JP2000513693A - 断熱成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の対象は、無機物質および無機強化繊維からなる断熱成形体、その製造方法および使用である。この成形体は、以下の組成：ａ）膨張したバーミキュライト３０〜７０重量％、ｂ）無機結合剤１５〜４０重量％、ｃ）赤外線不透明剤０〜２０重量％、ｄ）微孔質物質１５〜５０重量％、ｅ）強化繊維の重量に対してＢ₂Ｏ₃最高で２重量％およびアルカリ金属酸化物最高で２重量％を含有する強化繊維０．５〜８重量％を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 断熱成形体およびその製造方法 本発明の対象は、無機物質および無機強化繊維からなる断熱成形体およびこの 成形体の製造方法である。本発明の対象は特にレンジおよびオーブン用の放射線 加熱器にスペーサー部材として適している断熱成形体である。 この種の部材には以下の特に高い要求が課せられる。 （１）この部材は、放射線加熱器への自動的な取り付けを損傷せずに克服し、セ ラミックの煮沸領域の裏側に向かって持続的に圧縮できるために、高度に機械的 に安定であり、それにもかかわらず十分に柔軟性でなければならない。 （２）この部材は、例えば呼吸される繊維部品のような健康に有害な物質を浸出 してはならない。 （３）この部材は、例えばヒーターバンドまたはらせん形加熱器のような物体が 接触するとすぐに、物体の機能または寿命を低下する物質の源泉であってはなら ない。 （４）この部材は、加熱器から生じる熱を大きな損失を伴わずに煮沸しまたは焼 くために利用できるほどに、特に効率よく熱を遮断しなければならない。 （５）この部材は、電気的絶縁体でなければならない。 （６）この部材は、高い温度範囲にわたり機械的および物理的特性を維持しなけ ればならない。 欧州特許公開第２０４１８５号明細書にはスペーサー部材としても使用される 鍋の縁部として示される成形体を有する放射線加熱装置が記載されている。鍋の 縁部は主に結合剤と共に圧縮されるバーミキュライトのような膨張性雲母からな る粒から構成されている。この物質は十分な機械的安定性の基準を満たす。その 断熱特性は少なくとも現在適用される要求をもはや満足しない。 欧州特許第５６０４７９号明細書にはリング状の断熱成形体およびスペーサー 部材としてのその使用が記載されている。この成形体は、微孔質の物質およびＥ −ガラス繊維のような所定の強化ガラス繊維の完全混合物からなる。この成形体 は特に断熱に関する要求を満足する。しかしながらその機械的安定性は結合剤と 共に圧縮したバーミキュライトからなる比較可能な成形体の機械的安定性より明 らかに低い。更にガラス繊維で強化した成形体を用いた試験により、その使用の 際に放射線加熱器に使用されるヒーターバンドまたはらせん形加熱器の寿命が低 下することが判明した。部分的にきわめて薄いヒーターバンドまたはらせん形加 熱器が、成形体から生じる屑が沈殿した場所でかなり 急激に腐食し、焼け抜けることが確認された。この種の屑は回避できない、それ というのもこれは、例えば放射線加熱装置に成形体を取り付ける際に、放射線加 熱装置を搬送する際におよび放射線加熱装置の断熱材に穴をあける際に生じるか らである。 本発明は、冒頭に記載された要求に関して特に適している成形体に関する。 本発明の対象は、無機物質および無機強化繊維からなる断熱成形体であり、こ の成形体は以下の組成により特徴づけられる： ａ）膨張したバーミキュライト３０〜７０重量％、 ｂ）無機結合剤１５〜４０重量％、 ｃ）赤外線不透明剤０〜２０重量％、 ｄ）微孔質物質１５〜５０重量％、 ｅ）強化繊維の重量に対してＢ₂Ｏ₃最高で２重量％およびアルカリ金属酸化物最 高で２重量％を含有する強化繊維０．５〜８重量％。 この成形体は冒頭に記載されたすべての要求を平均以上の程度で満足する。従 ってこの成形体はレンジおよびオーブンの放射線加熱器にスペーサー部材として 使用するために最適である。その優れた機械的強度および柔軟性およびその成分 がヒーターバンドまたはらせん形加熱器の寿命を低下しないという事実を特に記 載することができる。最後に記載した特徴はまず強化繊維の選択と結びついてい る。例えばＥガラス繊維と 異なり、選択した強化繊維は運転中の熱いヒーターバンドまたはらせん形加熱器 を浸食しない。Ｅガラスは製造者の表示により以下の主成分を含有する： ＳｉＯ₂：５２〜５６重量％、 Ａｌ₂Ｏ₃：１２〜１６重量％、 Ｂ₂Ｏ₃：５〜１０重量％、 ＣａＯ：１６〜２５重量％、 ＭｇＯ：０〜５重量％、 ＺｎＯ：−−−、 ＴｉＯ₂：０〜１．５重量％、 Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：０〜２重量％。 この成形体は添加して１００重量部になる種々の成分を含有する。３０〜７０ 重量部は膨張したバーミキュライトからなる。有利には０〜２の粒度を有するバ ーミキュライトの種類を使用し、これにより成形体中のバーミキュライト粒子の 直径は典型的には０．２〜５ｍｍである。場合により決められた限界値を上回る かまたは下回るバーミキュライト粒子、または成形体を製造する前に不純物を濾 過またはふるい分けにより除去したバーミキュライト粒子を使用する。磁性の不 純物、例えば鉄を含有する混入物を、磁気分離器を用いて分離することもできる 。 更に成形体は無機結合剤１５〜４０重量部を含有する。水ガラス、シリカゾル 、水性リン酸塩結合剤および類似の結合剤が有利である。形式Ｋ２８のカリウム 水ガラス、Ｓｉｌｂｅｒｍａｎｎ杜、Ｇａｂｌｉｎｇｅｎ、ドイツが特に適して いる。 選択により成形体は赤外線不透明剤２０重量部までを含有してもよい。適当な 不透明剤はチタン鉄鉱、金紅石、二酸化チタン、炭化ケイ素、鉄（ＩＩ）鉄（Ｉ ＩＩ）混合酸化物、二酸化クロム、酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、酸化鉄 および珪酸ジルコニウムおよびこれらの混合物である。特に有利にはチタン鉄鉱 、金紅石、および珪酸ジルコニウムを使用する。 成形体は更に微孔質の物質１５〜５０重量部を含有する。有利には５０〜７０ ０ｍ²／ｇのＢＥＴ比表面積を有する酸化物、特にアーク放電珪酸を含めた熱分 解により製造した珪酸、アルカリの少ない沈殿珪酸、二酸化ケイ素エーロゲル、 酸化アルミニウムおよび前記物質の混合物が有利である。熱分解により製造した 珪酸または沈殿珪酸またはこれらの混合物が特に有利である。 成形体は、繊維の重量に対してＢ₂Ｏ₃最高で２％およびアルカリ金属酸化物最 高で２％を含有する強化繊維０．５〜８重量部を含有する。シリカ、石英ガラス 、Ｒガラス、Ｓ２ガラス（Ｒ）、ＥＣＲＧＬＡＳ（Ｒ）および類似のガラスから なる繊維およびこれらの繊維の任意の混合物が有利である。繊維の直径は有利に は３〜２０μｍであり、繊維の長さは有利には１〜２５ｍｍである。製造者の表 示によりＲガラス、Ｓ２ガ ラス（Ｒ）およびＥＣＲＧＬＡＳ（Ｒ）は以下の主成分を含有する（単位は重量 ％である）： Ｒガラス Ｓ２ガラス ＥＣＲＧＬＡＳ ＳｉＯ₂ ５５〜６５ ６４〜６６ ５４〜６２ Ａｌ₂Ｏ₃ １５〜３０ ２４〜２５ ９〜１５ Ｂ₂Ｏ₃ −− −− −− ＣａＯ ９〜２５ ０〜０．１ １７〜２５ ＭｇＯ ３〜８ ９．５〜１０ ０〜４ ＺｎＯ −− −− ２〜５ ＴｉＯ₂ −− −− ０〜４ Na₂O＋K₂O ０〜１ ０〜０．２ ０〜２ 成形体の製造は、微孔質の物質が水と接触する際に急激にその断熱特性を消失 するので、特に重要な意義を有する。 従って本発明の対象は、無機物質および無機強化繊維からなる断熱成形体の製 造方法であり、この方法は以下の順序の工程を特徴とする： ａ）膨張したバーミキュライト３０〜７０重量部を無機結合剤１５〜４０重量部 と混合し、流動性の予備混合物を形成し、 ｂ）微孔質の物質１５〜５０重量部、強化繊維０．５〜８重量部および場合によ り赤外線不透明剤２０重量部までを、ａ）により製造した予備混合物に添加し、 その際強化繊維はその固有重量に対してＢ₂Ｏ₃最高で２％およびアルカリ金属酸 化物最高で２％を含有し、かつ混合した成分を加えて１００重量部になる最終混 合物が得られ、 ｃ）最終混合物を圧縮して断熱成形体を形成し、かつ ｄ）１０００℃までの温度で成形体を硬化し、乾燥する。 水を含有する無機結合剤は、バーミキュライトと予備混合する際にバーミキュ ライトに吸収され、従って予備混合物はなお流動性を維持し、乾燥した混合物の ような特性を示す。予備混合に最初に添加される水に反応しやすい微孔質の物質 はその断熱特性を維持する。最終混合物を圧縮する際に水ガラスがバーミキュラ イト粒子から放出し、バーミキュライト粒子がその粒子限界の範囲で最終混合物 の他の成分と付着する。この工程において微孔質物質の断熱作用がほぼ完全に維 持される。 以下の実施例および比較例により本発明の利点を説明する。 比較例１） 粒度０の膨張したバーミキュライト、Ｋｒａｍｅｒ Ｐｒｏｇｅｔｈａ社、Ｄ ｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ、ドイツ、４６重量％、 水ガラスＫ２８、Ｓｉｌｂｅｒｍａｎｎ社、Ｇａｂｌｉｎｇｅｎ、ドイツ、２ ４重量％、 熱分解性珪酸Ｎ２５、Ｗａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍｉｅ社、Ｍｕｅｎｃｈｅｎ、ド イツ、２６重量％、および Ｅガラスからなる強化繊維（長さ６ｍｍ）、ＳＴＷ社、Ｓｃｈｅｎｋｅｎｚｅ ｌｌ、ドイツ、４重量％ からなる混合物を、本発明の請求項に記載の方法のように製造し、軸方向に圧 縮して密度約７００ｋｇ／ｍ³のリングを製造し、５００℃の温度で乾燥した。 引き続きリングを粉砕して微細な粉末を形成した。更に少量の粉末を、３〜６秒 の白熱燃焼時間を有する薄いヒーターバンドを有する放射線加熱器中に分散した 。引き続き放射線加熱器に耐久試験を実施し、約８００時間の作業時間後にはじ めてヒーターバンド上に腐食現象が認められ、更に１０００時間の作業時間後に ヒーターバンドの欠損を生じることが判明した。 例２） 他の試験において、強化繊維として、Ｓ２ガラス（Ｒ）繊維（長さ６ｍｍ）Ｏ ｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｎｇ社、Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ、ドイツを、スペーサー部材 を製造するために使用した。その他は試験条件を比較例１の条件と変えずに行っ た。しかしながらこの場合に放射線加熱器のヒーターバンド上に腐食は確認され なかった。 比較例３ａ） 放射線加熱器（比較例１と同じ形式）中に、Ｅガラス繊維（同様に比較例１と 同じ形式）を分散して入れ た。２８０時間の作業時間後にヒーターバンドは激しく溶融し、湿らせたガラス を腐食し、ガラスにより湿らせた位置の一方で焼き抜けた。 比較例３ｂ） 比較例３ａ）と同じ形式の試験において、ＣガラスＳｃｈｕｌｌｅｒ社、Ｗｅ ｒｔｈｅｉｍ、ドイツの分散混入は１４５時間の作業時間後にヒーターバンドの 破損を生じた。 Ｃガラスは製造者の表示により以下の主成分を含有した： ＳｉＯ₂：６４〜６８重量％、 Ａｌ₂Ｏ₃：３〜５重量％、 Ｂ₂Ｏ₃：４〜６重量％、 ＣａＯ：１１〜１５重量％、 ＭｇＯ：２〜４重量％、 ＺｎＯ：−−−、 ＴｉＯ₂：−−−、 ＺｒＯ₂：−−−、 Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：７〜１０重量％。 比較例３ｃ） 比較例３ａ）と同じ形式の試験において、ヒーターバンドは作業時間３５時間 後にすでに欠損した。比較例３ａ）のＥガラス繊維の代わりにＡＲガラス商標名 Ｃｅｍｆｉｌｌ ＳＴＷ社Ｓｃｈｅｎｋｅｎｚｅｌｌドイツからなる繊維を試験 した。 ＡＲガラスは製造者の表示により以下の主成分を含有した： ＳｉＯ₂：５５〜７５重量％、 Ａｌ₂Ｏ₃：０〜５重量％、 Ｂ₂Ｏ₃：０〜８重量％、 ＣａＯ：１〜ｌ０重量％、 ＭｇＯ：−−−、 ＺｎＯ：−−−、 ＴｉＯ₂：０〜１２重量％、 ＺｒＯ₂：１〜１８重量％、 Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：１１〜２１重量％。 例４ａ） 比較例３ａ）と同じ形式の試験において、Ｓ２ガラス（Ｒ）繊維（長さ６ｍｍ ）Ｏｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｇ Ｗｉｅｓｂａｄｅｎドイツを、Ｅガラス繊維の代 わりに放射線加熱器中に分散混入した。作業時間１５００時間後にヒーターバン ドはガラスにより湿らず、腐食しなかった。 例４ｂ） 比較例３ａ）と同じ形式の試験において、Ｒガラス繊維（長さ６ｍｍ）Ｖｅｔ ｒｏｔｅｘ社Ｈｅｒｚｏｇｅｎｒａｔｈドイツを、Ｅガラス繊維の代わりに放射 線加熱器中に分散して入れた。作業時間１５００時間後にヒーターバンドはガラ スにより湿らず、腐食しなかった。 例４ｃ） 比較例３ａ）と同じ形式の試験において、シリカ繊維（長さ６ｍｍ）Ａｓｉｌ ｆａｓｅｒ Ａｓｇｌａｗｏ Ｆｒｅｉｂｅｒｇドイツを、Ｅガラス繊維の代わ りに放射線加熱器中に分散して入れた。作業時間１５００時間後にヒーターバン ドはガラスにより湿らず、腐食しなかった。使用されたシリカ繊維は製造者の表 示により９８％がＳｉＯ₂からなっていた。 比較例５ａ） 欧州特許出願公開第２０４１８５号明細書によりバーミキュライトおよび水ガ ラスを圧縮することによりスペーサーリングを製造し、その曲げ強さおよび熱伝 導率を検査した。 比較例５ｂ） 欧州特許第５６０４７９号明細書により微孔質物質およびＥガラス繊維を圧縮 することによりスペーサーリングを製造し、その曲げ強さおよび熱伝導率を検査 した。 比較例６） 例２）から製造した本発明のスペーサーリングの曲げ強さおよび熱伝導率を同 様に検査した。 比較例５ａ）および５ｂ）および例６）の試験の結果は以下に示される。ＢＴ は曲げ強さを表し、Ｗ−ＲＴは室温での熱伝導率を表す。 ＢＴ（N／mm²） Ｗ−ＲＴ（W／mK） 比較例５ａ 約２ 約０．２ 比較例５ｂ 約０．２ 約０．０３ 例６ 約０．８ 約０．０６

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 30/02 Ｃ０４Ｂ 30/02 (72)発明者 ヨハン クラウス ドイツ連邦共和国 ズルツベルク ヴィー ス ３ (72)発明者 ローベルト キルヒェラー ドイツ連邦共和国 オーバーダーディゲン アムゼルライン 47 (72)発明者 ベルンハルト ミクシュル ドイツ連邦共和国 ズルツフェルト ブル ーメンシュトラーセ １ (72)発明者 オイゲン ヴィルデ ドイツ連邦共和国 クニットリンゲン マ ウルブロンナー シュトラーセ 17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無機物質および無機強化繊維からなる断熱成形体において、以下の組成： ａ）膨張したバーミキュライト３０〜７０重量％、 ｂ）無機結合剤１５〜４０重量％、 ｃ）赤外線不透明剤０〜２０重量％、 ｄ）微孔質物質１５〜５０重量％、 ｅ）強化繊維の重量に対してＢ₂Ｏ₃最高で２重量％およびアルカリ金属酸化物 最高で２重量％を含有する強化繊維０．５〜８重量％ を有することを特徴とする断熱成形体。 ２．強化繊維がシリカ、石英ガラス、Ｒガラス、Ｓ２ガラス、ＥＣＲＧＬＡＳお よびこれらの繊維の任意の混合物からなる繊維を有する群から選択されている請 求項１記載の断熱成形体。 ３．無機物質および無機強化繊維からなる断熱成形体の製造方法において、以下 の順序の工程： ａ）膨張したバーミキュライト３０〜７０重量部を無機結合剤１５〜４０重量 部と混合し、流動性の予備混合物を形成し、 ｂ）微孔質の物質１５〜５０重量部、強化繊維０．５〜８重量部および場合に より赤外線不透明剤２０重量部までを、ａ）により製造した予備混合物に添加し 、その際強化繊維はその固有重量に対してＢ₂ Ｏ₃最高で２％およびアルカリ金属酸化物最高で２％を含有し、かつ混合した成 分を加えて１００重量部になる最終混合物が得られ、 ｃ）最終混合物を圧縮して断熱成形体を形成し、かつ ｄ）１０００℃までの温度で成形体を硬化し、乾燥する からなることを特徴とする断熱成形体の製造方法。 ４．レンジおよびオーブン用の放射線加熱器中のスペーサー部材としての請求項 １または２記載の断熱成形体の使用。