JP2001207394A - 無機材料用バインダー、無機材料を主たる材料とする成形体及びその作製方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加圧することなく風間乾燥のみでバインダーと
しての効果を発揮でき、しかも基材本来の機能を損なう
ことになる有機材料を最小限に抑えることができるバイ
ンダーを提供するとともに、無機材料を主材料とし、有
機物質の含有量を最小限に抑えた成形体及びその製造方
法を提供すること。 【解決手段】無機材料用のバインダーとして、特殊な叩
解機を利用して、シート化するには困難な繊維長０．０
５〜２．０ｍｍという短い繊維を水に含浸させ、水性ス
ラリーとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無機粉末又は／及
び無機繊維等の無機物質の結合剤として使用されるバイ
ンダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、無機物質用のバインダーとして
は、ＰＶＡ繊維、合成繊維（ポリエチレン繊維、アクリ
ル繊維等）の熱溶解性繊維を使用したものや、ラテック
ス等のエマルジョン型のバインダーを使用したものがあ
る。例えば、炭素繊維シートやガラスペーパーの場合に
は、「変性ＰＶＡ繊維５〜１０ｗｅｔ％」が用いて作製
されている。一方、セラミックの板状のものについて
は、ラテックスを使用して種々の成形体が作製されてい
る。

【０００３】しかしながら、このような従来のバインダ
−は以下のような欠点を有する。すなわち、ＰＶＡ繊
維、合成繊維等の熱溶解性繊維を使用した場合は、薄い
シ−ト状のものであれば作製することは可能であるが、
厚さが５ｍｍ以になると、圧着乾燥しなければ作製する
ことは困難となる。このように、熱溶解性繊維は、圧着
乾燥という別の工程を行わなければならず、風間乾燥の
みによっては、バインダ−として特性を発揮することが
出来ないという欠点がある。

【０００４】一方、ラテックス等のエマルジョン型のバ
インダーについては、バインダー自体の硬化性が弱いた
め、作製されたシートの被膜強度が弱くなる。したがっ
て、柔軟な製品を作製する場合には有用であるが、強度
を要求されるシートに応用することは困難である。も
し、ある程度の強度を保持させようとすれば、多量のラ
テックスを使用をしなくてはならないため、基材本来の
機能を損なってしまうことになるという欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は以上
のような問題点を鑑みてなされたもので、本発明者が解
決しようとする課題は、加圧することなく風間乾燥のみ
でバインダーとしての効果を発揮でき、しかも基材本来
の機能を損なうことになる有機材料を最小限に抑えるこ
とができるバインダーを提供するとともに、無機材料を
主材料とし、有機物質の含有量を最小限に抑えた成形体
及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決する手段】以上のような問題を解決するた
めに請求項１に記載された発明が採った手段は、０．０
５〜２．０ｍｍの長さを有する天然繊維を水に混合し、
水性スラリーとした無機材料用バインダーとしたもので
ある。

【０００７】請求項２に記載された発明が採った手段
は、前記天然繊維を、木材パルプ及び靭皮パルプとした
ものである。さらに、請求項３に記載された発明が採っ
た手段は、木材パルプと靭皮パルプとの重量比が２０：
８０〜８０：２０の範囲で任意に混合したものである。

【０００８】本発明は、圧着しなければならない熱溶融
性繊維からなるバインダーの代わりに、特殊な叩解機を
利用して、シート化するには困難な繊維長０．０５〜
２．０ｍｍという短い繊維を使用したところに特徴があ
るものである。０．０５〜２.０ｍｍという短い天然繊
維は、従来の使用用途においては使い道がほとんどない
ことから工業生産されていないものであるが、本発明者
はこの短い天然繊維にバインダーとして機能があること
を見出したものである。この繊維が従来の繊維バインダ
ーと比較して如何に短いかは、図１及び図２に比較した
グラフに示す。このように天然繊維を使用することによ
り、圧着乾燥をすることなく無機材料の成形体を得るこ
とができる。なお、繊維径が太くてフィブリル化しやす
い木材パルプと細くて強度がある靭皮パルプを使用する
とより効果的である。また、天然繊維であるので、熱処
理を行うことにより焼失させることが可能になる。

【０００９】さらに、この利点を利用した発明が請求項
４に記載の発明であり、その手段は、無機材料に請求項
１から３のいずれかに記載の無機材料用バインダーを含
浸し、脱水した後に、含有する天然繊維を加熱処理する
ことにより、有機物質の混合割合を低減させた成形体と
したものである。さらに、請求項５に記載の発明は、無
機材料に請求項１から３のいずれかに記載の無機材料用
バインダーを含浸し、脱水した後、加熱処理を行うこと
を特徴とする無機材料を主たる材料とする成形体の作製
方法とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、天然繊維からなるパル
プ類に着目して、その特性を利用して得たバインダーで
ある。本発明に使用される天然繊維は、特に限定するも
のではないが、木材パルプ・靭皮パルプ・綿パルプ等が
好適である。

【００１１】木材パルプについては、いかなるものを使
用しても構わないが、一般的に繊維が長く可撓性がある
『Ｎ−ＢＫＰ』を使用することが好ましい。靭皮パルプ
については、麻、コウゾ、ミツマタ等種々のものがあ
る。「綿パルプ」については、どのような品種のもので
あっても構わない。

【００１２】以上のような天然繊維は、以下のようにし
てバインダーを作製する。まず、リフィーナ等により繊
維を切断する。そして、濾水度３００〜７００ｍｌ（カ
ナディアンフリーネス）の条件で、パルプを特殊な叩解
機で長時間処理し、０．００５〜１ｍｍ程度までフィブ
リル化するとともに、繊維長を０．０５〜２．０ｍｍに
する。すなわち、従来の設備において、紙として利用す
ることが出来ない程度まで短くする。このように、本発
明は、従来においては、紙として使用することができな
いため、ほとんど製造することがなされなかった短いパ
ルプを利用してバインダーとしたものである。なお、本
発明においては、単一のパルプのみを使用しても構わな
いが、繊維径や繊維長の特性を利用して、複数のパルプ
を混合して使用することも可能である。 好ましくは、
「木材パルプ」と「靭皮パルプ」を組み合わせたものを
使用すると良い。さらに好ましくは、木材パルプと靭皮
パルプとの重量比が２０：８０〜８０：２０の範囲で任
意に混合したものを同じ特殊な叩解機に投入し、長時間
処理することにより繊維長を一定の長さに調整したもの
を使用するとよい。このようにして本発明のバインダー
は水性スラリーの状態で得ることができる。

【００１３】なお、水性スラリ−の固形分濃度は特に限
定しないが、取り扱いの容易さや脱水成形の効率等を考
えると、０．５〜５．０重量％程度が好ましい。

【００１４】さらに、このようにして得られたバインダ
ーには、種々の機能を付するため、種々の添加物を混合
して使用しても構わない。例えば、柔軟性および耐薬品
性を付与する場合は、種々のラテ−クスを１〜５０重量
％添加して繊維表面をコ−トすることにより、繊維を保
持させることが出来る。また、一般的に使用されている
湿潤紙増強剤を添加することにより、耐水性に優れた機
能も付与することが出来る。

【００１５】一方、本発明の主材料として使用される無
機材料は無機粉末及び無機繊維である。特に限定するも
のではないが、無機粉末の例としては、ムライト粉末、
シリカ粉末、ＳiＣ粉末、活性炭粉末等が挙げられる。
さらに、アルミナ粉末・ケイソー土・粒状活性炭等の種
類の物質も利用できる。その粒径は０．５〜２００ミク
ロン程度の粒子を使用するとよい。無機繊維の例として
は、セラミックス繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維、
ガラス繊維、炭素繊維、特殊炭素繊維・ロックウール等
があげられる。その繊維径は１〜２０ミクロンが好まし
く、繊維長は１〜２０ｍｍ程度まで応用が可能である。

【００１６】次に、以上のバインダーと無機材料を使用
して成形体を得る方法について説明する。まず、適当な
多孔性中空板状の金型の上に６５Ｍ（メッシュ）〜２０
０Ｍのステンレス金網を装着して抄型を用意する。そし
て、前記した無機粉末、無機繊維および天然繊維を含む
水性スラリーからなる本発明のバインダーを用意する。
なお、このときのバインダーの使用量は、特に限定はさ
れないが、無機繊維又は／及び無機粉末１００重量部に
対して、バインダー１〜２０重量部程度の割合で使用す
ることが好ましい。バインダ−の使用量を１重量部未満
にすると、製品の強度が不充分になる恐れがあるし、一
方、バインダ−の使用量が２０重量部を超えると、バイ
ンダ−繊維の目が詰まりすぎて脱水が困難になり、大量
の水分を含むことになるため製品を形成することが出来
なくなるからである。また水性スラリーに、更に分散剤
・安定剤・歩留り向上剤等の従来公知の種々添加剤を従
来と同程度の添加量で配合してもよい。

【００１７】そして、この水性スラリ−と無機材料の混
合物を上記した抄型に入れ、内側から水を吸引すること
により、脱水して成形体を作製する。その後、加熱処理
をすることにより、脱水とバインダーによる接着処理を
行い成形体を得る。

【００１８】このようにして、無機粉末と無機繊維の機
能を阻害することなく、優れた強度と均一性の高い成形
体を得ることが出来る。そして、この成形体に無機材料
でできたバインダーを含浸塗布加工した後、成形体を５
００℃以上にて熱処理を行えば有機物質が焼失し、有機
物質を最小限に抑えた成形体を得ることが出来る。

【００１９】以上のように、本発明のバインダ−は、上
記無機材料のシ−トおよび形状を成形するのに有効であ
り、従来得ることが出来なかった強度と、特殊な機能を
有した無機物質製品を得ることが可能になる。また、本
発明のバインダ−を使用すれば、無機粉末と無機繊維か
らなる種々の商品を提供することが出来る。

【００２０】

【実施例】まず、本発明の課題である強度について比較
を行った実施例及び比較例を示す。 （実施例１）ガラス繊維(日本板硝子(株）製・平均繊維
径２μ）９５重量部と本発明のバインダ−５重量部とを
５０００重量部の水に分散させ、均一に攪拌混合して水
性スラリ−を得た。次に、３００×３００の抄型におい
て吸引成形および脱水成形を行い、厚さ３ｍｍの平板を
得た。完成した成形体は、たて３００ｍｍ・よこ３００
ｍｍ・厚さ３ｍｍ・密度０．１３ｇ／ｃｃであった。こ
の平板の強度は、従来のものより約１．５倍の引張強度
があった。

【００２１】（実施例２）アルミナ粉末(昭和電工(株）
製・平均粒度２μ）６０重量部とアルミナ繊維(ＩＣＩ
社社製・平均繊維径３μ）３５重量部、本発明のバイン
ダ−５重量部とを５００重量部の水に分散させ、次に３
００×３００の抄型において、〔実施例１〕と同様に処
理した。この成形体は、たて３００ｍｍ・よこ３００ｍ
ｍ・密度１．０ｇ／ｃｃであった。この成形体を濃度１
０％のシリカゾル溶液に含浸を行い、１２０℃にて６０
分乾燥させた後、１１００℃にて１０分焼成を行った。
その時の成形体は、たて３００ｍｍ・よこ３００ｍｍ・
密度１．１ｇ／ｃｃであり、曲げ強度はどの箇所におい
ても一定であった。

【００２２】（実施例３）まず、本発明のバインダ−５
０重量部とＮＢＲラテックス(日本ゼオン(株）製）５０
重量部とを５００重量部の水に分散させ、硫酸バンド
（和光純薬製）５重量部とを投入し、高速攪拌において
分散を行った。次に、炭素繊維(ドナック(株）製・平均
繊維径１７μ）９５重量部と前記配合したバインダ−５
重量部を５０００重量部の水に含浸させ、３００×３０
０の抄型において（実施例１）と同様に処理した。この
成形体は、たて３００ｍｍ・よこ３００ｍｍ・高さ５ｍ
ｍ・密度０．１ｇ／ｃｃであった。この成形体は非常に
柔軟性に富んでいるため、折り曲げにおいて充分な強度
があった。

【００２３】（比較例１）上記実施例１のガラス繊維
に、バインダ−として熱溶融繊維であるポリエステル繊
維（ユニチカ(株）製・メルテ−）、ＥＳ繊維(チッ素
(株）製）、合成パルプ(三井化学製・ＳＷＰ）を使用
し、板状成形体を作成したが安定した平板を得ることが
出来なかった。

【００２４】（比較例２）実施例３と同様の炭素繊維を
使用して、バインダ−としてＰＶＡ繊維（クラレ(株）
製）を使用して平板状成形体を得た。この平板は４５°
の曲げにおいて折断されてしまった。次に、残留塩素の
除去能力を示す実施例を以下に示す。

【００２５】（実施例４）粒状活性炭(クラレケミカル
(株）製・粒子径１５０μ）９５重量部と本発明のバイ
ンダ−５重量部とを２０００重量部の水に分散させ、均
一に攪拌混合して水性スラリ−を得た。次に、内径３０
ｍｍ・厚さ５ｍｍのポリエステル不織布コア−を６５ｍ
ｍの径の金型に装着して、ポリエステル不織布コア−の
小径から吸引しつつ水性スラリ−を注入して脱形成形を
行い、膨潤した外径６５ｍｍ・高さ１００ｍｍの円筒体
を１２０℃で１８０分加熱し、成形体を得た。完成した
成形体は、外径６４ｍｍ・高さ１００ｍｍ・密度０．３
５ｇｇ／ｃｃであった。これを用いて残留塩素テストを
実施した結果、選択的に塩素を吸収することが確認出来
た。この円筒体をハウジングにセットし、供試液（２ｐ
ｐｍの塩素水）を３Ｌ/ｍｉｎで通水して１０００ｍｌ
毎に採水し、残留塩素除去能力を実施した結果は表１に
示す。これは、従来品に比べて１３０％以上の能力であ
った。

【００２６】

【表１】

【００２７】〔 実施例５ 〕活性炭繊維(アド−ル
(株）製・繊維径１５μ）９５重量部と本発明のバイン
ダ−５重量部とを５０００重量部の水に分散させ、均一
に攪拌混合して、水性スラリ−を得た。

【００２８】次に、外径６０ｍｍ・内径４５ｍｍ・高さ
３０ｍｍの金型を前記抄型に装着して吸引・脱水成形を
行い、外径４５ｍｍ・高さ３０ｍｍの円柱状の成形体を
得た。この円柱体を１２０℃で１８０分加熱し、成形体
を得た。完成した成形体は、外径４５ｍｍ・高さ３０ｍ
ｍ・密度０．１７ｇ／ｃｃであった。これを用い、残留
塩素テストを実施した結果、従来品に比べ、１２０％以
上の効果が確認出来た。その結果を表２に示す。

【００２９】〔 比較例３ 〕実施例５において、バイ
ンダ−としてＰＶＡ繊維（クラレ(株)）を使用して円柱
状成形体を得た。この成形体において、残留塩素テスト
を行った結果、次のとおりであった。その結果を表２に
示すこの様に、活性炭繊維の表面にＰＶＡの被膜を形成
して、活性炭繊維の機能を阻害していることが分かっ
た。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】本発明によるバインダ−は、無機繊維と
無機粉末の成形体において、従来には存在しなかった天
然繊維を利用した結合剤を提供するものであり、天然繊
維を利用することにより、少量で十分な保形性を有する
ことができ、熱溶融バインダ−の如く高温にて処理をし
なくても良く、また特殊な乾燥設備も必要としない。ま
た、天延繊維自体は固体であるので、他の添加物も自由
に混合することができるので、耐アルカリ性、耐酸性等
の付加機能を与えることも容易に行うことができる。

【００３２】さらに、このバインダーを使用した成形体
に、さらに、無機バインダーを含浸させ、８００℃以上
の熱処理においてバインダーを乾燥させれば、天延繊維
は焼失し、均一な強度の無機製品を供給することが出来
る。また、無機繊維および無機粉末の持っている特有の
繊維についても、このバインダ−を使用すれば、合成化
学バインダーのように無機物質の表面を覆うことがない
ため、無機繊維の機能を低下させることがなく、無繊維
本来の機能を発揮できる成形体を得ることができる。

【００３３】また、使用後の廃棄についても、紙の如く
環境に適した処理が出来るし、処理をし再利用も可能で
ある。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の繊維長の分布図を示すグラフであ
る。

【図２】 従来使用されている繊維長の分布図を示すグ
ラフである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ０．０５〜２．０ｍｍの繊維長さを有す
   る天然繊維を含む水性スラリーからなることを特徴とす
   る無機材料用バインダー。
2. 【請求項２】 天然繊維は、木材パルプ及び靭皮パルプ
   からなることを特徴とする請求項１記載の無機材料用バ
   インダー。
3. 【請求項３】 木材パルプと靭皮パルプとの重量比が２
   ０：８０〜８０：２０の範囲で任意に混合したことを特
   徴とする請求項１又は２記載の無機材料用バインダー。
4. 【請求項４】 無機材料に請求項１から３のいずれかに
   記載の無機材料用バインダーを含浸し、脱水した後に、
   含有する天然繊維を加熱処理することにより、有機物質
   の混合割合を低減させたことを特徴とする無機材料を主
   たる材料とする成形体。
5. 【請求項５】 無機材料に請求項１から３のいずれかに
   記載の無機材料用バインダーを含浸し、脱水した後、加
   熱処理を行うことを特徴とする無機材料を主たる材料と
   する成形体の作製方法。