JP3679227B2 - ロックウール成形体およびその製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性に優れたロックウール成形体およびその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロックウールをフェルト状に成形したものは軽量で安価な耐火断熱材として広く利用されている。しかしながら、一般的なロックウールの成形体は使用可能温度が約７００℃以下であってそれ以上の高温度に加熱されると著しい収縮を起こし、１０００℃では加熱前体積の５％程度まで体積が収縮してしまう。したがって、それ以上の高温領域ではアルミノシリケート質繊維等のセラミック繊維からなるものが使われる。
【０００３】
しかしながら、セラミック繊維はその製造に当たり高純度の原料を使用する必要があることや、原料を溶融させるのにロックウールの場合よりも高温度を必要とすることから、ロックウールと比べるとはるかに高価なものとなる。
【０００４】
そこで、ロックウールの耐熱性を向上させる方法が種々検討され、その一つとして本発明者らは、空気中で加熱されたときＢ₂Ｏ₃を生成するホウ素化合物および空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物を繊維表面に固定しておく方法を発明した（特願平８−８６００４号）。この処理を受けたロックウールは、約４００℃以上に加熱されると結晶化を始めて軟化しにくくなるので、約１０００℃まで使用可能な成形体を与える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記本発明者らによるロックウールの耐熱性向上手段を用いて新規な耐熱性ロックウール成形体およびその製造法を提供することにある。
【０００６】
また、上記耐熱性ロックウールのみを用いて常法によりフェルト状成形体を製造しようとすると、成形用の有機質結合剤の硬化が繊維表面のホウ素化合物とリン化合物により阻害されるためか十分な繊維間結合強度が得られず、耐熱性は良くても剛性や形状安定性が不十分な成形体になる場合があるので、本発明はこの点を改良し、同じ耐熱性向上手段を採用しつつも耐熱性と物性のいずれにおいても優れたロックウール成形体を製造する方法を提供しようとするものである。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、すべてのロックウール繊維に前述の耐熱性向上処理を施さなくても可能な、したがって低いコストで製造可能な耐熱性ロックウール成形体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する耐熱性ロックウール成形体は、空気中で加熱されたときＢ₂Ｏ₃を生成するホウ素化合物および空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物を繊維表面に付着させる表面処理を施されたロックウールからなる薄層と上記表面処理を施されていないロックウールからなる層とが交互に存在する多層構造のものであることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明はまた、上記多層構造のロックウール成形体の製造法、すなわち有機質結合剤を繊維表面に付着させつつロックウールのフリースを製造し、得られたフリースの表面に、空気中で加熱されたときＢ₂Ｏ₃を生成するホウ素化合物および空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物を固定し、処理後のフリース複数枚を重ね合わせて加熱下に圧縮し成形することを特徴とするロックウール成形体の製造法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明において成形体中の一部のロックウールに施される表面処理について詳述する。
【００１１】
この表面処理は、基本的には前記本発明者らが特許出願済みの発明による耐熱性向上処理と同様のものである。ロックウールフリースの表面に固定するホウ素化合物は、水溶性のもの、または何らかの溶剤に可溶性のものであることが望ましく、また、空気中で加熱されたとき約４００℃までの温度でＢ₂Ｏ₃を生成するものでなければならない。これは、溶液状で処理しないとロックウールの表面に均一に付着させることが難しいからであり、また、加熱されたときロックウールが軟化し溶融する前に繊維表面でＢ₂Ｏ₃に変換されなければならないからである。昇華性ホウ素化合物は、Ｂ₂Ｏ₃を繊維表面に固定することができないので使用できない。好ましいホウ素化合物の具体例は、ホウ酸、四ホウ酸アンモニウム、三臭化ホウ素、三塩化ホウ素、三ヨウ化ホウ素、酸化ホウ素、ホウ酸アルミニウム等である。
【００１２】
空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物を用いるのも、ホウ素化合物の場合と同様の理由からである。リン化合物もまた、可溶性のものであることが望ましい。好ましいリン化合物の具体例は、リン酸三アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム、リン酸グアニジウム、リン酸アルミニウム、リン酸トリエチル等である。
【００１３】
本発明で使用するロックウールは、ＳiＯ₂が約３０〜６０重量％、Ａl₂Ｏ₃が約１〜２０重量％、ＣaＯが約１０〜６０重量％、ＭgＯが約１〜１５重量％、その他の金属酸化物が約０〜１５重量％の、一般的なロックウールでよい。
【００１４】
上記ホウ素化合物およびリン化合物を表面に付着させたロックウールは、８００℃以上の温度に加熱されても顕著な収縮を起こさない。これは、加熱された繊維が軟化する前に、繊維表面のホウ素化合物およびリン化合物がそれぞれＢ₂Ｏ₃およびＰ₂Ｏ₅に変化し、それらの影響によってロックウール表面の結晶化が促進されることによる。繊維表面で始まった結晶化は、引き続き温度が上昇すると繊維芯部まで、急速に進行する。
【００１５】
本発明では、ロックウール成形体を構成するすべてのロックウールの繊維に上述の表面処理を施すのではなく、成形体中で、成形体表面に平行な複数の薄層が、上記表面処理されたロックウールからなるようにする。
【００１６】
ロックウール成形体の製造工程においてこのような多層構造を形成させる方法は幾つかあるが、次に説明する製造法は最も実施容易で且つ有機質結合剤の結合作用に対する悪影響も少ないので優れている。
【００１７】
まず、常法によりロックウールのフリース（厚さ１０〜３０mm程度の薄いシート状堆積物）を製造する。このとき、製繊装置から出たロックウールがコンベア状繊維捕集装置に受け止められてフリースを形成する過程で、常法によりフェノール樹脂等熱硬化性合成樹脂を用いた有機質結合剤の溶液を噴霧して、ロックウールの繊維表面に有機質結合剤を付着させる。
【００１８】
常法によるフェルト状ロックウール成形体の製造法においては上述のようにして得られたフリースを何枚か重ね合わせ、熱板で挟んで加熱し且つ圧縮して平板状に成形するが、本発明の製造法では、上記積層工程に先立って、フリースの表面付近にあるロックウールに前述のホウ素化合物とリン化合物を付着させる。
【００１９】
ホウ素化合物とリン化合物をフリース表面に付着させるには、両化合物を溶かした適当な濃度の処理液を用意し、それをフリースの表面（片面でも両面でもよい）に噴霧または塗布して乾燥する方法が最も簡単であるが、粉末状のホウ素化合物とリン化合物をフリース表面に散布する方法を採用してもよい。処理は、フリースの表面近傍のロックウールだけ（フリース表面から約１〜４mmの範囲にあるロックウール）が処理液で濡れる程度に行えばよく、フリースの芯部まで処理液が浸透するような処理は避ける。この表面処理は、フリースの片面だけでなく両面に施してもよい。
【００２０】
なお、ホウ素化合物とリン化合物を溶かす水には、乾燥促進のため、低沸点の親水性有機溶媒（たとえばメタノール）を加えてもよい。
【００２１】
このとき、フリース１００重量部当たりＢ₂Ｏ₃換算で０.１〜６.６重量部のホウ素化合物およびＰ₂Ｏ₅換算で０.７〜１７.８重量部のリン化合物がフリース表面に固定されるように、また望ましくはＢ₂Ｏ₃とＰ₂Ｏ₅が合計量で１〜２０重量部になるように、処理液のホウ素化合物濃度およびリン化合物濃度を選ぶと共に処理液の繊維表面への付着量を調節する。Ｂ₂Ｏ₃およびＰ₂Ｏ₅の合計固着量が１重量部未満では意味あるほどの耐熱性向上は達成されない。一方、合計量が２０重量部をこえる量を付着させても処理効果がさらに上がるわけではなく、かえって成形体密度が過大になるなどの不都合が生じる。
【００２２】
この後、フリースを複数枚重ね合わせ、熱板でプレスしながら加熱して結合剤を硬化させる積層処理を施し、フェルト状のロックウール成形体を得る。
【００２３】
得られたロックウール成形体では、フリース状態で前述の表面処理を受けたロックウールからなる薄層（以下、処理層という）と未処理ロックウールからなる層とが交互に成形体表面に平行に存在して、多層構造を形成している。フリースの表面処理工程において処理液の一部がフリース内に浸透するため処理層と未処理ロックウール層との境界は積層前にフリースであった部分について見れば必ずしも明瞭でないが、差し支えはない。
【００２４】
このロックウール成形体が高温度に加熱された場合、成形体中では約４００℃までに処理層のロックウールが前述の結晶化を開始し、この結晶化は雰囲気温度の上昇にともなってさらに進行する。そして、この結晶化とそれによるロックウールの物性変化は、処理剤が拡散するためか、処理層に接する未処理のロックウールにも伝播する。
【００２５】
結晶化したロックウールは、通常のロックウールが約８００℃で急激に収縮し変形するのと違って、約１０００℃の高温まで初期の繊維形状を維持する。このようにして結晶化ロックウールからなる複数の耐熱層が形成され、それが補強層となって、成形体は全体としても収縮を起こしにくくなり、約１０００℃の加熱にも耐えるものとなる。
【００２６】
【実施例】
実施例１〜３
表層部にフェノール樹脂系結合剤を２重量％付着させたロックウールのフリース（厚さ１５mm，重さ０.７５kg/m²）の片面にホウ酸とリン酸二水素アンモニウムとの混合水溶液を噴霧し、熱風で乾燥した。これにより、表面から約１〜２mmまでのロックウールの繊維表面に上記ホウ素化合物とリン化合物が固定された。次に、このフリース６枚を重ね合わせ、熱板で２００℃に加熱しながら厚さ５０mmにプレスして結合剤を硬化させ、平板状ロックウール成形体を得た。
【００２７】
実施例４，５
フリースを８枚積層したほかは実施例１〜３と同様にして、平板状ロックウール成形体を製造した。
【００２８】
比較例１
製繊時に結合剤と共にホウ酸とリン酸二水素アンモニウムとの混合水溶液をロックウールに吹き付け、該ロックウールから形成されたフリース８枚を実施例４，５と同じ条件で積層して、ホウ酸とリン酸二水素アンモニウムが均一に付着しているロックウール成形体を製造した。
【００２９】
比較例２
ホウ酸とリン酸二水素アンモニウムとの混合水溶液をフリースに噴霧しないほかは実施例１〜３と同様にして、平板状ロックウール成形体を製造した。
【００３０】
以上の各例によるロックウール成形体の特性値を表１および表２にまとめて示す。なお、Ｂ₂Ｏ₃およびＰ₂Ｏ₅の付着量は全ロックウールに対する値である。また、「１０％圧縮応力」は成形体を厚さ方向に１０％圧縮するのに要する応力であり、「加熱収縮率」は長さ１５０mm、幅５０mmの試験片を電気炉中で所定の温度に３時間加熱したときの長さ方向収縮率である（この値が実施例５でマイナスなのは膨張したことを表す）。
【００３１】
これらの結果から、ホウ素化合物とリン化合物を付着させたロックウールを薄い層状に存在させるだけで、ロックウール成形体の耐熱性が顕著に向上することがわかる。なお、比較例１が耐熱性は良いにもかかわらず他の例と比べて低い圧縮応力のものになったのは、ホウ素化合物とリン化合物を結合剤と共に製繊時に付着させたことにより結合剤の結合作用が若干阻害されたためである。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば従来のロックウール成形体の耐熱限界をこえて約１０００℃まで使用可能な高度耐熱性ロックウール成形体が提供される。
【００３５】
また、本発明の製法によれば、成形用の有機質結合剤の硬化に悪影響を及ぼすことなしに、耐熱性と物性のいずれにおいても優れたロックウール成形体を製造することが可能になる。

Claims (5)

1. 空気中で加熱されたときＢ₂Ｏ₃を生成するホウ素化合物および空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物を繊維表面に付着させる表面処理を施されたロックウールからなる薄層と上記表面処理を施されていないロックウールからなる層とが交互に存在する多層構造のものであることを特徴とするロックウール成形体。
2. 全ロックウールの重量基準で、Ｂ₂Ｏ₃に換算したホウ素化合物が０.１〜６.６重量％、Ｐ₂Ｏ₅に換算したリン化合物が０.７〜１７.８重量％、それらの合計量で１〜２０重量％、付着していることを特徴とする請求項１記載のロックウール成形体。
3. ホウ素化合物がホウ酸、四ホウ酸アンモニウム、三臭化ホウ素、三塩化ホウ素、三ヨウ化ホウ素、酸化ホウ素、およびホウ酸アルミニウムからなる群から選ばれたものであり、リン化合物がリン酸三アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸、リン酸グアニジウム、リン酸アルミニウムおよびリン酸トリエチルからなる群から選ばれたものである請求項１または請求項２に記載のロックウール成形体。
4. 有機質結合剤を繊維表面に付着させつつロックウールのフリースを製造し、得られたフリースの表面に、空気中で加熱されたときＢ₂Ｏ₃を生成するホウ素化合物および空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物を固定し、処理後のフリース複数枚を重ね合わせて加熱下に圧縮し成形することを特徴とするロックウール成形体の製造法。
5. 有機質結合剤を繊維表面に付着させつつロックウールのフリースを製造し、得られたフリースの表面に空気中で加熱されたときＢ₂Ｏ₃を生成するホウ素化合物および空気中で加熱されたときＰ₂Ｏ₅を生成するリン化合物の溶液を付着させたのち乾燥することによりフリース１００重量部当たりＢ₂Ｏ₃換算で０.１〜６.６重量部の上記ホウ素化合物およびＰ₂Ｏ₅換算で０.７〜１７.８重量部の上記リン化合物をフリース表面に固定し、処理後のフリース複数枚を重ね合わせて加熱下に圧縮し成形することを特徴とするロックウール成形体の製造法。