説明

シャモット及びシャモットを配合した粘土瓦

【課題】シャモットを大量に配合することが可能であって、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、曲げ強度が高く、かつ、吸水率が低い粘土瓦を提供すること。
【解決手段】粒径が125μm以下であって平均粒径が1〜10μmであるシャモットと、瓦用粘土と、可塑性付与剤と、粘結剤とを配合した粘土瓦。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粘土瓦の原料の一部であるシャモット、及びシャモットを配合した粘土瓦に関する。
【背景技術】
【0002】
粘土瓦の製造工程で発生する不良品の瓦や、家屋の解体工事により発生する廃棄瓦などは、年々大量に発生している。
昨今、地球環境への配慮から、不良品の瓦については粉砕されてシャモットとされ、窯業製品の原料の一部として再利用されているものの、その再利用の割合は現実には少なく、シャモットが過剰供給気味となっている。
廃棄瓦については、再利用の見通しがつかないことから、単に廃棄物として埋め立てられているのが現状である。
このようなことから、廃棄瓦についても粉砕してシャモットとし、不良品の瓦を粉砕したシャモットとともに、窯業製品の原料の一部として再利用されることが求められ、特に、粘土瓦の原料の一部として大量に再利用されることが求められている。
【0003】
従来、シャモットを配合した粘土瓦の製造においては、粒径0.5〜1mmが20〜50重量%、0.5mm未満が50〜80重量%であるセルベン粉砕物(予め焼結させたセラミック材料の総称。シャモットを含む。)を粘土原料に5〜25重量%配合するとともに、タルク粉末を配合して素地土を成形し、乾燥した後、焼成する高強度の粘土瓦の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、この従来例においては、シャモット等のセルベン粉砕物の配合量が5〜25重量%にとどまり、大量のセルベン粉砕物の粘土瓦への配合が困難であった。
【0004】
そのほか、瓦用粘土に、木節粘土、ワラストナイト、石灰などの粘結剤を3〜15重量%配合するとともに、粒径1mm以下のシャモットを15〜55重量%配合した後、成形し、焼成する粘土瓦が知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
しかし、この従来例においては、粒径1mm以下のシャモットを大量に配合して粘土瓦のリサイクル化を図れるものの、シャモットの配合量を多くするに比例して、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率が高まるおそれがあった。
【0006】
なぜなら、微粉砕されたものではない、粒径1mm以下程度の粗いシャモットでは、瓦用粘土に配合して粘土瓦を製造した際に、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まらないため、密度が低くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が大きなものとなって焼結性が低下し、全体の密度が低くなってしまうからである。
【特許文献1】特開平9−194250号公報
【特許文献2】特開2000−256056号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この発明が解決しようとする課題は、シャモットを大量に配合することが可能であって、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、曲げ強度が高く、かつ、吸水率が低い粘土瓦を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1の課題解決手段は、
後に瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合するための瓦用原料の一部であって、粒径が125μm以下であり、平均粒径が1〜10μmであるシャモットである。
【0009】
第2の課題解決手段は、
第1の課題解決手段のシャモットであって、10μm以下が50〜69重量%、10〜30μmが30〜49重量%、30〜125μmが6重量%以下のものである。
【0010】
第3の課題解決手段は、
第1の課題解決手段のシャモットであって、10μm以下が50〜69重量%、10〜30μmが30〜49重量%、30〜63μmが5重量%以下、63〜125μmが1重量%以下のものである。
【0011】
第4の課題解決手段は、
第1〜3のうちいずれかの課題解決手段であるシャモットと、瓦用粘土と、可塑性付与剤と、粘結剤とを配合した粘土瓦である。
【0012】
第5の課題解決手段は、
第4の課題解決手段である粘土瓦であって、前記シャモットの配合率を全体の25〜60重量%とし、前記瓦用粘土の配合率を全体の40〜75重量%としたものである。
【発明の効果】
【0013】
第1の課題解決手段は、上記のように構成されているから、以下の作用効果を奏する。
一般的な瓦用粘土は125μm以上の粗粒子を10〜20重量%含んでいる。
この粗粒子の多くは石英であり、材料強度を低下させる破壊源となることが知られている。
第1の課題解決手段であるシャモットは、上記の構成のように、微粉砕されたものであることから、粗大破壊源となる石英粗粒子をほとんど含んでいない。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、シャモットの配合割合に応じて、原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度を高くすることができる。
【0014】
また、上記シャモットは、微粉砕されたものであることから、比表面積が大きく、活性化されたものとなっているため、焼結性に優れ、約1000℃以上で焼成されると粒子自身が焼き締まって密度が高くなる。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まって密度が高くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が微細なものとなって、焼結性が高まり、全体の密度を高めることができるため、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率を低くすることができる。
【0015】
第2の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第1の課題解決手段と同様な作用効果を奏する。
第3の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第1の課題解決手段と同様な作用効果を奏する。
【0016】
第4の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第1の課題解決手段と同様な作用効果を奏するほか、以下の作用効果を奏する。
可塑性付与剤の働きによって、可塑性の低い性質を持つシャモット全体の可塑性を高めるとともに、粘結剤の働きによって、略球状であるシャモットの粒子間、及び略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との間の結合力を高めることができる。
このため、瓦用粘土に大量のシャモットを配合したとしても、原料全体の成形性を高めることができ、所望の瓦形状に成形することができる。
【0017】
第5の課題解決手段は、上記のように構成されているから、第4の課題解決手段と同様な作用効果を奏するほか、以下の作用効果を奏する。
原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を最大60重量%減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度をいっそう高くするとともに、吸水率をいっそう低くすることができる。
このため、シャモットを大量に配合した粘土瓦を提供することができるため、大量のシャモットを再利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、粘土瓦の原料の一部であるシャモット、及びシャモットと瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤とを配合した粘土瓦である。
【0019】
前記シャモットについて説明する。
前記シャモットは、粘土瓦の製造工程で発生する不良品の瓦や、家屋の解体工事により発生する廃棄瓦などを、すべての粒径が125μm以下であって、平均粒径が1〜10μmの範囲となるように、破砕機等によって破砕した後、粉砕機等によって微粉砕し、必要に応じて、分級機等によって分級したものである。
なお、上記シャモットの1〜10μmの範囲における平均粒径は、小さければ小さいほど望ましいものとなる。
なお、ここでの「平均粒径」とは、累積粒度分布曲線において、累積50%目にあたる粒径のことをいう。
【0020】
また、前記シャモットは、10μm以下が50〜69重量%、10〜30μmが30〜49重量%、30〜125μmが6重量%以下の範囲にあるものや、10μm以下が50〜69重量%、10〜30μmが30〜49重量%、30〜63μmが5重量%以下、63〜125μmが1重量%以下の範囲にあるものが望ましい。
【0021】
上記シャモットは、平均粒径が1〜10μmの範囲にある微粉砕されたものであることから、粗大破壊源となる石英粗粒子をほとんど含んでいない。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、シャモットの配合割合に応じて、原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度を高くすることができる。
【0022】
また、上記シャモットは、微粉砕されたものであることから、比表面積が大きく、活性化されたものとなっているため、焼結性に優れ、約1000℃以上で焼成されると粒子自身が焼き締まって密度が高くなる。
このため、後に粘土瓦の原料の一部として、上記シャモットを、瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合し、一般的な瓦の製造工程を経て、製品としての粘土瓦に仕上げた際には、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まって密度が高くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が微細なものとなって、焼結性が高まり、全体の密度を高めることができるため、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率を低くすることができる。
【0023】
前記瓦用粘土について説明する。
前記瓦用粘土は、瓦の製造に用いられる一般的な粘土質原料であって、鉱物組成が、石英、長石、セリサイト、ロウ石鉱物、スメクタイト、緑泥石などであり、化学組成が、二酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化鉄(Fe)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)などのものである。
【0024】
前記可塑性付与剤について説明する。
前記可塑性付与剤は、ベントナイト、木節粘土、蛙目粘土、又はロウ石のうちいずれかの一種を用いる。
なお、これらの可塑性付与剤は、同時に数種又は全種用いるとしても良い。
これらの可塑性付与剤は、可塑性の低い性質を持つシャモット全体の可塑性を高める働きをする。
【0025】
前記ベントナイトは、モンモリロナイトを主成分とする粘土鉱物であって、膨潤性に富んだ性質を持ち、水分を得ることにより自らの体積を何倍にも膨張させることができるものである。
前記木節粘土は、花崗岩に由来する風化堆積粘土であって、炭化した木片を含むものであり、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、石英、モンモリロナイト、イライト、長石などを伴うものである。
【0026】
前記蛙目粘土は、花崗岩の風化によって生成された粘土であって、石英粗粒子が多く含まれるとともに、カオリナイトを主とし、ハロイサイト、モンモリロナイト、イライト、長石などを伴うものである。
前記ロウ石は、パイロフィライトを含む粘土であって、カオリン、セリサイトを主としたものである。
【0027】
前記粘結剤について説明する。
前記粘結剤は、リグニン又はフミン酸のうちいずれかの一種を用いる。
なお、これらの粘結剤は、同時に用いるとしても良い。
これらの粘結剤は、略球状であるシャモットの粒子間、及び略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との間の結合力を高める、いわゆる糊の働きをする。
【0028】
前記リグニンは、植物の細胞間にある高分子化合物であって、パルプ生産時の副産物である蒸解溶出液を原液として精製されたものであり、リグニンスルホン酸を主成分とした粘結性の高い性質を持つものである。
前記フミン酸は、フミン質(腐植質)を構成する酸性成分の一種であって、バインダー効果を持つものである。
【0029】
前記シャモットと前記瓦用粘土と前記可塑性付与剤と前記粘結剤との配合は、これらに水を適量加えるとともに、混合機によって行う。
その際、前記シャモットを全体の25〜60重量%とし、前記瓦用粘土を全体の40〜75重量%とし、前記可塑性付与剤を、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する1〜3重量%とし、前記粘結剤を、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する0.5〜2重量%として配合する。
【0030】
なお、上記成分の各配合率は、これに限定されるものではなく、前記シャモットと前記瓦用粘土との配合率の組み合わせを様々なものとしても良い。
また、非常に高い可塑性と粘結性とを望む場合には、前記可塑性付与剤と前記粘結剤との各配合率を単に増やしてやれば良い。
【0031】
上記によって得られた原料は、一般的な瓦の製造方法に準じて、混練機による混練工程を経た後、真空土練機及びプレス機による成形工程を経て所望の瓦形状に成形される。
なお、原料には大量のシャモットが配合されているものの、可塑性付与剤によって、可塑性の低い性質を持つシャモットの可塑性が高められるとともに、粘結剤によって、略球状であるシャモットの粒子間、及び略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との間の結合力が高められることから、原料全体の成形性が高められ、真空土練機とプレス機とを介して所望の瓦形状に成形することができる。
【0032】
さらに、真空土練機とプレス機によって所望の瓦形状に成形された荒地は、引き続き、一般的な瓦の製造工程である、乾燥ラインにおける乾燥工程と、施釉ラインにおける施釉工程と、焼成ラインにおける焼成工程とを経て、製品としての粘土瓦に仕上げられる。
この際、配合されたシャモットが微粉砕されたものであり、粗大破壊源となる石英粗粒子をほとんど含んでいないものとなっていることから、原料全体の粗大破壊源となる粗粒子を最大60重量%減少させることができ、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の曲げ強度を高くすることができる。
【0033】
また、配合されたシャモットが微粉砕されたものであることから、比表面積が大きく、活性化されたものとなっているため、略球状であるシャモットの粒子自身が焼き締まって密度が高くなるとともに、略球状であるシャモットの粒子と略平板状である瓦用粘土の粒子との隙間が微細なものとなって、焼結性が高まり、全体の密度を高めることができるため、瓦用粘土のみを原料とする一般の粘土瓦と比べ、粘土瓦の吸水率を低くすることができる。
【実施例】
【0034】
以下、実施例について、表1及び図1を参照しながら説明する。
表1に示すとおり、本発明の実施例との比較例である「瓦用粘土」、「シャモットA」、及び「シャモットB」と、本発明の実施例である「シャモットC」及び「シャモットD」の5種類のものを用意し、それぞれの吸水率と曲げ強度の比較測定を行った。
表1の瓦用粘土の原料は、一般的な粘土瓦の原料である瓦用粘土を100重量%とし、さらに水を適量加えたものである。
【0035】
表1のシャモットAの原料は、瓦用粘土を全体の50重量%とし、シャモットを全体の50重量%とし、可塑性付与剤であるベントナイトを、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する1重量%とし、粘結剤であって含水率が50重量%であるリグニンを、前記シャモットと前記瓦用粘土との合計重量に対する0.5重量%として配合し、さらに水を適量加えたものである。
シャモットAにおいて配合されるシャモットは、不良品瓦を破砕機により約15mm以下に破砕した後、上記破砕物を回転式縦型ミルにて約0.5mm(500μm)以下に粉砕したものであり、愛知県陶器瓦工業組合にて市販されているものである。
【0036】
シャモットAにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図1に示すとおり、1μm以下が0.6重量%、1〜2μmが2.9重量%、2〜5μmが7.7重量%、5〜10μmが14.3重量%、10〜15μmが10.2重量%、15〜20μmが7.2重量%、20〜25μmが6.0重量%、25〜30μmが5.6重量%、30〜35μmが1.6重量%、35〜40μmが1.6重量%、40〜63μmが10.7重量%、63〜125μmが23.0重量%、125〜250μmが8.3重量%、250〜500μmが0.3重量%のものであり、平均粒径が26μmのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。
【0037】
表1のシャモットBの原料は、シャモットAの原料と同成分及び同配合率のものである。
シャモットBにおいて配合されるシャモットは、シャモットAにおいて配合されるシャモットを、さらに、ボールミルにて約24時間追加粉砕した後、63μmの標準篩いにて分級したものである。
シャモットBにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図1に示すとおり、1μm以下が1.4重量%、1〜2μmが5.7重量%、2〜5μmが15.1重量%、5〜10μmが22.7重量%、10〜15μmが18.7重量%、15〜20μmが13.3重量%、20〜25μmが10.1重量%、25〜30μmが9.0重量%、30〜35μmが1.4重量%、35〜40μmが1.5重量%、40〜63μmが1.1重量%のものであり、平均粒径が12μmのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。
【0038】
表1のシャモットCの原料は、シャモットAの原料と同成分及び同配合率のものである。
シャモットCにおいて配合されるシャモットは、シャモットAにおいて配合されるシャモットを、さらに、ボールミルにて約48時間追加粉砕したものである。
シャモットCにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図1に示すとおり、1μm以下が5.8重量%、1〜2μmが8.2重量%、2〜5μmが22.4重量%、5〜10μmが23.0重量%、10〜15μmが14.6重量%、15〜20μmが9.2重量%、20〜25μmが6.8重量%、25〜30μmが5.9重量%、30〜35μmが1.2重量%、35〜40μmが1.2重量%、40〜63μmが1.5重量%、63〜125μmが0.2重量%のものであり、平均粒径が8μmのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。
【0039】
表1のシャモットDの原料は、シャモットAの原料と同成分及び同配合率のものである。
シャモットDにおいて配合されるシャモットは、シャモットAにおいて配合されるシャモットを、さらに、ボールミルにて約40時間追加粉砕した後、45μmの標準篩いにて分級したものである。
シャモットDにおいて配合されるシャモットの粒度分布は、図1に示すとおり、1μm以下が3.8重量%、1〜2μmが6.9重量%、2〜5μmが19.4重量%、5〜10μmが24.9重量%、10〜15μmが18.1重量%、15〜20μmが12.1重量%、20〜25μmが7.8重量%、25〜30μmが6.4重量%、30〜35μmが0.3重量%、35〜40μmが0.3重量%のものであり、平均粒径が9μmのものである。
なお、上記粒度分布は、篩い分け法及びレーザー回折・散乱法により測定したものである。
【0040】
上記の各原料を、一般的な瓦の製造方法に準じて、まず、混練機によって混練した後、真空土練機によって、幅30mm、長さ170mm、厚さ15mmの直方体に成形した。
さらに、上記の各直方体を、乾燥室にて35℃で10時間熱風乾燥させた後、電気炉にて、昇温速度を60℃/hとし、かつ、最高温度を1130℃として1時間焼成した。
そして、上記によって得られた各直方体の吸水率と曲げ強度を測定した。
【0041】
吸水率(%)の測定は、次のふたとおり行った。
ひとつめは、24H自然吸水法として、各直方体を、水温20℃の清水中に木端立てし、その上面が水面下10cmとなるように全形を浸し、24時間経過した後、清水中から取り出して手早く湿布でふいた後、吸水率を測定した。
ふたつめは、3H煮沸吸水法として、各直方体を、3時間煮沸し、水温20℃の清水中にて清水の温度まで冷却した後、清水中から取り出して手早く湿布でふいた後、吸水率を測定した。
【0042】
曲げ強度(MPa)の測定は、次のとおり行った。
各直方体を、スパン150mmの両端に平行に並べた、2本の直径5mmの鋼製丸棒にて支持した後、直方体の上面の前記スパン中央に、上記2本の鋼製丸棒と平行させて、1本の直径5mmの鋼製丸棒を荷重速度0.5/minにて載荷し、曲げ強度を測定した。
【0043】
【表1】

【0044】
表1の結果から、以下のことが示された。
シャモットAの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、24H自然吸水法においては2.9%も高い8.5%であり、3H煮沸吸水法においては3.7%も高い11.2%であった。
また、シャモットAの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて3MPaも低い15.3MPaであった。
シャモットBの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、24H自然吸水法においては0.5%も高い6.1%であり、3H煮沸吸水法においては1.7%も高い9.2%であった。
また、シャモットBの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて2.1MPaも高い20.4MPaであった。
【0045】
シャモットCの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、24H自然吸水法においては0.3%も低い5.3%であり、3H煮沸吸水法においては1%も低い6.5%であった。
また、シャモットCの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて3.9MPaも高い22.2MPaであった。
シャモットDの吸水率は、瓦用粘土の吸水率に比べて、24H自然吸水法においては0.1%も低い5.5%であり、3H煮沸吸水法においては0.2%も低い7.3%であった。
また、シャモットDの曲げ強度は、瓦用粘土の曲げ強度に比べて4.1MPaも高い22.4MPaであった。
【0046】
したがって、本発明の実施例である、シャモットCとシャモットDは、シャモットを大量に配合しているものの、瓦用粘土と比べ、曲げ強度が高く、かつ、吸水率が低いものであることが明らかとなった。
なお、本発明の実施例及び比較例の形状は、直方体に成形したものであって、瓦形状に成形したものではないものの、これらの測定結果は、測定対象及び測定方法の内容から、瓦形状に成形した場合における測定結果と同視できるものである。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】実施例及び比較例における配合シャモットの粒度分布を示したものである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
後に瓦用粘土と可塑性付与剤と粘結剤と一緒に配合するための瓦用原料の一部であって、
粒径が125μm以下であり、
平均粒径が1〜10μmであるシャモット。
【請求項2】
10μm以下が50〜69重量%、10〜30μmが30〜49重量%、30〜125μmが6重量%以下である請求項1記載のシャモット。
【請求項3】
10μm以下が50〜69重量%、10〜30μmが30〜49重量%、30〜63μmが5重量%以下、63〜125μmが1重量%以下である請求項1記載のシャモット。
【請求項4】
請求項1〜3のうちいずれかの請求項に記載のシャモットと、
瓦用粘土と、
可塑性付与剤と、
粘結剤とを配合した粘土瓦。
【請求項5】
前記シャモットの配合率を全体の25〜60重量%とし、
前記瓦用粘土の配合率を全体の40〜75重量%とした請求項4記載の粘土瓦。

【図1】
image rotate


【公開番号】特開2009−46346(P2009−46346A)
【公開日】平成21年3月5日(2009.3.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−213351(P2007−213351)
【出願日】平成19年8月20日(2007.8.20)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成18年度、経済産業省、中小企業地域新生コンソーシアム研究開発委託事業、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(391008283)高浜工業株式会社 (12)
【出願人】(000116622)愛知県 (99)
【出願人】(304000836)学校法人 名古屋電気学園 (22)