JP2010100497A - 廃棄ガラス繊維強化プラスチックを用いた多孔質セラミックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄されるガラス繊維強化プラスチックの有効活用技術を提供する。
【解決手段】ガラス繊維強化プラスチックと、粘土を混合して成形するステップと、該プラスチックのプラスチック成分を分解する温度で焼成するステップと、前記プラスチックのガラス繊維成分によって強度増加する温度まで昇温して焼成する。この製造方法によって多孔質セラミックスであるタイルが製造され、さらにこのタイルを使用した舗道用吸水性ブロックが得られる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、セラミックの製造方法であって、とくに廃棄ガラス繊維強化プラスチックを再利用した軽量で強度の高い多孔質セラミックの製造方法に関するものである。

現在、我々の身の周りには様々なプラスチック製品が使用されており、使用済みのプラスチックは廃棄プラスチックと呼ばれ、それらの処分が大きな社会問題となっている。この廃棄プラスチックの約６０％はリサイクルなどの技術によって有効活用がなされているが、残りの４０％は埋立てや単純焼却による廃棄処分が行なわれ、特にガラス繊維強化プラスチックは埋立て処分をする場合に、プラスチックに含まれるガラス繊維が環境を汚染する恐れがあり、その有効活用が強く求められている。

廃棄プラスチックの処理方法としては、サーマルリサイクル法、ケミカルリサイクル法、およびマテリアルリサイクル法があり、多種類の廃棄プラスチックに対して、これらの処理方法の中から最適なものが選択されている。しかしながら、これらの処理方法はいずれもプラスチックのみの廃棄プラスチックを対象とするで、上記のガラス繊維強化プラスチックを処理する場合には、プラスチックに含まれるガラス繊維の処理ができない場合があった。

そこで、廃棄ガラス繊維強化プラスチックの破砕物と熱硬化性樹脂との混合物をプレス加工して床材、舗装材ブロックとする技術が提案されている（特許文献１参照。）。また、銅製錬鉱さいに石灰石および粘土を配合した基材に、ガラス繊維強化プラスチック廃砕物を添加して成形後、焼成する多孔質セラミックの製造技術もある（特許文献２参照。）。

特開２００２−２９４６１４号公報 特開平６−１１６０５７号公報

しかしながら上記の特許文献１に記載されている技術は、廃棄ガラス繊維強化プラスチックを熱硬化性樹脂と混合してプレス加工することにより、床材、舗装材ブロックとして再利用するものであり、製造される床材、舗装材ブロックの材質は、製造前と同じ繊維強化材を含んだプラスチック材（有機化合物）となる。これらを処分する場合には、再びその廃棄方法が問題となることが予想されることから、同製造方法は、根本的な廃棄プラスチックの処理方法とはならない。また特許文献２の多孔質プラスチックの製造技術は、ガラス繊維強化プラスチック廃棄物を使って多孔質セラミックを製造する点で類似するものの、１０００℃未満の焼成温度で製造することで、多孔質を形成することを主な目的としたものであり、ガラス繊維の有効活用に関しては、何らの技術的な開示はなされていない。さらに、後述する実施例にもあるように、粘土にガラス繊維入りの廃棄プラスチックを混合して、１０００℃未満の焼成温度で多孔質なガラス繊維入りセラミックを製造した場合には、強化材としてのガラス繊維の効果はほとんど期待できず、製品は十分な強度を有しない。

上記の問題点に鑑み本発明者らは、鋭意研究の結果、粘土にガラス繊維入りの廃棄プラスチックを混合して成形し、セラミックの強度増加方法として、ガラス繊維成分によって強度増加する温度まで昇温して焼成する技術を確立し、軽量で強度の高い多孔質セラミックを提供するにいたった。本技術により、根本的な廃棄プラスチックの処理及び再利用の用途を提供する。

このため本発明の多孔質セラミックの製造方法は、ガラス繊維強化プラスチックと、粘土を混合して成形するステップと、該プラスチックのプラスチック成分を分解する温度で焼成するステップと、前記プラスチックのガラス繊維成分によって強度増加する温度まで昇温して焼成するステップからなることを第１の特徴とする。

また、７００〜１０００℃で前記ガラス繊維強化プラスチックのプラスチック成分を分解させることを第２の特徴とする。

そして、１０００℃〜１２００℃までさらに昇温して焼成し、前記プラスチックのガラス繊維成分によって強度増加させることを第３の特徴とする。

しかも、前記プラスチックのガラス繊維成分が部分溶融する１２００℃を越える温度までさら昇温して焼成し、該部分溶融したガラス繊維成分によってさらに強度増加させることを第４の特徴とする。

そして、上記の製造方法によって作成されたタイルであることを第５の特徴とする。

さらに、前記タイルを使用した舗道用吸水性ブロックであることを第６の特徴とする。

本発明に係る多孔質セラミックの製造方法によれば、廃棄されるガラス繊維強化プラスチックと、粘土を混合して成形し、プラスチック成分を分解する温度と、ガラス繊維成分を部分溶融する温度以上に昇温して焼成するため、軽量であると共に、強度の高い多孔質セラミックを製造することができる。

この製造方法によって作成されたタイル及び舗道用吸水性ブロックは、タイル専用の粘土を使用せずに安価な粘土を使用しており、一般的なタイルと同等以上の強度が得られるため、得られるタイルの品質に対して材料費が非常に安価である。

しかも、従来有効活用が困難であったガラス繊維を含む廃棄プラスチックの再利用が可能であるという優れた効果を有する。

以下、本発明の廃棄ガラス繊維強化プラスチックを用いた多孔質セラミックの製造方法を実施例に従い詳細に説明する。尚、本実施例においては、タイルの製造を例として説明するが、本技術により作成可能な多孔製セラミックの製品はこれに限定されるものではない。

タイルの主原料として、タイル用に調製されていない市販の宮崎県産の国富粘土と、添加原料としてガラス繊維４０％含有のＰＯＭ樹脂（ポリプラスチック社製）を準備した。このガラス繊維含有のＰＯＭ樹脂は自動車のドアミラーなどに用いられており、現在及び将来の大量廃棄が考えられるものである。

（タイルの成形）
１）粘土及びＰＯＭ樹脂をそれぞれ５００μｍのふるいにかけ、５００μｍ以下の粘土およびＰＯＭ樹脂の粉末をえる。
２）得られた粘土とＰＯＭ樹脂粉末を所定の混合比で混合し、原料質量の８％の水を加え混練した後、１５ｇずつ秤量して金型に入れる。
３）金型をインバータホットプレス（モトヤマ社製）に投入し、９．８ＭＰａの圧力で１分間保持して成形を行なう。
金型で作成した試験片のサイズは成形時は幅２０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さは配合条件により異なり約５ｍｍ〜７ｍｍである。表１にＰＯＭ樹脂の配合条件を示す。尚、比較としてＰＯＭ樹脂（ガラス繊維を含まない）を配合した試験片も作成した。

（タイルの焼成）
上記で準備した試験片を、次の焼成温度条件に従い焼成した。
１）１００℃／ｈで２００℃まで昇温
２）２００℃で１時間保持
３）焼成温度Ｔ−２００℃まで１００℃／ｈで昇温
４）焼成温度Ｔまで６０℃／ｈで昇温
５）焼成温度Ｔで１時間保持
６）常温まで炉冷
焼成温度Ｔは９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃と設定し、試験片を焼成した。図１に焼成温度条件（温度上昇曲線）を示す。

（収縮試験）
上記焼成したタイルの試験片の、焼成前と焼成後の寸法を測定して体積を求め、次の数１に従い収縮率を求めた。結果を図２に示す。

Ｖ_０：焼成前の試験片の体積、Ｖ：焼成後の試験片の体積

(結果）
図１に示すように、粘土とＰＯＭ樹脂のみを混合して焼成した場合、試験片の収縮率はＰＯＭ樹脂の混合率が増加するに従い低下した。粘土とガラス繊維入りＰＯＭ樹脂を混合して焼成した場合、焼成温度１１００℃を除きＰＯＭ樹脂の混合率が増加してもガラス繊維の混合率が増加するにつれて高くなった。特に、１２００℃で焼成した場合、ガラス繊維が部分的に溶融するため試験片の収縮率は、ガラス繊維の混合率が増加するにつれて著しく高くなった。尚、焼成した試験片を実体顕微鏡によって観察したところ、ガラス繊維成分が１１００℃までの焼成では溶融しておらず、１２００℃の焼成で部分溶融していることが確認された。

（吸水試験）
タイル試験片を乾燥器に入れ、２４時間乾燥させた後にその質量を測定した。次にこの乾燥済の試験片を約２０℃の静水中の水面下１０ｃｍの位置に沈め、２４時間放置した後湿った布で試験片の表面の水滴を拭き取り、再度質量を測定した。これらの測定値から次の数２に従い吸水率を求めた。結果を図３に示す。

ｍ_０：乾燥時の試験片の質量、ｍ：吸水後の試験片の質量

（結果)
ガラス繊維の有無に関わらずＰＯＭ樹脂の混合率が増加するにつれて試験片の吸水率が高くなった。また同じＰＯＭ樹脂の混合率の試験片を９００℃〜１１００℃で焼成した場合、ガラス繊維入りの試験片の吸水率が相対的に高かった。そして１２００℃で焼成した場合は、ガラス繊維なし試験片の吸水率が相対的に高かった。

（曲げ試験）
タイル試験片を四点曲げ治具に挿入し、オートグラフ（島津製作所製ＡＧ５００Ａ）を用いてクロススピード０．５ｍｍ／ｓで圧縮し、最大荷重を測定して次の数３に従い、各試験片の最大曲げ応力を求めた。結果を図４に示す。

Ｐ：最大荷重、Ｌ：下部支点間距離、ａ：上部荷重点間距離、ｂ：試験片の幅、ｈ：試験片の厚さ

（結果）
ガラス繊維の有無に関わらずＰＯＭ樹脂の混合率が増加するにつれて試験片の曲げ強度は低下した。しかし焼成温度１１００℃でガラス繊維の混合率８％（ＰＯＭ樹脂の混合率１２％）以上の試験片、および焼成温度１２００℃のガラス繊維入り試験片はいずれもガラス繊維なしの試験片と比べ、相対的に曲げ強度が高いことがわかった。尚、窯業において粘土を使用した一般的なセラミックの曲げ強度は約６ＭＰａを持つことから、１１００℃および１２００℃のガラス繊維入り試験片は高強度のタイルであることが判った。この高強度の理由については、ガラス繊維成分が部分溶融する前の１１００℃では、ガラス繊維が複合材料における強化繊維の役割を果たし、部分溶融する１２００℃では、ガラス繊維が溶融することで粘土を強固に固めるバインダー(結合材)の役割をする二つの異なった高強度の発生メカニズムがあると考えられる。

以上、本発明による廃棄ガラス繊維強化プラスチックを用いた多孔質セラミックの製造方法によれば、廃棄されるガラス繊維強化プラスチックと、粘土を混合して成形し、プラスチック成分を分解する温度と、ガラス繊維成分を部分溶融する温度で焼成するため、軽量であると共に、強度の高い多孔質セラミックを製造することができる。この製造方法によって作成されたタイル及び舗道用吸水性ブロックは、タイル専用の粘土を使用せずに安価な粘土を使用しており、一般的なタイルと同等以上の強度が得られると共に、得られるタイルの品質に対して材料費が非常に安価となる。またタイル専用に調製された粘土を用いれば、さらに高強度のタイルを作製できるものと考える。

本発明の廃棄ガラス繊維強化プラスチックを用いた多孔質セラミックの製造方法で作成したタイルは、高強度で多孔質な特徴を生かし、ろ過機能を利用した河川堤防用のタイルやヒートアイランド現象の対策技術としての保水コンクリート等の用途として利用可能である。

焼成温度条件（温度上昇曲線）を示す図である。 収縮試験結果を示す図である。 吸水試験結果示す図である。 曲げ試験結果を示す図である。

Claims (6)

1. ガラス繊維強化プラスチックと、粘土を混合して成形するステップと、該プラスチックのプラスチック成分が分解する温度まで昇温して焼成するステップと、前記プラスチックのガラス繊維成分によって強度増加する温度まで昇温して焼成するステップからなる多孔質セラミックの製造方法。
2. ７００〜１０００℃で前記ガラス繊維強化プラスチックのプラスチック成分を分解させ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の製造方法。
3. １０００℃〜１２００℃までさらに昇温して焼成し、前記プラスチックのガラス繊維成分によって強度増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質セラミックの製造方法。
4. 前記プラスチックのガラス繊維成分が部分溶融する１２００℃を越える温度までさら昇温して焼成し、該部分溶融したガラス繊維成分によってさらに強度増加させることを特徴とする請求項１乃至３に記載の多孔質セラミックの製造方法。
5. 請求項１乃至４に記載の製造方法によって製造されたタイル。
6. 前記タイルを使用した舗道用吸水性ブロック。

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