JP4007482B2 - 無機繊維 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性と生体溶解性に優れた、シリカ及びカルシアを主成分とする無機繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐火断熱材用の無機繊維として、例えば、ロックウールやアルミナシリカ繊維が多く使用されている。ロックウールは、安価であるが耐熱性に劣る。アルミナシリカ繊維は、耐熱性に優れているが高価である。しかし最近、これらの無機繊維が人の健康を害する恐れがあることがわかってきた。アルミナシリカ繊維は、１０００℃以上に加熱されるとクリストバライトを析出する。この結晶が析出した繊維は、珪肺の原因になると考えられている。そして、このような健康への影響を少なくするために、無機繊維が体内に取り込まれても、体内で無機繊維が溶解すれば、その有害作用はなくなるものと考えられている。このような観点から、生体内での溶解性に優れた無機繊維が求められ、開発されている。
【０００３】
例えば、特開平１０−３２４５４２号公報では、シリカ及びカルシアを主成分として、発癌性指数であるＫＩ値を４０以上とした生体溶解性に優れた無機繊維が提案されている。
【０００４】
又、本発明者は、既に特願平１１−３６４４７４号において、クリストバライト結晶が実質上析出しない無機繊維を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１０−３２４５４２号公報に記載されている無機繊維は、生体溶解性には優れているものの、１０００℃程度の耐熱性しかなく、１０００℃を越える炉には適用が難しく、実際の使用には制限があった。
【０００６】
又、特願平１１−３６４４７４号に記載された無機繊維は、加熱後の生体溶解性に改良の余地があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、生体での溶解性に優れていて、さらに１２００℃でも安定して使用できる耐熱性を有する無機繊維を提供することである。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、１１００℃に加熱されてもクリストバライトが析出せず、かつクリストバライトよりも低温で析出するカルシウムシリケートの成長を抑制した無機繊維を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、前掲の請求項１〜５に記載の無機繊維である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、シリカとカルシアを主成分とする無機繊維であり、カルシアを主成分とすることにより、生体溶解性を付与している。
【００１１】
本発明においては、不純物として含まれるＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＴｉＯ₂及びＦｅ₂Ｏ₃を少なくすることによって、クリストバライト結晶の析出を抑制し、更にク リストバライトより低温で析出するカルシウムシリケートの成長をも抑制することにより、耐熱性を向上させるとともに健康への影響を少なくしている。
【００１２】
一般に、無機繊維を製造するには、原料を電気炉で溶融し、この溶融体を高速エアーで吹き飛ばすか、または高速回転体に衝突させて、繊維化する。この際、繊維を得るには、溶融体に、適度な粘性が必要である。
【００１３】
ＳｉＯ₂は、溶融体の粘性及び繊維の耐熱性を増加させる効果がある。シリカ カルシア系の無機繊維においては、ＳｉＯ₂が５０重量％以上であれば、繊維の 製造が可能である。しかし、６０重量％を境として、繊維の特性が大きく変化して、６０重量％未満では、繊維径が細く、反応性が高くなって耐熱性が極端に低下する。また、ＳｉＯ₂が多すぎると、溶融体の粘性が大きくなり過ぎて繊維化 が困難になり、さらに、生体溶解性に劣る。この理由により、ＳｉＯ₂の含有量 は、６０〜７４．９重量％が好ましい。
【００１４】
ＣａＯは、生体溶解性を得るために必要である。しかし、繊維の加熱による収縮を小さくするためには、少ないほうが好ましい。この理由により、２５〜３９．９重量％が好ましい。
【００１５】
アルカリ金属酸化物であるＮａ₂Ｏを０．０２重量％以下、Ｋ₂Ｏを０．０５重量％以下とすることで、クリストバライトの析出及びカルシウムシリケート結晶の成長が抑制され、加熱による収縮が小さくなり、生体溶解性が優れたものとなり、好ましい。
【００１６】
Ｆｅ₂Ｏ₃もアルカリ金属酸化物と同様の理由により０．１５重量％以下が好ましく、ＴｉＯ₂も、アルカリ金属酸化物と同様の理由により、０．１０重量％以 下が好ましい。
【００１７】
ＭｇＯは、ＣａＯとともに生体溶解性を向上させる効果があるが、ＳｉＯ₂− ＣａＯ−ＭｇＯ系では、Ｎａ₂Ｏ等の不純物を低下させても、遊離珪酸であるク リストバライトの抑制効果が得られない。このため、ＭｇＯは添加しないほうが良い。
【００１８】
本発明の無機繊維において、ＳｉＯ₂−ＣａＯ系におけるクリストバライトの 析出、及びクリストバライトよりも低温で析出するカルシウムシリケート結晶の成長は、アルカリ金属酸化物、Ｆｅ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂などの不純物の量によって 大きく影響される。これらの不純物を減少させると、クリストバライトの析出及びカルシウムシリケート結晶の成長を抑制する効果が得られ、耐熱性を向上できるとともに、未加熱時はもとより、繊維が加熱された後にも、遊離珪酸による健康への影響を少なくできる。
【００１９】
【実施例】
原料として、ウォラストナイト、フリマントルサンド、高純度カルシア、高純度シリカを使用した。これらの原料を所定量配合して、電気炉で溶融した。溶融物を細流として取り出し、高速エアーで吹精し、繊維を得た。各繊維の組成と特性を表１に示す。成分の分析は原子吸光法にて行なった。
【００２０】
【表１】

生理食塩水溶解率は次の方法で試験した。すなわち、２００メッシュの篩を通過するまで粉砕した試料約１ｇを秤量し、３００ｍｌの三角フラスコに入れる。そこに生理食塩水１５０ｍｌを加え、栓をする。温度４０℃の恒温水槽に設置して、回転数１２０ｒｐｍで５０時間水平振とうする。その後、濾過し、乾燥して、不溶解物を秤量し、溶解による減量から溶解率を算出した。
【００２１】
収縮率は次の方法で試験した。すなわち、繊維と陽性澱粉を水に分散してスラリーとし、このスラリーを真空成形して成形体を作った。この成形体を熱処理して加熱前後の寸法変化を測定して算出した。収縮率が小さいほど耐熱性に優れている。
【００２２】
クリストバライトの有無は、次の方法で確認した。すなわち、試料を１１００℃で２４時間加熱した後、試料にクリストバライトの結晶が析出しているか否かを粉末Ｘ線回折により確認した。
【００２３】
比較例１乃至３は、実施例１乃至５に比べて、不純物の量が多く、クリストバライトが析出し、繊維中の結晶も成長しているため、耐熱性が低く、生体溶解性も低い。
【００２４】
比較例４は、ＭｇＯを添加した例である。不純物の量は少ないが、クリストバライトが析出し、繊維中の結晶も成長しており、耐熱性が低く、生体溶解性も低い。
【００２５】
不純物の少ない実施例１乃至５では、クリストバライトの析出は無く、繊維中の結晶の成長も抑制されているため、耐熱性が高く、生体溶解性も高い。
【００２６】
図１は、実施例１の顕微鏡写真を示し、図２は、比較例３の顕微鏡写真を示す。
【００２７】
図１の実施例１では繊維中の結晶は小さく、成長が抑制されているのに対し、図２の比較例３では結晶が大きく成長し、繊維の表面も大きく変形している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の無機繊維は、ＳｉＯ₂及びＣａＯを主成分としていて、不純物の含有 量が少ないため、クリストバライトの析出が少ないか実質上ゼロであり、かつカルシウムシリケート結晶の成長が抑制されているため、未加熱時の生体溶解性及び繊維が加熱された後の生体溶解性に優れ、体内に取り込まれても健康に影響することが少ない。
【００２９】
さらに、本発明の無機繊維は、耐熱性に優れているので、従来の生体溶解性繊維と比較して、より高温の炉に断熱材として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の顕微鏡写真である。図中の黒線の長さは２．０μｍを表わしている。
【図２】比較例３の顕微鏡写真である。図中の白線の長さは２．０μｍを表わしている。

Claims (5)

1. ＳｉＯ₂が６０〜７４．９重量％であり、ＣａＯが２５〜３９．９重量％であり、Ｎａ₂Ｏが０．０２重量％以下であり、Ｋ₂Ｏが０．０５重量％以下であり、Ｆｅ₂Ｏ₃が０．１５重量％以下であり、ＴｉＯ₂が０．１０重量％以下であり、ＭｇＯが添加されておらず、ＭｇＯの含有量が０．０４重量％以下であることを特徴とする無機繊維。
2. １２５０℃で２４時間加熱したときの収縮率が２．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の無機繊維。
3. １１００℃で２４時間加熱したときに、クリストバライト結晶が実質上析出しないものであることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の無機繊維。
4. １１００℃で２４時間加熱したときの生理食塩水溶解率が１％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無機繊維。
5. 未加熱での生理食塩水溶解率が５％以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無機繊維。

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