JP2004003108A - 硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製紙スラッジから効率的に硬化体を量産できる硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置を提供する。
【解決手段】硬化体の製造装置は、製紙スラッジを調整しスラリー１４を生成する原料調整機構１０と、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにてスラリー１４から抄造された抄造体を転写し、搬送する搬送ベルト２３を備える抄造機構２０と、反転装置４０と、抄造体を加圧して脱水を行うプレス機５０と、乾燥機６０とからなる。フェルトから成る搬送ベルト２３の裏面に吸引ボックス２４を設けて、真空ポンプ１７で吸引して脱水を行う。このため、効率的に抄造体中の水分を減らすことができる。
【選択図】 図３
【解決手段】硬化体の製造装置は、製紙スラッジを調整しスラリー１４を生成する原料調整機構１０と、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにてスラリー１４から抄造された抄造体を転写し、搬送する搬送ベルト２３を備える抄造機構２０と、反転装置４０と、抄造体を加圧して脱水を行うプレス機５０と、乾燥機６０とからなる。フェルトから成る搬送ベルト２３の裏面に吸引ボックス２４を設けて、真空ポンプ１７で吸引して脱水を行う。このため、効率的に抄造体中の水分を減らすことができる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、製紙スラッジを板状に固めてなる明度の高い硬化体を量産できる硬化体、硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の観点から、種々の産業廃棄物の有効利用が検討されている。例えば、これまで森林資源を大量に消費してきた建築産業においては、建築資材を新たに産業廃棄物に求めることにより、森林資源の消費量を抑えることが提案されている。一方、従来使用していた無機ボード、例えば、珪酸カルシウム板、パーライト板、スラグ石膏板、木片セメント板および石膏ボード等について、その低コスト化並びに高機能化を実現が求められている。
【０００３】
本発明者らは、紙の製造後に発生する製紙スラッジを脱水プレスした後、乾燥することで硬化させ、建築用パネル等として有効に利用し得る硬化体の製造技術を特願平１０−３５２５８６号として提案している。
【特許文献１】特開平１０−３５２５８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記特許において、製紙スラッジを硬化させることで硬化体が得られることを示したが、採算に合うよう硬化体を製造し得るものではなかった。実際に硬化体を量産するためには、先ず、得られた水分を大量に含む抄造体から徐々に水分を減らして行くための技術の確立が必要となった。
【０００５】
また、製紙スラッジは、インクやパルプ不純物の影響で着色しており、脱水プレス法では、硬化体の中に不純物がそのまま残留し、硬化体の明度が低下してしまい、着色したり装飾できないという問題がみられた。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産できる硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置を提供することにある。
【０００７】
また、他の目的は、明度の高い硬化体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明の硬化体は、製紙スラッジを抄造し、硬化させてなり、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａのそれぞれの酸化物からなる無機非晶質体中に多糖類からなる有機質繊維状物および炭酸カルシウムを含有してなる硬化体であって、前記硬化体中のＣａ、Ａｌ、Ｓｉの量が、それぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５に調整された硬化体である。この硬化体の明度はＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ５以上である。
【０００９】
請求項１の硬化体の製造方法は、製紙スラッジを含む原料溶液を網状体からなる回転ドラムを用いて抄造し、該回転ドラム面に製紙スラッジの抄造体を付着させると共に、この抄造体を連続気孔を有する多孔質体の搬送ベルトへ転写し、該搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水した後、所定の大きさに切断し、抄造体を硬化させて製紙スラッジの硬化体を得る。搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水するため、効率的に抄造体中の水分を減らすことができ、硬化体を量産することが可能となる。
【００１０】
網状体の回転ドラムを利用し抄造して硬化体を製造しており、網目から不純物が脱落するため、不純物を低減させることができ、明度を高くすることが可能である。また、炭酸カルシウムを含有してなる硬化体であって、前記硬化体中のＣａ、Ａｌ、Ｓｉの量が、それぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５に調整されてなるため、Ｃａ成分が多くなり、明度が向上する。また、強度、釘打ち性能も高いからである。このため、硬化体の明度としては、ＪＩＳ Ｚ
８７２１の規定に基づく値でＮ５以上にできる。
【００１１】
なお、ＪＩＳ Ｚ ８７２１は、理想的な黒の明度を０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明度と白の明度との間でその明るさの知覚が等歩度となるように各色を１０分割し、Ｎ０からＮ１０の記号で表示したものである。実際の明度の測定は、Ｎ０からＮ１０に対応する色票と対比する。この場合の少数点１位は０または５とする。硬化体の明度としては、ＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ５以上にできるため、着色や装飾を施すことが可能になる。
【００１２】
前記炭酸カルシウムの結晶習癖は、紡錘状、角状、薄卓状、立方体または柱状から選ばれる少なくとも１種以上の形態であることが望ましい。白色度が高く、角を持つため繊維にからまり抜け落ちにくく抄造でも硬化体に取り込めるからである。
【００１３】
前記製紙スラッジセメントを添加する場合は、その含有量は３０重量％以下であることが望ましい。製紙スラッジセメントの含有量が増えると、明度が低下するからである。また、セメントの添加で強度も低下することが認められるからである。
【００１４】
なお、特開昭５５−１２８５３号には製紙スラッジをワイヤープレスして、脱水し、ホットプレスする技術が開示されている。しかしながら、この当時のスラッジは、１９７９年発行の「静岡県製紙工業試験場報告」によれば、ＣａＯ換算で２．６重量％程度しかなく、強度が十分ではない。また、抄造ではないため、多量の不純物を含み、結局明度が低い。
【００１５】
また、特公昭５７−１９０１９号には、製紙スラッジと、モンモリロナイトとの混合物をプレス成形したものであるが、当時の製紙スラッジとしてＣａ成分が少なく、また、Ｃａ系結晶ではなく、圧縮強度などが劣る。特開昭５０−１０１６０４号には、製紙スラッジと疎水性繊維とを混合し、結合剤を加えたボードを開示している。しかしながら、当時の製紙スラッジとしては、Ｃａ成分が少なく、また、強度も曲げ強度で２．５ｋｇ／ｃｍ２であり、複合化して強度の高いものでも、１５ｋｇ／ｃｍ２程度しかなく、本発明の方がはるかに優れている。特開昭５２−９０５８５号では、製紙スラッジの表面をパラフィン処理したものが開示されているが、当時の製紙スラッジとしては、Ｃａ成分が少なく、強度に劣ると考えられる。また、いずれにせよ、抄造法ではないため、多量の不純物を含み、結局明度が低い。
【００１６】
また、網状体の回転ドラムを利用し抄造して硬化体を製造しており、網目から不純物が脱落するため、不純物を低減させることができ、明度を高くすることが可能である。
なお、特開昭４９−１１４６２８号では、３％の希釈された製紙スラッジとセメントの混合物を回転ドラムで抄造し、このドラム面から帯状毛布上に転写されて、脱水プレスされ、さらに巻き取りロールで層厚を増大させたあと、切断されてコンベア搬送される技術が開示される。
しかし、この技術ではＣａＯの比率が小さく、明度が低下する。また、セメントが５５％以上含まれており、やはり明度の低下要因となる。
また、特開昭５９−１５６９５６号では、丸金網を使用した抄造法を開示するが、１枚づつマットを抄造し、多層化するものであり、効率が悪い。
【００１７】
請求項２の硬化体の製造方法は、製紙スラッジを含む原料溶液の濃度が、固形分０．５〜２５重量％であるため、製紙スラッジからの抄造性を向上させ、効率的に硬化体を量産することができる。即ち、濃度が０．５％未満では、効率的に原料溶液から網状体からなる回転ドラムを用いて抄造することができず、２５％を越えると、製品の均一性が低下するからである。
【００１８】
請求項３の硬化体の製造方法では、搬送ベルト上の抄造体を切断用回転ドラムに転写させながら多層化し、多層化させた抄造体が所定厚さに達した段階で切断する。このため、均一な厚みの抄造体を連続的に成形することができる。
【００１９】
請求項４の硬化体の製造方法では、切断した抄造体をさらに多層化した後、加圧プレスする。このため、必要とする厚みの硬化体を容易に製造することができる。
【００２０】
請求項５の硬化体の製造方法では、加圧プレスを１０〜２５０Ｋｇ／ｃｍ２で行う。加圧プレスを１０Ｋｇ／ｃｍ２未満で行うと、必要とされる強度を得ることができない。一方、２５０Ｋｇ／ｃｍ２を越えて加圧プレスしても強度を高めることができず、プレス装置が大型化・高価格化するからである。また、搬送ベルトでも搬送しながら、脱水する際に不純物やインクなども除去できるため、明度を上げるためには最適である。
【００２１】
請求項６の硬化体の製造装置は、製紙スラッジを含む原料溶液を抄造し、表面に製紙スラッジの抄造体を付着させる網状体からなる回転ドラムと、回転ドラムの表面に付着した抄造体を転写して、搬送しながら脱水する多孔質体の搬送ベルトと、搬送ベルトを搬送された抄造体を所定の大きさに切断する切断装置と、切断された抄造体を硬化させて製紙スラッジの硬化体を得る硬化装置とを備える。搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水するため、効率的に抄造体中の水分を減らすことができ、硬化体を量産することが可能となる。また、網状体からなる回転ドラムを用いるため、原料溶液から抄造体を連続して抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。また、網状体の回転ドラムを利用し抄造して硬化体を製造しており、網目から不純物が脱落するため、不純物を低減させることができ、明度を高くすることが可能である。
【００２２】
請求項７の硬化体の製造装置は、回転ドラムの回転速度が１〜１００回／分であるため、原料溶液から抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。ここで、回転ドラムが１回転／分よりも低いと、抄造効率が低い。一方、回転数が１００回転／分を越えると、均一な厚みで抄造体が出来にくくなる。
【００２３】
請求項８の硬化体の製造装置は、回転ドラムを搬送ベルトに沿って複数個併設し、当該搬送ベルトに多層化させながら抄造体を転写する。このため、原料溶液から抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。
【００２４】
請求項９の硬化体の製造装置は、回転ドラムが♯４０〜１５０の網目構造を有する。このため、原料溶液から抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に密度の高い硬化体を量産することが可能となる。ここで、♯４０よりも網目が荒いと、原料溶液から無機非結晶体のみが抜けて硬化体の密度及び強度が低下する。一方、♯１５０よりも網目が細かいと、水分の抜けが悪くなり、原料溶液から抄造体を高効率で抄造できなくなる。
【００２５】
請求項１０の硬化体の製造装置は、搬送ベルトの搬送速度が５〜８０ｍ／分であるため、原料溶液から適度な厚さの抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。ここで、搬送速度が５ｍ／分よりも低いと、抄造体を厚く抄造できる反面、抄造効率が低い。一方、搬送速度が８０ｍ／分を越えると、抄造体が薄くなり、均一な厚みにし難くなると共に、抄造体が切れることがある。
【００２６】
請求項１１の硬化体の製造装置は、切断装置が抄造体を転写させながら多層化する切断用回転ドラムから成る。そして、切断用回転ドラム表面の多層化させた抄造体が所定厚さに達した段階で、押出機構を作動させ、溝に対応する位置で抄造体を切断する。このため、均一の厚みの抄造体を効率的に生成することができる。
【００２７】
請求項１２の硬化体の製造装置は、切断装置が、切断用回転ドラムにて一端の切断された抄造体を一定間隔で切断する刃を備える。このため、効率的に所定長の抄造体を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
ここでは先ず、後述するこの発明の複合硬化体の製造方法で製造する複合硬化体の構造について、図１の模式図に基づき説明する。この複合硬化体１は、２種以上の酸化物の系からなる無機非晶質体２を含み、該無機非晶質体２中に有機質繊維状物３が混在してなることを基本とする。ここでいう２種以上の酸化物の系からなる無機非晶質体とは、酸化物（１）−酸化物（２）・・・−酸化物（ｎ）系（但しｎは自然数であり、酸化物（１）、酸化物（２）、・・・酸化物（ｎ）は、それぞれ異なる酸化物）の非晶質体である。
【００２９】
このような非晶質体は、正確な定義づけが困難であるが、２種以上の酸化物を固溶あるいは水和反応等させることにより生成する、非晶質の化合物であると考えられる。このような無機非晶質の化合物は、蛍光Ｘ線分析により、酸化物を構成する元素（Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎから選ばれる少なくとも２種以上）が確認され、Ｘ線回折による分析のチャートでは２θ：１０°〜４０°の範囲でハローが見られる。このハローは、Ｘ線の強度の緩やかな起伏であり、Ｘ線チャートでブロードな盛り上がりとして観察される。なお、ハローは半値幅が２θ：２°以上である。
【００３０】
上記複合硬化体１は、まず無機非晶質体２が強度発現物質となり、しかも有機質繊維状物３が無機非晶質体２中に分散して破壊靱性値を改善するため、曲げ強度値や耐衝撃性を向上させることができる。また、強度に異方性がなく、均質な硬化体が得られる。さらに、非晶質体であるため、低密度で充分な強度が得られるという利点もある。
【００３１】
なお、上記非晶質体が強度発現物質となる理由は定かではないが、結晶質の構造に比べてクラックの進展が阻害されるためではないかと推定される。また、結晶質中に比べて非晶質中の方が繊維状物が均一に分散しやすいことから、破壊靱性値も向上すると考えられる。その結果、釘を打ち込んだり貫通孔を設けても、クラックが生じないために、建築材料などの加工を必要とする材料に最適なものとなる。
【００３２】
ここで、酸化物としては、金属および／または非金属の酸化物を使用でき、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯ、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯから選ばれることが望ましい。とりわけ、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系またはＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−酸化物系からなる非晶質体、もしくはこれら非晶質体の複合体が最適である。なお、後者の非晶質体における酸化物は、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯを除く金属および／または非金属の酸化物の１種以上である。
【００３３】
まず、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系からなる非晶質体は、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯの各成分の全部または一部が互いに固溶あるいは水和反応などにより生成する非晶質構造を有する化合物である。すなわち、Ａｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ 、ＳｉＯ２ とＣａＯ、Ａｌ２ Ｏ３ とＣａＯ、そしてＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯの組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物のいずれかを含むと考えられる。
【００３４】
このような無機非晶質の化合物は、蛍光Ｘ線分析により、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａが確認され、Ｘ線回折による分析のチャートでは２θ：１０°〜４０°の範囲で上記ハローが見られる。
【００３５】
また、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯ以外に少なくとも１種の酸化物を加えた系、つまりＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−酸化物系からなる非晶質体は、上記Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系での組み合わせ以外に、Ａｌ２ Ｏ３ と酸化物、ＳｉＯ２ と酸化物、ＣａＯと酸化物、Ａｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ と酸化物、ＳｉＯ２ とＣａＯと酸化物、Ａｌ２ Ｏ３ とＣａＯと酸化物、そしてＡｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ とＣａＯと酸化物の組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物のいずれかを含むと考えられる。
【００３６】
なお、前記酸化物が２以上、つまり、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−酸化物（ｎ）系（ｎは２以上の自然数）の非晶質体であれば、これらの酸化物、例えば酸化物（１）、酸化物（２）・・・酸化物（ｎ）（ｎは２以上の自然数で、酸化物（ｎ）は、ｎの値が異なればそれぞれ異なる酸化物を意味し、かつＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯを除いたものである）のそれぞれから選ばれる少なくとも２種の組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯから選ばれる少なくとも２種の組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物、さらに酸化物（１）、酸化物（２）・・・酸化物（ｎ）（ｎは２以上の自然数）のそれぞれから選ばれる少なくとも１種と、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯから選ばれる少なくとも１種との組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物のいずれかを含むと考えられる。
【００３７】
このような無機非晶質の化合物は、蛍光Ｘ線分析により、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａに加えて、酸化物を構成する元素（Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎから選ばれる少なくとも２種以上）が確認され、Ｘ線回折による分析のチャートでは２θ：１０°〜４０°の範囲で上記ハローが見られる。
【００３８】
ここで、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯと組み合わせる酸化物は、１種または２種以上であり、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯを除く金属および／または非金属の酸化物を使用でき、例えばＮａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯから選ぶことができる。この選択は、複合硬化体に期待する特性を基準に行うことができる。
【００３９】
例えば、Ｎａ２ ＯまたはＫ２ Ｏは、アルカリなどで除去できるため、めっき処理に先立って除去処理を行えば、複合硬化体表面の被めっき面が粗くなってめっきのアンカーとして作用させることができる。
ＭｇＯは、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯと固溶して強度発現に寄与し、曲げ強度や耐衝撃性を大きく改善する。
Ｐ２ Ｏ５ は、骨との癒着を助けるため生体材料（人工歯根、人工骨）に使用する場合は特に有利である。
ＳＯ３ は、殺菌作用があり抗菌建築材料に適している。
ＴｉＯ２ は、白系着色材であるとともに、光酸化触媒として作用することから、付着した有機汚染物質を強制的に酸化でき、光を照射しただけで洗浄できるという自浄力のある建築材料、あるいは各種フィルター、反応触媒として使用できるという特異な効果を有する。
ＭｎＯは暗色系の着色材、Ｆｅ２ Ｏ３ は明色系の着色材、ＺｎＯは白系の着色材として有用である。
なお、これらの酸化物は非晶質体中にそれぞれ単独で存在していてもよい。
【００４０】
上記非晶質体の組成物は、それぞれＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯに換算して、Ａｌ２ Ｏ３ ：複合硬化体の全重量に対して３〜５１重量％、ＳｉＯ２ ：複合硬化体の全重量に対して６〜５３重量％およびＣａＯ：複合硬化体の全重量に対して６〜６３重量％、望ましくは８〜６３重量％で、かつそれら合計が１００重量％をこえない範囲において、含有することが好ましい。
【００４１】
なぜなら、Ａｌ２ Ｏ３ の含有量が３重量％未満あるいは５１重量％をこえると、複合硬化体の強度が低下し、また、ＳｉＯ２ の含有量が６重量％未満あるいは５３重量％をこえても、複合硬化体の強度が低下する。また、ＣａＯの含有量が８重量％未満あるいは６３重量％をこえてもやはり複合硬化体の強度が低下するのである。
【００４２】
さらに、酸化物に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２ の比率を０．２〜７．９、ＣａＯ／Ａｌ２ Ｏ３ の比率を０．２〜１２．５に調整することが、強度の大きい硬化体を得るのに有利である。
【００４３】
前記ＣａＯ／ＳｉＯ２の比率は、０．２を超え７．９以下、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２を超え１２．５以下が最適である。なお、これら、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉの量（ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２ 換算量）は、複合硬化体中のＣａ、Ａｌ，Ｓｉの全量であり、たとえばＣａであれば、炭酸カルシウムおよび無機非晶質体中のすべてのＣａの量をいう。
【００４４】
また、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯ以外の酸化物として、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯのうち１種または２種以上を含有する場合、各成分の好適含有量は次のとおりである。なお、これら酸化物の合計量は、１００重量％を越えないことはいうまでもない。
これら酸化物の含有量を上記範囲に限定した理由は、上記範囲を逸脱すると複合硬化体の強度が低下するからである。
【００４５】
なお、非晶質構造か否かは、Ｘ線回折により確認できる。すなわち、Ｘ線回折により２θ：１０°〜４０°の領域でハローが観察されれば、非晶質構造を有していることを確認できる。なお、この発明では、完全に非晶質構造となっているもの以外に、非晶質構造中にＨｙｄｒｏｇｅｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ 、Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ 、Ｚｅｏｌｉｔｅ 、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ，ｓｙｎ 、Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ 、Ｍｅｌｉｔｉｔｅ、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ 、ｔｏｂｅｒｍｏｒｉｔｅ 、ｘｏｎｏｔｌｉｔｅ 、ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅや、ＳｉＯ２ 、Ａｌ ２ Ｏ３ 、ＣａＯ、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯなどの酸化物、そしてＣａＣＯ３ （Ｃａｌｃｉｔｅ ）などの結晶体が混在していてもよい。
【００４６】
これら結晶体は、それ自体が強度発現物質になるとは考えられないが、例えば、硬度および密度を高くして圧縮強度を改善したり、クラックの進展を抑制するなどの効果があると考えられる。なお、結晶体の含有量は、複合硬化体の全重量に対して０．１〜５０重量％であることが望ましい。なぜなら、結晶体が０．１重量％未満では、硬度および密度を高くして圧縮強度を改善したり、クラックの進展を抑制するなどの効果が十分得られず、逆に５０重量％を超えると、曲げ強度低下を招くからである。
【００４７】
ちなみに、上記Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ 系の結晶性化合物がＨｙｄｒｏｇｅｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ 、Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ 、Ｚｅｏｌｉｔｅ 、Ａｌ２ Ｏ３ −ＣａＯ系の結晶性化合物がＣａｌｃｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ 、ＣａＯ−ＳｉＯ２ 系の結晶性化合物がＣａｌｃｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系の結晶性化合物がＧｅｈｌｅｎｉｔｅ，ｓｙｎ 、Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ であり、またＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−ＭｇＯ系の結晶性化合物がＭｅｌｉｔｉｔｅ、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ である。
さらに、上記結晶体としてはＣａを含むものが望ましく、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ，ｓｙｎ （Ｃａ２ Ａｌ２ Ｏ７ ）、Ｍｅｌｉｔｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ（Ｃａ２ （Ｍｇ０．５ Ａｌ０．５ ）（Ｓｉ１．５ Ａｌ０．５ Ｏ７ ））、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ （Ｃａ２ （Ｍｇ０．２５Ａｌ０．７５）（Ｓｉ１．２５Ａｌ０．７５Ｏ７ ））、Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ，ｏｒｄｅｒｅｄ（Ｃａ２ Ａｌ２ Ｓｉ２ Ｏ８ ）、炭酸カルシウム（Ｃａｌｃｉｔｅ ）を含有していても良い。
【００４８】
またこの発明の製造方法で製造する複合硬化体では、少なくとも２種以上の酸化物の系からなる非晶質体中に、ハロゲンを添加してもよい。このハロゲンは、固溶体、水和物の生成反応の触媒となり、また燃焼抑制物質として作用する。その含有量は、０．１〜１．２重量％が望ましい。なぜなら、０．１重量％未満では強度が低く、１．２重量％を越えると燃焼により有害物質を発生するからである。ハロゲンとしては、塩素、臭素、フッ素が望ましい。
【００４９】
同様に、炭酸カルシウム（Ｃａｌｃｉｔｅ ）を添加していてもよい。炭酸カルシウムそれ自体は強度発現物質ではないが、炭酸カルシウムの周囲を非晶質体が取り囲むことにより、クラックの進展を阻止するなどの作用により強度向上に寄与すると考えられる。この炭酸カルシウムの含有量は、複合硬化体の全重量に対して４８重量％以下が望ましい。この理由は、４８重量％を越えると曲げ強度が低下するからである。また、０．１重量％以上が望ましい。０．１重量％未満では、強度向上に寄与しないからである。
【００５０】
さらに、結合剤を添加することも、強度のさらなる向上や、耐水性、耐薬品性および耐火性の向上に、有利である。この結合剤としては、熱硬化性樹脂および無機結合剤のいずれか一方または両方からなることが望ましい。熱硬化性樹脂としては，フェノール樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂から選ばれる少なくとも１種以上の樹脂が望ましい。無機結合剤としては，珪酸ソーダ，シリカゲル及びアルミナゾルの群から選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。
【００５１】
次に、この発明の複合硬化体の製造方法において無機非晶質体中に混在させる有機繊維状物は、多糖類からなる有機質繊維状物を使用する。なぜなら、多糖類にはＯＨ基が存在し、水素結合によりＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ またはＣａＯの各種化合物と結合しやすいからである。
【００５２】
この多糖類は、アミノ糖、ウロン酸、デンプン、グリコーゲン、イヌリン、リケニン、セルロース、キチン、キトサン、ヘミセルロースおよびペクチンから選ばれる少なくとも１種以上の化合物であることが望ましい。これら多糖類からなる有機質繊維状物としては、一般に、パルプや、パルプかす、新聞や雑誌などの故紙の粉砕物が有利に適合する。
【００５３】
なお、上記繊維状物の含有率は、２〜７５重量％であることが望ましい。この理由は、２重量％未満では複合硬化体の強度が低下し、一方７５重量％を越えると防火性能、耐水性、寸法安定性などが低下するおそれがあるからである。
さらに、繊維状物の平均長さは、１０〜１０００μｍが望ましい。平均長さが短すぎると絡み合いが生じず、また長すぎると空隙が生じて複合硬化体の強度が低下しやすいからである。
【００５４】
以上の複合硬化体１は、紙スラッジ（スカム）を乾燥させて凝集硬化させたものが最適である。すなわち、製紙スラッジは、無機物を含むパルプかすであり、有機質繊維状物を含んでおり、産業廃棄物を原料として使用するため低コストであり、環境問題の解決に寄与するからである。しかも、この製紙スラッジは、それ自体がバインダーとしての機能を有しており、それ自体のみで、又は、他の産業廃棄物と混練することにより、所望の形状に成形できる利点を有する。
【００５５】
また、製紙スラッジ中には、パルプの他に、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯ、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯの結晶もしくはこれら酸化物の前駆体であるゾル状物、またはそれらの複合物、ハロゲンおよび炭酸カルシウムから選ばれる少なくとも１種、そして水を含むのが、一般的である。
【００５６】
ここで、図２に示すように、複合硬化体１中に、無機粒子４を混在させることが、防火性を向上させたり、非晶質体と反応して強度発現物質を形成して強度を向上するのに有利であり、この無機粒子量を調整することにより、複合硬化体の比重を調整することもできる。
【００５７】
上記無機粒子４としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、シラス、シラスバルーン、パーライト、水酸化アルミニウム、シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、産業廃棄物粉末から選ばれる少なくとも１種以上を使用できる。特に、産業廃棄物粉末としては、製紙スラッジの焼成粉末、ガラスの研磨屑、および珪砂の粉砕屑から選ばれる少なくと１種以上の産業廃棄物粉末を用いることが望ましい。なぜなら、これら産業廃棄物粉末を使用することにより、低コスト化を実現でき、さらに環境問題の解決に寄与できるからである。
【００５８】
なお、製紙スラッジを焼成した無機粒子は、製紙スラッジを３００〜１５００℃で加熱処理することによって得られる。かくして得られる無機粒子は、非晶質であり、強度および靱性に優れ、かつ密度も小さいため、複合硬化体に分散させることにより軽量化を実現できる。また、製紙スラッジを３００℃以上８００℃未満で焼成した場合および、３００〜１５００℃で加熱処理後、急冷することによって得られる無機粒子は、確実に非晶質体を含むため有利である。
無機粒子４は、比表面積が、０．８〜１００ｍ２ ／ｇであることが望ましい。０．８ｍ２ ／ｇ未満では、非晶質体と無機粒子の接触面積が小さくなり強度が低下してしまい、逆に１００ｍ２ ／ｇを越えるとクラック進展や硬度の向上といった効果が低下して結果的に強度が低下する。
【００５９】
さらに、無機粒子４中には、シリカ、アルミナ、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化ナトリウム、五酸化リンから選ばれる少なくとも１種以上の無機物が含まれるていることが望ましい。これらは化学的に安定で耐候性に優れ、建築材料などの産業材料として望ましい特性をそなえているからである。
【００６０】
この無機粒子４は、その平均粒子径が小さすぎても大きすぎても充分な強度が得られないため、１〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。無機粒子の含有量は、１０〜９０重量％であることが望ましい。すなわち、無機粒子が多すぎると強度が低下し、逆に無機粒子の量が多すぎるともろくなり、いずれにしても強度が低下するからである。
【００６１】
この発明の方法で製造した複合硬化体１は、各種産業において利用され、ケイ酸カルシウム板、パーライトボード、合板、石膏ボードなどに代わる新たな建築材料を始めとして、義肢、人工骨、人工歯根用の医療材料、プリント配線板のコア基板、層間樹脂絶縁層などの電子材料に使用することができる。
【００６２】
次に、この発明に係る硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置の実施例について図３〜図９を参照して説明する。
この発明の製造方法では、複合硬化体の原料に製紙スラッジを他の産業廃棄物と昆練することなく使用する。この発明の製造方法で使用する製紙スラッジとしては、印刷・情報用紙、クラフト紙、チタン紙、ティッシュペーパー、ちり紙、トイレットペーパー、生理用品、タオル用紙、工業用雑種紙または家庭用雑種紙等を製造する際のパルプ製造工程、古紙等の原料処理工程、抄造工程などで排出される製紙スラッジが望ましい。製紙スラッジは、丸東窯材社が取扱っている。
【００６３】
図３は、硬化体の製造装置の全体の構成を示している。硬化体の製造装置は、製紙スラッジを調整しスラリー１４を生成する原料調整機構１０と、スラリー１４から抄造体２６を抄造する抄造機構２０と、抄造体２６を反転するための反転装置４０と、抄造体２６を積層してから加圧し脱水を行うプレス機５０と、プレスされた抄造体を乾燥して硬化体１を形成する乾燥機６０とからなる。
【００６４】
先ず、原料の調整を行う原料調整機構１０について、図４（Ａ）を参照して説明する。上記原料１１と、水１２とを、後述する吸引脱水により濃度を固形分０．５〜２５重量％となるように計量して混合器１３内に入れ、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミドのいずれかから成る凝集剤（フロック剤：添加量０．０１〜５％）及びビニロン繊維等の有機繊維（バインダ：添加量０．１〜１０重量％）を添加し、混合器１３にて混合してスラリー１４を調整する。有機繊維（バインダ）は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロンなどの合成繊維、パイプ、古紙から回収されるパルプ、その他、繊維状の産業廃棄物などを用いることができる。原料は製紙スラッジに、更に各種無機粉末や樹脂を添加することができる。
【００６５】
このスラリー１４を、底部にフィルター１６が設けられた脱水容器１５を使用して吸引脱水する。吸引脱水することにより、濃度が固形分０．５〜２５重量％となるようにする。吸引脱水では、製紙スラッジの繊維が配向しないため、得られる複合硬化体に反りやクラックが発生しにくい。
【００６６】
この脱水容器１５の底部は真空ポンプ１７と連結しており、真空ポンプ１７の稼働により水分を吸引する。フィルター１６は特に限定されないが、焼結金属、多孔金属板（直径１〜５ｍｍの穴があいた金属板）、多孔質セラミックフィルター、多孔質の樹脂、ガラス繊維板などを使用できる。脱水容器１５にて水分調整された原料１４を、チェストタンク１８内に一時貯留する。該チェストタンク１８には、攪拌用のプロペラが備えられており、原料中の固形分が沈降しないようになっている。
【００６７】
なお、本実施例では、脱水容器１５により水分を調整しているが、図４（Ｂ）に示すように、脱水容器１５を用いることなく、混合器１３への水の添加量のみで含水率を調整することも可能である。
【００６８】
引き続き、上記水分調整を行った製紙スラッジを含むスラリー１４から抄造機構２０にて抄造体２６を生成する。スラリー（原料溶液）中には、セメントなどの無機バインダーや樹脂などの有機バインダーを添加してもよい。この抄造機構２０について、図５を参照して説明する。抄造機構２０は、スラリー１４を貯留する３連のバット２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと、バット内に配設され、スラリー１４を抄造するワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにて抄造された抄造体２６を転写し、搬送する搬送ベルト２３と、搬送ベルト２３にて搬送された抄造体２６を所定の厚みまで巻回し切断する切断用回転ドラム３０と、抄造体２６を切断するためのカッタ３６と、抄造体２６を搬送するベルトコンベア３８とを備える。
【００６９】
ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、直径７０ｃｍで、幅１ｍｍに形成されている。本実施例では、ろ水（抄造）を行うろ水体が網状体より構成される回転ドラム（ワイヤーシリンダ）から成るため、原料溶液１４から抄造体２６を連続して抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを透過した水は、パイプ１７ａ及び真空ポンプ１７を介して図４（Ａ）に示す混合器１３へ戻される。
【００７０】
また、本実施例では、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを搬送ベルト２３に沿って３台併設し、当該搬送ベルト２３に多層化させながら抄造体２６を転写する。このため、原料溶液１４から抄造体２６を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。なお、本実施例では、ワイヤーシリンダの回転数が６０回転／分に設定されている。この回転数は、１〜１００回／分が望ましい。原料溶液１４から抄造体２６を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となるからである。ここで、回転ドラムが１回転／分よりも低いと、抄造効率が低い。一方、回転数が１００回転／分を越えると、均一な厚みで抄造体が出来にくくなる。本実施例では、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを３台併設したが、１台以上何台でも用いることができる。
【００７１】
なお、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの網目は♯６０（１インチ当たりの網目数６０）に形成されている。ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの網目は♯４０〜１５０が望ましい。原料溶液（スラリー）１４から抄造体２６を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に密度の高い硬化体を量産することが可能となるからである。ここで、♯４０よりも網目が荒いと、原料溶液から無機非結晶体のみが抜けて硬化体の密度及び強度が低下する。一方、♯１５０よりも網目が細かいと、水分の抜けが悪くなり、原料溶液から抄造体を高効率で抄造できなくなる。なお、凝集剤により製紙スラッジ（原料溶液）中にフロックができているので、効率的に抄造を行うことができる。
【００７２】
製紙スラッジを含む原料溶液の濃度は、固形分３．５〜２５重量％であることが望ましい。製紙スラッジからの抄造性を向上させ、効率的に硬化体を量産することができるからである。即ち、濃度が３．５％未満では、効率的に原料溶液からワイヤーシリンダ（ろ水体）を用いて抄造することができず、２５％を越えると、製品の均一性が低下するからである。
【００７３】
ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにて抄造された抄造体を転写し、搬送する搬送ベルト２３は、幅１ｍのフェルトからなり、ローラ３４にて懸架されており、裏面に吸引ボックス２４を設けて、真空ポンプ１７で吸引しながら脱水を行っている。即ち、該ベルト２３は、製紙スラッジを含む原料１４の水分をフェルトの気孔内へ吸着し、吸着した水分が吸引ボックス２４を経て真空ポンプ１７側へ吸着され、図４（Ａ）に示す混合器１３へ戻される。この第１実施例では、ベルト２３をフェルトから構成したが、この代わりに、連続した気孔を有する多孔質の樹脂、多孔質のゴム、無機繊維を結合剤などで固めたもの、焼結金属、多孔金属、多孔金属のブロックをゴム等の可撓性を有するバインダで固めたベルト、などを使用することができる。本実施例は、搬送ベルト２３が連続する気孔を有する多孔質体で構成され、搬送ベルト２３で搬送しながら脱水するため、効率的に抄造体２６中の水分を減らすことができる。
【００７４】
また、本実施例では、搬送ベルト２３の搬送速度が４８ｍ／分に設定されており、これと同期するように、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、切断用回転ドラム３０及びベルトコンベア３８が図示しないモータにより駆動されている。搬送ベルト２３の搬送速度は、５〜８０ｍ／分であることが望ましい。原料溶液から適度な厚さの抄造体を高効率で抄造でき、効率的に硬化体を量産することが可能となるからである。ここで、搬送速度が５ｍ／分よりも低いと、抄造体を厚く抄造できる反面、抄造効率が低い。一方、搬送速度が８０ｍ／分を越えると、抄造体が薄くなり、均一な厚みにし難くなると共に、抄造体が切れることがある。
【００７５】
搬送ベルト２３にて搬送された抄造体を所定の厚みまで巻回し切断する切断用回転ドラム３０は、直径６４ｃｍ（外周２ｍ）に形成されており、表面に水を滞留させる貯留溝３２と、この溝３２の近傍に位置する収容溝３３に収容されたピアノ線３１とを備える。該切断用回転ドラム３０は、表面に搬送ベルト２３から搬送された抄造体２６を多層化させながら巻回する。
【００７６】
そして、抄造体２６が所定の厚み（１．５ｃｍ）に達し、これが図示しないセンサで検出されると、収容溝３３内のピアノ線３１が押し出される。貯留溝３２に沿った位置で抄造体２６は、含水率が高く、ピアノ線３１が押し出されると、貯留溝３２に沿って切断され、図６（Ａ）に示すように、切断端がベルトコンベア３８側に倒れかかる。そして、切断用回転ドラム３０の回転及びベルトコンベア３８の搬送に伴い、所定の厚みの抄造体２６がベルトコンベア３８上まで搬送される（図６（Ｂ）参照）。ここで、図６（Ｃ）に示すように、他方の切断端がカッタ３６の対応位置まで搬送されると、カッタ３６がベルトコンベア３８側へ降ろされ、抄造体２６の切断端と搬送ベルト２３上を搬送される未積層の抄造体とが分離される。
【００７７】
本実施例では、搬送ベルト２３上の抄造体を、切断用回転ドラム３０に転写させながら多層化し、多層化させた抄造体２６が所定厚さに達した段階で所定の大きさに切断する。切断用回転ドラムにより、均一の厚み（１．５ｃｍ）及び大きさ（１ｍ×２ｍ）の抄造体２６を連続的に成形することができるので、硬化体を効率的に量産することが可能になる。
【００７８】
また、本実施例では、切断用回転ドラム３０にて一端の切断された抄造体２６を一定間隔で切断するカッタ３６を備える。このため、効率的に所定長（２ｍ）の抄造体２６を形成することができる。なお、本実施例では、抄造体２６の厚みを１．５ｃｍとしたが、厚みは２ｃｍ以下であることが望ましい。２ｃｍ以下の厚みであれば、抄造が容易であり、また、搬送等においても扱い易い。
【００７９】
抄造体を反転するための反転装置４０について、図７を参照して説明する。本実施例の製造装置では、後述するように抄造体を交互に反転しながら積層するため、１枚おきに抄造体２６が反転される。反転装置４０は、抄造体を吸着して搬送する搬送装置４２と、テーブル４４と、反転板４６とから成る。
【００８０】
図７（Ａ）に示すように、ベルトコンベア３８上の抄造体２６が、搬送装置４２によって反転板４６上に載置される。反転板４６が駆動され、抄造体４６を反転させる（図７（Ｂ）参照）。そして、図７（Ｃ）に示すように反転された抄造体２６が、搬送装置４２によって図３中に示すプレス機５０へ搬送される。なお、上述したように、本実施例では、スラリー１４にバインダを添加することで抄造体２６に可撓性を持たせ、切断後の扱いを容易にしてある。
【００８１】
抄造体を加圧して脱水を行うプレス機５０について、図８及び図９を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、プレス機５０は、凹部５４Ａを備えるメス型５４と、該凹部５４Ａへ嵌入するオス型５２とから成り、メス型５４及びオス型５２には、抄造体を加圧した際に発生する水分を導出するための微細な通孔５４ａ、５２ａがそれぞれ形成されている。また、該プレス機５０には、抄造体２６に原料溶液１４を塗布するためのカーテンコーター５６が備えられている（図８（Ｂ）参照）。
【００８２】
プレス機５０での積層及び加圧について説明する。先ず、図８（Ａ）に示すように、メス型５４の凹部５４Ａに、最下層として、図７（Ｃ）を参照して上述した反転装置４０にて反転されて上記切断用回転ドラム３０との接触面側を下側に向けられた抄造体２６が、搬送装置４２により搬入される。次に、図８（Ｂ）に示すように、カーテンコーター５６により、抄造体２６の上面、即ち、上層の抄造体との接着面に原料溶液１４が塗布される。この原料溶液の量は、抄造体１層当たり、固形分で５０ｇ／ｍ２〜５００ｇ／ｍ２が好適である。なお、ここでは、カーテンコーター５６を用いているが、ロールコーター等の種々の塗布装置を用いることができる。
【００８３】
２層目の抄造体として、図８（Ｃ）に示すように、ベルトコンベア３８上の抄造体２６が反転されることなくメス型５４の凹部５４Ａへ搬送装置４２により搬入される。その後、図９（Ａ）に示すように、原料溶液１４を塗布した後、３層目の反転された抄造体２６が載置され、原料溶液１４を塗布した後に４層目（最上層）の反転されない抄造体２６が載置され積層が完了する。ここでは、４層を積層しているが、２枚以上ならば何枚でも良く、薄い硬化体を製造する際には、１枚でも可能である。
【００８４】
その後、オス型５２を押し下げ、加圧プレスを６０Ｋｇ／ｃｍ２で行う（図９（Ｂ）参照）。この際、抄造体２６から染み出る水分を、通孔５４ａ、５２ａを介して外部へ導出する。その後、オス型５２を上げて（図９（Ｃ）参照）、加圧により形成した複合硬化体１をメス型から取り出し、乾燥機６０へ搬送する。
【００８５】
本実施例では、加圧を型枠（凹部５４Ａ）中で行うため、高圧で加圧しても抄造体２６が千切れなくなり、製紙スラッジから高強度の硬化体１を高い歩留まりで製造することが可能となる。また、オス型５２及びメス側５４に抄造体２６から染み出る水分を抜くための通孔５２ａ、５４ａを備えるため、加圧の際に脱水を行い、後の乾燥による硬化工程を短時間で完了させれる。また、製紙スラッジの抄造体を原料溶液１４を介在させて複数積層せるため、剥離の生じない多層の硬化体を製造することができる。
【００８６】
加圧プレスは、１０〜２５０Ｋｇ／ｃｍ２で行うことが望ましい。加圧プレスを１０Ｋｇ／ｃｍ２未満で行うと、必要とされる強度を得ることができない。一方、２５０Ｋｇ／ｃｍ２を越えて加圧プレスしても強度を高めることができず、プレス機が大型化・高価格化するからである。
【００８７】
本実施例では、原料溶液をワイヤーシリンダ（ろ水体）を用いて抄造して得られた製紙スラッジの抄造体を、複数積層せしめる。これは、抄造により厚い抄造体を得ることは非効率的であるので、製紙スラッジから薄い抄造体を効率的に抄造し、積層することで必要とする強度及び厚みの硬化体を製造する。これにより、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産する。
【００８８】
また、本実施例の製造方法では、抄造体を厚さ２０ｍｍ以下に形成することで、製紙スラッジを効率的に抄造し、積層することで必要とする強度及び厚みの硬化体を製造する。このため、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能になる。
【００８９】
本実施例では、抄造体２６の積層面を交互に反転させながら積層する。即ち、反りの発生する方向を反対にしながら抄造体２６を積層するため、抄造体２６を積層して成る硬化体１に反り、層間剥離を発生させることがない。また、最上層及び最下層の抄造体について、露出面を回転ドラムに接触していた面とし、フェルトからなる搬送ベルト３２と接していた凹凸の付いた面を内側にするため、積層してなる硬化体の表面を平滑にすることができる。
【００９０】
更に、本実施例では、製紙スラッジを含む原料溶液に凝集剤を添加して凝集させるため、製紙スラッジから均質な比重（１．２〜１．３の範囲）の硬化体１を量産することができる。更に、本実施例では、メス型５４内で積層を行うため、積層した抄造体を移送する必要がなく量産に適する。本実施例では、型枠５４内で積層したが、積層後に型枠内に移送することも可能である。
【００９１】
上記プレス機５０にて加圧脱水乾燥して、含水率を下げた後、引き続き、図３に示す乾燥機６０にて完全に脱水して硬化反応を進行させる。乾燥機６０は、電熱ヒータ６２とファン６４とを備え、乾燥を温度８０〜２００℃で行う。乾燥機６０は、電熱ヒータ６２を備えるが、この代わりに、赤外線ヒータ、蒸気、天日乾燥機などを使用することができる。
【００９２】
乾燥工程を経た硬化体１は、さらに搬送されて、図示しない切断機で所定の大きさに切断される。切断は、コンベア上に配設されたカッター、或いは、鋸などで行う。切断された複合硬化体１は、最後に図示しない検査機で反りなどの検査を行う。検査機としては、Ｘ線センサ、赤外線センサなどを使用できる。また、画像処理装置などで欠けやクラックの有無を検査してもよい。
【００９３】
ここで、抄造体の積層方向（張合向き）と層間剥離の発生との関係について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０（Ａ）の右側に、抄造体２６を反転させて、搬送ベルトを構成するフェルト当接面側を張り合わせた場合を示している。ここで、抄造体２６は、図３中に示す切断用回転ドラム３０にて巻回された際に応力が残り、切断後も巻回方向に沿って反っている。図中の左側は、積層した抄造体２６の断面を示し、図中での凹凸は、フェルト当接面を示している。本実施例では、図１０（Ａ）の張り合わせ方向が採用されている。
【００９４】
図１０（Ｂ）は、抄造体２６を反転させず張り合わせた場合を示している。また、図１０（Ｃ）は、抄造体２６を反転させ、切断用回転ドラム当接面側に張り合わせた場合を示している。
【００９５】
図１１は、抄造体の張合向きと層間剥離の発生との関係、及び、プレス機での圧力と強度との関係を示す図表である。
図表中で、塗布量とは抄造体と抄造体との間の原料溶液１４を塗布量を示し、圧力とはプレス機での圧力を、時間とは加圧時間を示し、密度は乾燥前の硬化体の密度であり、最大荷重は、乾燥後の硬化体の耐え得る荷重、即ち、強度を示している。また、含水率は、加圧後の値である。収縮率厚さとは、厚さ方向の収縮率を、収縮率長さとは長さ方向の収縮率を、収縮率幅とは幅方向の収縮率を示している。ここでは、５枚の抄造体を積層しており、剥離層数とは５枚中の剥離した層の数を、剥離辺数とは４隅の内で剥離の発生した数を、剥離長さは、剥離の生じた部分の総延長を示している。
【００９６】
先ず、圧力を高めることにより、最大荷重を高め得ることが分かる。また、張合向きとして図１０（Ａ）に示す”Ａ”を採用し、６０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることで層間剥離が完全に防げることが分かる（Ｎｏ．９参照）。本実施例では、製紙スラッジを原料として用いるため、収縮率が大きく、乾燥の際に、切断用回転ドラム３０にて巻回された際に残った応力が作用して剥離が発生し易いが、抄造体を反転させて張り合わせることで、剥離を防ぐことができる。なお、本実施例では、１層毎に抄造体を反転したが、２層おき、また、３層おきに反転させて積層することによっても、反り及び層間剥離を防ぐことができる。
【００９７】
上述した工程で得られた複合硬化体を、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００ ）を用いて分析した一例を下記に示す。
【００９８】
実施例１
酸化物に換算して、下記の組成であることが判った。なお、パルプについては、１１００℃で焼成して重量減少量から測定した。
【００９９】
引き続き、本発明の第２実施例に係る硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置について、図１４を参照して説明する。
この第２実施例は、抄造体を切断方法及び積層方向を除いて第１実施例とほぼ同様である。このため、切断方向及び積層方向を除いて、説明を省略する。
上述した第１実施例では、抄造体２６が１ｍ×２ｍに切断された。これに対して、第２実施例では、カッタ３６により、抄造体２６が１ｍ×１ｍに切断される。また、ベルトコンベア３８から搬送装置４２にて抄造体２６が反転装置４０の反転板４６に載置させる際に、水平方向に９０度捻ってから載置される。即ち、抄造体を積層する際に、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃから搬送ベルト２３への転写方向がずれるようにする。抄造体２６は、搬送ベルト２３への転写方向に沿って強度差が発生する。具体的には、転写方向に沿って曲げを加えた際の強度を１とすると、転写方向と垂直方向の強度が０．８程度になる。第２実施例では、抄造体２６を積層する際に、搬送ベルト２３への転写方向がずれるように積層することで、均一な強度を有する硬化体を製造する。
【０１００】
実施例２
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のＯＡ機器用上質紙の製紙スラッジ「生スラッジ」：固形分５１重量％、水分４９重量％）１５００ｇを用意した。これを実施例１のように抄造した。
また、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ株式会社 ＲＩＸ２０００）を用いて組成を分析した。酸化物換算値を以下に示す。パルプの量は１１００℃で焼成したときの重量減少量から算出した。Ｘ線では炭酸カルシウムのピークが観察された。組成は炭酸カルシウムも含めての量である。
【０１０１】
炭酸カルシウムの量は、Ｘ線回折チャートの２θ＝２９°付近の最大ピークの高さと炭酸カルシウムの含有量で検量線を作成して、炭酸カルシウムの含有量を測定した。検量線は装置に依存性があるため、異なる装置で回折試験を実施する場合には、検量線を作成しなおす必要がある。本出願では、Ｒｉｇａｋｕ株式会社製 ｍｉｎｉＦｌｅｘを使用した。その結果、約１１重量％であった。また、蛍光Ｘ線のＣａとＯのマッピング映像から、炭酸カルシウムの結晶習癖は、紡錘状と推定された。
【０１０２】
実施例２の製紙スラッジ硬化物の組成
その他 微量
【０１０３】
実施例３
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のＯＡ機器用上質紙の製紙スラッジ「生スラッジ」：固形分５１重量％、水分４９重量％）１５００ｇに、紡錘状軽質炭酸カルシウム（平均径２μｍ、奥多摩工業株式会社 タマパール ＴＰ−１２１）を７３ｇ添加した。
これを実施例１のように抄造した。
【０１０４】
実施例３の製紙スラッジ硬化物の組成
その他 微量
【０１０５】
実施例４
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のＯＡ槻器用の上質紙の製紙スラッジ「生スラッジ」：固形分５１重量％、水分４９重量％）１５００ｇに、柱状軽質炭酸カルシウム（平均径２μｍ、奥多摩工業株式会社タマパール ＴＰ−１２３）を２１９ｇ添加した。
蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ社製の商品名ＲＩＸ２１００）を用いて組成を分析した。炭酸カルシウムの含有量を測定した。その結果、約３０．８重量％であった。
【０１０６】
実施例４の製紙スラッジ硬化物の組成
【０１０７】
実施例５
製紙スラッジの焼成物（丸東窯材社 商品名「サイクロン灰」）１０３重量部と、実施例１の未焼成の製紙スラッジ１２０９重量部とを混練した。
ついで、実施例１と同様にして複合硬化体を製造した。
なお、焼成スラッジの組成は、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００）を用いて分析を行い、各酸化物に換算して次のとおりであった。比重は０．９であった。
【０１０８】
（製紙スラッジの焼成物）
【０１０９】
実施例６
坪量８０ｇ／ｃｍ２のクラフト紙にフェノール樹脂を含浸させたコア紙の１０枚を積層し、１４０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２で加圧し、化粧板とした。この化粧板を実施例１の硬化体の両面に酢酸ビニル系接着剤で接着した。
【０１１０】
実施例７
実施例２の組成の製紙スラッジにポルトランドセメントを１０重量％添加した。
セメントの組成
【０１１１】
実施例８
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社の取り扱う中村製紙のＯＡ機器用の低質紙：固形分３４重量％、水分６６重量％）３０２０重量部を用意した。次に、２Ｎ塩酸水溶液を用いて、酸洗浄し、Ｃａ成分をほぼ完全に除去し、これをＡとした。
【０１１２】
Ａ
【０１１３】
また、丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のインクジェットプリンタ用紙の製紙スラッジ；固形分５１重量％、水分４９重量％をＢとした。
Ｂ
炭酸カルシウムの量は、５５重量％であった。
【０１１４】
また、丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のインクジェットプリンタ用紙の製紙スラッジ：固形分５１重量％、水分４９重量％にさらに炭酸カルシウム（立方形状）を１０重量％添加してＣとした。
Ｃ
その他 微量
炭酸カルシウムの量は、６５重量％であった。
【０１１５】
以上Ａ、Ｂ、Ｃを適宜混合して試料を調整して、実施例１と同様に抄造して、硬化体を製造し、曲げ強度、圧縮強度、釘打ち性を測定した。
その結果を図１５〜図１８のグラフに示した。ここで、図１５はＣａＯ／ＳｉＯ２と圧縮強度との関係を示し、縦軸に圧縮強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯ／ＳｉＯ２の割合を取ってある。図１６はＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３と圧縮強度との関係を示し、縦軸に圧縮強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の割合を取ってある。図１７は、ＣａＯの含有量と曲げ強度・圧縮強度との関係を示し、縦軸に曲げ強度・圧縮強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯの含有量（％）を取ってある。図１８はＣａＯの含有量と釘引き抜き強度との関係を示し、縦軸に釘引き抜き強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯの含有量（％）を取ってある。図１５に示すように、硬化体は、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉの量がそれぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９の際に、高い圧縮強度を発揮する。一方、図１６に示すように、硬化体は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５の際に高い圧縮強度を発揮する。
【０１１６】
比較例１
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社 商品名「生スラッジ」：固形分３４重量％、水分６６重量％）１５１２ｇを用意した。次いで、製紙スラッジを、１８００ｍｍ×１０００ｍｍの面積を持つ鋳型に流し込んだ。ついで、ステンレス板、パンチングメタル板、不織布を入れて断面１９０ｍｍ角の押し棒を４５本を挿入して、昇圧時間３０分で６０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えながら、５分間圧締し、厚さ１０ｍｍのシート状成形体とした。このシート状成形体を１００℃で加熱して板状の複合硬化体とした。比重は、１．２であった。
【０１１７】
かくして得られた複合硬化体を、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００）を用いて分析したところ、酸化物に換算して下記の組成であることが判った。なお、パルプについては、１１００℃で焼成して重量減少量から測定した。
【０１１８】
記
炭酸カルシウムは、９．８重量％であった。
【０１１９】
比較例２
実施例１の製紙スラッジを１Ｎ塩酸で洗浄し、炭酸カルシウムを除去したあと、球状の炭酸カルシウム（平均径２μｍ、奥多摩工業株式会社 Ｃ−９０）を８４ｇ添加した。固形分に対して約１１重量％である。しかしながら、抄造では、ほとんど硬化体中に炭酸カルシウムを取り込めなかった。
【０１２０】
比較例３
実施例２の製紙スラッジに５５重量％のポルトランドセメントを添加した。
【０１２１】
比較例４
比較例４では、搬送ベルトで脱水吸引を行わなかった。
【０１２２】
以上の実施例および比較例で得られた複合硬化体について曲げ強度、圧縮強度、加工性および釘打ち性、破壊靭性、耐磨耗性について試験を行った。その結果を表１に示す。なお、試験方法は、曲げ強度がＪＩＳ Ａ ６９０１に、また圧縮強度がＪＩＳ Ａ ５４１６に規定された方法に、それぞれ準じて測定した。また、加工性は、木工用丸鋸にて切断加工を行い判断した。さらに、釘打ち性については、直径４ｍｍ、長さ５０ｍｍの釘を打ちつけ、クラックの有無を調べた。破壊靭性値は、ビッカース硬度計（明石製作所 ＭＶＫ−Ｄ）により圧子を圧入して生じたクラックの長さから計算した。ヤング率は、曲げ破壊試験のカーブから計算し、１．４から２．７ｋｇｆ／ｃｍ２であり、この値を用いた。
また、明度はマンセル色票を使用した。
【０１２３】
【表１】
【０１２４】
また、実施例１の複合硬化体について、Ｘ線回折により結晶構造を確認した。そのＸ線回折のチャートを図１２及び図１３に示す。なお、Ｘ線回折は、Ｒｉｇａｋｕ製ＭｉｎｉＦｌｅｘを使用し、Ｃｕをターゲットとした。２θ＝１５°〜３０°の領域にゆるやかな起伏（ハロー）が観察されるとともに、結晶構造を示すピークも観察され、非晶質構造中に結晶構造が混在していることが判る。また、ピークからは、炭酸カルシウムの結晶（Ｃａｌｓｉｔｅ）が同定された。
【０１２５】
なお、明度は、セメントの量が少ないほど、ＣａＯの量が多いほど高い。また、抄造法の方がプレス法よりも、明度が高い。さらに、角を持つ炭酸カルシウムの方が抄造法で取りこみやすく、明度を高くできる。
【０１２６】
上記複合硬化体１の一応用例として、複合建築材料について以下に説明する。すなわち、図１９に示すように、芯材５の少なくとも片面に、図示例では両面に補強層６が形成された複合建築材料において、該芯材５に、この発明の方法で製造した複合硬化体１を適用する。すなわち、芯材５をこの発明の方法で製造する複合硬化体１とすることによって、この芯材に引っ張り力が加わった場合でも、芯材自体が曲げ強度に優れているため、しかも芯材の表面に補強層が設けられていることも相まって、容易に破壊が起きない構成となっている。また、表面に局所的に圧力が加わっても凹みや窪みが生じることもない。
【０１２７】
さらに、この複合建築材料は、その使用に当たり、補強層６の上に塗装、化粧板および化粧単板などによる化粧層を設けることになるから、耐衝撃性が向上して、凹みなどのキズが生じにくくなり、化粧面がキズにより歪んで意匠性を低下させることもない。
【０１２８】
また、補強層６は、樹脂６ａ中に繊維基材６ｂを埋設した構造になる。この樹脂６ａには、特に熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。すなわち、熱硬化性樹脂は熱可塑性樹脂と異なり、耐火性に優れ高温下でも軟化しないため、補強層としての機能が失われないからである。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メメラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂などが適合する。そして、補強層に充分な剛性と耐衝撃性、さらに高い耐火性を付与するには、補強層における熱硬化性樹脂の含有量を、１０重量％〜６５重量％の範囲にすることが望ましい。
【０１２９】
一方、繊維基材６ｂには、無機質繊維を用いることが望ましい。なぜなら、補強層６の強度を向上し、かつ熱膨張率を小さくすることができるからである。無機質繊維には、ガラス繊維、ロックウール、セラミックファイバー、ガラス繊維チョップドストランドマット、ガラス繊維ロービングクロス、ガラス繊維コンティニュアスストランドマット、ガラス繊維ペーパーのうち一種以上を用いることが、低価格でかつ耐熱性並びに強度に優れる点で好ましい。この繊維基材は、非連続の繊維をマット状に成形したもの、または連続した長繊維を３〜７ｃｍに切断してマット状にしたもの（いわゆるチョップドストランドマット）、水で分散させてシート状にすきあげたもの、連続した長繊維を渦巻き状に積層しマット状にしたもの、あるいは連続した長繊維を織りあげたものが、適用できる。
【０１３０】
さらに、補強層の厚さは、０．１ｍｍ〜３．５ｍｍとすることが望ましい。この範囲に設定すると、充分な剛性、耐衝撃性などが得られ、かつ高い加工性を維持できるからである。なお、補強層には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの難燃化剤、ならびにシリカゾル、アルミナゾル、水ガラスなど一般に使用される無機質の結合剤を添加してもよい。ここでは、補強層を設けたが、硬化体が水分を吸収しないように、表面を樹脂等でコートすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の複合硬化体の断面模式図である。
【図２】この発明の複合硬化体の断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る硬化体の製造装置の概念図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、原料調整機構の概念図である。
【図５】抄造機構の概念図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、切断用回転ドラムの動作の説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、反転装置の動作の説明図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、プレス機の動作の説明図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、プレス機の動作の説明図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、抄造体の張合せ向きの説明図である。
【図１１】抄造体の張合向きと層間剥離の発生との関係、及び、プレス機での圧力と強度との関係を示す図表である。
【図１２】実施例１に係る複合硬化体のＸ線回折のチャートである。
【図１３】実施例１に係る複合硬化体のＸ線回折のチャートである。
【図１４】本発明の第２実施例に係る硬化体の製造装置の概念図である。
【図１５】ＣａＯ／ＳｉＯ２と圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１６】ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３と圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１７】ＣａＯの含有量と曲げ強度・圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１８】ＣａＯの含有量と釘引き抜き強度との関係を示すグラフである。
【図１９】この発明の複合硬化体を用いた複合建築材料の断面模式図である。
【符号の説明】
１ 複合硬化体
２ 非晶質体
３ 繊維状物
４ 無機粉末
５ 芯材
６ 補強層
１０ 原料調整機構
１４ 原料溶液（スラリー）
１５ 脱水容器
１６ フィルター
１７ 真空ポンプ
１８ チェストタンク
２０ 抄造機構
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ バット
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ ワイヤーシリンダ
２３ 搬送ベルト
２４ 吸引ボックス
２６ 抄造体
３０ 切断用回転ドラム
３１ ピアノ線
３２ 貯留溝
３３ 収容溝
３６ カッタ
３８ ベルトコンベア
４０ 反転装置
４２ 搬送装置
４４ テーブル
４６ 反転板
５０ プレス機
５２ オス型
５２ａ 通孔
５４ メス型
５４Ａ 凹部
５４ａ 通孔
５６ カーテンコーター
６０ 乾燥機
【発明の属する技術分野】
この発明は、製紙スラッジを板状に固めてなる明度の高い硬化体を量産できる硬化体、硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の観点から、種々の産業廃棄物の有効利用が検討されている。例えば、これまで森林資源を大量に消費してきた建築産業においては、建築資材を新たに産業廃棄物に求めることにより、森林資源の消費量を抑えることが提案されている。一方、従来使用していた無機ボード、例えば、珪酸カルシウム板、パーライト板、スラグ石膏板、木片セメント板および石膏ボード等について、その低コスト化並びに高機能化を実現が求められている。
【０００３】
本発明者らは、紙の製造後に発生する製紙スラッジを脱水プレスした後、乾燥することで硬化させ、建築用パネル等として有効に利用し得る硬化体の製造技術を特願平１０−３５２５８６号として提案している。
【特許文献１】特開平１０−３５２５８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記特許において、製紙スラッジを硬化させることで硬化体が得られることを示したが、採算に合うよう硬化体を製造し得るものではなかった。実際に硬化体を量産するためには、先ず、得られた水分を大量に含む抄造体から徐々に水分を減らして行くための技術の確立が必要となった。
【０００５】
また、製紙スラッジは、インクやパルプ不純物の影響で着色しており、脱水プレス法では、硬化体の中に不純物がそのまま残留し、硬化体の明度が低下してしまい、着色したり装飾できないという問題がみられた。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産できる硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置を提供することにある。
【０００７】
また、他の目的は、明度の高い硬化体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明の硬化体は、製紙スラッジを抄造し、硬化させてなり、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａのそれぞれの酸化物からなる無機非晶質体中に多糖類からなる有機質繊維状物および炭酸カルシウムを含有してなる硬化体であって、前記硬化体中のＣａ、Ａｌ、Ｓｉの量が、それぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５に調整された硬化体である。この硬化体の明度はＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ５以上である。
【０００９】
請求項１の硬化体の製造方法は、製紙スラッジを含む原料溶液を網状体からなる回転ドラムを用いて抄造し、該回転ドラム面に製紙スラッジの抄造体を付着させると共に、この抄造体を連続気孔を有する多孔質体の搬送ベルトへ転写し、該搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水した後、所定の大きさに切断し、抄造体を硬化させて製紙スラッジの硬化体を得る。搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水するため、効率的に抄造体中の水分を減らすことができ、硬化体を量産することが可能となる。
【００１０】
網状体の回転ドラムを利用し抄造して硬化体を製造しており、網目から不純物が脱落するため、不純物を低減させることができ、明度を高くすることが可能である。また、炭酸カルシウムを含有してなる硬化体であって、前記硬化体中のＣａ、Ａｌ、Ｓｉの量が、それぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５に調整されてなるため、Ｃａ成分が多くなり、明度が向上する。また、強度、釘打ち性能も高いからである。このため、硬化体の明度としては、ＪＩＳ Ｚ
８７２１の規定に基づく値でＮ５以上にできる。
【００１１】
なお、ＪＩＳ Ｚ ８７２１は、理想的な黒の明度を０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明度と白の明度との間でその明るさの知覚が等歩度となるように各色を１０分割し、Ｎ０からＮ１０の記号で表示したものである。実際の明度の測定は、Ｎ０からＮ１０に対応する色票と対比する。この場合の少数点１位は０または５とする。硬化体の明度としては、ＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ５以上にできるため、着色や装飾を施すことが可能になる。
【００１２】
前記炭酸カルシウムの結晶習癖は、紡錘状、角状、薄卓状、立方体または柱状から選ばれる少なくとも１種以上の形態であることが望ましい。白色度が高く、角を持つため繊維にからまり抜け落ちにくく抄造でも硬化体に取り込めるからである。
【００１３】
前記製紙スラッジセメントを添加する場合は、その含有量は３０重量％以下であることが望ましい。製紙スラッジセメントの含有量が増えると、明度が低下するからである。また、セメントの添加で強度も低下することが認められるからである。
【００１４】
なお、特開昭５５−１２８５３号には製紙スラッジをワイヤープレスして、脱水し、ホットプレスする技術が開示されている。しかしながら、この当時のスラッジは、１９７９年発行の「静岡県製紙工業試験場報告」によれば、ＣａＯ換算で２．６重量％程度しかなく、強度が十分ではない。また、抄造ではないため、多量の不純物を含み、結局明度が低い。
【００１５】
また、特公昭５７−１９０１９号には、製紙スラッジと、モンモリロナイトとの混合物をプレス成形したものであるが、当時の製紙スラッジとしてＣａ成分が少なく、また、Ｃａ系結晶ではなく、圧縮強度などが劣る。特開昭５０−１０１６０４号には、製紙スラッジと疎水性繊維とを混合し、結合剤を加えたボードを開示している。しかしながら、当時の製紙スラッジとしては、Ｃａ成分が少なく、また、強度も曲げ強度で２．５ｋｇ／ｃｍ２であり、複合化して強度の高いものでも、１５ｋｇ／ｃｍ２程度しかなく、本発明の方がはるかに優れている。特開昭５２−９０５８５号では、製紙スラッジの表面をパラフィン処理したものが開示されているが、当時の製紙スラッジとしては、Ｃａ成分が少なく、強度に劣ると考えられる。また、いずれにせよ、抄造法ではないため、多量の不純物を含み、結局明度が低い。
【００１６】
また、網状体の回転ドラムを利用し抄造して硬化体を製造しており、網目から不純物が脱落するため、不純物を低減させることができ、明度を高くすることが可能である。
なお、特開昭４９−１１４６２８号では、３％の希釈された製紙スラッジとセメントの混合物を回転ドラムで抄造し、このドラム面から帯状毛布上に転写されて、脱水プレスされ、さらに巻き取りロールで層厚を増大させたあと、切断されてコンベア搬送される技術が開示される。
しかし、この技術ではＣａＯの比率が小さく、明度が低下する。また、セメントが５５％以上含まれており、やはり明度の低下要因となる。
また、特開昭５９−１５６９５６号では、丸金網を使用した抄造法を開示するが、１枚づつマットを抄造し、多層化するものであり、効率が悪い。
【００１７】
請求項２の硬化体の製造方法は、製紙スラッジを含む原料溶液の濃度が、固形分０．５〜２５重量％であるため、製紙スラッジからの抄造性を向上させ、効率的に硬化体を量産することができる。即ち、濃度が０．５％未満では、効率的に原料溶液から網状体からなる回転ドラムを用いて抄造することができず、２５％を越えると、製品の均一性が低下するからである。
【００１８】
請求項３の硬化体の製造方法では、搬送ベルト上の抄造体を切断用回転ドラムに転写させながら多層化し、多層化させた抄造体が所定厚さに達した段階で切断する。このため、均一な厚みの抄造体を連続的に成形することができる。
【００１９】
請求項４の硬化体の製造方法では、切断した抄造体をさらに多層化した後、加圧プレスする。このため、必要とする厚みの硬化体を容易に製造することができる。
【００２０】
請求項５の硬化体の製造方法では、加圧プレスを１０〜２５０Ｋｇ／ｃｍ２で行う。加圧プレスを１０Ｋｇ／ｃｍ２未満で行うと、必要とされる強度を得ることができない。一方、２５０Ｋｇ／ｃｍ２を越えて加圧プレスしても強度を高めることができず、プレス装置が大型化・高価格化するからである。また、搬送ベルトでも搬送しながら、脱水する際に不純物やインクなども除去できるため、明度を上げるためには最適である。
【００２１】
請求項６の硬化体の製造装置は、製紙スラッジを含む原料溶液を抄造し、表面に製紙スラッジの抄造体を付着させる網状体からなる回転ドラムと、回転ドラムの表面に付着した抄造体を転写して、搬送しながら脱水する多孔質体の搬送ベルトと、搬送ベルトを搬送された抄造体を所定の大きさに切断する切断装置と、切断された抄造体を硬化させて製紙スラッジの硬化体を得る硬化装置とを備える。搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水するため、効率的に抄造体中の水分を減らすことができ、硬化体を量産することが可能となる。また、網状体からなる回転ドラムを用いるため、原料溶液から抄造体を連続して抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。また、網状体の回転ドラムを利用し抄造して硬化体を製造しており、網目から不純物が脱落するため、不純物を低減させることができ、明度を高くすることが可能である。
【００２２】
請求項７の硬化体の製造装置は、回転ドラムの回転速度が１〜１００回／分であるため、原料溶液から抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。ここで、回転ドラムが１回転／分よりも低いと、抄造効率が低い。一方、回転数が１００回転／分を越えると、均一な厚みで抄造体が出来にくくなる。
【００２３】
請求項８の硬化体の製造装置は、回転ドラムを搬送ベルトに沿って複数個併設し、当該搬送ベルトに多層化させながら抄造体を転写する。このため、原料溶液から抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。
【００２４】
請求項９の硬化体の製造装置は、回転ドラムが♯４０〜１５０の網目構造を有する。このため、原料溶液から抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に密度の高い硬化体を量産することが可能となる。ここで、♯４０よりも網目が荒いと、原料溶液から無機非結晶体のみが抜けて硬化体の密度及び強度が低下する。一方、♯１５０よりも網目が細かいと、水分の抜けが悪くなり、原料溶液から抄造体を高効率で抄造できなくなる。
【００２５】
請求項１０の硬化体の製造装置は、搬送ベルトの搬送速度が５〜８０ｍ／分であるため、原料溶液から適度な厚さの抄造体を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。ここで、搬送速度が５ｍ／分よりも低いと、抄造体を厚く抄造できる反面、抄造効率が低い。一方、搬送速度が８０ｍ／分を越えると、抄造体が薄くなり、均一な厚みにし難くなると共に、抄造体が切れることがある。
【００２６】
請求項１１の硬化体の製造装置は、切断装置が抄造体を転写させながら多層化する切断用回転ドラムから成る。そして、切断用回転ドラム表面の多層化させた抄造体が所定厚さに達した段階で、押出機構を作動させ、溝に対応する位置で抄造体を切断する。このため、均一の厚みの抄造体を効率的に生成することができる。
【００２７】
請求項１２の硬化体の製造装置は、切断装置が、切断用回転ドラムにて一端の切断された抄造体を一定間隔で切断する刃を備える。このため、効率的に所定長の抄造体を形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
ここでは先ず、後述するこの発明の複合硬化体の製造方法で製造する複合硬化体の構造について、図１の模式図に基づき説明する。この複合硬化体１は、２種以上の酸化物の系からなる無機非晶質体２を含み、該無機非晶質体２中に有機質繊維状物３が混在してなることを基本とする。ここでいう２種以上の酸化物の系からなる無機非晶質体とは、酸化物（１）−酸化物（２）・・・−酸化物（ｎ）系（但しｎは自然数であり、酸化物（１）、酸化物（２）、・・・酸化物（ｎ）は、それぞれ異なる酸化物）の非晶質体である。
【００２９】
このような非晶質体は、正確な定義づけが困難であるが、２種以上の酸化物を固溶あるいは水和反応等させることにより生成する、非晶質の化合物であると考えられる。このような無機非晶質の化合物は、蛍光Ｘ線分析により、酸化物を構成する元素（Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎから選ばれる少なくとも２種以上）が確認され、Ｘ線回折による分析のチャートでは２θ：１０°〜４０°の範囲でハローが見られる。このハローは、Ｘ線の強度の緩やかな起伏であり、Ｘ線チャートでブロードな盛り上がりとして観察される。なお、ハローは半値幅が２θ：２°以上である。
【００３０】
上記複合硬化体１は、まず無機非晶質体２が強度発現物質となり、しかも有機質繊維状物３が無機非晶質体２中に分散して破壊靱性値を改善するため、曲げ強度値や耐衝撃性を向上させることができる。また、強度に異方性がなく、均質な硬化体が得られる。さらに、非晶質体であるため、低密度で充分な強度が得られるという利点もある。
【００３１】
なお、上記非晶質体が強度発現物質となる理由は定かではないが、結晶質の構造に比べてクラックの進展が阻害されるためではないかと推定される。また、結晶質中に比べて非晶質中の方が繊維状物が均一に分散しやすいことから、破壊靱性値も向上すると考えられる。その結果、釘を打ち込んだり貫通孔を設けても、クラックが生じないために、建築材料などの加工を必要とする材料に最適なものとなる。
【００３２】
ここで、酸化物としては、金属および／または非金属の酸化物を使用でき、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯ、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯから選ばれることが望ましい。とりわけ、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系またはＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−酸化物系からなる非晶質体、もしくはこれら非晶質体の複合体が最適である。なお、後者の非晶質体における酸化物は、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯを除く金属および／または非金属の酸化物の１種以上である。
【００３３】
まず、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系からなる非晶質体は、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯの各成分の全部または一部が互いに固溶あるいは水和反応などにより生成する非晶質構造を有する化合物である。すなわち、Ａｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ 、ＳｉＯ２ とＣａＯ、Ａｌ２ Ｏ３ とＣａＯ、そしてＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯの組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物のいずれかを含むと考えられる。
【００３４】
このような無機非晶質の化合物は、蛍光Ｘ線分析により、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａが確認され、Ｘ線回折による分析のチャートでは２θ：１０°〜４０°の範囲で上記ハローが見られる。
【００３５】
また、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯ以外に少なくとも１種の酸化物を加えた系、つまりＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−酸化物系からなる非晶質体は、上記Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系での組み合わせ以外に、Ａｌ２ Ｏ３ と酸化物、ＳｉＯ２ と酸化物、ＣａＯと酸化物、Ａｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ と酸化物、ＳｉＯ２ とＣａＯと酸化物、Ａｌ２ Ｏ３ とＣａＯと酸化物、そしてＡｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ とＣａＯと酸化物の組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物のいずれかを含むと考えられる。
【００３６】
なお、前記酸化物が２以上、つまり、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−酸化物（ｎ）系（ｎは２以上の自然数）の非晶質体であれば、これらの酸化物、例えば酸化物（１）、酸化物（２）・・・酸化物（ｎ）（ｎは２以上の自然数で、酸化物（ｎ）は、ｎの値が異なればそれぞれ異なる酸化物を意味し、かつＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯを除いたものである）のそれぞれから選ばれる少なくとも２種の組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯから選ばれる少なくとも２種の組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物、さらに酸化物（１）、酸化物（２）・・・酸化物（ｎ）（ｎは２以上の自然数）のそれぞれから選ばれる少なくとも１種と、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯから選ばれる少なくとも１種との組合せで固溶あるいは水和反応等させることにより生成する化合物のいずれかを含むと考えられる。
【００３７】
このような無機非晶質の化合物は、蛍光Ｘ線分析により、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａに加えて、酸化物を構成する元素（Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎから選ばれる少なくとも２種以上）が確認され、Ｘ線回折による分析のチャートでは２θ：１０°〜４０°の範囲で上記ハローが見られる。
【００３８】
ここで、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯと組み合わせる酸化物は、１種または２種以上であり、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯを除く金属および／または非金属の酸化物を使用でき、例えばＮａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯから選ぶことができる。この選択は、複合硬化体に期待する特性を基準に行うことができる。
【００３９】
例えば、Ｎａ２ ＯまたはＫ２ Ｏは、アルカリなどで除去できるため、めっき処理に先立って除去処理を行えば、複合硬化体表面の被めっき面が粗くなってめっきのアンカーとして作用させることができる。
ＭｇＯは、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯと固溶して強度発現に寄与し、曲げ強度や耐衝撃性を大きく改善する。
Ｐ２ Ｏ５ は、骨との癒着を助けるため生体材料（人工歯根、人工骨）に使用する場合は特に有利である。
ＳＯ３ は、殺菌作用があり抗菌建築材料に適している。
ＴｉＯ２ は、白系着色材であるとともに、光酸化触媒として作用することから、付着した有機汚染物質を強制的に酸化でき、光を照射しただけで洗浄できるという自浄力のある建築材料、あるいは各種フィルター、反応触媒として使用できるという特異な効果を有する。
ＭｎＯは暗色系の着色材、Ｆｅ２ Ｏ３ は明色系の着色材、ＺｎＯは白系の着色材として有用である。
なお、これらの酸化物は非晶質体中にそれぞれ単独で存在していてもよい。
【００４０】
上記非晶質体の組成物は、それぞれＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯに換算して、Ａｌ２ Ｏ３ ：複合硬化体の全重量に対して３〜５１重量％、ＳｉＯ２ ：複合硬化体の全重量に対して６〜５３重量％およびＣａＯ：複合硬化体の全重量に対して６〜６３重量％、望ましくは８〜６３重量％で、かつそれら合計が１００重量％をこえない範囲において、含有することが好ましい。
【００４１】
なぜなら、Ａｌ２ Ｏ３ の含有量が３重量％未満あるいは５１重量％をこえると、複合硬化体の強度が低下し、また、ＳｉＯ２ の含有量が６重量％未満あるいは５３重量％をこえても、複合硬化体の強度が低下する。また、ＣａＯの含有量が８重量％未満あるいは６３重量％をこえてもやはり複合硬化体の強度が低下するのである。
【００４２】
さらに、酸化物に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２ の比率を０．２〜７．９、ＣａＯ／Ａｌ２ Ｏ３ の比率を０．２〜１２．５に調整することが、強度の大きい硬化体を得るのに有利である。
【００４３】
前記ＣａＯ／ＳｉＯ２の比率は、０．２を超え７．９以下、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２を超え１２．５以下が最適である。なお、これら、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉの量（ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２ 換算量）は、複合硬化体中のＣａ、Ａｌ，Ｓｉの全量であり、たとえばＣａであれば、炭酸カルシウムおよび無機非晶質体中のすべてのＣａの量をいう。
【００４４】
また、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ およびＣａＯ以外の酸化物として、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯのうち１種または２種以上を含有する場合、各成分の好適含有量は次のとおりである。なお、これら酸化物の合計量は、１００重量％を越えないことはいうまでもない。
【００４５】
なお、非晶質構造か否かは、Ｘ線回折により確認できる。すなわち、Ｘ線回折により２θ：１０°〜４０°の領域でハローが観察されれば、非晶質構造を有していることを確認できる。なお、この発明では、完全に非晶質構造となっているもの以外に、非晶質構造中にＨｙｄｒｏｇｅｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ 、Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ 、Ｚｅｏｌｉｔｅ 、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ，ｓｙｎ 、Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ 、Ｍｅｌｉｔｉｔｅ、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ 、ｔｏｂｅｒｍｏｒｉｔｅ 、ｘｏｎｏｔｌｉｔｅ 、ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅや、ＳｉＯ２ 、Ａｌ ２ Ｏ３ 、ＣａＯ、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯなどの酸化物、そしてＣａＣＯ３ （Ｃａｌｃｉｔｅ ）などの結晶体が混在していてもよい。
【００４６】
これら結晶体は、それ自体が強度発現物質になるとは考えられないが、例えば、硬度および密度を高くして圧縮強度を改善したり、クラックの進展を抑制するなどの効果があると考えられる。なお、結晶体の含有量は、複合硬化体の全重量に対して０．１〜５０重量％であることが望ましい。なぜなら、結晶体が０．１重量％未満では、硬度および密度を高くして圧縮強度を改善したり、クラックの進展を抑制するなどの効果が十分得られず、逆に５０重量％を超えると、曲げ強度低下を招くからである。
【００４７】
ちなみに、上記Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ 系の結晶性化合物がＨｙｄｒｏｇｅｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ 、Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ 、Ｚｅｏｌｉｔｅ 、Ａｌ２ Ｏ３ −ＣａＯ系の結晶性化合物がＣａｌｃｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ 、ＣａＯ−ＳｉＯ２ 系の結晶性化合物がＣａｌｃｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ系の結晶性化合物がＧｅｈｌｅｎｉｔｅ，ｓｙｎ 、Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ であり、またＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−ＭｇＯ系の結晶性化合物がＭｅｌｉｔｉｔｅ、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ である。
さらに、上記結晶体としてはＣａを含むものが望ましく、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ，ｓｙｎ （Ｃａ２ Ａｌ２ Ｏ７ ）、Ｍｅｌｉｔｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ（Ｃａ２ （Ｍｇ０．５ Ａｌ０．５ ）（Ｓｉ１．５ Ａｌ０．５ Ｏ７ ））、Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ−ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ （Ｃａ２ （Ｍｇ０．２５Ａｌ０．７５）（Ｓｉ１．２５Ａｌ０．７５Ｏ７ ））、Ａｎｏｒｔｈｉｔｅ，ｏｒｄｅｒｅｄ（Ｃａ２ Ａｌ２ Ｓｉ２ Ｏ８ ）、炭酸カルシウム（Ｃａｌｃｉｔｅ ）を含有していても良い。
【００４８】
またこの発明の製造方法で製造する複合硬化体では、少なくとも２種以上の酸化物の系からなる非晶質体中に、ハロゲンを添加してもよい。このハロゲンは、固溶体、水和物の生成反応の触媒となり、また燃焼抑制物質として作用する。その含有量は、０．１〜１．２重量％が望ましい。なぜなら、０．１重量％未満では強度が低く、１．２重量％を越えると燃焼により有害物質を発生するからである。ハロゲンとしては、塩素、臭素、フッ素が望ましい。
【００４９】
同様に、炭酸カルシウム（Ｃａｌｃｉｔｅ ）を添加していてもよい。炭酸カルシウムそれ自体は強度発現物質ではないが、炭酸カルシウムの周囲を非晶質体が取り囲むことにより、クラックの進展を阻止するなどの作用により強度向上に寄与すると考えられる。この炭酸カルシウムの含有量は、複合硬化体の全重量に対して４８重量％以下が望ましい。この理由は、４８重量％を越えると曲げ強度が低下するからである。また、０．１重量％以上が望ましい。０．１重量％未満では、強度向上に寄与しないからである。
【００５０】
さらに、結合剤を添加することも、強度のさらなる向上や、耐水性、耐薬品性および耐火性の向上に、有利である。この結合剤としては、熱硬化性樹脂および無機結合剤のいずれか一方または両方からなることが望ましい。熱硬化性樹脂としては，フェノール樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂から選ばれる少なくとも１種以上の樹脂が望ましい。無機結合剤としては，珪酸ソーダ，シリカゲル及びアルミナゾルの群から選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。
【００５１】
次に、この発明の複合硬化体の製造方法において無機非晶質体中に混在させる有機繊維状物は、多糖類からなる有機質繊維状物を使用する。なぜなら、多糖類にはＯＨ基が存在し、水素結合によりＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ またはＣａＯの各種化合物と結合しやすいからである。
【００５２】
この多糖類は、アミノ糖、ウロン酸、デンプン、グリコーゲン、イヌリン、リケニン、セルロース、キチン、キトサン、ヘミセルロースおよびペクチンから選ばれる少なくとも１種以上の化合物であることが望ましい。これら多糖類からなる有機質繊維状物としては、一般に、パルプや、パルプかす、新聞や雑誌などの故紙の粉砕物が有利に適合する。
【００５３】
なお、上記繊維状物の含有率は、２〜７５重量％であることが望ましい。この理由は、２重量％未満では複合硬化体の強度が低下し、一方７５重量％を越えると防火性能、耐水性、寸法安定性などが低下するおそれがあるからである。
さらに、繊維状物の平均長さは、１０〜１０００μｍが望ましい。平均長さが短すぎると絡み合いが生じず、また長すぎると空隙が生じて複合硬化体の強度が低下しやすいからである。
【００５４】
以上の複合硬化体１は、紙スラッジ（スカム）を乾燥させて凝集硬化させたものが最適である。すなわち、製紙スラッジは、無機物を含むパルプかすであり、有機質繊維状物を含んでおり、産業廃棄物を原料として使用するため低コストであり、環境問題の解決に寄与するからである。しかも、この製紙スラッジは、それ自体がバインダーとしての機能を有しており、それ自体のみで、又は、他の産業廃棄物と混練することにより、所望の形状に成形できる利点を有する。
【００５５】
また、製紙スラッジ中には、パルプの他に、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 、ＣａＯ、Ｎａ２ Ｏ、ＭｇＯ、Ｐ２ Ｏ５ 、ＳＯ３ 、Ｋ２ Ｏ、ＴｉＯ２ 、ＭｎＯ、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯの結晶もしくはこれら酸化物の前駆体であるゾル状物、またはそれらの複合物、ハロゲンおよび炭酸カルシウムから選ばれる少なくとも１種、そして水を含むのが、一般的である。
【００５６】
ここで、図２に示すように、複合硬化体１中に、無機粒子４を混在させることが、防火性を向上させたり、非晶質体と反応して強度発現物質を形成して強度を向上するのに有利であり、この無機粒子量を調整することにより、複合硬化体の比重を調整することもできる。
【００５７】
上記無機粒子４としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、シラス、シラスバルーン、パーライト、水酸化アルミニウム、シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、産業廃棄物粉末から選ばれる少なくとも１種以上を使用できる。特に、産業廃棄物粉末としては、製紙スラッジの焼成粉末、ガラスの研磨屑、および珪砂の粉砕屑から選ばれる少なくと１種以上の産業廃棄物粉末を用いることが望ましい。なぜなら、これら産業廃棄物粉末を使用することにより、低コスト化を実現でき、さらに環境問題の解決に寄与できるからである。
【００５８】
なお、製紙スラッジを焼成した無機粒子は、製紙スラッジを３００〜１５００℃で加熱処理することによって得られる。かくして得られる無機粒子は、非晶質であり、強度および靱性に優れ、かつ密度も小さいため、複合硬化体に分散させることにより軽量化を実現できる。また、製紙スラッジを３００℃以上８００℃未満で焼成した場合および、３００〜１５００℃で加熱処理後、急冷することによって得られる無機粒子は、確実に非晶質体を含むため有利である。
無機粒子４は、比表面積が、０．８〜１００ｍ２ ／ｇであることが望ましい。０．８ｍ２ ／ｇ未満では、非晶質体と無機粒子の接触面積が小さくなり強度が低下してしまい、逆に１００ｍ２ ／ｇを越えるとクラック進展や硬度の向上といった効果が低下して結果的に強度が低下する。
【００５９】
さらに、無機粒子４中には、シリカ、アルミナ、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化ナトリウム、五酸化リンから選ばれる少なくとも１種以上の無機物が含まれるていることが望ましい。これらは化学的に安定で耐候性に優れ、建築材料などの産業材料として望ましい特性をそなえているからである。
【００６０】
この無機粒子４は、その平均粒子径が小さすぎても大きすぎても充分な強度が得られないため、１〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。無機粒子の含有量は、１０〜９０重量％であることが望ましい。すなわち、無機粒子が多すぎると強度が低下し、逆に無機粒子の量が多すぎるともろくなり、いずれにしても強度が低下するからである。
【００６１】
この発明の方法で製造した複合硬化体１は、各種産業において利用され、ケイ酸カルシウム板、パーライトボード、合板、石膏ボードなどに代わる新たな建築材料を始めとして、義肢、人工骨、人工歯根用の医療材料、プリント配線板のコア基板、層間樹脂絶縁層などの電子材料に使用することができる。
【００６２】
次に、この発明に係る硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置の実施例について図３〜図９を参照して説明する。
この発明の製造方法では、複合硬化体の原料に製紙スラッジを他の産業廃棄物と昆練することなく使用する。この発明の製造方法で使用する製紙スラッジとしては、印刷・情報用紙、クラフト紙、チタン紙、ティッシュペーパー、ちり紙、トイレットペーパー、生理用品、タオル用紙、工業用雑種紙または家庭用雑種紙等を製造する際のパルプ製造工程、古紙等の原料処理工程、抄造工程などで排出される製紙スラッジが望ましい。製紙スラッジは、丸東窯材社が取扱っている。
【００６３】
図３は、硬化体の製造装置の全体の構成を示している。硬化体の製造装置は、製紙スラッジを調整しスラリー１４を生成する原料調整機構１０と、スラリー１４から抄造体２６を抄造する抄造機構２０と、抄造体２６を反転するための反転装置４０と、抄造体２６を積層してから加圧し脱水を行うプレス機５０と、プレスされた抄造体を乾燥して硬化体１を形成する乾燥機６０とからなる。
【００６４】
先ず、原料の調整を行う原料調整機構１０について、図４（Ａ）を参照して説明する。上記原料１１と、水１２とを、後述する吸引脱水により濃度を固形分０．５〜２５重量％となるように計量して混合器１３内に入れ、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミドのいずれかから成る凝集剤（フロック剤：添加量０．０１〜５％）及びビニロン繊維等の有機繊維（バインダ：添加量０．１〜１０重量％）を添加し、混合器１３にて混合してスラリー１４を調整する。有機繊維（バインダ）は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロンなどの合成繊維、パイプ、古紙から回収されるパルプ、その他、繊維状の産業廃棄物などを用いることができる。原料は製紙スラッジに、更に各種無機粉末や樹脂を添加することができる。
【００６５】
このスラリー１４を、底部にフィルター１６が設けられた脱水容器１５を使用して吸引脱水する。吸引脱水することにより、濃度が固形分０．５〜２５重量％となるようにする。吸引脱水では、製紙スラッジの繊維が配向しないため、得られる複合硬化体に反りやクラックが発生しにくい。
【００６６】
この脱水容器１５の底部は真空ポンプ１７と連結しており、真空ポンプ１７の稼働により水分を吸引する。フィルター１６は特に限定されないが、焼結金属、多孔金属板（直径１〜５ｍｍの穴があいた金属板）、多孔質セラミックフィルター、多孔質の樹脂、ガラス繊維板などを使用できる。脱水容器１５にて水分調整された原料１４を、チェストタンク１８内に一時貯留する。該チェストタンク１８には、攪拌用のプロペラが備えられており、原料中の固形分が沈降しないようになっている。
【００６７】
なお、本実施例では、脱水容器１５により水分を調整しているが、図４（Ｂ）に示すように、脱水容器１５を用いることなく、混合器１３への水の添加量のみで含水率を調整することも可能である。
【００６８】
引き続き、上記水分調整を行った製紙スラッジを含むスラリー１４から抄造機構２０にて抄造体２６を生成する。スラリー（原料溶液）中には、セメントなどの無機バインダーや樹脂などの有機バインダーを添加してもよい。この抄造機構２０について、図５を参照して説明する。抄造機構２０は、スラリー１４を貯留する３連のバット２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと、バット内に配設され、スラリー１４を抄造するワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにて抄造された抄造体２６を転写し、搬送する搬送ベルト２３と、搬送ベルト２３にて搬送された抄造体２６を所定の厚みまで巻回し切断する切断用回転ドラム３０と、抄造体２６を切断するためのカッタ３６と、抄造体２６を搬送するベルトコンベア３８とを備える。
【００６９】
ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、直径７０ｃｍで、幅１ｍｍに形成されている。本実施例では、ろ水（抄造）を行うろ水体が網状体より構成される回転ドラム（ワイヤーシリンダ）から成るため、原料溶液１４から抄造体２６を連続して抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを透過した水は、パイプ１７ａ及び真空ポンプ１７を介して図４（Ａ）に示す混合器１３へ戻される。
【００７０】
また、本実施例では、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを搬送ベルト２３に沿って３台併設し、当該搬送ベルト２３に多層化させながら抄造体２６を転写する。このため、原料溶液１４から抄造体２６を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となる。なお、本実施例では、ワイヤーシリンダの回転数が６０回転／分に設定されている。この回転数は、１〜１００回／分が望ましい。原料溶液１４から抄造体２６を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能となるからである。ここで、回転ドラムが１回転／分よりも低いと、抄造効率が低い。一方、回転数が１００回転／分を越えると、均一な厚みで抄造体が出来にくくなる。本実施例では、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを３台併設したが、１台以上何台でも用いることができる。
【００７１】
なお、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの網目は♯６０（１インチ当たりの網目数６０）に形成されている。ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの網目は♯４０〜１５０が望ましい。原料溶液（スラリー）１４から抄造体２６を高効率で抄造でき、製紙スラッジから効率的に密度の高い硬化体を量産することが可能となるからである。ここで、♯４０よりも網目が荒いと、原料溶液から無機非結晶体のみが抜けて硬化体の密度及び強度が低下する。一方、♯１５０よりも網目が細かいと、水分の抜けが悪くなり、原料溶液から抄造体を高効率で抄造できなくなる。なお、凝集剤により製紙スラッジ（原料溶液）中にフロックができているので、効率的に抄造を行うことができる。
【００７２】
製紙スラッジを含む原料溶液の濃度は、固形分３．５〜２５重量％であることが望ましい。製紙スラッジからの抄造性を向上させ、効率的に硬化体を量産することができるからである。即ち、濃度が３．５％未満では、効率的に原料溶液からワイヤーシリンダ（ろ水体）を用いて抄造することができず、２５％を越えると、製品の均一性が低下するからである。
【００７３】
ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃにて抄造された抄造体を転写し、搬送する搬送ベルト２３は、幅１ｍのフェルトからなり、ローラ３４にて懸架されており、裏面に吸引ボックス２４を設けて、真空ポンプ１７で吸引しながら脱水を行っている。即ち、該ベルト２３は、製紙スラッジを含む原料１４の水分をフェルトの気孔内へ吸着し、吸着した水分が吸引ボックス２４を経て真空ポンプ１７側へ吸着され、図４（Ａ）に示す混合器１３へ戻される。この第１実施例では、ベルト２３をフェルトから構成したが、この代わりに、連続した気孔を有する多孔質の樹脂、多孔質のゴム、無機繊維を結合剤などで固めたもの、焼結金属、多孔金属、多孔金属のブロックをゴム等の可撓性を有するバインダで固めたベルト、などを使用することができる。本実施例は、搬送ベルト２３が連続する気孔を有する多孔質体で構成され、搬送ベルト２３で搬送しながら脱水するため、効率的に抄造体２６中の水分を減らすことができる。
【００７４】
また、本実施例では、搬送ベルト２３の搬送速度が４８ｍ／分に設定されており、これと同期するように、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、切断用回転ドラム３０及びベルトコンベア３８が図示しないモータにより駆動されている。搬送ベルト２３の搬送速度は、５〜８０ｍ／分であることが望ましい。原料溶液から適度な厚さの抄造体を高効率で抄造でき、効率的に硬化体を量産することが可能となるからである。ここで、搬送速度が５ｍ／分よりも低いと、抄造体を厚く抄造できる反面、抄造効率が低い。一方、搬送速度が８０ｍ／分を越えると、抄造体が薄くなり、均一な厚みにし難くなると共に、抄造体が切れることがある。
【００７５】
搬送ベルト２３にて搬送された抄造体を所定の厚みまで巻回し切断する切断用回転ドラム３０は、直径６４ｃｍ（外周２ｍ）に形成されており、表面に水を滞留させる貯留溝３２と、この溝３２の近傍に位置する収容溝３３に収容されたピアノ線３１とを備える。該切断用回転ドラム３０は、表面に搬送ベルト２３から搬送された抄造体２６を多層化させながら巻回する。
【００７６】
そして、抄造体２６が所定の厚み（１．５ｃｍ）に達し、これが図示しないセンサで検出されると、収容溝３３内のピアノ線３１が押し出される。貯留溝３２に沿った位置で抄造体２６は、含水率が高く、ピアノ線３１が押し出されると、貯留溝３２に沿って切断され、図６（Ａ）に示すように、切断端がベルトコンベア３８側に倒れかかる。そして、切断用回転ドラム３０の回転及びベルトコンベア３８の搬送に伴い、所定の厚みの抄造体２６がベルトコンベア３８上まで搬送される（図６（Ｂ）参照）。ここで、図６（Ｃ）に示すように、他方の切断端がカッタ３６の対応位置まで搬送されると、カッタ３６がベルトコンベア３８側へ降ろされ、抄造体２６の切断端と搬送ベルト２３上を搬送される未積層の抄造体とが分離される。
【００７７】
本実施例では、搬送ベルト２３上の抄造体を、切断用回転ドラム３０に転写させながら多層化し、多層化させた抄造体２６が所定厚さに達した段階で所定の大きさに切断する。切断用回転ドラムにより、均一の厚み（１．５ｃｍ）及び大きさ（１ｍ×２ｍ）の抄造体２６を連続的に成形することができるので、硬化体を効率的に量産することが可能になる。
【００７８】
また、本実施例では、切断用回転ドラム３０にて一端の切断された抄造体２６を一定間隔で切断するカッタ３６を備える。このため、効率的に所定長（２ｍ）の抄造体２６を形成することができる。なお、本実施例では、抄造体２６の厚みを１．５ｃｍとしたが、厚みは２ｃｍ以下であることが望ましい。２ｃｍ以下の厚みであれば、抄造が容易であり、また、搬送等においても扱い易い。
【００７９】
抄造体を反転するための反転装置４０について、図７を参照して説明する。本実施例の製造装置では、後述するように抄造体を交互に反転しながら積層するため、１枚おきに抄造体２６が反転される。反転装置４０は、抄造体を吸着して搬送する搬送装置４２と、テーブル４４と、反転板４６とから成る。
【００８０】
図７（Ａ）に示すように、ベルトコンベア３８上の抄造体２６が、搬送装置４２によって反転板４６上に載置される。反転板４６が駆動され、抄造体４６を反転させる（図７（Ｂ）参照）。そして、図７（Ｃ）に示すように反転された抄造体２６が、搬送装置４２によって図３中に示すプレス機５０へ搬送される。なお、上述したように、本実施例では、スラリー１４にバインダを添加することで抄造体２６に可撓性を持たせ、切断後の扱いを容易にしてある。
【００８１】
抄造体を加圧して脱水を行うプレス機５０について、図８及び図９を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、プレス機５０は、凹部５４Ａを備えるメス型５４と、該凹部５４Ａへ嵌入するオス型５２とから成り、メス型５４及びオス型５２には、抄造体を加圧した際に発生する水分を導出するための微細な通孔５４ａ、５２ａがそれぞれ形成されている。また、該プレス機５０には、抄造体２６に原料溶液１４を塗布するためのカーテンコーター５６が備えられている（図８（Ｂ）参照）。
【００８２】
プレス機５０での積層及び加圧について説明する。先ず、図８（Ａ）に示すように、メス型５４の凹部５４Ａに、最下層として、図７（Ｃ）を参照して上述した反転装置４０にて反転されて上記切断用回転ドラム３０との接触面側を下側に向けられた抄造体２６が、搬送装置４２により搬入される。次に、図８（Ｂ）に示すように、カーテンコーター５６により、抄造体２６の上面、即ち、上層の抄造体との接着面に原料溶液１４が塗布される。この原料溶液の量は、抄造体１層当たり、固形分で５０ｇ／ｍ２〜５００ｇ／ｍ２が好適である。なお、ここでは、カーテンコーター５６を用いているが、ロールコーター等の種々の塗布装置を用いることができる。
【００８３】
２層目の抄造体として、図８（Ｃ）に示すように、ベルトコンベア３８上の抄造体２６が反転されることなくメス型５４の凹部５４Ａへ搬送装置４２により搬入される。その後、図９（Ａ）に示すように、原料溶液１４を塗布した後、３層目の反転された抄造体２６が載置され、原料溶液１４を塗布した後に４層目（最上層）の反転されない抄造体２６が載置され積層が完了する。ここでは、４層を積層しているが、２枚以上ならば何枚でも良く、薄い硬化体を製造する際には、１枚でも可能である。
【００８４】
その後、オス型５２を押し下げ、加圧プレスを６０Ｋｇ／ｃｍ２で行う（図９（Ｂ）参照）。この際、抄造体２６から染み出る水分を、通孔５４ａ、５２ａを介して外部へ導出する。その後、オス型５２を上げて（図９（Ｃ）参照）、加圧により形成した複合硬化体１をメス型から取り出し、乾燥機６０へ搬送する。
【００８５】
本実施例では、加圧を型枠（凹部５４Ａ）中で行うため、高圧で加圧しても抄造体２６が千切れなくなり、製紙スラッジから高強度の硬化体１を高い歩留まりで製造することが可能となる。また、オス型５２及びメス側５４に抄造体２６から染み出る水分を抜くための通孔５２ａ、５４ａを備えるため、加圧の際に脱水を行い、後の乾燥による硬化工程を短時間で完了させれる。また、製紙スラッジの抄造体を原料溶液１４を介在させて複数積層せるため、剥離の生じない多層の硬化体を製造することができる。
【００８６】
加圧プレスは、１０〜２５０Ｋｇ／ｃｍ２で行うことが望ましい。加圧プレスを１０Ｋｇ／ｃｍ２未満で行うと、必要とされる強度を得ることができない。一方、２５０Ｋｇ／ｃｍ２を越えて加圧プレスしても強度を高めることができず、プレス機が大型化・高価格化するからである。
【００８７】
本実施例では、原料溶液をワイヤーシリンダ（ろ水体）を用いて抄造して得られた製紙スラッジの抄造体を、複数積層せしめる。これは、抄造により厚い抄造体を得ることは非効率的であるので、製紙スラッジから薄い抄造体を効率的に抄造し、積層することで必要とする強度及び厚みの硬化体を製造する。これにより、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産する。
【００８８】
また、本実施例の製造方法では、抄造体を厚さ２０ｍｍ以下に形成することで、製紙スラッジを効率的に抄造し、積層することで必要とする強度及び厚みの硬化体を製造する。このため、製紙スラッジから効率的に硬化体を量産することが可能になる。
【００８９】
本実施例では、抄造体２６の積層面を交互に反転させながら積層する。即ち、反りの発生する方向を反対にしながら抄造体２６を積層するため、抄造体２６を積層して成る硬化体１に反り、層間剥離を発生させることがない。また、最上層及び最下層の抄造体について、露出面を回転ドラムに接触していた面とし、フェルトからなる搬送ベルト３２と接していた凹凸の付いた面を内側にするため、積層してなる硬化体の表面を平滑にすることができる。
【００９０】
更に、本実施例では、製紙スラッジを含む原料溶液に凝集剤を添加して凝集させるため、製紙スラッジから均質な比重（１．２〜１．３の範囲）の硬化体１を量産することができる。更に、本実施例では、メス型５４内で積層を行うため、積層した抄造体を移送する必要がなく量産に適する。本実施例では、型枠５４内で積層したが、積層後に型枠内に移送することも可能である。
【００９１】
上記プレス機５０にて加圧脱水乾燥して、含水率を下げた後、引き続き、図３に示す乾燥機６０にて完全に脱水して硬化反応を進行させる。乾燥機６０は、電熱ヒータ６２とファン６４とを備え、乾燥を温度８０〜２００℃で行う。乾燥機６０は、電熱ヒータ６２を備えるが、この代わりに、赤外線ヒータ、蒸気、天日乾燥機などを使用することができる。
【００９２】
乾燥工程を経た硬化体１は、さらに搬送されて、図示しない切断機で所定の大きさに切断される。切断は、コンベア上に配設されたカッター、或いは、鋸などで行う。切断された複合硬化体１は、最後に図示しない検査機で反りなどの検査を行う。検査機としては、Ｘ線センサ、赤外線センサなどを使用できる。また、画像処理装置などで欠けやクラックの有無を検査してもよい。
【００９３】
ここで、抄造体の積層方向（張合向き）と層間剥離の発生との関係について図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０（Ａ）の右側に、抄造体２６を反転させて、搬送ベルトを構成するフェルト当接面側を張り合わせた場合を示している。ここで、抄造体２６は、図３中に示す切断用回転ドラム３０にて巻回された際に応力が残り、切断後も巻回方向に沿って反っている。図中の左側は、積層した抄造体２６の断面を示し、図中での凹凸は、フェルト当接面を示している。本実施例では、図１０（Ａ）の張り合わせ方向が採用されている。
【００９４】
図１０（Ｂ）は、抄造体２６を反転させず張り合わせた場合を示している。また、図１０（Ｃ）は、抄造体２６を反転させ、切断用回転ドラム当接面側に張り合わせた場合を示している。
【００９５】
図１１は、抄造体の張合向きと層間剥離の発生との関係、及び、プレス機での圧力と強度との関係を示す図表である。
図表中で、塗布量とは抄造体と抄造体との間の原料溶液１４を塗布量を示し、圧力とはプレス機での圧力を、時間とは加圧時間を示し、密度は乾燥前の硬化体の密度であり、最大荷重は、乾燥後の硬化体の耐え得る荷重、即ち、強度を示している。また、含水率は、加圧後の値である。収縮率厚さとは、厚さ方向の収縮率を、収縮率長さとは長さ方向の収縮率を、収縮率幅とは幅方向の収縮率を示している。ここでは、５枚の抄造体を積層しており、剥離層数とは５枚中の剥離した層の数を、剥離辺数とは４隅の内で剥離の発生した数を、剥離長さは、剥離の生じた部分の総延長を示している。
【００９６】
先ず、圧力を高めることにより、最大荷重を高め得ることが分かる。また、張合向きとして図１０（Ａ）に示す”Ａ”を採用し、６０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることで層間剥離が完全に防げることが分かる（Ｎｏ．９参照）。本実施例では、製紙スラッジを原料として用いるため、収縮率が大きく、乾燥の際に、切断用回転ドラム３０にて巻回された際に残った応力が作用して剥離が発生し易いが、抄造体を反転させて張り合わせることで、剥離を防ぐことができる。なお、本実施例では、１層毎に抄造体を反転したが、２層おき、また、３層おきに反転させて積層することによっても、反り及び層間剥離を防ぐことができる。
【００９７】
上述した工程で得られた複合硬化体を、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００ ）を用いて分析した一例を下記に示す。
【００９８】
実施例１
酸化物に換算して、下記の組成であることが判った。なお、パルプについては、１１００℃で焼成して重量減少量から測定した。
引き続き、本発明の第２実施例に係る硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置について、図１４を参照して説明する。
この第２実施例は、抄造体を切断方法及び積層方向を除いて第１実施例とほぼ同様である。このため、切断方向及び積層方向を除いて、説明を省略する。
上述した第１実施例では、抄造体２６が１ｍ×２ｍに切断された。これに対して、第２実施例では、カッタ３６により、抄造体２６が１ｍ×１ｍに切断される。また、ベルトコンベア３８から搬送装置４２にて抄造体２６が反転装置４０の反転板４６に載置させる際に、水平方向に９０度捻ってから載置される。即ち、抄造体を積層する際に、ワイヤーシリンダ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃから搬送ベルト２３への転写方向がずれるようにする。抄造体２６は、搬送ベルト２３への転写方向に沿って強度差が発生する。具体的には、転写方向に沿って曲げを加えた際の強度を１とすると、転写方向と垂直方向の強度が０．８程度になる。第２実施例では、抄造体２６を積層する際に、搬送ベルト２３への転写方向がずれるように積層することで、均一な強度を有する硬化体を製造する。
【０１００】
実施例２
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のＯＡ機器用上質紙の製紙スラッジ「生スラッジ」：固形分５１重量％、水分４９重量％）１５００ｇを用意した。これを実施例１のように抄造した。
また、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ株式会社 ＲＩＸ２０００）を用いて組成を分析した。酸化物換算値を以下に示す。パルプの量は１１００℃で焼成したときの重量減少量から算出した。Ｘ線では炭酸カルシウムのピークが観察された。組成は炭酸カルシウムも含めての量である。
【０１０１】
炭酸カルシウムの量は、Ｘ線回折チャートの２θ＝２９°付近の最大ピークの高さと炭酸カルシウムの含有量で検量線を作成して、炭酸カルシウムの含有量を測定した。検量線は装置に依存性があるため、異なる装置で回折試験を実施する場合には、検量線を作成しなおす必要がある。本出願では、Ｒｉｇａｋｕ株式会社製 ｍｉｎｉＦｌｅｘを使用した。その結果、約１１重量％であった。また、蛍光Ｘ線のＣａとＯのマッピング映像から、炭酸カルシウムの結晶習癖は、紡錘状と推定された。
【０１０２】
実施例２の製紙スラッジ硬化物の組成
【０１０３】
実施例３
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のＯＡ機器用上質紙の製紙スラッジ「生スラッジ」：固形分５１重量％、水分４９重量％）１５００ｇに、紡錘状軽質炭酸カルシウム（平均径２μｍ、奥多摩工業株式会社 タマパール ＴＰ−１２１）を７３ｇ添加した。
これを実施例１のように抄造した。
【０１０４】
実施例３の製紙スラッジ硬化物の組成
【０１０５】
実施例４
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のＯＡ槻器用の上質紙の製紙スラッジ「生スラッジ」：固形分５１重量％、水分４９重量％）１５００ｇに、柱状軽質炭酸カルシウム（平均径２μｍ、奥多摩工業株式会社タマパール ＴＰ−１２３）を２１９ｇ添加した。
蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ社製の商品名ＲＩＸ２１００）を用いて組成を分析した。炭酸カルシウムの含有量を測定した。その結果、約３０．８重量％であった。
【０１０６】
実施例４の製紙スラッジ硬化物の組成
実施例５
製紙スラッジの焼成物（丸東窯材社 商品名「サイクロン灰」）１０３重量部と、実施例１の未焼成の製紙スラッジ１２０９重量部とを混練した。
ついで、実施例１と同様にして複合硬化体を製造した。
なお、焼成スラッジの組成は、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００）を用いて分析を行い、各酸化物に換算して次のとおりであった。比重は０．９であった。
【０１０８】
（製紙スラッジの焼成物）
実施例６
坪量８０ｇ／ｃｍ２のクラフト紙にフェノール樹脂を含浸させたコア紙の１０枚を積層し、１４０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２で加圧し、化粧板とした。この化粧板を実施例１の硬化体の両面に酢酸ビニル系接着剤で接着した。
【０１１０】
実施例７
実施例２の組成の製紙スラッジにポルトランドセメントを１０重量％添加した。
セメントの組成
実施例８
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社の取り扱う中村製紙のＯＡ機器用の低質紙：固形分３４重量％、水分６６重量％）３０２０重量部を用意した。次に、２Ｎ塩酸水溶液を用いて、酸洗浄し、Ｃａ成分をほぼ完全に除去し、これをＡとした。
【０１１２】
Ａ
また、丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のインクジェットプリンタ用紙の製紙スラッジ；固形分５１重量％、水分４９重量％をＢとした。
Ｂ
【０１１４】
また、丸東窯材社が取り扱う牧製紙株式会社のインクジェットプリンタ用紙の製紙スラッジ：固形分５１重量％、水分４９重量％にさらに炭酸カルシウム（立方形状）を１０重量％添加してＣとした。
Ｃ
炭酸カルシウムの量は、６５重量％であった。
【０１１５】
以上Ａ、Ｂ、Ｃを適宜混合して試料を調整して、実施例１と同様に抄造して、硬化体を製造し、曲げ強度、圧縮強度、釘打ち性を測定した。
その結果を図１５〜図１８のグラフに示した。ここで、図１５はＣａＯ／ＳｉＯ２と圧縮強度との関係を示し、縦軸に圧縮強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯ／ＳｉＯ２の割合を取ってある。図１６はＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３と圧縮強度との関係を示し、縦軸に圧縮強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の割合を取ってある。図１７は、ＣａＯの含有量と曲げ強度・圧縮強度との関係を示し、縦軸に曲げ強度・圧縮強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯの含有量（％）を取ってある。図１８はＣａＯの含有量と釘引き抜き強度との関係を示し、縦軸に釘引き抜き強度（Ｋｇ／ｃｍ２）を横軸にＣａＯの含有量（％）を取ってある。図１５に示すように、硬化体は、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉの量がそれぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９の際に、高い圧縮強度を発揮する。一方、図１６に示すように、硬化体は、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５の際に高い圧縮強度を発揮する。
【０１１６】
比較例１
未焼成の製紙スラッジ（丸東窯材社 商品名「生スラッジ」：固形分３４重量％、水分６６重量％）１５１２ｇを用意した。次いで、製紙スラッジを、１８００ｍｍ×１０００ｍｍの面積を持つ鋳型に流し込んだ。ついで、ステンレス板、パンチングメタル板、不織布を入れて断面１９０ｍｍ角の押し棒を４５本を挿入して、昇圧時間３０分で６０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加えながら、５分間圧締し、厚さ１０ｍｍのシート状成形体とした。このシート状成形体を１００℃で加熱して板状の複合硬化体とした。比重は、１．２であった。
【０１１７】
かくして得られた複合硬化体を、蛍光Ｘ線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００）を用いて分析したところ、酸化物に換算して下記の組成であることが判った。なお、パルプについては、１１００℃で焼成して重量減少量から測定した。
【０１１８】
記
【０１１９】
比較例２
実施例１の製紙スラッジを１Ｎ塩酸で洗浄し、炭酸カルシウムを除去したあと、球状の炭酸カルシウム（平均径２μｍ、奥多摩工業株式会社 Ｃ−９０）を８４ｇ添加した。固形分に対して約１１重量％である。しかしながら、抄造では、ほとんど硬化体中に炭酸カルシウムを取り込めなかった。
【０１２０】
比較例３
実施例２の製紙スラッジに５５重量％のポルトランドセメントを添加した。
【０１２１】
比較例４
比較例４では、搬送ベルトで脱水吸引を行わなかった。
【０１２２】
以上の実施例および比較例で得られた複合硬化体について曲げ強度、圧縮強度、加工性および釘打ち性、破壊靭性、耐磨耗性について試験を行った。その結果を表１に示す。なお、試験方法は、曲げ強度がＪＩＳ Ａ ６９０１に、また圧縮強度がＪＩＳ Ａ ５４１６に規定された方法に、それぞれ準じて測定した。また、加工性は、木工用丸鋸にて切断加工を行い判断した。さらに、釘打ち性については、直径４ｍｍ、長さ５０ｍｍの釘を打ちつけ、クラックの有無を調べた。破壊靭性値は、ビッカース硬度計（明石製作所 ＭＶＫ−Ｄ）により圧子を圧入して生じたクラックの長さから計算した。ヤング率は、曲げ破壊試験のカーブから計算し、１．４から２．７ｋｇｆ／ｃｍ２であり、この値を用いた。
また、明度はマンセル色票を使用した。
【０１２３】
【表１】
また、実施例１の複合硬化体について、Ｘ線回折により結晶構造を確認した。そのＸ線回折のチャートを図１２及び図１３に示す。なお、Ｘ線回折は、Ｒｉｇａｋｕ製ＭｉｎｉＦｌｅｘを使用し、Ｃｕをターゲットとした。２θ＝１５°〜３０°の領域にゆるやかな起伏（ハロー）が観察されるとともに、結晶構造を示すピークも観察され、非晶質構造中に結晶構造が混在していることが判る。また、ピークからは、炭酸カルシウムの結晶（Ｃａｌｓｉｔｅ）が同定された。
【０１２５】
なお、明度は、セメントの量が少ないほど、ＣａＯの量が多いほど高い。また、抄造法の方がプレス法よりも、明度が高い。さらに、角を持つ炭酸カルシウムの方が抄造法で取りこみやすく、明度を高くできる。
【０１２６】
上記複合硬化体１の一応用例として、複合建築材料について以下に説明する。すなわち、図１９に示すように、芯材５の少なくとも片面に、図示例では両面に補強層６が形成された複合建築材料において、該芯材５に、この発明の方法で製造した複合硬化体１を適用する。すなわち、芯材５をこの発明の方法で製造する複合硬化体１とすることによって、この芯材に引っ張り力が加わった場合でも、芯材自体が曲げ強度に優れているため、しかも芯材の表面に補強層が設けられていることも相まって、容易に破壊が起きない構成となっている。また、表面に局所的に圧力が加わっても凹みや窪みが生じることもない。
【０１２７】
さらに、この複合建築材料は、その使用に当たり、補強層６の上に塗装、化粧板および化粧単板などによる化粧層を設けることになるから、耐衝撃性が向上して、凹みなどのキズが生じにくくなり、化粧面がキズにより歪んで意匠性を低下させることもない。
【０１２８】
また、補強層６は、樹脂６ａ中に繊維基材６ｂを埋設した構造になる。この樹脂６ａには、特に熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。すなわち、熱硬化性樹脂は熱可塑性樹脂と異なり、耐火性に優れ高温下でも軟化しないため、補強層としての機能が失われないからである。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メメラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂などが適合する。そして、補強層に充分な剛性と耐衝撃性、さらに高い耐火性を付与するには、補強層における熱硬化性樹脂の含有量を、１０重量％〜６５重量％の範囲にすることが望ましい。
【０１２９】
一方、繊維基材６ｂには、無機質繊維を用いることが望ましい。なぜなら、補強層６の強度を向上し、かつ熱膨張率を小さくすることができるからである。無機質繊維には、ガラス繊維、ロックウール、セラミックファイバー、ガラス繊維チョップドストランドマット、ガラス繊維ロービングクロス、ガラス繊維コンティニュアスストランドマット、ガラス繊維ペーパーのうち一種以上を用いることが、低価格でかつ耐熱性並びに強度に優れる点で好ましい。この繊維基材は、非連続の繊維をマット状に成形したもの、または連続した長繊維を３〜７ｃｍに切断してマット状にしたもの（いわゆるチョップドストランドマット）、水で分散させてシート状にすきあげたもの、連続した長繊維を渦巻き状に積層しマット状にしたもの、あるいは連続した長繊維を織りあげたものが、適用できる。
【０１３０】
さらに、補強層の厚さは、０．１ｍｍ〜３．５ｍｍとすることが望ましい。この範囲に設定すると、充分な剛性、耐衝撃性などが得られ、かつ高い加工性を維持できるからである。なお、補強層には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの難燃化剤、ならびにシリカゾル、アルミナゾル、水ガラスなど一般に使用される無機質の結合剤を添加してもよい。ここでは、補強層を設けたが、硬化体が水分を吸収しないように、表面を樹脂等でコートすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の複合硬化体の断面模式図である。
【図２】この発明の複合硬化体の断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る硬化体の製造装置の概念図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、原料調整機構の概念図である。
【図５】抄造機構の概念図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、切断用回転ドラムの動作の説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、反転装置の動作の説明図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、プレス機の動作の説明図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、プレス機の動作の説明図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、抄造体の張合せ向きの説明図である。
【図１１】抄造体の張合向きと層間剥離の発生との関係、及び、プレス機での圧力と強度との関係を示す図表である。
【図１２】実施例１に係る複合硬化体のＸ線回折のチャートである。
【図１３】実施例１に係る複合硬化体のＸ線回折のチャートである。
【図１４】本発明の第２実施例に係る硬化体の製造装置の概念図である。
【図１５】ＣａＯ／ＳｉＯ２と圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１６】ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３と圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１７】ＣａＯの含有量と曲げ強度・圧縮強度との関係を示すグラフである。
【図１８】ＣａＯの含有量と釘引き抜き強度との関係を示すグラフである。
【図１９】この発明の複合硬化体を用いた複合建築材料の断面模式図である。
【符号の説明】
１ 複合硬化体
２ 非晶質体
３ 繊維状物
４ 無機粉末
５ 芯材
６ 補強層
１０ 原料調整機構
１４ 原料溶液（スラリー）
１５ 脱水容器
１６ フィルター
１７ 真空ポンプ
１８ チェストタンク
２０ 抄造機構
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ バット
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ ワイヤーシリンダ
２３ 搬送ベルト
２４ 吸引ボックス
２６ 抄造体
３０ 切断用回転ドラム
３１ ピアノ線
３２ 貯留溝
３３ 収容溝
３６ カッタ
３８ ベルトコンベア
４０ 反転装置
４２ 搬送装置
４４ テーブル
４６ 反転板
５０ プレス機
５２ オス型
５２ａ 通孔
５４ メス型
５４Ａ 凹部
５４ａ 通孔
５６ カーテンコーター
６０ 乾燥機
Claims (12)
- Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉの量が、それぞれＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２に換算してＣａＯ／ＳｉＯ２の比率０．２から７．９、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３の比率が０．２から１２．５である製紙スラッジを含む原料溶液を網状体からなる回転ドラムを用いて抄造し、該回転ドラム表面に製紙スラッジの抄造体を付着させると共に、この抄造体を連続気孔を有する多孔質体の搬送ベルトへ転写し、該搬送ベルトで搬送しながら抄造体から脱水した後、所定の大きさに切断し、抄造体を硬化させて製紙スラッジの硬化体を得ることを特徴とする硬化体の製造方法。
- 前記製紙スラッジを含む原料溶液の濃度が、固形分３．５〜２５重量％であることを特徴とする請求項１の硬化体の製造方法。
- 前記搬送ベルト上の抄造体を、切断用回転ドラムに転写させながら多層化し、多層化させた抄造体が所定厚さに達した段階で切断することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１の硬化体の製造方法。
- 前記切断した抄造体をさらに多層化した後、加圧プレスすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１の硬化体の製造方法。
- 前記加圧プレスを１０〜２５０Ｋｇ／ｃｍ２で行うことを特徴とする請求項４の硬化体の製造方法。
- 製紙スラッジを含む原料溶液を抄造し、表面に製紙スラッジの抄造体を付着させる網状体からなる回転ドラムと、
前記回転ドラムの表面に付着した抄造体を転写して、搬送しながら脱水する多孔質体の搬送ベルトと、
前記搬送ベルトを搬送された抄造体を所定の大きさに切断する切断装置と、
前記切断された抄造体を硬化させて製紙スラッジの硬化体を得る硬化装置とを備えることを特徴とする硬化体の製造装置。 - 前記回転ドラムの回転速度が１〜１００回／分であることを特徴とする請求項６の硬化体の製造装置。
- 前記回転ドラムを搬送ベルトに沿って複数個併設し、当該搬送ベルトに多層化させながら抄造体を転写することを特徴とする請求項６〜請求項７のいずれか１の硬化体の製造装置。
- 前記回転ドラムは、♯４０〜♯１５０の網目構造を有することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１の硬化体の製造装置。
- 前記搬送ベルトの搬送速度が５〜８０ｍ／分であることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１の硬化体の製造装置。
- 前記切断装置は、抄造体を転写させながら多層化する切断用回転ドラムから成り、
当該切断用回転ドラムが、表面に水を滞留させる溝と、この溝の近傍に位置し、内部から抄造体を押し出すための押出機構とを備え、
該切断用回転ドラム表面の多層化させた抄造体が所定厚さに達した段階で、前記押出機構を作動させ、前記溝に対応する位置で前記抄造体を切断することを特徴とする請求項６の硬化体の製造装置。 - 前記切断装置が、更に、前記切断用回転ドラムにて一端の切断された抄造体を一定間隔で切断する刃を備えることを特徴とする請求項１１の硬化体の製造装置。
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| JP2003191997A Pending JP2004003108A (ja) | 2000-03-21 | 2003-07-04 | 硬化体の製造方法及び硬化体の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004003108A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105369668A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-03-02 | 广东华凯科技股份有限公司 | 一种高密度纤维板的圆网成型器 |
| CN111807661A (zh) * | 2019-04-12 | 2020-10-23 | 德威华泰科技股份有限公司 | 污泥挤条脱水装置 |
-
2003
- 2003-07-04 JP JP2003191997A patent/JP2004003108A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105369668A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-03-02 | 广东华凯科技股份有限公司 | 一种高密度纤维板的圆网成型器 |
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