(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状としたセルロース系繊維シート体を、活性雰囲気下、８０℃ないし３００℃の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させ、少なくとも重量減少率４０％強に達しさせ、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残し、シート体形状および可撓性を維持したままの炭化素材とすることにより、単独でかまたは他の素材と組み合わせるかして、単層または積層構造の保形素材として取り扱い可能となし、不燃断熱材および吸湿材、吸音材、脱臭材となるようにしたことを特徴とするシート状の建材等用炭化素材。
【請求項２】
燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状としたセルロース系繊維シート体を、活性雰囲気下、８０℃ないし３００℃の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させ、少なくとも重量減少率４０％強に達しさせ、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残し、シート体形状および可撓性を維持したままの炭化素材とした上、硼酸処理を施したものすることにより、木材被覆用としてシロアリ等の害虫防止機能も付与されてなるものとしたことを特徴とする建材等用炭化素材。
【請求項３】
セルロース系繊維体が、板紙やペーパータオル、段ボール等といった特殊構造のセルロース系繊維シート状体であって、処理前の特殊構造のままで炭化素材にしてなるものとした、請求項１または２何れか記載の建材等用炭化素材。
【請求項４】
セルロース系繊維体が、籾殻や藁、樹皮等といった植物系廃棄物であって、処理前の形態のままで炭化素材にしてなるものとした、請求項１または２何れか記載の建材等用炭化素材。
【請求項５】
セルロース系繊維体に、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状とする工程、添加液を含浸させたセルロース系繊維体を、活性雰囲気下、８０℃ないし３００℃の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させる工程、炭化残渣が増加していき、少なくとも重量減少率が４０％強に達したところで加熱処理を停止する工程、炭化素材を水洗して残留添加液成分を除去またはできるだけ除去する工程、残留添加液成分の除去された炭化素材を乾燥する工程、以上の工程により、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残したままの炭化素材を得るようにしたことを特徴とする、請求項１、３または４何れか記載の建材等用炭化素材の製造方法。
【請求項６】
セルロース系繊維体に、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状とする工程、添加液を含浸させたセルロース系繊維体を、活性雰囲気下、８０℃ないし３００℃の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させる工程、炭化残渣が増加していき、少なくとも重量減少率が４０％強に達したところで加熱処理を停止する工程、炭化素材を水洗して残留添加液成分を除去またはできるだけ除去する工程、残留添加液成分の除去された炭化素材を乾燥する工程、得られた炭化素材に硼酸処理を施す工程、以上の工程により、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残したままの炭化素材を得るようにしたことを特徴とする、請求項２ないし４何れか記載の建材等用炭化素材の製造方法。
【請求項７】
古新聞や古雑誌のような古紙その他の紙材を最大約２cm程度の厚さを限度に積層状としてなるセルロース系繊維シート体の平面全体に、できるだけ平均化した配置で厚さ方向に貫通する無数の浸透孔を穿設する工程が、セルロース系繊維シート体に添加液を含浸状とする工程の前に組み込まれ、積層紙から厚板状で可撓性を維持したままの炭化シート積層体を得るようにしたことを特徴とする、請求項５または６何れか記載のシート状の建材等用炭化素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の目的】
この発明は、不燃性の機能性素材、例えば建材用の断熱材、防音材、吸湿材等の素材として好適な炭化素材に関するものであって、セルロース系繊維体、特に高度化した社会の一つの象徴ともいえる大量の廃棄物の中の古紙、あるいは廃材や樹皮、農産副次物である籾殻や藁等といったセルロース系繊維体を容易く原材料とすることが可能であって、しかも極めて安価且つ効率的に生産することができる上、建材用の断熱材、防音材、吸湿材等への利用、加工性についてもかなり有利なものとすることができる、新規な構造からなる建材等用炭化素材、およびそのための新規な製造方法を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
経済的にも文化的にも豊かな環境が整えられていく中、企業経営、家庭生活の区別なく日々大量の物資が消費され、その過程で発生する様々な廃棄物は、今や経済的負担の問題ではなく、自然環境保全の面から、その取扱いが極めて大きな社会問題化してきている。
特に、高度経済社会のバロメータとまでいわれる大量の古紙の取扱いを見てみると、新聞紙や一部雑誌類では、現在どの社でも回収紙を利用した再生紙を使用してはいるものの、その再生紙自体は、１００％回収紙だけで作られたものが使用されている訳ではなく、バージンパルプを何割かの割合で加え、品質の安定を図ったものとしての再利用となっているため、それら再生紙の利用に積極的な業界からの協力を以てしても、到底、古紙市場の要求を満たしきれないというのが現状となっている
【０００３】
そうした再利用の道のない余剰古紙や、回収されないまま廃棄処分されてしまう古紙は、他の可燃性ゴミ等と一緒に焼却炉で燃やされ、禁制品を含む紙類の燃焼により、有害なダイオキシンを大気中に放散することとなって自然環境を破壊する元凶と目され、その発生の少ない高性能焼却場建設のために多額の社会資本投資を余儀無くされたり、最終処埋立場の確保のために様々な困難覚悟の企画、立案に取り組まなければならない等という政策的課題にいつまでも嘖まされることになる。この廃棄処理の問題は、古紙の外、建築現場や製材所、木工加工所、木材陸揚げ埠頭等から大量に発生する廃材や木屑、あるいは稲作農家等からの籾殻や藁等々といった、その他のセルロース系繊維体全般について同様に抱える問題となっている。
【０００４】
セルロース系繊維体を、焼却処分以外の手段で処理、加工するようにした技術としては、例えば、・特開昭６２−１５６４５号「繊維状活性炭の製造法」（東邦レーヨン）、・特開平４−２３１３１４号「高表面積活性炭の製法」（ユーカー・カーボン・テクノロジーＣｏ．：ＵＳＡ）、・特開平６−５６４１６号「活性炭の製造法」（ウエストヴァコＣｏ．：ＵＳＡ）等に提案のある活性炭化してしまい、活性炭の有する秀れた化学処理機能、即ち脱臭機能や濾過機能、陰イオン発生機能等を必要とする分野への基礎資材としての活用を図るという技術が古くから既に確立している。
【０００５】
しかし、これら各種活性炭化する技術によって作り出される活性炭の場合は、その用途が極めて特殊な領域に係わるものであって、需要に見合う素材として高い品質と性能とが要求されるため、処理対象とする原材料の品質に制約を受けた上、高性能の設備機器整備のためにかなりの初期投資を覚悟しなければならないという事情に加え、例えば、上記した・の東邦レーヨン技術であれば、酸化処理工程の所要時間短縮化のため、酸化工程を２分割し、酸素含有量０．５〜５％の不活性雰囲気下、３００〜４００°Ｃでの予備酸化処理と、水蒸気、炭酸ガス雰囲気下、７００〜１０００°Ｃという高温域での本酸化処理という２段階に渡る酸化処理工程を必要としたり、・のユーカー・カーボン・テクノロジーＣｏ．技術においては、セルロース系物質を燐酸等の添加液で処理した上、４５０〜１２００°Ｃの不活性雰囲気下で炭化し、更に、７００°Ｃ以上のスチーム等による酸化雰囲気下で活性化するというものであり、また、・のウエストヴァコＣｏ．技術のように、木材（リグノセルロース）を対象と、それらを微粉砕して炭化してから、再度、炭化した粉末を成形するという具合に、何れも処理工程が煩雑且つ高度な操作性を伴う等の理由も存在していることから、日々大量に発生し、しかも品質にも大きなばらつきのある古紙や廃材等を、処理対象のセルロース系繊維体として扱うことは、品質的にも経済的にも殆ど不可能としなければならないものである。
【０００６】
一方、こうした高度な分野への活用ではなく、燃料や土壌改良材、防湿材、断熱材、吸音材等として利用するための伝統的な炭化手段による処理、即ち炭焼きして炭（スミ）としてしまう方法も考えられる。この炭焼き技術は、木質材等を高温で燃焼させ、その後、酸素を遮断し高温による脱水作用によって蒸し焼き状態となし、セルロースを分解、炭化させるようにした製造方法によるものであって、この技術は古の時代から変わっていない。
【０００７】
しかし、高温域において燃焼させる過程、その後、酸素を遮断し、不完全燃焼させる過程の何れもが不可欠な炭焼き処理では、何れもの過程において多量の二酸化炭素や一酸化炭素を発生させてしまうことから、直接大気汚染に繋がるという今日的に最も厄介な問題を抱えると共に、古紙や木屑のようなフィルム状あるいは粒状のセルロース系繊維体の炭化には全く不向きな処理手段であるという事実がある。
【０００８】
更に不都合なことには、この伝統的な手段で作り出される炭は、その組成中の炭素チェーンが切断された固体構造となってしまうため、当然に柔軟性や弾力性等といった性状は持ち合わせておらず、したがって、防湿材や断熱材、吸音材等として建築躯体や設備機器等の凹凸ある表面や湾曲面に添設使用しようとすれば、一旦、固形状の炭を粉砕した上、その炭素粉末を塗布、接着するようにしたり、樹脂等のバインダーの中に練り込んで成形し直すか、適宜繊維等に混入、付着させ、全体として柔軟性のあるものに成形するかして利用せざるを得ないものであり、利用に際しての二次処理加工が欠かせない上に、当該二次処理加工工程で発生する塵炭対策のために余計な配慮と経費とが必要になるという欠点も附随してくることから、したがって、これまでのところ、この伝統的な炭焼き式の炭化処理についても、日々大量に発生する古紙や廃材等セルロース系繊維体の処理技術として応用、実用化された事実を見い出すことはできない。
【０００９】
この発明は、以上のような状況に鑑み、現在までのところ、極めて限られた範囲内でしか有効利用されずじまいで、相当量のものが多額の費用を掛けて焼却あるいは埋立て処分に回されてしまっているセルロース系繊維体、特に古紙に着目すると共に、カーボン（即ち、セルロースを炭化した物）が酸素指数６５の不燃性と高い断熱性とを有していることにも誘引され、その大量利用先として建築資材等への応用の可能性を追求すべく、逸早く開発、研究に着手し、幾多の試作実験を試みる等の試行錯誤を繰り返してきた結果、高い燃焼性を有する古紙等のセルロース系繊維体を効率よく炭化させることができる上、古紙のときの柔軟性も維持し続けている新規な構造の建材等用炭化素材と、その建材等用炭化素材を確実且つ経済的に生産することを可能にする新規な建材等用炭化素材の製造方法とを完成するに至ったものである。
【００１０】
【発明の構成】
この発明の建材等用炭化素材は、基本的に次のとおりの構成を要旨とするものである。
即ち、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状としたセルロース系繊維体を、活性雰囲気下、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させ、少なくとも重量減少率４０％強に達しさせた炭化素材からなるものとした建材等用炭化素材である。
【００１１】
そして、この基本的な構成による建材等用炭化素材において、より望ましい構成からなるものとしては、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状としたセルロース系繊維シート体を、活性雰囲気下で、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させ、少なくとも重量減少率４０％強に達しさせ、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残し、シート体形状および可撓性を維持したままの炭化素材とすることにより、単独でかまたは他の素材と組み合わせるかして、単層または積層構造の保形素材として取り扱い可能となるようにしたシート状の建材等用炭化素材が包含されている。
【００１２】
この望ましい構成からなる建材等用炭化素材は、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状としたセルロース系繊維シート体を、活性雰囲気下、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させ、少なくとも重量減少率４０％強に達しさせ、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残し、シート体形状および可撓性を維持したままの炭化素材とすることにより、単独でかまたは他の素材と組み合わせるかして、単層または積層構造の保形素材として取り扱い可能となし、不燃断熱材および吸湿材、吸音材、脱臭材となるようにしたシート状の建材等用炭化素材として示すこともできる。
【００１３】
更に、上記した基本的な構成、およびその中の望ましい構成によるものとした建材等用炭化素材には、次のような構成によって示すことができる建材等用炭化素材も夫々包含するものである。
燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状としたセルロース系繊維シート体を、活性雰囲気下、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させ、重量減少率４０％強に達しさせ、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残し、シート体形状および可撓性を維持したままの炭化素材とした上、硼酸処理を施したものすることにより、木材被覆用としてシロアリ等の害虫防止機能も付与されてなるものとした建材等用炭化素材がそれである。
【００１４】
セルロース系繊維体は、最も代表的なものとして新聞紙や雑誌類等の古紙や使い古しの段ボール紙等をその対象とするものであるが、その他、建築現場や製材所、木工加工所、木材陸揚げ埠頭等から大量に発生する廃材や木屑、あるいは稲作農家等からの籾殻や藁等々といった、その他のセルロース系繊維体全般についても対象とし得る外、廃棄物ではなく、積極的に良質の断熱材や吸音、吸湿材等の用に供するようにするための原材料として、例えばペーパータオルのような嵩高な構造に特別に抄紙してなるものや、ロール構造のトイレットペーパーでロール構造のままのもののように、他の用途用に供されているものをそのままか、適宜加工するかしてなるもの等も勿論対象とするものであり、性状についても、平板状のもの、シート状のもの、それらの積層構造のもの、ブロック状のもの、箱や筒等に成形されたもの、粒状あるいは粉末状のもの、ストロー状のもの、棒状のもの等、特に制約しなければならない格別の理由もなく、各種種類、性状のセルロース系繊維体を対象とするものである。
【００１５】
添加液は、セルロースの熱分解時の不燃ガスの発生、ガラス化による隠蔽作用、化学変化（エステル化）に依る可燃性ガス生成の何れについても抑制効果等を発揮し、セルロースの脱水、炭化を促進させ炭化残渣の量を増やすことができる機能を果たし得るものでなければならず、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成るものとする。
【００１６】
上記添加液を含浸状としたセルロース系繊維体を、活性雰囲気下で、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけの加熱処理を施し、重量減少率４０％強に達しさせることにより、炭化残渣を増加させて所定の炭化が終了してしまい、素材組成においてセルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残したままの炭化素材からなる建材等用炭化素材とするものである。
【００１７】
なお、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度の温度範囲内の所定加熱処理温度においても、添加液の含浸量の少ないものの場合には、含浸量の多いものに比べて硬い炭化素材となって柔軟性に差を生じてしまう。これは、添加液の多寡に伴って処理セルロースにおける多糖類の炭素チェーンの残存割合に差が生じ、添加液含浸量の少なさにより、炭素単体まで分解していく結果、その可撓性、即ち柔軟性を無くしてしまうものと考えられ、したがって、添加液含浸量をコントロールすることにより、得られる炭化素材の可撓性の調整が可能になるといえる。
【００１８】
このように可撓性を残したままの炭化が可能となるのは、通常の不活性ガス雰囲気中でセルロースを処理した供試体（炭）、および、添加液含浸処理した上、通常の空気中で加熱炭化したこの発明の供試体と、夫々の供試体の原材料としたバージンパルプ（キムタオル…紙）とのＸ線回折データを対比させてみると、図１１に示すとおり、通常の紙（バージンパルプ）は、１５°（２θ）のブロードなピークと２３°付近のピークを特徴とするものであり、これに対し、供試体（炭）の場合は、２０°から３０°の弱いブロードの山（ピークとは表現し難い。）としてしか現れていないにも拘わらず、この発明の供試体の場合には、バージンパルプ程のピークにはならないまでも、明らかなピークを現わすことから、添加液含浸処理して得られる炭化素材には、原材料である紙の特徴を少し残し、セルロースの炭化チェーンの一部が炭化素材内に残っており、これが原材料に近い可撓性残存に寄与していると考えられる。
【００１９】
一方、この発明の建材等用炭化素材は、そのチャート（炭化層）の酸素指数（酸素指数とは燃焼に必要な酸素濃度）が６５であって、原材料のそれが１８で易燃性物質であるのに比較し、遥かに高い不燃性と高い断熱性とを有する素材となっており、当然不燃材料としての使用が可能になる上、そのチャートは、比表面積が大きく、しかも高い吸着力を有するため、吸湿材、脱臭材としての機能も果たし得る外、ガスの吸着作用も期待でき、また、チャートは、多量の空気を含み、断熱性能も高いことから、不燃断熱材としての性能を有すると共に、炭素繊維間の減衰効果によって吸音特性も得られるものとなる。
【００２０】
【関連する発明】
以上のとおりの構成を要旨とするこの発明の建材等用炭化素材に関連し、この発明には、次のとおりの構成からなる建材等用炭化素材の製造方法を包含している。
即ち、セルロース系繊維体に、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状とする工程、添加液を含浸させたセルロース系繊維体を、活性雰囲気下、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させる工程、炭化残渣が増加していき、少なくとも重量減少率が４０％強に達したところで加熱処理を停止する工程、以上の工程により、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残したままの炭化素材を得るようにした建材等用炭化素材の製造方法である。
【００２１】
そして、より望ましい構成によるものとしては、セルロース系繊維体に、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成る添加液を含浸状とする工程、添加液を含浸させたセルロース系繊維体を、活性雰囲気下、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内であって、添加液濃度に応じた所要時間だけ加熱処理し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進して炭化残渣を増加させる工程、炭化残渣が増加していき、少なくとも重量減少率が４０％強に達したところで加熱処理を停止する工程、炭化素材を水洗して残留添加液成分を除去またはできるだけ除去する工程、残留添加液成分の除去された炭化素材を乾燥する工程、以上の工程により、セルロースの脱水炭化途中の炭素チェーンを残したままの炭化素材を得るようにした構成を要旨とする建材等用炭化素材の製造方法とすることができる。
【００２２】
なお、上記のとおりの構成からなるこの発明の建材等用炭化素材の製造方法には、セルロース系繊維シート体に添加液を含浸状とする工程の前処理工程として、古新聞や古雑誌のような古紙その他の紙材を最大約２ｃｍ程度の厚さを限度に積層状としてなるセルロース系繊維シート体の平面全体に、できるだけ平均化した配置で厚さ方向に貫通する無数の浸透孔を穿設する工程を組み込み、積層紙から厚板状で可撓性を維持したままの炭化シート積層体を得るようにしたシート状の建材等用炭化素材の製造方法が包含されている。
【００２３】
セルロース系繊維体は、前記したこの発明の基本を成す建材等用炭化素材において既述の如く、各種種類、性状のセルロース系繊維体を対象とするものであり、また、添加液も、セルロースの熱分解時の不燃ガスの発生、ガラス化による隠蔽作用、化学変化（エステル化）に依る可燃性ガス生成の何れについても抑制効果等を発揮し、セルロースの脱水、炭化を促進させ炭化残渣の量を増やすことができる機能を果たし得るものでなければならず、燐酸等の燐化合物か、燐化合物と硫酸、硫酸アンモニウム、硼酸、またはそれらの誘導体の何れか一つあるいは二つ以上との混合物かの何れかから成るものとし、適宜手段、例えば浸漬法や塗布あるいは噴霧等、セルロース系繊維体の表面だけではなく、厚み方向内部にまでできるだけ均質に含浸できる適宜手段によってセルロース系繊維体全体に添加液が含浸条となるようにする。
【００２４】
なお、この添加液含浸工程は、対象となるセルロース系繊維体がシート体からなるものの場合には、複数枚を積層状となるように一まとめにして実施することも可能であり、その際には、添加液の浸透効率を高め、且つ厚み方向内部にまで均質な浸透状態が実現されるようにするため、積層状としたセルロース系繊維シート体の平面全体に、できるだけ平均化した配置で厚さ方向に貫通する無数の浸透孔を穿設する前処理工程を施してから、添加液含浸処理工程に入るようにすべきであり、更に、添加液含浸処理工程に続く加熱処理工程において、加熱温度が、積層状としたセルロース系繊維シート体の表面側から厚み方向奥部にまで短時間の中に均質に伝達されたものとなって、表面側および奥部とも均質な炭化が進行し、素材全体の品質を安定させるようにするため、積層厚の限度を略２ｃｍ程度に制限したものとするのが望ましい。
【００２５】
こうして添加液を均質に含浸状としたセルロース系繊維体は、そのまま湿潤な状態でか、一旦乾燥状とした上で加熱処理される。
通常のセルロースの熱分解は、約３００°Ｃ程度から始まり、図２で示される分子構造のセルロースが、熱分解によって、図３のレポグルコサン（β−グルコサン  Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）となり、更に可燃性ガス（フルフリルアルコール Ｃ５Ｈ６Ｏ２、フルフラール    Ｃ５Ｈ４Ｏ２、メタノール  ＣＨ４Ｏ、エタノール  Ｃ２Ｈ６Ｏ、アセトアルデヒド  Ｃ２Ｈ６Ｏ、グリオキサール  Ｃ２Ｈ２Ｏ２等）に分解する経過を辿ることになる。
【００２６】
この発明の製造方法では、それら通常のセルロースの熱分解過程におけるレボグルコサンを生成させない熱分解を進行させ、そのことによってその後の可燃ガスへの分解を抑え込み、炭化残渣を増加させるようにするものである。
したがって、この発明の加熱工程では、対象とするセルロース系繊維体が、予め上記した添加液含浸工程を必須とし、セルロースの熱分解に際してもレボグルコサンを生成させないよう、燐酸や硫酸の強力な脱水作用や、燐酸等の酸によるエステル化反応を起こさせ、セルロースを急激に分解させず、ヘミセルロースから多糖類の燐酸エステルに分解していくことにより、タール分や可燃性ガスの生成を抑へ、効率よく炭化を行うものである。
【００２７】
この加熱工程は、上記した過程で所定の程度まで炭化が進行したことを確認する上での目安となる重量減少率４０％強に達するまで、少なくとも継続されなければならず、その間の加熱処理では、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進することになる。
【００２８】
セルロースの燐酸によるエステル化からの脱水反応と脱水位置、生成組織が図４に示されている。
そして、エステル化からの脱水反応は、図４−１のヘミセルロースは、図４−２のように、燐酸処理によってエステル化した上、継続する加熱処理によって再度燐酸が分離する時に脱水を伴いながらセルロースを分解することになる。
このように、燐酸等の脱水反応により、セルロースは、レボグルコサンになることを阻害される結果、可燃性ガスの発生は抑えられ、火炎を伴うことなく効率的な脱水炭化が行われる。 この反応は、通常セルロースの熱分解が起こるといわれる３００°Ｃ以下の低い温度においても実現することが確認されている。
【００２９】
セルロースに燐酸を添加し、加熱時のセルロースの吸発熱反応を示唆熱分析（ＤＴＡ）で測定すると、図５に示されているように、燐酸の添加量の増加と共に、セルロースの吸熱ピークが低温側にシフトしていくことが知られており、 この事実から、セルロースの脱水反応は、レポグルコサン等の生成に優先して起こることが判明する。また、セルロースに燐酸化合物を添加して加熱すると、図６ように、リンの添加量の増加と共に発熱速度が遅くなっていくことから、セルロースの燃焼は緩やかに行われ、火炎を伴わない酸化反応に移行していくことも判明する。
【００３０】
図７から図９は、セルロースへの燐酸処理濃度と恒温乾燥機による加熱温度による減少重量を表し、図１０から図１２は、その減少率を示すものである。
図７および図１０からも判るように、１００°Ｃ設定の乾燥機においては、燐酸未処理のセルロース（キムタオル白）の重量変化は、付着水分と思われる１時間以内の重量変化後７２時間後も重量変化は見られない（微量変化は測定までの僅かな間の吸湿）。しかし、この発明の燐酸含浸で加熱処理したものでは、燐酸の処理濃度と共に重量減少が大きくなる。
【００３１】
したがって、通常のセルロースの分解温度（２５０°Ｃ）以下である１００°Ｃでも燐酸の濃度次第では十分脱水反応が起こるものであり、更に、硫酸アンモニウムを混合したものを添加液にすると、アンモニアの離脱温度である６５°Ｃ以降でも炭化が起こることが確認されている。
【００３２】
また、図８および図１１に示すように、１５０°Ｃ設定の乾燥機においては、１００°Ｃ以上に顕著な脱水炭化が起こり、低濃度の燐酸処理品においても大きな重量減少が見られ、８時間以内の重量減少が２３％から４０％発生しているが、添加液未処理品では、１時間以内の初期減量後は殆ど重量変化が見られない。即ち、通常、１５０°Ｃにおいてセルロースは分解しないものが、添加液含浸後の加熱処理によれば脱水炭化が起こっていることが判る。
【００３３】
２００°Ｃとなると、図９および図１２のように、脱水炭化作用は顕著に現れ、１時間以内の重量変化が最大であり、その後の重量変化は、添加液含浸処理量の少ないセルロースの方が大きくなっている。
また、添加液未処理のセルロースも、２４時間以降に分解が始まり、７２時間後には添加液含浸処理品と同等まで重量減少が見られたが、その表面状況は明らかに異なり、添加液未処理品は表面が褐色に近く、また、タール分の付着が見られたが、添加液含浸処理品は黒色で、１時間以降の表面の変化は見られなかったが、添加液含浸処理量の少ない（１．１％Ｐ）は、添加液含浸処理量の多いものに比べ、硬く柔軟性がない炭化シートとなった。
【００３４】
これは、セルロースの添加液含浸処理により、多糖類の炭素チェーンの残存による柔軟性が、添加液含浸処理量の少なさに応じ、炭素単体まで分解していく結果、無くなってきたと考えられる。この事実から、添加液含浸処理量を変えることよって、炭化素材の柔軟性を調整可能にするということが判る。
そして、通常の不活性ガス雰囲気中でセルロースを処理した供試体、およびこの発明による供試体と、原材料であるバージンパルプ（キムタオル…紙）とのＸ線回折データ結果（図１）から、添加液含浸処理して加熱処理したこの発明の炭化素材が、セルロースの炭化チェーンの一部が炭化シート内に残り、紙の特徴を少し残しているとする事実については既述したとおりである。
【００３５】
【実施例１】
紙、木綿等のセルロース系繊維体に燐酸を主成分とする添加液の含浸処理を施した上、略６５°Ｃないし４００°Ｃ程度、望ましくは略８０°Ｃないし３００°Ｃ程度の温度範囲内で加熱処理し、炭化進行程度の確認の目安となる重量減少率で４０％強に達するまで加熱処理を続けた後、必要に応じて残留燐酸等を水洗、中和等の処理することによる燐酸の昇華等により、残留添加液の除去や作用を抑え、柔軟性のある炭化シートや炭化フェルトを安価に製造する。
【００３６】
【実施例２】
この実施例は、セルロース系繊維体を一旦解繊した上、適宜手段によってボード状にしたものを炭化するようにした代表的な実施例を示すもので、図１３に示した工程図に従い、より具体的な説明を加えていくことにする。
先ず、解繊工程として、原材料として運ばれてきた古紙や稲藁等を、シュレッダーや粗砕機等公知の手段によって細分化し、本や雑誌等の場合には、ホチキス等の止め金が破砕、混入してしまう外、回収段階に異物が紛れ込む虞れもあることから、併せて空気分級や磁選機によってそれら金属や石等の異物を除去する工程も平行して実施するようにすべきである。
なお、解繊手段は、湿式、半乾式、乾式等公知の何れによるものとしても差し支えはない。
【００３７】
添加液は、その経済的な理由から市販の燐酸液、例えばメッキ添加液や、硫安、燐安等の肥料を使用することも可能であり、どのような燐酸が結う液を採用するかは、処理後の炭化素材の使用目的等によって適宜選択、採用するようにすればよい。また、安価な硼酸や硼砂の併用も白蟻防除等に効果的であり、これら添加液含浸工程に送られる
【００３８】
この工程に用いる添加液は、その経済的な理由から市販の燐酸液、例えばメッキ添加液や、硫安、燐安等の肥料を使用することも可能であり、どのような 燐酸が結う液を採用するかは、処理後の炭化素材の使用目的等によって適宜選択、採用するようにすればよい。また、安価な硼酸や硼砂の併用も白蟻防除等に効果的であり、これらの混合剤の使用も有効である。
【００３９】
添加液処理は、スプレー塗布や浸漬等の手段による外、添加液粉末と解繊した繊維を乾式のまま混合した上、蒸気に依って馴染ませ、更に余熱を行うようにした方法や、湿式においては、起泡剤、発泡剤等を混入し、空気を連衝する方法も考えられる。また、上気した解繊工程における解繊時に、同時に水溶液スプレー等によって粉塵飛散防止兼添加液含浸処理を行うようにする方法もある。
【００４０】
こうして添加液含浸処理を終えたセルロース系繊維体は、引き続き加熱工程に回る。この工程は、処理済みのセルロース系繊維体を脱水炭化するため、できる限り乾燥状態で行うようにするのが加熱エネルギーのロスに繋がる上、特に６５〜１００℃のような低温域での加熱処理ではこの乾燥工程は必須の条件となる。加熱処理用の熱源は、硫安、燐安混合物や硫酸を使用すると６５℃辺りの低温域から炭化が起きるため、電気、ガス、石油等の他に廃熱の利用が容易であり、低い温度の場合、反応が緩やかに起きるため、セルロースの分解途中の材料の入手が可能であり、肥料その他への応用が可能である。また、火炎によって直接加熱しても添加液効果により、可燃性ガスを制御しながら炭化していくため、火災の心配が少なくなる。（添加液濃度が低濃度の場合や硫酸基を含まない配合によるものの場合には、高温においては着火する虞れも出てくるため、添加液の配合には十分な注意が必要となる。）
【００４１】
この加熱工程に要する処理時間は、添加液濃度（１.５〜１５％）と加熱温度（６５〜４００°Ｃ）との相関関係で、重量現象率が少なくとも４０％強程度に達する段階まで継続して実施されるようにしなければならない。加熱処理の熱源は、硫安、燐安混合物や硫酸を使用すると６５°Ｃから炭化が起きることから、電気、ガス、石油等の他に廃熱の利用も可能になる上、低温域の加熱処理では、反応が緩やかに起きるため、セルロースの分解途中における材料の利用も可能となり、肥料その他への応用が可能である。また、火炎によって直接加熱しても、添加液効果によって可燃性ガスを抑制しながら炭化していくことになるため、火災の心配が少なくなる。（添加液濃度が低濃度の場合や硫酸基を含まない配合によるものの場合には、高温においては着火する虞れもあるので、その配合には十分な注意が必要となる。）
【００４２】
【実施例３】
古紙繊維とロックウール等無機繊維とを混合、成形し、上記実施例３に使用した添加液を含浸処理した後、熱風乾燥機１８０°Ｃにて加熱（高周波での加熱も可）して炭化し、高い保形強度と柔軟性を持ったボードを成形する。
【００４３】
【作用効果】
以上のとおりの構成からなるこの発明の建築用等炭化素材、およびその製造方法は、セルロースの熱分解機構に注目し、薬剤によって可燃性ガスを発生を抑制し、炭化させることができるとの知見に基づくものであって、セルロース系繊維体に燐酸を主成分とする添加液を含浸処理した上、炭化が完了したことを確認する目安となる重量減少率４０％強に達するまでの加熱処理を施し、加熱または火炎による可燃性ガス発生を抑制しながら脱水、炭化を促進するようにしたことから、高温の空気中（不活性ガス雰囲気中や酸素遮断を行わない）においても、レボグルコサン（タール成分）を生成しないため、可燃性ガスの生成がなく、脱水炭化に火炎を伴わず（火災の危険が少なくなる。）、したがって、製造過程において、大気汚染を来す虞れは全くなく、また火災の発生を防止でき、作業の安全性が確保でき、効率よく炭素を生成することができるという大きな特徴を有している。
【００４４】
また、セルロース系繊維体に含浸する燐酸濃度は、１％以下では炭化が殆ど進まず、また２０％を超えた濃度では、可撓性のある炭化素材を得る上で、温度コントロールが極めて微妙になって実用的ではなく、したがって、濃度１〜２０％、望ましくは１．５〜１５％以上にすると共に、加熱温度も、実用的な６５〜４００°Ｃ、望ましくは８０〜３００°Ｃ前後の温度帯で加熱処理するようにしたことから、炭化素材内に炭素チェーンを残すことが可能となり、柔軟性のある炭化素材を実現可能にするものであり、断熱材や吸音材、床下吸湿材、耐火被覆材といった建材等への製造に際しても、炭化素材からの粉末飛散が殆ど無くなり、極めて作業性がよくなり、効率的な製造を可能にする上、添加液として安価な薬剤（硫安や燐安等は肥料として販売されている）の使用であって、しかも簡単な加熱装置による製造を可能にするものであって、高機能の建材等をかなり安価に提供することが可能になるという秀れた効果が期待できることになる。
【００４５】
また、この発明では、これまでのところ、廃棄物として埋め立てられたり、焼却されるしか有効な処理方法のなかつた膨大な量のたりされるセルロース系繊維体、即ち、新聞紙や雑誌類等の古紙や使い古しの段ボール紙、あるいは、建築現場や製材所、木工加工所、木材陸揚げ埠頭等から大量に発生する廃材や木屑、あるいは稲作農家等からの籾殻や藁等々といった、様々なセルロース系繊維体全般を対象とすることができることから、有効な廃棄物処理手段としても活用できるという利点を有している。
特に、この発明を代表する実施例として示した建材等用炭化素材、およびその製造方法の事例によるものでは、これら特徴を確実に達成可能とするものであって極めて実用的なものとすることができる。
【００４６】
叙述の如く、この発明の新規な構成からなる建材等用炭化素材、およびその製造方法は、所期の目的を普く達成可能にするものであり、日夜大量に発生する古紙をはじめとする廃棄物としてセルロース系繊維体の有効な活用手段として高く評価されると共に、それら廃棄物を全くダイオキシン等の有害副産物の生成なしに簡便且つ確実に処理できる手段としても、関連部署から十分な信頼を得ることになって、広範に渡って採用、普及していくものになると予想される。
【図面の簡単な説明】
【図１】原料であるセルロース（バージンパルプ）と燐酸処理し炭化した炭および通常の不活性雰囲気中で加熱処理した炭の３種類をＸ線回折により組成分析を行った対比グラフである。
【図２】セルロースの構造式である。
【図３】セルロースが通常の熱分解で生成するレボグルコサン（タール分）のの熱分解で生成される可燃性ガスの構造式である。
【図４】セルロースの燐酸脱水反応の構造式 である。
【図４−１】セルロースの脱水による変化を示す構造式 である。
【図４−２】燐酸によるエステル化からの脱水作用を説明する構造式 である。
【図５】燐酸で処理したセルロースの加熱時の示差熱分析（吸熱、発熱の測定）データで濃度の違いによる吸発熱の変化を対比したグラフである。
【図６】燐酸化合物で処理したセルロース（木綿）の燃焼時の発熱速度の変化を表すグラフである。
【図７】セルロースの燐酸処理濃度の違いによる加熱温度１００°Ｃの重量変化を示すグラフである。
【図８】セルロースの燐酸処理濃度の違いによる加熱温度１５０°Ｃの重量変化を示すグラフである。
【図９】セルロースの燐酸処理濃度の違いによる加熱温度２００°Ｃの重量変化を示すグラフである。
【図１０】セルロースの燐酸処理濃度の違いによる加熱温度１００°Ｃの重量変化率を示すグラフである。
【図１１】セルロースの燐酸処理濃度の違いによる加熱温度１５０°Ｃの重量変化率を示すグラフである。
【図１２】セルロースの燐酸処理濃度の違いによる加熱温度２００°Ｃの重量変化率を示すグラフである。
【図１３】一旦解繊したセルロース系繊維体によるボードを炭化する代表的な実施例の製造工程図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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