JP3002787B2 - 改善された生物学的適合性を有するガラス繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、改善された生物学的適合性を有するガラス
繊維に関する。 従来の技術 1950年代の終わり以来、アスベストの発ガン性の影響
が証拠たてられてきている。最近の更なる研究により発
ガン性はアスベストに限らず細長い粒子の形態のいかな
る繊維質の塵も原則的に発ガン機構を開始させる傾向に
あることが示されており、また該発ガン機構は現状の科
学的知識によれば他の化学物質又は電離放射線の発ガン
機構とは明らかに異なる。 繊維質の塵を取り扱う際の工業上の健康及び安全性の
ために、毒学上活性であり得る吸入性繊維について科学
的に認知された規定が1960年代以来なされている。この
規定は、光学顕微鏡下で３μｍより小の幾何的直径、５
μｍより大の長さ及び3:1より大の長さ／直径の比を有
すると認識され得る繊維に関する。この規定は、アスベ
ストの発ガン性の影響に関する発見に基づいている。 ある場合には短繊維の形態で製造される人造鉱物繊維
例えばガラス繊維、玄武岩繊維、スラグ繊維及びセラミ
ック繊維も、上記の規定に入り得る。多くの工業分野に
とって、３μｍよりはるかに小さい幾何的直径を有する
人造鉱物繊維（KMF）例えばＣ−ガラス及びＥ−ガラス
から作られたいわゆる微小ガラス繊維（0.1μｍないし
５μｍの繊維直径を有する。）を用いることが好まし
い。絶縁の目的のために公知の方法例えば遠心バスケッ
ト法、遠心旋回法又は吹込法より製造された人造鉱物繊
維もまた、ある割合の３μｍより小の直径を有する繊維
及び若干程度の１μｍより小の直径を有する繊維を含有
する。ここで挙げた繊維は、例えば参照文献〔１〕に記
載されている。かかる繊維は、広範な種々の用途にとっ
て大いなる技術的及び経済的利益がある。 人造鉱物繊維が製造又は使用される場所では、大気中
の繊維は、最終製品中の繊維よりも平均して短くかつ細
いものであり得る。人造鉱物繊維の塵の運搬機構、分布
形態及び変化が参照文献〔２〕に説明されており、また
この参照文献には人造鉱物繊維の製造及び加工の際肺に
入る繊維にさらされる場合に関するデータも与えられて
いる。更なる情報も、参照文献〔３〕から得られる。人
造鉱物繊維の発ガン性の影響に関する詳細な情報が、世
界的に行われている数多くの科学的調査の結果現在入手
できる。これらの調査には、とりわけ吸入試験、気管内
及び腹膜内実験のような動物実験並びに細胞生物学的研
究及び他の試験管内研究が含まれている。結果の要約が
参照文献〔４〕に与えられており、発ガン性の影響が次
の２つの因子の共同により決定されている： （１）繊維の形態（例えば、上記の規定による。）。 （２）肺における持続性（滞留の長さ）。 天然鉱物繊維と人造鉱物繊維との比較の最も決定的な
結果は、それらの塵が自然的な腫瘍をもたらすことがで
きるように該塵が腹膜内又は胸膜内に投与される動物実
験から得られる。参照文献〔５〕及び〔６〕によれば、
IARCは、人造鉱物繊維を発ガン性繊維と非発ガン性繊維
に再分することに着手した。この分類によれば、細いガ
ラス繊維、石繊維及びセラミック繊維のような人造鉱物
繊維並びに多くのタイプのアスベストが発ガン性であり
得る。太いガラス繊維及び不安定なガラス繊維は非発ガ
ン性である。人造繊維の安定性は、それらの科学的組成
に大いに左右される。肺における繊維質の塵の滞留の長
さ（持続性）は、塵粒子の組成及び大きさに左右され
る。科学的安定性が大きければ大きい程並びに繊維の幾
何的直径が大きければ大きい程、持続性は大きくなる。 参照文献〔４〕には一層最近の腹膜内実験の結果が与
えられており、玄武岩繊維及び特別な微小ガラス繊維の
ような種々の人造鉱物繊維の発ガン性の影響が明白に立
証されている。驚くべきことに、１μｍよりはるかに小
さい平均繊維直径を有するガラス繊維もまた高発ガン性
であることがわかる。かかる繊維はガラスの組成に因り
高い化学的安定性を有する、ということが知られてい
る。生体内及び試験管内における人造鉱物繊維の溶解性
についての重要なガイドラインが、参照文献〔７〕に見
られる。発ガンに対する化学的組成の意義は参照文献
〔８〕において調査されており、酸で強力に前処理され
た繊維は未処理の繊維以上には腫瘍をもたらす影響を有
さない。 人造鉱物繊維の発ガン性の影響は肺からの繊維の除去
能力に高度に左右される、という科学的証拠がある。こ
の能力は、以後“肺の浄化”と記載される。肺の浄化
は、動物実験により測定されそして２つの因子即ち （１）いわゆる転流（例えば、大食細胞による。） 及び （２）繊維の溶解性 に左右される。 吸入実験においては、気胞の浄化の因子も多分加わる
であろう。ラットの肺において繊維の気管内吸入後の浄
化実験が参照文献

〔９〕に記載されており、またこの参
照文献には種々の鉱物繊維特にガラス繊維についての肺
の浄化の半減期に関するデータも与えられている。 発明が解決しようとする課題 本発明は、上記に概略した知識状況に基づく。 本発明の目的は、毒学上無害なガラス繊維即ち発ガン
性の潜在性を有さないガラス繊維を開発することであ
る。 課題を解決するための手段 この目的は、本発明によれば下記に示す態様第１項
（請求項１に相当）に記載の化学的組成及び直径の特徴
を有するガラス繊維により達成される。 選択される一層好ましい範囲は、下記に示す態様第２
項及び第３項（それぞれ請求項２及び３に相当）に与え
られている。 本発明は次の態様を含む： （１）繊維が８μｍより小好ましくは３μｍより小の平
均直径を有しかつ繊維の10％より多くが３μｍより小の
直径を有し、しかも繊維を製造するために用いられたガ
ラスが下記の化合物をモル％で与えられている下記の割
合 SiO₂ 55〜70好ましくは 58〜65 B₂O₃ 0〜 5好ましくは 0〜 4 Al₂O₃ 0〜 3好ましくは 0〜 1 TiO₂ 0〜 6好ましくは 0〜 3 酸化鉄 0〜 2好ましくは 0〜 1 MgO 1〜 4 CaO 8〜24好ましくは 12〜20 Na₂O 10〜20好ましくは 12〜18 K₂O 0〜 5好ましくは0.2〜 3 フッ化物 0〜 2好ましくは 0〜 1 にて含有し、TiO₂,BaO,ZnO,SrO及びZrO₂の割合が１モル
％未満であることを特徴とする、改善された生物学的適
合性を有するガラス繊維。 （２）平均繊維直径が2.0μｍより小でありそしてAl
₂O₃,B₂O₃,CaO及びNa₂Oのモル割合が次の条件 Al₂O＜ 1モル％ B₂O₃ ＜ 4モル％ CaO ＞11モル％ Na₂O ＞10モル％ にある、上記第１項のガラス繊維。 （３）平均繊維直径が1.0μｍより小でありそしてTiO₂,
BaO,ZnO,SrO及びZrO₂の割合が１モル％未満である、上
記第２項のガラス繊維。 作 用 本発明による組成を有するガラス繊維は、優れた生理
学的溶解性を有する。該生理学的溶解性は酸及び塩基に
おける高い化学的溶解性により達成される、ことがわか
った。 発明の効果 本発明によるガラス繊維は、アスベスト並びに本発明
による組成とは異なる組成を有するガラス繊維とは対照
的に発ガン性の潜在性がない。 上記の態様第２項（請求項２に相当）によるガラス繊
維の場合、ラットの肺において気管内吸入後繊維の数は
115日より少ない日数で当初の数の半分が下がり、また
ラットの肺において腹膜内吸入後２年後の腫瘍率は10％
未満であった。上記の態様第３項（請求項３に相当）に
よる組成を有するガラス繊維では、半減期はわずか42日
であり、２年後の腫瘍率は５％未満であった。従って、
かかるガラス繊維は非発ガン性として分類され得る。 実施例 第１図に示された初期直径分布を有するガラス繊維試
料Ａ及びＢを、生体内での生理学的適合性（生安定性）
を調査するために製造した。これらの繊維は、EP−Ａ
（欧州特許出願公開公報）第279,286号に記載のデビト
ーズ法により製造された。直径の分布は、ラスター電子
顕微鏡により測定した。２つのタイプの繊維試料Ａ及び
Ｂは、それらの平均直径のみが異なっていた。それらの
ガラスの化学的組成は、両方の場合とも次の通りであっ
た： SiO₂＝60.7％,B₂O₃＝3.3％,Na₂O＝15.4％，酸化鉄＝
0.2％,K₂O＝0.7％,CaO＝16.5％,MgO＝3.2％（値はすべ
て重量パーセントである。） ガラスを製造するために用いられる出発材料は、通常
石英砂、ホウ酸、ドロマイト、石灰、ソーダ、カリ、並
びに随意に氷晶石、二酸化チタン及びフッ化ナトリウム
のような他の慣用の原料である。繊維試料を切断ミル又
はボールミル中で大きさを低減し、そして1mgの各試料
を水に懸濁させ、吸引濾過に付し、500〜1500の倍率に
てラスター電子顕微鏡下で調査した。個々の繊維の長さ
及び太さの測定は、グラフ状の表及び算術的に求められ
るデータを用いてラスター電子顕微鏡像（REM）に基づ
いて半自動的に行った。単位質量当たりの繊維体積及び
繊維の数は、長さ及び太さの分布から決定した。５μｍ
より大の長さ、３μｍより小の直径及び３より大の長さ
／直径の比を有する繊維の割合が特に注目され、何故な
らこれらの繊維は生物学的に影響のある繊維とみなされ
ていたからである。実験結果を、次表に示す。 繊維の長さ及び繊維の太さの個々の測定から得られた
対数グラフは直線に充分な近似を示し（第２図及び第３
図）、即ちそれらの値は正規分布に従う。 次表は、特定のクラスの繊維についてng当たりの生物
学的に臨界な繊維の数を計算して得た数である。 繊維試料Ａ及びＢから2mgの繊維材料が0.4mlの生理的
食塩水に懸濁した懸濁液を作り、そしてこれらの懸濁液
を35匹の雌のウィスターラット中に気管から滴注した。
繊維の各群当たり６匹の動物を１日後、１ケ月後、６ケ
月後、12ケ月後及び24ケ月後解剖し、しかして肺を除去
し、乾燥しそして300℃にてプラズマにより灰化した。
１部の各肺の灰を1N塩酸中に懸濁しそして数分間超音波
で処理することにより、繊維から塩成分を除いた。次い
で、繊維をフィルターで単離した。このように調製した
繊維を、初期の繊維試料と同じようにしてREM下で調査
した。 更に、各肺当たりの繊維の数を、測定した繊維の数、
像の評価及びフィルターの当初の重量から算術的に決定
した。繊維の質量を、平均繊維体積及び密度から決定し
た。得られた結果を次表に示す。 これらの実験から明らかなように、繊維の数及び質量
の両方とも速やかに低減した（良好な肺の浄化）。一次
動力学の算術的公式化を用いて、いわゆる半減期の値即
ち繊維の数又は質量が当初の値の半分に低減する時間の
長さが肺の浄化について得られる。日数で計算した半減
期の値を次表に示す。この表にはまた、95％統計的信頼
値が各平均値の左右に与えられている。「95％の統計的
信頼値」は、平均値の右又は左に示された半減期の値が
５％の確率で起こることを意味する。 これらの半減期の値と、異なる化学的組成を有する人
造鉱物繊維について参照文献

〔９〕において当該技術状
況として開示されている半減期の値との比較を、次表に
示す。半減期の値は理論的には繊維直径の低減につれて
低減するはずであるので、肺の浄化の絶対的な比較は、
メジアン繊維直径が考慮される場合のみなされ得る。こ
れは、該表に示されたデータ即ち直径のメジアン値に関
して測定された半減期の値を用いて達成される。繊維試
料Ａ及びＢについて得られた値は参照文献

〔９〕に示さ
れた値から大いに異なっている、ことを該表は示してい
る。 腹膜内注射後実験に誘発された腫瘍率が、参照文献
〔４〕及び〔10〕に見られる。繊 維 腫瘍率〔％〕 d_F50 クロシドライト 56.3〜87.5 0.2 クリソタイル 33 〜83 0.03〜0.11 ガラス繊維104/475 64 0.15 玄武岩繊維 57 1.1 セラミック繊維 70 0.89 これらの結果から明らかなように、繊維の高い細さ度
とともに肺の浄化についての高い半減期の値（半減期の
値/d_F50についての高い値）を有する人造及び天然の鉱
物繊維は高い発ガン性の潜在性を有する。更に、直径を
基準とした相対半減期の値が大きくなればなる程、発ガ
ン性の潜在性は大きくなる。 例 ２ 第１図に示された直径分布を有する繊維試料Ｃを、次
の化学的組成即ち SiO₂＝58.5％,B₂O₃＝11.0％,Na₂O＝9.8％,Al₂O₃＝5.8
％，酸化鉄＝0.1％,BaO＝5.0％,ZnO＝3.9％,K₂O＝2.9
％,CaO＝3.0％からEP−Ａ（欧州特許出願公開公報）第2
79,286号による送風ノズル法により製造した。 試料を粉砕した後、例１と同様にして次の繊維値が得
られた。 次表は、各クラスの繊維について生物学的に臨界な繊
維の数を計算して得た数を示す。 これらの繊維を、やはり35匹のウィスターラット中に
気管から滴注した。次いで、繊維試料を例１においての
ように１日後、１ケ月後、６ケ月後、12ケ月後及び24時
間後単離しそして肺の浄化について調査した。実験結果
を次表に示す。 これらの繊維は、例１の繊維と比べると数及び質量が
実質的にゆっくり低減している。この低減は、12ケ月か
ら24ケ月までの期間において特に小さい。このことは、
化学的組成に因るこれらの繊維の高い安定性に起因され
得る。 前表に与えられたデータから得られる半減期の値は次
の通りである： 〔腫瘍率の測定〕 例１及び例２による繊維について、腫瘍率を系統的に
調査した。この目的のために、例１及び例２に記載の繊
維試料A,B及びＣを腹膜からウィスターラット中に注射
しそして腫瘍率を２年後調査した。該試料は、初期繊維
試料をカッター・ボールミル中で粉砕することにより調
製した。かくして得られた繊維試料の大きさの分布を次
表に示す。 これらの繊維試料が、2mlのNaCl溶液中の懸濁液の形
態で種々の投与量にて腹膜から注射された。この目的
は、腫瘍をもたらす影響を増大させるための５μｍより
大の長さを有する臨界的繊維の最大可能数を得ることで
あった。２年後に測定した実験結果を次表に要約する。 繊維試料Ｃは臨界的繊維（Ｌ＞５μｍ）が比較的少数
であるにもかかわらず高発ガン性であり、一方試料Ａ及
びＢにおいては発ガン性は認められ得なかった、という
ことがわかる。かくして、例１及び例２において示され
た肺の浄化についての結果は、発ガン性についての結果
と明らかに相関関係がある。 〔耐酸性の測定〕 化学的安定性を調査するために、例１に示された組成
を有しかつ電子顕微鏡（REM測定）によって測定された
0.5μｍの平均繊維直径を有するガラス繊維を、室温及
び60℃にて37％硫酸中で次のように処理した。 調査されるべきガラス繊維を最初に、循環空気式乾燥
器中110℃にて一定重量になるまで乾燥した。デシケー
ター中で冷却及び状態調節した後2.0％のガラス繊維を
正確に計り取りそして250mlのテフロン製三角フラスコ
中に入れ、次いで該ガラス繊維の重量の100倍の重量の3
7％硫酸を加えた。次いで、調査されるべき試料を、試
験に用いられるべき所与の温度に加熱しそして処理時間
中この温度に±１℃の精度で保った。 この熱処理後ガラス繊維を硫酸溶液から除去し、前も
って正確に重量を測定した孔度No.4のガラスフリット中
に入れ、次いで濾液が中性になるまで全く塩を含まない
水５で洗浄した。次いで、ガラス繊維試料を110℃に
て４時間乾燥し、そしてデシケーター中で冷却及び状態
調節後重量測定した。重量パーセントでの重量損失を次
表に示す。 〔耐アルカリ性の測定〕 例１に示された組成を有しかつ電子顕微鏡によって測
定された2.0μｍの平均繊維直径を有するガラス繊維
を、室温及び60℃にて0.1N−NaOH水溶液中で、耐酸性の
試験に用いられた方法と同様な方法により処理した。種
々の処理時間後に得られた重量損失を次表に示す。 参照文献 〔１〕ポエシェル・エー及びアー・ケーリング，“アス
ベスト代替材料カタログ",第１巻，繊維・充填材料，ベ
ルリン，ブンデスウムヴェルタムト,1985（Poeschel,E.
und A.Khling:Asbestersatzstoffkatalog Bd.1,Faser
−und Fllstoffe,Berlin:Bundesuweltamt 1985） 〔２〕ダブリュー・エイチ・オウ，“人造鉱物繊維に対
する環境健康基準の化学的安全性草案の国際プログラ
ム",1986年11月（WHO,International Programme of che
mical safety draft environmental health criteria f
or man made mineral fibers,Nov,1986） 〔３〕“作業環境における人造鉱物繊維の国際シンポジ
ウム",ダブリュー・エイチ・オウ,1986年10月（Interna
tional Symposium of Man−made Mineral Fibres in th
e Working Environment WHO,Okt,1986） 〔４〕ポット・エフ，“動物実験における無機繊維の発
ガン作用−データ及び評価",環境衛生学，第20巻，イン
スチテュート・ファーア・ウムヴェルトヒギエーネ，デ
ュッセルドルフ，年報1987/88（Pott,F:Die krebserzeu
gende wirkung anorganischer Fasern im Tierexperime
nt−Datenund Bewertung:Umwelthygiene,Bd,20,Institu
t fr Umwelthygine Dsseldorf,Jahresbericht 1987
/88） 〔５〕“ダブリュー・エイチ・オウ，アスベスト及び他
の天然鉱物繊維、環境健康基準53,ジェノヴァ",ダブリ
ュー・エイチ・オウ,1986（WHO,Asbestos and other na
tural mineral fibres:Environmental health criteria
53−Geneva:WHO 1986） 〔６〕アイ・エイ・アール・シー専攻論文、“人造鉱物
繊維及びラドン",第43巻，ライオン，インターナショナ
ル・エイジエンシー・オブ・リサーチ・オン・カンサ
ー,1988（IARC−Monographs:Man made mineral fibres
and radon,vol.43−Lyon,International Agency of Res
earch on Cancer 1988） 〔７〕ラインウェーバー・ジェイ・ピー，“試験管内及
び生体内における繊維の溶解性、人造鉱物繊維の生物学
的影響",コペンハーゲン,1982（Leineweber,J.P.:Solub
ility of fibres in vitro und in vivo;Biological ef
fects of man−made mineral fibres,Copenhagen,198
2） 〔８〕ディヴィス・ジェイ・エム・ジー，“人造ガラス
繊維の発ガン性についての実験的証拠の評論",スキャン
ド・ジェイ・ワーク・エンヴィロン・ヘルス12,増補版
１（1986），第12〜17頁（Davis,J.M.G.:A review of e
xperimental evidence for the carcinogenicity of ma
n−made vitreous fibres,Scand,J.Work Environ,Healt
h 12,Suppl,１（1986）12−17）

〔９〕ベルマン・ビー，エイチ・ムーレ等，“ラットの
肺における人造鉱物繊維及びアスベストの持続性",アム
・オキュプ・ハイグ，第31巻,1987（Bellmann,B.,H.Muh
le et al.:Persistance of man made mineral fibres a
nd Asbestosin rat lungs Am,Occup,Hyg.Vol.31,1987） 〔10〕ポット・エフ等、“ラットにおける繊維、金属化
合物及びいくつかの他の塵に関する発ガン性の研究",エ
クスプ・パソル・32,第129〜152頁,1987（Pott,F.et a
l.:Carcinogenicity studies on fibres,metal compoun
ds and some other dusts in rats Exp,Pathol,32,129
−152,1987）

【図面の簡単な説明】

第１図は、繊維試料A,B及びＣの初期直径分布を示す。
第２図，第３図及び第４図は、繊維試料A,B及びＣの繊
維の長さ及び繊維の太さの対数グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴオルフラム・ヴアグネル ドイツ連邦共和国デイー4047 ドルマー ゲン１、ツアイジグシユトラーセ ９ (72)発明者 ゲールト・クリストフ ドイツ連邦共和国デイー4047 ドルマー ゲン１、ヴイートシユトラーセ ４ (56)参考文献 特開 昭63−201032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−146779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−161938（ＪＰ，Ａ) 「ガラスハンドブック」朝倉書店（昭 50−９−30）Ｐ．227 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03C 13/00 C03C 3/078

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維が８μｍより小好ましくは３μｍより
   小の平均直径を有しかつ繊維の10％より多くが３μｍよ
   り小の直径を有し、しかも繊維を製造するために用いら
   れたガラスが下記の化合物をモル％で与えられている下
   記の割合 SiO₂ 55〜70好ましくは 58〜65 B₂O₃ 0〜 5好ましくは 0〜 4 Al₂O₃ 0〜 3好ましくは 0〜 1 TiO₂ 0〜 6好ましくは 0〜 3 酸化鉄 0〜 2好ましくは 0〜 1 MgO 1〜 4 CaO 8〜24好ましくは 12〜20 Na₂O 10〜20好ましくは 12〜18 K₂O 0〜 5好ましくは0.2〜 3 フッ化物 0〜 2好ましくは 0〜 1 にて含有し、TiO₂,BaO,ZnO,SrO及びZrO₂の割合が１モル
   ％未満であることを特徴とする、改善された生物学的適
   合性を有するガラス繊維。
2. 【請求項２】平均繊維直径が2.0μｍより小でありそし
   てAl₂O₃,B₂O₃,CaO及びNa₂Oのモル割合が次の条件 Al₂O₃＜ 1モル％ B₂O₃ ＜ 4モル％ CaO ＞11モル％ Na₂O ＞10モル％ にある、請求項１のガラス繊維。
3. 【請求項３】繊維長が200μｍ未満である、請求項１ま
   たは２のガラス繊維。