JP2004307231A - 脂肪族ポリエステル繊維含有キャスタブル耐火物 - Google Patents

Abstract

【課題】低融点及び／又は加水分解性の有機繊維を含有することにより優れた耐乾燥爆裂性を示し、施工時に添加する水分が少なく取扱いが容易なキャスタブル耐火物を提供する。
【解決手段】脂肪族ポリエステル繊維を０．０１〜０．５質量％含有するキャスタブル耐火物。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャスタブル耐火物に関し、特に耐乾燥爆裂性が改善された緻密質キャスタブル耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キャスタブル耐火物の築造上の大きな問題の一つとして、施工体の乾燥時の水蒸気爆裂がある。特に低セメントキャスタブルに代表される緻密質キャスタブルが普及するにつれて、この問題は一層重要性を増しており、これまでにも種々の対策が提案されてきた。
【０００３】
例えば特公昭６０−３５３１７号は金属アルミニウムを添加したキャスタブル耐火物を開示しており、特許２５５６４１６号は有機質発泡剤を添加したキャスタブル耐火物を開示している。キャスタブル耐火物に金属アルミニウムや有機質発泡剤を添加すると、これらの添加物の化学反応によってガスが発生して通気孔を形成するため、水蒸気の発散が速やかになり、水蒸気爆裂を防止することができる。しかしながら化学反応には温度依存性があるため、施工環境温度に合わせて反応速度をコントロールする必要が生じることが厄介である。
【０００４】
特開昭６２−１００４８３号及び特公平５−６１２２９号は、オキシカルボン酸及び／又はその塩を添加したキャスタブル耐火物を開示している。オキシカルボン酸及び／又はその塩を添加すると、キャスタブル耐火物の養生中に微亀裂が発生するため通気率が増大し、水蒸気爆裂を防止できると考えられるが、キャスタブル耐火物の硬化時間が長くなる他、養生後の施工体の強度低下が著しいといった問題点を抱えている。
【０００５】
有機繊維を添加したキャスタブル耐火物は、水蒸気爆裂を防止できるとともに、上述のような化学的な問題点をほとんど有しておらず、その取扱いが容易であるため注目されている。有機繊維を含有するキャスタブル耐火物の場合、乾燥時の熱によって有機繊維が軟化若しくは溶融することによって形成する通気孔が、水蒸気爆裂を防止する。
【０００６】
特開昭６１−１００７９号（特許文献１）は、ビニロン、ナイロン、ポリビニル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等から選ばれる２００℃以下で溶融または分解する有機繊維を添加した流し込み施工用耐火物を開示している。しかしながら、実施例で使用しているのはビニロン繊維だけであり、ポリエステル繊維については具体的な組成の記載がない。
【０００７】
特開平３−２６５５７２号（特許文献２）は、水−塩析性を有する塩−ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）からなる含水、含塩のＰＶＡ繊維を耐火材１００重量％に対して、０．０５〜０．５重量％含有するキャスタブル耐火物を開示している。このキャスタブル耐火物は、水及び塩を含むことにより親水性が高まったＰＶＡ繊維を含有しているため、施工水分量の増加を抑制することができるものの、ＰＶＡ繊維の融点が高いため、耐乾燥爆裂性は劣っている。
【０００８】
特開平４−４２８６７号（特許文献３）は、温水可溶性ポリビニルアルコール繊維を外掛け０．０５〜１．０重量％含有する低セメントキャスタブル耐火物を開示している。このポリビニルアルコール繊維は多量の温水に可溶であるが、混練水のように少量の水には溶解し難く、アルミナセメントのような塩類を溶出する物質が混在する場合はほとんど溶解しないという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６１−１００７９号公報
【特許文献２】
特開平３−２６５５７２号公報
【特許文献３】
特開平４−４２８６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、低融点及び／又は加水分解性の有機繊維を含有することにより優れた耐乾燥爆裂性を示し、施工時に添加する水分が少なく取扱いが容易なキャスタブル耐火物を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、脂肪族ポリエステル繊維を添加することにより、施工時の添加水分量が少なく取扱いの容易なキャスタブル耐火物が得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１２】
すなわち、本発明のキャスタブル耐火物は脂肪族ポリエステル繊維を０．０１〜０．５質量％（外掛け）含有することを特徴とする。脂肪族ポリエステル繊維としてはポリ乳酸繊維が好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（Ａ） 脂肪族ポリエステル繊維
本発明のキャスタブル耐火物に添加する脂肪族ポリエステル繊維としては、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシブチレート等が挙げられる。これらの脂肪族ポリエステル繊維は生分解性であり、土中又は水中の微生物によって炭酸ガスと水に分解され易い。脂肪族ポリエステル繊維は化学合成又は発酵合成により製造することができる。
【００１４】
キャスタブル耐火物施工体内部の乾燥終了温度は、含水状態の施工体の緻密さによって変化する。含水施工体が緻密であると、乾燥中の含水施工体から水蒸気及び熱が放出され難いため、含水施工体内の水蒸気圧及び乾燥終了温度が高くなり易く、水蒸気圧に耐え切れずに爆裂し易い。「乾燥終了温度」とは、乾燥工程における含水状態のキャスタブル耐火物施工体の最高温度を言う。バーナー等でキャスタブル耐火物の含水施工体を加熱することにより施工体内部の温度が徐々に上昇して１００℃を超えると、含水施工体の水分は急速に蒸発する。このため含水施工体は、乾燥終了直前において最も高い水蒸気圧を示す。緻密質キャスタブルの場合乾燥終了温度は１５０℃以上の場合が多く、中には２００℃強のものもある。従って、脂肪族ポリエステル繊維は１５０℃以下で溶融若しくは分解することで、容易に通気孔を形成するものが好ましい。
【００１５】
好ましい脂肪族ポリエステル繊維の融点を表１に示すが、本発明のキャスタブル耐火物が含有する脂肪族ポリエステル繊維はこれらに限定されない。
【００１６】
【表１】

【００１７】
なお表１のデータは典型例であって、各脂肪族ポリエステル繊維の融点は、脂肪族ポリエステル繊維中の光学異性体の割合、脂肪族ポリエステル繊維の純度、重合度等によって変化する。例えばポリ乳酸繊維の融点は、乳酸モノマーの光学異性体（Ｄ体とＬ体が存在）の配合割合によって１２０〜１８０℃程度の範囲で変化し、Ｄ体が多くなるほど低下する。
【００１８】
Ｌ体の割合の高いポリ乳酸繊維の融点は、キャスタブル耐火物施工体の乾燥終了温度より高くなることがある。しかしながら、ポリ乳酸繊維は５０〜６０℃で加水分解するという特性を有するため、乾燥終了温度以下で分解が起こって水蒸気の通気孔が形成する。このため、ポリ乳酸繊維を含有することによりキャスタブル耐火物の耐乾燥爆裂性が増大する。またポリ乳酸繊維の加水分解反応は５０〜６０℃以上で進行し、特にアルカリ条件下では急激に進行する。セメントを含有するキャスタブル耐火物は、セメントの水和反応により混練時及び養生時にアルカリ性となっているため、ポリ乳酸繊維の加水分解反応が進行し易くなっている。
【００１９】
一般に脂肪族ポリエステル繊維は疎水性であるが、疎水性ポリマーを添加するとキャスタブル耐火物の流動性が低下するため、添加する水分を増加しなければならなくなるので好ましくない。このため添加する脂肪族ポリエステル繊維の表面を疎水性から親水性に改質しておくのが好ましい。脂肪族ポリエステル繊維の表面処理方法としては特に限定されず、界面活性剤、アミン類等を利用した一般的な方法によることができる。
【００２０】
脂肪族ポリエステル繊維の配合量は、キャスタブル耐火組成物粉末１００質量％に対して０．０１〜０．５質量％（外掛け）であるのが好ましい。０．０１質量％未満であると目的とする耐乾燥爆裂性が十分に得られず、０．５質量％を超えると、施工時の添加水量が増加して得られる施工体の緻密性が低下する。脂肪族ポリエステル繊維のより好ましい配合量は、０．０５〜０．２質量％である。
【００２１】
脂肪族ポリエステル繊維の繊維径は１〜１００ μｍであるのが好ましく、繊維長は１〜１５ ｍｍであるのが好ましい。繊維径が１μｍ未満であると、脂肪族ポリエステル繊維の分解及び／又は溶解に伴って通気孔が形成しても、通気孔を通過する抵抗が大きすぎるために水蒸気が拡散しない。一方、繊維径が１００ μｍ超であると、脂肪族ポリエステル繊維の添加量が０．０１〜０．５質量％の場合には繊維の本数が少な過ぎるので充分な数の通気孔が得られず、添加量を増やすと施工体の緻密性が低下する。より好ましい繊維径は１０〜３０ μｍである。繊維長が１ｍｍ未満であると、連続的な通気孔を形成するために多量の添加が必要になって不経済であり、繊維長が１５ ｍｍ超であると、混練水量が増加して得られる施工体の緻密性が低下するために好ましくない。より好ましい繊維長は３〜６ｍｍである。
【００２２】
（Ｂ） キャスタブル耐火物
本発明のキャスタブル耐火物の組成は特に限定されないが、本発明の効果が顕著に現れる点では、耐火性微粉と分散剤を含み低水量で流動性を示すいわゆる低セメントキャスタブルに代表されるところの緻密質キャスタブル耐火物が好ましい。もちろんアルミナセメントの代わりに凝集イオンを溶出する物質を含有するノンセメントの緻密質キャスタブルもこの範疇に入る。緻密質キャスタブルの組成は、例えば特開平１０−０９５６７８号、特開平１０−０９６５９１号、特開平１０−１１８７６２号、特開平１０−３１６４７８号に記載されている。
【００２３】
脂肪族ポリエステル繊維を含有する低セメントキャスタブル耐火物の組成の例を以下に説明するが、本発明はこれに限定されない。低セメントのキャスタブル耐火物は耐火性骨材、耐火性微粉、アルミナセメント、分散剤及び脂肪族ポリエステル繊維を含有し、必要に応じてその他の成分を含有する。
【００２４】
耐火性骨材としてはアルミナ、ボーキサイト、カイアナイト、アンダリュサイト、ムライト、シャモット、ロー石、珪石、アルミナ−マグネシアスピネル、マグネシア、ジルコン、ジルコニア、炭化珪素、黒鉛、ピッチからなる群から選ばれた少なくとも１種であり、必要に応じて２種以上を併用するのが好ましい。耐火性骨材の粒径は１０ ｍｍ以下であるのが好ましい。耐火性骨材の配合量は耐火組成物１００質量％当たり６７〜９７．５質量％であるのが好ましい。耐火性骨材のより好ましい配合量は７４〜９４質量％である。
【００２５】
耐火性微粉としては、非晶質シリカ、耐火性粘土、微粉シリカ、微粉アルミナ、微粉チタニア、微粉ムライト、微粉ジルコニア、微粉クロミア、微粉炭化珪素、微粉カーボンからなる群から選ばれた少なくとも１種を使用し、必要に応じて２種以上を併用するのが好ましい。耐火性微粉の粒径は１０ μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ以下である。粒径が１０ μｍを超えると分散剤との併用による減水効果が小さく、１μｍ以下ではその効果が顕著である。
【００２６】
耐火性微粉の配合量は、耐火組成物１００質量％当たり２〜２５質量％であるのが好ましい。２質量％未満では減水効果が小さく、２５質量％を超えると施工水量が増加するとともに焼成後の収縮が大きくなる。より好ましくは５〜２０質量％である。
【００２７】
アルミナセメントとしては、ＪＩＳの１種、２種及び３種クラスが適している。アルミナセメントの配合量は耐火組成物１００質量％当たり０．５〜８質量％であるのが好ましい。０．５質量％未満では強度発現が十分ではなく、８質量％を超えると耐蝕性の低下が大きい。より好ましくは１〜７質量％である。
【００２８】
分散剤としては、ヘキサメタリン酸ソーダ、トリポリリン酸ソーダ等の縮合リン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、アミノスルホン酸及びその塩、リグニンスルホン酸及びその塩、ポリアクリル酸及びその塩、ポリカルボン酸及びその塩、オキシカルボン酸及びその塩等が好ましく、これらを単独で又は２種以上配合して使用することができる。分散剤の添加量は、耐火組成物を１００質量％として、０．０１〜１質量％（外掛け）であるのが好ましい。分散剤の添加量が０．０１質量％未満では耐火性微粉による充分な分散効果が得られず、また１質量％超では適切な分散状態とならない。
【００２９】
キャスタブル耐火物はその他必要に応じて可使時間や硬化時間の調整剤を配合したり、セラミック繊維、金属繊維等からなる強化剤を配合したり、セルロース誘導体、ガム又はアルギン酸塩等の増粘剤、及び脂肪族ポリエステル繊維以外の乾燥爆裂防止剤等を配合することができる。脂肪族ポリエステル繊維以外の乾燥爆裂防止剤としては、脂肪族ポリエステル以外の有機質繊維、オキシカルボン酸及び／又はその塩、有機質発泡剤、又はアルミニウム等の金属粉が挙げられる。
【００３０】
本発明のキャスタブル耐火物の施工法は特に限定されず、流し込み施工、各種吹付け施工、振動鏝塗り施工等に適用できる。
【００３１】
【実施例】
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
脂肪族ポリエステル繊維としてポリ乳酸繊維（（株）クラレ、商品名：ＥＴ−６５９４、融点：１３２℃、繊維サイズ：繊維径１５．６ μｍ×繊維長５ｍｍ）を使用し、表２に示す組成のキャスタブル耐火物を製造した。ＪＩＳ Ｒ２５２１に基づき、フローコーンを用いて測定したフロー値が１８０〜２４０ ｍｍの範囲内となるよう水量を調整してキャスタブル耐火物を混練し、得られた混練物を直径１００ｍｍ×高さ１００ ｍｍの型枠に流し込み、常温で２４時間養生した。養生後脱枠し、キャスタブル耐火物の試験片を４個作製した。
【００３３】
【表２】

【００３４】
実施例２〜４
脂肪族ポリエステル繊維及び混練時の条件を表３の通りとした以外、実施例１と同様にしてキャスタブル耐火物の試験片を作製した。
【００３５】
実施例１〜４で作製した各４個の試験片を電気炉に入れて所定の温度に急加熱し、３０分間保持したものを目視で観察した。７００℃〜１１００℃の各温度で爆裂したものを×、爆裂しなかったものを○、一部爆裂したものを△として表３に示す。
【００３６】
【表３】

注：^＊ 測定せず。
【００３７】
実施例１〜４において、ポリ乳酸繊維の添加量を０．０５質量％から０．３質量％まで変化させたが、いずれも爆裂限界温度は８００〜１０００℃と高かった。また爆裂限界温度は、繊維添加量が増加するほど高かった。
【００３８】
比較例１〜５
脂肪族ポリエステル繊維及び混練時の条件を表４のとおりとした以外実施例１と同様にしてキャスタブル耐火物の試験片を作製し、耐爆裂性を評価した。結果を表４に示す。
【００３９】
【表４】

注 （１） ＰＰはポリプロピレンを表す。
（２） ＰＶＡはポリビニルアルコールを表す。
^＊ 測定せず。
【００４０】
有機繊維を添加していない比較例１及びポリ乳酸繊維を０．００５質量％添加した比較例２は、いずれも爆裂限界温度が７００℃未満であった。比較例３はポリ乳酸繊維の量が過剰であるために流動性が悪化し、添加水分量を７質量％としてもフロー値が大幅に低下した。比較例４はポリプロピレン繊維を使用した例であり、同一添加量の実施例２と対比すると、爆裂限界温度が７００℃と低いうえに、流動性が悪かった。比較例５は現在もっとも多用されているポリビニルアルコール繊維を添加した例であるが、添加水量が同じである実施例２及び比較例４と比較するとフロー値は幾分高いものの、爆裂限界温度が７００℃未満であり、実施例２より２００℃以上低かった。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、脂肪族ポリエステル繊維を０．０１〜０．５質量％（外掛け）含有することにより、キャスタブル耐火物の乾燥工程において脂肪族ポリエステル繊維が分解等により水蒸気の通過孔を形成するため、キャスタブル耐火物の水蒸気爆裂を防ぐことができる。また混練工程において、添加する水分を増加させることなく適度な流動性のある混練物を得られるため、緻密なキャスタブル耐火物施工体を作製することができる。

Claims (2)

1. 脂肪族ポリエステル繊維を０．０１〜０．５質量％（外掛け）含有することを特徴とするキャスタブル耐火物。
2. 請求項１に記載のキャスタブル耐火物において，前記脂肪族ポリエステル繊維がポリ乳酸繊維であることを特徴とするキャスタブル耐火物。