JP2013245115A - 無機繊維質ペーパーからなる緩衝材及びその製造方法並びに設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮加熱後の復元率に優れた緩衝材及びその製造方法並びに設備を提供する。
【解決手段】４００〜１３００℃で加熱処理した生体溶解性無機繊維と、バインダーとを含む無機繊維質ペーパーからなり、前記生体溶解性無機繊維が特定の組成を有する緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
【選択図】図１
【解決手段】４００〜１３００℃で加熱処理した生体溶解性無機繊維と、バインダーとを含む無機繊維質ペーパーからなり、前記生体溶解性無機繊維が特定の組成を有する緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
【選択図】図１
Description
本発明は、無機繊維質ペーパーからなる緩衝材及びその製造方法並びに設備に関し、特に、生体溶解性無機繊維を含む無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率の向上に関する。
無機繊維質ペーパーは、軽量で扱いやすく、且つ耐熱性に優れるため、例えば、耐熱性のシール材として使用されている。一方、近年、無機繊維が人体に吸入されて肺に侵入することによる問題が指摘されている。そこで、人体に吸入されても問題を起こさない又は起こしにくい生体溶解性無機繊維が開発されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、無機繊維として従来の生体溶解性無機繊維を含む無機繊維質ペーパーは、圧縮加熱後の復元率が小さいという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、圧縮加熱後の復元率に優れた無機繊維質ペーパーからなる緩衝材及びその製造方法並びに設備を提供することをその目的の一つとする。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る緩衝材は、４００〜１３００℃で加熱処理した生体溶解性無機繊維と、バインダーとを含む無機繊維質ペーパーからなり、前記生体溶解性無機繊維が以下の組成１〜３のいずれかの組成を有する。
［組成１］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
Ａｌ２Ｏ３ １〜３重量％
但し、ＴｉＯ２とＭｎＯは含まない
［組成２］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ １〜５重量％
［組成３］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下
その他の酸化物 ２重量％未満
本発明によれば、圧縮加熱後の復元率に優れた緩衝材を提供することができる。
［組成１］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
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但し、ＴｉＯ２とＭｎＯは含まない
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［組成３］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下
その他の酸化物 ２重量％未満
本発明によれば、圧縮加熱後の復元率に優れた緩衝材を提供することができる。
また、前記無機繊維質ペーパーは、圧縮加熱後の復元率が６０％以上であることとしてもよい。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る無機繊維質ペーパーからなる緩衝材の製造方法は、上記組成１〜３のいずれかの組成を有する非晶質の生体溶解性無機繊維に４００〜１３００℃の加熱処理を施す第一工程と、前記加熱処理が施された前記生体溶解性無機繊維と、バインダーとを含む無機繊維質ペーパーを抄造する第二工程と、を含む。本発明によれば、圧縮加熱後の復元率に優れた緩衝材の製造方法を提供することができる。
また、前記第一工程の前記加熱処理において、前記生体溶解性無機繊維を、その結晶化温度未満の温度で加熱することとしてもよい。
また、上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る設備は、加熱及び又は保温のための設備であって、前記いずれかの緩衝材が組み込まれたことを特徴とする。本発明によれば、圧縮加熱後の復元率に優れた緩衝材を備えた設備を提供することができる。
本発明によれば、圧縮加熱後の復元率に優れた無機繊維質ペーパーからなる緩衝材及びその製造方法並びに設備を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。
まず、本実施形態に係る無機繊維質ペーパーからなる緩衝材の製造方法（以下、「本方法」という。）について説明する。本方法は、非晶質の生体溶解性無機繊維に加熱処理を施す第一工程（以下、「加熱処理工程」という。）と、当該加熱処理が施された当該生体溶解性無機繊維と、バインダーと、を含む無機繊維質ペーパーを抄造する第二工程（以下、「抄造工程」という。）と、を含む。
加熱処理工程においては、まず、非晶質の生体溶解性無機繊維を準備する。生体溶解性無機繊維は、無機繊維であって生体溶解性（例えば、生体の肺に吸入されても当該生体内で分解される性質）を有するものであれば特に限られない。生体溶解性無機繊維は少なくとも一部が非晶質であり、非晶質であることは粉末Ｘ線回析（ＸＲＤ）測定で確認される。
生体溶解性無機繊維は、例えば、４０℃における生理食塩水溶解率が１％以上の無機繊維である。
生理食塩水溶解率は、例えば、次のようにして測定される。すなわち、先ず、無機繊維を２００メッシュ以下に粉砕して調製された試料１ｇ及び生理食塩水１５０ｍＬを三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れ、４０℃のインキュベーターに設置する。次に、三角フラスコに、毎分１２０回転の水平振動を５０時間継続して加える。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣＰ発光分析装置により測定する。そして、測定された各元素の濃度と、溶解前の無機繊維における各元素の含有量（質量％）と、に基づいて、生理食塩水溶解率（％）を算出する。すなわち、例えば、測定元素が、ケイ素（Ｓｉ)、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）及びアルミニウム（Ａｌ）である場合には、次の式により、生理食塩水溶解率Ｃ（％）を算出する；Ｃ（％）＝［ろ液量（Ｌ）×（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）×１００］／［溶解前の無機繊維の質量（ｍｇ）×（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）／１００］。この式において、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、それぞれ測定されたケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、ｂ１、ｂ２、ｂ３及びｂ４は、それぞれ溶解前の無機繊維におけるケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの含有量（質量％）である。
生理食塩水溶解率は、例えば、次のようにして測定される。すなわち、先ず、無機繊維を２００メッシュ以下に粉砕して調製された試料１ｇ及び生理食塩水１５０ｍＬを三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れ、４０℃のインキュベーターに設置する。次に、三角フラスコに、毎分１２０回転の水平振動を５０時間継続して加える。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣＰ発光分析装置により測定する。そして、測定された各元素の濃度と、溶解前の無機繊維における各元素の含有量（質量％）と、に基づいて、生理食塩水溶解率（％）を算出する。すなわち、例えば、測定元素が、ケイ素（Ｓｉ)、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）及びアルミニウム（Ａｌ）である場合には、次の式により、生理食塩水溶解率Ｃ（％）を算出する；Ｃ（％）＝［ろ液量（Ｌ）×（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４）×１００］／［溶解前の無機繊維の質量（ｍｇ）×（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３＋ｂ４）／１００］。この式において、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、それぞれ測定されたケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの濃度（ｍｇ／Ｌ）であり、ｂ１、ｂ２、ｂ３及びｂ４は、それぞれ溶解前の無機繊維におけるケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの含有量（質量％）である。
生体溶解性無機繊維のＳｉＯ２含有量は、例えば、５０〜８２質量％であることとしてもよい。ＳｉＯ２含有量は、６３〜８１質量％であることが好ましく、６６〜８０質量％であることがより好ましく、７１〜７６質量％であることがさらに好ましい。すなわち、生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が５０〜８２質量％であり、ＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計が１０〜４０質量％の無機繊維である。ＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計は、１８〜４０質量％であることが好ましく、２０〜３４質量％であることがより好ましい。これらＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計の範囲は、上述したＳｉＯ２含有量の範囲と任意に組み合わせることができる。生体溶解性無機繊維のＳｉＯ２含有量が上記の範囲であることによって、当該生体溶解性無機繊維は、生体溶解性に加えて、優れた耐熱性をも有することとなる。
生体溶解性無機繊維のＣａＯ含有量は、例えば、１０〜３４質量％であることとしてもよい。すなわち、生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が５０〜８２質量％であり、ＣａＯ含有量が１０〜３４質量％の無機繊維（以下、「ＳｉＯ２／ＣａＯ繊維」ということがある。）であることとしてもよい。ＣａＯ含有量は、１２〜３５質量％であることが好ましく、２１〜２６質量％であることがより好ましい。これらＣａＯ含有量の範囲は、上述したＳｉＯ２含有量の範囲、上述したＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計の範囲と任意に組み合わせることができる。
生体溶解性無機繊維のＭｇＯ含有量は、例えば、１質量％以下（すなわち、０〜１質量％）であることとしてもよい。すなわち、生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が６０〜８２質量％であり、ＣａＯ含有量が１０〜３４質量％であり、ＭｇＯ含有量が１質量％以下のＳｉＯ２／ＣａＯ繊維であることとしてもよい。ＭｇＯ含有量は、０．９質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。これらＭｇＯ含有量の範囲は、上述したＳｉＯ２含有量の範囲、上述したＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計の範囲、上述したＣａＯ含有量の範囲と任意に組み合わせることができる。
生体溶解性無機繊維のＭｇＯ含有量は、１質量％超、且つ２０質量％以下であることとしてもよい。すなわち、生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が５０〜８２質量％であり、ＭｇＯ含有量が１質量％超、且つ２０質量％以下の無機繊維であることとしてもよい。ＭｇＯ含有量は、２〜１９質量％であることが好ましく、３〜１９質量％であることがより好ましい。これらＭｇＯ含有量の範囲は、上述したＳｉＯ２含有量の範囲、上述したＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計の範囲と任 意に組み合わせることができる。
また、生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が５０〜８２質量％（好ましくは７２〜８０質量％）であり、ＭｇＯ含有量が９〜３１質量％（好ましくは１４〜２２質量％）、ＣａＯ含有量が１〜９質量％（好ましくは１〜８質量％）の生体溶解性無機繊維（以下、「ＳｉＯ２／ＭｇＯ繊維」ということがある。）であることとしてもよい。
生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量、ＭｇＯ含有量及びＣａＯ含有量の合計が９７質量％以上（すなわち、９７〜１００質量％）であることとしてもよい。ＳｉＯ２含有量、ＭｇＯ含有量及びＣａＯ含有量の合計は、９７．５質量％以上であることが好ましく、９８質量％以上であることがより好ましい。これらＳｉＯ２含有量、ＭｇＯ含有量及びＣａＯ含有量の合計の範囲は、上述したＳｉＯ２含有量の範囲、上述したＣａＯ含有量とＭｇＯ含有量との合計の範囲、上述したＣａＯ含有量の範囲、上述したＭｇＯ含有量の範囲と任意に組み合わせることができる。
なお、生体溶解性無機繊維は、ＳｉＯ２と、アルカリ土類金属酸化物（例えば、ＭｇＯ及びＣａＯの少なくとも一方）と、に加えて、さらに他の成分を含有してもよい。すなわち、生体溶解性無機繊維は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）及びジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）からなる群より選択される１種又は２種以上をさらに含有してもよく、また、含有しなくてもよい。
具体的に、生体溶解性無機繊維がＡｌ２Ｏ３を含有する場合、Ａｌ２Ｏ３含有量は、例えば、５重量％以下、３．５重量％以下又は３重量％以下とできる。また、１重量％以上又は２重量％以上とできる。好ましくは０〜３質量％、より好ましくは１〜３質量％である。この範囲でＡｌ２Ｏ３を含むと耐火性に優れ適度な水溶性を有するようになり加工しやすくなる。この場合、生体溶解性無機繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量、ＭｇＯ含有量、ＣａＯ含有量及びＡｌ２Ｏ３含有量の合計が９８質量％以上（すなわち、９８〜１００質量％）又は９９質量％以上（すなわち、９９〜１００質量％）であることとしてもよい。
具体的に、以下の組成の生体溶解性無機繊維を例示できる。
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とＴｉＯ２との合計 ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １８〜５０重量％
ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とＴｉＯ２との合計 ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １８〜５０重量％
さらに、以下の組成の生体溶解性無機繊維を例示できる。
ＳｉＯ２ ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０〜４３重量％
ＳｉＯ２ ５０〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０〜４３重量％
生体溶解性繊維は、ＭｇＯを多く含むＭｇシリケート繊維と、ＣａＯを多く含むＣａシリケート繊維に大別できる。Ｍｇシリケート繊維として以下の組成を例示できる。
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％以下
他の酸化物 ２重量％未満
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
Ａｌ２Ｏ３ ３重量％以下
他の酸化物 ２重量％未満
Ｃａシリケート繊維として以下の組成を例示できる。以下の組成の繊維は加熱後の生体溶解性、耐火性に優れる。
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％（例えば、６８〜８０重量％、７０〜８０重量％、７１〜８０重量％又は７１〜７６重量％とできる）
ＣａＯ １０〜３４重量％（例えば、１８〜３２重量％、２０〜３０重量％、２０〜２７重量％又は２１〜２６重量％とできる）
ＭｇＯ ３重量％以下（例えば、１重量％以下とできる）
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下（例えば３．５重量％以下、３．４重量％以下又は３重量％以下とできる。また、１重量％以上、１．１重量％以上又は２重量％以上とできる）
他の酸化物 ２重量％未満
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％（例えば、６８〜８０重量％、７０〜８０重量％、７１〜８０重量％又は７１〜７６重量％とできる）
ＣａＯ １０〜３４重量％（例えば、１８〜３２重量％、２０〜３０重量％、２０〜２７重量％又は２１〜２６重量％とできる）
ＭｇＯ ３重量％以下（例えば、１重量％以下とできる）
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下（例えば３．５重量％以下、３．４重量％以下又は３重量％以下とできる。また、１重量％以上、１．１重量％以上又は２重量％以上とできる）
他の酸化物 ２重量％未満
ＳｉＯ２が上記範囲であると耐熱性に優れる。ＣａＯとＭｇＯが上記範囲であると加熱前後の生体溶解性に優れる。Ａｌ２Ｏ３が上記範囲であると耐熱性に優れる。
また、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計を９８重量％超又は９９重量％超としてよい。
上記の生体溶解性無機繊維は、他の成分として、アルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等）、Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙ又はこれらの混合物から選択されるそれぞれの酸化物、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｃｒ２Ｏ３等を１以上含んでもよく、含まなくてもよい。他の酸化物は、それぞれ、１．０重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてよい。アルカリ金属酸化物は各酸化物を各々１．０重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてもよい。また、アルカリ金属酸化物の合計を１．０重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてもよい。
生体溶解性無機繊維の平均繊維径は、無機繊維質ペーパーが好適に製造される範囲であれば特に限られず、例えば、１〜１０μｍであり、好ましくは２〜６μｍである。平均繊維径が１μｍ未満である場合には、生体溶解性無機繊維が破断し易くなるため、無機繊維質ペーパーの強度が低くなりやすい。また、平均繊維径が１０μｍを超える場合には、製造される無機繊維質ペーパーの密度が低くなりすぎるため、当該無機繊維質ペーパーの強度が低くなりやすい。
生体溶解性無機繊維の平均繊維長は、無機繊維質ペーパーが好適に製造される範囲であれば特に限られず、例えば、１〜２００ｍｍであり、好ましくは１〜１００ｍｍである。平均繊維長が上記範囲内にあることにより、適切な密度を有する無機繊維質ペーパーを製造しやすくなる。
次に、加熱処理工程においては、上述のようにして準備した非晶質の生体溶解性無機繊維（以下、「未処理繊維」という。）に加熱処理を施し、当該加熱処理が施された当該生体溶解性無機繊維（以下、「加熱処理繊維」という。）を得る。
加熱処理の条件（例えば、温度及び時間）は、加熱処理繊維を含む無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率が、当該加熱処理繊維に代えて未処理繊維を含む無機繊維質ペーパーのそれに比べて高くなる範囲で決定されれば特に限られない。
なお、圧縮加熱後の復元率は、無機繊維質ペーパーを圧縮した状態（すなわち、無機繊維質ペーパーの厚みが低減された状態）で加熱した後に、当該無機繊維質ペーパーの厚みが復元する割合（圧縮加熱前の厚みに対する圧縮加熱後の厚みの割合）である。
すなわち、加熱処理は、例えば、加熱処理繊維を含む無機繊維質ペーパーを、その厚さが５０％となるように圧縮した状態で５００℃にて３時間加熱した後の復元率が、未処理繊維を含む無機繊維質ペーパーのそれに比べて高くなる条件（例えば、当該復元率が６０％以上となる条件）で行う。
加熱処理における加熱温度（以下、「加熱処理温度」という。）は、例えば、３００〜１３００℃であり、好ましくは３００〜１１００℃、より好ましくは４００〜１１００℃、さらに好ましくは５００〜１１００℃である。例えば、５００〜１１００℃であり、好ましくは５００〜９００℃である。
ただし、生体溶解性無機繊維を、その結晶化温度以上の温度で加熱して、当該生体溶解性無機繊維の一部を結晶化させる場合、加熱後の生体溶解性は、加熱前に比べて低下することがある。
そこで、加熱処理においては、未処理繊維を、その結晶化温度未満の温度で加熱することとしてもよい。なお、未処理繊維の結晶化温度は、例えば、ＴＧ−ＤＴＡ（熱重量−示差熱測定）により測定される。尚、結晶化温度は、未処理繊維の化学組成に応じて変化するため、当該結晶化温度未満の加熱処理温度は一概に決定できない。
従って、加熱処理温度は、結晶化温度未満であって、３００℃、４００℃又は５００℃以上とすることができる。結晶化温度未満の温度で加熱処理を行うことにより、加熱処理繊維の生体溶解性の低下が効果的に回避され、また、脆化され難くなる。
また、比較的高い加熱処理温度で加熱処理が施された加熱処理繊維を含む無機繊維質ペーパーは、その圧縮加熱後の復元率が１００％を超えることがある。
加熱処理温度は、例えば、加熱処理繊維を含む無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率（例えば、その厚さが５０％となるように圧縮された状態で５００℃にて３時間加熱された後の復元率）が１００％以下となる範囲であってもよい。１００％以下であると密度が比較的高く好ましい。
具体的に、例えば、加熱処理において、未処理繊維を４５０〜５５０℃の温度で加熱する。この場合、圧縮加熱後における無機繊維質ペーパーの密度の低下を効果的に防止しつつ、当該無機繊維質ペーパーの当該圧縮加熱後の復元率が効果的に高められる。さらに、未処理繊維の結晶化温度が５５０℃より高い場合には、加熱処理による加熱処理繊維の脆化及び生体溶解性の低下を効果的に回避することもできる。
加熱処理における加熱時間（以下、「加熱処理時間」という。）は、加熱処理繊維を含む無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率が、当該加熱処理繊維に代えて未処理繊維を含む無機繊維質ペーパーのそれに比べて高くなる範囲であれば、特に限られない。すなわち、加熱処理時間は、例えば、１分〜４８時間であり、好ましくは３分〜２４時間である。
次に、抄造工程においては、上述の加熱処理工程で準備した加熱処理繊維と、バインダーと、を含む無機繊維質ペーパーを抄造する。
すなわち、まず、加熱処理繊維とバインダーとを含む原料を調製する。バインダーは、加熱処理繊維を結着するものであれば特に限られず、有機バインダー及び無機バインダーの一方又は両方を使用することができる。
有機バインダーは、例えば、アクリル酸エステル樹脂、スチレン・アクリル樹脂等のアクリル樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレン・ブタジエン樹脂、澱粉及びポリアクリルアミドからなる群より選択される１種又は２種以上である。
無機バインダーは、例えば、アニオン性のコロイダルシリカ、カチオン性のコロイダルシリカ等のコロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、ジルコニアゾル、チタニアゾル、アルミナゾル、ベントナイト、カオリンからなる群より選択される１種又は２種以上である。
原料（溶媒を除く）において、加熱処理繊維の含有量は、例えば、８０〜９９．５質量％であり、バインダー（有機バインダー及び無機バインダーの一方又は両方）の含有量は、例えば、０．５〜２０質量％である。さらに、例えば、加熱処理繊維の含有量が８５〜９９質量％であり、バインダーの含有量が１〜１５質量％であることが好ましく、また、加熱処理繊維の含有量が８５〜９５質量％であり、バインダーの含有量が１５〜５質量％であることがより好ましい。
原料は、加熱処理繊維及びバインダーに加えて、さらに他の成分を含有してもよい。すなわち、原料は、例えば、耐火性無機粉末をさらに含有してもよい。耐火性無機粉末は、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックス粉末、及び／又はカーボンブラック等の炭素粉末である。他の成分の含有量は、後述する溶媒を除いた総量に対して、例えば、５質量％以下又は３質量％以下である。
原料は、加熱処理繊維、バインダー及び必要に応じてその他の成分を溶媒と混合することにより調製する。溶媒は、加熱処理繊維及びバインダーを混合し分散するものであれば特に限られず、例えば、水（例えば、蒸留水、イオン交換水、水道水、地下水、工業用水）及び／又は極性有機溶媒（例えば、エタノール、プロパノール等の１価のアルコール類、エチレングリコール等の２価のアルコール類）であり、好ましくは水である。こうして調製された無機繊維質ペーパーの原料は、抄造に適した流動性のある組成物（いわゆるスラリー等）である。
抄造工程においては、こうして調製された原料から、無機繊維質ペーパーを抄造する。抄造は、例えば、市販の抄造装置を使用して好ましく行うことができる。
本実施形態に係る無機繊維質ペーパー（以下、「本ペーパー」という。）からなる緩衝材は、このような本方法により好ましく製造される。すなわち、本ペーパーは、上述の加熱処理繊維と、バインダーと、を含む無機繊維質ペーパーである。
本ペーパーに含まれる加熱処理繊維のＳｉＯ２含有量は、例えば、５０〜８２質量％である。この場合、本ペーパーは、加熱処理繊維のＳｉＯ２含有量が比較的大きいことによって、優れた耐熱性を有することとなる。
本ペーパーに含まれる加熱処理繊維のＣａＯ含有量は、例えば、１０〜３４質量％である。すなわち、この加熱処理繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が５０〜８２質量％であり、ＣａＯ含有量が１０〜３４質量％のＳｉＯ２／ＣａＯ繊維である。
本ペーパーに含まれる加熱処理繊維のＭｇＯ含有量は、例えば、１質量％以下である。すなわち、この加熱処理繊維は、例えば、ＳｉＯ２含有量が５０〜８２質量％であり、ＣａＯ含有量が１０〜３４質量％であり、ＭｇＯ含有量が１質量％以下のＳｉＯ２／ＣａＯ繊維である。
上記の他、加熱処理繊維の組成の例示は、本方法について記載した通りである。
本ペーパーに含まれるバインダーは、上述のとおり、有機バインダー及び無機バインダーの一方又は両方である。すなわち、本ペーパーは、例えば、有機バインダーを含み無機バインダーを含まないこととしてもよく、有機バインダー及び無機バインダーを含むこととしてもよく、無機バインダーを含み有機バインダーを含まないこととしてもよい。
本ペーパーにおける加熱処理繊維及びバインダーの含有量は、特に限られず、その用途や求められる特性によって適宜決定される。例えば、本ペーパーにおいて、加熱処理繊維の含有量は８０〜９９．５質量％である。より具体的に、例えば、本ペーパーにおいて、加熱処理繊維の含有量は９０〜９８質量％であり、バインダーの含有量は２〜１０質量％である。
本ペーパーの厚さは、特に限られず、その用途や求められる特性によって適宜決定される。すなわち、本ペーパーの厚さは、例えば、０．１〜８ｍｍであり、好ましくは０．５〜６ｍｍである。
本ペーパーの坪量は、特に限られず、その用途や求められる特性によって適宜決定される。すなわち、本ペーパーの坪量は、例えば、１０〜２８００ｇ／ｍ２であり、好ましくは７５〜１８００ｇ／ｍ２である。
本ペーパーの密度は、特に限られず、その用途や求められる特性によって適宜決定される。すなわち、本ペーパーの密度は、例えば、０．１〜０．３５ｇ／ｃｍ３であり、好ましくは０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ３である。
本ペーパーは、生体溶解性無機繊維として加熱処理繊維を含有することにより、圧縮加熱後の復元率が効果的に向上している。すなわち、本ペーパーは、例えば、圧縮加熱後の復元率が６０％以上である。より具体的に、本ペーパーは、例えば、その厚さが５０％となるように圧縮された状態で５００℃にて３時間加熱された後の復元率が６０％以上である。より具体的に、復元率は、例えば、６０〜１００％であり、好ましくは６０〜８０％であり、より好ましくは６０〜７０％である。
本ペーパーは、様々な用途に適用される。すなわち、本ペーパーは、例えば、加熱及び又は保温のための設備に使用される。具体的に、本ペーパーは、例えば、熱処理装置、工業炉、焼却炉、燃焼機器、アルミニウム溶湯装置、温水ボイラー、給湯器、家庭用ガスコンロ、暖房器具（ガスファンヒータ、石油ファンヒータ等）等におけるシール材（例えば、ガスケット）（熱やガス等のシール材）、緩衝剤（クッション材、バッファ材）（例えば、脱硝用触媒緩衝材、部材間に介在させる緩衝剤）、石油ストーブ芯として使用される。
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。尚、実施例で製造した無機繊維質ペーパーは緩衝材として用いることができる。
［無機繊維質ペーパーの製造］
第一の生体溶解性無機繊維として、ＳｉＯ２含有量が７３質量％、ＣａＯ含有量が２１〜２６質量％、ＭｇＯ含有量が１質量％以下、Ａｌ２Ｏ３を１〜３質量％の非晶質のＳｉＯ２／ＣａＯ繊維（以下、「繊維Ａ」という。）を準備した。繊維Ａの結晶化温度は８９５℃であった。
第一の生体溶解性無機繊維として、ＳｉＯ２含有量が７３質量％、ＣａＯ含有量が２１〜２６質量％、ＭｇＯ含有量が１質量％以下、Ａｌ２Ｏ３を１〜３質量％の非晶質のＳｉＯ２／ＣａＯ繊維（以下、「繊維Ａ」という。）を準備した。繊維Ａの結晶化温度は８９５℃であった。
また、第二の生体溶解性無機繊維として、ＳｉＯ２含有量が７６質量％、ＣａＯ含有量が１〜９質量％、ＭｇＯ含有量が１４〜２２質量％、Ａｌ２Ｏ３を１〜２質量％の非晶質のＳｉＯ２／ＭｇＯ繊維（以下、「繊維Ｂ」という。）を準備した。繊維Ｂの結晶化温度は８５７℃であった。
さらに、繊維Ａ及び繊維Ｂにそれぞれ加熱処理を施した。加熱処理温度は、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃又は１１００℃とした。加熱処理時間は３時間とした。
次に、無機繊維質ペーパーを製造した。すなわち、加熱処理が施された繊維Ａ又は繊維Ｂを１００重量部と、アクリル樹脂（ＡＧ−１００：固形分５０％、昭和電工株式会社製）を１２重量部と、硫酸バンド（硫酸アルミニウム：０．２％溶液、大明化学工業株式会社製）を１．２重量部と、ポリアクリルアミド（ＤＳ４１４：０．５％溶液、星光ＰＭＣ株式会社製）を０．１重量部と、を２０００重量部の水と混合して、原料スラリーを調製した。そして、市販の抄造装置を使用して、原料スラリーの抄造を行い、無機繊維質ペーパーを製造した。
また、加熱処理が施された繊維Ａ又は繊維Ｂに代えて、加熱処理が施されていない繊維Ａ又は繊維Ｂを使用して、同様に、無機繊維質ペーパーを製造した。
製造された無機繊維質ペーパーは、いずれも、厚さが０．５〜６ｍｍ、坪量が７５〜１８００ｇ／ｍ２、密度が０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ３であった。
［復元率の評価］
上述のようにして製造された無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率を評価した。すなわち、まず、各無機繊維質ペーパーの任意の箇所から、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を３つずつ切り出し、各試験片の厚さ（圧縮加熱前の厚さ）をノギスで測定した。
上述のようにして製造された無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率を評価した。すなわち、まず、各無機繊維質ペーパーの任意の箇所から、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を３つずつ切り出し、各試験片の厚さ（圧縮加熱前の厚さ）をノギスで測定した。
次いで、この圧縮加熱前の厚さを１００％として、その厚さが５０％になるまで試験片を圧縮した。さらに、圧縮された状態の試験片を、５００±１５℃の電気炉内に載置し、３時間保持することで圧縮加熱を行った。その後、試験片を圧縮加熱から解放した。
圧縮加熱を解放してから０．５時間後の試験片の厚さ（圧縮加熱後の厚さ）をノギスで測定した。そして、試験片の圧縮加熱前の厚さに対する圧縮加熱後の厚さの割合（％）を復元率として算出した。
図１には、復元率を評価した結果を示す。図１において、横軸は、無機繊維質ペーパーに含まれる繊維Ａ又は繊維Ｂに施された加熱処理の加熱処理温度（℃）を示し（ただし、「未処理」は、無機繊維質ペーパーに含まれる繊維Ａ又は繊維Ｂが加熱処理を施されていなかったことを示す。）、縦軸は、各加熱処理温度で加熱処理が施された繊維Ａ又は繊維Ｂを含む無機繊維質ペーパーの圧縮加熱後の復元率（％）を示す。図１において、黒塗りの四角印は繊維Ａを含む無機繊維質ペーパーの復元率を示し、白抜きの丸印は繊維Ｂを含む無機繊維質ペーパーの復元率を示す。なお、各印に係る復元率は、３つの試験片について得られた値の算術平均値である。
図１に示すように、無機繊維質ペーパーに含まれる繊維Ａ又は繊維Ｂとして加熱処理繊維を使用した場合（加熱処理温度が３００〜１１００℃である場合）には、無機繊維質ペーパーに含まれる繊維Ａ又は繊維Ｂとして未処理繊維を使用した場合（図中の「未処理」の場合）に比べて、復元率が高くなる傾向があった。すなわち、無機繊維質ペーパーに含まれる生体溶解性無機繊維として加熱処理繊維を使用することによって、圧縮加熱後の復元率が向上することが確認された。
なお、加熱処理温度が９００℃以上（すなわち、繊維Ａ及び繊維Ｂの結晶化温度以上）の場合には、加熱処理温度がより低い場合に比べて、無機繊維質ペーパーに含まれる繊維Ａ又は繊維Ｂが脆化する傾向があった。また、加熱処理温度が６００〜９００℃の場合には、復元率が１００％を超えた。すなわち、この場合、圧縮加熱後の無機繊維質ペーパーは膨張し、その密度は低減された。
これに対し、加熱処理温度が５００℃の場合には、無機繊維質ペーパーの膨張及び加熱処理繊維の脆化を効果的に回避しつつ、当該無機繊維質ペーパーの復元率を顕著に向上させることができ、特に好ましかった。
本ペーパーは、様々な用途に適用される。すなわち、本ペーパーは、例えば、加熱及び又は保温のための設備に使用される。具体的に、本ペーパーは、例えば、熱処理装置、工業炉、焼却炉、燃焼機器、アルミニウム溶湯装置、温水ボイラー、給湯器、家庭用ガスコンロ、暖房器具（ガスファンヒータ、石油ファンヒータ等）等におけるシール材（例えば、ガスケット）（熱やガス等のシール材）、緩衝剤（クッション材、バッファ材）（例えば、部材間に介在させる緩衝剤）、石油ストーブ芯として使用される。
Claims (12)
- ４００〜１３００℃で加熱処理した生体溶解性無機繊維と、バインダーとを含む無機繊維質ペーパーからなり、
前記生体溶解性無機繊維が以下の組成１〜３のいずれかの組成を有する緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
［組成１］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
Ａｌ２Ｏ３ １〜３重量％
但し、ＴｉＯ２とＭｎＯは含まない
［組成２］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ １〜５重量％
［組成３］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下
その他の酸化物 ２重量％未満 - 前記組成１〜３において、アルカリ土類金属酸化物としてＣａＯとＭｇＯのみを含む請求項１記載の緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- 前記組成１〜３において、ＺｒＯ２は含まない請求項１又は２記載の緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- 結晶化温度未満の温度で加熱処理した請求項１〜３のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- ４００〜１１００℃で加熱処理した請求項１〜４のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- ５００〜１１００℃で加熱処理した請求項１〜５のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- ５００〜９００℃で加熱処理した請求項１〜６のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- 圧縮加熱後の復元率が６０％以上である請求項１〜７のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- 前記緩衝材が脱硝用触媒緩衝材である請求項１乃至８のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）。
- 以下の組成１〜３のいずれかの組成を有する非晶質の生体溶解性無機繊維に４００〜１３００℃の加熱処理を施す第一工程と、
前記加熱処理が施された前記生体溶解性無機繊維と、バインダーとを含む無機繊維質ペーパーを抄造する第二工程と、
を含む請求項１記載の緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）の製造方法。
［組成１］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜３０重量％
Ａｌ２Ｏ３ １〜３重量％
但し、ＴｉＯ２とＭｎＯは含まない
［組成２］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ １〜５重量％
［組成３］
ＳｉＯ２ ６６〜８２重量％
ＣａＯ １０〜３４重量％
ＭｇＯ ３重量％以下
Ａｌ２Ｏ３ ５重量％以下
その他の酸化物 ２重量％未満 - 前記第一工程の前記加熱処理において、前記生体溶解性無機繊維を、その結晶化温度未満の温度で加熱する請求項１０に記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）の製造方法。
- 加熱及び又は保温のための設備であって、請求項１〜９のいずれかに記載された緩衝材（ただし脱硝用触媒緩衝材は除く）が組み込まれた設備。
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