JP2002068777A - 無機繊維及びその製造方法 - Google Patents
無機繊維及びその製造方法Info
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2213/00—Glass fibres or filaments
- C03C2213/02—Biodegradable glass fibres
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来に比べて、耐熱性能は勿論のこと、生体
分解性にも優れた無機繊維、並びにその製造方法を提供
する。 【解決手段】 ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分
として含有する出発原料を、１７００〜２０００℃の温
度に加熱して溶融し、得られた融液を急冷して繊維化し
て、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分として含有
し、かつ前記成分からなる非晶質部分を構造中に含む無
機繊維を得る。
分解性にも優れた無機繊維、並びにその製造方法を提供
する。 【解決手段】 ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分
として含有する出発原料を、１７００〜２０００℃の温
度に加熱して溶融し、得られた融液を急冷して繊維化し
て、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分として含有
し、かつ前記成分からなる非晶質部分を構造中に含む無
機繊維を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は無機繊維に関し、よ
り詳細には優れた耐熱性とともに、生体内に入り込んだ
場合でも容易に生体外に排出される無機繊維、並びにそ
の製造方法に関する。
り詳細には優れた耐熱性とともに、生体内に入り込んだ
場合でも容易に生体外に排出される無機繊維、並びにそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】耐熱ガラス繊維やセラミック繊維をはじ
めとする無機繊維は耐熱性能に優れることから、建築物
をはじめとする各種構造物の断熱部位に広く使用されて
いる。
めとする無機繊維は耐熱性能に優れることから、建築物
をはじめとする各種構造物の断熱部位に広く使用されて
いる。
【０００３】一方で、この無機繊維は、製造や保管、運
搬、あるいは施工に際してその一部が空中に浮遊し、こ
の浮遊無機繊維の一部が呼吸等により人体に入り込むこ
とがある。入り込んだ無機繊維の中で、比較的大きなも
のは鼻腔や口腔に捉えられ、鼻汁や唾液とともに体外へ
排出されたり、胃等の消火器系に飲み込まれるが、微細
な無機繊維は鼻腔や口腔を通り抜けて肺に到達し、肺胞
（空気と血液との間で酸素や二酸化炭素のガス交換を行
う風船状の器官）に沈着する。
搬、あるいは施工に際してその一部が空中に浮遊し、こ
の浮遊無機繊維の一部が呼吸等により人体に入り込むこ
とがある。入り込んだ無機繊維の中で、比較的大きなも
のは鼻腔や口腔に捉えられ、鼻汁や唾液とともに体外へ
排出されたり、胃等の消火器系に飲み込まれるが、微細
な無機繊維は鼻腔や口腔を通り抜けて肺に到達し、肺胞
（空気と血液との間で酸素や二酸化炭素のガス交換を行
う風船状の器官）に沈着する。
【０００４】一般に、肺胞内に異物が侵入すると、肺胞
マクロファージ（食細胞）が異物を取り囲み、繊毛があ
る場所（気管や気管支）まで運び痰とともに体外に排出
したり、リンパ液・リンパ管を経て肺胞表面から排出し
たりする。しかし、異物の取り囲みにより肺胞マクロフ
ァージが刺激を受けたり、損傷を受けることもあり、そ
れにより蛋白質分解酵素やコラーゲン繊維分解酵素が細
胞から出て、これらの酵素の量が多くなると肺胞細胞が
炎症を起こしたり、コラーゲン化を呈するようになる。
炎症を起こした細胞は抵抗力が弱まっており、細胞内の
核の中にあるＤＮＡが損傷されやすくなるとともに、細
胞の破壊と再製過程とが頻繁になり、異常細胞が出現す
る機会が多くなる結果、ＤＮＡ細胞の変質や癌細胞が誘
発されることがある。
マクロファージ（食細胞）が異物を取り囲み、繊毛があ
る場所（気管や気管支）まで運び痰とともに体外に排出
したり、リンパ液・リンパ管を経て肺胞表面から排出し
たりする。しかし、異物の取り囲みにより肺胞マクロフ
ァージが刺激を受けたり、損傷を受けることもあり、そ
れにより蛋白質分解酵素やコラーゲン繊維分解酵素が細
胞から出て、これらの酵素の量が多くなると肺胞細胞が
炎症を起こしたり、コラーゲン化を呈するようになる。
炎症を起こした細胞は抵抗力が弱まっており、細胞内の
核の中にあるＤＮＡが損傷されやすくなるとともに、細
胞の破壊と再製過程とが頻繁になり、異常細胞が出現す
る機会が多くなる結果、ＤＮＡ細胞の変質や癌細胞が誘
発されることがある。
【０００５】そこで、近年では、この種の用途に使用さ
れる無機繊維には、耐熱性に加えて、肺液等の生理学的
液体に溶解する、所謂生体分解性も要求されるようにな
ってきており、各種の無機繊維が開発されている。例え
ば、特表平１０−５１２２３２号（ＷＯ９７／１６３８
６）公報には、シリカ（ＳｉＯ2）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）を必須成分とし、ジルコニア（ＺｒＯ2）を任意成
分として含有する、少なくとも１２６０℃に耐え得る耐
熱性を有し、かつ生理学的液体中で非耐久性であるガラ
ス繊維が記載されている。
れる無機繊維には、耐熱性に加えて、肺液等の生理学的
液体に溶解する、所謂生体分解性も要求されるようにな
ってきており、各種の無機繊維が開発されている。例え
ば、特表平１０−５１２２３２号（ＷＯ９７／１６３８
６）公報には、シリカ（ＳｉＯ2）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）を必須成分とし、ジルコニア（ＺｒＯ2）を任意成
分として含有する、少なくとも１２６０℃に耐え得る耐
熱性を有し、かつ生理学的液体中で非耐久性であるガラ
ス繊維が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、肺胞ま
で到達する無機繊維の大きさは概ね２０〜１００μｍの
繊維長を有しており、異物として一般的なウイルスやバ
クテリア等に比べて格段に大きく、肺胞マクロファージ
による取り囲みがうまく行われないことが多い。しか
も、従来の無機繊維の溶解性は数十〜数百[ng/cm2-hr]
程度であり、更にその全体が一様に溶解していくため、
肺胞マクロファージが刺激や損傷を受けずに、確実に取
り囲むのに適した繊維長になるにはかなりの時間を要
し、その間にも肺胞マクロファージが損傷を受ける可能
性が高い。
で到達する無機繊維の大きさは概ね２０〜１００μｍの
繊維長を有しており、異物として一般的なウイルスやバ
クテリア等に比べて格段に大きく、肺胞マクロファージ
による取り囲みがうまく行われないことが多い。しか
も、従来の無機繊維の溶解性は数十〜数百[ng/cm2-hr]
程度であり、更にその全体が一様に溶解していくため、
肺胞マクロファージが刺激や損傷を受けずに、確実に取
り囲むのに適した繊維長になるにはかなりの時間を要
し、その間にも肺胞マクロファージが損傷を受ける可能
性が高い。
【０００７】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、従来に比べて、同等以上の耐熱性能を有
するとともに、優れた生体分解性を兼ね備えた無機繊
維、並びにその製造方法を提供することを目的とする。
たものであり、従来に比べて、同等以上の耐熱性能を有
するとともに、優れた生体分解性を兼ね備えた無機繊
維、並びにその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成
分として含有し、かつ前記成分からなる非晶質部分を構
造中に含むことを特徴とする無機繊維を提供する。
めに、本発明は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成
分として含有し、かつ前記成分からなる非晶質部分を構
造中に含むことを特徴とする無機繊維を提供する。
【０００９】また、上記の目的を達成するために、本発
明は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分として含
有する出発原料を、１７００〜２０００℃の温度に加熱
して溶融し、得られた融液を急冷して繊維化することを
特徴とする無機繊維の製造方法を提供する。
明は、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分として含
有する出発原料を、１７００〜２０００℃の温度に加熱
して溶融し、得られた融液を急冷して繊維化することを
特徴とする無機繊維の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に関して図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【００１１】本発明の無機繊維の基本的組成は、ＳｉＯ
2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分として含有する。
2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分として含有する。
【００１２】ＴｉＯ2は元来、ＳｉＯ2と共に溶融状態に
なると、広い組成比にわたり不混和領域（２液相領域）
を形成する。この２液相領域では、液相は２つの組成の
融液に分離しているが、徐冷することにより最終的にあ
る１つの組成の固化物となる。また、融液の温度が高い
ほど２液の組成の解離が大きくなる。図１は、ＳｉＯ 2
−ＭｇＯ−ＴｉＯ2系３元系の状態図（Franco Massazza
and Efisia Sirchia,Chim. Ind. (Milan), 40, 466(19
58) ）であるが、図示されるように、この３元系でも同
様の２液相領域を形成する。
なると、広い組成比にわたり不混和領域（２液相領域）
を形成する。この２液相領域では、液相は２つの組成の
融液に分離しているが、徐冷することにより最終的にあ
る１つの組成の固化物となる。また、融液の温度が高い
ほど２液の組成の解離が大きくなる。図１は、ＳｉＯ 2
−ＭｇＯ−ＴｉＯ2系３元系の状態図（Franco Massazza
and Efisia Sirchia,Chim. Ind. (Milan), 40, 466(19
58) ）であるが、図示されるように、この３元系でも同
様の２液相領域を形成する。
【００１３】そこで、本発明では、上記の必須成分を含
む出発原料を高温で加熱し、上記の２液相領域を有する
融液を急冷することにより、非晶質状の高ＳｉＯ2―低
ＭｇＯ領域と低ＳｉＯ2―高ＭｇＯ領域とを生成させ、
これらが混在した構造を有する繊維とする。生理学的液
体に対する溶解性は、ＳｉＯ2よりもＭｇＯの方が大き
いために、低ＳｉＯ2―高ＭｇＯ領域で溶解が早く進行
し、この部分で繊維構造が分断される。その結果、生体
内に取り込まれた無機繊維は、当初の単一体から複数の
繊維片に分断される。
む出発原料を高温で加熱し、上記の２液相領域を有する
融液を急冷することにより、非晶質状の高ＳｉＯ2―低
ＭｇＯ領域と低ＳｉＯ2―高ＭｇＯ領域とを生成させ、
これらが混在した構造を有する繊維とする。生理学的液
体に対する溶解性は、ＳｉＯ2よりもＭｇＯの方が大き
いために、低ＳｉＯ2―高ＭｇＯ領域で溶解が早く進行
し、この部分で繊維構造が分断される。その結果、生体
内に取り込まれた無機繊維は、当初の単一体から複数の
繊維片に分断される。
【００１４】上述したように、肺胞マクロファージは異
物が大き過ぎると取り囲むのが困難であることから、従
来の無機繊維では一様に溶解するために、肺胞マクロフ
ァージによる取り囲みが十分に行われるまでにはかなり
の時間を要していた。これに対して、本発明の無機繊維
はある程度溶解が進行すると、分断して繊維長が短くな
るため、肺胞マクロファージによる取り囲みが容易に行
われるようになり、結果的に無機繊維の生体外への排出
が従来に比べて短い時間で完了する。また、分断するこ
とにより、分断した端面が新たな溶解の起点となるた
め、生理学的液体に対する溶解性も高まり、マクロファ
ージが取り囲み易い大きさに達するのに要する時間が更
に短縮される。
物が大き過ぎると取り囲むのが困難であることから、従
来の無機繊維では一様に溶解するために、肺胞マクロフ
ァージによる取り囲みが十分に行われるまでにはかなり
の時間を要していた。これに対して、本発明の無機繊維
はある程度溶解が進行すると、分断して繊維長が短くな
るため、肺胞マクロファージによる取り囲みが容易に行
われるようになり、結果的に無機繊維の生体外への排出
が従来に比べて短い時間で完了する。また、分断するこ
とにより、分断した端面が新たな溶解の起点となるた
め、生理学的液体に対する溶解性も高まり、マクロファ
ージが取り囲み易い大きさに達するのに要する時間が更
に短縮される。
【００１５】従って、必須成分であるＳｉＯ2、ＭｇＯ
及びＴｉＯ2の割合は、上記した２液相領域を形成し得
る組成範囲であり、具体的にはＳｉＯ2が６０〜８０重
量％、ＭｇＯが１５〜３０重量％、ＴｉＯ2が０．５〜
２０重量％であることが好ましい。より好ましい組成範
囲として、６５〜８０重量％のＳｉＯ2、１５〜２８重
量％のＭｇＯ、２〜２０重量％のＴｉＯ2を必須成分と
する。更に好ましい組成範囲として、６５〜８０重量％
のＳｉＯ2、１５〜２８重量％のＭｇＯ、４〜２０重量
％のＴｉＯ2を必須成分とする。最も好ましい組成範囲
として、７０〜８０重量％のＳｉＯ2、１５〜２８重量
％のＭｇＯ、４〜２０重量％のＴｉＯ2を必須成分とす
る。
及びＴｉＯ2の割合は、上記した２液相領域を形成し得
る組成範囲であり、具体的にはＳｉＯ2が６０〜８０重
量％、ＭｇＯが１５〜３０重量％、ＴｉＯ2が０．５〜
２０重量％であることが好ましい。より好ましい組成範
囲として、６５〜８０重量％のＳｉＯ2、１５〜２８重
量％のＭｇＯ、２〜２０重量％のＴｉＯ2を必須成分と
する。更に好ましい組成範囲として、６５〜８０重量％
のＳｉＯ2、１５〜２８重量％のＭｇＯ、４〜２０重量
％のＴｉＯ2を必須成分とする。最も好ましい組成範囲
として、７０〜８０重量％のＳｉＯ2、１５〜２８重量
％のＭｇＯ、４〜２０重量％のＴｉＯ2を必須成分とす
る。
【００１６】ＳｉＯ2は無機繊維の基本ネットワークを
形成する成分であり、耐熱性能に大きく寄与するため、
６０重量％未満の含有量では耐熱性能に劣るようにな
る。しかし、ＳｉＯ2の含有量が８０重量％を超える場
合には、融液粘度が高くなり過ぎて繊維化に支障を来す
ようになる。ＭｇＯはＳｉＯ2よりも生理学的液体に対
する溶解性が高く、繊維の分断に寄与するため、１５重
量％未満の含有量ではその効果が十分に発現しない。ま
た、このＭｇＯは融液の粘性を下げる効果があり、繊維
化を円滑に行う上で好ましい成分でもある。従って、製
造性を維持するためにも、少なくとも１５重量％の含有
が必要である。しかし、ＭｇＯの含有量が３０重量％を
超える場合には他の成分量が相対的に減少するため、他
の成分による効果が十分に発現しなくなる。また、Ｔｉ
Ｏ2は上記した２液相領域を形成するために必要な成分
であり、その効果が十分に発現するには０．５重量％の
含有量が必要である。しかし、ＴｉＯ2の含有量が２０
重量％を超える場合には繊維化に支障を来たしてくる。
これは、ＴｉＯ2含有により融液の不混和が促進し、高
ＳｉＯ2領域と低ＳｉＯ2領域との成分差が拡大し過ぎ、
安定した繊維化ができないことに起因している。
形成する成分であり、耐熱性能に大きく寄与するため、
６０重量％未満の含有量では耐熱性能に劣るようにな
る。しかし、ＳｉＯ2の含有量が８０重量％を超える場
合には、融液粘度が高くなり過ぎて繊維化に支障を来す
ようになる。ＭｇＯはＳｉＯ2よりも生理学的液体に対
する溶解性が高く、繊維の分断に寄与するため、１５重
量％未満の含有量ではその効果が十分に発現しない。ま
た、このＭｇＯは融液の粘性を下げる効果があり、繊維
化を円滑に行う上で好ましい成分でもある。従って、製
造性を維持するためにも、少なくとも１５重量％の含有
が必要である。しかし、ＭｇＯの含有量が３０重量％を
超える場合には他の成分量が相対的に減少するため、他
の成分による効果が十分に発現しなくなる。また、Ｔｉ
Ｏ2は上記した２液相領域を形成するために必要な成分
であり、その効果が十分に発現するには０．５重量％の
含有量が必要である。しかし、ＴｉＯ2の含有量が２０
重量％を超える場合には繊維化に支障を来たしてくる。
これは、ＴｉＯ2含有により融液の不混和が促進し、高
ＳｉＯ2領域と低ＳｉＯ2領域との成分差が拡大し過ぎ、
安定した繊維化ができないことに起因している。
【００１７】本発明の無機繊維は、上記したような生体
分解性に加えて、従来の無機繊維と同等以上の耐熱性能
を有する。即ち、上記の組成範囲にある無機繊維は、例
えば１２００℃、８時間の加熱に対する収縮率が５％以
下と低く、実用上十分な耐熱性能を有する。また、後述
される実施例にも示すように、１４００℃、８時間の加
熱に対しても繊維形状を維持されている。尚、耐熱性能
は基本的にはＳｉＯ2が担うため、特に耐熱性能が求め
られる場合には、上記の組成においてＳｉＯ2の比率を
高めればよい。
分解性に加えて、従来の無機繊維と同等以上の耐熱性能
を有する。即ち、上記の組成範囲にある無機繊維は、例
えば１２００℃、８時間の加熱に対する収縮率が５％以
下と低く、実用上十分な耐熱性能を有する。また、後述
される実施例にも示すように、１４００℃、８時間の加
熱に対しても繊維形状を維持されている。尚、耐熱性能
は基本的にはＳｉＯ2が担うため、特に耐熱性能が求め
られる場合には、上記の組成においてＳｉＯ2の比率を
高めればよい。
【００１８】本発明の無機繊維には、上記必須成分の他
にも種々の成分を配合してもよく、例えばＭｎＯを１０
重量％まで含有させることができる。このＭｎＯは、無
機繊維の生理学的液体に対する溶解性を高める作用があ
り、有効な成分と言える。また、ＺｒＯ2も１０重量％
まで含有させることができる。このＺｒＯ2は、繊維物
性に与える影響は少ないが、繊維化に際して繊維化の歩
留りを向上させる効果を有する。尚、これらの成分を含
有することにより繊維の分断性が低下する場合もあり、
各含有量の上限はこの分断性を考慮して規定されたもの
である。しかし、ＭｎＯ、ＺｒＯ2は１０重量％を超え
ると急激に原料自体の溶融粘度が上昇し、安定した繊維
化が行えない状況となる。
にも種々の成分を配合してもよく、例えばＭｎＯを１０
重量％まで含有させることができる。このＭｎＯは、無
機繊維の生理学的液体に対する溶解性を高める作用があ
り、有効な成分と言える。また、ＺｒＯ2も１０重量％
まで含有させることができる。このＺｒＯ2は、繊維物
性に与える影響は少ないが、繊維化に際して繊維化の歩
留りを向上させる効果を有する。尚、これらの成分を含
有することにより繊維の分断性が低下する場合もあり、
各含有量の上限はこの分断性を考慮して規定されたもの
である。しかし、ＭｎＯ、ＺｒＯ2は１０重量％を超え
ると急激に原料自体の溶融粘度が上昇し、安定した繊維
化が行えない状況となる。
【００１９】尚、本発明においては、各成分の出発物質
に制約はなく、出発物質に含まれる不純物が混入するの
は避けられないが、特にＡｌ2Ｏ3は２重量％以下、Ｃａ
Ｏは約３重量％以下とすることが望ましい。Ａｌ2Ｏ3は
ＳｉＯ2との間でアルミノシリケートを形成し、繊維全
体として生理学的液体に対する溶解性を低下させる。ま
た、ＣａＯはＳｉＯ2との間で低融点化合物を形成し、
繊維全体としての耐熱性能を低下させる。また、Ｎａ2
ＯやＫ2Ｏ、ＢａＯ等のアルカリ金属またはアルカリ土
類金属の酸化物やＢ2Ｏ3は、その含有量が多いと繊維の
耐熱性能を低下させるため、これらの酸化物は個別で
０．５重量％以下、合計でも２重量％以下とすることが
望ましい。
に制約はなく、出発物質に含まれる不純物が混入するの
は避けられないが、特にＡｌ2Ｏ3は２重量％以下、Ｃａ
Ｏは約３重量％以下とすることが望ましい。Ａｌ2Ｏ3は
ＳｉＯ2との間でアルミノシリケートを形成し、繊維全
体として生理学的液体に対する溶解性を低下させる。ま
た、ＣａＯはＳｉＯ2との間で低融点化合物を形成し、
繊維全体としての耐熱性能を低下させる。また、Ｎａ2
ＯやＫ2Ｏ、ＢａＯ等のアルカリ金属またはアルカリ土
類金属の酸化物やＢ2Ｏ3は、その含有量が多いと繊維の
耐熱性能を低下させるため、これらの酸化物は個別で
０．５重量％以下、合計でも２重量％以下とすることが
望ましい。
【００２０】本発明の無機繊維は、上記の各成分を含む
原料を１７００〜２０００℃という高温に加熱し、その
融液を急冷して繊維化することにより得られる。この急
冷繊維化は、例えばブロー方式を採用することにより実
施できる。尚、各成分の出発物質としては、純物質の他
にも、珪砂（ＳｉＯ2源）、マグネサイト、マグネシア
クリンカー、カンラン岩、オリビンサイド（以上ＭｇＯ
源）、イルメナイト、ビーチサンド、金紅石、リュウコ
クシン（以上ＴｉＯ2源）、マンガン鉱石、バラ輝石テ
フロ石（以上ＭｎＯ源）、バテレー石、ジルコンサンド
（以上ＺｒＯ2源）等を使用できる。
原料を１７００〜２０００℃という高温に加熱し、その
融液を急冷して繊維化することにより得られる。この急
冷繊維化は、例えばブロー方式を採用することにより実
施できる。尚、各成分の出発物質としては、純物質の他
にも、珪砂（ＳｉＯ2源）、マグネサイト、マグネシア
クリンカー、カンラン岩、オリビンサイド（以上ＭｇＯ
源）、イルメナイト、ビーチサンド、金紅石、リュウコ
クシン（以上ＴｉＯ2源）、マンガン鉱石、バラ輝石テ
フロ石（以上ＭｎＯ源）、バテレー石、ジルコンサンド
（以上ＺｒＯ2源）等を使用できる。
【００２１】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に説明す
る。 ［実験−１］ （無機繊維の調製）珪砂、酸化マグネシウム、酸化チタ
ンを用い、これらの原料を適量配合し該原料を１７００
〜２０００℃に加熱して融液とし、ブロー方式により繊
維化し、集綿した。繊維の組成を表１及び表２に示す。
尚、比較例６は通常使用されている高耐熱性繊維である
セラミックファイバーであり、比較例７及び比較例８は
欧州での生体溶解性区分で「カテゴリー０（発癌性無
し）」の認定を受けた繊維である。
る。 ［実験−１］ （無機繊維の調製）珪砂、酸化マグネシウム、酸化チタ
ンを用い、これらの原料を適量配合し該原料を１７００
〜２０００℃に加熱して融液とし、ブロー方式により繊
維化し、集綿した。繊維の組成を表１及び表２に示す。
尚、比較例６は通常使用されている高耐熱性繊維である
セラミックファイバーであり、比較例７及び比較例８は
欧州での生体溶解性区分で「カテゴリー０（発癌性無
し）」の認定を受けた繊維である。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】（溶解性試験）表１及び表２に示す繊維に
ついて、２００メッシュの篩を通過するまで粉砕資料約
１ｇを精秤し、それを３００ｍｌの活栓付き三角フラス
コに入れ、そこに表３に示す組成の生理食塩水１５０ｍ
ｌを加え、液温を４０℃に保持したまま毎分１２０回の
水平振盪を５０時間継続して与えた。振盪後、濾過して
その濾液についての含有元素をＩＣＰ発光分析装置によ
り定量化し、元試料の組成・重量より溶解度を求めた。
ついて、２００メッシュの篩を通過するまで粉砕資料約
１ｇを精秤し、それを３００ｍｌの活栓付き三角フラス
コに入れ、そこに表３に示す組成の生理食塩水１５０ｍ
ｌを加え、液温を４０℃に保持したまま毎分１２０回の
水平振盪を５０時間継続して与えた。振盪後、濾過して
その濾液についての含有元素をＩＣＰ発光分析装置によ
り定量化し、元試料の組成・重量より溶解度を求めた。
【００２５】
【表３】
【００２６】（繊維長減少率測定試験）表１及び表２に
示す各無機繊維について、３２５メッシュの篩を通過し
た繊維（平均繊維長８０〜１００μｍ）を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）を用いて写真撮影し、写った繊維の２０
０本程度について繊維長を測定し、その平均値を処理前
繊維長とした。次いで、この繊維約１ｇを３００ｍｌの
活栓付き三角フラスコに入れ、そこに表３に示した組成
の生理食塩水１５０ｍｌを加え、液温を４０℃に保持し
たまま毎分１２０回の水平振盪を５０時間継続して与え
た。振盪後、繊維を取り出し、乾燥させた後、同じく走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてその平均繊維長を測
定して処理後繊維長とした。そして、次式により減少率
を算出した。 減少率（％）＝（処理前繊維長−処理後繊維長）×１０
０／処理前繊維長
示す各無機繊維について、３２５メッシュの篩を通過し
た繊維（平均繊維長８０〜１００μｍ）を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）を用いて写真撮影し、写った繊維の２０
０本程度について繊維長を測定し、その平均値を処理前
繊維長とした。次いで、この繊維約１ｇを３００ｍｌの
活栓付き三角フラスコに入れ、そこに表３に示した組成
の生理食塩水１５０ｍｌを加え、液温を４０℃に保持し
たまま毎分１２０回の水平振盪を５０時間継続して与え
た。振盪後、繊維を取り出し、乾燥させた後、同じく走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてその平均繊維長を測
定して処理後繊維長とした。そして、次式により減少率
を算出した。 減少率（％）＝（処理前繊維長−処理後繊維長）×１０
０／処理前繊維長
【００２７】（耐熱性試験）表１及び表２に示す各無機
繊維について、十分に解してショット（粒状物）を取り
除いた繊維約１０ｇを圧縮することなく坩堝に入れて電
気炉内に収容し、１時間当り２００℃の昇温速度で１４
００℃迄昇温し、さらに８時間加熱を継続した。そし
て、冷却後坩堝を電気炉から取り出し、内部を目視によ
る観察を行い、以下に示す４段階で評価した。 ◎：繊維形状は保たれており、繊維自体の柔軟性も有し
ていた。 ○：繊維形状は保たれているが、繊維自体の柔軟性は劣
っていた。 △：繊維形状は保たれているが、強く押すと崩れる状態
にあった。 ×：繊維が完全に溶融していた。
繊維について、十分に解してショット（粒状物）を取り
除いた繊維約１０ｇを圧縮することなく坩堝に入れて電
気炉内に収容し、１時間当り２００℃の昇温速度で１４
００℃迄昇温し、さらに８時間加熱を継続した。そし
て、冷却後坩堝を電気炉から取り出し、内部を目視によ
る観察を行い、以下に示す４段階で評価した。 ◎：繊維形状は保たれており、繊維自体の柔軟性も有し
ていた。 ○：繊維形状は保たれているが、繊維自体の柔軟性は劣
っていた。 △：繊維形状は保たれているが、強く押すと崩れる状態
にあった。 ×：繊維が完全に溶融していた。
【００２８】上記の各試験結果を表４び表５に示すが、
実施例の無機繊維は、生理食塩水に対する溶解性も高
く、また生理食塩水溶解後の繊維長も大きく減少してい
る。また、比較例６に示す通常使用されているセラミッ
クファイバーに比べても、これらの値が大幅に違い、更
に、比較例７及び比較例８に示す「カテゴリー０（発癌
性無し）」の認定を受けた無機繊維に比べても優位性を
示している。これは、ＴｉＯ2を所定量含有することに
より繊維の分断が起こり、それに伴い溶解の起点が増加
して溶解が促進された結果であると推察される。また、
耐熱性にも優れることがわかる。これに対し、比較例１
及び比較例２に示すＳｉＯ2が６０重量％未満の繊維で
は、１４００℃加熱後には繊維自体が溶融していた。ま
た、比較例３及び比較例４に示す繊維は、繊維化がかな
り困難であり、実際の製造には不向きである。更に、比
較例５に示す繊維は、２液相領域から外れる組成であ
り、繊維長減少率が実施例の繊維に比較して大きく劣っ
ていることがわかる。
実施例の無機繊維は、生理食塩水に対する溶解性も高
く、また生理食塩水溶解後の繊維長も大きく減少してい
る。また、比較例６に示す通常使用されているセラミッ
クファイバーに比べても、これらの値が大幅に違い、更
に、比較例７及び比較例８に示す「カテゴリー０（発癌
性無し）」の認定を受けた無機繊維に比べても優位性を
示している。これは、ＴｉＯ2を所定量含有することに
より繊維の分断が起こり、それに伴い溶解の起点が増加
して溶解が促進された結果であると推察される。また、
耐熱性にも優れることがわかる。これに対し、比較例１
及び比較例２に示すＳｉＯ2が６０重量％未満の繊維で
は、１４００℃加熱後には繊維自体が溶融していた。ま
た、比較例３及び比較例４に示す繊維は、繊維化がかな
り困難であり、実際の製造には不向きである。更に、比
較例５に示す繊維は、２液相領域から外れる組成であ
り、繊維長減少率が実施例の繊維に比較して大きく劣っ
ていることがわかる。
【００２９】
【表４】
【００３０】
【表５】
【００３１】[実験−２] （無機繊維の調製）珪砂、酸化マグネシウム、酸化チタ
ン、二酸化マンガン、ジルコンサンドを用い、これらの
原料を適量配合し該原料を１７００℃〜２０００℃に加
熱して融液とし、ブロー方式により繊維化し、集綿し
た。繊維の組成を表６及び表７に示す。
ン、二酸化マンガン、ジルコンサンドを用い、これらの
原料を適量配合し該原料を１７００℃〜２０００℃に加
熱して融液とし、ブロー方式により繊維化し、集綿し
た。繊維の組成を表６及び表７に示す。
【００３２】
【表６】
【００３３】
【表７】
【００３４】（溶解性試験及び繊維長減少率試験）表６
及び表７に示す各無機繊維について、［実験−１］の溶
解性試験及び繊維長減少率試験と同様にして生理食塩水
に対する溶解性及び繊維長の減少率を調べた。結果を表
８及び表９に示す。
及び表７に示す各無機繊維について、［実験−１］の溶
解性試験及び繊維長減少率試験と同様にして生理食塩水
に対する溶解性及び繊維長の減少率を調べた。結果を表
８及び表９に示す。
【００３５】
【表８】
【００３６】
【表９】
【００３７】実施例１３及び実施例１４に示すように、
ＳｉＯ2‐ＭｇＯ‐ＴｉＯ2系にＭｎＯを約１０重量％加
えた系は溶解性及び繊維長減少率は良好であり、表５の
比較例７及び比較例８に示した「カテゴリー０（発癌性
なし）」の認定を受けた無機繊維に比べても優位性を示
している。また、実施例１５及び実施例１６に示すよう
に、ＳｉＯ2‐ＭｇＯ‐ＴｉＯ2系にＺｒＯ2を約１０重
量％加えた系は、比較例７及び比較例８に示した無機繊
維に比べて溶解性、繊維長減少率は同程度であるが、比
較例６に示した従来のセラミックファイバーに比べて優
れており、また、ＺｒＯ2を添加することにより、繊維
化がスムーズに行えることが確認された。しかしなが
ら、比較例９及び比較例１０に示すように、ＭｎＯ、Ｚ
ｒＯ2共に１０重量％を超える組成になると、原料自体
の融液粘度が急激に高くなり、十分に繊維化が実施でき
なかった。
ＳｉＯ2‐ＭｇＯ‐ＴｉＯ2系にＭｎＯを約１０重量％加
えた系は溶解性及び繊維長減少率は良好であり、表５の
比較例７及び比較例８に示した「カテゴリー０（発癌性
なし）」の認定を受けた無機繊維に比べても優位性を示
している。また、実施例１５及び実施例１６に示すよう
に、ＳｉＯ2‐ＭｇＯ‐ＴｉＯ2系にＺｒＯ2を約１０重
量％加えた系は、比較例７及び比較例８に示した無機繊
維に比べて溶解性、繊維長減少率は同程度であるが、比
較例６に示した従来のセラミックファイバーに比べて優
れており、また、ＺｒＯ2を添加することにより、繊維
化がスムーズに行えることが確認された。しかしなが
ら、比較例９及び比較例１０に示すように、ＭｎＯ、Ｚ
ｒＯ2共に１０重量％を超える組成になると、原料自体
の融液粘度が急激に高くなり、十分に繊維化が実施でき
なかった。
【００３８】（耐熱性試験）表６及び表７に示す各無機
繊維について、［実験−１］の耐熱性試験と同様にして
耐熱性能を評価した。結果を表８及び表９に併記する
が、耐熱性能は何れも良好であり、ＭｎＯ及びＺｒＯ２
を含有させることで、耐熱性能が劣る現象は認められな
かった。
繊維について、［実験−１］の耐熱性試験と同様にして
耐熱性能を評価した。結果を表８及び表９に併記する
が、耐熱性能は何れも良好であり、ＭｎＯ及びＺｒＯ２
を含有させることで、耐熱性能が劣る現象は認められな
かった。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の無機繊維
は、従来と同等以上の耐熱性能を有するとともに、肺に
取り込まれた際に繊維の分断が起こり、肺胞マクロファ
ージによる体外への排出が早期に行われ、生体に対する
影響を最小限に抑えることができる。
は、従来と同等以上の耐熱性能を有するとともに、肺に
取り込まれた際に繊維の分断が起こり、肺胞マクロファ
ージによる体外への排出が早期に行われ、生体に対する
影響を最小限に抑えることができる。
【図１】本発明の無機繊維の必須成分である、ＳｉＯ2
−ＭｇＯ−ＴｉＯ2系の３元系状態図である。
−ＭｇＯ−ＴｉＯ2系の３元系状態図である。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G062 AA05 CC04 DA06 DA07 DB01 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EB01 EC01 ED04 EE01 EF01 EG01 FA01 FB02 FB03 FB04 FC01 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM01 NN31 4L037 CS20 CS23 FA02 FA05 PA31 PF07 PF18 UA07
Claims (7)
- 【請求項１】 ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分
として含有し、かつ前記成分からなる非晶質部分を構造
中に含むことを特徴とする無機繊維。 - 【請求項２】 ＴｉＯ2を０．５〜２０重量％含有する
ことを特徴とする請求項１記載の無機繊維。 - 【請求項３】 ＳｉＯ2を少なくとも６０重量％、Ｍｇ
Ｏを少なくとも１５重量％含有することを特徴とする請
求項１又は２記載の無機繊維。 - 【請求項４】 ＳｉＯ2を６０〜８０重量％、ＭｇＯを
１５〜３０重量％、及びＴｉＯ2を０．５〜２０重量％
含有し、かつ非晶質部分を構造中に含むことを特徴とす
る無機繊維。 - 【請求項５】 ＳｉＯ2を６５〜８０重量％、ＭｇＯを
１５〜２８重量％、及びＴｉＯ2を４〜２０重量％含有
し、かつ非晶質部分を構造中に含むことを特徴とする無
機繊維。 - 【請求項６】 更に、ＭｎＯを０〜１０重量％、または
ＺｒＯ2を０〜１０重量％、含有することを特徴とする
請求項１〜５の何れか一項に記載の無機繊維。 - 【請求項７】 ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＴｉＯ2を必須成分
として含有する出発原料を、１７００〜２０００℃の温
度に加熱して溶融し、得られた融液を急冷して繊維化す
ることを特徴とする無機繊維の製造方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000257630A JP4126151B2 (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 無機繊維及びその製造方法 |
| US09/938,530 US6627568B2 (en) | 2000-08-28 | 2001-08-27 | Inorganic fiber and method of producing the same |
| EP20010120482 EP1184348B1 (en) | 2000-08-28 | 2001-08-28 | Inorganic fiber and method of producing the same |
| DE60106698T DE60106698T2 (de) | 2000-08-28 | 2001-08-28 | Faser aus anorganischem Material und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002068777A true JP2002068777A (ja) | 2002-03-08 |
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ID=18746059
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP4977253B1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-07-18 | ニチアス株式会社 | 無機繊維質ペーパー及びその製造方法並びに設備 |
| WO2012132329A1 (ja) | 2011-03-31 | 2012-10-04 | ニチアス株式会社 | 無機繊維質ペーパー及びその製造方法 |
| US8591780B2 (en) | 2009-10-16 | 2013-11-26 | Nichias Corporation | Thermal insulation and method of producing the same |
| US8940134B2 (en) | 2011-04-05 | 2015-01-27 | Nichias Corporation | Paper comprising heat treated bio-soluble inorganic fibers, and method and equipment for making same |
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| FR2856055B1 (fr) * | 2003-06-11 | 2007-06-08 | Saint Gobain Vetrotex | Fils de verre aptes a renforcer des matieres organiques et/ou inorganiques, composites les renfermant et composition utilisee |
| US7875566B2 (en) | 2004-11-01 | 2011-01-25 | The Morgan Crucible Company Plc | Modification of alkaline earth silicate fibres |
| FR2879591B1 (fr) * | 2004-12-16 | 2007-02-09 | Saint Gobain Vetrotex | Fils de verre aptes a renforcer des matieres organiques et/ou inorganiques |
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| US7823417B2 (en) * | 2005-11-04 | 2010-11-02 | Ocv Intellectual Capital, Llc | Method of manufacturing high performance glass fibers in a refractory lined melter and fiber formed thereby |
| US8338319B2 (en) * | 2008-12-22 | 2012-12-25 | Ocv Intellectual Capital, Llc | Composition for high performance glass fibers and fibers formed therewith |
| US9656903B2 (en) | 2005-11-04 | 2017-05-23 | Ocv Intellectual Capital, Llc | Method of manufacturing high strength glass fibers in a direct melt operation and products formed there from |
| US8586491B2 (en) | 2005-11-04 | 2013-11-19 | Ocv Intellectual Capital, Llc | Composition for high performance glass, high performance glass fibers and articles therefrom |
| US9187361B2 (en) | 2005-11-04 | 2015-11-17 | Ocv Intellectual Capital, Llc | Method of manufacturing S-glass fibers in a direct melt operation and products formed there from |
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| USD628718S1 (en) | 2008-10-31 | 2010-12-07 | Owens Corning Intellectual Capital, Llc | Shingle ridge vent |
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| USD710985S1 (en) | 2012-10-10 | 2014-08-12 | Owens Corning Intellectual Capital, Llc | Roof vent |
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| CA3076663C (en) | 2017-10-10 | 2023-12-05 | Unifrax I Llc | Crystalline silica free low biopersistence inorganic fiber |
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