JP4616482B2 - 微孔性断熱体 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明の主題は、３０〜９０重量％の微粉金属酸化物、０〜３０重量％の不透明剤、０〜１０重量％の繊維材料、及び０〜１５重量％の無機結合剤を含む圧縮断熱材からなる微孔性断熱体である。
【０００２】
このような断熱体は、例えば、ＥＰ−Ａ−０６１８３９９号に記載されている。ここでは、成形品の少なくとも一方の面は、０．０１〜８ｍｍ2の孔底面積を有する溝孔（channel pores）とその成形品の厚さに基づく５〜１００％の透過度（penetration depth）とを有することが要求され、その成形品の面は１ｃｍ2当り０．００４〜１０個の溝孔を含む。
【０００３】
前記断熱体は、乾燥圧縮し、次いで５００〜９００℃の温度で孔あけ、パンチング（punching）又は微粉砕（milling）により、好ましくはエンボスパンチにより溝孔を形成しながら焼結することにより製造される。これらの手段により、急速な加熱の間に流出する蒸気を激的に排出することができ、断熱体の分解を避けられる。
【０００４】
前記断熱体の欠点は、複雑な製造方法と孔内における気体の対流に起因する断熱特性の低下である。
【０００５】
もう一つの微孔質体の製造方法は、ＥＰ−Ａ−０６２３５６７号において、酸化物類、水酸化物類及び周期系第２主族金属の炭酸塩類が、焼成製造されたＳｉＯ2並びに任意にＡｌ2Ｏ3、不透明剤及び有機繊維の各々と共に加圧され、その後７００℃を超える温度で焼結されることが記述されている。この方法は、複雑なだけではなく、さらにこの充分に分離している材料を再冷却するには長時間を要するという欠点がある。
【０００６】
高耐熱性接着剤並びにスラリー、シリカゾル及び粘土で作られた断熱体は、ＤＥ−Ｃ−４０２０７７１号に記述されている。この中で、断熱体の製造及び組成に関するさらなる先行技術も記述されている。有機成分、特に有機繊維材料を含むすべての断熱体の欠点は、前記有機成分が非常に高い温度で燃焼され、気体の不要な発生を特徴とすることである。
【０００７】
ＤＥ４１０６７２７号は、特別の収縮性プラスチックシート類が使用されるべきプラスチックシート被覆物を有する断熱体を記述する。これらの断熱体も有機材料を含み、かつ、激しく加熱すれば寸法安定性を失う。
【０００８】
ＤＥ−Ｃ−４２０２５６９号は、特に沸騰板類のような電子輻射ヒーター類用断熱体を圧縮するための金型を記述する。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−６８６７３２号は、内部と外部とが異なる材料でできた乾燥圧縮断熱板類であって、全体に亘り外部材料からなる安定化開口（stabilizing openings）を有するものを記述する。これらの板類は、複雑な方法でのみ製造され、かつ、それらの機械的安定性も断熱特性も最適ではない。
【００１０】
前記断熱板類は、カッターが、新たに形成される切り口をガラス質に変化させ得るため、レーザーカッターのような非常に高価な工具が使用されない限り、切断及び加工段階で外層の損傷を避けることが困難であるという、もう一つの欠点を有する。
【００１１】
従来技術の相違点及び欠点が再度記載されるが、最適特性を得るための断熱板の製造における諸課題を解決するもう一つの試みがＥＰ０８２９３４６号に記述される。
【００１２】
成分の乾燥圧縮による断熱体の製造における重要な課題は、これらの材料が圧縮後に元に戻り且つ再膨張する傾向があるので、かなり有用な成果を得るめには、これらの材料は少なくとも高圧力で処理されなければならないということである。
【００１３】
前記断熱板の曲げ強さは、繊維材料の添加により改善され得るが、繊維量が多いと、最終的な成形品の取出段階の間における離層を増加させ、かつ、圧縮混合物の密着性を低下させる傾向がある。
【００１４】
いずれの場合も、前記断熱板は、高温で加熱している間に毒性ガスも僅かに発生させ得る有機又は可燃性成分を含むべきではない。最終的に、完成した断熱体を容易に、かつ、いかなる問題もなく加工できるようにすべきであり、例えば、いかなる問題もなく、不要なホコリを生じないで、前記断熱体を切ったり、切断したり、孔を空けたりできるようにすべきである。
【００１５】
最終的に、断熱体は、多くの場合、良好な電気絶縁体であることが要求される。しかしながら、少なくとも一方の面が静電荷を消失させ得るべき電導性を有することが要求されるような使用がある。
【００１６】
そして、すべてのこれらの課題は、３０〜９０重量％の微粉金属酸化物、０〜３０重量％の不透明剤、０〜１０重量％の無機繊維材料、及び０〜１５重量％の無機結合剤を含む圧縮した断熱材からなる微孔性断熱体であり、前記断熱体は、さらに２〜４５重量％、好ましくは５〜１５重量％のゾノトライトを含むことにより解決される。
【００１７】
好ましくは、前記微孔性断熱体は、その一方又は両方の面に耐熱材の被覆物を有する。特に、同一又は異なるものであり、かつ、粗加圧（rough-pressed）ゾノトライト、雲母又は黒鉛からなる被覆物が好ましい。ゾノトライト及び／又は雲母の使用により、良好な電気絶縁物である被覆物が形成される。黒鉛の使用により、少なくとも電荷の消失を可能とする導電性を有する被覆物が形成される。したがって、ある種の使用では、一方の面の被覆物をゾノトライト及び／又は雲母、他方の面の被覆物を黒鉛で形成することが有利となり得る。
【００１８】
前記断熱体は、高温での焼結が必要なく、機械的圧縮がゾノトライトの添加により改善される乾燥圧縮により製造される。さらに、ゾノトライトの添加は、圧縮後に低いレジリエンスをもたらす。さらに、比較的低量の繊維材料の添加は、ゾノトライトがその成分である場合には、完成した断熱体の曲げ強度をかなり改善する。
【００１９】
最終的に、芯におけるゾノトライトの使用は、作成中及び完成品における両者の乾燥混合の均質性の改善をもたらす。
【００２０】
本発明の断熱体の残りの成分は、この目的のために既に知られている材料から選択し得る。微粉金属酸化物として、例えば、アーク（arc）ケイ酸を含有する焼成調製したケイ酸類、沈殿性低アルカリケイ酸類、二酸化ケイ素エーロゲル類、疑似的に調製した酸化アルミニウム類及びそれらの混合物が使用される。焼成調製したケイ酸類は特に好ましい。
【００２１】
不透明剤として、二酸化チタン、チタン鉄鉱、炭化ケイ素、鉄(II)鉄(III)混合酸化物、二酸化クロム、酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、酸化鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム及びケイ酸ジルコニウム、及びそれらの混合物が使用され得る。上記のすべてにおいて、前記不透明剤は、赤外線放射を吸収かつ分散するために使用され、これにより高温領域の熱放射に対する良好な断熱を提供する。
【００２２】
繊維材料として、ガラス繊維、鉱物ウール、玄武岩繊維（basalt wool）、噴石ウール(cinder wool)、セラミック繊維及びウイスカー、並びに例えば、アルミニウム溶融物及び／又は酸化ケイ素並びにそれらの混合物で作成された繊維縄が適切である。
【００２３】
水ガラス、リン酸アルミニウム類、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、カルシウムのホウ化物類、ケイ化カルシウム、ケイ化カルシウムアルミニウム、炭化ホウ素のようなケイ化物類、及び酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び酸化バリウムのような塩基性酸化物類のような付加的な無機結合剤が所望により使用され得る。
【００２４】
一般に、ゾノトライトが使用されるのであれば、そのような結合剤は必要ない。これらの結合剤のいくつかは、この状態で特に容易に均質に包含させることができるため、ゾノトライトを有する乾燥プレミックスとして使用され得る。
【００２５】
天然のゾノトライトは、充分な量と許容し得るコストで入手できないため、ゾノトライトとしては合成で製造されたゾノトライトが使用される。合成ゾノトライトの製造は、ＧＢ−１１９３１７２号及びＥＰ０２３１４６０号に記述される。
【００２６】
前記合成的に製造されたゾノトライトは、一般にフェルト状針からなるビーズ類の形で得られる。しかしながら、本発明によれば、他の用途でゾノトライトの製造、使用及び加工で得られた非フェルト状又はほとんどフェルト状ではない針であり、製品の他の成分と混合され得るものを用いることもできる。
【００２７】
本発明の断熱体の一方の面又は両面を耐熱材を用いて被覆することが望ましい場合、商用雲母及び黒鉛シートが使用される。さらに、残留乾燥混合物用の金型の底と蓋に導入され、前記乾燥混合物と共に圧縮される、予め圧縮されたゾノトライトで層材料を作成することができる。
【００２８】
本発明の微孔性断熱体の特性は、要求される適用用途に応じて変化させることができる。完成品の物理特性は、断熱体の組成を適応させることにより個々の用途に適合させることもできる。
【００２９】
本発明は、以下の実施例及び比較例において、より詳細に説明される。
【００３０】
実施例１ ６８重量％の焼成ケイ酸、３０重量％のルチル（金紅石）、２重量％のケイ酸塩繊維（長さ６ｍｍ）が、強く強制混合機中で乾燥混合され、その後、矩形の金型内において０．９ＭＰａの加圧圧力で乾燥圧縮され、それにより、３２０ｋｇ／ｍ 3 の密度を有する板が得られた。加圧圧力を開放して前記板を金型から取り出した後、厚さ１５ｍｍの厚板は、レジリエンス及び再膨張のため３〜４％増加した。断熱体の機械的安定性はほんの少し低い。
【００３１】
実施例２ 様々な量の合成ゾノトライト（プロマクソン（Promaxon）（登録商標）、ベルギーのプロマト（Promat）社の商用製品）が実施例１の混合物に添加され、前記混合物は実施例１に従って圧縮された。レジリエンス及び再膨張は、ゾノトライトの量を増加することにより明らかに減少した。このデータは、以下に要約され、図１に示される。
【００３２】
【表１】
【００３３】
次の表に要約され、かつ、図２に示されたデータによれば、ゾノトライトの添加は曲げ強度の増加をもたらしている。
【００３４】
【表２】
【００３５】
これらのデータ及び図２から、２０重量％までのゾノトライトの添加は曲げ強度も増加させることが導かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レジリエンスとゾノトライト添加量(％)との関係を示す図である。
【図２】 曲げ強度とゾノトライト添加量(％)との関係を示す図である。
本発明の主題は、３０〜９０重量％の微粉金属酸化物、０〜３０重量％の不透明剤、０〜１０重量％の繊維材料、及び０〜１５重量％の無機結合剤を含む圧縮断熱材からなる微孔性断熱体である。
【０００２】
このような断熱体は、例えば、ＥＰ−Ａ−０６１８３９９号に記載されている。ここでは、成形品の少なくとも一方の面は、０．０１〜８ｍｍ2の孔底面積を有する溝孔（channel pores）とその成形品の厚さに基づく５〜１００％の透過度（penetration depth）とを有することが要求され、その成形品の面は１ｃｍ2当り０．００４〜１０個の溝孔を含む。
【０００３】
前記断熱体は、乾燥圧縮し、次いで５００〜９００℃の温度で孔あけ、パンチング（punching）又は微粉砕（milling）により、好ましくはエンボスパンチにより溝孔を形成しながら焼結することにより製造される。これらの手段により、急速な加熱の間に流出する蒸気を激的に排出することができ、断熱体の分解を避けられる。
【０００４】
前記断熱体の欠点は、複雑な製造方法と孔内における気体の対流に起因する断熱特性の低下である。
【０００５】
もう一つの微孔質体の製造方法は、ＥＰ−Ａ−０６２３５６７号において、酸化物類、水酸化物類及び周期系第２主族金属の炭酸塩類が、焼成製造されたＳｉＯ2並びに任意にＡｌ2Ｏ3、不透明剤及び有機繊維の各々と共に加圧され、その後７００℃を超える温度で焼結されることが記述されている。この方法は、複雑なだけではなく、さらにこの充分に分離している材料を再冷却するには長時間を要するという欠点がある。
【０００６】
高耐熱性接着剤並びにスラリー、シリカゾル及び粘土で作られた断熱体は、ＤＥ−Ｃ−４０２０７７１号に記述されている。この中で、断熱体の製造及び組成に関するさらなる先行技術も記述されている。有機成分、特に有機繊維材料を含むすべての断熱体の欠点は、前記有機成分が非常に高い温度で燃焼され、気体の不要な発生を特徴とすることである。
【０００７】
ＤＥ４１０６７２７号は、特別の収縮性プラスチックシート類が使用されるべきプラスチックシート被覆物を有する断熱体を記述する。これらの断熱体も有機材料を含み、かつ、激しく加熱すれば寸法安定性を失う。
【０００８】
ＤＥ−Ｃ−４２０２５６９号は、特に沸騰板類のような電子輻射ヒーター類用断熱体を圧縮するための金型を記述する。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−６８６７３２号は、内部と外部とが異なる材料でできた乾燥圧縮断熱板類であって、全体に亘り外部材料からなる安定化開口（stabilizing openings）を有するものを記述する。これらの板類は、複雑な方法でのみ製造され、かつ、それらの機械的安定性も断熱特性も最適ではない。
【００１０】
前記断熱板類は、カッターが、新たに形成される切り口をガラス質に変化させ得るため、レーザーカッターのような非常に高価な工具が使用されない限り、切断及び加工段階で外層の損傷を避けることが困難であるという、もう一つの欠点を有する。
【００１１】
従来技術の相違点及び欠点が再度記載されるが、最適特性を得るための断熱板の製造における諸課題を解決するもう一つの試みがＥＰ０８２９３４６号に記述される。
【００１２】
成分の乾燥圧縮による断熱体の製造における重要な課題は、これらの材料が圧縮後に元に戻り且つ再膨張する傾向があるので、かなり有用な成果を得るめには、これらの材料は少なくとも高圧力で処理されなければならないということである。
【００１３】
前記断熱板の曲げ強さは、繊維材料の添加により改善され得るが、繊維量が多いと、最終的な成形品の取出段階の間における離層を増加させ、かつ、圧縮混合物の密着性を低下させる傾向がある。
【００１４】
いずれの場合も、前記断熱板は、高温で加熱している間に毒性ガスも僅かに発生させ得る有機又は可燃性成分を含むべきではない。最終的に、完成した断熱体を容易に、かつ、いかなる問題もなく加工できるようにすべきであり、例えば、いかなる問題もなく、不要なホコリを生じないで、前記断熱体を切ったり、切断したり、孔を空けたりできるようにすべきである。
【００１５】
最終的に、断熱体は、多くの場合、良好な電気絶縁体であることが要求される。しかしながら、少なくとも一方の面が静電荷を消失させ得るべき電導性を有することが要求されるような使用がある。
【００１６】
そして、すべてのこれらの課題は、３０〜９０重量％の微粉金属酸化物、０〜３０重量％の不透明剤、０〜１０重量％の無機繊維材料、及び０〜１５重量％の無機結合剤を含む圧縮した断熱材からなる微孔性断熱体であり、前記断熱体は、さらに２〜４５重量％、好ましくは５〜１５重量％のゾノトライトを含むことにより解決される。
【００１７】
好ましくは、前記微孔性断熱体は、その一方又は両方の面に耐熱材の被覆物を有する。特に、同一又は異なるものであり、かつ、粗加圧（rough-pressed）ゾノトライト、雲母又は黒鉛からなる被覆物が好ましい。ゾノトライト及び／又は雲母の使用により、良好な電気絶縁物である被覆物が形成される。黒鉛の使用により、少なくとも電荷の消失を可能とする導電性を有する被覆物が形成される。したがって、ある種の使用では、一方の面の被覆物をゾノトライト及び／又は雲母、他方の面の被覆物を黒鉛で形成することが有利となり得る。
【００１８】
前記断熱体は、高温での焼結が必要なく、機械的圧縮がゾノトライトの添加により改善される乾燥圧縮により製造される。さらに、ゾノトライトの添加は、圧縮後に低いレジリエンスをもたらす。さらに、比較的低量の繊維材料の添加は、ゾノトライトがその成分である場合には、完成した断熱体の曲げ強度をかなり改善する。
【００１９】
最終的に、芯におけるゾノトライトの使用は、作成中及び完成品における両者の乾燥混合の均質性の改善をもたらす。
【００２０】
本発明の断熱体の残りの成分は、この目的のために既に知られている材料から選択し得る。微粉金属酸化物として、例えば、アーク（arc）ケイ酸を含有する焼成調製したケイ酸類、沈殿性低アルカリケイ酸類、二酸化ケイ素エーロゲル類、疑似的に調製した酸化アルミニウム類及びそれらの混合物が使用される。焼成調製したケイ酸類は特に好ましい。
【００２１】
不透明剤として、二酸化チタン、チタン鉄鉱、炭化ケイ素、鉄(II)鉄(III)混合酸化物、二酸化クロム、酸化ジルコニウム、二酸化マンガン、酸化鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム及びケイ酸ジルコニウム、及びそれらの混合物が使用され得る。上記のすべてにおいて、前記不透明剤は、赤外線放射を吸収かつ分散するために使用され、これにより高温領域の熱放射に対する良好な断熱を提供する。
【００２２】
繊維材料として、ガラス繊維、鉱物ウール、玄武岩繊維（basalt wool）、噴石ウール(cinder wool)、セラミック繊維及びウイスカー、並びに例えば、アルミニウム溶融物及び／又は酸化ケイ素並びにそれらの混合物で作成された繊維縄が適切である。
【００２３】
水ガラス、リン酸アルミニウム類、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、カルシウムのホウ化物類、ケイ化カルシウム、ケイ化カルシウムアルミニウム、炭化ホウ素のようなケイ化物類、及び酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び酸化バリウムのような塩基性酸化物類のような付加的な無機結合剤が所望により使用され得る。
【００２４】
一般に、ゾノトライトが使用されるのであれば、そのような結合剤は必要ない。これらの結合剤のいくつかは、この状態で特に容易に均質に包含させることができるため、ゾノトライトを有する乾燥プレミックスとして使用され得る。
【００２５】
天然のゾノトライトは、充分な量と許容し得るコストで入手できないため、ゾノトライトとしては合成で製造されたゾノトライトが使用される。合成ゾノトライトの製造は、ＧＢ−１１９３１７２号及びＥＰ０２３１４６０号に記述される。
【００２６】
前記合成的に製造されたゾノトライトは、一般にフェルト状針からなるビーズ類の形で得られる。しかしながら、本発明によれば、他の用途でゾノトライトの製造、使用及び加工で得られた非フェルト状又はほとんどフェルト状ではない針であり、製品の他の成分と混合され得るものを用いることもできる。
【００２７】
本発明の断熱体の一方の面又は両面を耐熱材を用いて被覆することが望ましい場合、商用雲母及び黒鉛シートが使用される。さらに、残留乾燥混合物用の金型の底と蓋に導入され、前記乾燥混合物と共に圧縮される、予め圧縮されたゾノトライトで層材料を作成することができる。
【００２８】
本発明の微孔性断熱体の特性は、要求される適用用途に応じて変化させることができる。完成品の物理特性は、断熱体の組成を適応させることにより個々の用途に適合させることもできる。
【００２９】
本発明は、以下の実施例及び比較例において、より詳細に説明される。
【００３０】
実施例１ ６８重量％の焼成ケイ酸、３０重量％のルチル（金紅石）、２重量％のケイ酸塩繊維（長さ６ｍｍ）が、強く強制混合機中で乾燥混合され、その後、矩形の金型内において０．９ＭＰａの加圧圧力で乾燥圧縮され、それにより、３２０ｋｇ／ｍ 3 の密度を有する板が得られた。加圧圧力を開放して前記板を金型から取り出した後、厚さ１５ｍｍの厚板は、レジリエンス及び再膨張のため３〜４％増加した。断熱体の機械的安定性はほんの少し低い。
【００３１】
実施例２ 様々な量の合成ゾノトライト（プロマクソン（Promaxon）（登録商標）、ベルギーのプロマト（Promat）社の商用製品）が実施例１の混合物に添加され、前記混合物は実施例１に従って圧縮された。レジリエンス及び再膨張は、ゾノトライトの量を増加することにより明らかに減少した。このデータは、以下に要約され、図１に示される。
【００３２】
【表１】
次の表に要約され、かつ、図２に示されたデータによれば、ゾノトライトの添加は曲げ強度の増加をもたらしている。
【００３４】
【表２】
これらのデータ及び図２から、２０重量％までのゾノトライトの添加は曲げ強度も増加させることが導かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レジリエンスとゾノトライト添加量(％)との関係を示す図である。
【図２】 曲げ強度とゾノトライト添加量(％)との関係を示す図である。
Claims (4)
- ３０〜９０重量％の微粉金属酸化物、０〜３０重量％の不透明剤、０〜１０重量％の無機繊維材料、及び０〜１５重量％の無機結合剤を含む圧縮断熱材からなる微孔性断熱体であって、前記断熱体が、さらに２〜４５重量％のゾノトライトを含み、前記金属酸化物が、ケイ素の酸化物、又はケイ素の酸化物とアルミニウムの酸化物との混合物であることを特徴とする前記微孔性断熱体。
- 一方の面又は両面が耐熱材の被覆物を有する請求項１に記載の微孔性断熱体。
- 前記被覆物は、同一又は異なるものであり、かつ、少なくとも一方が、予め圧縮されたゾノトライトもしくは雲母からなる、又は少なくとも一方が、予め圧縮された黒鉛からなる請求項２に記載の微孔性断熱体。
- 前記被覆物は、両面がプレハブ化雲母シートからなる請求項２又は３に記載の微孔性断熱体。
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