JP3894245B2 - 導電性グラスライニング組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工業、医薬品工業、食品工業等における厳しい使用条件に耐える低炭素鋼板あるいはステンレス系鋼板を基材としたグラスライニング機器に施工するための導電性グラスライニング組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術・課題】
従来のグラスライニング機器は、低炭素鋼板あるいはステンレス鋼板を素地とし、この素地金属と密着を強固にする下ぐすり釉薬を0.2〜0.4mm位焼付けた後、高耐食性能を有する上ぐすり釉薬を通常0.8〜2.0mm位焼付けることにより製造されている。
【0003】
ここで、グラスライニング機器を構成するグラスライニング材質は体積抵抗率が1×1013〜1014Ωcm位の絶縁材料であるため、非水系の有機物内容液で撹拌操業すると、帯電電荷量が漏洩電荷量を大幅に上回り、数万あるいは数十万ボルトの静電気が発生し、グラスライニング機器にアースを接地していてもグラスライニング材質の破損や爆発事故が起こる危険性がある。
【0004】
そこで、非水系の有機物内容物を撹拌操業するような場合には、グラスライニング層に事前にTa金属チップを埋め込んだり、Ta金属ワイヤーをバッフル等の表面に巻き付けたりしているが、グラスライニング面全体にTa金属を被覆することは困難で耐静電気対策に至っていない。また、明らかに大きい静電気が発生することが予想される場合は、グラスライニング機器ではなく、金属製(例えばステンレス鋼)機器が使用されている。
【0005】
また、静電気防止手段を具備するグラスライニング機器として、例えば実開平7−28834号公報には、金属製の缶体内面に被覆した下引ガラス被覆層の上面に上引ガラス被覆層を設けたグラスライニング缶体において、該上引ガラスを導電性ガラスとし、導電性の上引ガラス被覆層中に埋め込んだ白金線を金属製の缶体母材に接続したことを特徴とするグラスライニング缶体が開示されている。しかし、このグラスライニング缶体は、白金線の埋め込まれていない部分については静電気防止効果が余り期待できない。
【0006】
更に、特公昭60−25380号公報には、所定のガラス組成をもつフリットのストリップ中に0.1〜3mmの長さの無機繊維を琺瑯フリット100%に対して2〜10%配合させ、スプレーガンあるいは浸漬法にてくすり掛けすることを特徴とする、グラスライニング製品の製造方法が開示されている。ここで、該公報に例示されている無機繊維は、琺瑯質ガラス、琺瑯ガラスとは組成の異なるガラス・通常市販のガラス等を繊維化した物や岩繊維・カオウールのような天然鉱物繊維やジルコニア・アルミナ・酸化クロム等の人工製造したセラミック繊維、ウイスカー等であり、その添加目的は、琺瑯製品の気泡減少、巨大泡の防止、耐色彩斑性、耐くすり割れ性(亀裂の防止)、耐熱衝撃性、耐機械衝撃性の向上等にある。
【0007】
また、特公平4−8390号公報には、フリットを含む釉薬組成物であって、直径0.2〜1ミクロン、長さ/直径の形状比20以上の無機質ウイスカーを前記フリット100重量部に対して20〜100重量部含有してなることを特徴とするウイスカー含有釉薬組成物が開示されている。ここで、該公報において使用されるウイスカーは、チタニア、チタン酸カリウム、アルミナ、炭化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択された無機質単結晶繊維であり、その添加目的は、グラスライニングに切断加工性を付与したり、耐摩耗性の向上にある。
【0008】
更に、本出願人は、特願平8−316460号において、フリットを含むグラスライニング組成物であって、直径0.5〜30ミクロン、長さ1.5〜10mm、長さ/直径の形状比50以上の金属繊維を前記フリット100重量部に対して0.05〜1.5重量部含有してなることを特徴とする導電性グラスライニング組成物を既に提案している。
【0009】
また、本出願人は、特願平9−288071号において、フリットを含むグラスライニング組成物であって、直径0.01ミクロン以上0.5ミクロン未満、長さ0.5〜1500ミクロン、長さ/直径の形状比50以上の金属繊維を前記フリット100重量部に対して0.001〜0.05重量部含有してなることを特徴とする導電性グラスライニング組成物もまた提案している。
【0010】
これら両出願で提案した導電性グラスライニング組成物は、グラスライニング組成物に特定の形状を有する金属繊維を添加するところに特徴を有するものであるが、本発明の目的は、グラスライニング組成物に特定の形状のセラミックス繊維を添加してなる、上記出願とは異なるタイプの導電性グラスライニング組成物を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の導電性グラスライニング組成物は、フリットを含むグラスライニング組成物であって、直径0.1〜30ミクロン、長さ0.005〜3mm、長さ/直径の形状比50以上の炭化物系繊維及び/または炭素繊維から選択されるセラミック繊維を前記フリット100重量部に対して0.05〜1.5重量部及び直径0.01〜30ミクロン、長さ0.5ミクロン〜3mm、長さ/直径の形状比50以上の金属繊維をフリット100重量部に対して0.001〜1.45重量部を含有してなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性グラスライニング組成物に使用するセラミックス繊維の直径は、グラスライニング組成物へのセラミックス繊維の添加量と組成物のスプレー施工性との関係から細い程良く、0.1〜30ミクロン、好ましくは0.5〜10ミクロンの範囲内にある。ここで、セラミックス繊維の直径が0.1ミクロン未満ではセラミックス繊維自体の加工が難しく、現状では使用することができない。また、該直径が30ミクロンを超えると、グラスライニング組成物としてのスリップ粘性が乏しくなり、スプレー施工性が著しく劣るために好ましくない。
【0014】
また、セラミックス繊維の長さは、0.005〜3mm、好ましくは0.02〜1.0mmの範囲内にある。ここで、セラミックス繊維の長さが0.005mm未満では、セラミックス繊維自体のチップが難しく、また、該長さが3mmを超えるとグラスライニング組成物としてのスリップ粘性が乏しくなり、スプレー施工性が著しく劣るために好ましくない。
【0015】
更に、セラミックス繊維の長さ/直径の形状比は、50以上である。セラミックス繊維の長さ/直径の形状比が50未満であると、セラミックス繊維を多量に配合しないとグラスライニングの導電性を向上させることができないために好ましくない。
【0016】
本発明の導電性グラスライニング組成物において、使用するセラミックス繊維の寸法は上述の範囲内であるが、後述するフリットと混合する際に、セラミックス繊維の粉砕・切断が生じ、導電性グラスライニング組成物を施釉する時には上述の範囲内よりも小さいセラミックス繊維が若干混入することがあるが、このようなセラミックス繊維が存在していても得られる導電性グラスライニング施釉層の導電性には何ら影響を及ぼすものではない。
【0017】
このセラミックス繊維としては、炭化物系繊維、炭素繊維等が使用可能である。更に詳述すれば、例えば炭化珪素(SiC)繊維(体積抵抗率:107×10-6Ωcm)、炭化チタン(TiC)繊維(180×10-6Ωcm)、炭化ジルコニウム(ZrC)繊維(40×10-6Ωcm)、炭化タンタル(TaC)繊維(30×10-6Ωcm)、炭素(C)繊維(7×10-4Ωcm)等を使用することができる。
【0018】
なお、セラミックス繊維のフリットへの添加量は、フリット100重量部に対して0.05〜1.5重量部、好ましくは0.05〜1.0重量部である。セラミックス繊維の添加量が0.05重量部未満であると導電性の大幅な向上が望めず、また、該添加量が1.5重量部を超えるとスリップ粘性が乏しくなり、スプレー施工性が著しく劣るために好ましくない。なお、セラミックス繊維の添加量が上記範囲内であればグラスライニング焼成面での発泡や、凹凸現象がなく、良好な品質のグラスライニングを得ることができる。
【0019】
本発明の導電性グラスライニング組成物は、上述のようなセラミックス繊維を含有してなることを特徴とするものであるが、セラミックス繊維加えて金属繊維を併用することもできる。使用可能なする金属繊維の直径は、グラスライニング組成物への金属繊維の添加量と組成物のスプレー施工性との関係から細い程良く、0.01〜30ミクロン、好ましくは0.1〜10ミクロンの範囲内にある。ここで、金属繊維の直径が0.01ミクロン未満ではセラミックス繊維自体の加工が難しく、現状では入手することができない。また、該直径が30ミクロンを超えると、グラスライニング組成物としてのスリップ粘性が乏しくなり、スプレー施工性が著しく劣るために好ましくない。
【0020】
また、金属繊維の長さは、0.5ミクロン〜3mm、好ましくは10ミクロン〜2mmの範囲内にある。ここで、金属繊維の長さが0.5ミクロン未満では、金属繊維自体のチップが難しく、また、該長さが3mmを超えるとグラスライニング組成物としてのスリップ粘性が乏しくなり、スプレー施工性が著しく劣るために好ましくない。
【0021】
更に、金属繊維の長さ/直径の形状比は、50以上である。金属繊維の長さ/直径の形状比が50未満であると、金属繊維を多量に配合しないとグラスライニングの導電性を向上させることができないために好ましくない。
【0022】
本発明の導電性グラスライニング組成物において、セラミックス繊維と併用する金属繊維の寸法は上述の範囲内であるが、後述するフリットと混合する際に、金属繊維の粉砕・切断が生じ、導電性グラスライニング組成物を施釉する時には上述の範囲内よりも小さい金属繊維が若干混入することがあるが、このような金属繊維が存在していても得られる導電性グラスライニング施釉層の導電性には何ら影響を及ぼすものではない。
【0023】
この金属繊維は、ステンレス系金属、貴金属系金属、及び白金と白金族金属との合金からなる群から選択される1種または2種以上である。ステンレス系金属繊維としては、例えばSUS−316繊維(体積低効率:7.4×10-5Ωcm)、SUS−304繊維(7.2×10-5Ωcm)等を使用することができる。また、貴金属系金属繊維としては、例えばAg繊維(1.6×10-6Ωcm)、Au繊維(2.4×10-6Ωcm)、Pt繊維(10.6×10-6Ωcm)等を使用することができる。更に、白金と白金族金属との合金繊維としては、例えばPtと、Pd、Ir、Rh、OsまたはRuとの合金からなるものを使用することができる。
【0024】
なお、金属繊維のフリットへの添加量は、フリット100重量部に対して0.05〜1.45重量部、好ましくは0.05〜1.0重量部である。金属繊維の添加量が0.05重量部未満であると導電性の大幅な向上が望めず、また、該添加量が1.45重量部を超えると、前記セラミッス繊維との合計量が1.5重量部を超えてしまい、それによってスリップ粘性が乏しくなり、スプレー施工性が著しく劣るために好ましくない。なお、金属繊維の添加量が上記範囲内であればグラスライニング焼成面での発泡や、凹凸現象がなく、良好な品質のグラスライニングを得ることができる。
【0025】
更に、本発明の導電性グラスライニング組成物において、セラミックス繊維と金属繊維の合計量はフリット100重量部に対して0.10〜1.5重量部の範囲内とすることが好ましい。該合計量が0.10重量部未満であると、導電性の大幅な向上が望めないために好ましくない。
【0026】
なお、本発明の導電性グラスライニング組成物は、前記セラミックス繊維またはセラミックス繊維と金属繊維を配合することを特徴とするものであるが、セラミックス粉例えば炭化珪素粉や金属粉末例えば白金粉末等をフリットへ添加することによっても同様の効果を得ることができる。しかし、同程度の体積抵抗率を得るためには数十%程度の添加量が必要であり、セラミックス繊維や金属粉末を数十%程度も添加すると、グラスライニング焼成面が平滑になりにくく、且つ発泡現象が起こり、品質上望ましくない。更に、金属粉末の場合にあっては、コスト等の面から多量に使用することができない。
【0027】
本発明の導電性グラスライニング組成物は、下ぐすりまたは上ぐすりとして使用することができるものであるが、素地金属との強固な密着性が要求される下ぐすりとしては、セラミックス繊維を含有する導電性グラスライニング組成物を用いることが好ましく、また、上ぐすりには、セラミックス繊維と金属繊維を併用した導電性グラスライニング組成物や、特願平8−316460号または特願平9−288071号に記載されているような金属繊維含有導電性グラスライニング組成物を使用することが好ましい。
【0028】
本発明の導電性グラスライニング組成物に使用するフリットは特に限定されるものではなく、慣用の任意のものを使用可能であり、例えば下記の(A)〜(E)からなる組成を有するフリットを使用することができる:
(A)SiO2+TiO2+ZrO2:46〜67重量%
ただし、SiO2:46〜67重量%
TiO2:0〜18重量%
ZrO2:0〜12重量%
なお、(A)成分についての重量%表示は酸化物換算量である;
(B)R2O:8〜22重量%(Rは、Na、KまたはLiを表す)
ただし、Na2O:8〜22重量%
K 2O :0〜16重量%
Li2O:0〜10重量%
なお、成分(B)についての重量%表示は酸化物換算量である;
(C)R’O:0.9〜7重量%(R’は、Ca、Ba、ZnまたはMgを表す)
ただし、CaO:0.9〜7重量%
BaO:0〜6重量%
ZnO:0〜6重量%
MgO:0〜5重量%
なお、成分(C)についての重量%表示は酸化物換算量である;
(D)B2O3+Al2O3:0〜22重量%
ただし、B2O3 :0〜22重量%
Al2O3:0〜6重量%
なお、成分(D)についての重量%表示は酸化物換算量である:
(E)CoO+NiO+MnO2:0〜5重量%
ただし、CoO :0〜5重量%
NiO :0〜5重量%
MnO2:0〜5重量%
なお、成分(E)についての重量%表示は酸化物換算量である。
【0029】
また、着色成分としてSb2O5、Cr2O3、Fe2O3、SnO2の少なくとも1種をフリット組成100%に対して最大Fe2O3換算量で5重量%(5モル%)まで添加してもよい。フリット溶融の促進のために前記SiO2、CaO、Na2O成分のうち5モル%を限度にフッ化物を使用しても良い。例えば、SiO2をNa2SiF6、Na2OをNa2SiF6、CaOをCaF2、Al2O3をNa3AlF6である。なお、これらの成分は、フリットに通常使用されているものである。
【0030】
本発明の導電性グラスライニング組成物は、慣用の基材例えば低炭素鋼板あるいはステンレス系鋼板等へ慣用の方法により施釉することができる。また、下ぐすりとして慣用のグラスライニング組成物を用い、上ぐすりに本発明の導電性グラスライニング組成物を用いたり、下ぐすりとして本発明の導電性グラスライニング組成物を用い、上ぐすりに慣用のグラスライニング組成物を用いたり、下ぐすりと上ぐすりに本発明の導電性グラスライニング組成物を用いる等、用途に併せて配材パターンを変化させたり、施釉回数を変化させたりして施釉することができることは言うまでもない。
【0031】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明の導電性グラスライニング組成物を更に説明する。
実施例
以下の本発明品及び比較品に使用した下ぐすり及び上ぐすりの原料配合(重量%)及び組成(モル%)を以下の表1に記載する。
【0032】
【表1】
【0033】
次に、上記下ぐすり及び上ぐすりを用い、以下の表2に示すミル配合(セラミックス繊維、金属繊維の他に、下ぐすりまたは上ぐすり100重量部に対して粘土2重量部、CMC0.05重量部、塩化バリウム0.3重量部及び適量の水を添加)と、焼成条件で、厚さ1.0mm、直径105mmの低炭素鋼丸板に施釉した。なお、セラミックス繊維として、日本カーボン株式会社製の炭化珪素(SiC)繊維(直径0.1ミクロン、長さ0.02mm)と東レ株式会社製の炭素(C)繊維(直径10ミクロン、長さ1.0mm)を用いた。また、セラミックス繊維と併用した白金(Pt)繊維は、田中貴金属株式会社製の直径0.5ミクロン、長さ3mmのものである。また、炭化珪素(SiC)粉は、高純度化学研究所(株)製の直径2〜3ミクロンのものであり、炭素(C)粉は、高純度化学研究所(株)製の直径1〜5ミクロンのものであり、白金(Pt)粉は、高純度化学研究所(株)製の直径1〜10ミクロンのものである。
なお、本発明品1〜2及び比較品3〜5は、セラミックス繊維またはセラミックス粉末の酸化を防止するために窒素N2ガス雰囲気中で行った。
【0034】
【表2】
【0035】
次に、得られた試料を図1に示す三端子法による抵抗測定法で、体積抵抗率を求め、得られた結果を表2に併記する。
【0036】
上記表2から明らかなように、上ぐすりにセラミックス繊維と金属繊維を添加した本発明品1〜2は、下ぐすり及び上ぐすりにセラミックス繊維及び金属繊維を添加しない比較品4に比べていずれも著しく体積抵抗率が小さく、良好な導電性を示すものであった。
【0037】
また、比較品5及び6は、それぞれ炭化珪素粉、炭素粉または白金粉を添加したものであるが、その体積抵抗率は2.3×106Ωcm、4.7×103Ωcmで、炭化珪素粉、炭素粉または白金粉を10〜20重量部添加すれば、本発明の導電性グラスライニング組成物と同等の体積抵抗率を示すことが判る。しかし、セラミックス粉を使用する場合には、N2ガス中で焼成しても若干の発泡現象を生じ、平滑な表面を有するグラスライニングを形成することはできなかった。また、白金粉は非常に高価であり、経済的にグラスライニングには20重量部のような多量で使用することはできない。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、低い体積抵抗率を有するグラスライニングを形成することができる導電性グラスライニング組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明品及び比較品の体積抵抗率を測定するための三端子法による抵抗測定法の概略図である。
Claims (3)
- フリットを含むグラスライニング組成物であって、直径0.1〜30ミクロン、長さ0.005〜3mm、長さ/直径の形状比50以上の炭化物系繊維及び/または炭素繊維から選択されるセラミック繊維を前記フリット100重量部に対して0.05〜1.5重量部及び直径0.01〜30ミクロン、長さ0.5ミクロン〜3mm、長さ/直径の形状比50以上の金属繊維をフリット100重量部に対して0.001〜1.45重量部を含有してなることを特徴とする導電性グラスライニング組成物。
- 金属繊維は、貴金属系金属、及び白金と白金族金属との合金からなる群から選択される1種または2種以上である、請求項1記載の導電性グラスライニング組成物。
- フリットが下記の(A)〜(E)からなる組成をもつ請求項1または2記載の導電性グラスライニング組成物:
(A)SiO2+TiO2+ZrO2:46〜67重量%
ただし、SiO2:46〜67重量%
TiO2:0〜18重量%
ZrO2:0〜12重量%
なお、(A)成分についての重量%表示は酸化物換算量である;
(B)R2O:8〜22重量%(Rは、Na、KまたはLiを表す)
ただし、Na2O:8〜22重量%
K2O :0〜16重量%
Li2O:0〜10重量%
なお、成分(B)についての重量%表示は酸化物換算量である;
(C)R’O:0.9〜7重量%(R’は、Ca、Ba、ZnまたはMgを表す)
ただし、CaO:0.9〜7重量%
BaO:0〜6重量%
ZnO:0〜6重量%
MgO:0〜5重量%
なお、成分(C)についての重量%表示は酸化物換算量である;
(D)B2O3+Al2O3:0〜22重量%
ただし、B2O3 :0〜22重量%
Al2O3:0〜6重量%
なお、成分(D)についての重量%表示は酸化物換算量である:
(E)CoO+NiO+MnO2:0〜5重量%
ただし、CoO :0〜5重量%
NiO :0〜5重量%
MnO2:0〜5重量%
なお、成分(E)についての重量%表示は酸化物換算量である。
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