平成13年度〔2001〕№46
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

再生紙スラッジ等を原料にした機能性建築資材の開発＊
高橋克嘉＊１・福地哲郎＊１・山内博利＊１

Development of Functional Building Materials
utilizing Recycled Paper Sludge as Raw Materials
Katsuyoshi TAKAHASHI, Tetsuro FUKUCHI and Hirotoshi YAMAUCHI
現在、主に埋め立て処分されている再生紙スラッジの有効利用について検討を行った。再生紙スラッジ
は、水分が無くなると硬く固化する性質があることより、プレス成形によるボード状成形体の作成を試みた。金型に金網と布を組み合わせてプレス成形することにより、スラッジに含まれる水を効率よく脱水出来、プレート状に成形可能となった。成形体はスラッジのみで作成すると、大きな乾燥収縮を示したが、粉砕した炭を混合することにより収縮を押さえることが出来た。また、炭を混合することにより、悪臭成分（NH３, H２S）の吸着性能が付加されることも確認された。
キーワード：廃棄物、再生紙スラッジ、ボード、木炭で測定した。

１ はじめに
現在、膨大な量の廃棄物が全国で排出されてい２−３

プレス成形による試験体の作成る。これら廃棄物の処分は社会的に大きな関心をプレス成形によりスラッジを成形する際、各種集めている。そこで本研究では、主に埋め立て処条件による試験体の変化を調べるため、条件（脱分されている再生紙スラッジ（以下スラッジとい

水方法、スラッジの含水率、プレス圧）を変化さう）を有効利用するために、木炭等の機能性材料せて試験体を作成し検討した。

を混合して、壁材等の建築資材を開発することを目的に研究を行った１）。

金型は80mm×74mmの物を使用し、インバーターホットプレス（㈱モトヤマ製、NPa-5001）を用いてプレス成形した。成形した物の形状、乾２

燥収縮率、曲げ強度よりその性状を評価した。

実験方法

２−１

試料採取

２−４

スラッジは県内の再生紙製造工場より採取した。

木・竹炭を混合した試験体の作成

木・竹炭を微粉にし、スラッジに混合した原料

また、混合する機能性材料としての木・竹炭は、を用いて、条件（混合割合、含水率）を変化させ県内の炭製造業者より提供していただいた。

試験体を作成した。性状の評価は２−３と同じ方２−２法で評価した。

物性評価

スラッジの組成を調べるため、各種測定を行っ２−５

吸着試験た。化学組成は蛍光X線分析装置（㈱リガク製、5000mlのテドラーバック容器に、乾燥させた3270）を用いて分析を行った。Ig. lossは1,000℃試料0.5gを入れ、 窒素ガス5000mlを入れて密栓加熱での強熱原料を風乾重量基準で求めた。鉱物後、H２ S及びNH３ を加えて一定濃度になるよう組成はX線回折装置（フィリップス製、APD-15型）に調整した。残存ガス濃度の経時変化を、ガス検を用い、CuK 、30kV、20mA、走査速度1.5min

知管を用いて測定した２）。

＊
廃棄物の有効利用に関する研究（第１報）＊１ 資源環境部
17再生紙スラッジ等を原料にした機能性建築資材の開発

３ 結果及び考察
３−１

３−２

物性評価

プレス成形による試験体の作成

プレス成形による試験体の作成は、当初、スラッ採取したスラッジの含水率を測定したところ70ジに含まれる大量の水によって困難であった。し〜76％と、かなり高い値を示した。また、乾燥過かし、金網と布を併用することによって成形可能程においてかなりの体積の減少が見られた。となった。原料の上下を布、その外側をさらに金

化学組成分析の結果を酸化物に換算し、表１に網で挟み込み、金型にセットしてプレスを行うと、示す。Ig. lossが６割近くあり、その他の無機成金型の隙間より水のみが排出され、ある程度の強分が４割ほどであった。無機成分はSiO２, Al２O３,度を持った試験体が作成された。

CaO, MgOが主体であった。またX線回折図を図

原料の含水率の違いによる成形体の変化を調べ１に示す。 Calcite, Talc, Kaoliniteのピークがるため、原料に水を添加し含水率を変化させた。

観察された。

含水率を76〜90％に調整した原料より試験体を作成し、その乾燥収縮率、曲げ強度を比較したが、表１ スラッジの化学組成ほとんど変化は見られなかった。この結果より、

SiO２Al２O３CaOMgO

TiO２Fe２O３

原料の含水率の違いによって成形体に差が出るこ

17.1

11.6

8.42

3.50

0.670.46とは少ないと考えられる。ただし、原料の混合や、金型に注ぐ際などは、含水率が85％以上あった方SO３K２OClP２O５ZnO

Ig. loss

0.30

0.13

0.12

0.083

0.069

57.4が取り扱いやすいと感じられた。
プレス圧の違いによる成形体の変化を調べるた
め、原料の含水率を一定とし、プレス圧を20〜100kgf cm２の間で変化させて試験体を作成した。
成形した試験体の乾燥収縮率、曲げ強度を図２に示す。プレス圧が高いほど乾燥収縮が小さく、曲げ強度が強くなっている。しかし、プレス圧が60kgf cm２付近になると変化が少なくなっている。
また、成形直後の試験体の含水率を測定してみると、プレス圧60kgf cm２以上の物はほぼ一定であった。このことから、60kgf cm２のプレス圧をかければ脱水がほぼ限界に達し、それ以上の加圧はあ

図１

スラッジのX線回折図

まり意味が無いと考えられた。

Ig. lossの内訳としては、再生紙の製造工程において利用できなかった短いセルロースと、表面に修飾されていたCalciteのCO２ およびその他の無機鉱物の結晶水が考えられるが、化学組成の割合から見てセルロースの割合が高いことが予想された。そこでTG-DTAを測定したところ、Ig. loss中の約７割が有機物であると予想された。
スラッジの成分は、数回行った採取の間で変動が見られた。Ig. lossが52〜58％の間で変化し、化学組成、鉱物組成とも、存在する成分自体は変わらないが、存在比が多少変動した。

18

図２

プレス圧の違いによる乾燥収縮率、曲げ強度の変化

再生紙スラッジ等を原料にした機能性建築資材の開発

木・竹炭を混合した試験体の作成と杉炭を同重量スラッジに添加すると、竹炭の方試験体に機能性を付加させるために、木・竹炭が体積が小さいため、乾燥収縮防止の効果が薄く、３−３を原料に混合し試験体を作成した。木・竹炭はジョー曲げ強度は強くなる結果になったと思われる。

クラッシャー、ロールクラッシャー、高速度微粉砕機を使用して0.5mm以下に粉砕した。再生紙スラッジの量を25g、含水率85％とし、そこに炭を一定量添加して均一に混合、プレス成形し試験体を作成した。プレス圧は50kgf cm２とした。
杉炭を混合した試験体の乾燥収縮率、曲げ強度を図３に示す。杉炭の添加量が増加するに連れ乾燥収縮率が減少し、スラッジ単体では14〜17％であった収縮率が、スラッジと等量の杉炭を混合することによって２％付近まで減少した。杉の微粉
炭の添加は乾燥収縮率の減少に有効であると考え図４られる。

竹炭添加量変化による乾燥収縮率、曲げ強度の変化

しかし、曲げ強度も杉炭の添加ともに減少する傾向が見られた。これは収縮率の低下とほぼ同じ炭を混合した場合の、プレス圧の違いによる成カーブを描いた。試験体一枚あたりの曲げ強度は、形体の変化を調べるため、原料の含水率を一定と杉炭の添加量が変わってもほぼ同じであり、杉炭し、プレス圧を20〜100kgf cm２ の間で変化させの添加量が増えて収縮が小さくなった分だけ断面て試験体を作成した。混合する炭は杉炭とし、混積あたりの曲げ強度が低下している事を示してい合量はスラッジと等量とした。成形した試験体のる。このことより曲げ強度は、ボード中に存在す乾燥収縮率、曲げ強度を図５に示す。

るスラッジの体積量に比例すると考えられた。

スラッジ単体の時と同様に、プレス圧が60kgfcm２付近になると変化が少なくなっている。このことから、炭を混合した場合においても60kgf cm２のプレス圧はあまり意味が無いと考えられる。

図３

杉炭添加量変化による乾燥収縮率、曲げ強度の変化

竹炭を混合した試験体の乾燥収縮率、曲げ強度を図４に示す。杉炭の場合とほぼ同じ傾向を示したが、杉炭の場合よりも乾燥収縮率の低下が小さ

図５

プレス圧の違いによる乾燥収縮率、曲げ強度の変化（杉炭添加）

く、そのかわり同じ添加量における曲げ強度は竹炭の方が高かった。これは、竹炭の方が杉炭より密度が高いことが原因であると考えられる。竹炭19

再生紙スラッジ等を原料にした機能性建築資材の開発

３−４

吸着試験

悪臭成分の吸着性能を確認するために、H２S及びNH３ の吸着試験を行った。試料はスラッジ、杉炭、竹炭、杉炭混合ボード、竹炭混合ボードとした。混合ボードの混合割合は、スラッジと炭、等量とした。
H２Sの吸着試験の結果を図６に示す。スラッジ単体ではほとんど吸着性能を示さなかったが、炭と混合した物では杉炭、竹炭とも吸着性能を示した。このことより、スラッジに添加した場合でも、図７

炭の吸着性能が失われずに発揮されることが分かっNH３の吸着試験結果

た。
４まとめ

１）スラッジ単体でのプレス成形は可能であるが乾燥収縮率は14〜17％であった。
２）微粉炭を添加することにより乾燥収縮率が減少し、スラッジと等量の添加で２％付近まで減少した。
３）NH３ はスラッジのみでも吸着効果を示したがH２Sは添加した炭の効果により吸着効果を示した。
図６

H２Sの吸着試験結果

５参考文献

１）坂田
NH３ の吸着試験の結果を図７に示す。H２ Sの場合と比べ、スラッジ単体の物でも杉炭とほぼ同じ性能を示した。そのため、スラッジ単体、炭、炭混合ボードの３種がほぼ同じ様な推移を示し、NH３ の場合はスラッジ単体でもある程度の効果が期待出来ると考えられた。しかし、スラッジ単体の物は硬く締まり、気孔が少ないため吸着効果の持続性は低いのではないかと考えられる。

20

正, 藤田修身, 森学:

製紙スラッジの利用研究, 製紙スラッジボードの試作,

静岡県工業試験場報告（1972）, 27２）黒木幸英, 中田一則, 小田誠, 山内博利；

宮崎県工業試験場報告（1996）, 41,１