JP3436747B2 - 炭化物成型体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築材料などとし
て用いられる炭化物成型体に係わり、特に吸着性や調湿
性などに優れた高強度の炭化物成型体とその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高気密化が進んでいる住宅にあっ
て、頭痛やめまいなどの症状を訴える人が増えている。
このような居住環境が原因で発症する健康障害は『シッ
クハウス症候群』というが、特に新築の家で上記のよう
な身体の不調を訴える人が多いことから別名『新築病』
とも呼ばれ、これは合板製の床や家具、断熱材・塗料・
壁紙の接着剤、又は防虫加工された畳などから揮発する
ホルムアルデヒドなどをはじめとする有機リン系、有機
塩素系の化学合成物質が原因とされている。尚、その種
の化学合成物質による健康障害を防止するには換気が有
効な手段であるとされているが、近年では木炭の利用が
注目されている。

【０００３】特に、木炭をはじめとする植物系炭化物
は、多孔質で顕著な物理的吸着機能を有し、生体に対し
て有害な化学合成物質を吸着できるほか、優れた脱臭
性、調湿性、断熱性、並びに電磁波遮蔽性を有すること
でも良く知られている。そこで、木炭を調湿用として床
下に敷き詰めたり、揮発成分の吸着用として袋詰めした
ものを室内に配置するなどの事が一般に広く行われてい
るほか、これを板状に成型して床や壁の下地材などとし
て利用しようとする提案もされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、その種の板
材は例えば特開平９−３０２８０３号公報のように、天
然繊維解繊物（セルロース系繊維）をバインダとして、
木炭を接合しようとするものであるから、床材や壁材な
どの建築材料として十分な強度が得られないという問題
があった。そこで、合成樹脂系接着剤をバインダとして
用い、木炭をホットプレスするという例もあるが、これ
により得られる成型体は木炭の空隙が閉塞されてその特
有な機能が失われてしまうばかりでなく、接着剤に含ま
れる合成高分子の影響により寧ろ建築材料として居住環
境を害することが懸念され、しかもその種のバインダは
自然環境下で分解されないので廃棄処理が難しいなどの
欠点がある。

【０００５】本発明は以上のような事情に鑑みて成され
たものであり、その目的とする処は木炭などの植物系炭
化物を主体とする成型体にして、植物系炭化物の有効な
機能を損なわずに成型体の強度を高め、しかも廃棄する
に際して環境に悪影響を及ぼす事なくその処理を容易に
行えるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、木材チップなどの植物系原料を炭化処理する
ことにより得られる粒状の植物系炭化物を主成分とする
炭化物成型体であり、前記植物系炭化物に対し、古紙を
解繊するなどして得られる１〜２０重量％のセルロース
系繊維と、５〜２０重量％のカルボキシメチルセルロー
ス類とを含んで成る炭化物成型体を提供する。尚、好ま
しくは、その表面を着色剤、抗菌剤、又は耐火物により
被覆する事が望ましい。

【０００７】又、本発明は建築材料などとして用いられ
る炭化物成型体を製造する方法であって、木材チップな
どの植物系原料を炭化処理することにより得られる粒状
の植物系炭化物に対し、古紙を解繊するなどして得られ
るセルロース系繊維を１〜２０重量％、カルボキシメチ
ルセルロース類を５〜２０重量％、水を５０〜１００重
量％それぞれ加えて混合し、その混合物を所定の型枠に
入れて加圧成型した後、その成型物を乾燥機にて強制乾
燥するか、又は常温下で自然乾燥することを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の適用例を図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る炭化物成型
体の好適な態様を示した斜視概略図であり、図２には同
成型体の部分拡大断面を示す。図１において、１は板状
に成型したベースであり、このベース１は粒状の植物系
炭化物を主成分として、これがセルロース系のバインダ
により接合されて成る。２はベース１の表面に施した被
膜層であり、これは着色剤、抗菌剤、又は耐火物から形
成される。尚、着色剤としては酸化チタン、亜鉛華、ベ
ンガラ、黄鉛、群青、クロムグリーンなど各種の無機顔
料があり、抗菌剤としては鉄、銅、亜鉛などの金属塩
（金属フタロシアニン）などがあり、又耐火物としては
ゼオライトやケイ藻土などの天然鉱物質が挙げられる。
このうち、上記のような抗菌剤や耐火物は着色剤として
の機能も有する。特に、それらはベース１に装飾性、防
火性、抗菌性を付与するほか、植物系炭化物の表面が剥
落するのを防止する働きもする。尚、被膜層２をベース
１の表面のみならず内部に含ませたり、又はこれを省略
するようにしても良い。

【０００９】ここで、植物系炭化物３は木材、それも木
材のチップを炭化装置により乾留することにより得られ
る粒状体であり、その粒径は１０μm〜５mmとされる。
特に、この植物系炭化物３は、ナラやマツなどの軟木を
５００℃程度で炭化した後、８００℃程度で精練して自
然消火することにより得られる黒炭（軟炭）とされる
が、カシなどの堅木を３００℃程度で炭化した後、１０
００℃以上で精練して強制消火することにより得られる
白炭（堅炭）としても良い。又、その原料として間伐材
や建築廃材を用いることが好ましいが、そのほか、おが
屑、籾殻、ヤシ殻、コーヒー殻、竹、おから、ビール滓
などを用いて、それぞれおが屑炭、籾殻炭、ヤシ殻炭、
コーヒー殻炭、竹炭、おから炭、ビール滓炭などとした
り、それらを活性化剤や水蒸気により処理して吸着力を
高めた活性炭としてもよい。その他、植物系炭化物とし
て、植物が自然界の作用により炭化処理された褐炭、泥
炭、石炭、並びにその加工物で成るコークスなどを利用
することもできる。

【００１０】一方、バインダとしては、セルロース系繊
維４とカルボキシメチルセルロース類（エーテル化度
０．５〜１．５）との混合物が用いられる。本例におい
て、セルロース系繊維４は、資源の有効利用を目的とし
て新聞、雑誌、コピー紙、又は牛乳パックなどの古紙を
機械的、又は化学的処理により粉砕、解繊して、１０μ
m〜１０mmの繊維長にしたものを用いるが、木材などの
植物体から直接取り出した機械パルプや化学パルプを用
いても良い。又、カルボキシメチルセルロース類（略称
ＣＭＣ）は、セルロースのＯＨ基にカルボキシメチル基
（ＣＨ_２ＣＯＯＨ基）をエーテル結合させた水溶性の白
色粉末であり、これは別名セルローズエーテル、セルロ
ーズグリコール酸ナトリウム、合成糊料などとも呼ば
れ、例えば１％水溶液にして５〜１０００mPa・s以上の
粘性を示す（Ｂ型粘度計による）。

【００１１】そして、本発明によれば、以上のようなバ
インダで植物系炭化物３を接合することにより、人体に
有害な揮発性ガスを発生することがなく、調湿性、吸着
性、断熱性、電磁波遮蔽性を有し、しかも建築材などと
して高い曲げ強度などをもつ所定形状の炭化物成型体を
得ることができる。

【００１２】以下、その製造方法を説明する。先ず、図
３に示すように上記のような粒状の植物系炭化物（粉
炭）、セルロース系繊維、ＣＭＣ、並びに水をそれぞれ
適量ずつ所定の混合容器などに入れて撹拌、混合する。
その配合割合は植物系炭化物に対し、セルロース系繊維
を１〜２０重量％、ＣＭＣを５〜２０重量％、好ましく
は１５〜２０重量％、水を５０〜１００重量％とし、撹
拌には約１０〜２０分の時間をかけて各部材を均等に混
合させる。これにより、ＣＭＣが水に溶けて糊状になる
が、その量が上記の範囲を超えるとこれが糊化しないば
かりでなく、植物系炭化物の機能を損なう事になり、上
記範囲以下では最終的に得られる成型体の強度が低くな
る。

【００１３】よって、植物系炭化物に対してＣＭＣと水
の配合量を上記の範囲に設定し、全体に粘りがでるまで
良好に撹拌する。そして、その撹拌混合が完了したら、
その混合物を計量して定量ずつ所定の型枠に入れ、プレ
ス機などを用いて１０〜２０Ｎの圧力をかけ、その圧力
を一定時間（１０〜６０秒）保って内容物（混合物）を
板状など所定形状に加圧成型する。その後、得られた成
型物を型枠から取り出して受け皿上に並べ、これを乾燥
機に入れて７０〜１３０℃、好ましくは１００〜１１０
℃の雰囲気の下で１０〜１２時間程度をかけて乾燥させ
る。尚、本例では乾燥処理に温風式ほか、真空式などの
乾燥機を用いた強制乾燥（加熱乾燥）方式を採用する
が、これに常温下による自然乾燥方式を採用しても良
い。

【００１４】そして、以上のようにして得られる成型体
によれば、ＣＭＣの固化により植物系炭化物が強固に接
合され、しかもセルロース系繊維が絡み合って植物系炭
化物の接合力をより強固にするため、床材や壁材などの
建築材料として十分な強度を有し、更に植物系炭化物の
微細な空隙に浸入した水分の多くが乾燥によって外部に
排除されるために、その有効な機能（吸着性、調湿性な
ど）が損なわれない。

【００１５】ここで、乾燥処理後の成型体を所定寸法に
切断したり、その面取り、歪み矯正などの仕上加工を施
した後、その表面に上記のような着色剤、抗菌剤、又は
耐火物による被膜層を形成しても良い。尚、この表面加
工は澱粉をバインダに用いるなどして塗装や吹き付けに
より実行されるが、撹拌混合工程において着色剤、抗菌
剤、又は耐火物を添加するようにしても良い。

【００１６】次に、本発明の炭化物成型体の製造方法に
係わる具体例を示す。 （実施例１） 微粒状の植物系炭化物（木炭：杉）を１００重量部、セ
ルロース系繊維（牛乳パックを粉状に裁断解繊したも
の）を２０重量部、ＣＭＣ（四国化成工業株式会社製カ
セローズTL：エーテル化度0.57〜0.73）を１５重量部、
及び水を１００重量部、それぞれ混合容器に投入して２
０分間撹拌、混合し、その混合物を型枠に入れてプレス
機にて２０Ｎの圧力をかけながら３０秒間加圧成型した
後、その成型体を乾燥機に入れて１１０℃下で１２時間
加熱乾燥することにより、板状（200×200×10mm）の炭
化物成型体を得た。そして、その炭化物成型体を用いて
施工した室内容積約１３ｍ３の建屋（実験室）内の温湿
度の変化を調べてみた。その結果を表１に示す。尚、表
２には、比較例として通常の石膏ボードによる上記と同
型の実験室内における温湿度の変化量を示す（実験場
所、日時は同じ）。

【００１７】

【表１】

【表２】 一方、上記２つの実験室にそれぞれホルムアルデヒド、
トルエン、キシレンを拡散させて、本願炭化物成型体と
石膏ボードによる上記各成分の吸着性能を調べてみた。
その結果を表３〜表５に示す。尚、表中のガス濃度は試
験開始３０分後の値を１００とした。

【００１８】

【表３】

【表４】

【表５】 表３〜５から明らかなように、本例の炭化物成型体は通
常の石膏ボードに比べ、ホルムアルデヒド、トルエン、
及びキシレンを効率よく吸着することが判る。 （実施例２） 微粒状の植物系炭化物（竹炭）を１００重量部、ＣＭＣ
（四国化成工業株式会社製カセローズTL）を５重量部、
及び水を６０重量部、それぞれ混合容器に投入して２０
分間撹拌、混合し、その混合物を型枠に入れてプレス機
にて２０Ｎの圧力をかけながら３０秒間加圧成型した
後、その成型体を乾燥機に入れて１１０℃下で１２時間
加熱乾燥することにより、板状（30×30×10mm）の炭化
物成型体を得た。そして、その炭化物成型体の曲げ強
度、及びヤング率を調べてみた。その結果を表６に示
す。

【００１９】

【表６】 （実施例３） 微粒状の植物系炭化物（竹炭）を１００重量部、セルロ
ース系繊維（牛乳パックを粉状に裁断解繊したもの）を
２０重量部、ＣＭＣ（四国化成工業株式会社製カセロー
ズTL）を１５重量部、及び水を１００重量部、それぞれ
混合容器に投入して２０分間撹拌、混合し、その混合物
を型枠に入れてプレス機にて２０Ｎの圧力をかけながら
３０秒間加圧成型した後、その成型体を乾燥機に入れて
１１０℃下で１２時間加熱乾燥することにより、板状
（30×30×10mm）の炭化物成型体を得た。そして、その
炭化物成型体の曲げ強度、及びヤング率を調べてみた。
その結果を表７に示す。

【００２０】

【表７】 尚、表６及び表７に示されるように、本例に係る炭化物
成型体では非常に高い強度を得られるが、特にＣＭＣを
増量しつつセルロース系繊維を加えることにより、その
強度が一層向上することが判る。

【００２１】以上、本発明の適用例を説明したが、本発
明に係る炭化物成型体は板状に限らず、ブロック（レン
ガ状）その他の塊状にしても良い。又、その用途は様々
であり、例えば吸着材や調湿材ほか、断熱材、防音材、
電磁波遮蔽材などとしての用途もある。特に、下駄箱や
タンス又は食器棚などの構成材として、悪臭の拡散を防
止することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば木炭などの植物系炭化物をカルボキシメチルセル
ロース類とセルロース系繊維との混合物で成るバインダ
により接合するようにしていることから、建築材料とし
て有用な高強度の成型体を得られ、しかもカルボキシメ
チルセルロース類は水溶性で植物系炭化物の微細な空隙
を閉塞しないので植物系炭化物がもつ特有の機能が失わ
れない。

【００２３】又、本発明に係る炭化物成型体は、使用中
に有害な揮発性ガスを放出する事が無く、しかも其の使
用済み品を燃料として燃焼させても有害成分を殆ど発生
せず、土壌中に廃棄しても全て生分解されるので環境を
害さない。このため、廃棄処理が容易でゼロエミッショ
ンを達成し得る。

【００２４】更に、着色剤、抗菌剤、又は耐火物により
表面を被覆することから、装飾性、抗菌性、又は防火性
が得られるほか、それらの被覆層により植物系炭化物が
剥落するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炭化物成型体を示す斜視概略図

【図２】同炭化物成型体の部分拡大断面図

【図３】同炭化物成型体の製造フロー図

【符号の説明】

１ ベース ２ 被膜層 ３ 植物系炭化物 ４ セルロース系繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 隆 群馬県前橋市駒形町618番地 マチダコ ーポレーション株式会社内 (72)発明者 萩原 秀彦 群馬県前橋市駒形町618番地 マチダコ ーポレーション株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−302803（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−41298（ＪＰ，Ａ) 国際公開98／056731（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 26/28 C04B 18/10 C04B 18/24 C04B 16/02 E04B 1/64

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木材チップなどの植物系原料を炭化処理
   することにより得られる粒状の植物系炭化物を主成分と
   する炭化物成型体であり、前記植物系炭化物に対し、古
   紙を解繊するなどして得られる１〜２０重量％のセルロ
   ース系繊維と、５〜２０重量％のカルボキシメチルセル
   ロース類とを含んで成る炭化物成型体。
2. 【請求項２】 着色剤、抗菌剤、又は耐火物により表面
   が被覆されて成る請求項１記載の炭化物成型体。
3. 【請求項３】 建築材料などとして用いられる炭化物成
   型体を製造する方法であって、木材チップなどの植物系
   原料を炭化処理することにより得られる粒状の植物系炭
   化物に対し、古紙を解繊するなどして得られるセルロー
   ス系繊維を１〜２０重量％、カルボキシメチルセルロー
   ス類を５〜２０重量％、水を５０〜１００重量％それぞ
   れ加えて混合し、その混合物を所定の型枠に入れて加圧
   成型した後、その成型物を乾燥機にて強制乾燥するか、
   又は常温下で自然乾燥することを特徴とする炭化物成型
   体の製造方法。