JP2001523209A - セメント系組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラスチック粒子１０２を２５％〜９０％含有するセメント系組成物である。ただし、従来と同様な岩石骨材は使用しない。プラスチック粒子１０２を均質に存在させる。プラスチック粒子としては、廃棄プラスチック材料から得たものを使用するのが好ましい。このセメント系組成物から得た材料１０１は軽量で、建築工業などに利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 セメント系組成物 発明の技術分野 本発明はセメント系組成物に関するものであるが、特に、とはいっても制限は ないが、建築工業などに使用するセメント系組成物に関する。 背景 セメント系の建材や舗装材料はよく知られている材料で、れんが、コンクリー ト、舗装石材、屋根ふきタイル、ブロック材、装飾材などである。このようなセ メント系材料の望ましくない点として、高い密度がある。 ポリスチレンビーズなどを配合したある種の粘土系建材やセメント系建材も知 られている。これらは、少なくとも、建築工業などに使用できる軽量材料として 使用できる。 最近でも、リサイクルに回すために取りのぞいておいたプラスチック材料のう ちごくわずかなプラスチック材料のみが、これらをその種類に応じて仕分けし、 洗浄してから、各プラスチック材料を加工する時間やコストの点でリサイクルさ れている。即ち、大部分のプラスチック材料は埋め立てに使用されているのが現 状である。 米国を始めとする先進諸国において、最大の量で廃棄されている都市廃棄物は プラスチックである。このため、こられをリサイクルすることが公的に強く望ま れている（Ｈａｄｊｉｌａｍｂｒｉｎｏｓ、１９９６）。ところ が、プラスチックは、工業化した諸国で現在利用可能な技術を使用してもリサイ クルが非常に難しい材料である。現状のプラスチックリサイクル技術は、本質的 には、熱可塑性プラスチックの再溶融・再処理に、また熱硬化性プラスチックを 再粉砕してから、未使用の樹脂と配合することに制限されている（Ｔｅｓｏｒｏ ａｎｄ Ｗｕ、１９９５）。従来のリサイクル技術は、不純物のない、一種類 のポリマー材料（例えばＰＥＴソーダボトルやＨＤＰＥミルク容器など）が一定 の容量で大量にリサイクルする場合に有効であるが、これら材料は大部分の都市 廃棄物におけるプラスチック全体のごく一部にしかすぎない。都市廃棄物におけ るプラスチック材料の大部分は、積層品や強い着色をもつ着色品であったり、あ るいは汚染品であったり、仕分けの難しいものである（Ｍａｃｋｅｙ、１９９５ ）。熟練した仕分け作業員でも、簡単に仕分けできるプラスチックの種類はごく わずかにすぎない（Ｈａｄｊｉｌａｍｂｒｉｎｏｓ、１９９６）。また、各種の プラスチックを分離する必要があるため、プラスチックのリサイクルが技術的に 難しく、またコストも高くなる。この問題は、未使用樹脂のコストが低いため、 さらに手に負えなくなる。“旧式な”リサイクルで処理可能なのは、発生するプ ラスチック廃棄物全体のごく一部にすぎない。 現在でも、リサイクル高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）やポリエチレンテレフ タレート（ＰＥＴ）の市場はごく 限られている。即ち、ニュージーランドでは、これらポリマーの場合、供給が需 要を上回っている。 リサイクルの点からみて、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタンなどの自動車部品用プラスチック の場合の問題は特殊である（Ｄａｙ等、１９９６）。さらに、プラスチックを原 料とする自動車部品は、通常、個々のプラスチックをいくつか複合化したもので あり、存在する場合にはリサイクルの障害になるタルクや木粉などの配合してい ることが多い。 岩石を骨材とする従来のコンクリートに比較的少量配合することによってプラ スチックをリサイクルする方法は公知である。にもかかわらず、一部の方法では 、使用できるようにするためには、プラスチック材料に一定の処理（仕分け処理 および洗浄処理）を実施する必要がある。 目的 本発明の目的は、好ましくは廃棄物である、プラスチック材料を一部使用した セメント系組成物を提供することによって、少なくとも有用な選択肢を提供する ことである。 上記目的、および他の目的は、本明細書全体から明らかになるはずである。 発明の開示 本発明は、一つの態様によれば、少なくともセメント からなり、実質的なプラスチック材料粒子の混合物を組成物全体の２５容量％〜 ９０容量％の範囲で含有するセメント系組成物を提供するものである。 セメント系組成物は、実質的なプラスチック材料粒子の混合物を組成物全体の ３０容量％〜６０容量％の範囲で含有するが好ましい。 また、実質的なプラスチック材料粒子の混合物としては、高密度ポリエチレン 、ポリプロピレン、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ポリウレタン、ポリアミドおよびＰＥＴの うち少なくとも１種から誘導したものを使用するのが好ましい。 さらに、セメント系組成物は、微細な骨材およびその他の添加材のうち少なく とも１種を含有することが好ましい。 より好ましくは、適当な量の水をセメント系組成物に配合する。 本発明は、別な態様によれば、上記態様による組成物から構成したセメント系 材料を提供するものである。 本発明は、さらに別な態様によれば、所定量の実質的なプラスチック材料粒子 を準備し、これに少なくともセメントと所定量の水を配合し、実質的なプラスチ ック材料粒子とセメントおよび水を混合して、実質的なプラスチック材料粒子を ２５％〜９０％含有する組成物を形成し、硬化させる工程からなるセメント系材 料を製造する方法を提供するものである。 このセメント系材料の製造方法が、さらに、微細な骨 材および適当な添加材のうち少なくとも１種と、実質的なプラスチック材料粒子 、セメントおよび水とを配合する工程を含むのが好ましい。 本発明は、さらに別な態様によれば、これら２つの方法のいずれかによって形 成したセメント系材料を提供するものである。 図面 以下、例示のみを目的として、本発明の一つの好適な実施態様を添付図面につ いて説明する。 図１は、本発明によって得たセメント系材料の水平横断面図である。 図２は、本発明によって得たセメント系材料の垂直横断面図である。 好適な実施態様 以下、本発明の好ましい実施態様を詳しく説明する。なお、以下の実施態様は 例示のみを目的とするもので、当業者ならば、本発明の範囲から逸脱しなくても 、数多くの変更が可能であることは理解できるはずである。 本発明は、一つの好ましい態様によれば、所定量のリサイクルプラスチック粒 子１０２を含有するセメント系材料、即ち建材１０１を提供するものである。プ ラスチック粒子の形状としては、粒子状、フレーク状、チップ状やその他の粉砕 形状がある。このようなプラスチック粒子１０２は、プラスチック粒子の混合物 、即ち以下に説明するような異なる種類のプラスチック粒子から形成 し、均質な割合でプラスチック粒子を含むようにするが、１種類のプラスチック 材料を使用することも可能である。ここでは、粒子１０２として、異なる２種類 のプラスチック材料、即ちポリプロピレンおよびポリエチレン（図１および図２ では、異なる斜線で図示する）から誘導したものを使用する。図１および図２に 示すように、プラスチック粒子１０２はセメント系材料全体に比較的均一に分散 している。本発明の場合、プラスチック粒子として、ランダムな長さをもつ不定 形粒子（幅または直径が３ｍｍ）も使用可能である。 好適な実施態様では、プラスチック粒子１０２として、リサイクル対象の前駆 体プラスチック材料（飲料水用ボトル、家庭用クリーナボトルなど）を準備し、 プラスチック種類によって前駆体を仕分けせずに、適当な造粒装置でこのプラス チックを造粒したものを使用する。本発明の場合、リサイクルが不可能なため、 埋め立てに回すしかないプラスチック材料も使用することができる。さらに、コ ストは高くなるが、未使用のプラスチック材料も使用することが可能である。 上記の前駆体プラスチックとしては、ＨＤＰＥ、ポリプロピレン、ＰＶＣ、Ａ ＢＳ、ポリウレタン、ポリアミド、ＰＥＴなどの各種の異なるプラスチックや、 その他の剛性のあるプラスチックを使用することができる。さらに、本発明では 、使用後のスクラッププラスチックも使用するのに好適なものである。 また、この好適な実施態様では、プラスチック粒子１０２の均質な混合物は大 きさ、形状、組成が異なっていてもよいが、最大粒径はほぼ３〜１５ｍｍの範囲 内にあるのが好ましい。 なお、リサイクル対象プラスチックを使用する場合には、このプラスチックか ら少量のガラスや木などの他の廃棄物を仕分ける必要がなく、本発明はコストや プラスチック材料の加工時間の点で有利である。 一般的にいって、本発明のセメント形材料１０１は、プラスチック材料と少な くともセメントとを所定の容量比で含有するセメント系組成物である。プラスチ ック材料１０１を製造する方法では、適当な量の水を組成物全体に添加すること ができる。 本発明に使用するのに適当なセメントは、普通ポルトランドセメント、高アル ミナセメント、ソレルセメント、耐硫酸塩セメント、低熱ポルトランドセメント などである。 セメントおよびプラスチックに加えて、本発明組成物には下記のうちの少なく とも１種を配合することができる。即ち、微細な骨材（珪砂、長石砂など）、お よびその他の添加材（安定材、可塑材、空気連行材、耐硫酸塩性付与添加材、硬 化促進材、硬化遅延材、着色材、（粉砕などの加工）珪藻土、粉砕造粒高スラグ 、粉砕燃料灰など）である。これら以外の公知添加材も排除するものではない。 上記添加材は、セメント系組成物にごく少 量を配合すればよい。例えば、促進材としての塩化カルシウムはセメント系組成 物全体の０．３〜０．５重量％の量で配合すればよい。また、一般的にいって、 上記他の添加材はより少ない量で配合すればよい。 なお、例示のみを目的として挙げる濃シリカヒューム、粉砕リオライト、ダサ イト（ｄａｃｉｔｅ）を始めとするポゾラン系物質も本発明のセメント系組成物 に配合することができる。これら物質は、一般的にいって、上記その他の添加材 と比較した場合、より多量で配合することができ、組成物のセメントの一部の代 わりになるものである。これら物質の使用は既に公知である。 上記砂の代わりに、あるいはその一部になる微細な骨材成分として粉砕ガラス を使用することも可能である。この場合には、例えば低アルカリポルトランドセ メントやポゾランを使用して、有害なアルカリ−シリカ反応を排除するか、最小 限抑えるように予め注意する必要がある。このようにすれば、リサイクルが難し い自動車用やその他の用途の廃棄ガラスを使用することが可能になる。 本発明セメント系材料１０１の一つの好ましい例は、プラスチック、セメント および砂としての微細な骨材を以下の割合で含有するセメント系組成物である。 造粒プラスチック材（ポリプロピレンおよびポリエチレン）の均質混合物 ４０（容量）％ セメント ２０（容量）％ 砂 ４０（容量）％ 可塑材 なお、一般的にいって、可塑材は少量使用する。可塑材の正確な量は、混合物 を使用する用途に応じて決定すればよい。 従来と同様な微細な骨材（砂）を使用したさらに別な実施例を次に示す。 ａ）プラスチック ２５容量％ セメント １５容量％ 砂 ６０容量％ ｂ）プラスチック ３３．３容量％ セメント ３３．３容量％ 砂 ３３．３容量％ ｃ）プラスチック ５０容量％ セメント １０容量％ 砂 ４０容量％ 上記の組成物には、上記したように、公知なコンクリート安定化材やその他の 添加材を配合することもできる。 本発明の好ましい実施例では、公知セメント系混合体に使用されている微細な 骨材のすべてを均質なプラスチック混合物で置き換える。即ち、砂利骨材または 砕石骨材のすべてだけでなく、砂成分のすべてもプラスチック混合物で置き換え る。 この好適な実施例では、セメント系材料１０１は下記成分を含むセメント系組 成物で構成する。 ａ）プラスチック ７５容量％ セメント ２５容量％ ｂ）プラスチック ６６．６容量％ セメント ３３．３容量％ ｃ）プラスチック ８０容量％ セメント ２０容量％ ｄ）プラスチック ９０容量％ セメント １０容量％ これら実施例でも、第１の好ましい実施例について記載したの同様な添加材を 所定量配合することが可能である。 上記実施例から、本発明のセメント系組成物に適当なプラスチック配合量は２ ５容量％〜９０容量％の範囲にあることがわかる。プラスチック材料の正確な使 用量は、最終材料を使用すべき用途に応じて決定すればよい。なお、本明細書に おける容量％はいずれの乾燥成分の容量％である。 上記実施例に記載した成分を使用して本発明のセメント系組成物を形成するが 、この場合、各成分を次のように配合する。まず、砂及び／又はセメント（場合 によっては添加材を併用）に所定量の水を配合して、特定用途に合うコンシステ ンシーをもつセメント系混合物を形成し、次に造粒プラスチックを配合して、ほ ぼ均質な混合物を形成する。得られたセメント系組成物を加工（例えば、成型、 注型、流延）してから、硬化させる。なお、各種の成分配合方法を使用すること ができる。例えば、 砂及び／又はセメントとプラスチックとを配合してから、水を配合してもよい。 試験 本発明のセメント系組成物を使用して得た材料について、制限のない圧縮強度 試験、熱伝導率の計算、密度の測定を始めとする定量試験を実施した。定性試験 に基づき以下の特性評価を行なった。 特性 性能の評価 耐破砕性 良 耐火性 可 曲げ特性 可 耐磨耗性 可 耐退色性 良 機械加工性（のこ引き性、くぎ打ち性、穿孔性、粉砕性） 優良 混合性および流延性 優 （プラスチックおよびセメントからなる）二元組成物、および（プラスチック 、セメントおよび砂からなる）三元組成物を使用して得た材料の物性を以下にま とめる。ただし、基準は天然または人工の低密度珪酸塩骨材（軽石、ライタグ（ ｌｙｔａｇ）、発砲バーミキュライト）である。 特性 二次元組成物 三元組成物 低密度コンクリート 密度 低 低 低 透過性 非常に低い 低 中〜高 機械加工 優良 良 非常に低い 加工性 可 良 良 熱伝導率 優 良 非常に低い 強度 中 中 中 靭性 良 中 低 ポルトランドセメント（３３．３３容量％）、造粒廃棄プラスチック（ほとん どがポリプロピレンおよびポリエチレンからなり、３３．３３容量％）および珪 砂／長石砂（３３．３３容量％）からなる組成物を使用した場合、制限のない圧 縮強度は１７．５ＭＰａかそれ以下であった。試験は、上記のセメント系組成物 から得た材料を使用して、１４日間行なった。試験片の飽和密度は１．７２ｇｃ ｍ^-3で、例えば２．４ｇｃｍ^-3の飽和密度をもつ従来コンクリートに匹敵するも のであった。 作用効果 （砂、即ち微細な骨材を使用していない）第２の好ましい実施例のセメント系 組成物から得た材料の別な作用効果は、有害なアルカリ−骨材反応の可能性がき わめて低いことである。これは、骨材がシリカを全く含んでいないためである。 上記試験の項に示したように、本発明の好適な実施態 様によるセメント系組成物を使用して得たセメント系材料の、なかでも物性を調 べた。これにより、これら材料はすぐれた機械加工性をもつことが、即ち機械工 具や手でくぎ打ち、粉砕、のこ引き、穿孔が可能であることが判明した。さらに 、これら材料は曲げ強度、耐衝撃性にもすぐれている。 本発明組成物を使用して得た材料は、従来の岩石を骨材としたコンクリート材 料と比較して、透過性が低い。 従来のコンクリート混合物に存在している粗い骨材には磨耗作用があるため、 例えば、コンクリートを施設するさいに混合物をポンプ供給するために使用する 装置にかなりの磨耗や引き裂きが生じる。本発明のセメント系組成物には粗い骨 材を配合していないため、ポンプ装置に磨耗や引き裂きが生じる恐れが小さい。 さらに、岩石骨材を使用していないため、従来のコンクリートよりも押し出し供 給やポンプ供給がきわめて容易である。換言すれば、供給距離を延長でき、供給 速度を高速にできる。 また、本発明のセメント系組成物を使用して得た材料はコストが低く、軽量で ある。このような材料を使用すると、従来の岩石を骨材とするコンクリート材料 に比較して、輸送コストが低くなる。 なお、本発明に使用できるようなリサイクルプラスチック材料は分解して、有 毒物を環境に排出することはない。コンクリート用の他の公知添加材、例えばポ リスチレンや発砲材は分解して、クロロフルオロ炭素類（ＣＦ Ｃ）などの毒性のある副生物を発生する恐れがある。 用途 本発明のセメント系組成物は、建築工業などにおける各種の用途に使用するこ とができる。例えば、本発明の好適な実施態様によるセメント系材料１０１は、 使用するリサイクルプラスチック材料に熱伝導性があるため、熱伝導率がすぐれ ている。さらに、密度が非常に低いため、軽量である。即ち、本発明のセメント 系材料は、例えば屋根ふきとして適用可能である。本発明組成物から得た屋根ふ きタイルは屋根を支える必要がある、建築構造物骨組みのビーム材の数を削減で きる。また、本発明組成物は、低コスト・低密度のフィラーとして有用であり、 例えば建築工業に使用する中空コンクリートブロックを充填するフィラーとして 使用できる。 また、本発明のセメント系組成物を用いて各種の建材を構成すると、建材に弾 性を付与できる。換言すると、構造物に撓みを付与できる。このような特性は、 各種の用途において有利である。 また、本発明のセメント系組成物を使用して得た適用表面を適当な表面抑制材 （例えばＲＵＧＡＳＯＬ^TM）で処理すると、プラスチック粒子を露出させること ができる。あるいは、サンドブラスチング、ショットブラスチングやブッシュハ ンマリングを利用しても、適用表面にプラスチック粒子を露出させることができ る。本発明のセメント系組成物に配合されたプラスチックを露出させ ると、美感を付与することができる。一般に、本発明に使用するプラスチックは 紫外線安定材を含有しているため、露出プラスチック粒子の退色などの潜在的な 問題を避けることができる。廃棄プラスチックによって得られる色の範囲は、天 然の岩石骨材を使用して得られ、同様な効果を与えるそれを越えるものである。 また、セメント混合物を配合する前に、色によってプラスチック材料を仕分けて 、得られる材料をほぼ単色（存在するプラスチックによる）することも可能であ る。 本発明のセメント系組成物を使用して得た材料の他の用途には、コンクリート 、れんが、ブロック、パイプ、舗装石材、タイル、築園材などがある。 上記用途のほかに、他の手段ではリサイクル不可能なプラスチックをリサイク ルできる作用効果もある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくともセメントからなり、実質的なプラスチック材料粒子の混合 物を組成物全体の２５容量％〜９０容量％の範囲で含有するセメント系組成物。 ２．実質的なプラスチック材料粒子の混合物を３０容量％〜６０容量％含 有する請求項１のセメント系組成物。 ３．実質的なプラスチック材料粒子の混合物として高密度ポリエチレン、 ポリプロピレン、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ポリウレタン、ポリアミドおよびＰＥＴのう ち少なくとも１種から誘導する請求項１または２のセメント系組成物。 ４．微細な骨材およびその他の添加材のうち少なくとも１種を含有する請 求項１〜３のいずれか１項のセメント系組成物。 ５．さらに、適当な量の水を含有する請求項４のセメント系組成物。 ６．請求項５の組成物から構成したセメント系材料。 ７．所定量の実質的なプラスチック材料粒子を準備し、これに少なくとも セメントと所定量の水を配合し、実質的なプラスチック材料粒子とセメントおよ び水を混合して、実質的なプラスチック材料粒子を２５％〜９０％含有する組成 物を構成し、硬化させる工程からなるセ メント系材料を製造する方法。 ８．さらに、微細な骨材および適当な添加材のうち少なくとも１種と、実 質的なプラスチック材料粒子、セメントおよび水とを配合する工程を含む請求項 ７のセメント系材料の製造方法。 ９．請求項８の方法によって形成したセメント系材料。