JP2004010444A - 多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フライアッシュ等のような多孔質無機材料の有効利用が望まれていた。
【解決手段】微粒状の多孔質無機材料と、同多孔質無機材料と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させて多孔質無機材料混合物とした。無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性の多孔質無機材料混合物を提供することができる。また、微粒状無機材料は多孔質であるので溶融混合用樹脂と強固に結合し、得られる多孔質無機材料混合物は硬質となる。従って、多孔質無機材料混合物を、建造物の材料等として使用することができ、多孔質無機材料を有効利用することが可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】微粒状の多孔質無機材料と、同多孔質無機材料と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させて多孔質無機材料混合物とした。無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性の多孔質無機材料混合物を提供することができる。また、微粒状無機材料は多孔質であるので溶融混合用樹脂と強固に結合し、得られる多孔質無機材料混合物は硬質となる。従って、多孔質無機材料混合物を、建造物の材料等として使用することができ、多孔質無機材料を有効利用することが可能となる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所では、大量のフライアッシュ（石炭灰）が廃材として生じており、埋め立てされている。また、フライアッシュはシリカ成分を多く含む多孔質無機材料であり、他の原料に混和されると同原料と強固に結合するので、同フライアッシュをセメント原料やコンクリートに混和したり、分級等することにより改質して軽量骨材に混和したりする等の有効利用も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フライアッシュは大量に生じるため、さらなるフライアッシュの有効利用が望まれていた。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、フライアッシュ等のような多孔質無機材料を例えば建造物の材料等として有効利用することが可能な多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、微粒状の多孔質無機材料と、同多孔質無機材料と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させた構成としてある。すなわち、溶融混合用樹脂の重量が多孔質無機材料の重量以下であるので、無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性の多孔質無機材料混合物を提供することができる。また、微粒状無機材料は多孔質であるので溶融混合用樹脂と強固に結合し、得られる多孔質無機材料混合物は硬質となる。従って、この多孔質無機材料混合物を、建造物の材料や、さらにはコンクリート・建築用材への混合材等として使用することができ、多孔質無機材料を有効利用することが可能となる。
【０００５】
ここで、多孔質無機材料混合物は、上記多孔質無機材料と溶融混合用樹脂のみから構成されてもよいし、同多孔質無機材料と溶融混合用樹脂以外の第三の材料が添加されて構成されてもよい。
また、多孔質無機材料は、微粒状とされた多孔質の無機材料であればよく、粉末状であっても本発明にいう微粒状に含まれる。なお、多孔質無機材料の粒度を調整することによって、多孔質無機材料混合物の強度を調整することができる。
さらに、多孔質無機材料と溶融混合用樹脂とを混合した材料を硬化させる手法は様々考えられ、冷却して固化させてもよいし、化学反応により硬化させてもよく、これらの場合のいずれも本発明にいう硬化に含まれる。
【０００６】
多孔質無機材料の一例として、請求項２にかかる発明は、上記多孔質無機材料は、フライアッシュである構成としてある。すなわち、多孔質無機材料としてフライアッシュを用いると、溶融混合用樹脂の重量がフライアッシュの重量以下であっても、フライアッシュのベアリング効果により容易に混合することができ、さらには射出成形や押出成形等も行うことができる。また、硬化された多孔質無機材料混合物は硬質であるため、コンクリート骨材等の建造物の材料等に使用して好適である。さらに、多孔質無機材料混合物の表面は良好な美感を有する光沢感があるため、同混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
【０００７】
また、多孔質無機材料の別の一例として、請求項３にかかる発明は、上記多孔質無機材料は、微粒状の石英質系鉱物である構成としてある。すなわち、多孔質無機材料に石英質系鉱物を用いると、溶融混合用樹脂の重量が石英質系鉱物の重量以下であっても、溶融混合用樹脂を溶融させて混合（以下、単に「溶融混合」と呼ぶ）する時の流動性が良好であるため容易に混合することができ、さらには射出成形等も行うことができる。また、硬化された多孔質無機材料混合物は硬質であるため、建造物の材料等に好適である。
【０００８】
上記石英質系鉱物は、石英を主成分とする鉱物であれば様々な鉱物を採用可能である。特に、愛知県北設楽郡設楽町の段戸山から採取される石英片岩、硬質石英質岩石を用いると、溶融混合時の流動性は非常に良好である。
なお、上記多孔質無機材料は、フライアッシュと微粒状の石英質系鉱物とから構成してもよい。
【０００９】
ここで、請求項４にかかる発明のように、上記多孔質無機材料は５１〜９９重量％であり、上記溶融混合用樹脂は１〜４９重量％である構成としてもよい。すなわち、溶融混合用樹脂が１重量％以上であると多孔質無機材料混合物は固まりのまま崩れずに硬化することができ、多孔質無機材料が５１％以上であると建造物の材料等として非常に良好な強度を得ることができる。
【００１０】
上記溶融混合用樹脂の一例として、請求項５にかかる発明は、上記溶融混合用樹脂は、熱可塑性樹脂である構成としてある。すなわち、加熱することにより溶融混合用樹脂を溶融させて多孔質無機材料と混合させることができ、冷却することにより硬化させることができる。むろん、フェノール樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。
【００１１】
また、請求項６にかかる発明は、上記溶融混合用樹脂には、所定の酸により変性された樹脂が含まれる構成としてある。すなわち、多孔質無機材料になじみの良い所定の酸により変性された樹脂を用いることにより、多孔質無機材料混合物はより硬質となる。ここで、所定の酸は樹脂に親水基を付与する酸であればよく、例えばマレイン酸等、種々の酸を使用可能である。また、セメントコンクリートに使用した場合には、セメント水和物とのなじみが良く、強度の高いコンクリートを得ることができる。
【００１２】
ところで、多孔質無機材料をフライアッシュとすると、多孔質無機材料混合物を装飾的価値が求められる材料として利用できるため、請求項７にかかる発明のように、微粒状のフライアッシュと溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させた構成としてもよい。すなわち、フライアッシュは多孔質であるので溶融混合用樹脂と強固に結合する。また、多孔質無機材料混合物の表面には良好な美感を有する光沢感がある。
【００１３】
また、フライアッシュや微粒状の石英質系鉱物を用いた多孔質無機材料混合物は硬質であるため、後工程で切断等の加工が不要となれば好適である。そこで、請求項８にかかる発明は、上記溶融混合用樹脂を溶融させながら混合された材料を、所定の形状に成形して硬化させた構成としてある。すなわち、用途に応じて所定の形状とされた多孔質無機材料混合物の成形品を提供することができ、使い勝手が向上する。
ここで、溶融混合用樹脂を溶融させながら混合された材料を、押出機や造粒機等によってペレット化してもよい。押出機は多数の穴に流動体を通過させてペレット状にする装置であり、溶融混合された多孔質無機材料と溶融混合用樹脂とからなる流動体を押し出してペレット状にすることができる。造粒機は材料を投入する容器等に振動や回転を与えて微粒状の材料を結合させてペレット化する装置であり、振動や回転と同時に加熱可能である。従って、造粒機を使用すると多孔質無機材料と溶融混合用樹脂とは加熱されながら溶融混合され、ペレット状にされる。
尚、上記の方法等によりペレット化した後、再び溶融させ所定の形状に成形して硬化させる構成も可能である。
【００１４】
以上説明した多孔質無機材料混合物において、その製造方法に発明の重要な技術的思想が含まれていると捉えることも可能である。そこで、請求項９、請求項１０にかかる発明のように、多孔質無機材料混合物の製造方法としても発明は成立する。むろん、請求項２〜請求項６、請求項８に対応させた方法の発明が成立することは言うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項９にかかる発明によれば、熱膨張が小さく、難燃性であって、硬質の多孔質無機材料混合物を提供することができ、多孔質無機材料を有効利用することが可能となる。
請求項２にかかる発明によれば、硬質の多孔質無機材料混合物の具体例を提供することができるとともに、溶融混合が容易となり、多孔質無機材料混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
請求項３にかかる発明によれば、硬質の多孔質無機材料混合物の具体例を提供することができるとともに、溶融混合が容易となる。
請求項４にかかる発明によれば、良質な多孔質無機材料混合物を提供することが可能となる。
【００１６】
請求項５にかかる発明によれば、容易に多孔質無機材料混合物を製造することが可能となる。
請求項６にかかる発明によれば、より硬質な多孔質無機材料混合物を提供することが可能となる。
請求項７、請求項１０にかかる発明によれば、硬質の多孔質無機材料混合物を提供することができ、多孔質無機材料混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
請求項８にかかる発明によれば、多孔質無機材料混合物は所定の形状とされるので、利用価値が増す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）フライアッシュ混合物とその製造方法：
（２）石英質系鉱物混合物とその製造方法：
（３）まとめ：
【００１８】
（１）フライアッシュ混合物とその製造方法：
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる多孔質無機材料混合物とその製造方法を模式的に示している。本実施形態では、多孔質無機材料としてフライアッシュ１０を用い、フライアッシュ１０と熱可塑性樹脂（溶融混合用樹脂）２０とから構成される多孔質無機材料混合物６０（以下、混合物６０と記載）を製造する。その際、従来から樹脂製品の押出成形に用いられる機械３０〜５０を利用して混合物６０を成形することにしている。
【００１９】
フライアッシュ１０は、石炭を焼成したときに生じる黒っぽい灰であり、シリカ分を含む微粒状（粉末状を含む）の多孔質無機材料である。同フライアッシュ１０には種々の粒径の粒子が混在しているが、粒径を揃える等の改質を行わなくても混合物６０を製造可能である。この場合、非常に低コストにて混合物６０を得ることができ、建造物の材料等に利用することができる。むろん、用途に応じて粒径を揃える等の改質を行い、多孔質無機材料混合物を所望の強度にさせるようにしてもよい。より好適な条件を求めるためフライアッシュの粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると建造物の材料等への用途として非常に良質の多孔質無機材料混合物を得ることができた。
【００２０】
熱可塑性樹脂２０としては、種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等を使用可能である。むろん、これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。また、加熱混合機３０に投入する際には、固形の原反として投入してもよいし、溶融された状態にして投入してもよい。
【００２１】
上述したいずれかの樹脂のみを上記熱可塑性樹脂２０とすることにより上記混合物６０を製造することができるが、本実施形態では、上記樹脂のいずれかを選択して熱可塑性樹脂２０の主成分とするとともに、マレイン酸（所定の酸）を用いて選択された樹脂を変性したものを熱可塑性樹脂２０の副成分としている。むろん、熱可塑性樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られないし、主成分とは異なる樹脂を変性したものを熱可塑性樹脂２０の副成分としてもよい。熱可塑性樹脂２０に占める変性した樹脂は、例えば１〜５０重量％と様々な配合割合とすることができる。さらに、熱可塑性樹脂を酸により変性した樹脂も通常熱可塑性樹脂であるため、変性した樹脂のみを上記熱可塑性樹脂２０として使用してもよい。
変性した樹脂を製造するには、例えば付加重合前の原料にマレイン酸を添加して付加重合を行えばよい。すると、付加重合後の高分子には、親水基の一つであるカルボキシル基が付加される。従って、熱可塑性樹脂２０に含まれる変性した樹脂は、水酸基等と親和しやすくなっている。
【００２２】
上記熱可塑性樹脂２０は、微粒状のフライアッシュ１０とともに加熱混合機３０に投入され、加熱されながらフライアッシュ１０と混合される。加熱混合機３０は、下方に向かって径が徐々に狭まる略筒形状にされており、図示しないヒータや撹拌機やスクリュー等を備えている。そして、投入された原料をヒータにより加熱し、撹拌機により原料をかき混ぜながら混合し、スクリューにより混合された原料を下方に押し出す。
ここで、ヒータは熱可塑性樹脂２０を溶融させる温度に上昇させることができればよく、熱可塑性樹脂の種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。原料の温度が熱可塑性樹脂の融点よりも高く、フライアッシュの融点より低くなるようにヒータの加熱を設定すると、フライアッシュについては溶融されずに両者を溶融混合することができる。
また、撹拌機やスクリューの能力は、原料の粘度等の性質に応じて決定すればよい。
【００２３】
フライアッシュ１０と熱可塑性樹脂２０との配合割合は、混合物６０の用途に応じて適宜決定可能である。一般に、フライアッシュの重量割合が多くなるほど硬質となり、熱可塑性樹脂の重量割合が多くなるほど軟質となる。両者の重量割合は、多孔質無機材料混合物に要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
多孔質無機材料混合物を無機材料のように熱膨張が小さく難燃性とするためには、フライアッシュに対して同フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂を混合すればよい。この条件でも建造物の材料等に使用して好適であるが、さらに好適な条件を求めるため配合割合を種々変えて試験を行ったところ、フライアッシュを５１〜９９重量％（好ましくは、７０〜９５重量％）とし、熱可塑性樹脂を１〜４９重量％（好ましくは５〜３０重量％）とすると、建造物の材料等への用途として非常に良質の多孔質無機材料混合物を得ることができた。ここで、熱可塑性樹脂を１重量％以上（好ましくは５重量％以上）とするのは多孔質無機材料混合物を固まりのまま崩さずに固化させるためであり、フライアッシュを５１％以上（好ましくは、７０重量％以上）とするのは建造物の材料等として非常に良好な強度を得るためである。
なお、フライアッシュが熱可塑性樹脂よりも少ない重量であっても、後述する作用により、硬質の多孔質無機材料混合物を得ることができるし、多孔質無機材料混合物の表面に光沢感が付与される効果が得られる。
以下、フライアッシュと、フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂とを混合するものとして説明する。
【００２４】
加熱混合機３０に投入された熱可塑性樹脂２０は加熱されて溶融し、フライアッシュ１０と混合される。フライアッシュ１０の粒子は略球状であり、フライアッシュ１０の粒子どうしが接触するとベアリングのように転がる、いわゆるベアリング効果が生じる。その結果、熱可塑性樹脂がフライアッシュの重量以下の重量とされていても、フライアッシュのベアリング効果により容易に混合することができ、射出成形や押出成形等を行うことができる。
フライアッシュと溶融した溶融混合用樹脂とを混合させて硬化させた混合物は、シリカ分を多く含むため硬質である一方、砥石で切断しようとすると樹脂が溶融して切断を妨害するため、切断するにはチップソーを用いる必要があり、加工性がよくない。また、フライアッシュは色が濃いため、色調の自由度が小さいこともあり、従来は溶融混合用樹脂とフライアッシュとを混合することは行われていなかった。しかし、本発明によると、溶融混合用樹脂の配合割合が少なくても樹脂製品の成形に一般的に用いられる装置を使用することができ、容易に所望の形状に成形して切断処理を不要にさせることができる。
【００２５】
また、フライアッシュは多孔質の粒子であるため、溶融した熱可塑性樹脂がフライアッシュの細孔に行きわたる。また、フライアッシュには水酸基等が存在するため、変性した樹脂に含まれるカルボキシル基等の親水基とフライアッシュに存在する水酸基等とが親和される。
【００２６】
加熱混合機３０により混合された材料は、流動体とされているため、下方に押し出され、押出機４０に流れ込む。本押出機４０は、図示しないスクリューを備えており、混合された材料を板状に成形して押し出す。図では、混合された材料が右方向に連続して押し出している様子を示している。そして、押出機４０の材料出口に取り付けられた切断機５０により、固化前の混合材料を切断する。このようにして、熱可塑性樹脂を溶融させながら混合された材料を、所定の形状に成形することができる。
そして、切断された混合材料を冷却させると、同混合材料は固化し、フライアッシュ１０と熱可塑性樹脂２０とから構成される混合物６０となる。ここで、成形された混合材料を固化させるには、同混合材料をベルトコンベア上にて自然に冷却するようにしてもよいし、製造効率を向上させるため、空冷や水冷等、強制的に冷却するようにしてもよい。
【００２７】
以上説明した、微粒状のフライアッシュと、同フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂とを、同熱可塑性樹脂を溶融させながら混合して固化させることにより製造された多孔質無機材料混合物は、以下の性質を有する。
すなわち、熱可塑性樹脂はフライアッシュの重量以下の重量と少なくて済むので、無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性である。また、フライアッシュはシリカ分を多く含む多孔質粒子であるので、フライアッシュの細孔に行きわたった熱可塑性樹脂と強固に結合するので、製造された多孔質無機材料混合物は硬質である。本実施形態では、熱可塑性樹脂２０に変性した樹脂が含まれているので、さらに強固に結合され、非常に硬質の多孔質無機材料混合物が製造される。
製造される多孔質無機材料混合物は硬質であるものの、フライアッシュのベアリング効果により樹脂製品を製造する装置を利用して容易に押出成形等の成形を行うことができる。すなわち、焼成工程を全く必要とせず低コストで製造可能である。言い換えると、通常の樹脂製品と同じように成形可能でありながら、通常の樹脂製品では得られない硬質の新材料を提供することができる。従って、この多孔質無機材料混合物を、建造物の材料等（上記板状の多孔質無機材料混合物であれば、ビルの壁や遊歩道の路面等）に使用することができ、石炭火力発電所で大量に生成されるフライアッシュを有効利用することが可能となる。
また、溶融混合用樹脂として熱可塑性樹脂を用いることにより、加熱してフライアッシュと溶融混合させて成形し、冷却して固化させるという簡易な工程で多孔質無機材料混合物を製造することができる。
【００２８】
さらに、上記多孔質無機材料混合物の成形品の表面は、良好な美感を有する光沢感がある。このため、同混合物を装飾的価値が求められる材料、例えば、デザインを重視したビルの壁や遊歩道の路面等として使用することができ、この点でもフライアッシュの有効利用を促進させることができる。
なお、フライアッシュが熱可塑性樹脂よりも少ない重量とされると、熱膨張が比較的大きく、難燃性とはいえなくなるが、フライアッシュは多孔質であるので熱可塑性樹脂と強固に結合することにより硬質の多孔質無機材料混合物を得ることができるし、多孔質無機材料混合物の表面に良好な美感を有する光沢感が付与されるので成形品を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能である。
また、フライアッシュと熱可塑性樹脂の他に第三の材料が添加されてから混合される場合であっても、同様の効果が得られることに変わりはない。
【００２９】
さらに、図２に示すようにペレット化された多孔質無機材料混合物６１を成形しても、同混合物６１は硬質であるため、コンクリート骨材や、建築用材への混合材等として好適である。
図に示すように、上記加熱混合機３０と同様の加熱混合機３１に微粒状のフライアッシュ１０と熱可塑性樹脂２０とを投入し、加熱することにより熱可塑性樹脂２０を溶融させ、両者を混合する。そして、混合した流動体をスクリューにて下方に押し出しつつペレット状に形成する。本加熱混合機３１の材料出口には、拡大図に示すような多数の円形の流出穴３１ａを有する円形板状の部材が取り付けられている。混合された材料は流出穴３１ａから押し出され、切断機５１にて所定の長さに切断される。切断された混合材料は、冷却され、固化する。このようにして、ペレット化された所定形状の多孔質無機材料混合物６１を成形することができる。
【００３０】
製造された混合物６１は、建築用材等に配合して使用することができる。例えば、セメントと混合するための撹拌容器７０に、混合物６１、セメント原料粉７１、水７２を投入し、撹拌する。むろん、砂利も撹拌容器７０に投入してもよい。そして、所定の形状を有する建築用材の型に流し込むと、流し込まれた建築材料原料は時間の経過とともに固化して建築用材７３となり、種々の建築物に使用することができる。
このように、本多孔質無機材料混合物は硬質であるため、コンクリート骨材や建築用材の混合材料として使用することができ、フライアッシュを有効利用することができる。
【００３１】
また、フライアッシュと混合する溶融混合用樹脂として、図３に示すように、熱硬化性樹脂を使用してもよい。ここで、微粒状のフライアッシュ１０と溶融状態の熱硬化性樹脂２１とは造粒機３２に投入され、混合される。同造粒機３２は、投入された原料を回転させながら加熱し、ペレット化するものである。すなわち、フライアッシュ１０と熱硬化性樹脂２１とは、同熱硬化性樹脂２１が溶融した状態で混合させられ、ペレット状に硬化されて、多孔質無機材料混合物６２とされる。このようにして成形された多孔質無機材料混合物６２も、硬質であるため、コンクリート骨材や建築用材の混合材料として使用することができる。
なお、多孔質無機材料混合物に機能性を付与するため、第三の材料として機能性材料を添加したうえで、混合して硬化させることにより多孔質無機材料混合物を製造してもよい。この場合であっても、硬質の多孔質無機材料混合物を提供することができる。第三の材料としては種々の物性を有する機能性材料を採用することができ、フェライト材を採用すれば電磁波進入防止機能を持たせることができるし、繊維質の材料を採用すれば破壊されたときに破壊片が四散することを防止することができる。
【００３２】
（２）石英質系鉱物混合物とその製造方法：
本発明を適用可能な多孔質無機材料は、フライアッシュ以外にも様々なものがある。
例えば、多孔質無機材料として微粒状の石英質系鉱物を用いてもよい。この場合であっても、図１で示した流れにより多孔質無機材料混合物６０を成形することができる。以下、第二の実施形態にかかる多孔質無機材料混合物とその製造方法を、図１を参照して説明する。
【００３３】
微粒状の石英質系鉱物１１は、石英を主成分とする鉱物であり、用途に応じた粒径に粉砕されて石粉とされ、使用される。むろん、採石場や加工工場にて生じる石英質系鉱物の石粉を使用してもよい。
種々の石英質系鉱物を用いて多孔質無機材料混合物を成形したところ、愛知県北設楽郡設楽町の段戸山から採取される石英片岩、硬質石英質岩石が成形に好適であった。以下、同石英片岩、硬質石英質岩石を用いるものとして説明する。
上記石英片岩、硬質石英質岩石は、ＳｉＯ２を８０〜８５重量％含有する石英を主体とし、ソーダ長石等を若干含む鉱物である。また、これらの岩石を熱可塑性樹脂との混合用に粉砕した石粉を顕微鏡で見たところ、微細な孔が多数存在することが確認された。従って、粉砕された同石英片岩、硬質石英質岩石は、微粒状の多孔質無機材料である。
なお、石英質系鉱物は用途に応じて様々な粒径とすることができるが、より好適な条件を求めるため石英質系鉱物の粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると建造物の材料等への用途として非常に良質の多孔質無機材料混合物を得ることができた。
【００３４】
溶融混合用樹脂としては、第一の実施形態と同じ樹脂を使用可能である。本実施形態では、マレイン酸により変性した樹脂を一部に含む熱可塑性樹脂２０を使用するものとする。石英質系鉱物にも水酸基等が含まれており、変性した樹脂に含まれるカルボキシル基等と親和されることになる。
【００３５】
多孔質無機材料混合物６０を無機材料のように熱膨張が小さく難燃性とするためには、微粒状の石英質系鉱物１１に対して同石英質系鉱物と等重量以下の熱可塑性樹脂２０を混合すればよい。その際、石英質系鉱物１１と熱可塑性樹脂２０との配合割合は、混合物６０の用途に応じて適宜決定可能である。石英質系鉱物の場合も、石英質系鉱物の重量割合が多くなるほど硬質となり、熱可塑性樹脂の重量割合が多くなるほど軟質となる。
さらに、石英質系鉱物を５１〜９９重量％（好ましくは、７０〜９５重量％）とし、熱可塑性樹脂を１〜４９重量％（好ましくは５〜３０重量％）とすると、建造物の材料等に使用して好適な良質の多孔質無機材料混合物を得ることができる。ここで、熱可塑性樹脂を１重量％以上（好ましくは５重量％以上）とするのは多孔質無機材料混合物を固まりのまま崩さずに固化させるためであり、石英質系鉱物を５１％以上（好ましくは、７０重量％以上）とするのは建造物の材料等として良好な強度を得るためである。
【００３６】
石英質系鉱物１１と熱可塑性樹脂２０とを加熱混合機３０に投入すると、熱可塑性樹脂２０は加熱により溶融され、微粒状の石英質系鉱物と混合される。ここで、熱可塑性樹脂の重量は石英質系鉱物の重量以下であるが、溶融混合時に粘土状となって流動性が良好であるため、容易に混合することができ、射出成形や押出成形等を行うことができる。
石英質系鉱物と溶融した溶融混合用樹脂とを混合させて硬化させた混合物は、フライアッシュを用いた混合物と同様、シリカ分を多く含むため硬質である一方、砥石で切断しようとすると樹脂が溶融して切断を妨害するため、加工性がよくない。また、タルク、炭酸カルシウム等のような多孔質でない粉末と、同粉末と等重量以下の溶融混合用樹脂とを溶融混合させて成形しようとしても、混合された材料は固まりとはならずに崩れてしまい、成形を行うことができなかった。このような粉末と少量の溶融混合用樹脂とを溶融混合させて成形するためには、繊維等の補強材を添加する必要があった。本発明によると、微粒状かつ多孔質の石英質系鉱物を用いることにより、繊維等の補強材を添加することなく、溶融混合用樹脂の配合割合が少なくても樹脂製品の成形に一般的に用いられる装置を使用して、容易に所望の形状に成形して切断処理を不要にさせることができる。従って、低コストにて所望の形状の多孔質無機材料混合物を製造することができる。
【００３７】
混合された材料は、下方に押し出され、押出機４０に流れ込む。同混合された材料は、押出機４０のスクリューにて板状に成形されて押し出され、切断機５０により固化前の状態で切断される。そして、切断された混合材料を冷却させると、同混合材料は固化し、石英質系鉱物と熱可塑性樹脂２０とから構成される板状の混合物６０となる。
なお、多孔質無機材料として微粒状の石英質系鉱物を用いる場合でも、多孔質無機材料混合物をペレット状に成形することができる。すると、コンクリート等への混合材料として使用することが可能となる。また、溶融混合用樹脂として熱硬化性樹脂等を用いてもよい。
【００３８】
以上説明した、微粒状の石英質系鉱物と、同石英質系鉱物と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させることにより製造された多孔質無機材料混合物は、以下の性質を有する。
すなわち、溶融混合用樹脂は石英質系鉱物の重量以下の重量と少なくて済むので、無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性である。また、石英質系鉱物は、当該石英質系鉱物の細孔に行きわたった溶融混合用樹脂と強固に結合するので、製造された多孔質無機材料混合物は硬質である。本実施形態では、熱可塑性樹脂２０に変性した樹脂が含まれているので、さらに強固に結合され、非常に硬質の多孔質無機材料混合物が製造される。
【００３９】
製造される多孔質無機材料混合物は硬質であるものの、石英質系鉱物と溶融混合用樹脂との混合材料は溶融混合時の流動性が良好であるため容易に混合することができ、繊維等の補強材を添加することなく樹脂製品を製造する装置を利用して容易に押出成形等の成形を行うことができる。すなわち、焼成工程を全く必要とせず低コストで製造可能であり、通常の樹脂製品と同じように成形可能でありながら、通常の樹脂製品では得られない硬質の新材料を提供することができる。従って、この多孔質無機材料混合物を、建造物の材料（例えば、ビルの壁や遊歩道の路面）や、さらにはコンクリート骨材や建築用材への混合材料等に使用することができ、多孔質の石英質系鉱物を有効利用することが可能となる。
【００４０】
（３）まとめ：
なお、上記多孔質無機材料は、フライアッシュと微粒状の石英質系鉱物とから構成してもよい。多孔質無機材料としてフライアッシュと石英質系鉱物の両者を併用しても、溶融混合時の流動性が良好になるとともにフライアッシュのベアリング効果により容易に混合することができる。また、硬化された多孔質無機材料混合物は硬質であるし、多孔質無機材料混合物の表面にはフライアッシュによる光沢感が得られるため、同混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
また、無機材料のように熱膨張が小さく難燃性の多孔質無機材料混合物とすることが可能な多孔質無機材料は、フライアッシュや微粒状の石英質系鉱物に限られるものではない。等重量以下の溶融混合用樹脂と溶融混合可能な多孔質無機材料であれば、溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させることにより、無機材料のように熱膨張が小さく難燃性の多孔質無機材料混合物を得ることができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、多孔質無機材料を例えば建造物の材料等として有効利用することが可能な多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質無機材料混合物とその製造方法を模式的に示す図である。
【図２】変形例にかかる多孔質無機材料混合物から建築用材を製造する様子を模式的に示す図である。
【図３】変形例にかかる多孔質無機材料混合物とその製造方法を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…フライアッシュ（多孔質無機材料）
１１…石英質系鉱物（多孔質無機材料）
２０…熱可塑性樹脂（溶融混合用樹脂）
２１…熱硬化性樹脂（溶融混合用樹脂）
３０，３１…加熱混合機
３２…造粒機
４０…押出機
５０，５１…切断機
６０〜６２…多孔質無機材料混合物
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭火力発電所では、大量のフライアッシュ（石炭灰）が廃材として生じており、埋め立てされている。また、フライアッシュはシリカ成分を多く含む多孔質無機材料であり、他の原料に混和されると同原料と強固に結合するので、同フライアッシュをセメント原料やコンクリートに混和したり、分級等することにより改質して軽量骨材に混和したりする等の有効利用も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フライアッシュは大量に生じるため、さらなるフライアッシュの有効利用が望まれていた。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、フライアッシュ等のような多孔質無機材料を例えば建造物の材料等として有効利用することが可能な多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、微粒状の多孔質無機材料と、同多孔質無機材料と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させた構成としてある。すなわち、溶融混合用樹脂の重量が多孔質無機材料の重量以下であるので、無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性の多孔質無機材料混合物を提供することができる。また、微粒状無機材料は多孔質であるので溶融混合用樹脂と強固に結合し、得られる多孔質無機材料混合物は硬質となる。従って、この多孔質無機材料混合物を、建造物の材料や、さらにはコンクリート・建築用材への混合材等として使用することができ、多孔質無機材料を有効利用することが可能となる。
【０００５】
ここで、多孔質無機材料混合物は、上記多孔質無機材料と溶融混合用樹脂のみから構成されてもよいし、同多孔質無機材料と溶融混合用樹脂以外の第三の材料が添加されて構成されてもよい。
また、多孔質無機材料は、微粒状とされた多孔質の無機材料であればよく、粉末状であっても本発明にいう微粒状に含まれる。なお、多孔質無機材料の粒度を調整することによって、多孔質無機材料混合物の強度を調整することができる。
さらに、多孔質無機材料と溶融混合用樹脂とを混合した材料を硬化させる手法は様々考えられ、冷却して固化させてもよいし、化学反応により硬化させてもよく、これらの場合のいずれも本発明にいう硬化に含まれる。
【０００６】
多孔質無機材料の一例として、請求項２にかかる発明は、上記多孔質無機材料は、フライアッシュである構成としてある。すなわち、多孔質無機材料としてフライアッシュを用いると、溶融混合用樹脂の重量がフライアッシュの重量以下であっても、フライアッシュのベアリング効果により容易に混合することができ、さらには射出成形や押出成形等も行うことができる。また、硬化された多孔質無機材料混合物は硬質であるため、コンクリート骨材等の建造物の材料等に使用して好適である。さらに、多孔質無機材料混合物の表面は良好な美感を有する光沢感があるため、同混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
【０００７】
また、多孔質無機材料の別の一例として、請求項３にかかる発明は、上記多孔質無機材料は、微粒状の石英質系鉱物である構成としてある。すなわち、多孔質無機材料に石英質系鉱物を用いると、溶融混合用樹脂の重量が石英質系鉱物の重量以下であっても、溶融混合用樹脂を溶融させて混合（以下、単に「溶融混合」と呼ぶ）する時の流動性が良好であるため容易に混合することができ、さらには射出成形等も行うことができる。また、硬化された多孔質無機材料混合物は硬質であるため、建造物の材料等に好適である。
【０００８】
上記石英質系鉱物は、石英を主成分とする鉱物であれば様々な鉱物を採用可能である。特に、愛知県北設楽郡設楽町の段戸山から採取される石英片岩、硬質石英質岩石を用いると、溶融混合時の流動性は非常に良好である。
なお、上記多孔質無機材料は、フライアッシュと微粒状の石英質系鉱物とから構成してもよい。
【０００９】
ここで、請求項４にかかる発明のように、上記多孔質無機材料は５１〜９９重量％であり、上記溶融混合用樹脂は１〜４９重量％である構成としてもよい。すなわち、溶融混合用樹脂が１重量％以上であると多孔質無機材料混合物は固まりのまま崩れずに硬化することができ、多孔質無機材料が５１％以上であると建造物の材料等として非常に良好な強度を得ることができる。
【００１０】
上記溶融混合用樹脂の一例として、請求項５にかかる発明は、上記溶融混合用樹脂は、熱可塑性樹脂である構成としてある。すなわち、加熱することにより溶融混合用樹脂を溶融させて多孔質無機材料と混合させることができ、冷却することにより硬化させることができる。むろん、フェノール樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。
【００１１】
また、請求項６にかかる発明は、上記溶融混合用樹脂には、所定の酸により変性された樹脂が含まれる構成としてある。すなわち、多孔質無機材料になじみの良い所定の酸により変性された樹脂を用いることにより、多孔質無機材料混合物はより硬質となる。ここで、所定の酸は樹脂に親水基を付与する酸であればよく、例えばマレイン酸等、種々の酸を使用可能である。また、セメントコンクリートに使用した場合には、セメント水和物とのなじみが良く、強度の高いコンクリートを得ることができる。
【００１２】
ところで、多孔質無機材料をフライアッシュとすると、多孔質無機材料混合物を装飾的価値が求められる材料として利用できるため、請求項７にかかる発明のように、微粒状のフライアッシュと溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させた構成としてもよい。すなわち、フライアッシュは多孔質であるので溶融混合用樹脂と強固に結合する。また、多孔質無機材料混合物の表面には良好な美感を有する光沢感がある。
【００１３】
また、フライアッシュや微粒状の石英質系鉱物を用いた多孔質無機材料混合物は硬質であるため、後工程で切断等の加工が不要となれば好適である。そこで、請求項８にかかる発明は、上記溶融混合用樹脂を溶融させながら混合された材料を、所定の形状に成形して硬化させた構成としてある。すなわち、用途に応じて所定の形状とされた多孔質無機材料混合物の成形品を提供することができ、使い勝手が向上する。
ここで、溶融混合用樹脂を溶融させながら混合された材料を、押出機や造粒機等によってペレット化してもよい。押出機は多数の穴に流動体を通過させてペレット状にする装置であり、溶融混合された多孔質無機材料と溶融混合用樹脂とからなる流動体を押し出してペレット状にすることができる。造粒機は材料を投入する容器等に振動や回転を与えて微粒状の材料を結合させてペレット化する装置であり、振動や回転と同時に加熱可能である。従って、造粒機を使用すると多孔質無機材料と溶融混合用樹脂とは加熱されながら溶融混合され、ペレット状にされる。
尚、上記の方法等によりペレット化した後、再び溶融させ所定の形状に成形して硬化させる構成も可能である。
【００１４】
以上説明した多孔質無機材料混合物において、その製造方法に発明の重要な技術的思想が含まれていると捉えることも可能である。そこで、請求項９、請求項１０にかかる発明のように、多孔質無機材料混合物の製造方法としても発明は成立する。むろん、請求項２〜請求項６、請求項８に対応させた方法の発明が成立することは言うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項９にかかる発明によれば、熱膨張が小さく、難燃性であって、硬質の多孔質無機材料混合物を提供することができ、多孔質無機材料を有効利用することが可能となる。
請求項２にかかる発明によれば、硬質の多孔質無機材料混合物の具体例を提供することができるとともに、溶融混合が容易となり、多孔質無機材料混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
請求項３にかかる発明によれば、硬質の多孔質無機材料混合物の具体例を提供することができるとともに、溶融混合が容易となる。
請求項４にかかる発明によれば、良質な多孔質無機材料混合物を提供することが可能となる。
【００１６】
請求項５にかかる発明によれば、容易に多孔質無機材料混合物を製造することが可能となる。
請求項６にかかる発明によれば、より硬質な多孔質無機材料混合物を提供することが可能となる。
請求項７、請求項１０にかかる発明によれば、硬質の多孔質無機材料混合物を提供することができ、多孔質無機材料混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
請求項８にかかる発明によれば、多孔質無機材料混合物は所定の形状とされるので、利用価値が増す。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）フライアッシュ混合物とその製造方法：
（２）石英質系鉱物混合物とその製造方法：
（３）まとめ：
【００１８】
（１）フライアッシュ混合物とその製造方法：
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる多孔質無機材料混合物とその製造方法を模式的に示している。本実施形態では、多孔質無機材料としてフライアッシュ１０を用い、フライアッシュ１０と熱可塑性樹脂（溶融混合用樹脂）２０とから構成される多孔質無機材料混合物６０（以下、混合物６０と記載）を製造する。その際、従来から樹脂製品の押出成形に用いられる機械３０〜５０を利用して混合物６０を成形することにしている。
【００１９】
フライアッシュ１０は、石炭を焼成したときに生じる黒っぽい灰であり、シリカ分を含む微粒状（粉末状を含む）の多孔質無機材料である。同フライアッシュ１０には種々の粒径の粒子が混在しているが、粒径を揃える等の改質を行わなくても混合物６０を製造可能である。この場合、非常に低コストにて混合物６０を得ることができ、建造物の材料等に利用することができる。むろん、用途に応じて粒径を揃える等の改質を行い、多孔質無機材料混合物を所望の強度にさせるようにしてもよい。より好適な条件を求めるためフライアッシュの粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると建造物の材料等への用途として非常に良質の多孔質無機材料混合物を得ることができた。
【００２０】
熱可塑性樹脂２０としては、種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等を使用可能である。むろん、これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。また、加熱混合機３０に投入する際には、固形の原反として投入してもよいし、溶融された状態にして投入してもよい。
【００２１】
上述したいずれかの樹脂のみを上記熱可塑性樹脂２０とすることにより上記混合物６０を製造することができるが、本実施形態では、上記樹脂のいずれかを選択して熱可塑性樹脂２０の主成分とするとともに、マレイン酸（所定の酸）を用いて選択された樹脂を変性したものを熱可塑性樹脂２０の副成分としている。むろん、熱可塑性樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られないし、主成分とは異なる樹脂を変性したものを熱可塑性樹脂２０の副成分としてもよい。熱可塑性樹脂２０に占める変性した樹脂は、例えば１〜５０重量％と様々な配合割合とすることができる。さらに、熱可塑性樹脂を酸により変性した樹脂も通常熱可塑性樹脂であるため、変性した樹脂のみを上記熱可塑性樹脂２０として使用してもよい。
変性した樹脂を製造するには、例えば付加重合前の原料にマレイン酸を添加して付加重合を行えばよい。すると、付加重合後の高分子には、親水基の一つであるカルボキシル基が付加される。従って、熱可塑性樹脂２０に含まれる変性した樹脂は、水酸基等と親和しやすくなっている。
【００２２】
上記熱可塑性樹脂２０は、微粒状のフライアッシュ１０とともに加熱混合機３０に投入され、加熱されながらフライアッシュ１０と混合される。加熱混合機３０は、下方に向かって径が徐々に狭まる略筒形状にされており、図示しないヒータや撹拌機やスクリュー等を備えている。そして、投入された原料をヒータにより加熱し、撹拌機により原料をかき混ぜながら混合し、スクリューにより混合された原料を下方に押し出す。
ここで、ヒータは熱可塑性樹脂２０を溶融させる温度に上昇させることができればよく、熱可塑性樹脂の種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。原料の温度が熱可塑性樹脂の融点よりも高く、フライアッシュの融点より低くなるようにヒータの加熱を設定すると、フライアッシュについては溶融されずに両者を溶融混合することができる。
また、撹拌機やスクリューの能力は、原料の粘度等の性質に応じて決定すればよい。
【００２３】
フライアッシュ１０と熱可塑性樹脂２０との配合割合は、混合物６０の用途に応じて適宜決定可能である。一般に、フライアッシュの重量割合が多くなるほど硬質となり、熱可塑性樹脂の重量割合が多くなるほど軟質となる。両者の重量割合は、多孔質無機材料混合物に要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
多孔質無機材料混合物を無機材料のように熱膨張が小さく難燃性とするためには、フライアッシュに対して同フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂を混合すればよい。この条件でも建造物の材料等に使用して好適であるが、さらに好適な条件を求めるため配合割合を種々変えて試験を行ったところ、フライアッシュを５１〜９９重量％（好ましくは、７０〜９５重量％）とし、熱可塑性樹脂を１〜４９重量％（好ましくは５〜３０重量％）とすると、建造物の材料等への用途として非常に良質の多孔質無機材料混合物を得ることができた。ここで、熱可塑性樹脂を１重量％以上（好ましくは５重量％以上）とするのは多孔質無機材料混合物を固まりのまま崩さずに固化させるためであり、フライアッシュを５１％以上（好ましくは、７０重量％以上）とするのは建造物の材料等として非常に良好な強度を得るためである。
なお、フライアッシュが熱可塑性樹脂よりも少ない重量であっても、後述する作用により、硬質の多孔質無機材料混合物を得ることができるし、多孔質無機材料混合物の表面に光沢感が付与される効果が得られる。
以下、フライアッシュと、フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂とを混合するものとして説明する。
【００２４】
加熱混合機３０に投入された熱可塑性樹脂２０は加熱されて溶融し、フライアッシュ１０と混合される。フライアッシュ１０の粒子は略球状であり、フライアッシュ１０の粒子どうしが接触するとベアリングのように転がる、いわゆるベアリング効果が生じる。その結果、熱可塑性樹脂がフライアッシュの重量以下の重量とされていても、フライアッシュのベアリング効果により容易に混合することができ、射出成形や押出成形等を行うことができる。
フライアッシュと溶融した溶融混合用樹脂とを混合させて硬化させた混合物は、シリカ分を多く含むため硬質である一方、砥石で切断しようとすると樹脂が溶融して切断を妨害するため、切断するにはチップソーを用いる必要があり、加工性がよくない。また、フライアッシュは色が濃いため、色調の自由度が小さいこともあり、従来は溶融混合用樹脂とフライアッシュとを混合することは行われていなかった。しかし、本発明によると、溶融混合用樹脂の配合割合が少なくても樹脂製品の成形に一般的に用いられる装置を使用することができ、容易に所望の形状に成形して切断処理を不要にさせることができる。
【００２５】
また、フライアッシュは多孔質の粒子であるため、溶融した熱可塑性樹脂がフライアッシュの細孔に行きわたる。また、フライアッシュには水酸基等が存在するため、変性した樹脂に含まれるカルボキシル基等の親水基とフライアッシュに存在する水酸基等とが親和される。
【００２６】
加熱混合機３０により混合された材料は、流動体とされているため、下方に押し出され、押出機４０に流れ込む。本押出機４０は、図示しないスクリューを備えており、混合された材料を板状に成形して押し出す。図では、混合された材料が右方向に連続して押し出している様子を示している。そして、押出機４０の材料出口に取り付けられた切断機５０により、固化前の混合材料を切断する。このようにして、熱可塑性樹脂を溶融させながら混合された材料を、所定の形状に成形することができる。
そして、切断された混合材料を冷却させると、同混合材料は固化し、フライアッシュ１０と熱可塑性樹脂２０とから構成される混合物６０となる。ここで、成形された混合材料を固化させるには、同混合材料をベルトコンベア上にて自然に冷却するようにしてもよいし、製造効率を向上させるため、空冷や水冷等、強制的に冷却するようにしてもよい。
【００２７】
以上説明した、微粒状のフライアッシュと、同フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂とを、同熱可塑性樹脂を溶融させながら混合して固化させることにより製造された多孔質無機材料混合物は、以下の性質を有する。
すなわち、熱可塑性樹脂はフライアッシュの重量以下の重量と少なくて済むので、無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性である。また、フライアッシュはシリカ分を多く含む多孔質粒子であるので、フライアッシュの細孔に行きわたった熱可塑性樹脂と強固に結合するので、製造された多孔質無機材料混合物は硬質である。本実施形態では、熱可塑性樹脂２０に変性した樹脂が含まれているので、さらに強固に結合され、非常に硬質の多孔質無機材料混合物が製造される。
製造される多孔質無機材料混合物は硬質であるものの、フライアッシュのベアリング効果により樹脂製品を製造する装置を利用して容易に押出成形等の成形を行うことができる。すなわち、焼成工程を全く必要とせず低コストで製造可能である。言い換えると、通常の樹脂製品と同じように成形可能でありながら、通常の樹脂製品では得られない硬質の新材料を提供することができる。従って、この多孔質無機材料混合物を、建造物の材料等（上記板状の多孔質無機材料混合物であれば、ビルの壁や遊歩道の路面等）に使用することができ、石炭火力発電所で大量に生成されるフライアッシュを有効利用することが可能となる。
また、溶融混合用樹脂として熱可塑性樹脂を用いることにより、加熱してフライアッシュと溶融混合させて成形し、冷却して固化させるという簡易な工程で多孔質無機材料混合物を製造することができる。
【００２８】
さらに、上記多孔質無機材料混合物の成形品の表面は、良好な美感を有する光沢感がある。このため、同混合物を装飾的価値が求められる材料、例えば、デザインを重視したビルの壁や遊歩道の路面等として使用することができ、この点でもフライアッシュの有効利用を促進させることができる。
なお、フライアッシュが熱可塑性樹脂よりも少ない重量とされると、熱膨張が比較的大きく、難燃性とはいえなくなるが、フライアッシュは多孔質であるので熱可塑性樹脂と強固に結合することにより硬質の多孔質無機材料混合物を得ることができるし、多孔質無機材料混合物の表面に良好な美感を有する光沢感が付与されるので成形品を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能である。
また、フライアッシュと熱可塑性樹脂の他に第三の材料が添加されてから混合される場合であっても、同様の効果が得られることに変わりはない。
【００２９】
さらに、図２に示すようにペレット化された多孔質無機材料混合物６１を成形しても、同混合物６１は硬質であるため、コンクリート骨材や、建築用材への混合材等として好適である。
図に示すように、上記加熱混合機３０と同様の加熱混合機３１に微粒状のフライアッシュ１０と熱可塑性樹脂２０とを投入し、加熱することにより熱可塑性樹脂２０を溶融させ、両者を混合する。そして、混合した流動体をスクリューにて下方に押し出しつつペレット状に形成する。本加熱混合機３１の材料出口には、拡大図に示すような多数の円形の流出穴３１ａを有する円形板状の部材が取り付けられている。混合された材料は流出穴３１ａから押し出され、切断機５１にて所定の長さに切断される。切断された混合材料は、冷却され、固化する。このようにして、ペレット化された所定形状の多孔質無機材料混合物６１を成形することができる。
【００３０】
製造された混合物６１は、建築用材等に配合して使用することができる。例えば、セメントと混合するための撹拌容器７０に、混合物６１、セメント原料粉７１、水７２を投入し、撹拌する。むろん、砂利も撹拌容器７０に投入してもよい。そして、所定の形状を有する建築用材の型に流し込むと、流し込まれた建築材料原料は時間の経過とともに固化して建築用材７３となり、種々の建築物に使用することができる。
このように、本多孔質無機材料混合物は硬質であるため、コンクリート骨材や建築用材の混合材料として使用することができ、フライアッシュを有効利用することができる。
【００３１】
また、フライアッシュと混合する溶融混合用樹脂として、図３に示すように、熱硬化性樹脂を使用してもよい。ここで、微粒状のフライアッシュ１０と溶融状態の熱硬化性樹脂２１とは造粒機３２に投入され、混合される。同造粒機３２は、投入された原料を回転させながら加熱し、ペレット化するものである。すなわち、フライアッシュ１０と熱硬化性樹脂２１とは、同熱硬化性樹脂２１が溶融した状態で混合させられ、ペレット状に硬化されて、多孔質無機材料混合物６２とされる。このようにして成形された多孔質無機材料混合物６２も、硬質であるため、コンクリート骨材や建築用材の混合材料として使用することができる。
なお、多孔質無機材料混合物に機能性を付与するため、第三の材料として機能性材料を添加したうえで、混合して硬化させることにより多孔質無機材料混合物を製造してもよい。この場合であっても、硬質の多孔質無機材料混合物を提供することができる。第三の材料としては種々の物性を有する機能性材料を採用することができ、フェライト材を採用すれば電磁波進入防止機能を持たせることができるし、繊維質の材料を採用すれば破壊されたときに破壊片が四散することを防止することができる。
【００３２】
（２）石英質系鉱物混合物とその製造方法：
本発明を適用可能な多孔質無機材料は、フライアッシュ以外にも様々なものがある。
例えば、多孔質無機材料として微粒状の石英質系鉱物を用いてもよい。この場合であっても、図１で示した流れにより多孔質無機材料混合物６０を成形することができる。以下、第二の実施形態にかかる多孔質無機材料混合物とその製造方法を、図１を参照して説明する。
【００３３】
微粒状の石英質系鉱物１１は、石英を主成分とする鉱物であり、用途に応じた粒径に粉砕されて石粉とされ、使用される。むろん、採石場や加工工場にて生じる石英質系鉱物の石粉を使用してもよい。
種々の石英質系鉱物を用いて多孔質無機材料混合物を成形したところ、愛知県北設楽郡設楽町の段戸山から採取される石英片岩、硬質石英質岩石が成形に好適であった。以下、同石英片岩、硬質石英質岩石を用いるものとして説明する。
上記石英片岩、硬質石英質岩石は、ＳｉＯ２を８０〜８５重量％含有する石英を主体とし、ソーダ長石等を若干含む鉱物である。また、これらの岩石を熱可塑性樹脂との混合用に粉砕した石粉を顕微鏡で見たところ、微細な孔が多数存在することが確認された。従って、粉砕された同石英片岩、硬質石英質岩石は、微粒状の多孔質無機材料である。
なお、石英質系鉱物は用途に応じて様々な粒径とすることができるが、より好適な条件を求めるため石英質系鉱物の粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると建造物の材料等への用途として非常に良質の多孔質無機材料混合物を得ることができた。
【００３４】
溶融混合用樹脂としては、第一の実施形態と同じ樹脂を使用可能である。本実施形態では、マレイン酸により変性した樹脂を一部に含む熱可塑性樹脂２０を使用するものとする。石英質系鉱物にも水酸基等が含まれており、変性した樹脂に含まれるカルボキシル基等と親和されることになる。
【００３５】
多孔質無機材料混合物６０を無機材料のように熱膨張が小さく難燃性とするためには、微粒状の石英質系鉱物１１に対して同石英質系鉱物と等重量以下の熱可塑性樹脂２０を混合すればよい。その際、石英質系鉱物１１と熱可塑性樹脂２０との配合割合は、混合物６０の用途に応じて適宜決定可能である。石英質系鉱物の場合も、石英質系鉱物の重量割合が多くなるほど硬質となり、熱可塑性樹脂の重量割合が多くなるほど軟質となる。
さらに、石英質系鉱物を５１〜９９重量％（好ましくは、７０〜９５重量％）とし、熱可塑性樹脂を１〜４９重量％（好ましくは５〜３０重量％）とすると、建造物の材料等に使用して好適な良質の多孔質無機材料混合物を得ることができる。ここで、熱可塑性樹脂を１重量％以上（好ましくは５重量％以上）とするのは多孔質無機材料混合物を固まりのまま崩さずに固化させるためであり、石英質系鉱物を５１％以上（好ましくは、７０重量％以上）とするのは建造物の材料等として良好な強度を得るためである。
【００３６】
石英質系鉱物１１と熱可塑性樹脂２０とを加熱混合機３０に投入すると、熱可塑性樹脂２０は加熱により溶融され、微粒状の石英質系鉱物と混合される。ここで、熱可塑性樹脂の重量は石英質系鉱物の重量以下であるが、溶融混合時に粘土状となって流動性が良好であるため、容易に混合することができ、射出成形や押出成形等を行うことができる。
石英質系鉱物と溶融した溶融混合用樹脂とを混合させて硬化させた混合物は、フライアッシュを用いた混合物と同様、シリカ分を多く含むため硬質である一方、砥石で切断しようとすると樹脂が溶融して切断を妨害するため、加工性がよくない。また、タルク、炭酸カルシウム等のような多孔質でない粉末と、同粉末と等重量以下の溶融混合用樹脂とを溶融混合させて成形しようとしても、混合された材料は固まりとはならずに崩れてしまい、成形を行うことができなかった。このような粉末と少量の溶融混合用樹脂とを溶融混合させて成形するためには、繊維等の補強材を添加する必要があった。本発明によると、微粒状かつ多孔質の石英質系鉱物を用いることにより、繊維等の補強材を添加することなく、溶融混合用樹脂の配合割合が少なくても樹脂製品の成形に一般的に用いられる装置を使用して、容易に所望の形状に成形して切断処理を不要にさせることができる。従って、低コストにて所望の形状の多孔質無機材料混合物を製造することができる。
【００３７】
混合された材料は、下方に押し出され、押出機４０に流れ込む。同混合された材料は、押出機４０のスクリューにて板状に成形されて押し出され、切断機５０により固化前の状態で切断される。そして、切断された混合材料を冷却させると、同混合材料は固化し、石英質系鉱物と熱可塑性樹脂２０とから構成される板状の混合物６０となる。
なお、多孔質無機材料として微粒状の石英質系鉱物を用いる場合でも、多孔質無機材料混合物をペレット状に成形することができる。すると、コンクリート等への混合材料として使用することが可能となる。また、溶融混合用樹脂として熱硬化性樹脂等を用いてもよい。
【００３８】
以上説明した、微粒状の石英質系鉱物と、同石英質系鉱物と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させることにより製造された多孔質無機材料混合物は、以下の性質を有する。
すなわち、溶融混合用樹脂は石英質系鉱物の重量以下の重量と少なくて済むので、無機材料のように、熱膨張が小さく、難燃性である。また、石英質系鉱物は、当該石英質系鉱物の細孔に行きわたった溶融混合用樹脂と強固に結合するので、製造された多孔質無機材料混合物は硬質である。本実施形態では、熱可塑性樹脂２０に変性した樹脂が含まれているので、さらに強固に結合され、非常に硬質の多孔質無機材料混合物が製造される。
【００３９】
製造される多孔質無機材料混合物は硬質であるものの、石英質系鉱物と溶融混合用樹脂との混合材料は溶融混合時の流動性が良好であるため容易に混合することができ、繊維等の補強材を添加することなく樹脂製品を製造する装置を利用して容易に押出成形等の成形を行うことができる。すなわち、焼成工程を全く必要とせず低コストで製造可能であり、通常の樹脂製品と同じように成形可能でありながら、通常の樹脂製品では得られない硬質の新材料を提供することができる。従って、この多孔質無機材料混合物を、建造物の材料（例えば、ビルの壁や遊歩道の路面）や、さらにはコンクリート骨材や建築用材への混合材料等に使用することができ、多孔質の石英質系鉱物を有効利用することが可能となる。
【００４０】
（３）まとめ：
なお、上記多孔質無機材料は、フライアッシュと微粒状の石英質系鉱物とから構成してもよい。多孔質無機材料としてフライアッシュと石英質系鉱物の両者を併用しても、溶融混合時の流動性が良好になるとともにフライアッシュのベアリング効果により容易に混合することができる。また、硬化された多孔質無機材料混合物は硬質であるし、多孔質無機材料混合物の表面にはフライアッシュによる光沢感が得られるため、同混合物を装飾的価値が求められる材料として利用することが可能となる。
また、無機材料のように熱膨張が小さく難燃性の多孔質無機材料混合物とすることが可能な多孔質無機材料は、フライアッシュや微粒状の石英質系鉱物に限られるものではない。等重量以下の溶融混合用樹脂と溶融混合可能な多孔質無機材料であれば、溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させることにより、無機材料のように熱膨張が小さく難燃性の多孔質無機材料混合物を得ることができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、多孔質無機材料を例えば建造物の材料等として有効利用することが可能な多孔質無機材料混合物および多孔質無機材料混合物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質無機材料混合物とその製造方法を模式的に示す図である。
【図２】変形例にかかる多孔質無機材料混合物から建築用材を製造する様子を模式的に示す図である。
【図３】変形例にかかる多孔質無機材料混合物とその製造方法を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…フライアッシュ（多孔質無機材料）
１１…石英質系鉱物（多孔質無機材料）
２０…熱可塑性樹脂（溶融混合用樹脂）
２１…熱硬化性樹脂（溶融混合用樹脂）
３０，３１…加熱混合機
３２…造粒機
４０…押出機
５０，５１…切断機
６０〜６２…多孔質無機材料混合物
Claims (10)
- 微粒状の多孔質無機材料と、同多孔質無機材料と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させたことを特徴とする多孔質無機材料混合物。
- 上記多孔質無機材料は、フライアッシュであることを特徴とする請求項１に記載の多孔質無機材料混合物。
- 上記多孔質無機材料は、微粒状の石英質系鉱物であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質無機材料混合物。
- 上記多孔質無機材料は５１〜９９重量％であり、上記溶融混合用樹脂は１〜４９重量％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の多孔質無機材料混合物。
- 上記溶融混合用樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の多孔質無機材料混合物。
- 上記溶融混合用樹脂には、所定の酸により変性された樹脂が含まれることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の多孔質無機材料混合物。
- 微粒状のフライアッシュと溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させたことを特徴とする多孔質無機材料混合物。
- 上記溶融混合用樹脂を溶融させながら混合された材料を、所定の形状に成形して硬化させたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の多孔質無機材料混合物。
- 微粒状の多孔質無機材料と、同多孔質無機材料と等重量以下の溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させることを特徴とする多孔質無機材料混合物の製造方法。
- 微粒状のフライアッシュと溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を溶融させながら混合して硬化させることを特徴とする多孔質無機材料混合物の製造方法。
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