JP5938706B2 - 火山噴出物または火山噴出物発泡体を含有する機能性材料組成物及びその製造方法 - Google Patents
火山噴出物または火山噴出物発泡体を含有する機能性材料組成物及びその製造方法 Download PDFInfo
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また住宅や工場、店舗などから排出される二酸化炭素や有害物質を吸着分解し、排出を軽減するため、また耐用年数を短くする住宅の高気密性能による冬場の結露が原因のカビや木造・金属の腐食等を軽減するために、無機物で、軽量の断熱および吸音能力を併せ持つ、調湿能力の高い製品の需要が高まっている。
木炭・竹炭・ヤシガラ炭・活性炭などは古くから住宅の調湿剤として使用されているが、調湿効果は一様になく、木炭、竹炭は焼く温度によりその効果のばらつきが多いのが難点である。木炭・竹炭・ヤシガラ炭・活性炭などは二酸化炭素の吸着・分解効果は殆どなく、ホルムアルデヒド等の吸着の能力も少ないし、吸着の限界まで達したときには飽和状態になり、暑い時期には吐き出してしまうのもある。またこれらは、断熱性能が殆ど期待できない。住宅で使用される木炭・竹炭・ヤシガラ炭・活性炭などの調湿剤は万一火災の発生があった場合には、調湿剤に着火し、延焼の原因にもなることから、危険性なども指摘されている。
そのため簡便に製造でき二酸化炭素吸着・揮発性有機化合物(VOC)吸着や調湿機能を有する材料の開発が望まれている。
[1]火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体、および無機アルカリ性物質を含有する機能性材料組成物であって、火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質の重量比が1:0.1〜2である組成物。
[2]平均粒子径が0.1〜5mmである[1]に記載の組成物。
[3]火山噴出物が、シラス、軽石およびボラ土からなる群から選択される少なくとも1種である[1]または[2]に記載の組成物。
[4]火山噴出物発泡体が、シラス発泡体、黒曜石発泡体及び真珠岩発泡体からなる群から選択される少なくとも1種である、[1]または[2]に記載の組成物。
[5]無機アルカリ性物質が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムからなる群から選択される少なくとも1種である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の組成物。
[6]更に高分子を含有する[1]〜[5]のいずれか1項に記載の組成物。
[7]火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質と高分子の重量比が、1:0.1〜2:0.01〜1である[6]に記載の組成物。
[8]重量比が1:0.1〜2:0.1〜0.5である[6]に記載の組成物。
[9]高分子が、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース及びヒドロキシエチルメチルセルロースから選択される少なくとも1種である[6]〜[8]のいずれか1項に記載の組成物。
[10]粒状又は粉状である[1]〜[9]のいずれか1項に記載の組成物。
[11]調湿剤、二酸化炭素吸着剤、ホルムアルデヒド吸着剤、VOC吸着剤、断熱材または吸音材に使用される[1]〜[10]のいずれか1項に記載の組成物。
[12]さらにセメント、カゼイン、ポリビニルアルコール水溶液及び酢酸ビニルからなる群から選択される1種以上を含む[1]〜[11]のいずれか1項に記載の組成物。
[13](1)火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質を混合する工程、(2)得られた混合物を粉砕する工程、を含む粒子状機能性材料組成物の製造方法。
[14]更に高分子を添加する工程を含む[13]の製造方法。
[15]火山噴出物が、シラス、軽石およびボラ土からなる群から選択される少なくとも1種である[13]に記載の製造方法。
[16]火山噴出物発泡体が、シラス発泡体、黒曜石発泡体及び真珠岩発泡体からなる群から選択される少なくとも1種である、[13]に記載の製造方法。
[17]無機アルカリ物質が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化カルシウムからなる群から選択される少なくとも1種である、[13]〜[16]のいずれか1項に記載の製造方法。
[18]高分子が、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース及びヒドロキシエチルメチルセルロースから選択される少なくとも1種である請求項[14]〜[17]のいずれか1項に記載の製造方法。
[19]さらにセメント、カゼイン、ポリビニルアルコール水溶液及び酢酸ビニルからなる群から選択される1種以上を添加することを含む[13]〜[18]のいずれか1項に記載の製造方法。
[20]シートまたは容器で包装されている[1]〜[12]のいずれか1項に記載の組成物。
また本発明の組成物は、特殊な設備が必要ではなく簡便に製造でき、また火山噴出物を使用するため安価に提供することができる。
さらに自然素材である火山噴出物や無機アルカリ性物質等を使用するだけなので、機能性が失われた後は土壌改良材等としてリサイクルできる。
本発明の組成物は、火山噴出物等と無機アルカリ性物質を均一に混合・撹拌して、必要に応じて得られた混合物を粉砕・整粒・固形化して得られる粒状・粉状またはペースト状の機能性材料組成物である。
火山噴出物の平均粒子径は、通常シラスで5〜500μm、軽石で1〜60mm、ボラ土で1〜50mmであり、好ましいのはシラスが30〜150μm、軽石、ボラ土が1〜30mmである。
電磁式ふるい振とう器に標準ふるいを5〜10段装着し、試料をふるい振とうすることで分級し、各粒子区分の重量比で測定する。すなわち、標準ふるいを目開きの大きいものを上にして順次重ね、上段に試料20gを入れ15分間ふるい振とうさせ、各メッシュ毎の試料の重量を測定し、粒度分布を求めた。
平均粒子径は各メッシュ毎に篩い分けられた粒子の試料全体に対する割合(重量%)を算出し、重量平均粒子径を求める。
火山噴出物発泡体としては、シラス、軽石、ボラ土等の細粒や粉末を加熱して発泡させたものが挙げられるが、なかでもシラスを発泡させたシラス発泡体(シラスバルーン)、黒曜石発泡体(パーライト)及び真珠岩発泡体(パーライト)が好ましく、強度、永続的な二酸化炭素および有害物質の吸着・分解、調湿、断熱、吸音能力の点でシラス発泡体がより好ましい。
火山噴出物発泡体の平均粒子径は、通常6〜500μmであり、70〜300μmが好ましい。
また火山噴出物発泡体の嵩比重は、通常は0.6以下であり、0.2〜0.4が好ましい。
特にシラス発泡体(シラスバルーン)と無機アルカリ性物質の重量比は1:0.1〜2が好ましく、1:0.2〜1.5がより好ましく、さらに好ましくは1:0.8〜1.5であり、特に1:1が好ましい。
シラスバルーンに対する無機アルカリ性物質の重量比が0.1よりも少ないと、吸湿率が低くなり二酸化炭素や有害物質の吸着分解機能も低下する。一方、シラスバルーンに対する無機アルカリ性物質の重量比が2よりも大きいと、断熱、吸音能力が低下し軽量化にはならず、吸湿効果は上がるが放湿能力が下がり好ましくない。
高分子としては、水溶性セルロースエーテルが挙げられ、具体的にはメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースが挙げられ、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースが好ましく、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースがより好ましい。
なかでもセメント、カゼイン、ポリビニルアルコール水溶液およびこれらの混合物が好ましい。
前記セメントは、特に限定されないが、ポルトランドセメント、白セメント等が好ましい。
また本発明の組成物1に対して、セメント1〜3、カゼイン0.01〜0.05の重量比で添加するのが好ましい。
さらに本発明の組成物1に対して、3〜15%のポリビニルアルコール水溶液は、1:0.5〜2の重量比で混合するのが好ましい。
具体的な機能性材料組成物としては、湿度や気温の変化、有害物質に反応する機能性材料組成物が挙げられる。
調湿とは、水分を吸収・放出し湿度を調整することを意味する。
VOCは、トルエン、キシレン、酢酸エチルなどが挙げられる。
例えば、シートや容器で包装された形態が挙げられる。
シートは、多孔質であれば特に素材は問わないが、紙、布、不織布、フィルム、スポンジシート等が挙げられる。なかでも布、不織布が好ましい。
容器としては、空気が透過できる素材であれば特に素材は問わないが、木、通気性を有する高分子素材、シリコンスポンジやウレタンスポンジ等が挙げられる。
上記シートや容器に、1包装単位量、例えば押入れやクローゼット・天井など室内用は100〜1000g、好ましくは、300〜600g、床下用は1000〜3000g、好ましくは1500〜2500gの本願の組成物を包装したものを調湿剤、二酸化炭素吸着材及びホルムアルデヒド吸着剤等に使用することができる。
(1)火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質を混合する工程、
(2)得られた混合物を粉砕する工程、
を含む粒子状組成物の製造方法(本発明の方法ともいう)である。
本発明の方法は、炭酸ガスを注入し硬化する工程が不要であり、特殊な装置を必要としない簡便な方法であるが、さらに慣用の工程、例えば整粒等の工程を含んでもよい。また無機アルカリ性物質を水溶液にして火山噴出物に加えて造粒する工程を含んでいてもよい。
別の態様としては、
(1)火山噴出物および/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質及び高分子を混合する工程
を含む粒子状または粉状機能性材料組成物の製造方法も本願発明に包含される。
さらに別の態様としては、
(1)火山噴出物および/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質及び白セメント、カゼイン、メトローズ、カルボキシメチルセルロースを混合する工程
(2)得られた混合物にポリビニルアルコール水溶液を混合・攪拌する工程
を含む方法も本願発明に包含される。
本発明の方法において、火山噴出物等の定義や重量比等は上記と同じである。
本明細書中の火山噴出物材料(粒状物)の平均粒子径測定は以下の方法(篩い分け法)で行った。
電磁式ふるい振とう器((株)井内盛栄営製)に標準ふるいを5〜10段装着し、試料をふるい振とうすることで分級し、各粒子区分の重量比で測定した。すなわち、標準ふるいを目開きの大きいものを上にして順次重ね、上段に試料20gを入れ15分間ふるい振とうさせ、各メッシュ毎の試料の重量を測定し、粒度分布を求めた。
平均粒子径は各メッシュ毎に篩い分けられた粒子の試料全体に対する割合(重量%)を算出し、各メッシュ毎の割合(重量%)を上段から足していき、50%超えになる前の数値を[d]、50%超えになる数値を[e]とし、50%超えにならないメッシュのアンダー値(μm、mm)を[a]とする。そして、50%超えになるメッシュを特定し、そのメッシュのオーバー値(μm、mm)を[b]、アンダー値を[c]として、下記式(I)より重量平均粒子径を求めた。
平均粒子径(μm、mm)=a−〔(b−c)×{(50−d)/e}〕・・(I)
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)567gに21〜23%ケイ酸カリ水溶液(日本科学(株)製)100gを均一に混合攪拌し、次いで、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)567gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は280μmであった。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)600gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)600gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は250μmであった。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)500gに、21〜23%ケイ酸カリ水溶液(日本科学(株)製)500gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は260μmであった。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、(豊和直(株)製)500gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)100gと消石灰(日本石灰(株)製)400gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は140μmであった。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
軽石(平均粒子径3mm:清新産業(株)製)1000gに粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)300gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は2mmであった。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、(豊和直(株)製)480gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)720gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は300μmであった。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
パン型造粒機(三庄インダストリー(株)製)にシラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径70ミクロン、豊和直(株)製)600gとメトローズ90SH(信越化学工業(株)製)120gを投入し、次いでケイ酸カリ水溶液(日本科学(株)製)780gを徐々に散布して平均粒子径5mmに造粒し、機能性材料組成物を得た。当該組成物を不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入した。
調製例1〜7の組成物を工場内の加工室の平坦な所に等間隔に置き、毎日定刻(午前8時)に重量を測定した。
含水率は、開始日に測定した重量(W0)を基に、測定日の重量(Wx)からそれぞれ計算した。
含水率(%)=100+(Wx−W0)/W0×100(初日の含水率を100%とする)
各含水率を図1に示した。対照として珪酸ソーダ100gを不織布(PS114、三井化学(株)製)に封入したものを調製例1〜7と同様に調湿試験を行った。
調製例3、7の組成物は放湿が限界に達したら、吸放湿を開始し、その機能を確認した。
対照のケイ酸ソーダ100gは、吸湿はするが、放湿は一切みられなかった。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)500gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)125gとメトローズ90SH(信越化学工業(株)製)120gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は230μmであった。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、(豊和直(株)製)500gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)400g、白セメント(太平洋セメント(株)製)1200g、カゼイン60g及びメトローズ90SH(信越化学工業(株)製)18gを均一に混合攪拌した材料に、水道水1200gにポバール(日本合成化学(株)製)60gを溶解した水溶液を均一に混合攪拌し、石膏ボードに左官コテで平均3mmの厚さに塗り付け機能性材料固形物を得た。
調製例8及び9の機能性材料組成物の乾燥させた試料を、それぞれ秤量瓶に1gずつ量り取り、25℃、50%RHに調節した恒温恒湿槽内に上記秤量瓶の蓋を開けた状態で恒量になるまで設置し、恒量になった時点で、温度25℃一定で湿度90%RHにセットし、48時間ごとに湿度を50%RH,90%RHと交互に変化させ、48時間を1サイクルとし、重量を6、24、48時間ごとに測定し(Wx)含水率を計算した。
含水率(%)=(Wx−1)/1×100
調製例8及び9の組成物は吸放湿をするのが確認された。
(試験サンプル1:参考例1)
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)500gに、ケイ酸カリ1K(日本科学(株)製)500gを混合攪拌し、型枠に入れ、プレス成形をした後、CO2を吹き込み硬化させ成型物を得た。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)500gに、ケイ酸カリ1K(日本科学(株)製)500gを混合攪拌した粉体に、CO2を吹き込み反応させ、反応させた粉体500gに白セメント(太平洋セメント(株)製)1000gを均一に混合攪拌した材料に、水道水1200gにポバール(日本合成化学(株)製)60gを溶解した水溶液を均一に混合攪拌し、石膏ボードに左官コテで平均3mmの厚さに塗り付けて固形物を得た。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)500gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)500gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た(調製例2)。平均粒子径は250μmであった。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)80gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)20gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は190μmであった。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)500gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)400g、白セメント(太平洋セメント(株)製)1200g、カゼイン60g、メトローズ(信越化学工業(株)製)18gを均一に混合攪拌した材料に、水道水1200gにポバール(日本合成化学(株)製)60gを溶解した水溶液を均一に混合攪拌し、石膏ボードに左官コテで平均3mmの厚さに塗り付け機能性材料固形物を得た。
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)50gを計量した。
(試験サンプル7:実施例4)
シラス発泡体(シラスバルーン:平均粒子径180ミクロン、豊和直(株)製)600gに、粉末ケイ酸ソーダ3号(日本科学(株)製)600gとメトローズ90SH(信越化学工業(株)製)120gを均一に混合攪拌し、機能性材料組成物を得た。平均粒子径は230μmであった。
試験サンプル1〜7を乾燥させた試料を、それぞれ秤量瓶に1gずつ量り取り、25℃、50%RHに調節した恒温恒湿槽内に上記秤量瓶の蓋を開けた状態で恒量になるまで設置し、恒量になった時点で、温度25℃一定で湿度90%RHにセットし、6、24、48時間後に秤量瓶ごと重量を測定し、試料の含水率を求めた。以後48時間ごとに湿度を50%RH,90%RHと交互に変化させ合計4サイクル行い図2に示した。
試験サンプル1〜3、5、7を乾燥させた試料を、10gずつ量り取り、ガス吸着用のフッ素樹脂バッグ(10L)にそれぞれ封入し、あらかじめ調整した二酸化炭素(濃度1%)又はホルムアルデヒドガス(濃度20ppm)をこれらに導入して20℃の実験室内で吸着させた。ガス濃度はガス採取器及びガス検知管((株)ガステック製)により、二酸化炭素は24時間毎、ホルムアルデヒドは所定の時間に測定を行い、結果は図3及び図4に示した。対照として珪酸ソーダを使用した。
また試験サンプル3、5及び7は、二酸化炭素及びホルムアルデヒドの吸着作用が認められた。
Claims (9)
- 火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体、および無機アルカリ性物質を含有する機能性材料組成物であって、火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質の重量比が1:0.1〜2であり、火山噴出物が、シラス、軽石およびボラ土からなる群から選択される少なくとも1種であり、火山噴出物発泡体が、シラス発泡体であり、無機アルカリ性物質が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムからなる群から選択される少なくとも1種であって、平均粒子径が0.1〜5mmである組成物。
- 更に高分子を含有する請求項1に記載の組成物。
- 火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質と高分子の重量比が、1:0.1〜2:0.01〜1である請求項2に記載の組成物。
- 火山噴出物及び/又は火山噴出物発泡体と無機アルカリ性物質と高分子の重量比が、1:0.1〜2:0.1〜0.5である請求項2に記載の組成物。
- 高分子が、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース及びヒドロキシエチルメチルセルロースから選択される少なくとも1種である請求項2〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 粒状又は粉状である請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
- 調湿剤、二酸化炭素吸着剤、ホルムアルデヒド吸着剤、VOC吸着剤、断熱材または吸音材に使用される請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成物。
- さらにセメント、カゼイン、ポリビニルアルコール水溶液及び酢酸ビニルからなる群から選択される1種以上を含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
- シートまたは容器で包装されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
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