JP7061960B2

JP7061960B2 - 粉塵飛散防止材

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Publication number: JP7061960B2
Application number: JP2018245283A
Authority: JP
Inventors: 清一郎清水; 真弓田中; 麻衣子大橋; 浩介宮本
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2022-05-02
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: JP2020105354A

Description

本発明は、粉塵飛散防止材に関する。

土壌貯蔵施設に盛土した土壌は、風による表層の飛散や、雨による流出を防止する必要がある。表層からの粉塵の飛散を防止する方法として、高分子化合物を主体とする粉塵飛散防止材が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１－４２７４１号公報

高分子化合物を主体とする粉塵飛散防止材では、土壌表面に強固な皮膜が形成されることがある。強固な皮膜が形成されると、土壌の表面が固くなり、透水係数が小さくなりすぎる傾向がある。この場合、中間貯蔵施設においては当該皮膜が対象土壌の管理試験の障害となり、最終処分施設においてはその透水係数が小さいことから対象土壌を洗い出す際の障害となる。

そこで本発明は、土壌の透水性を確保しながら粉塵の飛散を防止することができる粉塵飛散防止材を提供することを目的とする。

本発明は、水、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルアルコールを含む主剤と、アニオン系高分子凝集剤及びカチオン系高分子凝集剤を含む添加剤と、を含有する粉塵飛散防止材であって、主剤の体積を１００体積％としたときの主剤中のポリ酢酸ビニルの濃度が０．５～１０体積％であり、主剤の体積を１００体積％としたときの主剤中のポリビニルアルコールの濃度が０．０１～１．０体積％であり、主剤の質量を１００質量％としたとき、これに対する添加剤の質量が０．０２～０．０６質量％である粉塵飛散防止材を提供する。

この粉塵飛散防止材が奏する作用効果について、本発明者らは以下のように考えている。土壌表面の土粒子は、粒径が小さいと飛散しやすいが、粒径が所定値（例えば２ｍｍ以上）に達すると飛散しにくくなることが知られている。土粒子は通常負に帯電しているところ、この粉塵飛散防止材は、複数の土粒子に対して始めに添加剤のカチオン系高分子凝集剤が静電的に取り付き、次いでアニオン系高分子凝集剤が静電的に取り付くことができる。これによって土粒子同士が寄り集まって互いに凝集し、所定の粒径を有する土粒子塊（団粒）を形成する。そして、主剤の成分が土粒子塊を覆い、かつ、土粒子塊同士を架橋して網目構造を形成する。土粒子に対して添加剤と主剤とがこのように協働することで、土壌の透水性を確保しながら表層からの飛散を防止することができる。

この粉塵飛散防止材では、アニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤との質量比が２０：１～２０：１２であることが好ましい。これによれば、所定の粒径を有する土粒子塊の形成が良好となりやすい。

また、この粉塵飛散防止材は、添加剤が硫酸アルミニウムを更に含み、添加剤の質量を１００質量％としたときの添加剤中の硫酸アルミニウムの濃度が２８～８５質量％であることが好ましい。硫酸アルミニウムに含まれるアルミニウムイオンは正に帯電しているので、カチオン系高分子凝集剤の効果を補うことができる。

また、この粉塵飛散防止材は、主剤がエチレン・酢酸ビニル共重合体を更に含んでいてもよく、この場合、主剤の体積を１００体積％としたときの主剤中のエチレン・酢酸ビニル共重合体の濃度が０．１～５体積％であることが好ましい。

本発明によれば、土壌の透水性を確保しながら粉塵の飛散を防止することができる粉塵飛散防止材を提供することができる。

添加剤の混合割合と土粒子塊率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態の粉塵飛散防止材は、土壌の表層に散布する液状の混合物であって、水、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルアルコールを含む主剤と、アニオン系高分子凝集剤及びカチオン系高分子凝集剤を含む添加剤とを含有する。本実施形態の粉塵飛散防止材は、これらの成分が均一に混合された溶液、懸濁液又は乳濁液である。

＜主剤＞
主剤の成分としては、水、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、及び、任意成分が挙げられる。使用する水については、特別な制限はない。

ポリ酢酸ビニルの濃度（含有量）は、主剤全体の体積を１００体積％としたときの主剤中において、０．５～１０体積％であり、１．５～８体積％であることが好ましい。濃度がこれらの範囲内にあると、粉塵飛散防止材の粘性が散布に程よい状態に維持され、かつ、土粒子塊同士を程よく架橋することができる。

ポリビニルアルコールの濃度（含有量）は、主剤の体積を１００体積％としたときの主剤中において、０．０１～１．０体積％であり、０．１～０．８体積％であることが好ましい。ポリビニルアルコールの濃度が高すぎると粉塵飛散防止材の粘性が高くなりすぎて散布しにくくなる傾向がある。また、ポリビニルアルコールの含有量が低すぎると、ポリ酢酸ビニルが水に溶解しにくくなる傾向がある。これらの事情から、ポリビニルアルコールの含有量が上記範囲内にあることが好ましい。

主剤は任意成分としてエチレン・酢酸ビニル共重合体を更に含んでいてもよい。この場合、エチレン・酢酸ビニル共重合体の含有量（濃度）は、主剤の体積を１００体積％としたときの主剤中において、０．１～５体積％であることが好ましく、０．５～３％であることが好ましい。エチレン・酢酸ビニル共重合体を上記の含有量で含んでいると、土粒子塊の強度が適度に増加し、人や動物が歩行した場合でも、飛散防止効果の維持が可能である。

粉塵飛散防止材中の水、ポリ酢酸ビニル及びポリビニルアルコールの組成割合は、例えば、核磁気共鳴分光法（ＮＢＲ）、赤外吸収分光法（ＩＲ）、サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）、熱分解－質量分析法（Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ－ＭＳ）によって測定することができる。

＜添加剤＞
添加剤の成分としては、アニオン系高分子凝集剤、カチオン系高分子凝集剤、及び任意成分が挙げられる。

アニオン系高分子凝集剤としては特に制限はないが、例えば、アクリルアミドと（メタ）アクリル酸、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸あるいはこれらの塩との共重合物、ポリアクリルアミドの部分加水分解物等を使用することができる。中でも、分子量が数十万～数百万の化合物を用いることが好ましい。また、土粒子の凝集効果を向上する観点から、スルホン酸基やカルボン酸基等の強酸基を有する化合物を用いることが好ましい。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

カチオン系高分子凝集剤としては特に制限はないが、例えば、アクリルアミドとジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミド又はこれらの塩もしくは四級化物等のカチオン系単量体との共重合物あるいはこれらカチオン系単量体の単独重合物又は共重合物などを使用することができる。また、土粒子の凝集効果を向上する観点から、アミノ基等の強塩基を有する化合物を用いることが好ましい。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

アニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤との質量比は、２０：１～２０：１２であることが好ましく、１０：１～１０：５であることがより好ましい。また、添加剤中のアニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤との合計の含有量は、優れた凝集速度を得る観点から、添加剤全量中、３～３０質量％であることが好ましく、７～１５質量％であることがより好ましい。

添加剤に含まれる任意の成分としては、硫酸アルミニウム、炭酸塩、有機酸、等が挙げられる。

硫酸アルミニウムは、土粒子の凝集効果を高める観点から、添加剤に含まれる硫酸アルミニウム全量の５０質量％以上が粒径０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。また、硫酸アルミニウムの６０質量％以上が粒径０．１５ｍｍ以下であることが好ましく、８０質量％以上が粒径０．１５ｍｍ以下であることがより好ましく、全量が粒径０．１５ｍｍ以下であることが最も好ましい。

硫酸アルミニウムの粒径が０．１５ｍｍ以下であるかどうかは、１００メッシュふるい（目開き０．１５ｍｍ）を用いることで確認し、１００メッシュふるいを通過した粒子を、粒径０．１５ｍｍ以下の粒子とする。すなわち、添加剤中の硫酸アルミニウムのうち、１００メッシュふるいを通過した粒子が、硫酸アルミニウム全量の５０質量％以上であることが好ましい。

添加剤中の硫酸アルミニウムの含有量は、優れた凝集効果を得るとともに、優れた凝集速度を得る観点から、添加剤全量中、１０～８５質量％であることが好ましく、２８～８５質量％であることがより好ましく、３５～５０質量％であることが更に好ましい。硫酸アルミニウムは粒径が異なる種類を組み合わせて用いることができる。

添加剤が任意成分として硫酸アルミニウムを含む場合、同時に炭酸塩を含むことが好ましい。硫酸アルミニウムは水に溶けると酸性になるため、添加剤は、アルカリ性のときに沈殿しやすい。このため、添加剤がアルカリ性の炭酸塩を含有することで、土粒子の凝集効果を素早く得られる。この効果をより十分に得る観点から、添加剤中の炭酸塩の含有量は、添加剤全量中、１０～７５質量％であることが好ましく、２８～７０質量％であることがより好ましく、４２～５７質量％であることが更に好ましい。炭酸塩としては、アルカリ金属イオンを含むものであることが好ましく、炭酸ナトリウムが好ましい。

有機酸は、アニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤とが互いに固まることを抑制する働きをする。すなわち、アニオン系高分子凝集剤とカチオン系高分子凝集剤は、両者が互いに反応して高分子の固まりが生成されるが、有機酸の存在によってこれが抑制される。この効果をより十分に得る観点から、添加剤中の有機酸の含有量は、添加剤全量中、１５質量％以下であることが好ましく、１．５～７質量％であることがより好ましい。

有機酸は、リンゴ酸、スルファミン酸、シュウ酸、クエン酸及び酒石酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。

添加剤の任意成分としては、他に凍結防止剤、防腐剤、増粘剤等が挙げられる。

以上に述べた主剤と添加剤との混合割合は、主剤の質量を１００質量％としたとき、これに対して混合されている添加剤の質量が０．０２～０．０６質量％である。この混合割合は、０．０２５～０．０５質量％であることが好ましい。これらの範囲内であると、土粒子塊が形成されやすい。混合割合は、粉塵飛散防止効果を奏する希望期間に応じて調整する。例えば、１～４日程度の持続性が必要な場合は０．０２５質量％、７～１４日程度の持続性が必要な場合は０．０５０質量％の混合割合とすることができる。

＜作用効果＞
以上のように構成された粉塵飛散防止材によれば、これを散布した土壌の透水性を確保しながら粉塵の飛散を防止することができる。すなわち、土壌表面の土粒子は、粒径が小さいと飛散しやすいが、粒径が所定値（例えば２ｍｍ以上）に達すると飛散しにくくなることが知られている。土粒子は通常負に帯電しているところ、この粉塵飛散防止材は、複数の土粒子に対して始めに添加剤のカチオン系高分子凝集剤が静電的に取り付き、次いでアニオン系高分子凝集剤が静電的に取り付くことができる。これによって土粒子同士が寄り集まって互いに凝集し、所定の粒径を有する土粒子塊（団粒）を形成する。この過程において、粉塵飛散防止材が硫酸アルミニウム、炭酸塩、有機酸などの任意成分を含んでいる場合は、土粒子の凝集効果が一層高まる。

そして、主剤の成分が当該土粒子塊を覆い、かつ、土粒子塊同士を架橋して網目構造を形成する。網目構造は、水が通過することができる適度な間隙を有している。土粒子に対して添加剤と主剤とがこのように協働することで、土壌の透水性を確保しながら表層からの飛散を防止することができる。

土粒子が粉塵飛散防止材の効果によって土粒子塊になったことを示す指標として、土粒子塊率（％）が挙げられる。土壌を所定の目開きを有するふるいにかけ、ふるいを通過した土壌と通過しなかった土壌の量から、当該所定の目開きに対応する大きさの粒子に関する土粒子塊率を求めることができる。粉塵飛散防止材を適用する前後の土壌について土粒子塊率を比較することで、粉塵飛散防止材による土粒子塊の形成度合いを確認することができる。効果確認の安全率としては、例えば、粉塵飛散防止材の適用後の土粒子塊率の値が適用前の土粒子塊率の５倍以上、又は、＋５０％以上等と設定することができる。

＜粉塵飛散防止材の調製方法及び散布方法＞
粉塵飛散防止材の調製方法としては、ポリ酢酸ビニルとポリビニルアルコールと（更には任意成分と）を適量の水に混合して溶解させた後に、加水して上記組成割合とする方法が好ましい。例えば、ポリ酢酸ビニル及びポリビニルアルコールを、ポリ酢酸ビニルの１倍～３倍の体積の水に混合し（つまりポリ酢酸ビニルとして２５体積％～５０体積％とし）、これを常温で、又は加温しながら撹拌して溶解させる。そして、全体の組成割合が上記組成割合の範囲内となるように水を追加する。そして最後に、添加剤を混合して撹拌する。また、各時点でダマが発生したときには、混合液を濾過してダマを取り除いてもよい。このようにして粉塵飛散防止材を調製することができる。

粉塵飛散防止材の散布方法としては、散水車（機）、ハイドロシーダー（車）、ディストリビュータ、ウオータージェット、解体現場の粉塵散水用、無線式散水機（重機）、散水スプリンクラー等を用いる方法が挙げられる。粉塵飛散防止材を散布する量としては、土壌表面１ｍ^２当たり、１～４リットルが好ましく、２～３リットルが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

以下、実験例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記の実験例に限定されるものではない。

（粉塵飛散防止材の調製）
以下の配合を有する粉塵飛散防止材を用いた。
・主剤（下記の割合は、主剤全体を１００体積％としたときの値である。）
・ポリ酢酸ビニル…２体積％
・ポリビニルアルコール…０．０２体積％
・水…残り全量
この主剤（１００質量％とする）に対して、下記の配合を有する添加剤を合計で０質量％、０．０２５質量％、０．０５０％、０．０７５％となる量で添加混合した。調製し終えた粉塵飛散防止材をそれぞれ粉塵飛散防止材Ａ，粉塵飛散防止材Ｂ，粉塵飛散防止材Ｃ，粉塵飛散防止材Ｄとする。
・添加剤（下記の割合は、添加剤全体を１００質量％としたときの割合である。）
・アニオン系高分子凝集剤…７質量％
・カチオン系高分子凝集剤…３質量％
・硫酸アルミニウム…３７質量％
・炭酸ナトリウム…４９質量％
・有機酸…４質量％

（土粒子塊率の測定）
土壌を目開き２．０ｍｍのふるいを通過させたとき、ふるい上に残った土壌の量の割合（体積基準）を土粒子塊率（％）とする。例えば、ふるい上に残った土壌が２０％、ふるいを通過した土壌が８０％であった場合は、粒径２．０ｍｍにおける土粒子塊率＝１０％である。

（粉塵飛散防止効果確認試験）
選別によって粒径を２．０ｍｍ以下とした試験土壌を五つの容器に入れてそれぞれ圧密し、土壌の厚さを１２ｃｍとした試験体を作製した。この土壌の表面に２リットル／ｍ^２の割合で粉塵飛散防止材Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ散布した。残りの一つの容器には粉塵飛散防止材を散布しなかった。その後、当該五つの試験土壌を４０℃の恒温槽で２日間乾燥させた。

乾燥終了後、五つの試験土壌について、目開き２．０ｍｍのふるいにかけ、土粒子塊率を測定した。粉塵飛散防止材を散布しなかった試験土壌は、土粒子塊率が１０％であった。粉塵飛散防止材を散布した四つの試験土壌の土粒子塊率は、図１のグラフに示したとおりとなった。

図１に示した結果から、添加剤の混合割合が０．０２５％及び０．０５０％であった粉塵飛散防止材が、土粒子塊率が特に高くなったことが分かる。

（降雨耐久性確認試験）
上記で調製した粉塵飛散防止材Ｂ（添加剤を０．０２５質量％混合）及び粉塵飛散防止材Ｃ（添加剤を０．０５０％混合）を用いて、降雨を想定した土壌の耐久性を確認した。上記「粉塵飛散防止効果確認試験」と同様にして、粉塵飛散防止材Ｂ及び粉塵飛散防止材Ｃを散布し乾燥させた土壌から、表面積約２０ｃｍ^２の広さの土壌を切り出し、これに土粒子塊が崩壊するまで散水を行った。この結果、土粒子塊が崩壊するまでの散水量は、単位面積当たりの高さで表すと、粉塵飛散防止材Ｂを用いた場合は２１８ｍｍ／ｃｍ^２、粉塵飛散防止材Ｃを用いた場合は４９１ｍｍ／ｃｍ^２であった。これらの結果は、かなりの大雨が降った場合でも粉塵飛散防止材Ｂ及び粉塵飛散防止材Ｃの効果が失われないことを示している。

本発明は、土壌の表面からの粉塵の飛散を防止することに利用することができる。

Claims

水、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルアルコールを含む主剤と、アニオン系高分子凝集剤及びカチオン系高分子凝集剤を含む添加剤と、を含有する粉塵飛散防止材であって、
前記主剤の体積を１００体積％としたときの前記主剤中の前記ポリ酢酸ビニルの濃度が０．５～１０体積％であり、
前記主剤の体積を１００体積％としたときの前記主剤中の前記ポリビニルアルコールの濃度が０．０１～１．０体積％であり、
前記主剤の質量を１００質量％としたとき、これに対する前記添加剤の質量が０．０２～０．０６質量％である、粉塵飛散防止材。
前記アニオン系高分子凝集剤と前記カチオン系高分子凝集剤との質量比が２０：１～２０：１２である、請求項１記載の粉塵飛散防止材。
前記添加剤は、硫酸アルミニウムを更に含み、
前記添加剤の質量を１００質量％としたときの前記添加剤中の前記硫酸アルミニウムの濃度が２８～８５質量％である、請求項１又は２記載の粉塵飛散防止材。
前記主剤は、エチレン・酢酸ビニル共重合体を更に含み、
前記主剤の体積を１００体積％としたときの前記主剤中の前記エチレン・酢酸ビニル共重合体の濃度が０．１～５体積％である、請求項１～３のいずれか一項記載の粉塵飛散防止材。