多孔質セラミックス材の製造方法および多孔質セラミックス材
【課題】 噴霧乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能な多孔質セラミックス材の製造方法、およびこの製造方法によって製造される多孔質セラミックス材を提供する。
【解決手段】 噴霧乾燥工程Ｓ２において、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を噴霧し、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させ、成形工程Ｓ３において、乾燥物を所望の形状に成形し、焼成工程Ｓ４において、成形物を焼成する。
【解決手段】 噴霧乾燥工程Ｓ２において、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を噴霧し、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させ、成形工程Ｓ３において、乾燥物を所望の形状に成形し、焼成工程Ｓ４において、成形物を焼成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質セラミックス材の製造方法および多孔質セラミックス材に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質セラミックス材は、耐熱性や耐久性が高く、かつ、軽量であるので、タイル材などの建材として用いられる。また、多孔質セラミックス材は、食器などの陶器としても用いられる。
【０００３】
特許文献１には、多孔質タイル材を製造する製造方法が記載されている。特許文献１に記載の製造方法では、泥しょうと無機バルーンであるフライアッシュバルーンとを混合し、混合物をスプレードライヤによって噴霧乾燥した後、乾燥物を乾式プレスして所定の形状に成形し、成形物を焼成することで、多孔質タイル材を製造している。
【０００４】
また、特許文献２，３には、多孔質陶器を製造する製造方法が記載されている。特許文献２に記載の製造方法では、フライアッシュバルーンを混練した粘土に、蹈鞴、轆轤、湿式プレスなどの可塑成形を行って所定の形状に成形し、成形物を焼成することで、多孔質陶器を製造している。特許文献３に記載の製造方法では、有機バルーンを混練した粘土に、蹈鞴、轆轤、湿式プレスなどの可塑成形を行って所定の形状に成形し、成形物を焼成することで、多孔質陶器を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０２３６９号公報
【特許文献２】特許第３５４１２１５号公報
【特許文献３】特許第３２７３３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３において、無機バルーンや有機バルーンは、多孔質セラミックス材の内部に気孔を形成するための気孔材として用いられている。無機バルーンや有機バルーンは嵩比重が非常に小さいので、多孔質セラミックス材の嵩比重を小さくすることができる。しかしながら、無機バルーンや有機バルーンの嵩比重が小さいことによる問題もある。
【０００７】
特許文献１に記載の製造方法では、泥しょうと無機バルーンとを混合し、スプレードライヤで噴霧乾燥しているが、無機バルーンの嵩比重が小さいため、泥しょうと無機バルーンとを均一に混合することが難しく、その結果、噴霧乾燥された乾燥物中に無機バルーンを均一に分散させることが難しいという問題がある。乾燥物中の無機バルーンの分布が不均一であると、焼成された多孔質セラミックス材中の気孔の分布も不均一となり、多孔質セラミックス材の耐熱性や耐久性が低下してしまう。また、特許文献１に記載の製造方法では、噴霧乾燥において、無機バルーンを噴霧する際に、スプレードライヤのノズルに目詰まりが生じ易いという問題もある。
【０００８】
特許文献２，３に記載の製造方法では、スプレードライヤによる噴霧乾燥を行わないので、ノズルの目詰まりという問題は生じないが、粘土中に無機バルーンまたは有機バルーンを均一に分散し難いという、特許文献１と同様の問題がある。また、噴霧乾燥を行わないので、乾式プレスで成形することができず、その結果、生産コストが増大するという問題もある。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、噴霧乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能な多孔質セラミックス材の製造方法、およびこの製造方法によって製造される多孔質セラミックス材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を噴霧し、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させる噴霧乾燥工程と、
前記噴霧乾燥工程で得られた乾燥物を所望の形状に成形する成形工程と、
前記成形工程で得られた成形物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする多孔質セラミックス材の製造方法である。
【００１１】
また本発明は、前記混合物中において、前記熱膨張性樹脂粉末は、前記泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内で混合されることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記噴霧乾燥工程では、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末を膨張させて、粒径膨張率を３倍〜１２倍にすることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記焼成工程では、前記成形物に釉薬を塗布した後に、焼成を行うことを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物に対して該熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付ける噴霧乾燥を行うことで調製された坏土から成形および焼成されたことを特徴とする多孔質セラミックス材である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、噴霧乾燥工程によって、熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる。したがって、噴霧乾燥工程以前において、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末とをより均一に混合することが可能であり、その結果、噴霧乾燥工程で得られる乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能となる。これによって、乾燥物を成形および焼成して得られる多孔質セラミックス材中の気孔の分布をより均一にすることができ、多孔質セラミックス材の耐熱性および耐久性をより向上させることができる。
【００１６】
たとえば、多孔質セラミックス材中の気孔の分布が均一であるので、連続気孔が生じ難く、その結果、水分が浸透し難くなるので、多孔質セラミックス材の吸水率を小さく抑えることができる。また、多孔質セラミックス材の強度を保つことができる。
【００１７】
また本発明によれば、熱膨張性樹脂粉末の添加量は、泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内であるので、多孔質セラミックス材の軽量化の効果を達成しつつ、焼成時において、熱膨張性樹脂粉末に起因する一酸化炭素、二酸化炭素の大量発生や、熱膨張性樹脂粉末の不完全燃焼の発生を抑えることができる。
【００１８】
また本発明によれば、粒径膨張率が３倍〜１２倍であるので、多孔質セラミック材の軽量化の効果を達成しつつ、成形時に有機バルーンが破損するのを防止することができる。
また本発明によれば、施釉多孔質セラミックス材を製造することができる。
【００１９】
また本発明によれば、坏土を成形および焼成して得られる多孔質セラミックス材中の気孔の分布をより均一にすることができ、多孔質セラミックス材の耐熱性および耐久性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多孔質タイル材の製造工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態として、多孔質セラミック材の１つである多孔質タイル材の製造工程について説明する。図１は、多孔質タイル材の製造工程を示す工程図である。多孔質タイル材の製造工程は、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を調製する調製工程Ｓ１と、調製工程Ｓ１で得られた混合物を噴霧乾燥する噴霧乾燥工程Ｓ２と、噴霧乾燥工程Ｓ２で得られた乾燥物を所望の形状に成形する成形工程Ｓ３と、成形工程Ｓ３で得られた成形物を焼成する焼成工程Ｓ４とを含む。
【００２２】
調製工程Ｓ１で用いられる泥しょうはタイル材の分野において一般的なものでよい。たとえば、粘土３０重量部、長石４０重量部、陶石１０重量部〜２０重量部、およびセルベン５重量部〜１５重量部を、ボールミルなどの湿式混合機によって粉砕混合したものに、水を加えてさらに混合することで、泥しょうを調製することができる。泥しょうの原料としては、長石の代わりに天然ガラス質原料を用いてもよく、雑粘土、水簸粘土、または蛙目粘土のいずれの粘土を用いてもよい。このような原料を含む泥しょうは、前田陶料株式会社製、丸美陶料株式会社製、佐分利陶料有限会社製、株式会社中垣陶料製、有限会社丸定陶料製などを用いることができる。ボールミルとしては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができ、たとえば、中工精機株式会社製の湿式ボールミルを用いることができる。
【００２３】
調製工程Ｓ１では、上記のようにして調製され、泥しょう貯蔵タンクに貯蔵された泥しょうに、さらに熱膨張性樹脂粉末を加えて、泥しょう貯蔵タンク内で混合攪拌して混合物を調製してもよいし、泥しょうの原料と熱膨張性樹脂粉末とをボールミルで混合した後、水を加えてさらに混合することで混合物を調製してもよい。ただし、ボールミルで混合すると熱膨張性樹脂粉末が破損するおそれがあるので、好ましくは、泥しょう貯蔵タンク内において攪拌羽根等で混合攪拌した方が良い。さらに、後述するように、膨張前の熱膨張性樹脂粉末は真比重が約１．０であるので、粉末状であっても泥しょう中に均一分散させ易いが、好ましくは、固形分率約７０％に調整された水分散スラリー状にして、泥しょうと混合攪拌した方がよい。これにより、より一層容易に、均一分散させることができる。なお、調製工程Ｓ１で調製された混合物の含水率は、たとえば、３０％〜４０％である。
【００２４】
本発明でいう熱膨張性樹脂粉末とは、炭化水素などをコアとして内包した樹脂製のマイクロカプセルであり、加熱されると、マイクロカプセルのシェルが軟化するとともにコアが気体になって膨張し、体積平均粒径が数倍〜数十倍に大きくなるものである。ここで、体積平均粒径とは、体積粒度分布において累積体積が全体の５０％となるときの粒径をいう。膨張前の熱膨張性樹脂粉末の体積平均粒径は、たとえば、１μｍ〜１００μｍである。また、膨張前の熱膨張性樹脂粉末は、真比重が１．０〜１．１である。このような熱膨張性樹脂粉末としては、アクゾノーベル社製のエキスパンセルや、松本油脂製薬株式会社製のマツモトマイクロスフェアーなどが挙げられる。
【００２５】
混合物中における、熱膨張性樹脂粉末の添加量は、泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内であることが好ましい。添加量が０．１５重量部を下回ると、軽量化の効果が小さくなってしまうおそれがあり、添加量が２．０重量部を上回ると、焼成時に一酸化炭素や二酸化炭素が大量に発生したり、不完全燃焼が生じたりするおそれがあるからである。また、２．０重量部を上回ると、多孔質セラミック材中の気孔の体積が大きくなり、多孔質セラミック材の強度が低下するおそれもある。
【００２６】
噴霧乾燥工程Ｓ２は、調製工程Ｓ１で得られた混合物をスプレードライヤによって噴霧し、噴霧物に対して熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させるスプレードライを行う工程である。スプレードライヤとしては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができ、たとえば、大川原化工機株式会社製を用いることができる。なお、本発明で用いるスプレードライヤとしては、ノズルタイプのものであってもよく、ディスクタイプのものであってもよい。
【００２７】
熱風の温度は、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度であり、たとえば、２００℃〜３００℃である。有機バルーンとは、有機スフィアとも呼ばれる、体積平均粒径５μｍ〜５００μｍ程度の球形状の粒子である。有機バルーンの粒径膨張率は、膨張前の熱膨張性樹脂粉末に対して、２倍〜１８倍であり、より好ましくは、３倍〜１２倍である。ここで、粒径膨張率とは、有機バルーンの体積平均粒径を、膨張前の熱膨張性樹脂粉末の体積平均粒径で除した値である。３倍〜１２倍が好ましいのは、３倍を下回ると、多孔質セラミック材中の気孔が小さくなって軽量化の効果が小さくなるおそれがあり、１２倍を上回ると、有機バルーンの外膜が弱くなり成形時のプレス圧に耐えられなくなり、有機バルーンが破損するおそれがあるからである。なお、有機バルーンの焼失温度は、２００℃〜２５０℃であり、焼成時には、水蒸気や二酸化炭素へ変化する。
【００２８】
スプレードライヤの噴霧乾燥条件が、一般的な噴霧圧力（たとえば０．５ｋｇｆ／ｃｍ２〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ２）である場合、２００℃〜３００℃の熱風が吹き付けられた噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末は、５０℃〜１３０℃程度に昇温する。したがって、この場合、熱膨張性樹脂粉末としては、５０℃〜１３０℃で充分に膨張するもの、たとえば、低温膨張型の熱膨張性樹脂粉末である、松本油脂製薬株式会社製のＦ−３６ＬＶ（膨張開始温度７５℃〜８５℃、最大膨張温度１１０℃〜１２０℃）などが用いられる。
【００２９】
中温膨張型の熱膨張性樹脂粉末や高温膨張型の熱膨張性樹脂粉末を用いる場合、噴霧圧力をより小さくすることで、熱膨張性樹脂粉末を１００℃よりも高い温度に昇温させる。たとえば、中温膨張型の熱膨張性樹脂粉末（たとえば松本油脂製薬株式会社製のＦ−６５：膨張開始温度１０５℃〜１１５℃、最大膨張温度１４５℃〜１５５℃など）を用いる場合、低温膨張型の熱膨張性樹脂粉末を用いる場合と比較して噴霧圧力を小さくし、高温膨張型の熱膨張性樹脂粉末（たとえば松本油脂製薬株式会社製のＦＮ−１８０Ｓ：膨張開始温度１４５℃〜１５５℃、最大膨張温度１７５℃〜１８５℃など）を用いる場合、中温膨張型の熱膨張性樹脂粉末を用いる場合と比較して噴霧圧力を小さくする。このように、最大膨張温度が高い熱膨張性樹脂粉末であるほど、噴霧圧力を小さく調節することで、様々な熱膨張性樹脂粉末を用いることができる。
【００３０】
噴霧乾燥工程Ｓ２で得られる乾燥物の含水率は、５％程度である。含水率の調節も、噴霧圧力の調節によって行うことができる。たとえば、含水率を小さくしたい場合は、噴霧圧力を小さくすればよい。
【００３１】
成形工程Ｓ３では、噴霧乾燥工程Ｓ２で得られた乾燥物を、所望の形状、たとえば矩形板状に成形する。本実施形態では、乾燥物を所望の形状の金型に投入し、プレス機による乾式プレスを行うことによって、成形を行う。プレス機としては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができ、たとえば、株式会社後藤鉄工所製を用いることができる。プレス圧力は、たとえば、１５０ｋｇｆ／ｃｍ２〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２である。本実施形態では、生産効率や歩留まりの高さから、成形方法を乾式プレスとしているが、これ以外の成形方法であってもよい。
【００３２】
焼成工程Ｓ４は、成形工程Ｓ３で得られた成形物を焼成する工程であるが、成形後直ちに焼成するのではなく、乾燥および施釉を行った後に、焼成してもよい。施釉は、成形物に釉薬を塗布する処理であり、釉薬としては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができる。乾燥は、施釉の前後両方で行われ、成形物は、たとえば５０℃〜８０℃の雰囲気温度下で、３０分間〜６０分間乾燥される。乾燥を行うことによって、焼成中の割れや爆裂を防止することができる。
【００３３】
成形物の焼成は、ローラーハースキルンやトンネルキルンなどを用いて行われる。ローラーハースキルンの場合、たとえば高砂工業株式会社製が用いられ、成形物は、１０００℃〜１３００℃で約３０分〜約２時間焼成される。トンネルキルンの場合、たとえば高砂工業株式会社製が用いられ、成形物は、１０００℃〜１３００℃で約２０時間〜約４０時間焼成される。なお、トンネルキルンで焼成した後、さらにローラーハースキルンで焼成してもよい。
【００３４】
以上の製造工程によって、内部に気孔が形成された多孔質タイル材が製造される。本実施形態では、噴霧乾燥工程Ｓ２によって、熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる。したがって、噴霧乾燥工程Ｓ２の前の調製工程Ｓ１において、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末とをより均一に混合することが可能であり、その結果、噴霧乾燥工程Ｓ２で得られる乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能となる。これによって、乾燥物を成形および焼成して得られる多孔質タイル材中の気孔の分布をより均一にすることができ、多孔質タイル材の耐熱性および耐久性をより向上させることができる。このような多孔質タイル材は、建物の外壁などに好適に用いることができる。
【００３５】
たとえば、本発明に係る多孔質セラミックス材は、内部の気孔の分布が均一であるので、連続気孔が生じ難く、その結果、水分が浸透し難くなるので、多孔質セラミックス材の吸水率を小さく抑えることができる。また、多孔質セラミックス材の強度を保つことができる。
【００３６】
このような本発明に対して、たとえば、泥しょう中に無機バルーンを分散させて、その後、噴霧乾燥、成形、および焼成して得られるセラミックス材は、その内部に、無機バルーンが不均一な分布で残存し、セラミックス材の品質に部分ごとのばらつきが生じてしまう。また、泥しょう中に有機バルーンを分散させて、その後、噴霧乾燥、成形、および焼成して得られるセラミックス材は、成形物中に有機バルーンが不均一に分布するので、焼成時に有機バルーンが焼失したときに、セラミックス材の内部に気孔が不均一な分布で生じ、その結果、セラミックス材の品質に部分ごとのばらつきが生じてしまうとともに、気孔の分布が不均一なことにより、連続気孔が生じて吸水率が増加したり、強度が低下したりする。
【００３７】
なお、本発明では、噴霧乾燥工程Ｓ２で噴霧される熱膨張性樹脂粉末は有機バルーンと比較して嵩密度が大きいので、噴霧乾燥の際にスプレードライヤの目詰まりを起こし難いという利点もある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質セラミックス材の製造方法および多孔質セラミックス材に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質セラミックス材は、耐熱性や耐久性が高く、かつ、軽量であるので、タイル材などの建材として用いられる。また、多孔質セラミックス材は、食器などの陶器としても用いられる。
【０００３】
特許文献１には、多孔質タイル材を製造する製造方法が記載されている。特許文献１に記載の製造方法では、泥しょうと無機バルーンであるフライアッシュバルーンとを混合し、混合物をスプレードライヤによって噴霧乾燥した後、乾燥物を乾式プレスして所定の形状に成形し、成形物を焼成することで、多孔質タイル材を製造している。
【０００４】
また、特許文献２，３には、多孔質陶器を製造する製造方法が記載されている。特許文献２に記載の製造方法では、フライアッシュバルーンを混練した粘土に、蹈鞴、轆轤、湿式プレスなどの可塑成形を行って所定の形状に成形し、成形物を焼成することで、多孔質陶器を製造している。特許文献３に記載の製造方法では、有機バルーンを混練した粘土に、蹈鞴、轆轤、湿式プレスなどの可塑成形を行って所定の形状に成形し、成形物を焼成することで、多孔質陶器を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０２３６９号公報
【特許文献２】特許第３５４１２１５号公報
【特許文献３】特許第３２７３３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３において、無機バルーンや有機バルーンは、多孔質セラミックス材の内部に気孔を形成するための気孔材として用いられている。無機バルーンや有機バルーンは嵩比重が非常に小さいので、多孔質セラミックス材の嵩比重を小さくすることができる。しかしながら、無機バルーンや有機バルーンの嵩比重が小さいことによる問題もある。
【０００７】
特許文献１に記載の製造方法では、泥しょうと無機バルーンとを混合し、スプレードライヤで噴霧乾燥しているが、無機バルーンの嵩比重が小さいため、泥しょうと無機バルーンとを均一に混合することが難しく、その結果、噴霧乾燥された乾燥物中に無機バルーンを均一に分散させることが難しいという問題がある。乾燥物中の無機バルーンの分布が不均一であると、焼成された多孔質セラミックス材中の気孔の分布も不均一となり、多孔質セラミックス材の耐熱性や耐久性が低下してしまう。また、特許文献１に記載の製造方法では、噴霧乾燥において、無機バルーンを噴霧する際に、スプレードライヤのノズルに目詰まりが生じ易いという問題もある。
【０００８】
特許文献２，３に記載の製造方法では、スプレードライヤによる噴霧乾燥を行わないので、ノズルの目詰まりという問題は生じないが、粘土中に無機バルーンまたは有機バルーンを均一に分散し難いという、特許文献１と同様の問題がある。また、噴霧乾燥を行わないので、乾式プレスで成形することができず、その結果、生産コストが増大するという問題もある。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、噴霧乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能な多孔質セラミックス材の製造方法、およびこの製造方法によって製造される多孔質セラミックス材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を噴霧し、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させる噴霧乾燥工程と、
前記噴霧乾燥工程で得られた乾燥物を所望の形状に成形する成形工程と、
前記成形工程で得られた成形物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする多孔質セラミックス材の製造方法である。
【００１１】
また本発明は、前記混合物中において、前記熱膨張性樹脂粉末は、前記泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内で混合されることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記噴霧乾燥工程では、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末を膨張させて、粒径膨張率を３倍〜１２倍にすることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記焼成工程では、前記成形物に釉薬を塗布した後に、焼成を行うことを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物に対して該熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付ける噴霧乾燥を行うことで調製された坏土から成形および焼成されたことを特徴とする多孔質セラミックス材である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、噴霧乾燥工程によって、熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる。したがって、噴霧乾燥工程以前において、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末とをより均一に混合することが可能であり、その結果、噴霧乾燥工程で得られる乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能となる。これによって、乾燥物を成形および焼成して得られる多孔質セラミックス材中の気孔の分布をより均一にすることができ、多孔質セラミックス材の耐熱性および耐久性をより向上させることができる。
【００１６】
たとえば、多孔質セラミックス材中の気孔の分布が均一であるので、連続気孔が生じ難く、その結果、水分が浸透し難くなるので、多孔質セラミックス材の吸水率を小さく抑えることができる。また、多孔質セラミックス材の強度を保つことができる。
【００１７】
また本発明によれば、熱膨張性樹脂粉末の添加量は、泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内であるので、多孔質セラミックス材の軽量化の効果を達成しつつ、焼成時において、熱膨張性樹脂粉末に起因する一酸化炭素、二酸化炭素の大量発生や、熱膨張性樹脂粉末の不完全燃焼の発生を抑えることができる。
【００１８】
また本発明によれば、粒径膨張率が３倍〜１２倍であるので、多孔質セラミック材の軽量化の効果を達成しつつ、成形時に有機バルーンが破損するのを防止することができる。
また本発明によれば、施釉多孔質セラミックス材を製造することができる。
【００１９】
また本発明によれば、坏土を成形および焼成して得られる多孔質セラミックス材中の気孔の分布をより均一にすることができ、多孔質セラミックス材の耐熱性および耐久性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多孔質タイル材の製造工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態として、多孔質セラミック材の１つである多孔質タイル材の製造工程について説明する。図１は、多孔質タイル材の製造工程を示す工程図である。多孔質タイル材の製造工程は、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を調製する調製工程Ｓ１と、調製工程Ｓ１で得られた混合物を噴霧乾燥する噴霧乾燥工程Ｓ２と、噴霧乾燥工程Ｓ２で得られた乾燥物を所望の形状に成形する成形工程Ｓ３と、成形工程Ｓ３で得られた成形物を焼成する焼成工程Ｓ４とを含む。
【００２２】
調製工程Ｓ１で用いられる泥しょうはタイル材の分野において一般的なものでよい。たとえば、粘土３０重量部、長石４０重量部、陶石１０重量部〜２０重量部、およびセルベン５重量部〜１５重量部を、ボールミルなどの湿式混合機によって粉砕混合したものに、水を加えてさらに混合することで、泥しょうを調製することができる。泥しょうの原料としては、長石の代わりに天然ガラス質原料を用いてもよく、雑粘土、水簸粘土、または蛙目粘土のいずれの粘土を用いてもよい。このような原料を含む泥しょうは、前田陶料株式会社製、丸美陶料株式会社製、佐分利陶料有限会社製、株式会社中垣陶料製、有限会社丸定陶料製などを用いることができる。ボールミルとしては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができ、たとえば、中工精機株式会社製の湿式ボールミルを用いることができる。
【００２３】
調製工程Ｓ１では、上記のようにして調製され、泥しょう貯蔵タンクに貯蔵された泥しょうに、さらに熱膨張性樹脂粉末を加えて、泥しょう貯蔵タンク内で混合攪拌して混合物を調製してもよいし、泥しょうの原料と熱膨張性樹脂粉末とをボールミルで混合した後、水を加えてさらに混合することで混合物を調製してもよい。ただし、ボールミルで混合すると熱膨張性樹脂粉末が破損するおそれがあるので、好ましくは、泥しょう貯蔵タンク内において攪拌羽根等で混合攪拌した方が良い。さらに、後述するように、膨張前の熱膨張性樹脂粉末は真比重が約１．０であるので、粉末状であっても泥しょう中に均一分散させ易いが、好ましくは、固形分率約７０％に調整された水分散スラリー状にして、泥しょうと混合攪拌した方がよい。これにより、より一層容易に、均一分散させることができる。なお、調製工程Ｓ１で調製された混合物の含水率は、たとえば、３０％〜４０％である。
【００２４】
本発明でいう熱膨張性樹脂粉末とは、炭化水素などをコアとして内包した樹脂製のマイクロカプセルであり、加熱されると、マイクロカプセルのシェルが軟化するとともにコアが気体になって膨張し、体積平均粒径が数倍〜数十倍に大きくなるものである。ここで、体積平均粒径とは、体積粒度分布において累積体積が全体の５０％となるときの粒径をいう。膨張前の熱膨張性樹脂粉末の体積平均粒径は、たとえば、１μｍ〜１００μｍである。また、膨張前の熱膨張性樹脂粉末は、真比重が１．０〜１．１である。このような熱膨張性樹脂粉末としては、アクゾノーベル社製のエキスパンセルや、松本油脂製薬株式会社製のマツモトマイクロスフェアーなどが挙げられる。
【００２５】
混合物中における、熱膨張性樹脂粉末の添加量は、泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内であることが好ましい。添加量が０．１５重量部を下回ると、軽量化の効果が小さくなってしまうおそれがあり、添加量が２．０重量部を上回ると、焼成時に一酸化炭素や二酸化炭素が大量に発生したり、不完全燃焼が生じたりするおそれがあるからである。また、２．０重量部を上回ると、多孔質セラミック材中の気孔の体積が大きくなり、多孔質セラミック材の強度が低下するおそれもある。
【００２６】
噴霧乾燥工程Ｓ２は、調製工程Ｓ１で得られた混合物をスプレードライヤによって噴霧し、噴霧物に対して熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させるスプレードライを行う工程である。スプレードライヤとしては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができ、たとえば、大川原化工機株式会社製を用いることができる。なお、本発明で用いるスプレードライヤとしては、ノズルタイプのものであってもよく、ディスクタイプのものであってもよい。
【００２７】
熱風の温度は、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度であり、たとえば、２００℃〜３００℃である。有機バルーンとは、有機スフィアとも呼ばれる、体積平均粒径５μｍ〜５００μｍ程度の球形状の粒子である。有機バルーンの粒径膨張率は、膨張前の熱膨張性樹脂粉末に対して、２倍〜１８倍であり、より好ましくは、３倍〜１２倍である。ここで、粒径膨張率とは、有機バルーンの体積平均粒径を、膨張前の熱膨張性樹脂粉末の体積平均粒径で除した値である。３倍〜１２倍が好ましいのは、３倍を下回ると、多孔質セラミック材中の気孔が小さくなって軽量化の効果が小さくなるおそれがあり、１２倍を上回ると、有機バルーンの外膜が弱くなり成形時のプレス圧に耐えられなくなり、有機バルーンが破損するおそれがあるからである。なお、有機バルーンの焼失温度は、２００℃〜２５０℃であり、焼成時には、水蒸気や二酸化炭素へ変化する。
【００２８】
スプレードライヤの噴霧乾燥条件が、一般的な噴霧圧力（たとえば０．５ｋｇｆ／ｃｍ２〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ２）である場合、２００℃〜３００℃の熱風が吹き付けられた噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末は、５０℃〜１３０℃程度に昇温する。したがって、この場合、熱膨張性樹脂粉末としては、５０℃〜１３０℃で充分に膨張するもの、たとえば、低温膨張型の熱膨張性樹脂粉末である、松本油脂製薬株式会社製のＦ−３６ＬＶ（膨張開始温度７５℃〜８５℃、最大膨張温度１１０℃〜１２０℃）などが用いられる。
【００２９】
中温膨張型の熱膨張性樹脂粉末や高温膨張型の熱膨張性樹脂粉末を用いる場合、噴霧圧力をより小さくすることで、熱膨張性樹脂粉末を１００℃よりも高い温度に昇温させる。たとえば、中温膨張型の熱膨張性樹脂粉末（たとえば松本油脂製薬株式会社製のＦ−６５：膨張開始温度１０５℃〜１１５℃、最大膨張温度１４５℃〜１５５℃など）を用いる場合、低温膨張型の熱膨張性樹脂粉末を用いる場合と比較して噴霧圧力を小さくし、高温膨張型の熱膨張性樹脂粉末（たとえば松本油脂製薬株式会社製のＦＮ−１８０Ｓ：膨張開始温度１４５℃〜１５５℃、最大膨張温度１７５℃〜１８５℃など）を用いる場合、中温膨張型の熱膨張性樹脂粉末を用いる場合と比較して噴霧圧力を小さくする。このように、最大膨張温度が高い熱膨張性樹脂粉末であるほど、噴霧圧力を小さく調節することで、様々な熱膨張性樹脂粉末を用いることができる。
【００３０】
噴霧乾燥工程Ｓ２で得られる乾燥物の含水率は、５％程度である。含水率の調節も、噴霧圧力の調節によって行うことができる。たとえば、含水率を小さくしたい場合は、噴霧圧力を小さくすればよい。
【００３１】
成形工程Ｓ３では、噴霧乾燥工程Ｓ２で得られた乾燥物を、所望の形状、たとえば矩形板状に成形する。本実施形態では、乾燥物を所望の形状の金型に投入し、プレス機による乾式プレスを行うことによって、成形を行う。プレス機としては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができ、たとえば、株式会社後藤鉄工所製を用いることができる。プレス圧力は、たとえば、１５０ｋｇｆ／ｃｍ２〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２である。本実施形態では、生産効率や歩留まりの高さから、成形方法を乾式プレスとしているが、これ以外の成形方法であってもよい。
【００３２】
焼成工程Ｓ４は、成形工程Ｓ３で得られた成形物を焼成する工程であるが、成形後直ちに焼成するのではなく、乾燥および施釉を行った後に、焼成してもよい。施釉は、成形物に釉薬を塗布する処理であり、釉薬としては、タイル材の分野において一般的なものを用いることができる。乾燥は、施釉の前後両方で行われ、成形物は、たとえば５０℃〜８０℃の雰囲気温度下で、３０分間〜６０分間乾燥される。乾燥を行うことによって、焼成中の割れや爆裂を防止することができる。
【００３３】
成形物の焼成は、ローラーハースキルンやトンネルキルンなどを用いて行われる。ローラーハースキルンの場合、たとえば高砂工業株式会社製が用いられ、成形物は、１０００℃〜１３００℃で約３０分〜約２時間焼成される。トンネルキルンの場合、たとえば高砂工業株式会社製が用いられ、成形物は、１０００℃〜１３００℃で約２０時間〜約４０時間焼成される。なお、トンネルキルンで焼成した後、さらにローラーハースキルンで焼成してもよい。
【００３４】
以上の製造工程によって、内部に気孔が形成された多孔質タイル材が製造される。本実施形態では、噴霧乾燥工程Ｓ２によって、熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる。したがって、噴霧乾燥工程Ｓ２の前の調製工程Ｓ１において、泥しょうと熱膨張性樹脂粉末とをより均一に混合することが可能であり、その結果、噴霧乾燥工程Ｓ２で得られる乾燥物中の有機バルーンの分布をより均一にすることが可能となる。これによって、乾燥物を成形および焼成して得られる多孔質タイル材中の気孔の分布をより均一にすることができ、多孔質タイル材の耐熱性および耐久性をより向上させることができる。このような多孔質タイル材は、建物の外壁などに好適に用いることができる。
【００３５】
たとえば、本発明に係る多孔質セラミックス材は、内部の気孔の分布が均一であるので、連続気孔が生じ難く、その結果、水分が浸透し難くなるので、多孔質セラミックス材の吸水率を小さく抑えることができる。また、多孔質セラミックス材の強度を保つことができる。
【００３６】
このような本発明に対して、たとえば、泥しょう中に無機バルーンを分散させて、その後、噴霧乾燥、成形、および焼成して得られるセラミックス材は、その内部に、無機バルーンが不均一な分布で残存し、セラミックス材の品質に部分ごとのばらつきが生じてしまう。また、泥しょう中に有機バルーンを分散させて、その後、噴霧乾燥、成形、および焼成して得られるセラミックス材は、成形物中に有機バルーンが不均一に分布するので、焼成時に有機バルーンが焼失したときに、セラミックス材の内部に気孔が不均一な分布で生じ、その結果、セラミックス材の品質に部分ごとのばらつきが生じてしまうとともに、気孔の分布が不均一なことにより、連続気孔が生じて吸水率が増加したり、強度が低下したりする。
【００３７】
なお、本発明では、噴霧乾燥工程Ｓ２で噴霧される熱膨張性樹脂粉末は有機バルーンと比較して嵩密度が大きいので、噴霧乾燥の際にスプレードライヤの目詰まりを起こし難いという利点もある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を噴霧し、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させる噴霧乾燥工程と、
前記噴霧乾燥工程で得られた乾燥物を所望の形状に成形する成形工程と、
前記成形工程で得られた成形物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項２】
前記混合物中において、前記熱膨張性樹脂粉末は、前記泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内で混合されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項３】
前記噴霧乾燥工程では、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末を膨張させて、粒径膨張率を３倍〜１２倍にすることを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項４】
前記焼成工程では、前記成形物に釉薬を塗布した後に、焼成を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項５】
泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物に対して該熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付ける噴霧乾燥を行うことで調製された坏土から成形および焼成されたことを特徴とする多孔質セラミックス材。
【請求項１】
泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物を噴霧し、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付けることで、噴霧物を乾燥させる噴霧乾燥工程と、
前記噴霧乾燥工程で得られた乾燥物を所望の形状に成形する成形工程と、
前記成形工程で得られた成形物を焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項２】
前記混合物中において、前記熱膨張性樹脂粉末は、前記泥しょうの固形分換算１００重量部に対して、０．１５重量部以上２．０重量部以下の範囲内で混合されることを特徴とする請求項１に記載の多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項３】
前記噴霧乾燥工程では、噴霧物中の熱膨張性樹脂粉末を膨張させて、粒径膨張率を３倍〜１２倍にすることを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項４】
前記焼成工程では、前記成形物に釉薬を塗布した後に、焼成を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の多孔質セラミックス材の製造方法。
【請求項５】
泥しょうと熱膨張性樹脂粉末との混合物に対して該熱膨張性樹脂粉末が膨張して有機バルーンとなる温度の熱風を吹き付ける噴霧乾燥を行うことで調製された坏土から成形および焼成されたことを特徴とする多孔質セラミックス材。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−６７５３９（Ｐ２０１３−６７５３９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８２１１（Ｐ２０１１−２０８２１１）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４６７３）パナホーム株式会社 (319)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４６７３）パナホーム株式会社 (319)
【Ｆターム（参考）】
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