(57)【要約】【課題】  高い断熱性と防音性を有する断熱及び防音材を提供する。【解決手段】  製紙工場で排出される製紙スラッジおよび汚泥を原料とした焼却灰と無機系バインダーとによって構成して、砕石スラッジや高炉水砕スラグなどからなる断熱及び防音材と比較して高い断熱性と防音性を確保できるようにしている。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙工場で排出される製紙スラッジおよび汚泥を原料とした焼却灰と無機系バインダーとによって構成したことを特徴とする断熱及び防音材。
【請求項２】
前記焼却灰は、微細な多孔を有する平均粒径２．５０ｍｍ以下のものにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の断熱及び防音材。
【請求項３】
前記焼却灰は、カルシウムとシリカとアルミニウムを主要構成元素としていることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の断熱及び防音材。
【請求項４】
前記無機バインダーは、セメント、水ガラスおよび消石灰からなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１、２および３のいずれか一項記載の断熱及び防音材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、建築用材等として使用される断熱及び防音材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建築用材等として使用される断熱及び防音材としては、ポリウレタン系断熱材、グラスウール、ロックウール、セルローズファイバー等が知られている。特に、ポリウレタン系断熱材やグラスウールは断熱性が高く、加工も容易であるため、広く使用されている。
【０００３】
しかし、グラスウールは屋内外の温度差によって生じる結露を吸収してしまうため、柱や土台を腐らせたり、アレルギーやアトピー性皮膚炎等の所謂シックハウス症候群を引き起こす原因の一つとされるカビを発生させてしまう可能性がある。一方、ポリウレタン系断熱材は、石油化学製品であり、主にウレタンフォームとして使用されている。該ウレタンフォームは、ポリイソシアネートとポリオールとを主原料として窒素等の発泡剤や難燃剤、触媒を添加および反応させてポリウレタン樹脂を生成し、これに発泡剤を加えて発泡させて作成するものであり、発泡の際に未反応のモノイソシアネート等の有害物質が発生するという不具合があった。また、ウレタンフォームは、発泡剤として窒素を使用しているので、燃焼時に炭酸ガスや水、一酸化炭素の他に極微量ではあるが毒性の強いシアンガスが発生するところから、火災や廃棄時に環境や人体に大きな影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
また、土木・建築用の断熱材として広く用いられている石膏ボードの場合、廃棄時には埋め立てなどに頼らざるを得ず、コストがかかるうえにリサイクルが困難であるという不具合があった。
【０００５】
さらに、ＬＮＧやＬＰＧの地下岩盤内低温貯蔵庫が近い将来実施されることが予想されるが、この場合、岩盤保護のために断熱材が必要となる。しかしながら、地下岩盤内低温貯蔵庫は大規模なものとなることが予想されるため、従来の断熱材では高価となるところから、産業廃棄物を利用した低コストな断熱材が必要となる。
【０００６】
上記のような事情から、近年では環境や人体に影響を及ぼさない自然素材を用いた断熱及び防音材が注目されることとなっている。また、ゴミをできるだけ排出しないようにするための対策として、資源のリサイクル化も進められている。このような事情から、ここ数年では、ポリウレタン系断熱材、グラスウールに代わって古紙を再利用したセルローズファイバーが注目されるようになってきている。しかしながら、セルローズファイバーは、古紙をリサイクルするという点では有用であるものの、そのままでは通常の紙と同様に燃え易くて濡れ易く、しかもカビやシロアリにも弱いため、結局は薬品処理を施さなければならず、有害物質を発生させるおそれがある。また、古紙に使用されている溶剤に含まれる揮発成分やＶＯＣ（揮発性有機化合物）の放散についても確認されており、人体に影響を及ぼす有害物質を発生させるおそれがある。さらに、セルローズファイバーの施工は、ホースによる吹き付けによって行われるため、ホース時の粉塵による身体への影響や取り扱いにくさについても課題があった。
【０００７】
上記のような不具合や課題を解決するために、砕いた炭を耐火ハニカム材に詰めて防粉材等で固定した建築パネル（特許文献１参照）や焼もみ殻に結合剤を添加して圧縮成形したパネル板状断熱材（特許文献２参照）が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１９３３８２号公報。
【０００９】
【特許文献２】特開２００１−２７１４３５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に開示されているように、砕いた炭を耐火ハニカム材に詰めて防粉材等で固定した建築パネルの場合、充填材料の偏りを削減して断熱性および調湿性を向上させることができるとともに、有害物質の放出を抑え、炭のもつ消臭および空気清浄効果、遠赤外線放出による薬効が期待できるものの、砕いた炭では嵩比重が大きく、しかも微粒子状の砕いた炭を充填することによって多孔性が失われてしまうという不具合が存する。従って、断熱性向上には限界があり、しかも透湿性が低くなるため、ハニカム内部で結露が発生した場合には湿気を排出することができず、内部結露を起こすおそれもある。
【００１１】
一方、特許文献２に開示されているように、結合剤を用いて焼もみ殻を圧縮成形したパネル板状断熱材の場合、焼もみ殻自身の多孔性が失われ、さらに焼もみ殻相互間に確保されるべき空気層が失われるという不具合が存するし、湿気が断熱材内部に流入し、流入した湿気が接合する構造材および下地材に達して壁体内部結露を引き起こし、構造材および下地材の腐朽を誘発する原因となるおそれや、結合剤による有害物質の放出のおそれもある。
【００１２】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、高い断熱性と防音性を有する断熱及び防音材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、製紙工場で排出される製紙スラッジおよび汚泥を原料とした焼却灰と無機系バインダーとによって構成している。
【００１４】
上記のように構成したことにより、砕石スラッジや高炉水砕スラグなどからなる断熱及び防音材と比較して高い断熱性と防音性を確保することができる。製紙スラッジはそれ自体無数の開口空隙をもち、砕石スラッジ、高炉水砕スラグと比較しても高い空隙率を有している。このため、製紙スラッジを用いた断熱及び防音材は他の産業廃棄物を用いたものより高い断熱性能を有することとなるのである。この傾向は、大気圧状態においても脱気状態においても同様である。また、製紙スラッジは、粒径の小さなものとすることができるところから、円形に近い曲率をもつ地下岩盤内低温貯蔵庫用の断熱材として好適なものとなる。さらに、製紙スラッジは、多数の開口空隙によって形成された多孔質な組成構造となっているため、他の産業廃棄物を用いたものに比して高い防音性を有することとなる。
【００１５】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた断熱及び防音材において、前記焼却灰を、微細な多孔を有する平均粒径２．５０ｍｍ以下のものにより構成することもでき、そのように構成した場合、粒径が小さいほど熱伝導率が小さく、空隙率が高くなる傾向にあるため、断熱性および防音性がより一層向上することとなる。なお、平均粒径が２．５０ｍｍを超えると、断熱・防音効果がやや低くなる。
【００１６】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた断熱及び防音材において、前記焼却灰を、カルシウムとシリカとアルミニウムを主要構成元素とすることもできる。
【００１７】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第１、第２又は第３の手段を備えた断熱及び防音材において、前記無機バインダーを、セメント、水ガラスおよび消石灰からなる群から選択された少なくとも１種とすることもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明の第１の手段によれば、製紙工場で排出される製紙スラッジおよび汚泥を原料とした焼却灰と無機系バインダーとによって構成しているので、砕石スラッジや高炉水砕スラグなどからなる断熱及び防音材と比較して高い断熱性と防音性を確保することができるという効果がある。また、製紙スラッジは、粒径の小さなものとすることができるところから、円形に近い曲率をもつ地下岩盤内低温貯蔵庫用の断熱材として好適なものとなるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
本願発明の断熱及び防音材は、製紙スラッジ焼却灰を原料として再利用したものであり、製紙スラッジ焼却灰と無機バインダーとによって構成されている。ここで、製紙スラッジ焼却灰とは、製紙工場からの廃水処理によって生ずる汚泥を焼却処理する際に集塵機に捕捉されるフライアッシュと、これに焼却炉から飛散せずに焼却炉下部から排出されるアッシュ等を含めたものをいう。
【００２１】
上記のように構成したことにより、砕石スラッジや高炉水砕スラグなどからなる断熱及び防音材と比較して高い断熱性と防音性を確保することができる。製紙スラッジ焼却灰はそれ自体無数の開口空隙をもち、砕石スラッジ、高炉水砕スラグと比較しても高い空隙率を有している。このため、製紙スラッジ焼却灰を用いた断熱及び防音材は他の産業廃棄物を用いたものより高い断熱性能を有することとなるのである。この傾向は、大気圧状態においても脱気状態においても同様である。また、製紙スラッジ焼却灰は、粒径の小さなものとすることができるところから、円形に近い曲率をもつ地下岩盤内低温貯蔵庫用の断熱材として好適なものとなる。さらに、製紙スラッジ焼却灰は、多数の開口空隙によって形成された多孔質な組成構造となっているため、他の産業廃棄物を用いたものに比して高い防音性を有することとなる。
【００２２】
前記製紙スラッジ焼却灰は、微細な多孔を有する平均粒径２．５０ｍｍ以下のものにより構成するのが望ましい。このようにすると、粒径が小さいほど熱伝導率が小さく、空隙率が高くなる傾向にあるため、断熱性および防音性がより一層向上することとなる。なお、平均粒径が２．５０ｍｍを超えると、断熱・防音効果がやや低くなる。また、前記製紙スラッジ焼却灰は、カルシウムとシリカとアルミニウムを主要構成元素とするのが望ましく、前記無機バインダーは、セメント、水ガラスおよび消石灰からなる群から選択された少なくとも１種とするのが望ましい。
【００２３】
次に、本願発明の実施例と比較例とにおける熱伝導率、空隙率および防音減衰について調べた。本願発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
まず、以下の方法により実施例（製紙スラッジ焼却灰）および比較例（砕石スラッジおよび高炉水砕スラグ）を作製した。
【００２５】
実施例および比較例における材料配合は、下記表１〜表３に示す通りであった。
【００２６】
【表１】
2007120159.tif 000002
【００２７】
【表２】
2007120159.tif 000003
【００２８】
【表３】
2007120159.tif 000004
【００２９】
製造工程
（１）  各材料を計量後、水を除く使用材料（即ち、製紙スラグ焼却灰、砕石スラッジ、高炉水砕スラグおよび無機バインダーであるセメント）を逆流式高速混合機（アイリッヒ社製）の混合パン内へ投入し、各材料が分塊及び分散し、均一に混ぜ合わせるよう、アジテータの回転速度を高速域である１８００ｒｐｍで２分間保持し撹拌する。
（２）  撹拌後、混合パン内へ練混ぜ水を投入する。水量の目安として、まず１次水として試料の４０％の質量を投入する。練混ぜ水が混合パン内の乾燥状態で撹拌された試料に対して、均質な含水状態になるように、再度アジテータを回転速度１８００ｒｐｍで２分間撹拌する。
（３）  再撹拌後、試料の含水状態を観察し、高速回転によって練り混ぜられ、締め固められて生成される造粒核が得られるよう２次水として補正水量（経験値＋２〜３％）を投入し、工程（２）を繰り返しながら行う。
（４）  造粒核の生成が確認された後、アジテータの回転速度を９００ｒｐｍへ減速し、約３〜５分間の造粒工程に入る。球状化された造粒試料の粒径が均一化されないために、造粒物の粒径１．２ｍｍ前後範囲で多く観られるようになった時点で造粒工程を終了する。
（５）  混合パン内の微粉末を含めた全試料を取り出し室温下で１ケ月の乾燥養生を行う。
【００３０】
ついで、上記のようにして製造された試料（即ち、実施例１〜３および比較例１〜６）について熱伝導率（大気圧状態および脱気状態）の測定を行った。
【００３１】
上記測定には、保護熱板法（ＪＩＳＡ１４１２−１）を基にした平板比較法を用いた。この平板比較法とは、定常状態における試料層１と、熱伝導率が既知の標準板２を通過する熱量を等しいとし、各層間の温度勾配を測定して試料層の熱伝導率を測定する方法のことである。
【００３２】
温度分布が時間的に変化しない定常状態においては、高温熱源から試料層１への単位時間当たりの熱伝導量と、試料層１から標準板２への単位時間当たりの熱伝導量、標準板２から低温熱源への単位時間当たり熱伝導量は、同じ面積について等しくならなければならない。従って、下記式（１），（２）が成り立つ。
【００３３】
Ｑ／Ａ＝λ1／ｄ1（θ1−θ3）                                                                            （１）
Ｑ／Ａ＝λ2／ｄ2（θ3−θ2）                                      （２）
上記式（１），（２）より
λ1／ｄ1（θ1−θ3）＝λ2／ｄ2（θ3−θ2）                        （３）
が成り立ち、試料層１の熱伝導率λ1を次式（４）によって求めることができる。
【００３４】
λ1＝λ2・ｄ1／ｄ2・（θ3−θ2）／（θ1−θ3）                                        （４）
ここで、
Ｑ：試料層１と標準板２を通過する熱量［Ｗ］
Ａ：熱流の通過する面積［ｍ2］
λ1：試料層１の熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］
λ2：標準板２の熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］
θ1−θ3：試料層１の両表面の温度差［℃］
θ3−θ2：標準板２の両表面の温度差［℃］
ａ1：試料層１の厚さ［ｍ］
ａ2：標準板２の厚さ［ｍ］
この方法は、定常法であるから、試料層ならびに標準板を通過する熱流の変動を極力抑制する必要があり、高温熱源および低温熱源の温度調節を厳密に行う必要があるところから、高温熱源としては温度調節の可能な加熱板を使用するのが望ましく、低温熱源には恒温水の循環水槽を使用するのが望ましい。また、標準板としては、経年変化が少なく、熱や湿気による変形や変質が少ないシリコンゴムを用いるのが望ましい。
【００３５】
上記測定結果は、図２および図３に示す通りであった。参考のため、石膏ボードを用いた試料層についての熱伝導率を付記した。また、各試料層（即ち、実施例１〜３および比較例１〜６）における空隙率を図４に示す。
【００３６】
上記測定結果から、大気圧状態においては、３種類の粒径全てで実施例（即ち、製紙スラッジ焼却灰）が最も低い熱伝導率（換言すれば、最も高い断熱性能）を示している。また、脱気状態においても大気圧状態と同様の傾向が見られることが分かる。特に、石膏ボードとの比較において、高い断熱性能を示している。なお、大気圧状態と脱気状態とを比較すると、脱気状態の方が断熱性能が低下しているが、これは、図５から分かるように、大気圧状態の空隙率と脱気状態の空隙率とを比較すると、脱気後の試料は試料層が圧縮されるため空隙率が低下し密度が上昇するため、固体成分の熱伝導が増加し断熱性能を低下させることとなったことに由来するものと思える。
【００３７】
次に、上記のようにして製造された試料（即ち、実施例１〜３および比較例１〜６）について防音減衰の測定を行った。
【００３８】
上記測定には、図５に示す測定装置を用いて行った。図５において、符号３はスピーカ、４，５はデジタル騒音計、６は試料である。
【００３９】
測定方法
（１）  測定装置の開口部７に試料６を設置する。
（２）  試料６の内外にデジタル騒音計４，５を設置し、音源をスピーカ３より発生させる。
（３）  デジタル騒音計４，５により最大値を測定し、減衰割合を導き出す。
【００４０】
ここで、減衰割合とは、音が測定装置内から測定装置外に伝わる段階において、どの程度減衰されたかを割合（％）で表したものであり、減衰割合を表す式は、次式の通りである。
【００４１】
（Ｄ1−ｄ1）−（Ｄ2−ｄ2）／（Ｄ1−ｄ1）×１００                    （５）
ここで、
Ｄ1：測定装置内の騒音レベル［ｄＢ］
Ｄ2：測定装置外の騒音レベル［ｄＢ］
ｄ1：測定装置内の補正値［ｄＢ］
ｄ2：測定装置外の補正値［ｄＢ］
減衰割合が高いほど防音性能が高く、より優れた材料といえる。また、補正値とは、測定前における測定装置内外の騒音レベルであり、測定の基準となる値である。本測定においては、ｄ1＝３２、ｄ2＝４２とした。
【００４２】
試料厚さ２ｃｍにおける各試料の減衰割合結果を図６に示す。比較例１〜６では減衰割合は５０％程度もしくは以下であったが、実施例１〜３では大気圧状態での減衰割合が５０％以上であり、比較材として測定したポリスチレンフォームには及ばないものの、石膏ボードとの比較では遜色ない結果が得られた。また、作製したいずれの試料において共通する傾向として、粒径が小さくなるにつれて、減衰する割合も高くなり、ほぼ比例関係にあることが分かる。さらに、脱気状態と大気圧状態とを比較すると、いずれの試料においても、大気圧状態では脱気状態より約１０％減衰割合が高くなっている。
【００４３】
試料厚さ４ｃｍにおける減衰割合結果を図７に示す。厚さ４ｃｍでの減衰割合は厚さ２ｃｍと比べ各試料において１０％〜２０％程度高くなっている。また、各試料における減衰割合の傾向も粒径が小さくなるにつれて、減衰する割合も高くなり、厚さ２ｃｍと同様な傾向を示している。さらに、大気圧状態と脱気状態での比較では、厚さ２ｃｍの時同様に減衰割合は高くなり、１０％〜１５％程度高くなっている。
【００４４】
試料厚さ６ｃｍにおける減衰割合結果を図８に示す。いずれの試料においても、１００％に近い減衰割合を示しており、減衰効果が極めて高いことを示している。
【００４５】
以上の測定結果から、本願発明にかかる断熱及び防音材が、極めて高い断熱・防音性能を保持していることが分かる。
【００４６】
本願発明の断熱及び防音材は、例えば不織布製の袋に充填して用いてもよく、また、地下貯蔵タンク外壁と地盤間に空送で充填して用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における熱伝導率を測定するための装置の概略構成図である。
【図２】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における大気圧状態での熱伝導率の測定結果を示す特性図である。
【図３】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における脱気状態での熱伝導率の測定結果を示す特性図である。
【図４】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における空隙率の測定結果を示す特性図である。
【図５】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における音の減衰割合を測定するための装置の概略構成図である。
【図６】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における音の減衰割合（試料厚さ２ｃｍ）の測定結果を示す特性図である。
【図７】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における音の減衰割合（試料厚さ４ｃｍ）の測定結果を示す特性図である。
【図８】本願発明の実施例にかかる断熱及び防音材および比較例における音の減衰割合（試料厚さ６ｃｍ）の測定結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４８】
１は試料層
２は標準板
３はスピーカ
４，５はデジタル騒音計
６は試料
【図１】
2007120159.tif 000005
【図２】
2007120159.tif 000006
【図３】
2007120159.tif 000007
【図４】
2007120159.tif 000008
【図５】
2007120159.tif 000009
【図６】
2007120159.tif 000010
【図７】
2007120159.tif 000011
【図８】
2007120159.tif 000012