Manufacturing method of calcium silicate heat insulating material

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。

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。

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。

特開昭６２−１４３８５４号公報

特開平１１−１２３３６９号公報

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。

本発明の第１の発明は、
（１）密度が０．１〜０．２ｇ／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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。

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。

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。

本発明の製造方法における（１）工程は、密度が０．１〜０．２ｇ／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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／ＳｉＯ ₂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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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。

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／ｃｍ ³のけい酸カルシウム材を製造してもよい。

けい酸カルシウム成形体の密度が０．２ｇ／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³である。

なお、（１）工程では、密度が０．１〜０．２ｇ／ｃｍ ³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。

（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。

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／ｃｍ ³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 （％）

乾燥状態のけい酸カルシウム成形体は、密度が０．３〜０．４ｇ／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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。

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。

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。

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。

（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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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。

（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。

（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／ｃｍ ³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。

（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／ｃｍ ³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。

（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。

(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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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。

（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。

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／ｃｍ ³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／ｃｍ ³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。

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。