(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンブラックにより表面が被覆された骨材からなる接地抵抗低減用骨材。
【請求項２】
重合体エマルジョンを付着させた骨材と、カーボンブラックを混合し乾燥することを特徴とする請求項１記載の接地抵抗低減用骨材の製造方法。
【請求項３】
水硬性セメント、水及び請求項１記載の接地抵抗低減用骨材からなる接地抵抗低減材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い導電性を長期間に渡って維持することが可能な、接地抵抗低減用骨材及び接地抵抗低減材に関するものであり、土木・建築等の分野において賞用され得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気設備の接地に当り、充分な接地ができない箇所においては、接地抵抗を低減する目的で、導電性物質と高分子ゲルとからなる接地抵抗低減材や炭素成分とセメントからなる接地抵抗低減材を、接地極周辺に埋設する方法が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導電性物質と高分子ゲルとからなる接地抵抗低減材は、長期間使用すると導電性物質が地盤中に拡散してしまい、接地抵抗低減効果が低下してしまうという、長期使用には適していないもので、しかも地盤中に拡散した導電性物質が土壌を汚染してしまう恐れがあるものであった。
又、例えば特開昭４９−１２２４８８号公報に記載されているような、炭素成分とセメントとからなる接地抵抗低減材を使用する場合において、炭素成分としては主にカーボンブラックが用いられており、接地抵抗低減のためには成分中のカーボンブラック粒子同士が互いに接触している必要がある。しかしながら、カーボンブラックの粒子は一般に細粒状であるため、それら粒子同士を互いに接触させるには、セメントに対して少なくとも５０重量％程度を添加しないと充分な効果が得られないが、カーボンブラックは高価なため多量に添加することは経済的ではなく、さらにカーボンブラックの割合が多くなると、セメントとの混練りが困難になるという製造上の問題があった。
炭素成分とセメントとからなる接地抵抗低減材としては、上記以外にも炭素成分としてカーボンファイバーを配合したものがあり、当該接地抵抗低減材は、カーボンファイバー同士が互いに接触し易く、しかも嵩高いため、炭素成分としてカーボンブラックを使用した場合に比べ少ない添加量で接地抵抗の低減に効果を発揮する点で優れているものである。しかしながら、その嵩高さのために、カーボンファイバーを均一にセメント中に分散させるのは困難であり、そのためカーボンファイバーの添加量には自ずと限界があり、より高度な性能を要求される場合には不充分なものであった。
【０００４】
本発明者らは、混練り時の作業性を損なうことなく、長期間に渡り高い導電性と強度を維持する接地抵抗低減材、及びこれを製造することを可能とする接地抵抗低減用骨材を見い出すために鋭意検討を行ったのである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため種々の検討の結果、カーボンブラックでその表面をコーティングした骨材が、水硬性セメントに添加して接地抵抗低減材を製造する際、容易に混練りでき、又当該接地抵抗低減材はカーボンブラックを量的に少量含むものであっても導電性に優れ、さらに高い導電性を長期間維持することを見い出し、本発明を完成した。
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
○骨材
本発明で用いる骨材は、セメント系材料に所望の強度を発現する目的で従来から使用されている任意の骨材が使用可能である。
例えば、種々の粒度の珪砂の他に、玄武岩、珪長岩、斑岩、石灰岩、高炉スラグの粉砕物、石炭灰及びひる石、並びにパーライト等の軽量骨材等種々のものが使用可能である。
骨材の形状としては、その表面が粗いか多孔質のものが、カーボンブラックのコーティングが容易であるため好ましい。表面が粗い骨材としては、玄武岩、珪長岩、斑岩及び石灰岩等が挙げられる。又、多孔質の骨材としては、高炉スラグの粉砕物、軽石、レンガの粉砕物及び石炭灰等が挙げられる。
又、火力発電等に用いたコークスや、石炭等から発生する高炉スラグや石炭灰等は、それ自体で若干の導電性を有しており、しかも通常は産業廃棄物として処理されることから、資源の再利用といった観点からも好ましい。
骨材の比重としては、０．６〜３．２ｇ／ｃｍ３  が好ましい。
骨材は、通常、粒度が数ｍｍ〜数ｃｍのものを使用すれば良く、粒度分布が狭いものも、広いものでも使用可能である。骨材の粒度としては、好ましくは２０ｎｍ以上である。骨材の粒度が２０ｎｍに満たないものは、カーボンブラックによるコーティングが困難になる場合がある。
これら骨材は、２種類以上を併用することもできる。
【０００７】
○カーボンブラック
本発明で使用するカーボンブラックとしては、例えばアセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びランプブラック等の種々のものが使用可能である。これらの中でも、本発明が導電性の付与を目的としているため、なるべく炭素分が多く、未分解物や、種々の官能基、水素が少ないものが好ましい。特にカーボンブラック中に存在する水素は、π電子の移動を固定し、電導率の低下をもたらすため、なるべく水素の少ないものが好ましく、具体的には、アセチレンブラックが好ましい。
カーボンブラックの粒径としては、２０〜９０ｎｍが好ましく、３０〜６０ｎｍがより好ましい。カーボンブラックの粒径が２０ｎｍに満たないと、骨材をコーティングする際に粉立ちが大きくなり、作業性が低下する場合があり、他方６０ｎｍを超えると、骨材中の粒径の細かいものに充分コーティングを行うことができず、導電性が低下してしまう場合がある。
【０００８】
カーボンブラックの骨材に対する割合としては、骨材表面全体をコーティグできる割合が好ましく、骨材１００重量部に対して、２〜３０重量部がより好ましく、さらに好ましくは４〜２０重量部である。
【０００９】
○接地抵抗低減用骨材の製造方法
本発明の接地抵抗低減用骨材は、種々の方法で製造可能であり、骨材表面にカーボンブラックを均一に被覆できるという理由で、コーティング用バインダーである重合体エマルジョンを付着させた骨材と、カーボンブラックを混合し、乾燥する方法が好ましい。
以下、当該方法で使用する重合体エマルジョンについて説明する。
【００１０】
・重合体エマルジョン
重合体エマルジョンにおいて、重合体としては、（メタ）アクリル重合体及び（メタ）アクリル−スチレン重合体等の（メタ）アクリル系重合体、酢酸ビニル系重合体、エチレン−酢酸ビニル重合体、並びにスチレン−ブタジエン重合体等種々のものが使用できる。これら重合体エマルジョンは、通常、水を分散媒とし、原料モノマーを乳化重合させて得られるものである。重合体エマルジョンとしては、エマルジョン中に重合体を３０〜６５重量％含有するものが好ましい。
【００１１】
重合体エマルジョンとしては、骨材表面及びカーボンブラックに対して充分な固着強度があるものが好ましく、具体的には、アクリレート又は／及びメタクリレート〔以下（メタ）アクリレートという〕を主成分とするモノマーの乳化重合によって得られる（メタ）アクリル系重合体のエマルジョンである。
（メタ）アクリル系重合体としては、Ｔｇ点が−４０〜＋２０℃のものが、カーボンブラックの付着性に優れるため好ましい。尚、本発明において、コポリマーのＴｇ点は、それを構成する単量体のホモポリマーの既知のＴｇ点から、以下計算の計算式によって求められた値をいう。
【００１２】
【式１】
１／Ｔｇ＝ＣＡ／ＴｇＡ＋ＣＢ／ＴｇＢ＋・・・＋ＣＮ／ＴｇＮ
【００１３】
上記式における、記号は以下の意味を示す。
Ｔｇ：共重合体のＴｇ点（絶対温度）
ＣＡ：Ａ成分の重量分率
ＣＢ：Ｂ成分の重量分率
ＣＮ：Ｎ成分の重量分率
ＴｇＡ：Ａ成分のホモポリマーのＴｇ点（絶対温度）
ＴｇＢ：Ｂ成分のホモポリマーのＴｇ点（絶対温度）
ＴｇＮ：Ｎ成分のホモポリマーのＴｇ点（絶対温度）
ここで、ＣＡ＋ＣＢ＋・・・＋ＣＮ＝１である。
【００１４】
（メタ）アクリル系重合体において、（メタ）アクリレートの共重合割合は、５０重量％以上が好ましく、上記重合体の好ましいＴｇ点−４０〜＋２０℃の範囲内を満たす様に選択される。
（メタ）アクリレートとしては、アルキル基の炭素数が１〜８の範囲のアルキル（メタ）アクリレートが、性能的にも又価格的にも好ましい。具体的には、メチルアクリレート〔Ｔｇ点＋８℃（該ホモポリマーのＴｇ点。以下Ｔｇ点とのみ記す。）〕、エチルアクリレート（Ｔｇ点−２３℃）、ブチルアクリレート（Ｔｇ点−５７℃）、イソブチルアクリレート（Ｔｇ点−２４℃）及び２−エチルヘキシルアクリレート（Ｔｇ点−８５℃）等のアクリレート、並びにメチルメタクリレート（Ｔｇ点＋１０５℃）、エチルメタクリレート（Ｔｇ点＋６５℃）及びブチルメタクリレート（Ｔｇ点＋２０℃）等のメタクリレート等を挙げることができる。
（メタ）アクリル系重合体としては、付着力の向上及び重合体の強度向上等の目的で、（メタ）アクリレート以外に、これと共重合可能なモノマー（以下その他モノマーという）の１種もしくは２種以上を共重合したものであっても良い。具体的には、アクリル酸及びメタクリル酸等のカルボキシル基含有モノマー、並びにヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート及びヒドロキシエチルメタクリレート等の水酸基含有モノマー等が挙げられる。これらモノマーの共重合割合は、１０重量％以下であり、これを超えて共重合したものは、耐水性が低下する場合がある。
その他モノマーとしては、これら以外にも、酢酸ビニル、スチレン、アクリロニトリル及び塩化ビニリデン等の比較的安価に入手可能なエチレン性不飽和基含有モノマーが挙げられる。これらその他単量体の好適な使用量は、５０％以下であり、前記した重合体の好ましいＴｇ点−４０〜＋２０℃の範囲を満たす様に選択される。
これら（メタ）アクリル系重合体の中でも、アクリレートとメタクリレートが、重量比で８５：１５〜３０：７０の範囲で共重合されたものが、重合体の硬度に優れている点で好ましい。又、アクリレートとスチレンとの共重合体が、骨材とカーボンブラックの付着性に優れる点で好ましい。
重合体エマルジョンとしては、必要に応じて公知の連鎖移動剤、可塑剤等を重合時に添加し、重合体の硬さが調製されたものであっても良い。
【００１５】
重合体エマルジョンの骨材に対する配合割合としては、骨材１００重量部に対して１０〜８０重量部添加するのが好ましく、より好ましくは２０〜６６重量部である。重合体エマルジョンの配合割合が、１０重量部に満たないとカーボンブラックが骨材表面に充分に付着しないことがあり、他方８０重量部を超えるとカーボンブラックの表面が重合体により被覆され、導電性が低下してしまう場合がある。
【００１６】
・製造方法
本発明の接地抵抗低減用骨材の製造方法としては、種々の方法が採用でき、好ましい方法としては、混合器に骨材を仕込んだ後、これに重合体エマルジョンを添加して攪拌し、当該混合物中の重合体エマルジョンが液としてほとんど確認できなくなった、即ち重合体エマルジョンのほとんどが骨材表面に付着した後に、カーボンブラックを添加し、骨材表面のコーティング層に付着するまで再び攪拌し、コーティング層が充分な皮膜強度を発現するまで乾燥・養生する方法である。
乾燥温度としては、使用する骨材及び重合体エマルジョンに応じて適宜選択すれば良く、通常常温で数時間放置することにより、接地抵抗低減用骨材が得られる。工程を短縮するためには、加熱することもできる。
【００１７】
○接地抵抗低減材
本発明の接地抵抗低減材は、水硬性セメント、水及び前記接地抵抗低減用骨材及びからなるものである。
【００１８】
水硬性セメントとしては、種々のものが使用でき、具体的には、普通ポルトランドセメント、早強セメント、超早強セメント、シリカセメント、ジェットセメント及びアルミナセメント等が挙げられる。これらの中でも、安価である点から、普通ポルトランドセメントを使用することが好ましい。
水硬性セメントには、導電性を有する種々の無機塩、ベントナイト等を添加してもよく、硬化時間を調節する目的で焼石膏を添加してもよい。
【００１９】
本発明の接地抵抗低減材は、水硬性セメント、水及び前記接地抵抗低減用骨材を常法に従い混合することにより得られる。
接地抵抗低減用骨材と水硬性セメントとの配合割合は、水硬性セメント：接地抵抗低減用骨材が９０：１０〜３０：７０（重量比）となる割合が好ましい。接地抵抗低減用骨材の割合が、１０に満たないと、接地抵抗低減効果が不充分になる場合があり、他方７０を超えると、接地抵抗低減材の硬化性が低下する場合がある。
又、水硬性セメントを硬化させるための水の好ましい配合割合としては、水硬性セメント及び接地抵抗低減用骨材の合計量に対して、３０〜６０重量％が好ましい。水の割合が３０重量％に満たない場合は、各成分の混合し難くなる場合があり、他方６０重量％を超えると、得られるセメント硬化体の強度が低下する場合がある。
【００２０】
本発明の接地抵抗低減材には、必要に応じて、作業性を低下させない量のカーボンファイバーを添加してもよい。カーボンファイバーとしては、セルロース繊維、ポリアクリロニトリル繊維及びリグニン等を原料とするものや、ピッチ系のものが挙げられる。カーボンファイバーとしては、導電性に優れるものが好ましく、従って炭化率が高いカーボンファイバーが好ましく、具体的にはピッチ系カーボンファイバーが好ましい。本発明における接地抵抗の低減効果は、主として導電性カーボン同士の接触により発現されるため、カーボンファイバーの形状としては、なるべく物理的な相互作用が強くなるような形状であることが好ましく、具体的には長さ、１〜３０ｍｍのものが好ましく、より好ましくは５〜２０ｍｍである。１ｍｍに満たないものは、カーボンファイバー同士の接触面積が低下し、添加量を増やさざるを得なくなり、その結果不経済であるばかりか、練り混ぜの際の作業性も低下してしまう。他方、３０ｍｍを超えるものは、施工時の分散性が低下したり、攪拌中に攪拌機にからまる等して本来の性能を発揮できなくなるおそれがあるため好ましくない。
又、カーボンファイバーの直径としては、特に規定するサイズはないが、通常製造されるカーボンファイバーは、１０〜２０μｍ程度であるため、これらのうち入手可能なものを適宜使用すればよい。
【００２１】
○用途及び使用方法
本発明の接地抵抗低減材は、鉄塔、電信柱及び発電所の電気設備の接地や通信設備機器等の接地施工に適用可能である。
使用方法としては、例えば接地する設備周辺の土を堀り返し、そこに接地抵抗低減材を加え硬化させ、再び土を埋める方法等が挙げられる。
【００２２】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。尚、以下においては、「部」は重量部を意味し、「％」は重量％を意味する。
○実施例１
・接地抵抗低減用骨材の製造
攪拌棒を備えた容器に、骨材である石炭灰（クリンカーアッシュ、平均粒径５ｍｍ）４１３ｇを入れ、これにアクリル−スチレン共重合体エマルジョン〔アロンカチオクリートベース、東亞合成（株）製、固形分３０％、重合体のＴｇ点−１０℃〕１３０ｇを添加し、骨材表面が均一に湿潤するまで攪拌棒で攪拌した。混合物中に局所的に乾燥したままの部分や、液状のまま残っているエマルジョンがないことを確認した上で、少量ずつ導電性カーボンブラック＃３０５０〔三菱化学（株）製、粒子径４０ｎｍ〕を攪拌しながら添加した。骨材表面が乾燥したカーボンブラックでコーティングされていることが目視で確認できたらカーボンブラックの添加と攪拌を停止し、２０℃の室内で２４時間養生して接地抵抗低減用骨材を得た。使用したカーボンブラックは２６ｇであった。
【００２３】
・接地抵抗低減材の製造
上記で得られた接地抵抗低減用骨材４０ｇ、普通ポルトランドセメント６０ｇ及び水４０ｇ（接地抵抗低減用骨材及び普通ポルトランドセメントの合計量に対して４０％）を、常法に従い混練りした。
得られた接地抵抗低減材を硬化させ、当該硬化体の固有抵抗値を、接地抵抗計により測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２４】
○実施例２
接地抵抗低減用骨材３０ｇ、普通ポルトランドセメント７０ｇに変えた以外は実施例１と同様にして接地抵抗低減材を製造した。
得られた接地抵抗低減材を使用し、実施例１と同様に評価した。それらの結果を表１に示す。
【００２５】
○比較例１
実施例１において、接地抵抗低減用骨材の代わりにカーボンブラック３０ｇを使用し、普通ポルトランドセメント７０ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、接地抵抗低減材を製造した。
得られた接地抵抗低減材を使用し、実施例１と同様に評価した。それらの結果を表１に示す。
【００２６】
○比較例２
実施例１において、接地抵抗低減用骨材の代わりに石炭灰６０ｇを使用し、普通ポルトランドセメント４０ｇを使用した以外は実施例１と同様にして、接地抵抗低減材を製造した。
得られた接地抵抗低減材を使用し、実施例１と同様に評価した。それらの結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
0003551754.tif 000002
【００２８】
表１から明らかな様に、本発明の実施例１及び同２の接地抵抗低減材は、低い固有抵抗を維持しているのに対して、比較例１及び同２の接地抵抗低減材は、固有抵抗の初期値が大きい上、さらにその値が経時的に上昇してしまい、最終的には１００Ω・ｃｍを越えてしまうもので、実用に耐え得るものではなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の接地抵抗低減材は、容易に製造することができ、又少ないカーボンブラック添加量で接地抵抗を低減することが可能であり、さらに施工直後から長期間にわたり、低い接地抵抗を維持することができる。