JP2983907B2 - フライアッシュ樹脂板 - Google Patents

フライアッシュ樹脂板

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弘善 堀川
敏之 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フライアッシュを
主体とする無機質粒子を熱硬化性樹脂で結合固化してな
るフライアッシュ樹脂板に関し、特に内外装壁材等の建
材に好適に利用されるフライアッシュ樹脂板に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】フライアッシュは、微粉炭燃焼ボイラー
の煙道ガスから集塵機で捕集される石炭灰であり、高温
の熱履歴を受けているために、発泡した多孔質粒子を含
んだ微粉体となるが、その性状は原料の石炭の性質や燃
焼条件によって変動する。
【0003】このフライアッシュは、セメント原料や土
木資材として広く用いられているが、これを熱硬化性樹
脂で結合硬化して、建材板として利用する方法も確立し
つつある。この用途に用いられるフライアッシュの粉体
特性は、ブレーン値(比表面積)を用いて表されること
が多く、本発明者らは、熱硬化性樹脂を用いた樹脂板用
の組成物として、比表面積2000〜3200cm2
gの範囲のフライアッシュが好適に使用可能なことを提
案した(特公平5−81627号公報)。
【0004】しかしながら、近年、輸入海外炭の利用頻
度が大きくなるにつれて、発生するフライアッシュの粉
体性状の変動幅も大きくなり、比表面積のみを指標とし
たのでは、使用適性が評価できなくなってきた。また、
その一方で上記発明を適用できない比表面積3200c
2 /g以上のフライアッシュの発生量が増加し、高比
表面積のフライアッシュを原料として活用することが求
められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、熱硬化性樹脂でフライアッシュを主体とする無
機質粒子を結合硬化させてなるフライアッシュ樹脂板に
おいて、高比表面積のフライアッシュを原料とし、より
高強度のフライアッシュ樹脂板を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、より高強
度のフライアッシュ樹脂板を得るためのフライアッシュ
の粉体特性を検討した結果、粒子強度が9MPa以上
で、かつタップ密度が0.9g/cm3 以上であるフラ
イアッシュを主体とする無機質粒子と熱硬化性樹脂との
混合物を熱硬化させることによって、優れた強度特性を
有する樹脂板を製造できることを見出し、本発明を完成
した。
【0007】すなわち、本発明は、比表面積が3200
cm 2 以上、粒子強度が9MPa以上で、かつタップ密
度が0.9g/cm3 以上のフライアッシュを主体とす
る無機質粒子と熱硬化性樹脂との混合物を熱硬化してな
るフライアッシュ樹脂板である。
【0008】本発明において、粒子強度とは、フライア
ッシュの圧密試験によるストレス・ストレイン曲線の変
曲点での圧力をいい、次の試験方法で求めることができ
る。フライアッシュ100重量部に0.5%メチルセル
ロース水溶液20重量部を加えて混練し、この混練物
1.4gを12mmφの金型に充填し、3、4.5、
6、8.5、12.5、18、25、35、70、10
0、140及び200MPaの各成形圧力で一軸プレス
し、110℃で乾燥した後、得られた成形体の質量、直
径及び高さを測定し、質量を体積で除して成形体密度を
求める。次いで、成形体密度と成形圧力との関係を片対
数方眼紙上にプロットし、前記低圧側から破壊を始める
圧力に移行する変曲点(屈曲点)における圧力を求め、
これを粒子強度とする。この変曲点(屈曲点)は、最小
二乗法で当てはめた低圧側と高圧側の両直線の交点から
求めることができる。
【0009】なお、上記の粒子強度は、次の過程で導入
されたものである。粉体を型に充填して圧密する過程に
おいて、最初、低圧側では、粒子同士の接触点にかかる
応力の増加と、接触点数の増加によって圧密応力が増加
する。この圧密過程は、次の(1)式で表すことができ
る(椿ら、日本セラミック協会論文誌、100〔3〕3
20〜325(1992))。 ρg=K1 logP+K2 (1) ただし、ρgは圧密体の相対密度、Pは圧密圧力、K1
とKは定数を示す。Pがある値P0 に達した時、粉体粒
子は接触点応力に抗しきれずに破壊を始める。この段階
では(1)式と同様に ρg=K1'logP+K2' (2) と表すことができ、直線の傾きであるK1 とK1'が変わ
る。この変曲点の圧力P 0 がすなわち粒子強度と称する
ものである(椿、粉体工学会誌、21〔1〕30〜39
(1984))。
【0010】また、本発明において、タップ密度とは、
繰り返し衝撃後の充填嵩密度をいい、次の試験方法で求
めることができる。筒井理化学器械株式会社のA.B.
D粉体特性測定器(A.B.D−72形)を用いて、2
00gのフライアッシュを嵩上げ用枠のついた100m
lの試料容器に充填し、容器毎約1cmの高さから18
0回落下させた後、嵩上げ用枠を外して、過剰のフライ
アッシュをすり切ったあと試料容器中のフライアッシュ
の重量を測定し、その重量を試料容積で除して求めた嵩
密度をタップ密度とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。樹脂板の原料として用いられるフライアッシュ
は、微粉炭燃焼ボイラーや熱風炉等の集塵機で捕集され
た石炭灰であり、原料炭あるいは燃焼条件で種々の性状
のものが得られ、その比表面積が1000〜6000c
2 /gと広範囲にわたる。本発明においては、これら
のフライアッシュの内、粒子強度が9MPa以上で、か
つタップ密度が0.9g/cm3 以上のものを使用す
る。
【0012】粒子強度が9MPaより低く、かつタップ
密度が0.9g/cm3 より低いフライアッシュを使用
したフライアッシュ樹脂板は、曲げ強度が低く、特に強
度の要求される床材には適さない。好ましい粒子強度
は、9〜40MPa程度であり、好ましいタップ密度
は、1〜1.4g/cm3 程度である。さらに、フライ
アッシュの比表面積は、高粉末度フライアッシュの有効
利用の観点から、3200cm2 /g以上のものが好ま
しい。
【0013】また、本発明の樹脂板には、必要に応じて
フライアッシュ以外の無機質粒子を配合してもよい。こ
のような無機質粒子として、山砂、川砂、浜砂等の天然
砂や、石灰岩、安山岩、蛇紋岩等の採石や、シラス、火
山礫、抗火石等の天然軽量骨材、及びパーライト、膨張
頁岩、各種の焼成発泡骨材等の人工軽量骨材があげられ
る。
【0014】さらに、本発明の樹脂板には、必要に応じ
てガラス繊維、ロックウール等の無機繊維を補強材とし
て配合してもよい。無機繊維の配合割合は、フライアッ
シュ100重量部に対し15〜40重量部程度でよい。
【0015】フライアッシュを主体とする無機質粒子の
結合材として用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ユリア−メラミ
ン樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙
げられるが、特にノボラック型粉末フェノール樹脂が好
ましい。熱硬化性樹脂の配合割合は、フライアッシュ1
00重量部に対し15〜100重量部程度、好ましくは
15〜50重量部程度である。熱硬化性樹脂の配合割合
が15重量部より少ないと樹脂板の強度が低下し、10
0重量部を超えると強度の向上効果が低くなり、また樹
脂板の難燃性が損なわれるおそれがある。
【0016】フライアッシュを主体とする無機質粒子と
熱硬化性樹脂及び必要に応じて無機繊維とを、所定の配
合割合で混合し、この混合物を金型に入れ、熱硬化性樹
脂の硬化温度以上に加熱加圧することにより、フライア
ッシュ樹脂板を製造できる。材料の混合方法は、なんら
制限されないが、特にノボラック型粉末フェノール樹脂
で硬化させる場合、ボルテックスミキサーやナウターミ
キサー等を使用すると簡便に乾式混合できると共に乾燥
粉体として搬送、散布成層等の操作が可能となるので好
適である。また、加圧加熱成形方法は、一般に樹脂板の
製造に使用される熱プレスを使用することでよい。
【0017】
【作用】上記のとおり、特定の粒子強度及び特定のタッ
プ強度を有するフライアッシュを選択することにより、
フライアッシュ樹脂板の製造において、最適の充填密度
が得られるので、樹脂板の強度が著しく向上するものと
考えられる。また、上記の粉体特性を満足するものであ
れば、これまで強度が出ないとされていた比表面積が3
200cm2 /g以上のフライアッシュで高い強度を出
せるのも、上記理由によるものと考えられる。
【0018】
【実施例】以下、実施例及び比較例によって、本発明を
さらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定される
ものではない。 実施例1 フライアッシュ(北海道電力厚真発電所燃焼灰、中国大
同炭使用)85重量部にノボラック型粉末フェノール樹
脂(新日鐵化学製 NH−7001)15重量部を混合
し、この混合物約1kgを内寸30cm×30cmの枠
内に均一な厚さで成層した。この成層物を熱プレスに入
れて、温度160℃、圧力20MPa、時間10分間の
条件で成形し、フライアッシュ樹脂板を製作した。
【0019】実施例2 原料フライアッシュを、オーストラリアSouth R
esewood炭由来のものとした以外は、実施例1と
同様にしてフライアッシュ樹脂板を製作した。
【0020】実施例3 原料フライアッシュを、オーストラリアIpswich
炭由来のものとした以外は、実施例1と同様にして、フ
ライアッシュ樹脂板を製作した。
【0021】実施例4 原料フライアッシュを、南アフリカOptimum炭と
オーストラリアBlair Athol炭由来のものと
した以外は、実施例1と同様にして、フライアッシュ樹
脂板を製作した。
【0022】実施例5 原料フライアッシュを、オーストラリアMyuna炭由
来のものとした以外は、実施例1と同様にして、フライ
アッシュ樹脂板を製作した。
【0023】実施例6 原料フライアッシュを、ロシアTugnujsky炭由
来のものとした以外は、実施例1と同様にして、フライ
アッシュ樹脂板を製作した。
【0024】実施例7 原料フライアッシュを、オーストラリアLithgow
炭とオーストラリアBlair Athol炭由来のも
のとした以外は、実施例1と同様にして、フライアッシ
ュ樹脂板を製作した。
【0025】比較例1 原料フライアッシュを、オーストラリアUlan炭由来
のものとした以外は、実施例1と同様にして、フライア
ッシュ樹脂板を製作した。
【0026】比較例2 原料フライアッシュを、カナダCoal Valley
炭とオーストラリアUlan炭及びオーストラリアBl
air Athol炭由来のものとした以外は、実施例
1と同様にして、フライアッシュ樹脂板を製作した。
【0027】比較例3 原料フライアッシュを、オーストラリアWanbo炭と
オーストラリアMoura炭由来のものとした以外は、
実施例1と同様にして、フライアッシュ樹脂板を製作し
た。
【0028】上記実施例及び比較例で製作した樹脂板か
ら30mm×200mmの試験片を切り出し、曲げ試験
を行った。また、原料フライアッシュの粉体特性とし
て、粒子密度(ベックマン比重計を用いた空気置換
法)、タップ密度(前掲)、比表面積(ブレーン法)、
未燃分(JIS法)及び粒子強度(前掲)をそれぞれ測
定した。表1に原料フライアッシュの粉体特性と樹脂板
の曲げ強さを示す。
【0029】
【表1】
【0030】上記の実施例と比較例の対比から、タップ
密度0.9g/cm3 以上のフライアッシュを使用した
樹脂板の曲げ強度は、比較例2を除き、いずれも30M
Pa以上であり、また、粒子強度9MPa以上のフライ
アッシュを使用した樹脂板の曲げ強度は、比較例1を除
いて、いずれも30MPa以上であることがわかる。こ
のように実施例においては、いずれも粒子強度とタップ
密度の双方が本発明で規定する範囲にある場合にのみ、
30MPaを超える曲げ強度を示す。また、従来、樹脂
板原料として使用できなかった比表面積3200cm2
/g以上のフライアッシュについても、好適に使用でき
ることがわかる。
【0031】実施例8 実施例3に示したオーストラリアIpswich炭由来
のフライアッシュ(粒子強度:9.2MPa、タップ密
度:1.166g/cm3 、比表面積:3200cm2
/g)80重量部にノボラック型粉末フェノール樹脂
(新日鐵化学製NH−7001)20重量部を混合し、
樹脂混合物を調製した。無機繊維として繊維径13μ
m、番手2400texのガラス繊維ロービング(日東
紡績製 RS−240PR−348CS)を繊維長38
mmに切断したチョップドストランドを用意した。次
に、底面30cm×30cmの金属枠内に、樹脂混合物
20gを散布して薄層を形成し、その上にチョップドス
トランド40g、樹脂混合物285g、チョップドスト
ランド40g、樹脂混合物300gをこの順番で交互に
積層散布し、チョップドストランドがフライアッシュ−
樹脂混合物中に分散した積層体を形成した。この積層体
を熱プレスに入れて、温度160℃、圧力20MPa、
時間10分間の条件で成形し、繊維強化されたフライア
ッシュ樹脂板を製作した。
【0032】比較例4 実施例3に示したオーストラリアIpswich炭由来
のフライアッシュに代えて、比較例3に示したカナダC
oal Valley炭とオーストラリアUlan炭及
びオーストラリアBlair Athol炭由来のフラ
イアッシュ(粒子強度:8.9MPa、タップ密度:
0.826g/cm3 、比表面積:4860cm2
g)を使用した以外は、実施例8と同様にして、繊維強
化されたフライアッシュ樹脂板を製作した。
【0033】実施例9 実施例3に示したオーストラリアIpswich炭由来
のフライアッシュ(粒子強度:9.2MPa、タップ密
度:1.166g/cm3 、比表面積:3200cm2
/g)140重量部と、粒径1〜4mm、嵩密度0.3
8に調製した北海道有珠火山礫100重量部と、ノボラ
ック型粉末フェノール樹脂(新日鐵化学製 NH−70
01)20重量部とを混合し、底面30cm×30cm
の金属枠内に、この樹脂混合物820gを散布成層した
後、熱プレスに入れて、温度160℃、圧力20MP
a、時間10分間の条件で成形し、軽量骨材を配合した
フライアッシュ樹脂板を製作した。
【0034】比較例5 実施例3に示したオーストラリアIpswich炭由来
のフライアッシュに代えて、比較例3に示したカナダC
oal Valley炭とオーストラリアUlan炭及
びオーストラリアBlair Athol炭由来のフラ
イアッシュ(粒子強度:8.9MPa、タップ密度:
0.826g/cm3 、比表面積:4860cm2
g)を使用した以外は、実施例9と同様にして、軽量骨
材を配合したフライアッシュ樹脂板を製作した。
【0035】実施例10 底面30cm×30cmの金属枠内に、各原料を次の順
序で散布積層した後、この積層体を熱プレスに入れて、
温度160℃、圧力20MPa、時間10分間の条件で
成形し、表層が繊維強化された軽量フライアッシュ樹脂
板を製作した。 実施例8に示した樹脂混合物 50g 実施例8に示したチョップドストランド 40g 実施例8に示した樹脂混合物 140g 実施例9に示した樹脂混合物 1790g 実施例8に示した樹脂混合物 40g 実施例8に示したチョップドストランド 40g 実施例8に示した樹脂混合物 150g
【0036】比較例6 実施例3に示したオーストラリアIpswich炭由来
のフライアッシュに代えて、比較例3に示したカナダC
oal Valley炭とオーストラリアUlan炭及
びオーストラリアBlair Athol炭由来のフラ
イアッシュ(粒子強度:8.9MPa、タップ密度:
0.826g/cm3 、比表面積:4860cm2
g)を使用した以外は、実施例10と同様にして、表層
が繊維強化されたフライアッシュ樹脂板を製作した。
【0037】上記実施例及び比較例で製作した樹脂板か
ら30mm×200mmの試験片を切り出し、曲げ試験
を行った。また、樹脂板の各種物性を測定した。表2に
結果を示す。
【0038】
【表2】
【0039】
【発明の効果】以上、説明した本発明は、熱硬化性樹脂
でフライアッシュを主体とする無機質粒子を結合硬化さ
せてなるフライアッシュ樹脂板において、粒子強度が9
MPa以上で、かつタップ密度が0.9g/cm3 以上
であるフライアッシュを主体とする無機質粒子と熱硬化
性樹脂との混合物を熱硬化させることによって、優れた
強度特性を有する樹脂板を製造できる。また、従来、樹
脂板原料として使用できなかった比表面積3200cm
2 /g以上の高比表面積のフライアッシュについても原
料とすることができ、フライアッシュ樹脂板の製造コス
トを低減するとともに産業廃棄物の活用を図ることがで
きる。さらに、この樹脂混合物に軽量骨材や無機繊維等
を配合することによって、軽量で高強度の樹脂板を製造
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏之 千葉県君津市八重原1338−1 審査官 村上 騎見高 (56)参考文献 特開 平4−153266(JP,A) 特開 平4−359957(JP,A) 特開 昭61−178085(JP,A) 特開 昭58−83061(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08J 5/00 - 5/10 C08J 5/24 C08L 101/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比表面積が3200cm 2 以上、粒子強
    度が9MPa以上で、かつタップ密度が0.9g/cm
    3 以上のフライアッシュを主体とする無機質粒子と熱硬
    化性樹脂との混合物を熱硬化してなるフライアッシュ樹
    脂板。
  2. 【請求項2】 フライアッシュを主体とする無機質粒
    子、熱硬化性樹脂と無機質繊維との混合物を熱硬化して
    なる請求項1記載のフライアッシュ樹脂板。
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