(57)【要約】【課題】ガラス繊維及び炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を無機反応体として再利用可能にした水硬性材料とそれを用いた窯業系建材、並びにプラスチック分解後の無機残渣の再利用法を提供する。【解決手段】ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成してなることとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成してなることを特徴とする水硬性材料。
【請求項２】
プラスチック成形品のガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が１：１．５〜２．５であることを特徴とする請求項１に記載の水硬性材料。
【請求項３】
被焼成処理物のガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が１：１．５〜２．５になるように、ガラス成分又は炭酸カルシウム成分をプラスチック成形品に追加して焼成してなることを特徴とする請求項１に記載の水硬性材料。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の水硬性材料を用いて成形して得られたことを特徴とする窯業系建材。
【請求項５】
ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成し、その焼結物を水硬性材料として回収することを特徴とするプラスチック成形品の再利用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水硬性材料とそれを用いた窯業系建材、並びにプラスチック成形品の再利用法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラスチック廃棄物はその殆どが埋立処分あるいは焼却処理されており、資源として有効活用されていなかったが、ここ数年各種リサイクル法の施行に伴い、プラスチックを含む製品の回収リサイクルの流れが加速する傾向にある。この状況に合わせて、近年、プラスチック廃棄物を再資源化することが試みられている。
【０００３】
その一つとして、ガラス繊維及び炭酸カルシウム等を含有するプラスチック成形品を亜臨界流体で処理することによって、プラスチックをモノマーやオリゴマーに分解し、ガラス繊維及び炭酸カルシウム等の無機固形分を無機残渣として分離回収する方法が従来から提案されている。ガラス繊維や炭酸カルシウムは耐熱性のある無機物であることから、プラスチック成形品から分離回収した無機固形分を無機フィラーとし、これを建材の原料（増量材や補強材等）として利用する等の用途検討がなされている。しかしながら、この分離回収した無機固形分は、主にガラス繊維と炭酸カルシウムの各成分が各種の割合で混合した状態で存在しており、物理的手段で完全に分離し個々の無機物の特徴を生かして再利用することは困難であった。
【０００４】
他方、プラスチック成形品を８００乃至９００℃で燃焼した後の焼却灰の粉末を、セメントの一部に置き換えて膨張材として用いたモルタル又はコンクリートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このプラスチック成形品の焼却灰の粉末を用いて得たモルタルは、プラスチック成形品の焼却灰の粉末を用いないで得たモルタルと比較して、曲げ強度が低下し、物性が著しく劣るという問題があった。例えば、特許文献１の実施例では、セメントの２０％をプラスチック成形品の焼却灰の粉末に置換して製造したモルタルは、置換率０％のものよりも曲げ強度が約３０％低下し、置換率が３０％の場合には、曲げ強度が半分以下になることを報告している。このため、モルタル製造のためにプラスチック成形品の焼却灰の粉末を用いる際にはその使用量が大きく制限されるか、あるいは、製造したモルタルの用途が限定され、プラスチック廃棄物の有効活用の大きな障害となっている。したがって、このプラスチック廃棄物を原料とした無機反応体として付加価値をつけることができれば、プラスチック廃棄物の再資源化の可能性はますます高まると考えられる。
【特許文献１】特開平０６−２４７７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ガラス繊維及び炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を無機反応体として再利用可能にした水硬性材料とそれを用いた窯業系建材、並びにプラスチック成形品の再利用法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するために、以下のことを特徴とする。
【０００７】
水硬性材料に係る発明として、第１には、ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成してなることを特徴とする。
【０００８】
第２には、第１の発明の水硬性材料において、プラスチック成形品のガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が１：１．５〜２．５であることを特徴とする。
【０００９】
第３には、第１の発明の水硬性材料において、被焼成処理物のガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が１：１．５〜２．５になるように、ガラス成分又は炭酸カルシウム成分をプラスチック成形品に追加して焼成してなることを特徴とする。
【００１０】
窯業系建材に係る発明として、第４には、第１から第３の発明のいずれかの水硬性材料を用いて成形して得られたことを特徴とする。
【００１１】
プラスチック成形品の再利用法に係る発明として、第５には、ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成し、その焼結物を水硬性材料として回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を無機反応体として有効に再利用することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が１：１．５〜２．５のプラスチック成形品を焼成することにより、効果的にビーライトが生成し、良好な水硬性材料を簡便かつ安価に得ることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、ガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が１：１．５〜２．５になるように追加した被焼成処理物を焼成することにより、効果的にビーライトが生成し、良好な水硬性材料を得ることができる。
【００１５】
第４の発明によれば、上記の優れた効果は、外壁材や瓦をはじめ、パルプ等の有機繊維で補強された珪酸カルシウム板やＡＬＣ（Autoclaved Light-weight Concrete）、その他コンクリート製品等の窯業系建材として実現され、プラスチック成形品が有効に再利用される。
【００１６】
第５の発明によれば、ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品が無機反応体である水硬性材料として再利用可能になる。これによりプラスチック廃棄物の再資源化がますます図られ、資源を有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成して焼結物（クリンカ）を得て、これを水硬性材料として提供するものである。
【００１８】
本発明で用いるプラスチック成形品は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれの樹脂を用いたものであってもよい。具体的には、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂等を挙げることができ、熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等を挙げることができる。いずれの樹脂も１０００〜１６００℃の温度で燃焼するため、プラスチック成形品を前記温度範囲で焼成した後は樹脂が残存しない。
【００１９】
上記プラスチック成形品は、無機物として、ガラス繊維と炭酸カルシウムをガラス繊維：炭酸カルシウム＝１：１．５〜２．５の比率で含有することが好ましい。このような比率の無機物を含有するプラスチック成形品を焼成することで、後述するが、ガラス繊維と炭酸カルシウムを由来とする二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化カルシウム（ＣａＯ）との混合物から生成されるセメントの主成分の一つであるビーライトが効果的に生成し、このビーライトを含む水硬性材料が得られる。ガラス繊維と炭酸カルシウムの比率が上記範囲を外れるプラスチック成形品を焼成した場合にはビーライトの生成が十分でなく、結果として水硬性材料として機能しない場合がある。無機物としてガラス繊維及び炭酸カルシウム以外の成分をさらに含有するプラスチック成形品であっても使用可能であるが、上記ビーライトを高い割合で含み、水硬性材料として良好な物性を有する窯業系建材を実現し、プラスチック成形品をより有効利用するためには、無機物として実質的にガラス繊維と炭酸カルシウムのみを含有することが好ましい。具体的には、Ｇ−ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）を例示することができる。一般に使用されているＧ−ＦＲＰは、ガラス繊維と炭酸カルシウムの比率がガラス繊維：炭酸カルシウム＝１：１．５〜２．５であるため、これをそのまま焼成することで簡便かつ安価に水硬性材料を得ることができるが、そうでない場合には、被焼成処理物のガラス繊維と炭酸カルシウムの比率がガラス繊維：炭酸カルシウム＝１：１．５〜２．５になるようにガラス成分又は炭酸カルシウム成分を別途追加し、このものを焼成するようにしてもよい。
【００２０】
本発明は、プラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成処理（焼成処理工程）して水硬性材料を得るが、この焼成処理工程の前に、プラスチック成形品を粉砕処理して均一混合する工程（プラスチック成形品粉砕工程）、焼成処理工程の後に、焼成後の焼結物（クリンカ）を粉砕する工程（クリンカ粉砕工程）、を行ってもよい。以下に、プラスチック成形品粉砕工程、焼成処理工程、クリンカ粉砕工程の順に説明する。
＜プラスチック成形品粉砕工程＞
プラスチック成形品をハンマーミルやボールミル等で粗粉砕から微粉砕し、その粉砕混合物中の無機物の成分組成が均一になるようにする。粒度が細かいほど、次工程の焼成処理で焼結反応性がよく安定した生成物ができるようになる。粉砕度は目開き９０μｍの篩残が重量で１０％以下になる程度が望ましい。
【００２１】
さらに粉砕混合物に１０〜１５％程度の水分を加えて直径５〜１０ｍｍ程度の球状に造粒することが望ましい。これによって、焼結の際に熱が均一に行渡り、焼成の過程でより安定した反応を促すことができるからである。
＜焼成処理工程＞
粉砕混合物の焼成処理は、電気炉やロータリーキルン等の各種焼成炉を使用し、酸素存在下で行う。焼成温度は１０００℃以上とし、これによって十分な安定品質をもったセメントの主成分の一つであるビーライト（２ＣａＯ・ＳｉＯ２：「Ｃ２Ｓ」ともいう）が生成した焼結物（クリンカ）を得る。ビーライトが多く生成した焼結物は、窯業系建材の原料である水硬性材料として用いることができる。この水硬性材料を用いて製造した窯業系建材は、十分に実用レベルに耐えうるものである。
【００２２】
ここでクリンカ中に生成するビーライトは、酸化カルシウム（ＣａＯ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）により生成され、ＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１．５〜２．５程度であれば効果的にビーライトが生成される。このため、ガラス繊維と炭酸カルシウムを含有するプラスチック成形品として、上述したＧ−ＦＲＰを用いることが好適である。このものには一般的にはガラス繊維と炭酸カルシウムが１：２程度の割合で含まれており、焼成時においてＣａＯ／ＳｉＯ２モル比が１．５〜２．５程度になるからである。すなわち、ガラス繊維の主成分はＳｉＯ２であり、その他成分としてＮａ２ＯやＣａＯが含まれている。炭酸カルシウムは脱炭酸してＣａＯになる。脱炭酸する温度は一般的には６００℃以上１０００℃未満であり、焼成温度が１０００℃以上であるこの焼成処理工程においては、炭酸カルシウムが脱炭酸してＣａＯになり、これとガラス繊維由来のＳｉＯ２及びＣａＯが反応してビーライトが生成される。粉砕混合物中の樹脂等の有機物は、高温で燃焼されてなくなってしまうためクリンカを構成する化学成分比には影響しない。
【００２３】
焼成温度が１０００℃未満の場合、ビーライトが生成されず、未反応の酸化カルシウム（ＣａＯ）が多くなり水硬性材料が得られない。焼成温度の上限は、焼結後のクリンカ中にビーライトが生成されればよく特に限定されるものではないが、例えば、１６００℃程度に設定することができる。１６００℃を超える温度での焼成は、過剰な熱量であり、水硬性材料を生成するうえでは無駄なエネルギーとなる。
【００２４】
この焼成処理工程での焼成時間は、前工程での造粒の有無や粉砕度の影響が大きく、また焼成温度によっても変わるが、一般的は０．５〜３時間程度である。造粒を行ったり粒度を細かく粉砕したりさらに焼成温度を高くするほど短時間で生成物（ビーライト）を作ることが可能となる。その生成物が安定してできているかの目安としては、焼結後のクリンカ中の未反応のＣａＯ（フリーライム）がなくなることであり、このフリーライム量が０〜１％程度になるように焼成する必要がある。
＜クリンカ粉砕工程＞
上記焼成処理工程で得られたクリンカは、比表面積が３０００〜７０００ｃｍ２／ｇ、好ましくは、４０００〜６０００ｃｍ２／ｇ程度になるようにボールミル等で微粉砕する。ここで比表面積が３０００ｃｍ２／ｇ未満の粉砕度であると水硬性が悪く、硬化物の強度発現が得られにくくなる場合があるので好ましくない。また、比表面積が７０００ｃｍ２／ｇを超える粉砕度を得るには、多大なエネルギー、コスト、時間を要するため現実的でない。
【００２５】
以上の工程を経て水硬性材料を得る。
【００２６】
次に、上記水硬性材料を用いた窯業系建材について説明する。
【００２７】
窯業系建材は、上記水硬性材料を単独、又は、他のセメントを併用し、これらを成形して得られる硬化体であり、外壁材、瓦、ＡＬＣ等を例示することができる。上記水硬性材料につきビーライトリッチのクリンカを使用した場合、硬化体の初期の強度発現が少ないことが懸念されるので、エーライトリッチの普通セメントを併用して初期強度を補ってもよい。その他シリカ系材料と混合してポゾラン反応を促して高強度化を図ってもよいし、さらに補強繊維として、パルプ、ＰＰ繊維等の有機繊維を混入して引張り方向の強度を補強してもよく、窯業系建材の用途に応じて、各種材料を適宜の割合で配合する。
【００２８】
窯業系建材の製造方法について、具体的に説明する。まず、上記水硬性材料と水、さらに必要に応じて、他のセメント、有機繊維、シリカ系材料等を所定割合で配合し、均一になるように攪拌してスラリーを得る。その後、余分な水を吸引ろ過し、プレス成形して成形体を得る。次に、この成形体を４５〜１００℃の蒸気養生を５〜４８時間施し、硬化体を得る。高強度の硬化体を得るために、さらにその後、養生温度１５０〜２００℃、好ましくは１６０〜１８０℃、養生圧力０．５〜１．５ＭＰａのオートクレーブ養生を５〜２４時間施してもよい。これは、未反応であったビーライトが硬化しはじめて強度発現に寄与するようになるためである。そして、オートクレーブ養生での反応による硬化体はトバモライト等の結晶物になりやすく、より緻密な高強度な硬化体となり得る。
【実施例】
【００２９】
ガラス繊維を２３重量％、炭酸カルシウムを４３重量％、不飽和ポリエステル樹脂を３４重量％含有するＦＲＰ廃棄物を焼成し、水硬性材料を２種類（材料１、材料２）製造した。材料１は、１３５０℃で１時間焼成した後、５９８０ｃｍ２／ｇの比表面積に粉砕した。材料２は、９００℃で１時間焼成した後、６０２０ｃｍ２／ｇの比表面積に粉砕した。
材料１及び材料２についてＸＲＤで鉱物を同定すると、焼成温度１３５０℃で焼成した材料１ではβ型ビーライトの生成が確認された。一方、焼成温度９００℃で焼成した材料２については、ビーライトをはじめとするセメント鉱物の生成は認められなかった。
【００３０】
次に、材料１及び材料２各々を用いて硬化体を作製し、曲げ強度試験をおこなった。硬化体の作製手順及び曲げ強度の試験方法は以下のとおりである。
＜硬化体の作製手順＞
パルプに十分な水を加えてミキサーで１分間解繊し、その後普通セメント及び材料１、材料２、フライアッシュ、珪石粉を表１に示した割合で配合した。次に固形分濃度８％になるように水を加えて十分に均一になるように攪拌し、スラリーを得た。その後、余分な水を吸引ろ過し、ろ液が出なくなったら、プレス成形してさらに脱水し、シートを作成する。このとき、原料配合量は各水準同量で８００ｇとし、１０Ｌの水中で混合して、ろ過後３ＭＰａでプレスを施すと約１２ｍｍの厚みの成形体となった。
【００３１】
次に、そのシートを８０℃２４ｈの蒸気養生を施し、蒸気養生後硬化体を得た。さらに、その後、１８０℃６ｈ、１ＭＰａ保圧でオートクレーブ養生を施し、オートクレーブ養生後硬化体を得た。
【００３２】
それぞれの硬化体に対し、曲げ強度試験用に１６０×４０ｍｍにランニングソーで正確に切断した。
【００３３】
このようにして、蒸気養生後、オートクレーブ後のそれぞれの硬化体についての１６０×４０×１２ｍｍサイズの曲げ強度試験用サンプルを得た。
＜曲げ強度の試験方法＞
曲げ強度は、上記曲げ強度試験用サンプルを以下の条件のもので実施した３点曲げ強度であり、以下の式で計算される。
試験条件：スパン１００ｍｍ
曲げ強度試験用サンプルのサイズ：１６０×４０×１２ｍｍ
試験速度：２ｍｍ／ｍｉｎ
曲げ強度：ｋ＝３×ｓ×ｍ／（２×ｈ×ｗ＾２）
ｋ：曲げ強度（ＭＰａ）
ｍ：曲げ破壊荷重（Ｎ）
ｓ：スパン（ｍｍ）
ｈ：幅（横寸法）（ｍｍ）
ｗ：厚み（ｍｍ）
曲げ強度の評価は、普通セメント、フライアッシュ、珪石粉、パルプを原料として用いた曲げ強度試験用サンプルを参考例とし、この参考例の結果と相対評価した。実施例は曲げ強度試験用サンプルの原料として参考例の普通セメントの１／４を材料１に置換した例であり、比較例は参考例の普通セメントの１／４を材料２に置換した例である。以下にその結果を示す。
【００３４】
【表１】
2009107860.tif 000002
【００３５】
実施例では、蒸気養生後の曲げ強度発現が小さい結果となったが、オートクレーブ養生後の結果は、参考例を上回る結果となった。ビーライトの特性である初期強度の発現が少ないが、オートクレーブで高温高圧養生を施すことによりビーライトの水和及びシリカ系材料との反応が促進されたことによるものと考えられる。
【００３６】
比較例は、焼成温度９００℃で焼成した材料２を原料として用いた例である。この例では、材料２に水硬性がほとんどなく、普通セメントのみの働きで硬化するため、蒸気養生後においてもオートクレーブ養生後においても参考例の曲げ強度の半分を超える程度にとどまった。
【００３７】
以上より、ガラス繊維と炭酸カルシウムをガラス繊維：炭酸カルシウム＝１：１．５〜２．５の比率で含有するプラスチック成形品を１０００〜１６００℃の温度で焼成することで、容易に水硬性材料を作製することができることが確認できた。また、この水硬性材料を用いた硬化体は、オートクレーブ養生を施すことにより、実際上、普通セメントを用いた硬化体を超える強度を有していることが確認できた。このため、本発明の水硬性材料は、オートクレーブ向きの特殊セメントとして利用することができる。