(57)【要約】【課題】リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合し、優れた補強性能をするセメント材料補強用リグノセルロース混合物を製造可能な製造方法、及び製造装置を提供する。【解決手段】本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路に導入し、該搬送路中を気流に乗せて搬送することにより混合する混合工程を含む。本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置１は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合したセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置であり、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路２と、該搬送路２内に気流を発生する気流発生手段６を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路に導入し、該搬送路中を気流に乗せて搬送することにより混合する混合工程を含むことを特徴とする、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法。
【請求項２】
前記混合工程において、前記リグノセルロース繊維と前記リグノセルロース材料切削小片とを前記搬送路中を循環させて搬送することを特徴とする、請求項１に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法。
【請求項３】
前記混合工程後に、前記混合物を前記搬送路から排出する排出工程を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法。
【請求項４】
前記排出工程において、気流と前記混合物とを分離する分離工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法。
【請求項５】
リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合したセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置であって、
鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路と、該搬送路内に気流を発生する気流発生手段を備えている、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置。
【請求項６】
前記搬送路は、循環構造を有している、請求項５に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置。
【請求項７】
前記搬送路は、直線部と屈曲部とを含んでいる、請求項５又は６に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置。
【請求項８】
前記混合物を前記搬送路から排出するための排出手段を備えている、請求項５〜７の何れか１項に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置。
【請求項９】
前記排出手段は、気流と前記混合物とを分離する分離手段を備えている、請求項８に記載のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント材料を補強するための、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントは、安価で強度や耐久性に優れ、自由に成型できる重要な社会的インフラ材料である。そのため、コンクリート、モルタル、セメント板、発泡コンクリート等の、様々な特徴や形状を有した材料として、建築や土木分野等において、建築物、構造物、建材等に幅広く使用されている。
しかしながら、セメント材料には、幾つか問題があり、その中でも特に次の二つを代表例として挙げることができる。
一つ目は、セメント材料それ自体は、耐引っ張り性能に著しく乏しいために、乾燥収縮や地震等の外力の発生に伴う引っ張り応力に対して割れやすいという欠点である。一旦、割れが発生すると、その割れが外観の問題を生じるだけでなく、雨水の浸入や応力集中の原因となる。雨水の浸入は、コンクリート構造物における鉄筋、鉄骨その他の構造材料の腐食やコンクリートの中性化の進行の原因となり、応力集中は、再度応力が発生した場合に欠損が拡張するといったといった問題の原因になってしまう。
二つ目は、環境問題への対応である。近年は地球温暖化等の環境問題への適切な対応がますます重要になってきており、二酸化炭素を排出するセメント材料には厳しい目が注がれるようになってきている。すなわち、セメント材料についても、二酸化炭素の排出を抑制する、或いは使用時において二酸化炭素を、その材中に何らかの形で長期間蓄えるような工夫が求められるようになってきている。
【０００３】
他方、バイオマス、木材や非木材の植物に由来するリグノセルロース資源は、植物の生長過程において二酸化炭素を蓄積しており、その使用や廃棄に際しては余剰の二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルな材料として認識されている。
木材や非木材の植物から得られるリグノセルロース資源は、リグノセルロース繊維で構成されている。リグノセルロース繊維は、リグノセルロース資源を機械的、熱機械的、化学的、化学機械的、又は化学熱機械的に処理することで、繊維を接着剤的に束ねている中間層を破壊し、解きほぐすことで得られる。このようにして得られたリグノセルロース繊維は、主に紙原料としてのパルプやファイバーボード原料としての繊維として使用されている。これは、リグノセルロース繊維が軽量で高強度な高弾性体であるためである。
【０００４】
上述したようにセメント材料は、脆性的な性質を示す欠点がある。その改善のために、セメント材料に、ガラス繊維や合成高分子繊維を添加し、引っ張り応力や衝撃吸収性を改善する研究が行われてきた。しかし、これらの繊維は、原料となる石油資源の使用によって二酸化炭素の放出を招いたり、環境中で分解されなかったり、或いは、重量の増加を招いたり、といった好ましくない面を抱えている。
これに対して、植物由来のリグノセルロース繊維を用いて、セメント材料を補強するということも工場生産されるセメント材料に限定されて行われてきた。
例えば、特許文献１〜７にはパルプや木質繊維を用いてセメント材料を補強する方法が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許１９４７３０９号公報
【特許文献２】特許２６５９８０６号公報
【特許文献３】特許２５８７３０６号公報
【特許文献４】特許１８５３７０６号公報
【特許文献５】特許１９５５５５７号公報
【特許文献６】特許２１２１２３６号公報
【特許文献７】特許２１２１２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜７にあるように、リグノセルロース繊維をセメント材料に添加することで、セメント材料の物性の向上が期待される。しかし、リグノセルロース繊維自体は非常に柔軟であるために、添加量を増やすことによるセメント材料の物性の向上、特に力学的性能の向上には限界があると考えられる。そこで、リグノセルロース繊維の特性を活かしながら、相乗的にセメント材料の物性を更に向上させる作用のあるリグノセルロース材料を添加することが望まれるが、本願発明者らの近年の研究によって、リグノセルロース繊維と共にリグノセルロース材料切削小片を用いることで、当該目的を達成することが可能であることが確認されている。
【０００７】
しかしながら、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とは、両者の嵩比重や見かけの剛性等の物理的・機械的挙動が大きく異なるために、それらを均一に混合することが難しいという問題があった。
【０００８】
例えば、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合し、機械的に撹拌を行うと、密度の小さいリグノセルロース繊維と密度の大きいリグノセルロース材料切削小片とは上下に分離し易い。また剛性の低いリグノセルロース繊維と剛性の高いリグノセルロース材料切削小片とが接触・衝突を繰り返すと、リグノセルロース繊維は柔軟であるために丸まってしまい、所謂ファイバーボールやダマと呼ばれるものになってしまう。リグノセルロース繊維がファイバーボールやダマになってしまうと、一本一本の繊維にほぐすことが困難となるため、リグノセルロース繊維がファイバーボールやダマになることは好ましくない。また、機械的な撹拌力が強すぎると、リグノセルロース繊維やリグノセルロース材料切削小片は粉状になってしまう場合があり、こうなると、リグノセルロース繊維やリグノセルロース材料切削小片が本来期待されている補強材料としての性能を発揮することが難しくなる。
【０００９】
本発明の課題は、木材や植物由来のリグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合して得られる、優れた補強性能を有するセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法を提供することにある。
また、本発明の課題は、木材や植物由来のリグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを、リグノセルロース繊維やリグノセルロース材料切削小片の優れた補強性能を維持したまま混合することができる、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを気流を用いて搬送しながら撹拌を行うことで、両者に物理的な損害を与えず、且つ両者が分離したりリグノセルロース繊維がダマになったりすることを抑制し、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを所望の程度に混合することが可能になることを見出した。
【００１１】
本発明は、上記知見に基づき、更に検討を重ねて完成されたものである。
即ち、本発明は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路に導入し、該搬送路中を気流に乗せて搬送することにより混合する混合工程を含むことを特徴とする、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法を提供するものである。
また、本発明は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合したセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置であって、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路を備えている、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法及び製造装置によれば、損傷が少なく、リグノセルロース繊維のダマが少ない、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片との混合物を得ることが可能となる。
また、本発明の製造方法及び製造装置によって得られる混合物を含んだセメント複合材料は、脆性が改善され、乾燥収縮及び引っ張り応力に強く、衝撃吸収性にも優れる。その結果、長期耐久性を発揮することが可能になり、セメント材料のライフサイクルを延長することが可能になり、経済的にも環境的にもその効果は大きい。更にリグノセルロース繊維やリグノセルロース材料切削小片は中空で軽量であるために、セメント複合材料を軽量化することもできる。また、環境中で容易に生分解するために、その製造、使用及び使用後に環境に与える影響が少なくなるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示すセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置の搬送路の、搬送方向に直交する断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の製造装置の変形例における図２（ａ）に相当する断面図である。
【図３】図３は、本発明の製造装置の別の実施態様における搬送路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路に導入し、該搬送路中を気流に乗せて搬送することにより混合する混合工程を含む。
本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを混合したセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置であって、鉛直方向に高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路を備えている。
【００１５】
本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置について説明する。
本発明の好ましい実施形態に係るセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置（以下、製造装置１ともいう）は、図１に示すように、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとを気流に乗せて搬送することができる搬送路２を備えている。リグノセルロース繊維、リグノセルロース材料切削小片及びセメント材料補強用リグノセルロース混合物の詳細については、後述する。
【００１６】
製造装置１における搬送路２は、図１に示すように、被搬送物（リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂ）とを複数回周回させることのできる循環構造を有しており、図１に示すように、搬送路２は、正面視して四角形状の環状の形状を有している。
より詳細に説明すると、搬送路２は、図１に示すように、搬送路２中に導入された被搬送物を水平方向に搬送する水平搬送路２１ｘと、同被搬送物を鉛直方向Ｚに搬送する鉛直搬送路２１ｙとを備えている。被搬送物は、リグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂである。
【００１７】
本実施形態では、搬送路２は、図１に示すように、一対の水平搬送路２１ｘ，２１ｘと一対の鉛直搬送路２１ｙ，２１ｙとを備え、水平搬送路２１ｘと鉛直搬送路２１ｙとが屈曲部２２を介して連結されており、搬送路２は全体として横長長方形状の環状の形状を有している。また、水平搬送路２１ｘ及び鉛直搬送路２１ｙは、直線の中心軸を有する直線部となっており、屈曲部２２は屈曲した中心軸を有している。
屈曲部２２を流れる気流は、屈曲部の内壁に衝突して乱流を発生させる。搬送路２内に乱流が発生することにより、搬送路２中を気流に乗って搬送される、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂが一層効率よく混合される。
なお、図１に示す搬送路２は、直線部である水平搬送路２１ｘ及び鉛直搬送路２１ｙと、屈曲部２２とから形成されているが、屈曲部２２のみで形成されていても良い。屈曲部２２のみ形成されている搬送路２としては、正面視して楕円形や円形の循環路を挙げることができる。また、搬送路２は、内部空洞の管から構成されていることが好ましく、管の素材としては、金属、セラミック、合成樹脂又はこれらの複合材等が挙げられる。
【００１８】
本実施形態では、搬送路２、より詳細には水平搬送路２１ｘ、鉛直搬送路２１ｙ及び屈曲部２２は、図２（ａ）に示すように、各部の搬送方向に直交する断面形状が円形状である。搬送路２の断面積は、セメント材料補強用リグノセルロース混合物の所望の生産量等に応じて適宜に設定することができ、特に制限されるものではないが、例えば、５０ｃｍ２以上１００万ｃｍ２以下であり、好ましくは５００ｃｍ２以上１０万ｃｍ２以下である。また、搬送路２の断面形状は、円形状に限定されるものではなく、例えば、長方形状、正方形状、平行四辺形状、菱形状等であっても良い。搬送路２の断面積とは、水平搬送路２１ｘ、鉛直搬送路２１ｙ、屈曲部２２等のように搬送路２の各部における断面の面積である。水平搬送路２１ｘ、鉛直搬送路２１ｙ及び屈曲部は、その断面形状及び断面積が同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００１９】
製造装置１では、搬送路２は、図１及び図２に示すように、鉛直方向Ｚに高低差を有している。鉛直方向Ｚに高低差を有しているとは、図２（ａ）に示すように、鉛直方向Ｚにおいて、搬送路２のうちの最も高い位置を通る部分（本実施形態では鉛直方向Ｚ上側の水平搬送路２１ｘ）の中心軸Ｃａの高さと、搬送路２のうち最も低い位置を通る部分（本実施形態では鉛直方向Ｚ下側の水平搬送路２１ｘ）の中心軸Ｃｂの高さとの差である高低差Ｈが、少なくとも１０ｃｍ以上であることを意味する。リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとを効率よく混合させる観点から、搬送路２が有する高低差Ｈは、１０ｃｍ以上１，０００ｃｍ以下であることが好ましく、５０ｃｍ以上５００ｃｍ以下であることがより好ましい。
【００２０】
本実施形態における搬送路２は、各部における搬送方向に直交する断面の中心が、環状の搬送路の全周に亘って、同一平面Ｐ上に位置しており、当該平面Ｐは鉛直方向Ｚと平行である。それにより、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとを一層効率的に均一に混合させることができる。同様の観点から、搬送路２のうちの最も高い位置を通る部分（本実施形態では鉛直方向Ｚ上側の水平搬送路２１ｘ）の中心軸Ｃａと、搬送路２のうち最も低い位置を通る部分（本実施形態では鉛直方向Ｚ下側の水平搬送路２１ｘ）の中心軸Ｃｂとを最短距離で結ぶ直線Ｌ１は、鉛直方向Ｚに対する傾斜角度θが、好ましくは３０°以下であり、より好ましくは１０°以下であり、更に好ましくは５°であり、特に好ましくは０°である。傾斜角度θは、中心軸Ｃｂと直線Ｌ１との交点を通り且つ鉛直方向Ｚと平行な直線Ｌ２に対する傾斜角度であり、直線Ｌ１が鉛直方向Ｚと平行な場合は０°である。
【００２１】
製造装置１は、上述の搬送路２を備えることにより、搬送路２中のリグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂを１回転以上搬送することができるようになっている。１回転以上搬送するとは、搬送路が環状に形成されているときは、搬送路２中のリグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂが、環状の搬送路２中を１周以上搬送されることを意味する。
【００２２】
リグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂを、回転させる回数は特に制限されず、任意の回数だけ回転させることができる。混合材料に与えるダメージの低減や製造効率の向上、消費エネルギーの低減等の観点から、リグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂが搬送路２中を回転する回数は、１回以上１００回以下であることが好ましく、２回以上１０回以下であることがより好ましい。環状の循環路である搬送路２の１周の長さは、特に制限されず、例えば５ｍ以上１０００ｍ以下であり、より具体的な例を挙げれば、１０ｍ以上１００ｍ以下である。
搬送路２の正面視形状は、図１に示すような横長の矩形形状であっても良いし、水平搬送路２１ｘが鉛直搬送路２１ｙよりも短い縦長の矩形形状であっても良い。搬送路２の正面視形状は、矩形形状等、少なくとも複数個所に屈曲部２２を有する形状であることが好ましい。搬送路２の正面視形状は、矩形形状に限定されるものではなく、円形状、楕円形状、平行四辺形状、菱形状等であっても良い。
【００２３】
本発明における搬送路２は、環状の循環路に限定されるものではなく、内部を一方向にのみ気体が流通する非循環路であっても良い。例えば、図３に示すような、一方通行の螺旋状の搬送路であっても良い。搬送路２が、螺旋状を有する場合に該搬送路２が、１回転以上搬送するとは、搬送路２中のリグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂが、螺旋の１巻き以上搬送されることを意味する。なお、図２に示す螺旋状の搬送路２も、直線部である水平搬送路２１ｘ及び鉛直搬送路２１ｙと、屈曲部２２とから形成されているが、屈曲部２２のみで形成されていても良い。
螺旋状の搬送路の１回転分の長さは、特に制限されず、例えば５ｍ以上１０００ｍ以下であり、より具体的な例を挙げれば、１０ｍ以上１００ｍ以下である。
【００２４】
製造装置１は、図１に示すように、搬送路２中にリグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂを導入するための導入手段５を備えている。製造装置１では、導入手段５は、ホッパ５１及び導入制御弁５２を備えており、導入制御弁５２を手動又は電動で開閉することにより、搬送路２中へのリグノセルロース繊維Ａやリグノセルロース材料切削小片Ｂの導入を制御することができる。導入手段５としては、搬送路２中に搬送物を導入することができるものであれば、上記構成のものに限られず、各種公知のものを用いることができる。導入制御弁５２としては、各種公知のものを、特に制限なく用いることができる。
なお、図１においては、導入手段５は、鉛直方向Ｚ上側にある水平搬送路２１ｘに連設されているが、導入手段５を連設する箇所は、鉛直方向Ｚ上側にある水平搬送路２１ｘに限定されるものではなく、搬送路２中のどの箇所に導入手段５を連設しても良い。例えば、鉛直方向Ｚ下側にある水平搬送路２１ｘに導入手段５を連設しても良いし、鉛直搬送路２１ｙに導入手段５を連設しても良い。また、導入手段５の数に制限はなく、製造装置１は、複数の導入手段５を備えていても良い。
【００２５】
製造装置１は、図１に示すように、搬送路２中に気流を発生させるための気流発生手段６を備えている。気流発生手段６により、搬送路２中に一方向に気流が流れるようになっている。製造装置１では、図１に示すように、気流発生手段６から、鉛直方向Ｚ上方に向かって、気流が発生するようになっている。これにより、導入手段５により搬送路２中に導入されたリグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂが、上方に舞い上げられることになり、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとを一層効率よく混合することが可能になっている。
気流発生手段６としては、気流を発生させ得る各種公知のものを特に制限なく用いることができ、例えば、搬送路２に、送風機（ファン）を配置したり、搬送路２に、送風機（ファン）やブロア（圧縮機）を接続した配管を接続する方法等が挙げられる。
【００２６】
送風機としては、例えば、回転する羽根によって空気流を生じさせるものを用いることができ、その場合、搬送路２内に、送風機の羽根が配置されるように配置しても良いし、搬送路２外に羽根が配された送風機により発生させた空気流が、搬送路２に接続された送風管を介して搬送路２内に供給されるようにしても良い。いずれの場合も、セメント材料補強用リグノセルロース混合物が効率よく得られる。
回転する羽根によって空気流を生じさせる送風機の羽根の形状のタイプとしては、シロッコファン、軸流ファン等があるが、送風機の羽根を、両材料と接触し得る搬送路２内に配する場合、その羽根の形状のタイプは、軸流ファンであることが、混合の促進及び材料のダメージの低減の点から好ましい。同様の観点から、送風機の羽根を、混合させる両材料と接触し得る搬送路２内に配する場合、該送風機の圧縮比は１．１未満であることが好ましい。
軸流ファンによって空気流を生じさせる送風機としては、例えば、株式会社仲沢工業所の「ＫＮＫ送風機」等を用いることができる。混合の促進及び材料のダメージの低減の観点から、羽根の回転数は５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍであることが好ましい。
【００２７】
気流発生手段６が発生させる気流の温度は、熱風でも温風でも冷風でも良いが、例えば、５℃以上１５０℃以下であり、消費エネルギーの低減や水分変動の抑制の点から、１０℃以上１００℃以下がより好ましく、同様の点から１５℃以上４０℃以下が更に好ましい。
また搬送路２中に発生させる気流の速度は、損傷を抑制しつつ混合を確保できる任意の速度を選択することができる。
【００２８】
気流発生手段６を配する箇所に制限はなく、搬送路２中のどの箇所に気流発生手段６を配しても良い。例えば、水平搬送路２１ｘ又は鉛直搬送路２２ｙに配しても良いし、屈曲部２２に配しても良い。また、気流発生手段６の数に制限はなく、製造装置１は、複数の気流発生手段６を備えていても良い。
【００２９】
製造装置１は、図１に示すように、搬送路２中のリグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合物Ｃを、搬送路２外に排出する排出手段３を備えている。
排出手段３としては、搬送路２中のリグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合物Ｃを、搬送路２外に排出することのできる各種公知のものを特に制限なく用いることができる。
本実施形態における排出手段３は、図１に示すように、気流の流れを、搬送路２内から搬送路２に接続された排出路３２に切り替える切り替え弁３１を備えている。
製造装置１は、切り替え弁３１を備えているので、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合が十分でないときは、切り替え弁３１を閉じて、気流が搬送路２中を循環する方向に流れるようにすることができる。また、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとが十分に混合した場合は、切り替え弁３１を開いて、気流を排出路３２の方へ流れるようにし、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合物Ｃを搬送路２の外へ排出されるようにすることができる。
【００３０】
本実施形態の製造装置１は、図１に示すように、排出路３２を介して排出されたものを、搬送路２中の気流Ｅと、気流に乗って搬送されるリグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合物Ｃとを分離する分離手段３３を備えている。
製造装置１は、分離手段３３を備えていることにより、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとを混合した後に、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合物Ｃのみを容易に搬送路２外に排出することができるようになっている。分離手段３３としては、搬送路２中の気流Ｅと、気流に乗って搬送されるリグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合物Ｃとを分離することができる各種公知のものを特に制限なく用いることができ、作業効率の向上の観点から、サイクロン式分離装置を用いることが好ましい。
また、排出手段３を配する箇所に制限はなく、搬送路２中のどの箇所に排出手段３を配しても良い。例えば、水平搬送路２１ｘ又は鉛直搬送路２１ｙに配しても良いし、屈曲部２２に配しても良い。また、排出手段３の数に制限はなく、製造装置１は、複数の排出手段３を備えていても良い。
【００３１】
次に、本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造方法の好ましい実施態様について、図１に示す製造装置を用いてセメント材料補強用リグノセルロース混合物を製造する場合を例にして説明する。
本実施態様の方法は、鉛直方向Ｚに高低差を有し且つ１回転以上搬送することができる搬送路２に導入し、該搬送路中を気流に乗せて搬送することにより混合する混合工程を有する。
【００３２】
また、本実施態様の混合工程は、搬送路２にリグノセルロース繊維及びリグノセルロース材料切削小片を導入する導入工程と、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを搬送路２中を搬送する搬送工程とを有している。
導入工程では、図１に示すように、リグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂを導入手段５に入れ、導入制御弁５２を開けて、リグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂを搬送路２へ導入する。その後、導入制御弁５２を閉じ、気流発生手段６から気流を発生させ、リグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂを搬送する。なお、気流発生手段６から気流を発生させた後に、導入制御弁５２を開けて、リグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂを搬送路２へ導入しても良い。
【００３３】
搬送工程では、導入工程によりリグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとを気流に乗せて搬送する。リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとが搬送路２中を搬送されることにより、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとが混合され、セメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃが製造される。リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとは、鉛直方向Ｚに高低差を有しする搬送路２中を搬送されるので、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとが上下に分離することなく均一に混合されたセメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃを製造することが可能となる。また、リグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとは、搬送路２中を１回転以上搬送されて混合される。上述のように回転数は任意に決定することができるので、セメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃにおけるリグノセルロース繊維Ａとリグノセルロース材料切削小片Ｂとの混合度合いは、任意に決定することができる。
【００３４】
また、本実施態様の方法は、混合工程後に、製造されたセメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃを搬送路２の外へ排出する排出工程を有している。
排出工程では、セメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃが製造された後、切り替え弁３１を操作して搬送路２中の気流が排出路３２へ流れるようにする。気流に乗って排出路３２へと搬送されたセメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃは、搬送路２の外へ排出される。排出手段３が分離手段３３を有している場合は、セメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃと気流Ｅとを別々に排出することができる。
また、排出工程においては、気流発生手段６を停止した後に、搬送路２からセメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃを取り出しても良い。
リグノセルロース繊維Ａ及びリグノセルロース材料切削小片Ｂが共に搬送路２に導入された時点からそれらの混合物であるセメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃを搬送路２の外へ排出させるまでの総搬送距離は、所望の混合度合い等に応じて適宜に決定することができ、例えば、例えば５ｍ以上１０００ｍ以下であり、両材料に与えるダメージの低減や製造効率の向上の観点から、５ｍ以上２００ｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｍ以上１００ｍ以下である。
【００３５】
〔リグノセルロース繊維〕
本発明で用いるリグノセルロース繊維は、木材又は非木材の植物由来のリグノセルロース材料を、機械的、熱機械的、化学的、化学機械的、又は化学熱機械的に処理することで、繊維を接着剤的に束ねている中間層を破壊し、解きほぐした繊維である。リグノセルロース繊維としては、そのようなものを特に制限なく用いることができる。木材は、針葉樹でも広葉樹でも良い。
非木材の植物由来のリグノセルロース繊維としては、ワラパルプ、バガスパルプ、ヨシパルプ、ケナフパルプ、リネンパルプ、ラミーパルプ、ヘンプパルプ等が挙げられる。
【００３６】
本発明で用いるリグノセルロース繊維としては、例えば、溶解パルプ、サルファイトパルプ、クラフトパルプ、セミケミカルパルプ、ケミグランドパルプ、リファイナーグランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、砕木パルプを好ましく用いることができる。リグノセルロース繊維としては、機械パルプ、又はファイバーボード用繊維を用いることが、製造効率や物理的性質の観点から好ましい。機械パルプとしては、リファイナーグランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、砕木パルプ等が挙げられる。同様の観点から、更に好ましくはサーモメカニカルパルプである。サーモメカニカルパルプには、ファイバーボード用繊維も含まれる。ファイバーボード用繊維とは、広義にはサーモメカニカルパルプであり、狭義には、その中でも比較的粗大な繊維のことである。
リグノセルロース繊維は、漂白（脱リグニン）されたパルプと異なり、何れもリグニンを含んでいる。リグノセルロース繊維は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００３７】
リグノセルロース材料をリグノセルロース繊維化する方法としては、公知の方法を特に制限なく用いることができ、例えば、パルプを製造する従来の方法やファイバーボード用繊維を製造する従来の方法等を適宜用いることができる。
リグノセルロース材料をリグノセルロース繊維化する方法の一例としては、リグノセルロース材料をチップ状に破砕し、その後、プレヒーターやプレスチーマーで１〜１０Ｂａｒ程度の圧力を掛けながら蒸煮することで、リグノセルロース材料の構成成分であるリグニンやヘミセルロースを軟化させた後、加圧型リファイナー内で圧力を掛けながらディスク式刃物を用いて、繊維或いは繊維束まで解繊して、所望の繊維を製造する方法を挙げることができる。
本発明で用いるリグノセルロース繊維は、その幅が、好ましくは１〜１００μｍ、更に好ましくは１０〜５０μｍであり、その長さが、好ましくは０．１〜５０ｍｍ、更に好ましくは１〜５ｍｍである。このような繊維の長さや幅は、リファイナーのディスクの間隔等の運転条件を調整することで適宜所望の長さや幅に調整することができる。
【００３８】
リグノセルロース繊維は、前記のような水熱的な工程を経て製造されることが効率が良く、得られた繊維の損傷も少ない。また、多くの場合において、リグノセルロース繊維は、輸送や保存、貯蔵やハンドリングの向上の目的で乾燥される。
リグノセルロース繊維の乾燥方法としては、公知の方法を特に制限なく用いることができるが、例えば、製紙・パルプ工業で行われているように、濡れた状態のリグノセルロース繊維をローラーやワイヤ上に吐出し、吸引や加圧により脱水した後に、熱乾燥させる方法や、ファイバーボード用の繊維の製造で行われているように、濡れた状態のリグノセルロース繊維を熱風を流している管の中の気流下で熱乾燥させる方法等を挙げることができる。このような、リグノセルロース繊維の乾燥は、例えば６０〜２００℃で行うことが好ましく、より好ましくは８０〜１６０℃であり、更に好ましくは１００〜１４０℃である。
【００３９】
リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片との混合性を高めるとともに両材料へのダメージを低減する観点から、リグノセルロース繊維は、搬送路２に導入する際の含水率が、好ましくは１〜１００％であり、より好ましくは５〜２０％である。
同様の観点から、リグノセルロース材料切削小片は、搬送路２に導入する際の含水率が、好ましくは１〜１００％であり、より好ましくは５〜２０％である。
質量１０ｇのサンプルを１００℃の乾燥機内に恒量に達するまで静置し、燥前後の質量を小数点以下２桁まで（０．０１ｇまで）測定して下記で求める。
含水率（％）＝〔（乾燥前の質量−乾燥後の質量）／乾燥前の質量〕×１００
【００４０】
〔リグノセルロース材料切削小片〕
本発明で用いる「リグノセルロース材料を切削した小片」（以下、リグノセルロース材料切削小片という）としては、木材や木材以外の植物を原料として、フレーカーや、リング式又はディスク式のストランド製造装置で製造したもの等を特に制限なく用いることができる。
このようなリグノセルロース材料切削小片の例としては、パーティクイルボード用のフレーク、ウェハーボード用のストランド、及び、オリエンテッドストランドボード用のストランドを好ましく用いることができる。これらのリグノセルロース材料切削小片は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００４１】
リグノセルロース材料をリグノセルロース材料切削小片化する方法としては、公知の方法を特に制限なく用いることができ、例えば、パーティクルボードを製造する方法やオリエンテッドストランドボード、及び、ウェハーボード用の切削小片を製造する方法等を用いることができる。
上記の一例としては、リグノセルロース材料をチップ状に粉砕し、その後、ナイフリングフレーカーで切削する方法、リグノセルロース材料をそのままリング式ストランド製造装置で切削する方法を挙げることができる。
このようにして得られた切削小片の形状については、好ましくは、幅は１〜５０ｍｍ、更に好ましくは２〜２０ｍｍを挙げることができる。また、長さは好ましくは１〜５０ｍｍ、更に好ましくは２〜２０ｍｍを挙げることができる。また、厚さは好ましくは、０．２〜１．０ｍｍ、更に好ましくは０．３〜０．６ｍｍを挙げることができる。
【００４２】
リグノセルロース材料切削小片の全体的な形状としては、繊維方向を長さ、繊維方向に直交する方向を幅としたときに、長さが幅に比して長いことが、リグノセルロース材料の力学的な性能の面からして好ましい。このような切削小片の形状はフレーカーやストランド製造装置の運転条件を調整することで適宜所望の形状に調整することができる。
また、リグノセルロース材料切削小片の大きさは、使用目的により適宜変更される。例えば、モルタルに添加する場合は、当該モルタル複合材料は、ラス網と呼ばれる網状の下地金物に塗付けられることになる。この場合、ラス網とモルタルとの物理的な絡み付きが重要となるため、リグノセルロース材料切削小片の大きさはラス網の目の開きの大きさにより決定される。また、同様のことが、コンクリートと鉄筋や補強金網の場合についても言える。
なお、リグノセルロース材料切削小片は帯電防止剤で処理しなくとも、ダマにもならなければ、凝集も発生しないので、処理の要否は任意である。
【００４３】
〔その他添加剤〕
本発明のセメント材料補強用リグノセルロース混合物には、その他に本発明の効果を損なわない範囲で防腐剤、防虫剤、防カビ剤、撥水剤、紫外線吸収剤、難燃剤、フィラー、カップリング剤、エラストマー、ポリマー、消泡剤、滑剤、顔料、色素、減水剤、膨張剤、収縮低減剤等の種々の添加剤を加えることが出来る。これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
更に、本発明の目的を損なわない範囲で、ガラス繊維、合成樹脂繊維、炭素繊維、セルロースナノファイバー、リグノセルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、カーボンナノチューブ、その他ナノファイバー等を添加することができる。一般的に、特性や形状の異なる、複数の種類の繊維を組み合わせると、何れかを単独で使用するよりも好ましい効果が得られることが経験的に知られているためである。
【００４４】
本実施態様の方法によれば、前述のようにして、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とが効率よく製造されたセメント材料補強用リグノセルロース混合物Ｃを製造することができる。本発明によれば、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とが十分に混合されたセメント材料補強用リグノセルロース混合物も提供される。
セメント材料補強用リグノセルロース混合物を得るために混合するリグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片との混合比は、特に制限されるものではないが、例えば、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片との混合比（リグノセルロース繊維：リグノセルロース材料切削小片）は、質量基準で、１００：５００〜１００：５であることが好ましく、より好ましは１００：２００〜１００：５０である。
前記混合比は、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片のそれぞれを、温度２０度、相対湿度６５％の条件下に放置して恒量とした後、それぞれの質量を測定し、それらの測定値に基づき求める。
【００４５】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は、斯かる実施形態に制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更可能である。例えば、リグノセルロース繊維とリグノセルロース材料切削小片とを同時に搬送路に導入するのに代えて、リグノセルロース繊維及びリグノセルロース材料切削小片のいずれか一方を先に搬送路に導入し、他方を後に導入するようにしても良い。また、その場合、搬送路に空気流を発生させた後に、先に導入する材料及び後に導入する材料を順次導入しても良いし、先に導入する材料に導入した後に、搬送路に空気流を発生させ、その後、後に導入する材料を導入しても良い。
【符号の説明】
【００４６】
Ａ  リグノセルロース繊維
Ｂ  リグノセルロース材料切削小片
Ｃ  セメント材料補強用リグノセルロース混合物
１  セメント材料補強用リグノセルロース混合物の製造装置
Ｚ  鉛直方向
２  搬送路
２１ｘ  水平搬送路
２１ｙ  鉛直搬送路
２２  屈曲部
３  排出手段
３３  分離手段
３１  切り替え弁
３２  排出路
３３  分離手段
５  導入手段
５１  ホッパ
５２  導入制御弁
６  気流発生手段
【図１】
2019014620.tif 000003
【図２】
2019014620.tif 000004
【図３】
2019014620.tif 000005