JP2009190925A

JP2009190925A - コンクリート用組成物

Info

Publication number: JP2009190925A
Application number: JP2008032472A
Authority: JP
Inventors: Koji Kiuchi; 孝司木内; Yoshio Natsuume; 伊男夏梅
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】シクロオレフィン硬化樹脂および強化繊維を含有する繊維強化樹脂成形品の回収品を再利用して、外観や機械特性に優れたコンクリート成形品を得ることが可能なコンクリート用組成物を提供する。
【解決手段】シクロオレフィン硬化樹脂および炭素繊維などの強化繊維を含む繊維強化樹脂成形品の粉砕物と、セメント材とを含んでなるコンクリート用組成物を用いる。該コンクリート用組成物を成形してなるコンクリート成形品は、外観や機械特性に優れる。
【選択図】なし

Description

本発明は、シクロオレフィン硬化樹脂および強化繊維を含有する繊維強化樹脂成形品の回収品を再利用したコンクリート用組成物に関する。

ジシクロペンタジエン樹脂等のシクロオレフィン硬化樹脂を炭素繊維等で強化した繊維強化樹脂は、機械特性に優れるため、釣竿やゴルフクラブ用シャフトなどのスポーツ用途から自動車や航空機等の乗物用構造体用途、包装、家電の筐体、建築基材等の一般産業用途までの幅広い用途で期待されている。

一方、容器包装リサイクル法、家電製品リサイクル法などの各種法令対応、及び自動車部材のリサイクル比率向上等の業界の大きな動きの中で、大型製品のリサイクル技術開発が大きな課題になっている。しかしながら、上記市場が急拡大している炭素繊維等を用いた繊維強化樹脂は、非常に堅固であるために、廃棄品を再利用するのが難しく問題になっている。

繊維強化樹脂の成形品を再利用する方法として、特許文献１には、硬化済みの炭素繊維強化プラスチックを粉砕、分級することによって得られた炭素繊維強化プラスチック粉砕片をコンクリートに添加することが開示されている。しかし、この方法で得られるコンクリートは、外観や機械特性が不十分であった。

特開２００４−１１５３０８号公報

本発明は、シクロオレフィン硬化樹脂および強化繊維を含有する繊維強化樹脂成形品の回収品を再利用して、外観や機械特性に優れたコンクリート成形品を得ることが可能なコンクリート用組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討の結果、炭素繊維等の強化繊維中でシクロオレフィンポリマーを硬化した繊維強化樹脂の成形品を粉砕機等で粉砕した粉砕物をセメント材に配合すると、得られるコンクリート成形品の機械的特性を大きく改質し且つ外観等にも優れることを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。

かくして本発明によれば、シクロオレフィン硬化樹脂および強化繊維を含む繊維強化樹脂成形品の粉砕物と、セメント材とを含んでなるコンクリート用組成物が提供される。
また本発明によれば、該コンクリート用組成物を成形してなるコンクリート成形品が提供される。

本発明によれば、繊維強化樹脂成形品の粉砕物を用いてセメント材の機械的特性を容易に改質できる。また、本発明のコンクリート用組成物を用いて得られるコンクリート成形品は、外観や機械特性に優れるので、壁材、屋根材、床材、セメント瓦、本瓦等の家屋屋根及び外壁等の建設部材などの建築用部材、植木鉢、花壇柵、庭敷板などの園芸用品、テトラポット、護岸壁等の海洋構造物などに好適に用いることができる。

（繊維強化樹脂成形品）
本発明に使用される繊維強化樹脂成形品は、シクロオレフィン硬化樹脂および強化繊維を含む。その製法、形状等は、格別な限定はないが、例えば、射出成形方法等により成形されたＯＡ機器、家電製品、乗物構造部材やプリプレグを積層し硬化した積層体などの部材として使用された後、回収されたものや、その部材の成形時に発生するスプールランナー等の端品が含まれる。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品に含まれる強化繊維としては、格別な限定はないが、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維、アラミド繊維、超高分子ポリエチレン繊維、ポリアミド（ナイロン）繊維、液晶ポリエステル繊維などの有機繊維；ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、タングステン繊維、モリブデン繊維、ブデン繊維、チタン繊維、スチール繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、シリカ繊維などの無機繊維などを挙げることができる。これらの中でも、有機繊維、ガラス繊維、および炭素繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。特に、炭素繊維は、シクロオレフィンポリマーとの相溶性に優れ好適である。

本発明においては、使用される回収繊維強化樹脂成形品のマトリックス樹脂が、シクロオレフィン硬化樹脂であることを特徴とする。シクロオレフィン硬化樹脂としては、シクロオレフィンポリマーを硬化したものであれば格別な限定はない。シクロオレフィンポリマーとしては、公知のシクロオレフィンモノマーの重合体を格別な限定がなく用いることができる。具体的には、シクロオレフィンモノマーの開環重合体、シクロオレフィンモノマーの付加重合体、シクロオレフィンモノマーと鎖状オレフィンとの付加共重合体、およびこれらの水素化物が挙げられる。

シクロオレフィンモノマーは、炭素原子で形成される環構造を有し、該環中に炭素−炭素二重結合を有する化合物である。その例として、ノルボルネン系モノマーおよび単環シクロオレフィンモノマーなどが挙げられ、ノルボルネン系モノマーが好ましい。ノルボルネン系モノマーは、ノルボルネン環を含むモノマーである。ノルボルネン系モノマーとしては、格別な限定はないが、例えば、２−ノルボルネン、ノルボルナジエンなどの二環体、ジシクロペンタジエン、ジヒドロジシクロペンタジエンなどの三環体、テトラシクロドデセン、エチリデンテトラシクロドデセン、フェニルテトラシクロドデセンなどの四環体、トリシクロペンタジエンなどの五環体、テトラシクロペンタジエンなどの七環体、及びこれらのアルキル置換体（メチル、エチル、プロピル、ブチル置換体など）、アルキリデン置換体（例えば、エチリデン置換体）、アリール置換体（例えば、フェニル、トリル置換体）、並びにエポキシ基、メタクリル基、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、ハロゲン基、エーテル基、エステル結合含有基などの極性基を有する誘導体などが挙げられる。

単環シクロオレフィンモノマーとしては、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロオクテン、シクロドデセン、１，５−シクロオクタジエンなどの単環シクロオレフィン及び置換基を有するそれらの誘導体が挙げられる。

シクロオレフィン硬化樹脂は、上記シクロオレフィンポリマーを硬化したものであり、溶媒に溶解しないことで定義される。一方、未硬化のシクロオレフィンポリマーは、溶媒に溶解する。かかる溶解試験に用いる溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素などの溶媒から未硬化のシクロオレフィンポリマーを溶解できるものが選択される。また、シクロオレフィンポリマーの硬化方法は、ラジカル架橋やイオン架橋などの公知の方法をいずれも採用することができ、ラジカル架橋が好ましい。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品は、上記強化繊維とシクロオレフィン硬化樹脂を必須成分とし、必要に応じてその他の配合剤を含むことができる。その他の配合剤としては、使用目的に応じて適宜選択されるが、エラストマー材料、充填剤、老化防止剤、難燃剤、着色剤、光安定剤、顔料、発泡剤、高分子改質剤などを挙げることができる。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品の強化繊維含有量は、使用目的および強化繊維の種類により適宜選択されるが、通常５〜９５重量％、好ましくは１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８０重量％の範囲である。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品は、粉砕物として使われる。粉砕の方法は、格別な限定はないが、破砕機や粉砕機を用いて小片化することにより繊維強化樹脂成形品の粉砕物を作製する。破砕機や粉砕機には、剪断式、衝撃式、切断式など各種方式を採用することができる。

具体的には、破砕機により、通常、粒子径１０ｍｍ程度に破砕し、次いで、粉砕機で、粒子径１〜５００μｍ、好ましくは５〜２５０μｍ、より好ましくは１０〜１００μｍの粉体として用いることができる。また、破砕機、粉砕機の具体的な装置としては、例えば、シュレッター、ジョーククラッシャー、ジャイレトリクラッシャー、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、衝撃破砕機などの粗砕機、ロールクラッシャー、ロールミル、スタンプミル、エッジランナー、カッターミル、ロッドミルなどの中砕機、グラインダー、エロフォールミル、カスケードミルなどの粉砕機などを挙げることができる。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品の粉砕物は、上記粉砕後にふるい分けして用いることができる。ふるい分けは、例えば、気流分級法等によって、通常５００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下の粉体のみをふるい分け、それより大きな粒径の粉体は破砕機、粉砕機で再度粉砕される。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品の粉砕物は、比重に基づき分けて用いるのが好適である。例えば、強化繊維が炭素繊維の場合の比重が１．８、ジシクロペンタジエン樹脂の比重が１．０のように比重の違いにより炭素繊維の多い粉砕物、樹脂成分の多い粉砕物と分けて使うことができる。比重による分別は、液体を用いた分離方式または遠心分離方式による方法などにより行なうことができる。遠心分離方式は、回転板上に粉砕物を投入し、所定の遠心力が生じる程度に当該回転板を回転させることにより行なわれ、回転板から飛散された粉砕物が大きな比重のもの、回転板上に残量した粉砕物が小さい比重のものとして分別される。また、サイクロンによる遠心分離方法を用いて行なうこともできる。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品の粉砕物の比重は、使用目的により適宜選択されるが、通常１．１０〜１．７０、好ましくは１．２０〜１．７５、より好ましくは１．３０〜１．７０の範囲である。

本発明に使用される繊維強化樹脂成形品の粉砕物は、水分量が通常、０．１重量％以下で用いられる。また、本発明に使用される繊維強化樹脂成形品の粉砕物は、磁石等を用いて金属異物を除去したものを用いることが好ましい。

これらの繊維強化樹脂成形品の粉砕物は、それぞれ単独で、あるいは２種以上組み合わせて用いることができる。

（コンクリート用組成物）
本発明のコンクリート用組成物は、上記繊維強化樹脂成形品の粉砕物とセメント材とを含んでなり、水等の分散剤と混合することにより固化してコンクリートを形成し得るものである。本発明のコンクリート用組成物は、上記繊維強化樹脂成形品の粉砕物をセメント材に配合して得ることができる。

本発明に使用されるセメント材としては、格別な限定はなく、公知のものを用いることができる。例えば、普通ポルトランドセメント、早強セメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸ポルトランドセメントなどの各種ポルトランドセメント、白色セメント、アルミナセメント、スラグセメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、ローマセメント、天然セメント、高炉セメント、微粒子セメント、発泡セメントなどの特殊セメントなどが挙げられる。

これらのセメント材は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。前期繊維強化樹脂成形品の粉砕物とセメント材の割合は、［繊維強化樹脂成形品の粉砕物］／［セメント材］の重量比で、通常１／９９〜９０／１０、好ましくは５／９５〜７５／２５、より好ましくは１０／９０〜６０／４０の範囲である。

本発明のコンクリート用組成物は、必要に応じて軽量骨材を添加することができる。軽量骨材としては、珪砂、砂、砂利、フライアッシュ、シラスバルーン、パーライト、ガラスバルーン、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＦｅＯ、ＣａＯ、Ｎａ_２Ｏ、ＭｇＯなどの中空物等の無機粉体材料などが挙げることができる。これらの軽量骨材は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができ、その使用量は、セメント材１００重量部に対して、通常５〜５００重量部、好ましくは２０〜２００重量部、より好ましくは３０〜１５０重量部の範囲である。

本発明のコンクリート用組成物は、必要に応じて、減水剤を添加することができる。減水剤としては、公知のものを用いればよく、通常、ＡＥ減水剤、高性能減水剤などを用いることができる。これらの減水剤は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができ、その使用量は、セメント１００重量部に対して、通常０．００１〜２０重量部、好ましくは０．０１〜１０重量部、より好ましくは０．１〜５重量部の範囲である。

本発明のコンクリート成形品は、上記本発明のコンクリート用組成物を成形してなる。具体的には、コンクリート用組成物を水等の分散材に混ぜて、型枠等に流し込んで成形する方法、噴きつけて成形する方法等により製造することができる。

本発明のコンクリート用組成物は、機械特性や粘着特性が優れるので、住宅、ホテル、学校、病院、事務所、劇場、体育館、オフィスビルなどの各種建設用資材、透水パネル、基礎パネル、防音パネル、断熱パネル、テトラポット、電柱、側溝、ヒューム管、屋根瓦、緑化用構造物などに好適に用いることができる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および％は、特に断りのない限り重量基準である。

実施例および比較例における各特性は、下記の方法に従い測定、評価した。
（１）外観評価：得られたコンクリート成形品の外観を観察し、下記基準で評価した。
◎：形状崩れ、粉落ち等が認められない
△：形状崩れ、粉落ち等が僅かに認められる
×：形状崩れ、粉落ち等が激しく認められる

（２）機械特性評価：コンクリート成形品の３点曲げ強度をＪＩＳＡ１１０６に準じて測定し、比較例１（セメントブランク成形品）を１００として、下記基準で評価した。
◎：１５０超える
○：１３０超える、１５０以下
△：１００超える、１３０以下
×：１００以下

製造例１（粉砕物Ａの製造）
ベンジリデン（１，３−ジメシチル−４−イミダゾリジン−２−イリデン）（トリシクロヘキシルホスフィン）ルテニウムジクロリド５１部と、トリフェニルホスフィン７９部とを、トルエン９５２部に溶解させて触媒液を調製した。これとは別に、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰ）１００部、連鎖移動剤としてアリルメタクリレート０．７４部、架橋剤としてジ−ｔ−ブチルペルオキシド（１分間半減期温度１８６℃）１．２部、フェノール系老化防止剤として３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシアニソール１．０部を加え混合してモノマー液を調製した。ここに上記触媒液をシクロオレフィンモノマー１００ｇあたり０．１２ｍｌの割合で加えて撹拌して重合性組成物を調製した。

一方、炭素繊維（繊維目付量：１９０ｇ／ｍ^２、繊維引張強度４，９００ＭＰａ、繊維引張弾性率：２９４ＧＰａ、厚み０．１ｍｍ）を６枚積層したものを金型内に置き、型締めを行なった。次いで、上記調製した重合性組成物を型内に注入し、２００℃×１５分間で硬化させて繊維強化樹脂成形品（炭素繊維含有量７１％）を得た。

得られた繊維強化樹脂成形品を一軸衝撃破砕機で破砕（消費エネルギー７００ｋＪ／ｋｇ）した後、グラインダー（粒度＃８０）で粉砕し粉砕物Ａを得た。得られた粉砕物の粒子径は約２０μｍ、比重は１．６８であった。

製造例２（粉砕物Ｂの製造）
繊維強化樹脂成形品として、他から回収した繊維強化ジシクロペンタジエン樹脂成形品（炭素繊維含有量６６％）を用いて製造例１と同様に行い粉砕物Ｂを得た。

実施例１
普通ポルトランドセメント１００部、標準砂１００部、減水剤３部、水６０部及び製造例１で得た粉砕物Ａ１００部をミキサーで混ぜ合わせた後、養生してコンクリート成形品であるセメント板（３０ｃｍ×３０ｃｍ、厚さ２０ｃｍ）を得た。得られたセメント板の外観評価を行なった後、試験片（９５×６０×２０ｃｍ）を切り出しての３点曲げ試験を行い、それらの結果を表１に示した。

実施例２
粉砕物Ｂを用いる以外は実施例１と同様に行い、各特性を評価し、その結果を表１に示した。

比較例１
粉砕物を用いない以外は実施例１と同様に行い、ブランクのセメント成形品を得、各特性を評価して、それらの結果を表１に示した。

以上のように、本発明のコンクリート用組成物を用いると、外観および機械特性に優れるコンクリート成形品を得ることができる（実施例１，２）。一方、繊維強化樹脂成形品の粉砕物を用いないと、得られるコンクリート成形品は、外観は良好であるが機械特性が不十分であった（比較例１）。

Claims

シクロオレフィン硬化樹脂および強化繊維を含む繊維強化樹脂成形品の粉砕物と、セメント材とを含んでなるコンクリート用組成物。
強化繊維が炭素繊維である請求項１記載のコンクリート用組成物。
請求項１または２記載のコンクリート用組成物を成形してなるコンクリート成形品。