【研究分野】林産学

【研究領域課題番号】12556025 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

製紙スラッジ / ゴミ / 焼却灰 / リサイクル / 填料 / 紙 / 環境 / 製紙

【研究成果の概要】

1.製紙スラッジ中の無機成分をその主要起源である紙の填料として循環利用するためのシステムの構築を目的として、製紙スラツジの燃焼条件の検討、燃焼した焼却灰の粉砕条件等を詳細に検討した。その結果、製紙スラッジを800℃で1時間燃焼処理した焼却灰を水中にてボールミル粉砕することにより、紙の内添用填料として再利用できることが明らかになった。
2.焼却処理による無機成分のマッピング分析を走査電子顕微鏡に付属したエネルギー分散型X線マイクロアナライザーによって検討したところ、製紙スラッジ中で炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリンクレーは600℃以下で溶融複合化しゲーレナイト等に変質する。
3.ゴミ焼却場の焼却灰を分析したところ、Ca、Si、Alを主成分としており紙の填料由来と考えられるが、各焼却灰に特有な水可溶性無機成分が最大で20%程度含まれている。それらを除去すると結晶性の低い共通した成分であることが判明した。
4.様々な条件での焼却灰の白色度向上を検討したが、70%を超えることは困難であった。
5.紙の填料としての特性を把握するため、最大で40%までパルプ懸濁液に添加し、硫酸アルミニウム、アニオン性紙力剤、カチオン性歩留剤を共添加して手すきシートを作製し、物性評価を行った。その結果、填料添加による紙力の低下が抑えられ、白色度はやや低下するものの、著しい紙の不透明性向上が達成された。これらの結果から、製紙スラッジ焼却灰は高白色度を求めない紙への不透明度向上、充填用に再利用できることが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】12,900千円 (直接経費: 12,900千円)

【研究分野】生物資源科学

【研究領域課題番号】09556070 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

デンプン / 紙 / セルロース / 填料 / 紡糸 / 生物分解性 / 添加剤 / 繊維 / 古紙 / リサイクル / 脱インキ / 木材 / 生物分解法 / 焼却灰 / 不織布 / 自然崩壊性

【研究成果の概要】

1.各種のデンプンを水に加熟可溶化させ、約10%濃度のデンプン溶液にし、次に約60℃の状態からノズル経0.2mmの丸形あるいは三角形の押し出し装置から、40%濃度の硫酸アンモニウム水溶液に押し出し成形すると、繊維形状を有するデンプン繊維を調製することができた。その際に用いるデンプンとしては、アミロース、アミロペクチンの比率からトウモロコシデンプンが最適であることが明らかになった。
2.得られたデンプン繊維の熱、弱アルカリ条件下での形状安定性向上を目的として、各種の架橋剤を検討したが、デンプンに対して5%添加量以下では、十分な形状安定性を付与することができなかった。多量の架橋剤を添加した場合には繊維化することがてきなくなってしまった。デンプンの架橋剤による安定化には、条件を含めて再検討を要する。
3.一方、デンプン繊維調製の際に、デンプン水溶被に炭酸カルシウム粉体、二酸化チタン粉体等を混入することにより、安定した繊維化が可能になった。更に、これらの無機粉体複合デンプン繊維を用いることにより、デンプン繊維のみを添加することによる紙の不透明性の低下をある程度制御することができた。
4.セルロースとデンプンをザンテート溶液という共通溶剤に溶解させ、紡糸して調製したセルロースーデンプン複合繊維は、表面にセルロース成分が存在し、内側にデンプン成分が分布する構造を有するため、デンプンの熱溶融性、繊維間結合形成機能は現れなかった。そこで、この複合繊維を水存在下で機械的に磨砕処理する叩解処理により、デンプン成分の露出・特性発現を期待したが、期待される特性は発現できなかった。今後、デンプン成分の分布状態を制御する複合繊維化技術の検討を要する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】8,500千円 (直接経費: 8,500千円)

【研究分野】林産学

【研究領域課題番号】08456085 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

古紙 / リサイクル / 脱インキ / 紙 / 木材 / 生物分解性 / 焼却灰 / 添加剤 / フローテーション

【研究成果の概要】

1. 紙のリサイクル処理過程における含有構成成分の量的変化について、サイズ剤成分(撥水化剤)であるロジン、ロジンエステル、アルキルケテンダイマー(AKD)およびアルケニル無水コハク酸(ASA)を検討したところ、ほとんどすべてのサイズ剤成分は脱墨過程でパルプから除去され、リジェクト成分に移動することが明らかになった。まだ、同様に無機粉体である填料成分、紙力剤および歩留り剤として用いられるデンプン成分、歩留り剤として添加される硫酸アルミニウム由来のアルミニウム成分もほとんど除去され、排液成分に移動することが明らかになった。リジェクト成分は最終的には燃焼処理されており、焼却灰の利用方法も含めて課題が残った。
2. 複写オフィス用紙のリサイクル利用の促進を考慮して、セルラーゼ、アミラーゼなどの酵素を脱墨処理の際に添加し、pHを中性〜弱アルカリ性に制御して脱トナー特性を評価した。その結果、特にアミラーゼ添加が、脱トナー性およびリサイクル紙の白色度向上に効果的であった。しかし、脱離したトナー成分(石油系高分子成分)の処理は、現状ではやはり燃焼処分しかなく、脱離したトナー成分の有効利用も含めたリサイクル処理技術、複写技術の展開が求められる。
3. 日本国内のパルプ製紙工場より排出されたスラッジ、およびその燃焼灰の元素分析(酸素、窒素、水素を除く)を行った結果、カルシウム、ケイ素、アルミニウムでその80%以上を占めていた。また、この結果を、都内の清掃工場から排出された焼却灰の元素成分と比較すると、ほぼ一致しており、紙ゴミが清掃工場で処分されるゴミの主要成分であることが示された。住宅廃材から調製した炭にはカルシウムが主成分であった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】7,600千円 (直接経費: 7,600千円)

【研究分野】プラズマ理工学

【研究領域課題番号】05680387 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

熱プラズマ / 廃棄物 / 資源回収 / セラミックス / 焼却灰 / 反応機構 / リサイクル / 水素

【研究成果の概要】

この研究は、反応性熱プラズマを用いて都市ごみ等の焼却灰を溶融、無害化しこれから金属資源を回収することを最終目的とし、その基礎的研究として、4種類の反応性ガスを添加した熱プラズマで5種類のセラミックスを処理し、生成物、残留物等の分析や起こりうる反応のギブス自由エネルギー変化の比較により反応機構の解明を行った。その結果、各セラミックス処理において、反応経路を「試料中の熱分解→試料上の反応→蒸発→気相中の熱分解→気相中の反応」という分類にしたがって整理した。そしてさらに分解対象のセラミックスをマグネシア(MgO)、シリカ(SiO_2)、アルミナ(Al_2O_3)に絞り、反応性ガスも水素(H_2)だけを取り上げ、これらセラミックスと反応性プラズマとの作用機構を詳しく検討した。その結果、MgOやSiO_2の場合はH_2を添加すると試料の質量減少が促進され、添加量が多くなるとその効果は少なくなった。また水素添加効果の現れている際の質量減少速度はH_2濃度の0.5乗に比例し、還元作用にH原子が関与していると考えられ、これはプラズマ発光分析により確認された。MgOの場合は生成物に金属Mgが存在し、金属回収の可能性が示されたが、SiO_2の場合は生成物中にSiは見られず、金属回収は困難であると推測された。これらの結果と平衡組成図、表面温度の推算値などから、H_2によるMgO,SiO_2の蒸発、還元機構のモデルを提案した。一方、Al_2O_3の場合、H_2を添加しても質量減少はほとんどみられず、これは推算した基材表面温度での平衡組成で、Al_2O_3は安定であるためと考えられた。今後はこれら3種類の混合物での実験を行い、その結果と、ここで得られた結果をもとに反応性熱プラズマによる焼却灰からの有用金属回収法を提案する予定である。

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)