JP4646310B2 - 珪酸カルシウム成形体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料に廃材を含む珪酸カルシウム成形体及びその製造方法の改良に関する。

建築材料の中でも耐火性、防火性、不燃性等、火災に対する抵抗性が必要な場所に使われるものの一つに珪酸カルシウム成形体がある。珪酸カルシウム成形体は、壁材、屋根材、天井材、床材等の形で使われるほか、鉄骨建築における鉄骨の耐火性を確保するための、耐火被覆材としても有用である。

近年、このような珪酸カルシウム成形体の原料に、製紙スラッジ等の産業廃棄物を使用し、コストダウンを図ることが提案されている。例えば、下記特許文献１には、製紙スラッジを使用した構造用面材が開示されている。
特開２００３−３５９２号公報

しかし、上記従来の技術においては、原料中の産業廃棄物の割合を多くした場合、特に未焼成の製紙スラッジ（以下、生ＰＳという）を使用した場合には、製造後の珪酸カルシウム成形体の曲げ強度が低下するという問題があった。これは、上記生ＰＳが水分、有機物を含んだ不揃いな塊状であり、他の原料とともに水と混合し、混合スラリーとして脱水成形する場合に、混合スラリー中に生ＰＳが均一に混合され難いので、十分な曲げ強度が得られないためである。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、原料中の産業廃棄物の割合を多くした場合であっても、高い曲げ強度を維持できる珪酸カルシウム成形体及びその製造方法を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により前記課題を解決する。

請求項１の発明は、珪酸質原料、石灰質原料、製紙スラッジ灰及び補強繊維を原料とし、前記原料中のアルミニウム（Ａｌ）成分と珪素（Ｓｉ）成分とのモル比が、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％となるように配合し製造されたものであることを特徴とする珪酸カルシウム成形体である。

請求項２の発明は、前記原料中に製紙スラッジ灰が５〜１３重量％含まれることを特徴とする珪酸カルシウム成形体である。

請求項３の発明は、前記原料中に排脱石膏を含むとともに、前記排脱石膏と製紙スラッジ灰の合計量が５０％以上であることを特徴とする珪酸カルシウム成形体である。

請求項４の発明は、前記製紙スラッジ灰が２０〜１００メッシュのふるいにより分級されたものであることを特徴とする珪酸カルシウム成形体である。

請求項５の発明は、珪酸質原料、石灰質原料、製紙スラッジ灰及び補強繊維を含む珪酸カルシウム成形体の原料と水とを混合して脱水成形し、得られた成形物を水熱反応させることにより得られる珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、前記原料中のＡｌ成分とＳｉ成分とのモル比がＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％となるように配合し製造することを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法である。

本発明によれば、前記原料中に産業廃棄物となる製紙スラッジ灰及び排脱石膏を５０％以上含んだ場合であっても、高い曲げ強度を維持した珪酸カルシウム成形体を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について説明する。なお、この発明は、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。

本発明者らは、鋭意研究を進めた結果、珪酸質原料、石灰質原料、製紙スラッジ灰及び補強繊維を含む原料と水とを混合した混合スラリーを脱水成形し、得られた成形物を水熱反応により珪酸カルシウム成形体とする際に、上記原料中の産業廃棄物の割合を多くした場合、例えば排脱石膏と製紙スラッジ灰を５０％以上含む場合であっても、上記原料中のアルミニウム（Ａｌ）成分と珪素（Ｓｉ）成分とのモル比を、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％の関係に調合することにより、製造コストが低く、高い曲げ強度を有する珪酸カルシウム成形体が実現されることを見出した。

上記原料に含まれる製紙スラッジ灰は、産業廃棄物である製紙スラッジを７００〜９５０℃で加熱処理することにより得られる。なお、本実施形態では、表１に示される組成の製紙スラッジ灰が使用される。また、製紙スラッジ灰は、２０〜１００メッシュのふるいによって分級されたものを使用することにより、製紙スラッジ灰全体の７０％以上を利用することが可能となる。

２０メッシュより大きな目のサイズのふるいを使用した場合には、珪酸カルシウム成形体の表面品質の低下をまねき、１００メッシュより細かな目のふるいにより選別した場合には、回収される製紙スラッジ灰の割合（スラッジ灰利用率）が７０％以下に低下してしまうため、共に好ましくない。

さらに、製紙スラッジ灰を使用することにより、生ＰＳ中に含まれる水分と有機分が取除かれ、製造される珪酸カルシウム成形体の曲げ強度を向上させるとともに、黒色粒子等による品質低下を抑えることができる。

また、上記排脱石膏は、脱硫装置の副産物として発生する産業廃棄物である。

本発明により製造される珪酸カルシウム成形体には、産業廃棄物である製紙スラッジ灰と排脱石膏が合計で５０％以上含まれていてよいため、製造コストを低くすることができるとともに、製造された珪酸カルシウム成形体は、資源有効利用促進法に基づくエコマーク認定基準を満たすことが可能となる。

以下、本発明の具体例を実施例として説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。

実施例及び比較例として、表２記載の原料配合で、本発明の方法により珪酸カルシウム成形体を製造した。この場合、実施例２〜４に示す配合により製造された珪酸カルシウム成形体は、排脱石膏の配合量と製紙スラッジ灰の配合量の合計量を５０重量％に固定し、それぞれの配合量を変えて原料中のＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の値を変化させて製造したものである。このときの製紙スラッジ灰の配合量は、６〜１４重量％とした。また、実施例１は、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の値を１０％とし、産業廃棄物として製紙スラッジ灰のみを混合して製造したものである。それぞれ製造された珪酸カルシウム成形体については、密度、曲げ強度及び吸水寸法変化率を測定した。

また、表２に示す比較例１は、実施例３の配合において、原料中の製紙スラッジ灰の替わりに生ＰＳ（未焼成製紙スラッジ）を用いた珪酸カルシウム成形体を示したものであり、このときのＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）比は１０％であった。また、生ＰＳに含まれる有機分は４５重量％であった。比較例２は、原料中に産業廃棄物として製紙スラッジ灰は配合せず、排脱石膏の使用割合も低い従来の珪酸カルシウム成形体を示したものである。比較例３は、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の値を４％としたものである。

なお、上記表２に示される原料のうち、珪石及び珪藻土が本発明の珪酸質原料の例であり、消石灰及びセメントが本発明の石灰質原料の例であり、パルプが本発明の補強繊維の例である。

表３は、表２に示した実施例３及び比較例２と並んで、新たに実施例５を示している。ここで、実施例３は製紙スラッジ灰を６０メッシュサイズのふるいにかけたものであり、実施例５は３０メッシュのふるいにかけたものである。尚、比較例２は、表２で述べた通り、原料中に産業廃棄物として製紙スラッジ灰は配合されず、排脱石膏の使用割合も低い従来の珪酸カルシウム成形体である。また、表２と同様に、各原料配合により製造した珪酸カルシウム成形体について密度、曲げ強度及び吸水寸法変化率を測定した結果が示されている。

表４は、それぞれ３０メッシュと６０メッシュサイズのふるいにより分級された製紙スラッジ灰の粒度分布と、それぞれのふるいにより分級された製紙スラッジ灰の割合（スラッジ灰利用率）を示している。

表５は、３０メッシュ及び６０メッシュサイズのふるいのサイズを示している。

表２及び表３に示される実施例及び比較例の珪酸カルシウム成形体は、それぞれの原料に水を加えて混合スラリーとするときに、スラリー濃度が５〜７％となるように調合され、その後この混合スラリーを脱水成形して、厚さ１０ｍｍのグリーンシートとし、さらに、上記グリーンシートをオートクレーブに入れ、温度１８０℃で１１．５時間水熱反応させ、その後１０５℃の熱風で乾燥して製造されたものである。

このとき製造された珪酸カルシウム成形体は、後述する密度、曲げ強度及び吸水寸法変化率の測定を行うために、実施例及び比較例とも、サンプルを４個ずつ製造した。

上述のようにして得られた各サンプルについて、密度は、ＪＩＳＡ５４３０（珪酸カルシウム板タイプ２）６．３に準拠し、曲げ強度は、同６．４に準拠し、吸水寸法変化率は、同６．７に準拠し測定された。

上記各測定結果が、表２、表３及び図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される。なお、図１（ａ）は密度を示すデータであり、図１（ｂ）は曲げ強度を示すデータであり、図１（ｃ）は吸水寸法変化率を示すデータである。

表２の実施例２〜４及び図１（ｂ）に示されるように、本実施例による珪酸カルシウム成形体は、原料中のＡｌ成分とＳｉ成分とのモル比が、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％の範囲のときに曲げ強度が高い数値を示している。これに対して、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝４％である比較例３では、曲げ強度を十分高くすることができなかった。

また、表２の実施例２〜４を生ＰＳを用いた比較例１と比較した場合、曲げ強度が大幅に改善されていることが確認された。さらに、実施例２〜４は、製紙スラッジ灰を配合せず、排脱石膏の使用割合も低い従来品である比較例２と比較しても、曲げ強度がほぼ同等の値となり、実用上問題ないことが分かる。特に、図１（ｂ）からわかるように、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）の値が８〜１２％の範囲では比較例２の曲げ強度を上回っており、さらに好適である。

また、表２の実施例２〜４及び図１（ｃ）に示されるように、本実施形態による珪酸カルシウム成形体は、吸水寸法変化率が産業廃棄物の使用量が少ない従来品の比較例２とほぼ同様の値であって、実用上問題ないことが分かる。

以上に述べたように、本実施例にかかる珪酸カルシウム成形体は、産業廃棄物である製紙スラッジ灰と排脱石膏とを使用することにより、製造コストを低減できるとともに、原料中のＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）を調整し配合することにより、高い曲げ強度を維持することができる。

また、表２の実施例１に示されるように、産業廃棄物として製紙スラッジ灰のみを混合した場合にも、原料中のＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）を調整し配合することにより、従来品である比較例２と比較して高い曲げ強度を得ることができた。

なお、表２から判るように、比較例１となる生ＰＳ使用品は実施例と較べて密度が低くなっている。これは、生ＰＳが有機成分及び水分を含み不揃いな塊状であり、スラリー中で均一に分散しないことと、生ＰＳに含まれる過剰な有機成分の影響により珪酸カルシウム成形体の密度が低下するからである。

また、表２に示される比較例１の珪酸カルシウム成形体の曲げ強度は、各実施例と較べて大幅に低くなっている。これは、上記の理由と同様に、生ＰＳが有機成分と水分を含み不揃いな塊状であるためスラリー中で均一に分散することができないことにより、珪酸カルシウム反応が十分に行われないためであり、この結果、珪酸カルシウム成形体の曲げ強度が低下している。

また、原料中に配合されるＡｌ成分は、珪酸カルシウム反応におけるトバモライトの結晶化を促進させる働きがあり、原料中のＣａ成分とＳｉ成分とを適正な範囲に調合し、さらに、Ａｌ成分とＳｉ成分とのモル比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％にすることにより、珪酸カルシウム反応によるトバモライトの結晶化が促進され、珪酸カルシウム成形体の曲げ強度が向上される。

また、表３に示された結果より、製紙スラッジ灰をそれぞれ３０メッシュと６０メッシュサイズのふるいにかけたものを原料中に配合した場合も、産業廃棄物の使用量が低い従来品に比べて同等以上の曲げ強度を実現している。これは、本実施例が、原料としてふるいにより分級された製紙スラッジ灰を使用することにより、スラリー中において原料が均一に分散し、水熱反応時において珪酸カルシウム反応が均一に行われて、珪酸カルシウム成形体の曲げ強度を向上させているからである。

原料にふるいにより分級された製紙スラッジ灰を使用する他の効果として、珪酸カルシウム成形体表面における黒色粒子等による品質低下を抑えることができる。

上記ふるいの目のサイズは、小さくしすぎるとスラッジ灰利用率が低下して、製造コストの低減効果が低くなる。従って、表４に示されるように、スラッジ灰利用率が７０％以上となるふるいの目のサイズを選択するのが好適である。

本発明の実施例にかかる珪酸カルシウム成形体の密度、曲げ強度及び吸水寸法変化率の測定結果を示す図である。

Claims (3)

1. 珪酸質原料、石灰質原料、製紙スラッジ灰及び補強繊維を原料とした珪酸カルシウム成形体であって、
   前記原料中のアルミニウム（Ａｌ）成分と珪素（Ｓｉ）成分とのモル比が
   Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％であり、
   前記原料中に前記製紙スラッジ灰を６〜１４重量％含み、
   前記原料中に排脱石膏をさらに含むとともに、前記排脱石膏と前記製紙スラッジ灰の合計量が５０重量％以上である、
   ことを特徴とする珪酸カルシウム成形体。
2. 請求項１に記載の珪酸カルシウム成形体において、前記製紙スラッジ灰が２０〜１００メッシュのふるいにより分級されたものであることを特徴とする珪酸カルシウム成形体。
3. 珪酸質原料、石灰質原料、製紙スラッジ灰及び補強繊維を含む珪酸カルシウム成形体の原料と水とを混合した混合スラリーを脱水成形し、得られた成形物を水熱反応させることにより得られる珪酸カルシウム成形体の製造方法であって、
   前記原料中のアルミニウム（Ａｌ）成分と珪素（Ｓｉ）成分とのモル比が
   Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）＝７〜１５％であり、
   前記原料中に前記製紙スラッジ灰を６〜１４重量％含み、
   前記原料中に排脱石膏をさらに含むとともに、前記排脱石膏と前記製紙スラッジ灰の合計量が５０重量％以上である、
   ことを特徴とする珪酸カルシウム成形体の製造方法。

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