JP6622997B2 - アルミノケイ酸塩硬化体の原料組成物、及び硬化体 - Google Patents

Description

本発明は、アルミノケイ酸塩硬化体に関するものである。

近年、環境問題への意識が高まっており、企業においては、地球温暖化問題への対策として、二酸化炭素の排出を抑制する取り組みや産業廃棄物を有効利用する取り組みが行われている。それらの取り組みの一つとして、アルミノケイ酸塩粉体と骨材とを原料としたアルミノケイ酸塩硬化体の開発がある。アルミノケイ酸塩硬化体の開発ではセメントを使用しないので、二酸化炭素排出の抑制となる。更に、アルミノケイ酸塩粉体として産業廃棄物を活用することも検討されている。

例えば、特許文献１には、アルミノケイ酸塩粉体として石炭飛灰を用いた組成物及びその製造方法が記載されている。詳しくは、特許文献１では、石炭飛灰と、アルカリ活性剤と、骨材とからなる組成物を鋳型に入れて常温養生または４０〜９０℃の蒸気養生により固化するすることが記載されている。特許文献１の組成物及びその製造方法によれば、セメントを使用しないので、二酸化炭素の排出を低減できるとともに、産業廃棄物の有効利用にも繋がる。しかし、石炭飛灰は未燃カーボンを含有しているので、特許文献１のように流動性を有する組成物においては、未燃カーボンは凝集し、色斑が発生する。また、通常、特許文献１のように組成物を鋳型に流し込み、成形する際には、組成物を鋳型の細部までに行き渡らせるため及び脱気するために振動をかけることが通常行われるが、前記振動により未燃カーボンはより凝集し、色斑が発生する傾向にある。

そこで特許文献２には、石炭飛灰を溶融し、未燃カーボンを除去した原料組成物を片面側に形成させた無機質積層体が記載されている。しかし、特許文献２の無機質積層体の製造方法では、未燃カーボンを除去するために高温な熱処理が必要となる。

特開２００８−２３９４４６号公報 特開平７−１６４６号公報

したがって、本発明は、原料に未燃カーボンが含まれていても前記未燃カーボンによる色斑が低減されたアルミノケイ酸塩硬化体を製造することができる原料組成物を提供する。また、前記原料組成物を硬化した、未燃カーボンによる色斑が低減されたアルミノケイ酸塩硬化体も提供する。

本発明は、アルミノケイ酸塩硬化体の原料組成物を提供する。原料組成物は、シリカとアルミナと未燃カーボンを有する焼成灰と、アルカリ金属塩と、混和剤とを含有し、前記混和剤は、ポリオキシエチレン系、非イオン性のポリオキシアルキレン系のいずれか１種以上であることを特徴とする。

ポリオキシエチレン系混和剤は、少なくともリン酸基、硫酸基のいずれか１種以上を有することが好ましい。
また、混和剤を全固形分中の未燃カーボン量対比で２．９〜４６．０質量％含有することが好ましい。
更に、焼成灰は、石炭灰、製紙灰、汚泥灰、バイオマスボイラー灰のいずれか１種以上であると、産業廃棄物の有効利用となるので好ましい。
更に、消泡剤を含有することが好ましい。
本発明は、前述した原料組成物を硬化したアルミノケイ酸塩硬化体も提供する。

本発明によれば、原料に未燃カーボンが含まれていても前記未燃カーボンによる色斑が低減されたアルミノケイ酸塩硬化体を製造することができる原料組成物を提供することができる。また、前記原料組成物を硬化した、未燃カーボンによる色斑が低減されたアルミノケイ酸塩硬化体も提供することができる。

図１は色斑の評価基準の写真である。 図２は残留気泡有無の評価基準の写真である。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。

本発明の原料組成物は、焼成灰と、アルカリ金属塩と、混和剤とを含有する。

焼成灰は、シリカとアルミナと未燃カーボンを有する無機粉体であれば特に限定されず、例えば、石炭灰、製紙灰、汚泥灰、バイオマスボイラー灰等があり、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種以上を含有してもよい。なお、石炭灰とは石炭を燃焼させて得られる灰であり、製紙灰とはペーパースラッジを燃焼させて得られる灰であり、汚泥灰とは汚泥を燃焼させて得られる灰であり、バイオマスボイラー灰とはバイオマス燃料の燃焼によって発生した灰である。

アルカリ金属塩としては、アルカリ金属水酸化物、ケイ酸アルカリ、炭酸アルカリ、炭酸水素アルカリがある。アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどあり、ケイ酸アルカリとしては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどがあり、炭酸アルカリとしては炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどがあり、炭酸水素アルカリとしては炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどがある。これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種以上を含有してもよい。なお、アルカリ金属塩は、固形分の質量比でアルミノケイ酸塩粉体１００に対し５〜４０含有すると、アルミノケイ酸塩粉体とアルカリ金属塩の反応が進み、得られる硬化体は強度、寸法安定性、耐水性に優れるので好ましい。

混和剤としては、ポリオキシエチレン系、非イオン性のポリオキシアルキレン系があり、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種以上を含有してもよい。ポリオキシエチレン系の混和剤としては、ポリオキシエチレンアルキルアミン（花王株式会社のアミート１０２等）や、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェートカリウム塩（花王株式会社のマイティＡＥ０１、竹本油脂株式会社のニューカルゲンＡ−７２ＴＫ６５、ニューカルゲンＴＧ−１００等）や、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム（花王株式会社のマイティＡＥ０３、エマール２０Ｃ、ミヨシ油脂株式会社のスパミンＣ等）が例示される。非イオン性のポリオキシアルキレン系の混和剤としては、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル（花王株式会社のマイティＡＥ０５、日本エマルジョン株式会社のＥＭＡＬＥＸ８０５等）が例示される。ポリオキシエチレン系混和剤は、少なくともリン酸基、硫酸基のいずれか１種以上を有すると、未燃カーボンによる色斑を抑える効果に優れるので好ましい。リン酸基を有するポリオキシエチレン系混和剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェートカリウム塩が、硫酸基を有するポリオキシエチレン系混和剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウムが例示される。なお、混和剤を、全固形分中の未燃カーボン量対比で２．９〜４６．０質量％含有すると、原料組成物全体に均一に未燃カーボンが分散されるので好ましい。２．９質量％未満では未燃カーボンの分散性が不十分で色斑が発生する懸念があり、４６．０質量％より多くてもそれ以上の効果が得られず、コスト高となる懸念がある。より好ましくは４０．０質量％以下である。一般的な焼成灰の未燃カーボン量は１０％未満であるから、全固形分中に０．０２〜１．２０質量％含有させても同様の効果が期待できる。

本発明の原料組成物は、更に、補強材、消泡剤を含有することができる。

補強材としては、無機補強材、有機補強材がある。無機補強材としては、珪砂、ケイ石粉、シリカ粉、山砂、標準砂、珪藻土、シリカフューム、シラスバルーン、パーライト、バーミキュライト、マイカ、ガラス繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール、ワラストナイト等がある。有機補強材としては、木片、竹片、木粉、故紙、針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹未晒しクラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、広葉樹晒しクラフトパルプ（ＬＢＫＰ）等の木質補強材や、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、アセテート繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維等の合成繊維、発泡性熱可塑性プラスチックビーズ、プラスチック発泡体等がある。本発明では、これらの物質のうち、いずれか１種のみを含有しても良いし、２種以上を含有してもよい。なお、補強材は、固形分の質量比でアルミノケイ酸塩粉体１００に対し３０〜３００含有すると、得られる硬化体は強度、寸法安定性に優れるので好ましい。より好ましくは、４５〜３００である。

消泡剤としては、鉱物油系配合物、特殊非イオン型配合物、特殊シリコン配合物等がある。鉱物油系配合物であるとより消泡効果に優れるので好ましく、株式会社ＡＤＥＫＡのアデカネートＢ−９４０、アデカネートＢ−９４３等が例示される。

そして、本発明の原料組成物は、原料組成物を製造する工程と、得られた原料組成物を成形する工程と、更に養生する工程とを含む製造方法に用いられる。

原料組成物を製造する工程は、焼成灰と、アルカリ金属塩と、混和剤とを混合することにより行う。用いる原料、配合については前述の通りである。焼成灰と、アルカリ金属塩と、混和剤は、全てを一度に混合しても良いし、先に粉体原料を混合し、次に液体原料を混合しても良い。混合手順は特に限定されない。焼成灰と、アルカリ金属塩と、混和剤とを混合することにより、前記焼成灰に含まれる未燃カーボンは原料組成物全体に分散するので、得られる硬化体は前記未燃カーボンによる色斑や着色が低減される。

原料組成物を成形する工程としては、原料組成物を鋳型に流し込み、硬化後に脱型する方法（流し込み製法）がある。

成形物を養生する工程としては、自然養生、蒸気養生、オートクレーブ養生、水中養生などがある。通常、自然養生では、外気で１〜２８日間養生し、蒸気養生は湿度５０％以上、温度４０〜１９０℃で３時間〜２８日間養生し、オートクレーブ養生では、１１０〜１９０ ℃で３〜２４時間養生し、水中養生では水中で１〜２８日間養生することが行われているが、これに限定されず、必要に応じて湿度、温度、時間を調整して良い。また、養生方法は組み合わせても良く、蒸気養生の後にオートクレーブ養生を行っても良い。

次に、本発明の実施例をあげる。

各原料を、表１に示す組成で、オムニミキサーを用いて混合し、得られた原料組成物を鋳型に流し込み、８０℃、湿度８０％で３日間養生後に鋳型から脱型して、試料１〜１１の硬化体を製造した。なお、表１において、配合の値（水を除く）は、各原料の固形分を質量比で表している。また、各試料は４cm×４cm×１６cmの硬化体とした。

そして、得られた試料１〜１１の各硬化体について、表面（鋳型に接した面）の色斑と、残留気泡の有無を測定したので、その結果も表１に示す。
なお、表面の色斑は、評価基準の写真が図１に示されているが、表面に未燃カーボンによる色斑が無い場合は”◎”とし、色斑が目立たない程度まで改善されている場合は”○”とし、色斑が目立つ場合は”×”と評価した。表面の残留気泡有無は色斑とは無関係であるが、表面に残留気泡が存在すると外観上見栄えが悪いため、評価指標にあげた。表面の残留気泡有無は、評価基準の写真が図２に示されているが、表面に１．０mm未満の気泡しか存在しない場合は”◎”とし、表面に１．０〜１．９mmの気泡が存在するの場合は”○”とし、表面に２．０mm以上の気泡が存在するの場合は”△”と評価した。

試料１１は、混和剤を有しない原料組成物により製造された硬化体である。試料１１は未燃カーボンを全固形分対比で０．６％含んでおり、表面に未燃カーボンによる色斑が発生した。
一方、未燃カーボン量が試料１１の同量以上であるが、ポリオキシエチレン系、非イオン性のポリオキシアルキレン系のいずれかの混和剤を含有する原料組成物から製造した試料１〜１０の硬化体は、表面に未燃カーボンによる色斑が少なく”◎”〜”○”であった。なお、試料６は残留気泡が”△”であったが、消泡剤を含有した試料２〜５、８〜１０や、混和剤の添加量が少ない試料１、７では残留気泡が”○”であった。

以上に本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載の発明の範囲において種々の形態を取り得る。

以上説明したように、本発明によれば、原料に未燃カーボンが含まれていても前記未燃カーボンによる色斑が低減されたアルミノケイ酸塩硬化体を製造することができる原料組成物を提供することができる。また、前記原料組成物を硬化した、未燃カーボンによる色斑が低減されたアルミノケイ酸塩硬化体も提供することができる。

Claims (6)

1. シリカとアルミナと未燃カーボンを有する焼成灰と、アルカリ金属塩と、混和剤とを含有し、
   前記混和剤は、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルフォスフェートカリウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルのいずれか１種以上であり、
   前記焼成灰を前記アルカリ金属塩に対し固形分の質量比で４.７〜５.１含有する
   ことを特徴とするアルミノケイ酸塩硬化体の原料組成物。
2. 前記混和剤は、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルのいずれか１種以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアルミノケイ酸塩硬化体の原料組成物。
3. 前記混和剤を全固形分中の未燃カーボン量対比で２．９〜４６．０質量％含有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミノケイ酸塩硬化体の原料組成物。
4. 前記焼成灰は、石炭灰、製紙灰、汚泥灰、バイオマスボイラー灰のいずれか１種以上である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミノケイ酸塩硬
5. 更に消泡剤を含有する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミノケイ酸塩硬化体の原料組成物。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の原料組成物を硬化したアルミノケイ酸塩硬化体。