JP2000045127A

JP2000045127A - 無機繊維及び耐火断熱材

Info

Publication number: JP2000045127A
Application number: JP10309544A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Misu; 安雄三須; Mikiya Fujii; 幹也藤井; Hiroyuki Terada; 浩之寺田; Koji Nemoto; 孝司根本; Shuji Omiya; 修史大宮
Original assignee: Toshiba Monofrax Co Ltd
Current assignee: Saint Gobain TM KK
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】繊維化効率が高く、熱伝導率が低い、高断熱
性の無機繊維及び耐火断熱材を提供する。【解決手段】シリカが５０〜７５重量％、チタニアが
１０〜５０重量％、アルミナが０〜３０重量％からなる
無機繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機繊維に関し、
特に繊維化効率と断熱性を改善しやすい無機繊維及びこ
れを用いた耐火断熱材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高温用の無機繊維として、従来からアル
ミナとシリカの２成分からなるアルミナシリカ繊維が知
られている。この種の無機繊維は、通常、溶融紡糸法に
より繊維化して製造される。溶融紡糸法としては、原料
を電気炉で溶融した後、溶融物を細流として取り出し、
この細流にノズルから噴出させた高速の空気を当てて繊
維化するブローイング法や、細流を高速で回転するロー
ターの上に落下させて繊維化するスピニング法が知られ
ている。

【０００３】溶融紡糸法によって繊維化したばかりの集
合体は、繊維の他に、ショットと呼ばれる、繊維になら
なかった粒子を含んでいる。集合体に含まれる繊維の割
合が多いほど（つまりショットの割合が少ないほど）、
繊維化効率が優れている。繊維化効率は、溶融物の粘度
と表面張力によって大きく影響される。溶融物が適度な
粘度を有していないと、繊維化効率が低い。又、同一粘
度でも、溶融物の表面張力が大きいと、繊維化効率が低
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶融紡糸法で作られた
アルミナシリカ繊維は、６２メッシュ（孔眼寸法２１２
μｍ）以上の大きさのショットを約１５〜２５重量％含
んでおり、繊維化効率が低い。従って、より低ショット
の繊維が望まれていた。

【０００５】また、アルミナシリカ繊維は、ブランケッ
トや成形品に加工して高温における耐火断熱材として使
用されている。この際に、耐火断熱材が断熱性に優れて
いれば、すなわち熱伝導率が小さければ、耐火断熱材の
厚さを薄くすることができ、装置を小形化できる。この
点から、断熱性の優れた耐火断熱材が要望されている。

【０００６】アルミナとシリカの２成分からなる無機繊
維は、原料を溶融する際に、アルミナの融点が高くて、
溶融するのに高温を必要とする。そして、溶融物は粘度
が低く、この粘度は温度による変化が大きい。これらの
特性により、適度な粘度の溶融物を得るのが困難であ
る。さらに、この溶融物は表面張力が大きい。これらの
理由から、アルミナシリカ繊維は、繊維化効率が低く、
ショットを多く含有するものである。

【０００７】さらに、アルミナシリカ繊維は、繊維の構
成成分であるアルミナの熱伝導率が大きいので、アルミ
ナシリカ繊維の熱伝導率が比較的大きい。従って、この
繊維を使用した耐火断熱材も、熱伝導率が比較的大きく
なる。

【０００８】本発明は、繊維化効率が高く、熱伝導率が
低い、高断熱性の無機繊維及び耐火断熱材を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの解決手段
は、シリカが５０〜７５重量％、チタニアが１０〜５０
重量％、アルミナが０〜３０重量％からなる無機繊維、
並びにこの無機繊維を用いた耐火断熱材である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明においては、一方では、高
融点で、表面張力が比較的大きいアルミナの含有量を制
限し、他方では、低融点で、溶融物の粘度変化が少な
く、表面張力の小さなチタニアを添加する。そうするこ
とによって、繊維化効率が優れていて、低熱伝導率であ
り、耐火性のある無機繊維が得られる。

【００１１】本発明の無機繊維は、アルミナシリカ繊維
の製造の際に使用されてきた公知の溶融紡糸法により製
造することができる。この溶融紡糸法による製造法によ
れば、アルコキシド溶液等の水溶液を出発原料とするゾ
ルゲル法に比較して、より安価に無機繊維を製造するこ
とが出来る。

【００１２】本発明の無機繊維は、シリカ及びチタニア
を主成分とするか、又は、シリカ、チタニア及びアルミ
ナを主成分としている。

【００１３】シリカは溶融物の粘度を高くする働きがあ
る。適度な溶融物の粘度を得るために、シリカの含有量
は５０〜７５重量％が好ましい。５０重量％未満では溶
融物の粘度が低すぎて繊維化しにくい。７５重量％を越
えると、溶融物の粘度が高すぎて、細流として流下しに
くく、繊維の作製が困難になる。

【００１４】チタニアは、融点がアルミナに比べて低
い。そのため、チタニアを含有した、シリカ及びチタニ
アの組成物、又はシリカ、アルミナ及びチタニアの組成
物は、溶融性が良く、シリカ及びアルミナの組成物を溶
融するよりも少ない電力で溶融できる。また、チタニア
を含有した溶融物は、細流として取り出す際に、温度に
よって粘度が変化しにくく、長時間安定して繊維化が可
能である。

【００１５】チタニアの含有量は１０〜５０重量％が好
ましい。１０重量％未満ではチタニアの前述の効果が現
れにくい。５０重量％を越えると、粘性が低くなり過ぎ
て、繊維化が困難になる。

【００１６】アルミナは、シリカ及びチタニアの残部を
占めていて、繊維の耐熱性を向上する働きがある。

【００１７】ア・ア・アッペン著「ガラスの化学」日・
ソ通信社出版によると、溶融物の表面張力は、組成がア
ルミナ、シリカ及びチタニアから形成される場合には、
組成間に加成性があり、温度にあまり左右されない。そ
して、アルミナ、シリカ、チタニアの表面張力は、それ
ぞれ５８０、２９０、２５０ｅｒｇ／ｃｍ²である。

【００１８】チタニアの表面張力はアルミナの半分以下
である。従って、チタニアの含有量を多くすれば、溶融
物の表面張力は低下する。チタニアの含有量を制御する
ことによって、溶融物の表面張力を適度のものとし、繊
維化効率を向上できる。

【００１９】熱伝導率においては、アルミナはシリカよ
り熱伝導率が大きい。そして、チタニアはアルミナより
も熱伝導率が小さい。アルミナシリカ繊維において、ア
ルミナを熱伝導率の小さなチタニアで置換し、熱伝導率
の小さなシリカと組み合わせることにより、繊維自体の
熱伝導率を小さくすることができる。この熱伝導率の小
さい繊維を用いて耐火断熱材を作製すれば、熱伝導率の
小さい耐火断熱材が得られる。

【００２０】本発明の無機繊維は、アルミナの含有量が
少なければ、アナターゼ結晶を有している。アルミナの
含有量が１Ｏ重量％以上であれば非晶質である。しか
し、この非晶質の繊維は６００℃乃至１０００℃の温度
で処理をすると、アナターゼの結晶を析出する。アナタ
ーゼを有する繊維は、耐熱性が向上するので、好まし
い。

【００２１】一方、アナターゼには光触媒機能がある。
従って、アナターゼを有する本発明の無機繊維も、光触
媒機能を有する。大気中のＮＯｘの分解、居住空間や作
業空間での悪臭物質等の分解除去に有効である。この繊
維の光触媒機能は、繊維を例えば酸処理して、シリカ分
を溶出させて、多孔質の繊維にすると一層増大する。

【００２２】本発明の無機繊維は、通常のアルミナシリ
カ繊維と同様に用いることができる。種々の耐火断熱材
は、例えばニードリング処理をしてブランケットとし
て、あるいは成形品の形で用いることができる。

【００２３】成形品は、無機繊維と、有機バインダー或
いは無機バインダーと、必要に応じて耐火粉末を原料と
して用いる。有機バインダーは、例えば澱粉、アクリ
ル、ラテックス等が好ましい。無機バインダーは、例え
ばシリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル等のゾルが
好ましい。耐火粉末は、例えばシリカ、チタニア、ジル
コニア、アルミナ、ムライト等が好ましい。成形方法
は、これらの原料をパテ状の練り物にして成形するプレ
ス成形法、或るいは押し出し成形法等がある。これらの
成形方法の他にも、水にこれらの原料を分散させたスラ
リーを、多孔質のモールド上に吸引して堆積させる真空
成形法がある。この真空成形法は、繊維がモールドの面
に平行に配向して、断熱性が向上するので、より好まし
い。

【００２４】

【実施例】アルミナ、シリカ及びチタニアの原料とし
て、バイヤー法アルミナ、オーストラリア産フリマント
ルサンド及び工業用チタニアを使用した。これらの原料
を種々の割合で配合して配合原料を得た。この配合原料
５０ｋｇを電気炉にて通電して加熱し、溶融した。その
後、溶融物を細流として炉外に取り出した。この細流に
高圧空気を吹き付けて繊維を得た。

【００２５】この繊維の組成及び特性を表１に示す。

【００２６】表１の特性について説明する。粘度安定性
は、加熱を止めて溶融物を細流として炉外に取り出した
ときに、溶融物が冷却固化して細流が得られなくなるま
での時間である。時間が長い程、粘度変化が少ないこと
を示している。

【００２７】熱伝導率は、試料として、水に繊維と澱粉
を加えてスラリーを作り、真空成形法により作製した嵩
密度０．４ｇ／ｃｍ³の成形品を用いた。非定常熱線法
により測定した。

【００２８】但し、実施例５は繊維を８００℃で１時間
加熱処理して使用した。実施例６は、水に、繊維１００
重量部とシリカフラワー３００重量部とチタニア粉末６
００重量部の混合物、及び、これらの混合物１００重量
部に対して、シリカゾル５重量部とアクリルバインダー
５重量部とカチオン系凝集剤０．１重量部を加えて、ス
ラリーとした。

【００２９】ショット量は、６２メッシュのフルイを通
過しないショットの量を測定した。

【００３０】加熱収縮率は、熱伝導率を測定した試料と
同じ試料を用いて測定した。

【００３１】実施例５は、実施例３と同じ繊維組成を有
している。加熱処理により繊維にアナターゼ結晶が析出
した。結晶の析出によって耐熱性が向上した。

【００３２】図１〜２は、実施例３及び実施例５の、す
なわち加熱処理前後の粉末Ｘ線回折図を示す。図１は加
熱前（実施例３）のもので、図２は加熱後（実施例５）
である。これらの図から、加熱によってアナターゼが析
出したことが分かる。

【００３３】実施例６は、成形品の熱伝導率が極めて低
い例である。

【００３４】比較例１は、チタニアが少ない例である。
この例では、粘度の安定性が低く、断熱性が劣る。

【００３５】比較例２は、シリカが少ない例である。粘
度が低く、ショットが多い。

【００３６】比較例３は、シリカが多い例である。溶融
性が悪く、細流が得られずに、繊維化できなかった。

【００３７】表１の繊維組成は、繊維の組成を示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明の無機繊維は、アルミナシリカ繊
維の組成にチタニアを加えることにより、粘度変化が少
なく、表面張力が低い溶融物が得られる。この理由によ
り、ショットの少ない繊維を得ることができる。

【００４０】さらに、本発明の無機繊維は、従来のアル
ミナシリカ繊維に比較して、熱伝導率の低い断熱性に優
れた繊維である。本発明の無機繊維を使用すると、安全
使用温度が１０００℃程度の耐熱性となり、従来のアル
ミナシリカ繊維を使用するよりも、断熱性に優れた耐火
断熱材が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例３の粉末Ｘ線回折図である。

【図２】本発明の実施例５の粉末Ｘ線回折図である。

【符号の説明】

ＡアナターゼＲルチル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺田浩之東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者根本孝司東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内 (72)発明者大宮修史東京都中央区日本橋久松町４番４号糸重ビル東芝モノフラックス株式会社内Ｆターム(参考） 4L037 CS20 FA05 FA17 PA31 UA06 UA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリカが５０〜７５重量％、チタニアが
１０〜５０重量％、アルミナが０〜３０重量％からなる
無機繊維。
【請求項２】アナターゼ結晶を有する請求項１に記載
の無機繊維。
【請求項３】請求項１又は２に記載の無機繊維を用い
た耐火断熱材。