FRP漁船の炭化による有効利用に関する研究
谷F】秀樹＊・上村誠 一糾申光来要三＊＊・持田 勲＊ニ巨

＊材料科学部工業化′、ミチ：グループ・⇒こ：リL州大ノ、）ノニ先導物質化ノ、うご二研究所

ImprovementofcarbonyieldofFRPbytwostepscarbonization
HidekiTANIGUCHI・SeiichiUEMURA＊＊。YozoKORAl＊＊・lsaoMOCHIDA＊＊

MatcrialScienceandTechnologyDivision＊。Inst・OfMatcrialChemistryandEngineerlng，KyushuUniv・＞1く弓こ
要旨
漁船等に用いられている，処分の匝難なFRP（ガラス繊維強化プラスチック）のリサイクル方法として炭化し子毎洋生物が付着しやすい漁礁・塵礁として再利用するノノ▲法を提案している．この炭化研究は水亮けからの委託を受けて行／」ており、関係機関と連携して，プロジェクト全体では尖証炉試験を行い，尖用化を目指している．当センターでは研究課題の 一つである炭素収率向上技術を分担している．

本研究では炭素収率の向上方法として2段炭化方法を試みた．その結果，1段臼を空気中3（）0℃の条什にしたところ，炭素収率の向卜および炭化反応時の変形の抑制が図れた．

1． 背景と研究目的

による rRP船処理事業を県内で立ち上げることをしJ繊維強化プラスチック（rllP）はガラス繊維とマトリ研究をスタートさせた．既に，著者らはFRl）を不満性

的に，1センター鵬では平成‖年度より，FRP炭化処理

1．1．背景ックス樹脂から構成される複合材料であり，高強度，器囲気で炭化することにより，マトリックス樹脂から高耐久かつ軽量のため，漁船などの船舶や航空部材等生成する炭素がガラス繊維をコーティングした炭素被に幅広く利用されている．

庵ガラス繊維成型体が得られることを見出し，生物が人分県内には製造トン数において日本品人の FllP

イ、J▲着しやすい魚礁としてリサイクルするシステムを提案している川〉（2）船製造メーカーである東九州造船株式会社（臼杵市）を始めとする地場のFRP船製造業やヤンマー造船株式

現在では（独）水産総合研究センター（旧水産ノ用干究会社（東国東郡武蔵町）や日産マリーン株式会社（東国所）からの委託を受東郡安岐町）といった進州企業があり，小型び）プレジャ

究所や九州大学，福岡県リサイクル総合研究センターー

けて，同研究センター永存二1ニノ羊研ー→ポーートから100トンを超える大型漁船まで製造している．

しかし，近年の漁獲高の減少や輸入晶の拡人ク 景気の低迷等に上／〕て，新規造船数は減少（製是品川卜荷室軋‡‖：744，H6：812，H‖：762 千万円），ヰ業所数の減少（王‖：24，H2：20，If3：】7事業所）∴従業日数の減少（Hl：443，H6：403，王ill：55S人）となり，活気が失われつつある．
また，FRl〕船は耐久年数♂）過ぎた船体慣処分が人きな聞題となっている．FRf）漁船は産業廃棄物として管理型最終処分場に埋設するょうになっているが，人型

卜ig．L 実証炉試験装荷の船を小ノ1￣に砕かなければならないこと等から，処分所在地：福l刷牲ノサイクル総合研究センター実話1三試験地（北九州市エコ舛レ【句∴北九州在韓松区向洋町）
炉内寸法：l」61Il，仙2．5fl㍉H釦1が進んでおらず，新造船建造の足かせとなっていると
吉才つれている．
そこで，最rl【？瀾＿度：ミ〕500〔こFRP製造業の清性化策としてFRP製造業

雰囲気制御：窒素等

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海洋ノJく産システム協会等〝）他機関らと連携して研究課†対等しと．昇渥速度はすべて50てン11仇汀とした．炭素題を分押することによって，センター単独では国難な収率は（才芸化FRP重量 ガラス繊維重遥）′（FRP屯竜ガラス繊維重量）＊100」として求めた．白蓮による形人型び〕実証試験を行っている．
実証試験は北ノL州rfrTニ1タウン地区の福岡県リサ状維持性のノ実験では試料げ）一三F〜−さ…；を高さ30mnlの位吊に

イクノレ総合研究センタい尖如拙検二〕ニリアに設置した同定し，［由なもう 一端け）†＼ 落木Lヨリ空を測定し，底面に宣ごRPノFr炭化実証仙骨湾口傷L6nl，W2，5†11，ⅠほTTl）を用い接触したときを−100％，と定義tノた．去た，第1」昔Rのて∴夫用化に向けた研究を進めrごいる．実証炉概観をみグ）反応を行い，収ヰ1F【ミPからの収率），元素分析，Fig．1に示す。具休的な掩割増目性席題頂張化条件（戸■′う壱

赤外分光分析をイf／〕た．

化甘度，穎渦速度）雰阿気ガス流速ノ甘即埴土）や炭化3．結果と考察

物の利川方法′プ7を倹討しノている．

本研究に川いたFRPジ〕ガラス含ヰ］ ヰiは36．り（シムである．
Fig．3−1に形状維持性検討実験の状灘（反応前）をホす．

2．2。研究「川勺FRl㌧けの一端を固定し）反応条件によって，固定され当センター→でけ二rRPノ■J‡化技術の中核である，炭化条件の検討を分jl＝ノている．現在の炭化技術の課題崗ていない手前側がどの程度垂れ下がるか，検討Lた．

FRP抜き化物〔7川叉ヰi♂）向上であそ．

ト1ig．うー2 には品も形状維持性に優れた炭化条件（1段「］＝空気中300℃ヱ時間十2段口＝窒素中600て二2柑鞘

一般的に有機物（二の研究では不飽和ホリコニステルで′r■ノミ化した後び〕状況をホす樹脂）を窒素など明小骨刑な雰脚気卜で加熱すると，Fig．4に炭化条件と変ノ†弓率及び炭素収率の関係をホ分1て一結令が裾合してノ炭素に変化する反応（重合反応）と分子結合が切断Lてガスやタール状椚低分子化する反す．竿素車300℃では変形しないが，325℃で，底面去ノ志（分解反応）が同時に進そナチ￣ろ．この相反するノ叉ノ志ので変形したト1（）0％）．窒昇い600〔ニcの1段階反応では炭

是は界温速度や炭化温度や矧ノ暇モガスの状態等に上っ

素収＊は7％であった．また室素け＝段臼を250℃2て，増減する。

時間とLたとき，300OC5日さ相月としたときの炭素収率

本研究では目上卜多くの炭素を得るたれ牲■ジミ化条件
としてJ■Jこ化反応を2段階にわけ，1段目浩虜埴気を′∠二空気とL，炭素収率「1甘tとその反応町解析を試薄た．

2． 実験
試料宜＝潤Pは廃FRP漁、舟細枠棉150咋9」1製造，トン数4．93トン）から切り出したものをJ針いた．FRP小げ〕
ガラス了キイJ∵量は空気【1−わ50ごtニで燃焼Lたとき町技洒遠

から求めた．炭化実験は管状かおょびガス帯換型マッFig。；i−1形状維持検討美働前の様］三＜プル炉で行っ1ヒ．2信雄軋反止では第上段二］を空気雰囲
気あるいご−L窒素雰圃気下で25が二〔二かレ：J350ごCまで変化させ∴日用は沃いは5時聞保持1ノた．昔‡2j＝封けぐうこ室
素雰囲気Lいで600√てこにおいて2捏晶〜J保持Lた．流量烏／†でこ聴かのときほ二 川鋸砧！1Ⅷ1．，マップル炉のとき掟
1L′i11in．とLた。＝段階反応て烏こ朗）0こcにおいて2＝古間Fig．3−2 ナ捌犬維据鋸寸尖験後〝）様子
反応条什 1上＝う之：ノ∠：L三気小300℃2時限㌢投：突素ヰ600て二2町7‡J
変形を抑臣できていることがわかる

m嵐2 t品験に∬いた廃船
9日

はそれぞれ6％，，7−H，であ／Jデこ．これらはいずれ章〕紙面まで変形し，形状維持はできない．
これに対しrご斉亨1段階を空気中275℃2時間，300℃

2時吼 325℃2時間，275℃5時間保持した後，窒素に置換し，600℃で炭化したときの炭素収率はそれぞれ，2％，11％，5％，2％となり，空気中〕00℃宅素車
600℃の2段階反瓜こよって，11％の炭素収率を得るこ

250 275 封）0 325 二う50
「Tig．511段口生成物の元素分析結果（窒素小）90「 25瓢＼、0685＼胤＼＼﹇㌔﹈掛空尉80

風、＼＼＼−億−′ご；； 。

00ヰトH

lO計0」。

65
250 275 300 325 350

ng．52 ユ段目隼成物のフセ素分析結果（空気中）化を調ノヾるためにノ亡案分析を行った．Fig．5−1に窒素中

阜堀船・＝・＝

空言︑き畔力付爵ぎぎγ⁚ト︵く︵冬J／．† ：、＿ ∴ン・空︑ぎぎ㌔ぎ＝︑﹂︵＼㍉〟へ与摩繍ナ居ぎ阜解繍十草蜜 ぎ1︑︑．

碁頗瞥

糠 糠

次に300℃温度前後♂）l段口生成物の分子構造的変での第1段階生成物のノこ素分析結果を示す．同様に

Fig．5−2に空気中での第1段「借生成物の元素分析結果を示す，窒素中では反応温度び）上昇とともに，生成物巾の酸素濃度は急激に減少しているのに対し，空気中では緩やかな減少に留ま／〕ている．空気中での反応では，反応によって樹脂申軋酸素がCOやCO2等となって，失われると同時に酸素に上る架橋反応が進行し，構造「「1に酸素が取り込まれているためと考えられる．

尊 母 母 尊 母（＼ノトイ「＼ノへへ「ig．6に窄素中∴生気L「Jで♂〕FTIlミうH「「の結果をホす．

Fig．4 ノ完化条什と炭素収ヰ及び変形率♂）関

N235∩て：係．

N2325て：′′、J［＝コ 変形率［＝：］炭素収率

N2300℃＼＼ へ＼＼一一一￣ノ、、ヽへ′√一肝 ■√【「椚−、UUudモOSヱ璃v「（㌫N227ごi〔ノC㌦￣〉￣仲Ⅳ、′叫、【〝二一−「¶＼／ノーとができた．しかしながら，最適渥度以外では，逆にノ■蒜素収率を低下させることになった．窒素しj」ぴ〕加熱では 変形したが，空気中の反応を＝針二Jに行うことに上り，炭素収率最人である空気中3PO℃2吋珊匪嘱宜N2250℃

窒素，空気「F1とも反応泥度が上昇するに従い，Ai†−325

虻iF「3ロロ℃、〉＼へ／＼＼−¶／ノノ／、′「／＼ノへ∴ハハtへノ＼「−＼へし㌦＼い√＼ニ＝∴′＼J㌧

長話／露p ㌦ノ、、−㌦√−ハ＼√ノ1蒜七所産脱水ノ叉

応や熱分解反応等によ／）て壷竜が減少するが，窒素「‡1＼ノr、′、＼しノ【、′」、＼（／＝TT†「T r「「「 r ▼Tr」】rlll

け＼／＼し′／／＼ノ

丁 「一丁【￣■「「■ll Fll 「丁十「1では緩やかに減少ナるのに射し酸素中一ごは275℃から∽：泊地こ・柏） 3珊 誹） 280￠ 2∝追 2嘲 ㌶∝〉 2（鰍】 ほ00 1舶￠1槻 12∝）1∝氾 粥￠

325℃にかけて酸化分解によって大きく減少している．

）ミI（析分光外赤の物成生目段16．giF

WaVe num［）erしCmlJ

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もノ＼il事350て：＼Flig．2に窒素中および空気中の箱1段周明収率を′」ミす．

＼ノ￣ J〜、・h一一▼ ／【←−〉−−−V＼＼′一−【￣ 」 】〜▼▼〜¶¶

瓦iF苫75℃＼、）、ノ←＼ノ／では変形が姑小（−19％，）であった．

ニ｛、−ヽ謝辞

窒素中では300℃において脱水素反応によるものと思

本研究の ■部は水底け平成15隼度自然との共／巨プ

われるにC＝0の生成が1776cm1に見られるが，空気ロジェクト技術開発委託事業」によって行われた．

して」では250〔Cにおいて既に同様C＝0の生成が見られ，1949cm￣】にCⅣ＝Cの形成，3000cm▲tにC−Hが形成されており，空気中では窒素中に比べ（株）江原造船鉄工所（東国東郡回見町），乗九州造船，より低温で不飽和（株）（「二1杵市），（有）酒家造船所（南海部郡），ヤンマーー造

ポリエステル樹脂の構造が変化している．

船（株）の各祉には，当センター実験室研究やFRP試料

これらの結果から，窒素中300（Cを超えた温度でのについて，ご協力頂いた．

反応では脱水素反応等によって不飽和ポリエステル樹

福岡県リサイクル総合研究センター

脂が3次元網首構造を維持したまま，断片化が進行し，，西日本環境エネルギー血株式会社，（株）江原造船鉄工所には実詭炉試

縮合しにくくなるのに対し，空気中300℃までの反応

験について，ご協力頂いた．

では酸素による架橋結合や酸化分解反応等が起こり，（朴）海洋水岸システム協会について，廃FR♪船解体

いったん3次元網口構造を解裂した後，新たに架橋反に関する経主剤、生検討について，ご協ノ」頂し、た．

応や縮合反応を進めるために，炭素収率が向上しそれ（狐）水岸総合研究センター水産工学研究所，九州大に伴って形状維持仰が向上したものと思われる．空気学先導物質化学研究所には，研究全般に関して，ご協■1J275℃では，ポリマー鎖が解裂されるが，新たに架力頂いた．
上記の関係機関等に謝意を表します．

橋が生成しないため炭素収率が低いと思われる．

3．結論と今後の方針
木研究ではFRP炭化反応における変形抑J芦二および炭素収率有上には1段Rを空気中300〔Cとし，2段目を窒素中600℃とする2段炭化反応が有効であることが示された．

その反応をノ亡素分析および赤外分光分析によって1段口生成物の分r−構造を解析すると，酸素による架橋が生成しているために熱分解しにくい構造に変化し，より変形しにくくかつ炭素収率が向上したと考えられる．

今後，〕1」センターーでは，この反応条件を尖証炉試験に適用するために，反応雰囲気中の酸素濃度♂）最適化や雰囲気ガスの流速等の詳㈲を検討していく．

また，プロジェクト全体としては，FRP炭化物の尖海域での生物親不両、生や漁礁。藻礁としで性能試験，経済性に関する試算，FRP炭化物の吸着性能を利用した沖化材の開発等をそれぞれの機関が進め，早期の実甘化を［け旨す．当センターとしては，さらに，県内企業がFRP処理事業に取り組めるよう技術を移転してい∴参考文献（1）持町熱，光来要∴ 上村誠t，谷【j秀樹，海洋水産エンジニアリング12（200往 P．48
（2）抑l秀樹，光来要∴1二村誠一，持州勲，第27回
炭素材料学会年会要旨集（2000），P．182

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