している。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明の製造方法を用いれば、従来より公知のけい酸カルシウム保温材を基にして、特殊な設備を必要とせずに、断熱性能の高いけい酸カルシウム保温材を容易に製造することができる。とくに本発明では、(1)工程におけるけい酸カルシウム成形体の密度条件を満たせば、出発材料としてけい酸カルシウム成形体の廃材等を用いることができ、リサイクル面、環境面等にも有利である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(1)密度が0.1〜0.2g/cm3のけい酸カルシウム成形体を準備する工程と、
(2)前記けい酸カルシウム成形体を乾燥状態とし、密度が0.3〜0.4g/cm3となるように圧縮成形する工程と
を有することを特徴とするけい酸カルシウム保温材の製造方法。
【請求項2】
前記けい酸カルシウム保温材が、金属酸化物および/または炭化けい素を60質量%以下の割合で含有することを特徴とする請求項1に記載のけい酸カルシウム保温材の製造方法。
【請求項3】
前記金属酸化物および炭化けい素の平均粒径が1〜20μmであることを特徴とする請求項2に記載のけい酸カルシウム保温材の製造方法。
【請求項4】
前記金属酸化物が、酸化チタン粉末、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化ジルコニウム粉末から選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項2または3に記載のけい酸カルシウム保温材の製造方法。

【公開番号】特開2008−239458(P2008−239458A)
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−86658(P2007−86658)
【出願日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【出願人】(000126609)株式会社エーアンドエーマテリアル (99)
【Fターム(参考)】