JP3833222B2

JP3833222B2 - 建築材料

Info

Publication number: JP3833222B2
Application number: JP2004125991A
Authority: JP
Inventors: 充治富永; 順一郎田路; 正浩戸田; 直義嘉山
Original assignee: フジライト工業株式会社; 株式会社アイケン
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: JP2005307565A

Description

本発明は、石膏ボード工場・ビル、住宅等の新築現場或いは解体現場から発生する廃石膏ボードをリサイクルする技術に係り、更に詳しくは、建築廃材からの回収に係る廃石膏ボードから紙を除いて分離採取した石膏（即ち、廃石膏）と、建築廃材有機物（木材・壁紙など）等をセラミック炭化してなる多孔質難燃性炭化物とを主原料とする、優れた機能性（シックハウス対策・調湿性・脱臭効果）を有する塗り壁材、床下調湿材及び石膏ボードなどに用いられる建築材料に関する。

建築現場等から発生する前記廃石膏ボードに関しては、新築時に発生するもの(ハギレなど)については、回収のためのルートがある程度確立されているものの、解体時に発生するもの(廃石膏ボードや廃木材、壁紙など)については、解体時の分別・選別の困難性やリサイクル市場の不足から、その殆どが埋立処分されているのが現状である。

廃石膏ボードを埋め立てる場合には、石膏部分については安定型の産業廃棄物最終処分場で処分することが可能となっている。しかしながら近年、安定型最終処分場において硫化水素が発生するという、本来想定されていない事例が各地にみられ、その結果、廃石膏ボードは硫酸塩供給源となりうる廃棄物と認定され、埋め立て処分が困難となってきている。

一方、平成14年5月30日から施工された「建設工事に係る資材の再資源化等に関する法律」により、対象建設工事については特定建設資材廃棄物の分別解体等及び再資源化等が義務づけられることとなったが、その他の建設資材廃棄物についてもその影響を受け、結果的に分別解体が促進され、リサイクルが促進されることが予想される。（社）石膏ボード工業会の推計では、今後もさらに廃石膏ボードの発生量の増加が見込まれることから、廃石膏ボードの利用用途の拡大等積極的なリサイクルの促進が急務と考えられている。

現在、石膏ボード業界では廃石膏の混入率50％以上のリサイクル石膏ボードの検討を行っているが、コスト・性能等についての問題があり実用化にはしばらく時間がかかるものと思われる。その他、廃石膏利用の地盤改良・セメント原料・法面緑化も提案されているが、いずれも実用化には時間がかかると思われる。このように、廃石膏ボードのリサイクル化は年々促進されているが、塗り壁材、床下調湿材及び石膏ボードとして廃石膏を利用するようなものは存在しなかった。なお、現在までの処、以下のような廃石膏利用が提案されている。

発明の名称；石膏ボード廃材の利用方法これは抄造石膏板、珪カル板等、成型の際、多量の水を用いて製造する材料の原料として、または、吹き付け工法の原料として使用することを特徴とする廃棄石膏ボードの利用方法である(特開平10−296224)。

発明の名称；廃壁材を原料とした壁材建物を解体した際に発生する廃壁材を原料とした壁材であって、上記廃壁材を原料とした壁材が、建物を解体する際に発生する廃壁材から止め具類や断熱材、ラスボード等を取り除き、この石膏ボード廃壁材を破砕機によって破砕すると同時に、紙や繊維材を分別・除去することによって得られた粉状の廃壁材に対して炭とサイクロデキストリンの何れか一方あるいは双方を混合して成されるものである(特開2001−152636)。

発明の名称；石膏ボード廃材の焼成方法石膏ボード廃材を石膏の分解が起こらない温度まで加熱し、さらに紙を完全燃焼させ、石膏ボード廃材からリサイクル石膏を提供するものである(特開2002−86126)。
特開平10−296224 特開2001−152636 特開2002−086126

本発明は、上記の廃石膏ボードの早期で積極的なリサイクル推進を目的とし、経済的で環境面においても優れた機能性（シックハウス対策・調湿性・脱臭効果）のある塗り壁材、床下調湿材及び石膏ボードなどの建築材料を提供することにある。

請求項1に記載した発明は、「廃石膏と多孔質難燃性炭化物の混合物」であり、請求項２は「廃石膏と焼成石膏と多孔質難燃性炭化物の混合物」であることを特徴とするものであり、請求項３はこれらに「増強固結材が更に混入されている」ことを特徴とするものであり、請求項４は更にこれらに「無機多孔質物質が更に混入されている」ことを特徴とするものである。そして、請求項５は「請求項２〜４のいずれかに記載の建築材料を板状に成形し、その表面に紙が貼着されている再生石膏ボード」である。

廃石膏は、建築廃材の廃石膏ボードから分離採取し、これを粉砕したもので、後述する固結助剤が残留しており、無機質のため燃えないこと、建物の気密性・遮温性向上に効果がある。また、一般的に石膏(廃石膏も同様)は約21％の結晶水を含み(二水石膏)、火災になると結晶水が熱分解し水蒸気となって除々に放出されるので火災の延焼防止効果にも優れている。

焼成石膏は、前記建築廃材から分離採取し、これを粉砕した廃石膏を焼成したもので、焼成温度により半水石膏(CaSO₄・1／2H₂0)や無水石膏(CaSO₄)となる。本実施例の半水石膏は（100〜150℃、2〜3hr）にて焼成されている。ただし、焼成石膏は廃石膏の焼成物に限られず、通常の半水石膏または無水石膏も使用することができることは言うまでもない。廃石膏及び焼成石膏を建築廃材回収物とすることにより、リサイクル率が向上するので、両者とも回収して使用することが好ましい。

多孔質難燃性炭化物は、前述同様勿論、次に述べるものに限られないが、建築廃材から取り出された廃木材や壁紙などの有機物が主原料であり、これを粉砕して粘土質材料或いは後述する鉱物、貝殻粉体物と混ぜ(これらのうちの一つあるいはこれらのうちの複数を選択して混入するようにしてもよい)、焼成したものである。微粉の多孔質難燃性炭化物の表面は多孔質のセラミック層となっており、内部は多孔質炭化物で構成されている。建築廃材以外の材料としては、茶菓・コーヒーカス・古紙（廃石膏ボードの保護紙も含む）・間伐材・雑草・野菜くず等建築廃材以外の有機物も利用することができる。
そして、廃石膏と多孔質難燃性炭化物の混合物にあっては、そのままの粉状或いはこれを例えば圧縮成形して所定の形状(ペレット状や塊状或いは板状)にすることにより、床下調湿材のような建築材料として使用することもできる。

また、これら廃石膏と焼成石膏および多孔質難燃性炭化物の混合物に水を混入すると焼成石膏の固結作用と、廃石膏中に元々含まれていた固結助剤の作用により混合物全体が固結される。この性質を利用して強固な塗り壁用の建築材料、或いはこれを板状に形成し、その両側にボード用原紙を貼着して再生石膏ボード等とすることなども可能である。加えて、これらに結合剤をさらに添加することにより、固結強度向上させることができるし、多孔質系炭化物を添加して吸着力の増強を図ることも可能である。

以上、詳述した如く本発明によると、次のような効果を奏する。本発明の建築材料は廃石膏ボードから紙を除いて分離採取し、これを粉砕した廃石膏と、多孔質難燃性炭化物又はこれに更に焼成石膏加えたものを主原料としたものであるが、いずれにせよ施工性が良く、多孔質難燃性炭化物による吸着作用により環境面（シックハウス対策・調湿機能性・脱臭効果）にも優れ、しかも再生時に新たに添加されるものがないか、或いは非常に少ないので、再度リサイクル原料となり得るなどリサイクル社会に積極的に貢献できるものであり、塗り壁材、床下調湿材及び石膏ボードの素材として非常に有用なものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明の主成分となる廃石膏及び焼成石膏は、建築廃材の中から選別された廃石膏ボードから紙を除いて分離採取し、これを粉砕したものと、その焼成物である。一般的に石膏の化学組成はCaSO₄・2H₂0で、二水石膏といわれるものである。この二水石膏は通常、安定な物質であり水を加え養生させようとしても固結するのは困難である。しかし、この建築廃材を利用した廃石膏は、純粋な二水石膏でなく、石膏ボードを成型する過程において、石膏板とボード用原紙との接着性を上げるために澱粉・ポリビニルアルコール・酢酸ビニル・ラテックス等のバインダーを混入しており、それがそのまま廃石膏中に混在しており、水と調合することでこれらが固結助剤となり、廃石膏と多孔質難燃性炭化物或いは廃石膏、焼成石膏及び多孔質難燃性炭化物の混合物で形成された建築材料を成形した場合、あるいは壁材として壁に塗着した場合、これらを固結する。ただ、廃石膏と多孔質難燃性炭化物の混合物の場合は、前述の残留固結助剤による固結作用だけなので、固結力は弱いが、後者の廃石膏、焼成石膏及び多孔質難燃性炭化物の混合物の場合には、水分を添加された焼成石膏の固結力が加わるので、固結力は前者の場合より大である。

本実施例の焼成石膏は、前述のようにこの廃石膏を焼成（100〜150℃、2〜3hr）したものである。焼成温度により半水石膏(CaSO₄・1／2H₂0)或いは無水石膏(CaSO₄)となる。いずれの場合でも水硬性で固結助剤を必ずしも必要としない。それ故、必ずしも廃石膏を混入する必要はないが、本発明では廃石膏のリサイクルを目的としている関係上、廃石膏の添加は必須条件となる。また、塗り壁用材料として使用する場合、後述するように水を添加して混練してから作業者が壁に塗りつけるまでの間に混練材料が固まらないようにする必要があるところから、適量の廃石膏が添加される。

多孔質難燃性炭化物は建築廃材（木材・壁紙などのセルロース系その他有機物で、塩化ビニールの壁紙のような樹脂系は除く）をセラミック炭化したものである。まず、建築廃材を粉砕機で細かく(パウダー状あるいは粒状に)砕き、これにベントナイト、ゼオライト、珪藻土、セビオライト、鹿沼土、アロフェン等の多孔質で通気性に優れる鉱物粉や、貝殻粉体物或いはその焼成物粉を混入し、前記有機質の表面を前記鉱物粉や貝殻粉体物或いはその焼成物粉にて均一に薄く覆い、ロータリーキルンで高温焼成して、この無機被覆材を硬質なセラミックに変化させると共に内部の有機物を炭化させる。これにより内部が多孔質炭化物であり、表層部が多孔質セラミックで覆われた全く新しいハイブリッド炭化物となる。前記鉱物粉や貝殻粉体物或いはその焼成物粉はその一だけあるいは２以上を混ぜて使用してもよい。

この多孔質難燃性炭化物は、内部から表層部に至るまですべて多孔質で形成されているため、吸湿・吸水性、各種ガス（ホルムアルデヒド、硫化水素、アンモニア、トリメチルアミン、フェノール）の吸着能力に非常に優れており、塗り壁材にする事によりシックハウス対策となる。これと同時にその表層部がセラミック化されているので難燃性を呈する。なお、前記貝殻粉体物を用いる場合、焼成（500〜900℃、2〜3hr）し、石灰化させたものを混入させるのが好ましい。

本発明の建築材料として、廃石膏、焼成石膏、多孔質難燃性炭化物をその主材料とする場合、水を加えた場合の焼成石膏の固結作用や、廃石膏に残留しているバインダー(水と調合することで固結助剤の働きをする)の作用により、ある程度の固結力を示すが、なお不足の場合には次に述べる増強固結材を添加する。

増強固結材としては、石灰系で水硬化性のプラスター或いは水系接着剤等のバインダーなどがあり、これを単独でもしくは混合して添加することにより更に強固にできる。本発明の実施例では、プラスターの一種である漆喰を結合剤として用いた。

前記のプラスターとは広義にはレンガ、石、木などの表面に塗り、平滑な表面をつくるのに用いられる可塑性物質をいう。漆喰の他にドロマイトプラスター、セッコウプラスターがある。

漆喰は、水硬化性物質で自硬化性を有するため、廃石膏の主成分である二水石膏と共に本発明に係る構成物(この場合は多孔質難燃性炭化物や多孔質鉱物及び貝殻粉体物並びにこれらの焼成物)を固結させることができる消石灰と、膠着剤の「ツノマタ」及び天然強化繊維である「スサ」といわれ、壁材のひび割れを防止し、強度を高める材料とを練り合わせて出来ており、優れた吸放湿性能があり、また、無機の材料で強アルカリ性の為、よほど条件が悪くない限り、カビも細菌も発生しにくい。

バインダーにはCMC（カルボキシメチルセルロース）、MC（メチルセルロース）等のセルロース系接着剤、いずれも水性の酢酸ビニルエマルジョン樹脂、アクリル酸エステルエマルジョン樹脂等のエマルジョン系接着剤、セメント・水ガラス等の無機系接着剤が考えられる。また、プラスターと比較しバインダーを用いた場合、添加量は少なくてすむので廃石膏の配合割合が増える傾向となり、より有効にリサイクルに貢献できる。

その他の添加剤としては、前記の吸湿・吸水性、各種ガスの吸着能力に優れている多孔質鉱物や、天然素材であるホッキ貝、ホタテ、サザエ、ハマグリ、巻貝等の貝殻の粉末(或いはその焼成物)や、活性炭、木炭、竹炭等の多孔質系炭化物が必要に応じて単独で或いはこれらを組み合わせて本発明の建築材料に添加される。貝殻の粉末の焼成物は優れた吸放湿性・抗菌性・耐火性・ガス吸着性があり、これを本発明の建築材料(例えば、塗り壁材)に入れることによりシックハウス対策・調湿機能性・脱臭効果を生ずる。また、難燃性炭化物の他に活性炭・木炭・竹炭等の多孔質系炭化物を添加する事により吸湿・吸水性・各種ガスの優れた吸着能力が増強され、シックハウス対策・調湿機能性・脱臭効果を更に強化することができる。これら多孔質鉱物及び貝殻粉体物並びにこれらの焼成物を単独或いは組合わせて本発明の建築材料に必要に応じて混入される。

本建築材料を塗り壁用材料とする場合、廃石膏と焼成石膏を重量比で最大1：1(一般的には１：０.１〜１)で混ぜ、更にこれに多孔質難燃性炭化物を混ぜ、(そして必要に応じて前述の増強固結材、多孔質鉱物、貝殻の粉末[及び/或いはその焼成物]や活性炭・木炭・竹炭等の多孔質系炭化物の１乃至２以上が選択されて混入され)、これに水を加えて十分に混練する。これにより強固で硬化時間が早い塗り壁素材となる。なお、焼成石膏の混合量を多くすればする程、硬化時間が速くなる。本発明の建築材料を塗り壁用材料として使用した場合、混練後、塗り壁施工までにある程度の時間が必要であるから、急速に硬化することは使い勝手が悪くなる。それ故、焼成石膏の混入量は最大で１としている。逆に、焼成石膏の混入量が低く、０.１以下であると、塗り壁強度が不十分となり、剥脱やひび割れなどの不具合を生じる。養生後は白色となるので、着色が自由である。このため適量の着色剤を添加する事が可能であり、代表的なものとして無機顔料・有機顔料・色土が考えられる。

このようにして形成されるので、本発明にかかる塗り壁用材料の多孔質難燃性炭化物や必要に応じて混入した多孔質鉱物、貝殻粉末(或いはその焼成物)や活性炭・木炭・竹炭等の多孔質系炭化物によって環境を損なうような悪臭や化学物質を効果的に吸着することが出来るだけでなく、室内が過乾燥状態又は湿度が高い場合には廃石膏や焼成石膏による吸放湿があり、室内の調湿が行われる。加えて、塗り壁用材料の素材はすべて天然材であるから、室内環境も非常に優れたものとなる。しかも、火災が発生した場合には、二水石膏を主成分とする廃石膏から水分が放出されて壁面の温度上昇を防ぐと共に多孔質難燃性炭化物についてはその表層部のセラミックス層が内部の炭化物の燃焼を抑制し、塗り壁用材料の防火性を著しく高める。

また、この建築材料を平板状とし、その両面にボード用原紙を張着することで石膏ボードとすることが出来、塗り壁と同様の硬効果を発揮させることができる。本発明に係る石膏ボードの組成の一例は次の通りである。廃石膏の粉砕品（平均粒径２.０ｍｍ以下）が５０〜９０重量部、難燃性炭化物の粗粉砕品が１〜５０重量部、鉱物が１〜５０重量部、増強固結材が０〜５０重量部、貝殻粉体物の焼成物が０〜５０重量部をアイリッヒミキサで混合・撹拌する。これに水を更に６０〜１５０重量部加え、十分に練って調合素地とし鋳型に流し込んで板状とし、これをプレス成型し、両面に厚紙(ボード用原紙)を張着した。

一方、床下調湿材の場合、原料となる廃石膏は固結させる必要性がないので焼成石膏を混ぜ合わせることなく二水石膏(廃石膏)をそのままで使用し、これに多孔質難燃性炭化物や(必要に応じてその１乃至２以上が選択されて混入される前述の増強固結材、貝殻の粉末(或いはその焼成物)や活性炭・木炭・竹炭等の多孔質系炭化物)を均一に混合し、所定の形に加圧成形したり、水を加えて混練した後、型成形を行う。床下調湿材の場合でも塗り壁の場合と同じ作用効果を生ずる。床下調湿材の一例を示すと、廃石膏の粗粉砕品が５０〜９８重量部、難燃性炭化物の粗粉砕品が１〜３０重量部、鉱物が１〜５０重量部、貝殻粉体物の焼成物が０〜５０重量部で、これを混練後、所定形状に成形し、これを袋（不織布製など）詰めした。

［実施例］本発明に係る塗り壁材の組成は次の通りである。廃石膏の粉砕品（平均粒径２.０mm以下）が50〜90重量部、難燃性炭化物の粉砕品（平均粒径１.０mm以下）が1〜30重量部、多孔質鉱物が1〜50重量部、増強固結材が0〜50重量部、貝殻粉体物の焼成物が0〜20重量部をアイリッヒミキサーで混合・攪拌した。上記混合物に水を更に60〜80重量部を加え、十分に練って調合素地(塗り壁材)とする。この調合素地をコテで壁に１.５〜２.０mm厚に塗りつけ塗り壁施工を行う。常温（通常20±10℃の温度範囲）で養生（24〜48hr）する。

表1は本発明の実施にあたる廃石膏と焼成石膏及び難燃性炭化物を主原料とした塗り壁材を商品化した場合の一例の配合であり、増強固結材として漆喰を混合することで養生後は強固で純白に近い塗り壁が得られた。

［表1］
材料名平均粒径配合量（wt／％）
廃石膏（１.０mm以下）６８
難燃性炭化物（０.５mm以下）１
鉱物（ゼオライト）１
増強固結材（漆喰）３０
水外掛け60〜80

表２はガス吸着試験結果である。表1の配合で養生した試料を用いて実施した。実験方法として、1リットル容器内で悪臭ガス（アンモニア、トリメチルアミン、ホルムアルデヒド、トルエン、メチルメルカプタン）の初期濃度が30ppmとなるように調整し、その中に試料を５ｇ入れた。5min、15min、30min後にガス検知管により残存ガス濃度を吸引測定した。実験の結果、実施した全ての悪臭ガスを吸着することがわかった。特にアンモニアとトリメチルアミンは5min後の結果からみても良く吸着する傾向にある。酸性よりもアルカリ性の悪臭ガスのほうが吸着しやすいと思われる。また、多孔質難燃性炭化物と鉱物の添加量を増やし、貝殻粉体物を混入すればガス吸着性能は更に向上すると思われる。なお、図１は表２の棒グラフである。

［表２］
ガス名時間（min） 0 5 15 30
アンモニア 30 4 3 2
トリメチルアミン 30 8 5 5
ホルムアルデヒド 30 16 13 12
トルエン 30 17 15 14
メチルメルカブタン 30 20 13 12 （単位はppm）

図２は吸・放湿試験結果である。表1の配合で養生した試料を用いて実施した。実験方法として、恒温恒湿槽に試験片10cm²を入れ、24時間湿潤状態（温度25℃・湿度95％）後に試験片を取り出し重量測定をし、続けて24時間乾燥状態（温度25℃・湿度50％）後にも同様、重量測定をした。養生前の重量をもとに1ｍ²あたりの重量として吸湿量・放湿量を求めた。実験の結果、48時間までにおいて全吸湿量を100％とした場合の放湿量は約50％であった。漆喰、難燃性炭化物及び鉱物の添加量を増やし、貝殻粉体物の焼成物を混入すれば吸放湿性能は更に良くなると思われる。

本発明の建築材料の主成分である廃石膏及び多孔質難燃性炭化物並びに焼成石膏はいずれも建築廃材を利用したものであり、建築廃材の有効利用として産業上大いに価値あるというものだけでなく、リサイクルに際して新たな添加材がゼロ或いは極く僅かであるため、再リサイクル時の原材料としても有効であり、将来のリサイクル社会において非常に重要性の高い技術であると言える。

本発明に係る塗り壁材料のガス吸着試験結果の棒グラフ本発明に係る塗り壁材料の吸放湿試験結果のグラフ

Claims

廃石膏と多孔質難燃性炭化物の混合物であることを特徴とする建築材料。
廃石膏と焼成石膏と多孔質難燃性炭化物の混合物であることを特徴とする建築材料。
増強固結材が更に混入されていることを特徴とする請求項1又は２に記載の建築材料。
無機多孔質物質が更に混入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建築材料。
請求項２〜４のいずれかに記載の建築材料を板状に成形し、その表面に紙が貼着されている再生石膏ボード。