(57)【要約】【目的】１、不燃性を与えた吸湿性素材に強固な結合性を付加する基礎技術を提供すること。２、常温乾燥成形可能な高温酸化性雰囲気で不燃耐熱素材を提供すること。３、不燃処理済素材を熱分解炭素化焼成させ高温酸化性雰囲気で不燃超耐熱性などの諸特性を向上させグラファイト（黒鉛）を超える超耐熱性カーボンを得ること。【構成】１、吸水性、或いはセル構造から成る粒子素材に４６％濃度以上の無機難燃処理液を浸透含浸加工した素材と鉱物性粘土化合物との複合操作で得られる強固な成形素材の不燃化方法。２、前記不燃処理し高温酸化性雰囲気下で焼成熱分解炭素化したカーボンと鉱物性粘土化合物から成る不燃性耐熱成形体。【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水性のある可燃素材粒子に４６％以上の濃度のホウ砂或いはりん酸水素２アンモニュウム液を浸透含浸させ鉱物性粘土化合物と複合化することを特徴とする不燃性組成物。
【請求項２】
前記、無機難燃剤を含む吸水性組成物を高温酸化性雰囲気下で熱分解炭素化して成るカーボンと鉱物性粘土化合物を複合することを特徴とする高温酸化性雰囲気不燃耐熱組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【産業上の利用分野】
【０００１】  産業廃棄物の対象となる木造建築廃材、おが屑、木粉、炭粉、パルプスラッジなどの粒子に難燃性を与え鉱物性粘土相互を結合させ強靭な不燃性パネル成形体、また、前記の不燃性パネルを酸化雰囲気で焼成炭素化する操作によって超耐熱素材を提供する。この操作で得られる熱分解性オールドカーボン成形素材は、焼成炭素化する過程の焼成温度領域を８００℃以上に２０分間保った状態では導電性機能、高密度耐水性強度が有り、高温酸化性雰囲気１５００℃以上の超耐熱性能で従来のカーボン（グラファイト）の酸化性雰囲気７００℃近傍から酸化消耗する常識が覆される。廃棄資源の再利用化による産業廃棄物の低減化など、人、環境にとっても極めて有効な方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】植物由来の木材、紙などの不燃化は、広く一般に知られている。セルロース系の不燃化にとって有効な薬剤は、硼砂、ホウ酸、塩化バリュウム、ポリ燐酸アンモニュウムなどが知られている。前記の化合物を難燃技術に応用した場合は、高い有効成分濃度として、浸透含浸させないと不燃化には至らない。また、木粉の場合など木粉重量を遥かに上回る（約３〜４倍）量のこれらの難燃剤を必要としている。これらの難燃剤の相対重量比が高い為、吸湿性が極めて高く高湿度の日本の気候風土にマッチせず、成形体の含水率が３０％〜４５％を超えて著しい場合は、成形体強度が不足し寸法変化、反り、表面層や端末から自然崩壊するケースも多い。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】前項記載の難燃化剤の他に環境にとって好ましい自結合性の高い無機系化合物を選定する。選定された自結合性の化合物と共にネットワークする無機、有機化合物の選定。その何れも高価であってはならず、添加量も最小限で最大の効果を発揮する組成配合比を構成する研究に着手し特に含水率の低減化を考慮した。また、環境を鑑み優しい素材の組み合わせに配慮する。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】本発明の不燃性粒子成形法にとって有効な素材、陶土（粘土）、澱粉、難燃剤の構成において有効、経済的な組み合わせが見出された。
以下に構成する主要材料を示す。
１、陶土  ２、モチ米、うるち米粉末  ３、無機難燃剤  ４、水  ５、廃棄物素材（木粉・炭粉）
不燃性改質に用いる不燃Ａ剤重量比組成を以下に示す。
不燃Ａ剤    食添用りん酸水素２アンモニュム４８，５部：水５１，５部
熱湯５１，５部に対し前記りん酸水素２アンモニュム４８，５部を入れ加熱し沸騰を１分間以上持続させることで結晶が全溶する。
（Ａ）不燃性木粉ボードの組成
重量比組成と配合手順
Ａ−１、不燃Ａ剤を適度な非極性容器或いはステンレス容器に適量投入する。
Ａ−２、不燃化する木粉を前記の不燃Ａ剤入り容器に入れ時折攪拌し２４時間以上浸漬する。
Ａ−３、浸漬完了後、浸透余剰液を切り、その状態で強制乾燥させる（水分含有率２５％±）。
以下、浸透木粉と略称する。浸透木粉１００部を計量する。（温風乾燥が工業的に好ましい）
Ａ−４、陶土１００部に対し、熱湯１００部：ホウ砂２０部を混合して均一に攪拌しておく。
以下、陶土Ｈと略称する。陶土Ｈ１００部を計量する。
Ａ−５、前記混合材料浸透木粉１００部：陶土Ｈ１００部の含水率４〜１２％の時、均等にホットプレス成形する。プレス条件（プレス圧１４６ｔ・温度１６０℃・２０分間）以下同じとする。
コンカロリー燃焼試験試料１００×１００×１５ｍｍは、最高発熱速度６、０ｋｗ／ｍ２以下、総発熱量２、５ＭＪ／ｍ２防火上有害となる収縮変形なし、コンカロリー燃焼試験に不燃認定。
好ましくは浸透木粉１００部：陶土Ｈ１００〜１５０部が強度的に優れている。
パルプスラッジ等、透水性のある素材粒子は全てこの方法が適用可能である。（請求項１）
【０００５】（Ｂ）カーボンセラミックス常温成形法
Ｂ−１、ホウ砂４５〜４８部：熱湯５５〜５８部を均一に素早く攪拌混合する。以下、Ｈと略称。
Ｂ−２、前記Ｈ５０〜５５部：炭粒子２５部：陶土２２〜２４部：餅粉１〜２部を均一混合する。
この組成は、２０℃雰囲気で約２０時間で常温初期乾燥する。（離型可能）水分含有率５０％±の状態時、７０〜８０℃加熱５分間の場合は、約３時間で初期乾燥する。（離型可能）しかし充分に乾燥させるが好ましい。（自然乾燥２０〜２４℃、湿度６８℃±、約２８時間以上）
乾燥につれて表面層にホウ砂の微結晶体が析出するが、表面層を強熱１，５００℃±２分間程度で析出したホウ砂や陶土中のガラス成分も無光沢のガラス化状態の黒体に変化し更に強固に炭素粒子と相互結合する。工業的には、１５００℃±酸化性雰囲気焼成５分間位が最適である。
１３００℃を超える火炎を連続５０分間照射しても灰化せず崩壊せず酸化損耗しない。
グラファイトに代表される様に酸化雰囲気７００℃で燃焼消耗する従来のカーボンの常識を覆す不燃性であり、特異な構造の軽量高温耐酸化性断熱カーボンそのものである。（請求項２）
【０００６】（Ｃ）ウッドセラミックス化成形法
Ｃ−１、ホウ砂２００部：熱湯５００部に溶解させ陶土５００部を加え均一攪拌ストックする。
以下、Ｔと略称。
Ｃ−２、りん酸水素２アンモニュウム３０部：熱湯１００部に溶解させる。以下、Ｒと略称。
Ｃ−３、前記Ｒに適量の木粉を含浸しておく。含浸時間２４時間以上。引き上げ乾燥させた木粉（含水率１２％±）は以下、木粉Ｒと略称。
【０００７】Ｃ−４、Ｔ１０００部：木粉Ｒ３００部：米粉５０部を均一に攪拌。
前記混合物の含水率４〜１２％の状態でホットプレス（［０００４］Ａ−５と同条件）成形する。
Ｃ−５、前記成形体を酸化性雰囲気加熱８５０℃±２０分間で焼成する。この焼成は圧力化において高周波ホットプレス成形が好ましく形状が安定する。
高温酸化焼成に伴う全体体積収縮０，５〜１％未満である。
【０００８】酸化雰囲気で焼成したウッドセラミックス化されたカーボン黒体は、高強度で重量感が有り高密度吸水性濾過体であるが、耐水性強度に優れている。
酸化性雰囲気耐熱性能にも優れ火炎１５００℃以上２０分間以上に耐え無煙・不燃性である。
酸化性雰囲気電気炉内（１，３００℃  ｍａｘ）連続２４時間酸化消耗せずと有効な成績である。
焼成操作によって米粉澱粉、木粉が炭素化。炭素固有の多孔性との相乗効果で更に微細多孔性となり、セラミックス本来の耐熱性に加えてサマールショクに極めて優れた素材となり、断熱耐火炉素材・高温工業素材としても充分に使用可能な製品となる。この現象は、無機難燃剤を酸化性雰囲気で炭素と共に熱分解カーボン化する技術である。（請求項２）
【作用】
【０００９】陶土成分はアルカリ性であると共にその成分比は、蛙目粘土３０部・木節粘土３０部・ペタライト４０部が主成分でありその他ベントナイト・かすみ長石・雲母などが含まれている。
木粉は、りん酸水素２アンモニュウム及びホウ砂は無機不燃剤でありこれらのアルカリ性無機不燃剤に長時間の浸透操作によって木粉繊維組織の全断面浸透拡散された状態となり木材本来のもつ固有の耐水性である油性成分も前記、アルカリ成分で抽出された状態で一部乳化され燃焼が生じにくくなる。
【００１０】ホウ砂は一般的には、約７６０℃近傍で赤熱してガラス化するがりん酸系は２７０℃近傍の比較的低温度帯で早期に膨張炭化し火炎による熱伝播を抑制し熱負荷を受ける酸化反応場の熱分解ガスの発生を抑止する。この早期炭化現象で熱伝播が抑制されホウ砂のガラス化の進行を遅延阻害する。その為一般的にガラス化に伴って生じる発熱増幅現象も制限された状態となる。
一方陶土は加熱により収縮するが適量のりん酸系、ホウ砂の膨張炭素化との共存化で燃焼試験体は、２０分間のコンカロリー試験において、無収縮の状態をキープする。
【００１１】また、ホウ砂は一般的には、水１００部に対して１，６部溶解するとのことであるが、熱湯を加え素早い攪拌操作を行うことによって木粉微粒子に高濃度４５〜４８％ホウ砂液を素早く含浸させることが可能であることが繰り返し行われた実験で明らかと成った。また、４５％濃厚を超えるホウ砂液は陶土のアルカリ性ガラス質と共に７６０〜８００℃２０分間±のコンカロリー加熱温度面側で厚さ１５ｍｍの試験体で薄層３ｍｍ±のみガラス化し酸素遮断することも判明した。したがってガラス化された境界から下面は炭素化せず全体の総発熱量も低下して熱分解ガスの発生がなく素地のまま健全体である。これも極めて従来知見のない現象である。
【００１２】更に、前記不燃性処理剤を浸透加工させた素材を焼成する或いは炭の様に半焼成された状態の素材に不燃性処理剤を浸透加工する操作から生まれる素材は酸素雰囲気で不燃炭素化した高性能の熱分解ミクロ細孔を有するカーボン材であり、セラミックスとの複合化で超高温酸化性雰囲気不燃炭素に構造変化したものと推察される。
【実施例】
【００１３】（第１実施例）
以下、本発明の不燃性木粉ボードの組成、第１実施例の場合を以下に説明する。
１−１  りん酸水素２アンモニュウム４８，５％濃度不燃Ａ剤に杉木粉（平均粒子径２ｍｍ）を適量浸透含浸させる。含浸時間２４時間中、時折槽内を攪拌する。前記、浸透木粉は濾過布を介して余剰水を切り乾燥（含水率２５％±）させておく。
１−２  事前に調合されている陶土Ｈ５２５部と前記乾燥浸透木粉５２５部を均一混合。
１−３  前記１０５０ｇ（含水率２６％）時に熱板部脱気構造としたホットプレス（［０００４］Ａ−５と同条件）にて成形する。
成形体除熱後の初期重量８８３ｇを１００×１００×１５ｍｍにカットし燃焼テスト体とする。
前記テスト体重量１７０ｇコンカロリーテスト総発熱量３，２ＭＪ／ｍ２最高発熱速度１２，２ｋｗ／ｍ２着火ゼロ、防火上有害となる変形なし。【００１４】１−４  事前に調合されている陶土Ｈ６３０ｇと乾燥浸透木粉４２０ｇを均一混合し前記同様に成形し１００×１００×１５ｍｍにカットし燃焼テスト体とする。
前記テスト体重量１６８ｇコンカロリーテスト総発熱量２，６ＭＪ／ｍ２最高発熱速度１０，７ｋｗ／ｍ２着火ゼロ、防火上有害となる変形なし。【００１５】（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例、カーボンセラミックス常温成形法の場合を以下に説明する。
２−１  ホウ砂２４，５部：熱湯２８，５部を素早く攪拌し、竹炭粒子２４部を投入し攪拌。
２−２  更に陶土２２部：餅粉１部を添加し同様に均一に分散攪拌する。
２−３  成形型枠に流動させ厚さを均一化して自然乾燥させる。
気温２４〜２６℃湿度６５％±約２８時間離型可能。その後も１０時間余り自然乾燥させた。
乾燥につれて表面層にホウ砂結晶が析出する。
燃焼テストは照射時間１０分間１，４００℃バーナー使用。約４０秒で表面析出ホウ砂結晶体が黒変してくる為、バーナー位置を可変し全ての結晶を黒変させた。その後引き続き照射するが灰分とはならず、酸化せず黒体を保持し体積の変化なく脱水して超軽質化安定する。【００１６】２−４  ホウ砂１，６５ｋｇ：熱湯６ｋｇを注ぎ攪拌溶解する。
２−５  更に陶土６ｋｇ：餅粉１ｋｇ：竹炭６，５ｋｇを入れモルタルミキサーで均一に混合する。
成形容器内で軽く平均に押さえ９００×９００×１２ｍｍ±とした。６０時間以上充分に乾燥させる。
１００×１００×１２ｍｍサイズカット燃焼試験体とする。
燃焼テストは照射時間２０分間１，４００℃バーナー照射。黒体は維持したまま、高温酸化消耗せず。【００１７】（第３実施例）
以下、本発明の第３実施例、ウッドセラミックス化成形法の場合を以下に説明する。
３−１  Ｔ１０００部：ひのき木粉Ｒ３００部：米粉５０部を全て均一に混合する。含水率２５％±において２４０×２４０×１５ｍｍホットプレス成形する。成形完了後、酸化性雰囲気８５０℃±２０〜２５分間炭素化焼成する。（工業的には高周波高温ホットプレスが好ましく寸法安定性に優れた成形体が得られる）
１４００℃バーナー直火接触照射試験結果。
照射２分間で照射周囲が火炎で赤く観察されるが、一時中断すると赤熱は瞬時に消滅する。
その後、火炎を試験体との距離１２ｍｍ程度近接すると中心部は黒体であり、その外周部は鮮明な白色領域から黄、オレンジ、暗オレンジ、赤色領域となり表面温度帯を示す高温の状態であることを示しているが、火炎を一瞬取り除くと瞬時に消滅し引き続き連続２０分間照射、酸化消耗せず煙発生も観察されず。【００１８】３−２  Ｔ１０００部：建築廃材木粉・街路樹伐採木粉Ｒ３５０部：米粉５０部を全て均一混合する。
前記と同一条件で成形後、炭素化焼成８５０℃±、２０分間行う。
耐熱、不燃性は前記と同様であり高強度の耐酸化性カーボンセラミックスに変化している。【００１９】不燃性木粉ボードの組成。
カンナ屑、樹木伐採、解体廃棄木材チップの有効利用において様々なチャレンジが現在行われているが、難燃化された場合、吸湿性が避けられない難燃剤が多く通常の室内環境下において湿度を吸収して寸法変化や反り、自崩壊するケースが後を絶たず問題が生じている。
本発明の難燃剤含有吸湿性粒子と鉱物性粘土を複合させる技術操作で高強度寸法安定性に極めて優れた不燃性のボードが創作される。【００２０】カーボン化セラミックス常温成形法。
製造設備を必要としない組成の成形方法であり、現在斜陽化となっている瓦、陶磁器などの窯業関係者にとって在来の設備と現業仕入れを生かした有効な成形方法である。
建築内装用調湿機能不燃断熱ボードに限らず、軽量性断熱耐熱煉瓦素材などの活用が期待される。また、８００℃以上５分間余りの焼成過程を加える技術的な操作で導電性機能を付加して電磁シールド、ＥＭＩシールド、ホルムアルヒド吸着分解機能などを付加させることも可能である。【００２１】ウッドセラミックス化成形法。
高温酸化性雰囲気で焼成したウッドセラミックス化された高強度カーボン黒体は高温酸化性雰囲気下で充分にその不燃性耐熱性能を活かした用途に使用出来る他、導電体であり電磁シールドなどの機能や焼成温度帯を１０００℃以上かける技術操作で大きな比表面積を持つ活性炭の様に排ガスの吸着分解、有害物質ろ過分離など新規の機能を発揮させることも可能である。【００２２】同様な超耐熱現象は、不燃化処理し熱分解カーボンした素材とセラミックスを複合する組成において高強度の超耐熱素材が得られることが、実験に使用した各種炭化物とセラミックス圧縮成形体にも見られる。具体的には植物由来のでんぷん類、炭水化物、植物系たんぱく質、セルロース、動物性たんぱく質、膠質、各種繊維、各種プラスチックなどすなわち不燃処理して酸化性雰囲気で炭素化過程を経たカーボン物質と粘土鉱物やアルミナなどとの複合化素材は防融、不燃、超耐熱性素材である。【００２３】本発明の陶土（鉱物性粘土化合物）と無機難燃剤である燐酸水素２アンモニュウム、硼砂などとの組成割合において技術的に絶妙な組み合わせが有り、この極めて地味な発見が超耐熱素材を創作させたものである。【００２４】吸湿性素材は全てその対象となり、例を挙げると解体木材粒子、木粉やカンナ屑、雑草に限らず産業廃棄物となるパルプスラッジや紙類、ダンボール紙、天然繊維屑、炭水化物類なども難燃剤が浸透含浸する操作と鉱物性粘土化合物との複合化によって不燃耐熱素材となる。
以上、本発明の実施例を説明してきたが、具体的な構成は、本発明の実施例に限らず、要旨を逸脱しない範囲における追加、変更があっても本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００２５】炭素化する過程において難燃剤を定着した条件下で高温酸化性雰囲気で熱分解カーボン化する技術効果は優れた高温耐酸化性超耐熱素材を生む。また、使用の限界を超えたこれら素材の粉砕細粒物は不燃性耐熱フィラー、不燃性導電性カーボン素材又炭素化温度領域を１０００℃クラスでカーボン化処理する操作で不燃性活性炭としても多彩な再利用が可能である。
【００２６】不燃原料コスト優位性は、従来に比べ木粉など資源再利用という特長から原料の節約に加え、廃棄物発生を最小限に抑えその結果、環境負荷、廃棄物処理埋め立て処理費用を著しく下げる。
【００２７】完全に熱分解を伴って焼成されたカーボン素材は、生体不活性であり、医療用途等にも応用可能な製品となる可能性を持っている。