JP2005170716A

JP2005170716A - ロックウールの製造方法

Info

Publication number: JP2005170716A
Application number: JP2003410815A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Murai; 剛村井; Yuji Miki; 祐司三木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】熱伝導率が低く、且つ平均繊維径の細い軽量なロックウールを安価に製造することができるロックウールの製造方法を提供する。
【解決手段】少なくともＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を主原料として成分調整した融体を繊維化してロックウールを製造する方法において、前記融体が、（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）：０．８５〜１．２５、ＭｇＯ：３〜１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：８〜２０重量％、ＣａＦ₂：１〜１０重量％、その他の不可避成分：３重量％以下の組成に調整されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば高炉スラグ等を主原料として成分調整した融体を繊維化してロックウールを製造する方法に関する。

近年、住宅等の高断熱化により熱伝導率が低い断熱材が求められ、同時に、建築時の作業性やコストの観点から、断熱材の軽量化も要求されている。
代表的な断熱材としては、グラスウールやロックウール等の無機質繊維の集合体が挙げられる。このうち、ロックウールは、高炉スラグ等を主原料にして成分を調整した無機質繊維で、産業副生物を主原料とする点で環境に配慮した材料であり、グラスウールに比べて軟化する温度が高いため、耐熱性に優れているという利点がある。

しかし、ロックウールは、高炉スラグ等を主成分とする融体を回転するホイール上に注ぎ、ホイールの遠心力で回転方向に飛散させることで線状にされるが、飛散した線状体の先端にショットと呼ばれる未繊維化部分が残留してしまう。
このショットの存在により、ロックウールは、同等体積の繊維を含む集合体で比較した場合、ショットの殆どないグラスウールに比べて重くなり、逆に、集合体を同じ重量にすると、繊維の容積が減少して空隙が増え、空気層内で対流が起きたり、空気そのものが出入りして急激に断熱性が悪化するため、軽量化と高断熱化を両立することが難しい。

そこで、ロックウールの軽量化と高断熱化を両立させる対策として、繊維の細径化や未繊維化部分の減少が試みられている。繊維が細い場合には、同じ重量でも繊維が複雑に絡み合った状態になるので、空気の対流が抑えられるし、未繊維化部分を減少させた場合には、繊維構造を変えずに単純に軽量化できるためである。
繊維の径を細くするには、融体の１４００〜１６００°Ｃにおける粘度を下げることが有効であることが知られている。これは、回転ホイールから飛散を開始する際の融体の初期条件を特定するものであり、融体の粘度を下げることによって、回転ホイール上の該融体の揺らぎが細かくなり、これにより細い繊維が形成される。

具体的には、そのままではロックウールの素材としてＳｉＯ₂が不足する溶融状態の高炉スラグに、シラス単味あるいはシラス及び珪石を配合し、全体でＳｉＯ₂：３８〜４８重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜１６重量％、ＣａＯ：３０〜４０重量％、ＭｇＯ：３〜８重量％、ＦｅＯ：２重量％以下の組成物としたものや（例えば特許文献１参照）、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの濃度を調整するとともに、Ｂ₂Ｏ₃を添加する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。
特開昭５７−１７４４４号公報特開２００１−１３９３４７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、製造されたロックウールの平均繊維径は太く、最小でも7 ．8 μｍもあり、断熱性は満足できても十分な軽量化を図ることが難しい。
また、上記特許文献２においては、繊維径、ショットともに改善されるが、主原料が産業副生物である高炉スラグに比べて、Ｂ₂Ｏ₃はかなり高価であるため、数％の添加でも原料費が数倍になり、コスト的に問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、熱伝導率が低く、且つ平均繊維径の細い軽量なロックウールを安価に製造することができるロックウールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため、ロックウールの主原料への微量成分の添加に着眼し、鋭意研究を行なった。その際、ロックウールの繊維を細く、ショットを減らすには、添加する微量成分だけでなく、主成分も含めた最適範囲を指向する必要があることを見出した。そして、ロックウールの主原料の基本組成であるＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃及び添加成分の量について研究を進め、最適な基本配合と添加成分を知見し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。

即ち、請求項１に係る発明は、少なくともＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を主原料として成分調整した融体を繊維化してロックウールを製造する方法において、
前記融体が、（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）：０．８５〜１．２５、ＭｇＯ：３〜１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：８〜２０重量％、ＣａＦ₂：１〜１０重量％、その他の不可避成分：３重量％以下の組成に調整されたものであることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記融体を回転体の遠心力によって飛散させることで繊維化することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記主原料として高炉スラグを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を主原料とした融体を、（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）：０．８５〜１．２５、ＭｇＯ：３〜１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：８〜２０重量％、ＣａＦ₂：１〜１０重量％、その他の不可避成分：３重量％以下の組成に調整して繊維化することにより、熱伝導率が低く、且つ平均繊維径の細い軽量なロックウールを安価に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態の一例を説明する。
本発明の実施の形態の一例であるロックウールの製造方法は、高炉スラグを主原料として成分調整した融体を、（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）：０．８５〜１．２５、ＭｇＯ：３〜１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：８〜２０重量％、ＣａＦ₂：１〜１０重量％、その他の不可避成分：３重量％以下の組成に調整し、高速回転する回転ホイールに流下して該回転ホイールの遠心力で飛散させることで繊維化し、冷却してロックウールを製造する。これにより、熱伝導率が低く、且つ平均繊維径の細い軽量なロックウールを安価に製造することができる。
なお、本発明で用いるロックウールの主原料は高炉スラグに限定されず、例えば天然の岩石、転炉スラグの他、鉄鋼以外の製錬スラグ等を用いても良い。また、融体を繊維化する方法についても、この実施の形態に限定されず、他の公知の方法であっても良い。

以下、融体の組成の限定理由について述べる。
［（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）の値が０．８５〜１．２５］
ＣａＯ，ＭｇＯは、溶融状態の組成物を低粘性にする効果のあることは良く知られている。しかし、ＣａＯ，ＭｇＯの含有量を多くし過ぎると、アルカリ土類系のＳｉＯ₂を主体とするガラスのネットワーク構造を切断する作用のため、融体がガラス状態を保てなくなり、繊維化が難しくなる。そのため、ＣａＯ，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂の重量比を（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）：０．８５〜１．２５の範囲とすることで、融体のガラス状態を保持しつつ、粘性を極小化できる。

［ＭｇＯ：３〜１５重量％］
また、組成物中のＭｇＯは、ガラスの失透の低減、耐熱性維持の効果があるので、ロックウールには、３重量％以上含まれていることが望ましい。一方、上述のようにＭｇＯの含有量を多くし過ぎると、融体の繊維化が難しくなる。ＳｉＯ₂，ＣａＯが上記した範囲の場合、ＭｇＯの含有量は１５重量％以下が好ましい。
［Ａｌ₂Ｏ₃：８〜２０重量％］
Ａｌ₂Ｏ₃もＭｇＯと同様に、ガラス化と高耐熱性に効果があり、８重量％以上の含有量が望ましい。しかし、含有量が多くなると、粘度が急増することが知られており、本発明のＳｉＯ₂，ＣａＯの組成レベルであれは、２０重量％以下であることが望ましい。

［ＣａＦ₂：１〜１０重量％］
本発明では、上記したように、主原料の基本組成を最適化した上で、スラグの低融点化に効果のあることが知られているＣａＦ₂を添加して、さらにロックウールの細径化、低ショット化を図っている。ＣａＦ₂の含有量としては低粘性化の効果を得るため、１重量％以上である必要がある。また、含有量が多すぎると、ガラスのネットワークを切断してしまうため、その含有量は１０重量％以下が好ましい。

このような成分系を溶解する炉は、如何なる炉であっても良く、あるいは複数の炉で溶融したものを出湯後、繊維化工程までに混合しても構わない。あるいは、一部組成を炉で溶融したスラグの出湯流に、残りの組成分を連続的に添加する方法でもよい。即ち、繊維化工程までに、原料融体の組成が本発明の範囲になっていれば、融体溶製の方法は問わない。

次に、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
公知のカーボン電極を備えた２段式電気炉を用いて主原料を成分調整した素材を加熱溶融して融体とし、高速回転している内部冷却型のホイールに流し当てて繊維化し、冷却してロックウールとした。素材は、主原料を高炉スラグとし、それに種々の原料を加えて本発明に係る融体の組成とした( 実施例) 。例えば、実施例１では、高炉スラグ（ＳｉＯ₂：３３．５重量％、ＣａＯ：４１．９重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５．４重量％、ＭｇＯ：７．５重量％）１ｔｏｎ当たり、珪砂（ＳｉＯ₂：９８．９重量％）２３５ｋｇ、蛍石（ＣａＦ₂：９８．５重量％）８３ｋｇを添加し、また、実施例４では、高炉スラグ（ＳｉＯ₂：３３．１重量％、ＣａＯ：４１．４重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：１４．９重量％、ＭｇＯ：７．５重量％）１ｔｏｎ当たり、珪砂（ＳｉＯ₂：９８．９重量％）１７５ｋｇ、蛍石（ＣａＦ₂：９８．５重量％）８６ｋｇ、海水ＭｇＯ（ＭｇＯ：９９．１重量％）１３４ｋｇを添加した。

なお、効果を比較するため、本発明の組成範囲にない素材（融体）も準備し、同様にロックウールを製造した( 比較例) 。
回転させたホイール面上の素材温度は、いずれの場合も１４００〜１４５０°Ｃになるように調整し、ホイールから繊維状物を離脱させるために、ホイールの背面から圧縮空気を約１００ｍ／ｓｅｃの流量で流して集綿した。なお、集綿は、集綿機で行なわれ、そこで常温まで空冷される。また、１チャージが３５ｔｏｎの融体を飛散開始してから、冷却を完了するまでの所要時間は１０時間であった。
また、同じ条件で、飛散時にホイールの周囲より水溶性フェノール樹脂バインダを綿に吹きつけながら集綿し、その集綿体を予備圧縮して板状に成形し、熱硬化炉で該バインダを硬化させ、かさ密度が約３０ｋｇ／ｍ³、厚み１００ｍｍの非晶質ボードも製造した。これらの結果は、表１に、１４００°Ｃでの融体の粘度製造した繊維の径、ショット率、ボードの断熱性（熱伝導率）として一括して示してある。

本発明に係るロックウールの製造方法で得た低密度の繊維体は非晶質であり、表１によれば、それを形成する各繊維が細く、且つショット率が下がっていることが明らかである。また、熱伝導率が低く、高い断熱性を保持していることもわかる。つまり、軽量で、断熱性に優れた安価なロックウールが開発できた。

Claims

少なくともＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を主原料として成分調整した融体を繊維化してロックウールを製造する方法において、
前記融体が、（ＣａＯ（重量％）＋ＭｇＯ（重量％））／ＳｉＯ₂（重量％）：０．８５〜１．２５、ＭｇＯ：３〜１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：８〜２０重量％、ＣａＦ₂：１〜１０重量％、その他の不可避成分：３重量％以下の組成に調整されたものであることを特徴とするロックウールの製造方法。
前記融体を回転体の遠心力によって飛散させることで繊維化することを特徴とする請求項１に記載したロックウールの製造方法。
前記主原料として高炉スラグを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載したロックウールの製造方法。