JP5651714B2 - クローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材 - Google Patents
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Description
特に、高温や低温の流体を保存したり、移送するラインを多く使用している。
産業用保温材は、このような高温や低温部のプラント産業においてエネルギーの損失を防ぐだけではなく、製品の品質と密接な関係を有しており、極めて重要な役割を担っている。
特に、エネルギーの大部分を輸入に依存して使用している国家は、原油高騰によるエネルギー節減と気候変化協約による炭素排出規制などの影響により、産業全般に渡って敏感に対処している。
このような傾向により、産業プラントに使用されている保温材も、多様な分野の素材の開発と性能向上のための研究と努力が続いている。
繊維系保温材は、珪砂、石灰石、長石、ソーダ灰などのガラス系鉱物質を材料とするガラス面と、高炉スラグおよび玄武岩を材料とする岩綿、アルミナ系繊維、ジルコニア繊維、炭素繊維などの無機質繊維を利用して製造される。
特に、水分に極めて弱く、表面を撥水処理しても繊維の特性において切断面などに水分が容易に侵入して多重のマットが生じる現象と、これによって熱伝導率が急激に高まり、製品の耐久性が低下するという問題が発生する。
また、施工時に発生するガラス繊維の粉塵は人体に有害であり、作業現場でこれを忌避する現象も発生する。
特に、その中でも多く用いられるケイ酸カルシウム保温材は、硅藻土と消石灰を過量の水で水熱反応させた後にスラリー状態に湿式成形し、オートクレーブで高圧加熱して硬化させた製品である。
膨張パーライト保温材は、製造工程が簡単であり、生産性も高く、材料費が安いという利点により、産業用保温材全般に渡って使用されてきた。
これによって粒子間の孔隙が大きくなり、全体孔隙率が高く形成されるため、成形工程中の圧縮によって膨張パーライトセル(Cell)が破壊され、熱効率が低下するという問題点を抱えている。
また、寝床構造のオープンセル(Open cell)膨張パーライトは、無機質バインダであるケイ酸塩系バインダの吸収率が高いため、製造時にケイ酸塩系バインダの使用量が増えるようになるが、ケイ酸塩系バインダはそれ自体が非晶質形態を有しており、ガラス繊維系や粉末系水化物保温材に比べて熱伝導率が高く、粉末系水化物保温材に比べて強度が低いという短所を有している。
伝導は、同一の物質の場合、大部分がその物質の密度に影響を受け、軽ければ伝導が低い反面、重くなるほど伝導が高まる傾向がある。
輻射は、高温領域に行くほど熱伝達に及ぼす影響が大きくなり、これは膨張パーライト粒子が有するセルの形態とサイズに影響を受け、クローズドセル形態とセルのサイズが小さくてセルの数が多いほど輻射による熱伝達が低くなり、オープンセル形態とセルのサイズが大きくて数が少ないほど熱伝達がより一層高まる。
すなわち、図1は既存の保温材用膨張パーライトの走査電子顕微鏡写真を示した図であり、図2は本発明の膨張パーライトの走査電子顕微鏡写真を示す図である。
強度を補強するために、50μm未満のヒュームドシリカやホワイトカーボンを使用し、これは圧縮前の膨張パーライトの粒子間の隙間を埋め、成形圧縮比を減らしたとしても緻密な成形状態を有するようになり、強度が向上する。
パーライト晶石を使用し、密度30kg/m3であり、膨張パーライト全体重量を基準として400μm超過粒子−15重量%、400〜250μm粒子−40重量%、250〜160μm粒子−20重量%、160μm未満粒子−30重量%に粒度分布され、クローズドセルの比率が粒度区間によって70重量%を有する膨張パーライトを製造した。
前記実施例1で製造された密度が30kg/m3であるクローズドセル形態の膨張パーライトを用意した。
前記実施例1で製造された密度が30kg/m3のクローズドセル形態の膨張パーライトを用意した。
前記実施例1で製造された密度が30kg/m3のクローズドセル形態の膨張パーライトにメチルトリメトキシシラン(Methyltrimethoxysilane)を膨張パーライト重量対比0.5重量%コーティングして製造した。
前記実施例1で製造された密度が30kg/m3のクローズドセル形態の膨張パーライトを用意した。
パーライト晶石を使用し、密度40kg/m3であり、膨張パーライト全体重量を基準として800μm超過粒子10重量%、800μmで500μm粒子35重量%、500μmで250μm粒子25重量%、250μmで160μm粒子15重量%、160μm未満粒子15重量%に粒度分布されたオープンセル形態の既存の膨張パーライトを製造した。
前記比較例1で製造された密度が40kg/m3のオープンセル形態の膨張パーライトを用意した。
本発明のクローズドセル膨張パーライトと既存のオープンセル膨張パーライトを同じ密度で比較するために、本発明の実施例1と同じ密度で既存の膨張パーライトを膨張させたが、密度35kg/m3以下に低下すれば、むしろ過膨張した膨張パーライトが弱くなって膨張中や後に破砕が発生し、密度が再び上昇した。
比較例3で製造された密度35kg/m3のオープンセル形態の膨張パーライトを用意した。
本発明のクローズドセル膨張パーライトと既存の膨張パーライトを同じ粒度で比較するために、本発明の実施例1と同じ粒度で既存の膨張パーライトを製造しようとしたが、同一または類似する粒度を有するときは密度51kg/m3で製造された。
比較例5で製造された密度が51kg/m3である膨張パーライトを用意した。
前記製造された膨張パーライト1000gに無機質繊維を膨張パーライト重量対比1.5重量%入れて混合して混合材を製造した。
前記実施例と比較例をKS F 4714に基づき、熱伝導率、曲り強度、線収縮率、撥水度を測定分析して下記表1に示した。
Claims (17)
- 表面がクローズドセル(Closed Cell)形状を有するクローズドセルの膨張パーライトが20〜40g/l範囲のバルク比重(Bulk Density)を有する膨張パーライト全体重量を基準として50重量%以上含まれた膨張パーライト10〜84重量%と、液状バインダ15〜85重量%と、補強繊維0.25〜5重量%とを含むクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- 前記クローズドセルの膨張パーライトが膨張パーライト全体重量を基準として500重量%以上含まれた膨張パーライトの粒子は、膨張パーライト全体重量を基準として400μm超過粒子15±10重量%と、400〜250μm粒子40±15重量%と、250〜160μm粒子20±10重量%と、160未満粒子30±15重量%の粒度分布とで構成されることを特徴とする、請求項1に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- 前記膨張パーライトの原鉱は、真珠岩、黒曜石、松脂岩、軽石のうちから選ばれた1種であることを特徴とする、請求項1に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- 前記液状バインダは、無機質系バインダまたは有機質系バインダのうちから選ばれた1種または2種であることを特徴とする、請求項1に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- 前記補強繊維は、無機質系繊維または有機質系繊維のうちから選ばれた1種または2種であることを特徴とする、請求項1に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- 前記無機質系繊維は、ガラス系鉱物質を材料とするガラス繊維と、シリカアルミナ系繊維、ジルコニア繊維、炭素繊維のうちから選ばれた1種であることを特徴とする、請求項5記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- 前記クローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材は撥水剤をさらに含めており、前記撥水剤は表面にガラスシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコネート系カップリング剤のうちから選ばれた1種のコーティング膜がさらに構成されることを特徴とする、請求項1に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材。
- パーライト原鉱を乾燥させてパーライト重量対比結晶水の重量%を調節した後に膨張させて中空型を形成し、表面がクローズドセル(Closed Cell)形状を有するクローズドセルの膨張パーライトが20〜40g/l範囲のバルク比重(Bulk Density)を有する膨張パーライト全体重量を基準として50重量%以上含まれるように膨張した膨張パーライトを製造する第1ステップと、
前記第1ステップで製造した膨張パーライト10〜84重量%に液状バインダ15〜85重量%と補強繊維0.25〜5重量%とを入れて混合して混合材を製造する第2ステップと、
前記第2ステップで製造した混合材を圧縮して成形体を製造する第3ステップと、
前記第3ステップで製造した成形体を乾燥する第4ステップとで構成された、クローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。 - 前記第1ステップの膨張パーライトの製造時、前記膨張した膨張パーライトは一度に膨張させて製造する方法、または全体膨張パーライトの重量を基準として400μm超過粒子15±10重量%と、400〜250μm粒子40±15重量%と、250〜160μm粒子20±10重量%と、160μm未満粒子30±15重量%の粒度分布とで粒子サイズ別に膨張させた後、これを混合して製造する方法のうちから選ばれた1種で製造されることを特徴とする、請求項8に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記第1ステップの膨張パーライト製造時、直接火炎法または間接火炎法のうちから選ばれた1種で膨張することを特徴とする、請求項8に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記第3ステップの成形体の製造時、第2ステップの混合材を振動や衝撃を与えて最密充填方法をさらに経た後に圧縮して製造することを特徴とする、請求項8に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記第2ステップの混合物の製造時、液状バインダとして無機質系バインダまたは有機質系バインダのうちから選ばれた1種または2種を使用することを特徴とする、請求項8に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記第2ステップの混合物の製造時、補強繊維として無機質系繊維または有機質系繊維のうちから選ばれた1種または2種を使用することを特徴とする、請求項8に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記無機質系繊維としては、ガラス系鉱物質を材料とするガラス繊維とシリカアルミナ系繊維、ジルコニア繊維、炭素繊維のうちから選ばれた1種であることを特徴とする、請求項13に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記第2ステップの混合物の製造時、撥水剤、補強剤、輻射熱遮断剤のうちから選ばれた1種以上をさらに添加して製造することを特徴とする、請求項8に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記撥水剤は、表面がガラスシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコネート系カップリング剤のうちから選ばれた1種でコーティングされることを特徴とする、請求項15に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
- 前記補強剤は、ヒュームドシリカやホワイトカーボンのうちから選ばれた1種であることを特徴とする、請求項15に記載のクローズドセルの膨張パーライトを用いた保温材の製造方法。
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