JP2001270737A - 物品の絶縁方法 - Google Patents
物品の絶縁方法Info
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Abstract
物品の絶縁方法の提供。 【解決手段】 (A)900℃を超える最高使用可能温
度を有し、かつSiO2、CaO、MgOおよび必要に
応じてAl2O3を有するガラス質の繊維を含む耐火性絶
縁体を、物品と接するように配置する物品の絶縁方法で
あって、CaO、MgOおよびAl2O3は、(a)Ca
O:0%−42%、(b)MgO:0%−31.33
%、(c)Al2O3:0%−<3.97%(単位 重量
%)であり、かつ耐火性絶縁体は、900℃以上の最高
使用温度を有し、1000℃で24時間曝露されたと
き、3.5%未満の収縮率を有し、800℃で24時間
曝露されたとき、3.5%未満の収縮率を有し、なおか
つアルカリ金属酸化物および酸化ホウ素の融剤成分が実
質上存在しない前記方法。
Description
し、非金属製で、非晶質で、無機酸化物の耐火性の繊維
材料に関するものである。
おり、多くの用途(例えばかさのあるマットまたはブラ
ンケットの形状の断熱材または防音材として、真空成形
された造形品として、真空成形されたボードおよび紙と
して、さらにロープ、ヤーン、織物として;建築材料の
ための強化繊維として;車輌のためのブレーキブロック
の構成体として)に幅広く用いられている。これらの用
途のほとんどにおいて、無機繊維が使用されるときの特
性は、耐熱性や、しばしばアグレッシブな化学環境に対
する耐性が要求される。
ことができる。アスベストは、呼吸器疾患に強く関係す
る無機質繊維のうちの一つである。
原因となる機構が何であるかは、未だに明らかにされて
いないが、何人かの研究者は、この機構は、機械的なも
のおよびサイズに関係すると考えている。臨界サイズの
アスベストは、身体の細胞を貫通することができ、そし
て長く繰り返された細胞の損傷により、健康に悪い影響
を有する。
は、呼吸して吸い込まれる部分を有するすべての無機繊
維製品を“危険物”として分類する意向を示した(この
ような分類を支持するための証拠があるかどうかにかか
わらず)。不幸なことに、無機繊維が使用される多くの
用途の場合、現実的な代用品がない。
るなら)、またその安全性と考える客観的な理由があ
る、無機繊維が求められている。
体に十分に可溶であり、その人間の身体における滞留時
間も短い無機繊維が製造されるならば、損傷は起こらな
いか、少なくとも最小化されることを提案している。ア
スベストに関係する疾患の危険性は、曝露の時間に非常
に依存すると思われるので、この考えは合理的であろ
う。アスベストは、極端に不溶性である。
ので、生理食塩水溶液における繊維の溶解度の重要性
が、長い間認識されてきた。もし繊維が生理食塩水溶液
に溶解するならば、溶解された成分が毒性ではない場
合、繊維は、溶解しない繊維よりも安全であるに違いな
い。繊維が身体中に滞留する時間が短いほど、損傷を少
なくすることができる。H. Fosterは、“生理学的溶液
における無機繊維の挙動”(1982 WHO IAR
C会議議事録、コペンハーゲン、2巻、27〜55頁、
1988年)において、商業的に生産されている無機繊
維の生理食塩水溶液における挙動を討論した。幅広く異
なる溶解度の繊維が討論された。
書には、マグネシア、シリカ、カルシヤおよび10重量
%未満のアルミナを含む繊維が、生理食塩水溶液に溶解
すると開示されている。開示された繊維の溶解度は、生
理食塩水溶液に5時間さらした後、該溶液に存在するケ
イ素(繊維のシリカ含有材料から抽出された)の100
万個あたりの割合として表現された。実施例において明
らかにされた最も高い値は、67ppmのケイ素レベル
を有していた。対照的に、Fosterの論文に開示された、
同じ測定方法としたときの最も高い値は、約1ppmで
あった。逆に言えば、国際特許出願に明らかにされた最
高値を、Fosterの論文と同じ測定に転換して算出した場
合、901,500mgSi/kg繊維の抽出率、すなわちF
osterが試験した繊維よりも約69倍も高い抽出率とな
るであろう。また、Fosterの試験において最高の抽出率
をもっていた繊維は、高いアルカリ含有率を有するガラ
ス繊維であり、そしてこれは低い融点をもつであろう。
このことは、試験溶液および実験の持続時間の相違のよ
うな因子を考慮に入れたとしても、納得のいく良好な能
力である。
書には、生理食塩水溶液に可溶の別の繊維が開示してお
り、このような繊維に存在することのできる幾つかの成
分を討論している。
は、高い生理学的な溶解度を有するガラス繊維が開示さ
れている。
選択を開示している特許明細書は、欧州特許第0412
878号および同第0459897号、仏国特許第26
62687号および同第2662688号、PCT W
O86/04807号および同WO90/02713号
である。
の耐火性は、顕著に異なる。開示されたすべての繊維の
うちの最高使用可能温度は(耐火性絶縁体として用いら
れたとき)、815℃(1500°F)以下である。
々な方法で定義することができるが、上記の複数の国際
特許出願と調和させるために、この出願は、繊維が容認
できる収縮(ある温度で24時間曝露した後に最大5%
の線収縮)および繊維が過剰な焼結または軟化によって
明らかに悪化しない温度を、使用可能温度として意味す
る。
可能温度を有する、生理学的に溶解する繊維が求められ
ている。
験は、例えばラットに対する吸入試験により行うことが
できる。しかしながら、このような試験は、非常に時間
がかかり、またコストもかかる。このような試験は、始
めてから約2年半もかかり、コストも1試験について1
00万ポンドもすぐにかかる。これとは別の費用のあま
りかからない試験は、試験管内で、生理学的または同等
の流体における溶解度の試験を行うことである。
ついて行う試験は、それほど時間がかからないが、どの
ようなシステムがこのような溶解性繊維を生成するのか
を予測する方法が現在のところ存在しない。したがっ
て、このような溶解性繊維を見いだすことを求める者
は、一般的に“直感”あるいは“勘”として知られるこ
とをたよりに、試行錯誤することが強いられる。このよ
うな試行錯誤の試験は、面倒で時間もかかるものであ
る。さらに、溶解する繊維を見つけても、これが有用な
使用可能温度で利用できるとの保証はない。
解度を有するかどうかを予測する方法が求められてい
る。さらにこのような試験が、好ましくは、期待される
使用可能温度についての何らかの指摘を与えることが求
められている。
ニズムにより起こる;第1は、繊維材料の粘性流れであ
る。ほとんどの無機質の耐火性繊維はガラス類であり、
過剰に高い粘性を有する液体(しかしいまだ流れ易い)
として定義することができる。その性質により、繊維は
伸び、そして単位容量あたり、高い表面積を有する。表
面積の減少は、材料の表面エネルギーの減少を意味する
ので、ガラスが十分に流体となるとき、表面積が減少す
るように流れるであろう。この流れは、繊維の粗大およ
び短縮を生じ、そして繊維が収縮し、極端な場合、分離
した粒子に繊維が崩壊してしまう。
温度で、ガラスが結晶化し、ひとつ以上の結晶相を形成
することである。通常、これらの結晶相は、結晶化する
ガラスよりも小さい分子容を有し、その結果収縮が生じ
る。結晶の形状の分子容が、ガラスのそれを越える幾つ
かの繊維は知られている(例えばAl2O3/SiO2ガ
ラス繊維は、結晶化して、ムライト結晶を形成すること
ができる)。これらの場合において、結晶化による膨張
は、粘性流れによりもたらされる収縮を抑制する。
十分に低い温度のときに起こるならば、続く結晶化はこ
のような収縮を補うことができない。
け高い温度且つ同じ温度で生じ、好ましくは結晶化によ
る膨張が、粘性流れによる収縮と接近して釣り合い、正
味の効果ができるだけゼロ収縮に近くなる繊維が求めら
れている。
質の耐火性繊維は、幾つかの形態で用いられている。繊
維は、かさのある材料として供給することができるが、
この形態において、繊維は、多くの用途にとって扱いが
困難となる。これとは別に、繊維は、ブランケットとし
て供給することができる。ブランケット繊維は、空気か
ら繊維をコンベア上に吸い出し、ブランケットを形成す
る方法により一般的に製造されている。繊維は、コンベ
ア表面に対し平行に整列する傾向があるので、これらは
容易に分離することができる。従って、ブランケット繊
維は、繊維をお互いに固定するためにバインダーを加え
ることにより、またはブランケットに針を通す(ニード
リング)ことにより、あるいはその両方によりお互いに
固定される。ニードリングにおいて、針は、ブランケッ
トの厚さを通じて通過し、繊維を圧して寄り集まるよう
に、ブランケットの横部におかれ、このようにして繊維
がお互いに結び付けられている。バインダーは、通常フ
ェノール樹脂のような樹脂類であるので、これらは、最
初の焼成により燃焼してしまう。取り扱いにおける健康
の関係により、また燃焼生成物は繊維の強度に悪影響を
及ぼすことにより、このようなバインダーの量を減少す
ることが望まれている。従って、ニードリングされたブ
ランケットが通常は好ましい。
集合体の層から一般的に形成されるブロックとして供給
することもできる。
いことがある。結晶化した繊維は、一般的に脆く、そこ
にかかる応力に耐えることができない。ガラス繊維とし
て工業界に知られる繊維の場合(これは通常低い温度で
の用途に用いられている)、“ショット(shot)”(繊
維化していないガラス粒子)の量は、通常多く、ニード
リングを行うことができない。なぜならば、このショッ
トは、針を損傷するからである。900〜1200℃の
範囲の最大使用可能温度を有する、商業的なニードリン
グされたブランケットは存在しない。高い最大使用可能
温度を有するニードリングされたブランケットはある
が、これらは、900〜1200℃の温度範囲のブラン
ケットとして利用できる他の繊維(バインダーを使用し
ている)と比較して、高価な繊維を使用している。
900〜1200℃の最大使用可能温度を有する、安価
な材料から形成されたニードリングされた繊維ブランケ
ットが求められている。
いずれも、酸化物の溶融物の形成、続いて例えば紡糸ま
たはブローイングにより、溶融物の繊維化を包含する幾
つかの方法により製造されている。
材料の放電溶融により形成される。出願人は、CaO/
MgO/SiO2耐火性酸化物繊維の製造において、C
aOを取り扱う必要性により生じる問題に行きあたっ
た。これらの問題は、商業的に利用できるCaOの水分
含量によるものであることが発見された。CaOの使用
の問題の一つは、溶融時に生じるガス発生であり、これ
は溶融物の電流の変動をもたらす多孔質の溶融物プール
を少なくとも導き、極端な場合、ガス発生により爆発す
ることもある。さらにCaOの使用は、溶融電極に対す
る攻撃が加速されると思われる。さらに、CaOは、取
り扱いが困難であり、腐食性の材料である。従って、C
aOの使用を最小化する方法が求められている。
のような特徴を、独立して、且つ組み合わせによって提
供するものである: A.平衡のときに存在するであろう、または存在できる
化合物の水和の自由エネルギーの計算された総量が(知
識、推測された確信または合理的な仮定に基づく)、組
成物100gあたり−10kcal(−418.4kJ/kg)
よりもさらに負であるか、あるいは非架橋酸素の百分率
が30%を超える、という基準を満たす組成物を有する
ガラス質の無機繊維を使用すること。このような組成物
は、生理食塩水に可溶となる傾向がある。 B.ガラスのモディファイアとネットワークフォーマー
との比が臨界値(SiO2ベースの組成物の場合、臨界
値は1である)未満である基準を満たす組成物を有す
る、このようなガラス質の無機質繊維を使用すること。 C.また、本発明は、溶解度およびガラス形成のための
試験として、このような基準を採用することにより選択
された繊維を包含するものである。 D.1000℃で24時間および/または800℃で2
4時間曝露されたとき、3.5%未満の収縮率を有す
る、生理食塩水に溶解する繊維として、次のような組成
(単位 重量%)
0%以上のとき) (SiO2は70%未満であることが好ましい) CaO 0% − 42% MgO 0% − 31.33% Al2O3 0% − <3.97%
のような融剤成分が実質上ないガラス質の繊維の使用。 E.このような使用の第1において、結晶化を生じる第
1結晶化材料が、ジオプサイドの結晶構造を有し、且つ
実質的に次の組成
1結晶化材料が、ウオラストナイト/疑珪灰石の結晶構
造を有し、且つ実質的に次の組成
リングされたブランケットとして用いることができる。 H.好ましくは、上記の一般的な組成および組成物Aお
よびBの繊維は、60%(成分SiO2、CaOおよび
MgOの重量%として表示)を超えるSiO2含量を有
するのがよい。 I.さらに本発明は、カルシウムおよびケイ素を含む酸
化溶融物の形成により、カルシウムおよびケイ素を含む
耐火性酸化物繊維の製造方法を提供するものであり、こ
の方法は、カルシウムのすべてまたは一部分、およびケ
イ素のすべてまたは一部分が、カルシウムシリケートに
より提供されることを特徴とするものである。
例により説明する。図1は、系SiO2/CaO/Mg
Oにおける結晶相を示す3軸の状態図であり(Phase Di
agrams for Ceramists, The American Ceramic Societ
y, 1964年)、この図の解説は、明細書の最後に示
す。図2は、SiO2、CaO、MgOおよびAl2O3
を含む組成物のSiO2/CaO/MgO相範囲上への
投影の3軸の組成プロットである;図3は、実験的な組
成物の一連の周期的な曝露試験に用いられた焼成の方法
の温度/時間プロットである;図4は、一連の繊維のた
めの計算された水和の自由エネルギーに対する、全溶解
度の対数のプロットである;図5は、一連の繊維のため
の非架橋酸素%に対する、全溶解度の対数のプロットで
ある。
製造された。これらの繊維は、無機質繊維を製造するた
めに知られたタイプの竪型(vertical)紡糸システムを
用いることにより溶融紡糸された。また図1には、商業
的に市販されている無機酸化物繊維およびガラス繊維の
幾つかの比較の組成物が示されている。
SW−B1、SW−B2およびSW−B3は、次のよう
な方法により、溶解度が試験された。繊維は、まず、次
の方法により切断された。繊維の2.5g(手により取り
出される)を家庭用モウリネックス(Moulinex)(商品
名)食品用ブレンダーにおいて、20秒間、蒸留水とと
もに液状にした。次にこの懸濁液を、500ml容のプラ
スチック製ビーカーに移し、静置した後、できるだけ多
くの液体をデカントした後、110℃でオーブンにおい
て乾燥することにより、残りの液体を取り除いた。
ーの水浴を含み、試験溶液は、次の組成を有する:
g、NH4Cl(塩化アンモニウム)0.540g、Na
HCO3(炭酸水素ナトリウム)2.270g、Na2H
PO4・H2O(リン酸水素二ナトリウム)0.170
g、Na3C6H5O7p・2H2O(クエン酸ナトリウム二
水和物) 0.060g、H2NCH2CO2H(グリシ
ン)0.450g、H2SO4 (硫酸 比重1.84)
0.050g
し、生理食塩水溶液を形成させた。切断された繊維を
0.500±0.0003gに重量測定し、プラスチック
製の遠心チューブに入れ、上記の生理食塩水溶液25cm
3を加えた。繊維および生理食塩水溶液をよく振盪し、
身体温度(37±1℃)に維持された振盪インキュベー
ターの水浴中に入れた。振盪の速度は、20サイクル/
分にセットした。
後、遠心チューブを取り出し、約5分間、およそ450
0rpmで遠心分離した。上澄みの液体を、続いてシリ
ンジおよび皮下注射器を用いて取り出した。次に、注射
針をシリンジから取り除き、シリンジから空気を排出
し、液体をフィルター(0.45μmセルロースニトレー
トメンブレンフィルター紙[ワットマン・ラブセイルス
・リミテッド(WhatmanLabsales Limited)のWCNタ
イプ])に通過させ、清浄なプラスチック製容器に入れ
た。続いて、液体をサーモ・ジャレル・アッシュ・スミ
ス(Thermo Jarrell Ash Smith)−Hiefje II機を用い
た原子吸光により分析した。操作条件は:
および標準法を以下に示す。SiO2は、250ppm
の濃度以下に希釈することなく測定することができる
(1ppm≡1mg/l)。この濃度を超えたときは、適
当な希釈が定量的になされた。0.1%のKCl溶液
(100cm3中0.1g)を、最終希釈液に添加し、イオ
ンの干渉を防いだ。 (注)もしガラス容器を使用する
ならば、迅速な分析が必要である。
貯蔵溶液(99.999%)(白金るつぼ中、20分、
1200℃でNa2CO3とともに溶融し、プラスチック
製のメスフラスコ中、蒸留水で250cm3まで、希塩酸
(4モル)を用いて溶解した)から、以下のスタンダー
ドを調製した:
を加えた。
サンプルから測定することができる。1.0、5.0およ
び10.0ppmのAlのスタンダードを用いることが
できる。計算のため、AlをAl2O3に転換するため
に、1.8895が乗じられた。スタンダードのAl原
子吸光溶液(例えばBDH1000ppmAl)が、所
望の濃度に、正確なピペットを用いて取り出され且つ所
望の濃度に希釈された。イオンの干渉を防ぐために、
0.1%KClが添加された。カルシウムは、測定を行
う前に、サンプルに対する希釈が要求されるであろう
(すなわち×10および×20希釈)。希釈液は、0.
1%KClを含まなければならない。スタンダードのC
a原子吸光溶液(例えばBDH1000ppmCa)
は、蒸留水および正確なピペットを用いて希釈され、
0.5、4.0および10.0ppmのスタンダードを得
た。イオンの干渉を防ぐために、0.1%KClが加え
られる。Caから得られた値をCaOに転換するため
に、1.4の乗数が使用された。マグネシウムは、測定
が行われる前にサンプルに対しての希釈が要求される
(例えば×10および×20)。各希釈液に0.1%K
Clが加えられる。MgをMgOに転換するために1.
658が乗じられた。スタンダードのMg原子吸光溶液
(例えばBDH1000ppmMg)は、蒸留水および
正確なピペットを用いて希釈され、0.5、1.0および
10.0ppmMgのスタンダードを得た。イオンの干
渉を防ぐために、0.1%KClが加えられた。すべて
の貯蔵溶液は、プラスチック製容器に蓄えられた。
およびSW−B3)を続いて試験した。様々な温度で熱
処理した後、表1の比較例と比較した。その結果を表3
に示す。SW−A2繊維の場合、熱処理温度の増加に伴
って、シリカの溶解度は徐々に低下している。対照的
に、SW−B3組成物は、800℃まで溶解度は低下し
なかった。また溶解度の減少は上記の温度を超えたとき
に認められるが、SW−A2ほど劇的ではなかった。こ
の溶解度の相違にかかわらず、ニードリングしたGF繊
維のみ同等なシリカ溶解度を示し、材料は700℃で溶
融することに注意するべきである。
そのままの繊維(最も多く取り扱われる)の溶解度に、
主にかかわる;SW−A2およびSW−B3のそのまま
の繊維は、非常に高い溶解度を有する。800℃および
1000℃の曝露の後でさえ、これらの繊維は、他の高
い温度を使用する繊維よりもかなり高い溶解度を有す
る。SW−A2とSW−B3繊維との間の、高い温度の
熱処理の後の溶解度の差異の理由を試験するために、定
性的なX線回折が両繊維に対してなされた。その結果を
表4に示す。SW−B3繊維は、疑珪灰石およびウオラ
ストナイトを形成するが、SW−A2繊維はジオプサイ
ドを形成することが分かる。従って、結晶ジオプサイド
は、SW−B3繊維から生じた結晶疑珪灰石およびウオ
ラストナイト材料よりも、生理学的食塩水における低い
溶解度を有することが分かる。
て試験した。表5は、すべての試験した繊維および幾つ
かの比較繊維についての収縮試験の結果を示している。
これらの結果は、提案されたISOスタンダードISO
/TC33/SC2/N220(英国スタンダードBS
1290、パート6、1986と同等)により得られた
(小さいサンプルのサイズを考慮して、多少変更され
た)。要約すると、この方法は、0.2%澱粉溶液の5
00ml中の繊維75gを用い、120×65mmの成形型
中に、減圧注型プレフォームの製造を包含する。白金の
ピン(およそ0.1〜0.3mmの直径)を、100×45
mm離して、4端においた。最も長い長さ(L1およびL
2)および対角線(L3およびL4)を、副尺を有する
鋼尺に取り付けられた移動顕微鏡を用いて、±0.01m
mの精度に測定した。サンプルをある温度の炉の中にい
れ、24時間放置した。収縮値は、4つの測定値の平均
として表した。
−B1、SW−B2およびSW−B3において、結晶化
に対する分子容の増加により、最大使用可能温度で、線
収縮は、3.5%未満である。表6は、同じ方法におい
てなされた収縮試験の別の一連の結果を示すものであ
る。
用性を確かめるために、一連の周期的な収縮試験を各材
料に対して行った。これらの周期的試験のために用いら
れた加熱スケジュールを、図3に示す。この試験の結果
を表7および8に示す(SW−B3において、与えられ
た2つの値は、化学的分析における僅かな相違による
[繊維製造工程の終わりの繊維は、繊維製造の始まりの
繊維とは組成が僅かに異なる傾向がある])。上記で論
じた材料の別の比較として、55%SiO2、29.9
%CaOおよび18.6%MgOを含む溶融物が調製さ
れた。この組成物を用いて製造された繊維は、700℃
の最大使用可能温度を有し、且つ800℃で溶融した。
これらの結果は、出願人の興味をひくものであったの
で、これらの結果の再現性および有用な組成物の境界を
確認するために、SW−A2およびSW−B3に対し
て、さらなる広範囲における一連の試験がなされた。以
下の表9(3頁)は、一連の溶融物の組成を与えるもの
であり、シリカ含量について並べられ、1000℃で2
4時間(第1欄)および800℃で24時間(第2欄)
の曝露後の収縮率の値を示している。これらの収縮は、
上記の収縮率の測定方法と同じ方法により測定された
が、測定は、±5μmの精度のデジタルの等分目盛を有
する移動顕微鏡を用いてなされた。58%未満のシリカ
含量を有するすべての繊維は、2つを除いて(B3−3
および708)3.5%を超える1000℃での収縮を
有することが明らかに分かる。これらの繊維は、58%
を超えるシリカ含量を有する幾つかの繊維とともに、1
000℃で合理的な数値を示しているが、800℃では
非常に貧弱な数値を示している。70%を超えるSiO
2含量を有する組成物は、繊維化が悪いように思われ
る。これは、このような組成は、図1から認められるよ
うに、溶融物において2つの液体を有するためであろ
う。
ち組成物B3−6A、A2−25、A2−24、A2−
23、B3−2A、B3−3A、A2−19および93
2である。これらのすべては、58%を超えるSiO2
含量を有するが、高い収縮率を示す。満足のいく収縮率
のための最小シリカレベルは、MgO含量により変化す
るという仮定に対し、出願人は、次ぎの表示を満たして
いないシリカ含量(重量%)を有する繊維が、800℃
および1000℃のいずれか、あるいは両方で満足のい
く収縮をもたないことを決定した。 SiO2 >58% (MgOが10%以下のとき)お
よび SiO2 >58% + 0.5(MgO%−10)
(MgOが10%以上のとき)
ることを見いだした。その研究から、最大Al2O3含量
は、および2.57〜3.97%にあると思われる。出願
人は、アルミナレベルが増加すると、結晶化するための
第1材料は、カルシウムアルミネートとなり、これは、
流れを助け、従って収縮を助ける液体相を形成するおそ
れがある。
成分のそれぞれの24時間の溶解度を示している。組成
物のすべては、高い溶解度を有することが分かる。
において、CaOの使用は不便であり且つ危険である。
出願人は、CaOの取り扱いを避ける、混合された酸化
物の材料の使用を試験した。繊維をマグネシアとシリカ
およびウオラストナイト(CaSiO3)との混合物に
より製造した。
は:
(Pennine Darlington Heavy Magnesia)(♯200) MgO − 92.60% CaO − 1.75% Fe2O3− 0.04% SiO2 − 0.20% Cl − 0.25% SO3 − 0.70% LOI − 4.50% パーテックのフィニッシュ(Partek’s Finnish)低鉄
分ウオラストナイト(♯200) (英国代理店−コーネリアス・ケミカル社(Cornelius
Chemical Co.)、ロンフォード、エセックス) SiO2 − 51.80% CaO − 44.50% MgO − 0.80% Al2O3− 0.60% Fe2O3− 0.30% Na2O − 0.10% K2O − 0.05% TiO2 − 0.05% S − 0.02% MnO − 0.01% P − 0.01% F − 0.01% LOI − 1.70% ヘプワースミネラルのレッドヒルT(Hepworth Minera
l’s Redhill T)で洗浄したシリカ砂 SiO2 − 99.0% 分
イト;19.25%SiO2;および3.6%MgOとし
て混合された。これは、Al2O3として最終溶融物の
0.4〜0.5%を与えた。
おいて、所要電流は、酸化物原料の使用の場合の僅か2
/3であったという驚くべきことが見いだされた。
かしながら紡糸および他の方法も使用できる)。異なる
ブローイング条件で、2つのサンプルを調製した。
・マテリアルズ・テクノロジー(Morgan Materials Tec
hnology)の分析部(以下、M2Tという)により、湿
式化学技術を用いて行われた。繊維の直径は、形状分析
ソフトウエアを備えたM2Tのガライ(Galai)粒子分
析計を用いて測定された。典型的には、各サンプルごと
に、40,000本の繊維が分析された。
してウオラストナイトを用いたとき、溶融物の反応の速
度であった。また、電流は、溶融物の成長を通じて非常
に安定していると見受けられた。もし電極が引き離され
て電流が損失したならば、単にこれらを再度押し戻すこ
とにより、電流が修復されるであろう。これは、石灰を
用いたサンプルでは可能ではなかった。
分析を示している。
価な原料を用いることにより、改善されたエネルギーコ
ストおよび安全性で、より純粋な酸化物を用いるときと
同じほどの高い能力を有する繊維を得ることができるこ
とが分かるであろう。本発明のこの特性は、生理食塩水
に可溶の繊維に限定されず、カルシウムおよびケイ素を
含むすべての酸化物繊維は、カルシウムシリケート、ウ
オラストナイトにより有利に製造される(シリケートは
単なる例示である)。
の高い温度の利用に関するものである。以下は、生理食
塩水に可溶な繊維の予測および使用に関するものであ
る。一連のフリットされたガラス溶融物は、表11Aお
よび11Bに示される組成物から製造され、水中で急冷
された。急冷された溶融物の様々な成分の溶解度は、上
記の原子吸光法により測定された。溶解度は、繊維の
0.25m2/gの比表面積に対して標準化された。
100重量%に標準化し;単純なシリケート(MSiO
3/M2SiO3)が存在すると仮定し、それぞれの種の
水和による自由エネルギーを計算し;水和の総自由エネ
ルギーを得るために合計することにより計算された。ま
た、表11Aおよび11Bにおけるデータは、図4に示
されている。繊維は、以下に説明される材料の4群を除
いて、ほぼ直線であることが分かる。
している: 言及される繊維 組成 モル比 モル/100g溶融物 仮定された種(以下参照) 仮定された種の水和の計算される自由エネルギー(kcal
/100g)(以下参照) 推測される種の水和の計算される自由エネルギー(kJ/
kg)(以下参照) 溶解度データ(♯は、測定していないこと示す[以下参
照]) 比表面積 標準化された溶解度データ 標準化された溶解度の対数
本となるデータは、表12に示され、これは単位kcal/
モルおよびkJ/モルにおいて、文献から得られた水和の
自由エネルギーを示している。
定して行われたが、他のシリケート類(例えばジシリケ
ート類)を選択しても、計算にそれほど変化がないと思
われる。例えば次に示すものは、仮定された組成の計算
であり、これは計算された水和の自由エネルギーに関す
る僅かな相違を示す。
の100gあたり−10kcalよりもさらに負であると
き、組成物は高い溶解度を示すことを見いだした。この
関係が成り立っていない組成物は、全溶解度が分からな
かった(例えばナトリウムを含む材料で、すべての溶解
されたナトリウムが、生理食塩水溶液中のナトリウムに
より圧倒される場合)か、あるいは最も存在すると考え
られる種の水和の自由エネルギーが、文献から入手でき
なかった場合のものである。この技術の試験として欧州
特許第0399320号の2つの例を試験した。開示さ
れた実施例は次の組成物を有する:
1.6kcal/100g(−485.3kJ/kg)の水和の自
由エネルギーを有していたが、組成物2は、−5.8kca
l/100g(−242.6kJ/kg)の水和の自由エネル
ギーを有していた。これは、組成物1が生理食塩水に可
溶の繊維であり、従って、不溶性の繊維よりも生理学的
に安全であることを示唆している;しかしながら、組成
物2は、比較的不溶性の繊維であり、従って安全性も少
ないことが予測される。組成物2の繊維が、ラットの腹
膜間に導入される研究においては、組成物2の繊維は、
長い残留期間を有すること、これが欧州特許第0399
320号に開示されていることである。
状況において失敗する。この困難さを避けるために、出
願人は、別の予測技術を模索した。すなわち、非架橋酸
素の量の判断である。これは、化学分析結果を100重
量%に標準化し;それぞれの酸化物のモル%を計算し、
酸素の総量を得るために各酸化物の酸素の重量を合計
し;各酸化物の非架橋酸素の重量を測定し、これを合計
し(以下参照);非架橋酸素と酸素の総量との比を導き
出すことにより計算される。出願人は、この値が30%
を超えるとき、繊維が可溶であることを見いだした。
は、ガラスの構造に注意しなければならない。ガラスは
非常に硬い液体であり、これを形成するためには、通
常、ネットワーク(通常は酸素で架橋されネットワー
ク)を形成できる材料の存在を必要とする。ネットワー
クは、非架橋部分をネットワークに与え且つネットワー
クを開き、そして結晶化を防ぐ成分により改質すること
ができる。これらの材料は通常、ネットワークフォーマ
ーおよびモディファイアとそれぞれよばれている。
マーという用語は、ガラス工業においてよく知られてい
る。ネットワークフォーマーは、相互連結されたネット
ワークを形成し、ガラス相を形成できる、例えばSiO
2、P2O5、B2O3およびGeO2のような材料である。
モディファイアは、ネットワークを変化させ、粘性およ
び融点のような性質に対して影響を有する、例えばCa
O、Na2OおよびK2Oのような物質である。環境およ
び存在する量に依存して、ネットワークフォーマーおよ
びモディファイアの両方として作用する幾つかの中間材
料(例えばAl2O3、TiO2、PbO、ZnOおよび
BeO)もある。
るためには、ネットワークフォーマーを無視し、且つそ
れぞれの他の酸化物の貢献物を計算する。各酸化物の貢
献物は、幾何学性およびガラスにおけるカチオンの電荷
に依存する。例として、典型的な貢献物を以下に示す:
ネットワークフォーマーのカチオンは、2つの非架橋酸
素に貢献する。K+,Na+および他の1価のネットワー
クフォーマーのカチオンは、1つの非架橋酸素に貢献す
る。Al3+,Ti3+および他の中間的なカチオンは、−
1の非架橋酸素に貢献する(すなわち、これらの酸化物
は、非架橋酸素の数を減少させる)。
とき、ほとんどのガラスにおいて、Ti3+に還元され
る。)
酸素の計算された値を示し、これらの値は図5に再現さ
れている。図5のプロットは、図4のそれよりも直線的
である。30%を超える非架橋酸素を有する組成物は、
高い溶解度を示している。この方法を説明するために、
一つ例(表13の最初に示されている)の計算を以下に
示す:
0号に注意することができる。明細書に記載されている
この方法を用いて、組成物1は、48.2%の非架橋酸
素%を有しているが、組成物2は、19.6%の非架橋
酸素を有している。再度、組成物1は、組成物2よりも
可溶性であることが予測される。
ばならない、すなわち、組成物がガラスを形成すること
ができる基準が別に存在する。出願人は、簡単な試験を
見いだした。もし、モディファイアとネットワークフォ
ーマーとの比が臨界値(SiO2ベースのガラスの場合
は1である)未満であるならば、その組成物は、一般的
にガラスを形成するであろう。この試験の目的のため
に、もしこのような中間材料がネットワークフォーマー
として処理されるならば、合理的な結果が得られるであ
ろう。表14は、一連の組成物を示し、各欄は:
び10に示されるものと同じ繊維ではない) 組成 モル比 ガラスのモディファイアとネットワークフォーマーとの
比 酸化物原材料の水和の自由エネルギー 融点 X線回折の結果 溶解度のデータ(♯は、測定していないことを示す) 比表面積 標準化された溶解度のデータ 溶解度およびガラス形成能力に関する任意のランキング 融点が1500℃を超えるかどうかの表示
えられるので、完全な予測のための試験というよりも、
スクリーニングの試験であることが強調されるべきであ
る。スクリーニング方法として、この試験を採用した場
合、組成物がガラス質の繊維を形成するかどうかを確認
するという、さらなるステップがその後に続けられる。
繊維形成能力は、多くの物理的特性、例えば粘性の複雑
な機能であるので、この最後のステップは、実験的に最
もよく試験されている(この試験はしばしば測定が難し
くなる)。
R トリジマイト、PR プロトエンスタタイト(Prot
oenstatite)、PS 疑珪灰石、DI ジオプサイド、
WO ウオラストナイト、AK アケルマナイト、RA
ランキナイト、ME メルウィナイト、LI 石灰、
MO モンチセライト、PE ペリクレース。
示す3軸の状態図である。
む組成物のSiO2/CaO/MgO相範囲上への投影
の3軸の組成プロットである。
いられた焼成の方法の温度/時間プロットである。
ルギーに対する、全溶解度の対数のプロットである。
溶解度の対数のプロットである。
Claims (9)
- 【請求項1】 (A)900℃を超える最高使用可能温
度を有し、かつSiO2、CaO、MgOおよび必要に
応じてAl2O3を有するガラス質の繊維を含む耐火性絶
縁体を、物品と接するように、または物品の内部に、ま
たは物品の付近に、あるいは物品の周囲に配置する物品
の絶縁方法であって、ここで前記CaO、MgOおよび
Al2O3は次の組成を有し(単位 重量%)、 (a) CaO 0% − 42% (b) MgO 0% − 31.33% (c) Al2O3 0% − <3.97% かつ、前記耐火性絶縁体は、900℃以上の最高使用温
度を有し、前記耐火性絶縁体は、1000℃で24時間
曝露されたとき、3.5%未満の収縮率を有し、800
℃で24時間曝露されたとき、3.5%未満の収縮率を
有し、なおかつ前記耐火性絶縁体は、アルカリ金属酸化
物および酸化ホウ素の融剤成分が実質上存在しない前記
方法。 - 【請求項2】 物品が、1000℃を超える温度にさら
される請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 SiO2の量が70%未満である請求項
1に記載の方法。 - 【請求項4】 物品が1000℃にさらされた後、繊維
がウオラストナイトおよび/または疑珪灰石として結晶
化し、且つ実質的に次の組成を有する請求項1に記載の
方法。 - 【請求項5】 繊維が、次の組成を有する請求項1に記
載の方法。 - 【請求項6】 繊維が、次の化合物を含む請求項1に記
載の方法。 - 【請求項7】 繊維をバルク、ブランケット、ブロック
または真空成形された形状にさらに成形する請求項1に
記載の方法。 - 【請求項8】 耐火性絶縁体が、ニードリングされたブ
ランケットの形状である請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 1000℃にさらされた後、繊維がジオ
プサイドとして結晶化し、且つ次の組成を有する請求項
1に記載の方法。
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