JPH0578181A - 粘土・天然繊維複合多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 石油製品の発泡ポリスチレンに替わり得る無
公害・無環境汚染の原料のみからなり、かつ回収再利用
が可能で、やむを得ず廃棄するに際しては天然の土壌に
容易に変換される軽量で、かつ不燃性の材料を提供す
る。 【構成】 この材料は、天然又は合成の粘土と天然繊維
とを水と混合して混合ゾルとし、この混合ゾルを１×１
０^-3mｌ／秒以上の凍結速度で急速凍結後、融解するこ
となく乾燥することにより得られる粘土・天然繊維複合
多孔体である。混合ゾルの重量固液比は１％以上２５％
以下が好ましい。天然又は合成の粘土と天然繊維のほ
か、水溶性糊、色素又は香料の少なくとも１種を水と混
合することもできる。発泡ポリスチレンにはない性質を
有し、丈夫であり、緩衝材、不燃断熱材、吸音材、吸着
材、果実鮮度保持材、触媒材、脱臭材としての利用が可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原料として使用済廃紙
の繊維を使用でき、使用中及び使用後の廃棄に際しても
地球環境を全く汚染しない無公害・無環境汚染の緩衝
材、不燃断熱材、吸音材、吸着材、果実鮮度保持材、触
媒材など、地球環境に親和的な材料の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】いわゆ
る発泡スチロール(ポリスチレン)が緩衝材、断熱材、吸
音材として軽量で廉価であるが故に広く普及している。
しかし、その原料は石油であるので、自然分解はせず、
使用後の焼却に際しては高熱を出して焼却炉を破損し、
大量の炭酸ガスを放出するなど、地球環境汚染の典型材
料でもある。また、放置されて河川や海浜を汚染するな
ど、社会問題として指摘されて久しく、代替する緩衝
材、断熱材、吸音材の出現が待たれているので実情であ
る。

【０００３】本発明は、上記実状に鑑みて、石油製品の
発泡ポリスチレンに替わり得る無公害・無環境汚染の原
料のみからなり、かつ回収再利用が可能で、やむを得ず
廃棄するに際しては天然の土壌に容易に変換される軽量
で、かつ不燃性の材料を製造する方法を提供することを
目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するための手段として、本出願人が既に提案した特
願昭６２−６２１８４号「解放型微細空孔の粘土多孔体
の製造方法」で得られる粘土多孔体が、無公害・無環境
汚染でかつ軽量であるが、脆弱である点に着目し、この
粘土多孔体が、発泡ポリスチレンに代替され得べく、そ
の圧縮及び曲げ強度を増加する研究を行い、その際、無
公害・無環境汚染の立場から、天然の土壌を構成する粘
土と土中で容易に生物的に分解する天然繊維のみからな
る天然繊維強化粘土多孔体の製造研究を行った。

【０００５】その結果、天然繊維としての廃紙の繊維を
再利用しても、充分発泡ポリスチレンより丈夫で、更に
澱粉糊など水溶性の糊を若干添加すれば更に高強度の粘
土天然繊維複合多孔体が得られることが判明した。ま
た、この粘土・天然繊維複合多孔体は、主成分が粘土鉱
物であるので粘土鉱物の持つ不燃性、有機化合物吸着
性、触媒能の特性が多孔体の機能と相俟って、発泡ポリ
スチレンにはない性質を有し、不燃断熱材、脱臭材、吸
着材としての利用が可能であることも判明した。

【０００６】すなわち、本発明は、天然又は合成の粘土
と天然繊維とを水と混合して混合ゾルとし、この混合ゾ
ルを１×１０^-3mｌ／秒以上の凍結速度で急速凍結後、
融解することなく乾燥することを特徴とする粘土・天然
繊維複合多孔体の製造方法を要旨とするものである。

【０００７】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【０００８】

【作用】

【０００９】本発明では、まず、原料として、天然又は
合成の粘土と天然繊維を使用し、これを水と混合して混
合ゾルとする。

【００１０】ここで、粘土とは、鉱物分類上「粘土鉱
物」と呼ばれる天然及び合成の鉱物及びそれを主成分と
して他の珪酸塩鉱物或いは無機化合物を含む物質を意味
し、中でもモンモリロナイト、バイデライト、サポナイ
トをはじめ、鉱物分類上スメクタイトと呼ばれる種類の
粘土鉱物及びそれを主成分としての他の珪酸塩鉱物を含
むベンナイト、酸性白土等が最も優れた原料である。

【００１１】また、天然繊維とは、植物性、動物性を問
わず、生物起源のすべての繊維状物質を意味するが、資
源有効利用の立場からすれば、使用済み廃紙或いは使用
済み綿布の植物性繊維が優れている。

【００１２】粘土と繊維の混合比は、粘土・天然繊維複
合多孔体の使用目的に従い、任意に選ぶことができる。
例えば、重量固液比５％で、且つ粘土／繊維比が９／１
程度の混合ゾルの場合、その凍結乾燥によって製造され
る粘土・天然繊維複合多孔体の圧縮強度は、発泡ポリス
チレンのそれに相当する。固液比の増加或いは繊維の混
合割合の増加により、より高強度の粘土天然繊維複合多
孔体が製造できる。

【００１３】次いで、天然又は合成の粘土と天然繊維と
を水と混合して混合ゾルとする。具体的には、例えば、
天然又は合成の粘土に水を加えて重量固液比１％以上２
５％以下のゾルとし、一方、天然繊維と水で重量固液比
１％以上２５％以下の繊維分散液を準備し、両者を任意
の割合で混合し、充分撹拌すると粘土・繊維混合ゾルが
得られる。

【００１４】得られた混合ゾルを１×１０^-3mｌ／秒以
上の凍結速度で急速凍結し、凍結体を融解することなく
乾燥する、すなわち、氷を昇華させると、粘土・天然繊
維複合多孔体が製造される。

【００１５】ここでいう凍結速度とは、ゾルの容積(m
ｌ)を凍結するに要した時間(秒)で除した値で定義さ
れ、したがって、一定量のゾルが完全凍結する平均時間
を意味している。凍結速度の下限(１×１０^-3mｌ／秒)
は、製造される粘土・天然繊維複合多孔体の質を保証す
る速度である。この値以下でも類似の多孔体が得られる
が、空孔の大きさや形状が不定となり、圧縮強度など多
孔体の性質が劣化する。混合ゾルを凍結するには、適当
な冷凍手段を利用でき、例えば液体窒素や、冷凍機、或
いは天然ガスの気化熱などが挙げられる。

【００１６】なお、粘土及び天然繊維の混合ゾルに、水
溶性の糊を加え、上記と同様の製造工程をとると、粘土
・天然繊維複合多孔体の圧縮強度は更に増加し、また、
色素や香料を加えれば、着色或いは着香も可能である。
要するに、粘土・天然繊維複合多孔体の基本的性質であ
る軽量、多孔質を失わせない適当な第３成分の添加も可
能である。

【００１７】次に本発明の実施例を示す。

【００１８】

【実施例１】山形県産の天然のペントナイトを水簸し、
２ミクロン以下の鉱物粒のみを集めモンモリロナイトを
濃集し、ＮaＣl水溶液を用いてモンモリロナイトの層間
イオンをＮa+に置換し、粘土の原料粉末とした。一方、
牛乳容器の紙パックを剥離してパルプ繊維部分のみを取
り出し、１０cm²程度の細片に手でちぎり煮沸した後、
超音波及びボールミルで繊維をほぐした。解離した繊維
は計量のため一旦乾燥し、繊維の原料とした。

【００１９】次いで、粘土及び天然繊維の原料を乾燥状
態のまま個別に計量し、それぞれに予め計量した水を加
えて重量固液比１０％の粘土ゾル及び天然繊維を水に分
散させた繊維分散水溶液とした。

【００２０】準備した粘土ゾル及び天然繊維分散水溶液
を計量して、粘土／繊維の比を８５／１５とし、両者を
混合撹拌して粘土・天然繊維混合ゾルとした。同混合ゾ
ルをアルミニウム製の筒状缶(１５φ、３０mm)に充填
し、液体窒素中に浸した。凍結速度は１×１０^-4ml／秒
であった。全量凍結後、缶と共に真空乾燥器に移し、氷
を完全に昇華せしめて、粘土・天然繊維複合多孔体を得
た。

【００２１】得られた多孔体の強度、緩衝効果を調べた
ところ、発泡ポリスチレンより優れ、且つモンモリロナ
イトの有する吸着性、表面の滑らかさ及び不燃性等の諸
性能も変化がなかった。

【００２２】

【実施例２】実施例１と同様の粘土の原料粉末に水を加
えて重量固液比５％の粘土ゾルを作り、一方、使用済み
の綿布を磨砕して得た繊維を計量した後、水に分散して
固液比５％の繊維分散水溶液を作り、両者を混合して粘
土・繊維混合ゾルを得た。同混合ゾルを実施例１と同様
の工程で急速凍結、真空乾燥して綿繊維を用いた粘土・
天然繊維複合多孔体を得た。得られた多孔体の性質は圧
縮強度が劣るものの、実施例１とほぼ同じであった。

【００２３】

【実施例３】実施例１と同様の原料、配合及び工程で固
液比１０％の粘土・繊維混合ゾルを準備し、家庭用冷凍
庫で５×１０^-2ml／秒の凍結速度で凍結した。同凍結体
を実施例１記述と同じ工程により真空乾燥して粘土天然
繊維複合多孔体を得た。同多孔体の空孔の形状は一般に
扁平で且つその孔径が数mmから時に数cmに及ぶ大きなも
のが混在した。したがって、本発明の目的である発泡ポ
リスチレン代替緩衝材としては機能せず、拠って特許請
求の範囲の凍結速度下限値を設定し得た。

【００２４】

【実施例４】粉末状の化学試薬、Ａl₂Ｏ₃、ＭgＯ、Ｓi
Ｏ₂、Ｎa₂Ｏを計量して理想的モンモリロナイトを脱水
した組成に混合し、同粉末混合物を融解・急冷して同組
成のガラスを作り、このガラスを粉砕し、水と共に白金
管封入し、３５０℃、１０００気圧の水熱処理により合
成のモンモリロナイトを得た。

【００２５】得られたモンモリロナイトを乾燥後、計量
して再び水を加えて、固液比１０％のモンモリロナイト
ゾルを準備した。このゾルに実施例１で用いた紙パルプ
繊維の分散液(固液比１０％)を８５：１５の割合で加え
て、粘土・繊維混合ゾルを調合した。

【００２６】得られた混合ゾルを実施例１と同じ工程で
急速凍結、真空乾燥を行い、粘土・天然繊維複合多孔体
を得た。この多孔体は圧縮強度、断熱性、空孔の形状サ
イズなどの諸性質において、実施例１で用いた天然のペ
ントナイトを水簸して得たモンモリロナイトを原料とす
る粘土天然繊維複合多孔体と殆ど同じであったが、白色
であること及び若干圧縮強度が大きい点で、より優れて
いた。

【００２７】

【実施例５】実施例１に用いた山形県産ペントナイトを
そのまま水簸の工程を経ずに粉砕し、乾燥後、計量して
水を加え、固液比１０％の粘土ゾルを準備した。このゾ
ルに実施例１で用いた紙パルプ繊維の分散液(固液比１
０％)を８５：１５の割合で加えて、粘土・天然繊維混
合ゾルを調合した。

【００２８】得られた混合ゾルを実施例１と同じ工程で
急速凍結、真空乾燥を行い、粘土・天然繊維複合多孔体
を得た。この多孔体は褐灰色で且つ圧縮強度が実施例１
の多孔体に劣るものの、発泡ポリスチレンに充分代替可
能な多孔体としての性質を有していた。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
以下のような優れた効果が得られる。

【００３０】無公害・無環境汚染の粘土及び天然繊維
よりなり、発泡ポリスチレンと同等に軽量で且つそれ以
上の強度を有する粘土・天然繊維複合多孔体が製造でき
る。

【００３１】粘土・天然繊維複合多孔体は、多くの用
途において発泡ポリスチレンを代替し得るが、本多孔体
を製品として使用後自然環境に放置すれば、粘土は土に
還り、天然繊維は微生物により容易に分解されて土壌有
機物となるので、地球環境に即した新しい材料として提
供できる。使用後は、焼却せざるをえない発泡ポリスチ
レンが焼却に際して高温を発生し、且つ多量の炭酸ガス
を生ずることと比較すると、この効果は顕著である。

【００３２】混合ゾルの凍結乾燥を原理とする粘土・
天然繊維複合多孔体は、その製造法から、使用後加水に
より再び混合ゾルに戻すことができるので、資源利用の
効率の極めて高い工業用材料である。

【００３３】主原料の粘土は我が国の火山灰土壌又は
凝灰岩中に普通に産するので、未利用資源の有効な利用
ができるにとどまらず、もう一方の主原料である天然繊
維には使用済み廃紙或いは同綿布の繊維を用いることが
できるので、資源の有効利用に果たす役割は極めて大き
い。

【００３４】混合ゾルの急速凍結には、液体で輸送さ
れ貯蔵されている天然ガスを気化する際に生ずる低熱源
を用いることができるので、製造過程においても資源の
有効利用ができる。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】準備した粘土ゾル及び天然繊維分散水溶液
を計量して、粘土／繊維の比を８５／１５とし、両者を
混合撹拌して粘土・天然繊維混合ゾルとした。同混合ゾ
ルをアルミニウム製の筒状缶(１５φ、３０mm)に充填
し、液体窒素中に浸した。凍結速度は１×１０^-2ml／秒
であった。全量凍結後、缶と共に真空乾燥器に移し、氷
を完全に昇華せしめて、粘土・天然繊維複合多孔体を得
た。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】

【実施例３】実施例１と同様の原料、配合及び工程で固
液比１０％の粘土・繊維混合ゾルを準備し、家庭用冷凍
庫で５×１０^-4ml／秒の凍結速度で凍結した。同凍結体
を実施例１記述と同じ工程により真空乾燥して粘土天然
繊維複合多孔体を得た。同多孔体の空孔の形状は一般に
扁平で且つその孔径が数mmから時に数cmに及ぶ大きなも
のが混在した。したがって、本発明の目的である発泡ポ
リスチレン代替緩衝材としては機能せず、拠って特許請
求の範囲の凍結速度下限値を設定し得た。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天然又は合成の粘土と天然繊維とを水と
   混合して混合ゾルとし、この混合ゾルを１×１０^-3mｌ
   ／秒以上の凍結速度で急速凍結後、融解することなく乾
   燥することを特徴とする粘土・天然繊維複合多孔体の製
   造方法。
2. 【請求項２】 混合ゾルは重量固液比１％以上２５％以
   下の混合ゾルである請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 天然又は合成の粘土と天然繊維のほか、
   水溶性糊、色素又は香料の少なくとも１種を水と混合す
   る請求項１又は２に記載の方法。