JP4811803B2

JP4811803B2 - 放電プラズマ焼結体

Info

Publication number: JP4811803B2
Application number: JP2005325763A
Authority: JP
Inventors: 義一星村
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: JP2007130568A

Description

本発明は、ゲットウ植物体の焼却灰を用いた放電プラズマ焼結体及びこれを用いたアルカリイオン水に関する。

放電プラズマ焼結法(Spark Discharge Plasma Sintering:以下SPS法と略記)は鉄及び非鉄系の各種金属材料の焼結を容易に実験操作できることを目的に開発された新材料研究開発用の焼結システムである。ＳＰＳ法では、加工材料を高密度に圧縮後、パルス通電を行い粒間に高密度エネルギーを集中させることにより加工精度の高い均質な焼結体が得られる。無加圧焼結やホットプレス法（ＨＩＰ）のような変形がなく従来の焼結法では成型できなかった材料を焼結することが可能である。さらに従来の焼結法に比べて、短時間焼結、取り扱いの容易さ、ＨＩＰに比べ１／３〜１／５の消費電力で焼結を行えるランニングコストの低廉さなどの長所があることから、各種金属材料の焼結手段として用いられるに至っている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−９５５７７号公報

しかしながら、植物材料のＳＰＳ法による焼結についての報告はなく、得られる焼結体の特性についても全く知られていない。
従って、本発明の目的は、植物材料のＳＰＳ法による焼結体を作製し、その利用手段を開発することにある。

そこで、本発明者は、殺菌作用や防虫作用を有することが知られているゲットウに着目し、ゲットウ植物体の焼却灰をＳＰＳ法で焼結させて焼結体を作製した。その焼結体を水に投入したところ、速やかにpHが上昇し、安定したpHを有するアルカリイオン水が得られることを見出した。また、得られるアルカリイオン水のpHはＳＰＳの温度により制御できることを見出した。さらに、当該ゲットウ植物体の焼却灰とアルミニウム粉体の混合物をＳＰＳ法で焼結して得られた焼結体は、水のpH上昇を制御できることを見出した。

従って、本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を提供するものである。
また、本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を含有するアルカリイオン水調製用剤を提供するものである。
さらに、本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することを特徴とするアルカリイオン水の製造法を提供するものである。
さらに本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することにより得られるアルカリイオン水を提供するものである。
さらに本発明は、ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入してアルカリイオン水を製造するに際し、放電プラズマ焼結の温度を制御することによりアルカリイオン水のpHを制御する方法を提供するものである。

本発明の焼結体を用いれば、pHが長期間安定したアルカリイオン水を簡便に製造することができる。また、そのpHは焼結温度などにより任意に制御することができる。

本発明の放電プラズマ焼結体（以下、ＳＰＳ焼結体という）は、ゲットウ植物体焼却灰、又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉末との混合物を放電プラズマ焼結することにより製造される。ここで、ゲットウ（月桃）は、ショウガ科の植物であり、その抽出物は殺菌作用、防虫作用を有することが知られている。本発明に用いるゲットウ植物体は、ゲットウの茎、根、葉、花、果実、種子のいずれでもよく、茎及び葉等を含むものであってもよい。ゲットウの焼却灰は、ゲットウ植物体を通常の条件で焼却した灰分であれば特に制限されないが、例えば４００〜８００℃で常圧又は加圧下に焼却した灰が好ましい。

また、ゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物を用いる場合、その混合比はアルミニウムによるpH上昇コントロールの点から、質量比で１：１００〜１００：１、さらに１：１０〜１０：１、特に１：１〜２０：１が好ましい。また、アルミニウムとしては金属アルミニウムを用いるのが好ましい。

放電プラズマ焼結は、焼結温度２００〜１５００℃（好ましくは２００〜１２００℃）、電流２５００〜８０００Ａ（好ましくは３０００〜８０００Ａ）、焼結保持時間１０〜５０分（好ましくは１０〜３０分）、焼結圧力１０〜２０kN（好ましくは１０〜１８kN）で行うのが好ましい。また、チャンバー内の真空度は２０Pa以下、特に１０Pa以下とするのが好ましい。この時、焼結温度を高くすれば、アルカリイオン水のpHが低くなり、焼結温度を低くすればアルカリイオン水のpHが高くなる。

得られたＳＰＳ焼結体を水に投入すると水のpHは８〜１２程度に上昇し、アルカリイオン水が簡便に得られる。ゲットウ植物体焼却灰のＳＰＳ焼結体を水に投入した場合のpHの上昇は、５分以内でほぼ平衡に達する。一方、ゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物のＳＰＳ焼結体を水に投入した場合のpHの上昇はゆるやかであり、３０〜６０分で平衡に達する。またそのpH上昇も、ゲットウ植物体焼却灰のみを用いた場合に比べて低い。従って、アルミニウム粉体を混合したＳＰＳ焼結体は、ゲットウ植物体焼却灰由来の成分の放出をコントロールしているものと考えられる。なお、ＳＰＳ焼結体投入対象である水は、通常の水であってもよく、電気分解により得られたアルカリイオン水であってもよい。

アルカリイオン水調製にあたってのＳＰＳ焼結体の投入量は、水１Ｌあたり１０〜５０mgで十分である。得られるアルカリイオン水のpHは、８〜１２で長期間安定している。

また、本発明のＳＰＳ焼結体には、アルミニウム粉体を混合しない場合であっても、カリウム、ナトリウム及びリン濃度が高いという特徴を有する。シーケンシャル型誘電結合プラズマ発光分析によれば、カリウムは２００〜２０００mg／Ｌ、ナトリウムは１０〜１５mg／Ｌ、リンは８０〜１００mg／Ｌ、マグネシウムは８〜１５mg／Ｌ含まれている。本発明のＳＰＳ焼結体は、アルカリイオン水中にこれらのミネラルを長期間にわたって放出し続ける。従って、本発明により得られるアルカリイオン水は、これらのミネラルを含有するミネラル含有水としても有用である。

次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
（方法）
（株）住友石炭鉱業製の放電プラズマ焼結機(DR.SINTER Model SPS-3.20MK-IV)を用いた。その基本構成図を図１に示す。試料として、ゲットウ植物体（茎及び葉を含むもの）を約５００〜８００℃で焼却した灰（ゲットウ焼却灰）４ｇ、ゲットウ焼却灰にＡｌを１０，２０，３０（wt％）添加したものを使用した。計量には（株）島津製作所製電子天秤ＢＸ４２０Ｈを用いた。なお、Ａｌ添加に際しての割合は１０（wt％）の場合２．７ｇのゲットウ焼却灰に０．３ｇのＡｌを混合した。それらの試料を図１にあるダイとパンチの中にセットする。その際、焼結時にダイとパンチに試料が付着するのを防ぎ、また通電をよくするためカーボンシート（５０（mm）×６３（mm）の直方体シート、φ２０（mm）の円形シート）を使用した。焼結条件は、ゲットウ焼却灰のみの場合は焼結温度を３００，５００，７００，９００（℃）、電流は３２００（Ａ）、焼結保持時間を２０（min）、焼結圧力を１３（kN）の一定条件下で作製した。Ａｌを添加した試料は、焼結温度を５００（℃）、電流を３２００（Ａ）、焼結保持時間を１５（min）、焼結圧力を１５（kN）の一定条件下で作製した。またチャンバー内の真空度は６（Pa）程度まで下げた。完成した焼結体は、カーボンシートが付着しているので、これを取り除くため（株）マルトー製精密自動研磨機（ＭＬ−１５０Ｐ）で研磨した。この焼結体（φ２０×約３mm）を１００ccの蒸留水に投入した。そのpHを東亜ＤＫＫ株式会社製ポータブルpH計（ＨＭ−２１Ｐ）で５，１０，２０，３０，４０，５０，６０（min）毎に測定した。

（結果）
図２はゲットウ焼却灰のみを各温度で焼結させたものを蒸留水に投入したときのpHの変化を表したものである。焼結体を投入して５（min）程度でpHは１０〜１１程度まで上昇し、その後はほぼ一定の値となる。５（min）経過したときのpHは３００℃、５００℃、７００℃、９００℃の時、それぞれ１０．８６、１０．４０、１０．４９、９．０７となり、６０（min）後には１１．１６、１０．９６、１０．９４、１０．００となった。焼結温度を低く設定した焼結体ほどpHの上昇が早く、その値も高くなっているのがわかる。焼結温度を一番高く設定した９００℃では他の焼結体と比べてpHの上昇率は低い。これらのpHの違いは、焼結温度が低いとゲットウ焼却灰の成分が蒸留水に溶け出しやすいためpHの値が高くなり、逆に焼結温度が高くなると成分が溶け出しにくくなりpHが低くなることと思われる。

図３はゲットウ焼却灰にＡｌを混合させて焼結させたものを蒸留水に入れたときのpHの変化を表したものであるである。Ａｌを混合させたことによりpHの上昇率はゲットウ焼却灰のみに比べて低下する。またＡｌの比率が高いほどpHの上昇率は低下する。ゲットウ焼却灰のみの場合は５（min）程度でpHの値が安定したのに対して、Ａｌを混合させたものは３０（min）程度までは変化が続き、その後は微増の傾向がある。焼結体を入れてから３０（min）までを１０（min）単位で見てみるとそれぞれpHは約０．５ずつ上昇し、そのあと６０（min）までは約０．１〜０．２ずつ上昇した。このことからゲットウ焼却灰にＡｌを混合させることでpHの値が、ゲットウ焼却灰のみの場合より低くなることがわかる。

図２及び図３より本発明のＳＰＳ焼結体を用いれば、簡便にアルカリイオン水が製造できることがわかる。

ゲットウに代えて、紙の焼却灰を用いて実施例１と同様にしてＳＰＳ焼結体を得た（焼結温度３００℃、７００℃）。
得られたＳＰＳ焼結体を蒸留水に投入したときのpH変化を、実施例１のゲットウ焼結灰から得られたＳＰＳ焼結体のそれと対比して図４に示した。図４から明らかなように、ゲットウ焼結灰のＳＰＳ焼結体だけが明確なpH変化を示した。

また、ゲットウ焼却灰から得られたＳＰＳ焼結体をシーケンシャル型誘電結合プラズマ発光分析により、成分分析を行ったところ、下記表１に示すように、ミネラルの含有量は焼結温度により相違していたが、カリウム、ナトリウム、リン、マグネシウム等を多量に含んでいることが判明した。

また、市販の電気分解により得られたアルカリイオン水に本発明のＳＰＳ焼結体を投入したところ、長期間pHが安定したアルカリイオン水が得られた。

ＳＰＳの基本構成を示す図である。ゲットウ焼却灰のＳＰＳ焼結体を水に投入したときのpH変化を示す図である。ゲットウ焼却灰とアルミニウム粉体の混合物のＳＰＳ焼結体を水に投入したときのpH変化を示す図である。紙焼却灰のＳＰＳ焼結体がゲットウ焼結体を水に投入したときのpH変化を示す図である。

Claims

ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体。
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を含有するアルカリイオン水調製用剤。
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することを特徴とするアルカリイオン水の製造法。
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入することにより得られるアルカリイオン水。
ゲットウ植物体焼却灰又はゲットウ植物体焼却灰とアルミニウム粉体との混合物の放電プラズマ焼結体を水に投入してアルカリイオン水を製造するに際し、放電プラズマ焼結の温度を制御することによりアルカリイオン水のpHを制御する方法。