JP5824298B2 - 成形体、被包体、成形体の製造方法及び断熱方法 - Google Patents
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Description
本実施形態の成形体は、シリカを含み、細孔を有する。細孔径が0.003μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.003に対する、細孔径が0.05μm以上0.5μm以下である細孔の積算細孔容積Vの割合Rが70%以上であり、細孔径が0.05μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.05が0.5mL/g以上2mL/g以下であり、30℃における熱伝導率が0.05W/m・K以下である。
成形体中のシリカの含有率が50質量%以上であると、固体伝導による伝熱が小さいため、断熱材用途の場合は好ましい。シリカの含有率が成形体の75質量%以上であると、シリカ粒子同士の付着力が増して、成形体の原料である無機混合物の飛散が少なくなるためより好ましい。なお、本明細書中、シリカとは、組成式SiO2で表される成分からなる成分の他、SiO2を含む材料を指し、SiO2に加えて金属成分等、他の無機化合物を含有する組成物を包含する。シリカは、純粋な二酸化ケイ素に加えて、Si及び種々の他元素との塩や複合酸化物を含有してもよいし、水酸化物のような含水酸化物を含有してもよいし、シラノール基を有していてもよい。成形体中のシリカは、結晶質であっても、非晶質であっても、それらの混合体であってもよいが、断熱材用途の場合は非晶質であると、断熱材中の固体伝導による伝熱が小さく、断熱性能が向上するため、好ましい。
成形体は無機繊維を含有することが好ましい。無機繊維を含有すると、加圧成形において、成形体からの粒子の脱落が少なく、生産性が高いという利点を有する。本明細書中、無機繊維とは、平均太さに対する無機繊維の平均長さの比(アスペクト比)が10以上であるものをいう。アスペクト比は10以上であることが好ましく、成形体の作製時において、小さい圧力で成形を可能とし、成形体の生産性を向上させる観点から50以上がより好ましく、成形体の曲げ強度の観点から100以上がさらに好ましい。無機繊維のアスペクト比は、FE−SEMにより測定した無機繊維1000本の太さ及び長さの平均値から求めることができる。無機繊維は成形体中で単分散して混合されていることが好ましいが、無機繊維が互いに絡まった状態や、複数の無機繊維が同一方向で揃った束の状態で混合されていてもかまわない。また、単分散状態において、無機繊維の向きが同一方向で揃った状態であってもかまわないが、熱伝導率を小さくする観点から、無機繊維は、伝熱方向に対して垂直方向に配向していることが好ましい。無機繊維を伝熱方向に対して垂直に配向させる方法は特に限定されないが、加圧成形体の場合、例えば伝熱方向と同じ方向で加圧することにより、伝熱方向に配向していた無機繊維を、伝熱方向に対して垂直方向へ配向させやすい。
成形体は、赤外線不透明化粒子を含有することが、高い温度での断熱性能を要する場合は、好ましい。赤外線不透明化粒子とは、赤外線を反射、散乱又は吸収する材料からなる粒子を指す。成形体に赤外線不透明化粒子が混合されていると、輻射による伝熱が抑制されるため、特に200℃以上の高い温度領域での断熱性能が高い。
本実施形態の成形体においては、細孔径が0.05μm以上0.5μm以下である細孔の積算細孔容積Vの割合Rが、細孔径が0.003μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.003に対して70%以上である。Rは、(V/V0.003)×100と表してもよい。Rが大きいほど細孔分布が狭く、細孔径が0.05μm以上0.5μm以下の範囲で揃っていることを意味する。Rが70%未満である成形体の細孔分布としては、成形体に(1)細孔径が0.05μm未満の細孔が多数存在する場合、(2)細孔径が0.5μm超の細孔が多数存在する場合、(3)細孔径が0.05μm未満と0.5μm超の細孔がそれぞれ存在し、0.05μm以上0.5μm以下の細孔が少ない場合が想定される。(1)の場合、成形体が水(液体)で濡れた際に粉状に崩壊しやすい傾向があり、(2)の場合、断熱性能が低い傾向があり、(3)の場合はそれぞれの細孔径の割合に応じて(1)、(2)の傾向が現れる。V0.05が0.5mL/g未満であると断熱性能が低い傾向があり、2mL/g超であると水(液体)で濡れた際に粉状に崩壊しやすい傾向がある。なお、このときV0.003は0.5mL/g以上2.5mL/g以下であることが好ましい。この理由は定かではないが、(1)の場合、水に濡れると毛管現象によって収縮力が生じ、空隙を形成している粒子が移動する等して成形体に歪みが生じ、粉状に崩壊しやすくなると推定される。(2)の場合、細孔径が空気分子の平均自由行程である約100nmよりも大であるため、空気による対流や伝導による伝熱が抑制され難く、断熱性能が低下すると推定される。成形体が水(液体)に濡れた際に粉状に崩壊するのを抑制する観点から、Rが、成形体の全細孔容積に対して72%以上が好ましく、75%以上がより好ましく、80%以上がさらに好ましい。
成形体は、30℃における熱伝導率が0.05W/m・K以下である。断熱性能の観点から、熱伝導率は0.045W/m・K以下が好ましく、0.040W/m・K以下がより好ましく、0.037W/m・K以下がさらに好ましい。成形体が赤外線不透明化粒子を含む場合は、800℃における熱伝導率が0.15W/m・K以下であることが好ましく、0.14W/m・K以下であることがより好ましく、0.13W/m・K以下であることがさらに好ましい。熱伝導率の測定方法は、後述する。
成形体に含まれる粒子同士の付着力を高め、成形体からの粒子の脱離を少なくする観点から、本実施形態の成形体におけるNaの含有率は、成形体の全質量を基準として0.005質量%以上3質量%以下、Geの含有率が10質量ppm以上1000質量ppm以下、Zrの含有率が1質量%以上15質量%以下、Pの含有率が0.002質量%以上6質量%以下、Feの含有率が0.005質量%以上6質量%以下であることが好ましい。また、Naの含有率が0.005質量%以上2質量%以下、Geの含有率が20質量ppm以上900質量ppm以下、Zrの含有率が1質量%以上13質量%以下、Pの含有率が0.002質量%以上5.5質量%以下、Feの含有率が0.005質量%以上3質量%以下であることがより好ましい。さらに、Naの含有率が0.005質量%以上1.5質量%以下、Geの含有率が20質量ppm以上800質量ppm以下、Zrの含有率が1質量%以上10質量%以下、Pの含有率が0.002質量%以上5質量%以下、Feの含有率が0.005質量%以上2質量%以下であることがさらに好ましい。また、成形体はNa、Ge、Zr、P、Feの他に、カリウム(K)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、硫黄(S)を含んでいてもかまわない。各元素の含有量は、Kの含有量が0.003質量%以上3質量%以下、Mgの含有量が0.002質量%以上2質量%以下、Caの含有量が0.002質量%以上0.5質量%以下、Alの含有量が0.01質量%以上5質量%以下、Sの含有量が0.003質量%以上0.3質量%以下であることが好ましく、Kの含有量が0.005質量%以上2質量%以下、Mgの含有量が0.002質量%以上1.8質量%以下、Caの含有量が0.002質量%以上0.4質量%以下、Alの含有量が0.02質量%以上4.8質量%以下、Sの含有量が0.003質量%以上0.0.2質量%以下であることがより好ましく、Kの含有量が0.005質量%以上1.5質量%以下、Mgの含有量が0.002質量%以上1.6質量%以下、Caの含有量が0.002質量%以上0.2質量%以下、Alの含有量が0.03質量%以上4.5質量%以下、Sの含有量が0.003質量%以上0.1質量%以下であることがさらに好ましい。成形体におけるNa、Ge、Zr、P、Fe、その他の元素の含有率は、XRF(蛍光X線分析)により定量することができる。
本実施形態の成形体の製造方法は、シリカを含み、平均粒子径DSが5nm以上30nm以下である小粒子と、シリカを含み、平均粒子径DLが40nm以上60μm以下である大粒子とを、小粒子を5質量%以上35質量%以下、大粒子を50質量%以上80質量%以下の範囲で含む、無機混合物に、400℃以上の温度で加熱処理を施す工程、を有する。
シリカ粒子の具体例としては、下記のものが挙げられる。
「シリカ」や「石英」と呼ばれるケイ素の酸化物。
ケイ素の部分酸化物。
シリカアルミナやゼオライトのようなケイ素の複合酸化物。
Na、Ca、K、Mg、Ba、Ce、B、Fe及びAlのいずれかのケイ酸塩(ガラス)。
ケイ素以外の元素の酸化物、部分酸化物、塩又は複合酸化物(アルミナやチタニア等)と、ケイ素の酸化物、部分酸化物、塩又は複合酸化物との混合体。
SiCやSiNの酸化物。
ケイ酸ナトリウムを原料に酸性で作られるゲル法シリカ。
ケイ酸ナトリウムを原料にアルカリ性で作られる沈降法シリカ。
アルコキシシランの加水分解・縮合で合成されるシリカ。
ケイ素の塩化物を燃焼して作られるヒュームドシリカ。
ケイ素金属ガスを燃焼して作られるシリカ。
フェロシリコン製造時などに副生するシリカヒューム。
アーク法やプラズマ法で製造されるシリカ。
ケイ石を溶融して作られる溶融シリカなど。
シリカの製造プロセスや成形体の製造プロセス中に、Na、Ge、Zr、P、Fe、K、Mg、Ca、Al、Sを含む化合物としてそれぞれ添加してもよいが、十分な量のNa、Ge、Zr、P、Fe、K、Mg、Ca、Al、Sを予め含有しているシリカ粒子を成形体の原料としてもよい。Na、Ge、Zr、P、Fe、K、Mg、Ca、Al、Sを含む化合物としては、特に限定されないが、例えばNa、Ge、Zr、P、Fe、K、Mg、Ca、Al、Sの酸化物、複合酸化物、水酸化物、窒化物、炭化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、難溶性の塩、及びアルコキシド等が挙げられる。これらは単独で添加してもよく、もしくはこれらの混合物を添加してもよい。Na、Ge、Zr、P、Fe、K、Mg、Ca、Al、Sを不純物として含有するシリカを含む無機化合物粒子を成形体の原料とするのは、生産性、コスト、作業性の観点から、好ましい態様である。このようなシリカを含む無機化合物粒子は、例えば沈殿法で作られたシリカゲル由来の粒子やフェロシリコン製造時などに複製するシリカヒュームとして得ることができる。
シリカ粒子、赤外線不透明化粒子及び無機繊維は、公知の粉体混合機、例えば、改訂六版 化学工学便覧(丸善)に掲載されているものを使用して混合することができる。この時、シリカを含む無機化合物粒子を2種類以上混合したり、Na、K、Mg、Ca、Fe、P、Sをそれぞれ含む化合物やその水溶液を混合することも可能である。公知の粉体混合機としては、容器回転型(容器自体が回転、振動、揺動する)として水平円筒型、V型(攪拌羽根が付いていてもよい)、ダブルコーン型、立方体型及び揺動回転型、機械撹拌型(容器は固定され、羽根などで撹拌する)として、単軸リボン型、複軸パドル型、回転鋤型、二軸遊星攪拌型、円錐スクリュー型、高速撹拌型、回転円盤型、ローラー付き回転容器型、撹拌付き回転容器型、高速楕円ローター型、流動撹拌型(空気、ガスによって撹拌する)として、気流撹拌型、重力による無撹拌型が挙げられる。これらの混合機を組み合わせて使用してもよい。
本実施形態の成形体は、少なくともシリカを含有する無機混合物を加圧成形しながら、もしくは加圧成形後に加熱処理を施すことによって製造できる。使用状況に応じて無機繊維や赤外線不透明化粒子、金属酸化物ゾルを添加して形成した無機混合物を原料とし、この無機混合物を加圧成形したものでもよい。添加した金属酸化物ゾルが無機バインダーとなり、高い圧縮強度を有する成形体を得ることができる。金属酸化物ゾルを成形体全体に高分散させる観点から、複数の種類のシリカ粒子を混合する場合、例えば小粒子と大粒子を予め上述の方法で混合した後に、金属酸化物ゾルを添加して混合するのが好ましい。金属酸化物ゾルを混合する際も、小粒子と大粒子を混合する場合と同様に、公知の攪拌羽根を備える粉砕機を使用して、粒子を粉砕したり、無機繊維を裁断したり、粒子や無機繊維の分散性を向上させながら、攪拌羽根先端の周速を100km/hとして混合することが好ましい。金属酸化物ゾルの分散性を向上させるには、撹拌羽根を有する粉体混合機を使用し、撹拌羽根先端の周速を100km/h以上にすることが好ましく、大粒子同士の接触をより少なくする観点で200km/h以上がより好ましく、300km/h以上がさらに好ましい。
本実施形態の成形体は、原料である無機混合物を加圧成形して得ることができ、成形工程と後述の加熱工程とは、(a)同時に行ってもよいし、(b)成形工程の後に加熱工程を行ってもよい。すなわち、(a)無機化合物を充填(収容)した金型(成形型)を加熱しながら加圧する方法でもよいし、(b)無機化合物を充填した状態で金型を加圧することにより無機化合物を成形した後、得られた成形体を金型から取り出すか金型に入れたままの状態で加熱する方法でもよい。両態様において、好ましい加圧の圧力及び加熱温度はほぼ同じである。
加圧成形中又は加圧成形後の成形体を、成形体の耐熱性が十分である温度や時間の条件の範囲内で、加熱乾燥し、成形体の吸着水を除去した後実用に供すると、熱伝導率が低くなるため好ましい。さらに、加熱処理を施してもよい。
被包体は、外被材と、外被材に収容された成形体と、を有する。被包体は成形体と比較して取扱が容易で、施工もしやすいという利点を有する。図1は、本実施形態に係る被包体の断面模式図である。また、図2は本実施形態に係る成形体が含有する小粒子及び大粒子の断面模式図である。図1及び図2に示すように、本実施形態の被包体1は、複数の小粒子Sと、小粒子Sよりも粒子径が大きい複数の大粒子Lと、を含有する成形体2と、成形体2を収容する外被材3から構成される。成形体2内において、小粒子S及び大粒子Lは混合されており、大粒子Lの周囲に小粒子Sが存在している。なお、このような成形体2をコア材という場合がある。
外被材は、コア材である成形体を収容可能な限り、特に限定されないが、例として、ガラスクロス、アルミナ繊維クロス、シリカクロス等の無機繊維織物、無機繊維編物、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、フッ素系樹脂フィルム等の樹脂フィルム、プラスチック−金属フィルム、アルミニウム箔、ステンレス箔、銅箔等の金属箔、セラミックペーパー、無機繊維不織布、有機繊維不織布、ガラス繊維紙、炭素繊維紙、ロックウール紙、無機充填紙、有機繊維紙、セラミックコーティング、フッ素樹脂コーティング、シロキサン樹脂コーティング等の樹脂コーティング等を挙げることができる。被包体を断熱材とする場合、外被材の熱容量を小さくする観点から、外被材の厚みは薄い方が好ましいが、使用状況や必要な強度等に応じて適宜選択することが可能である。外被材が、コア材を使用する温度で安定なものからなる場合、使用時においても、外被材がコア材である無機混合物もしくは成形体を収容した状態である。高温で使用される被包体の場合は、使用後のコア材の取扱いがし易い観点で、耐熱性の高い外被材は好ましいが、本明細書中、「外被材」はコア材の使用時にコア材を収容しているものの他、コア材の運搬や施工の工程でコア材を収容しているものを包含する。つまり、外被材は運搬時や施工時にのみコア材を保護し、使用時には溶融及び/又は揮発してしまうものを包含するので、外被材そのものや外被材に含まれる有機成分は、コア材の使用温度で溶融や消失をしてもよい。
成形体は、シリカ粒子を含み、使用状況に応じて大粒子、赤外線不透明化粒子や無機繊維を添加し形成した無機混合物を原料とし、この無機混合物を加圧成形してコア材とし、外被材で被覆したものでもよい。成形体をコア材とする場合は、後述するように、成形体の原料である無機混合物と外被材を共に加圧成形してもよいし、無機混合物を加圧成形した後に外被材で被覆することも可能である。
本実施形態の成形体及び被包体は、断熱材の他、吸音材、防音材、遮音材、反響防止材、消音材、研磨剤、触媒担体、吸着剤、芳香剤や殺菌剤などの薬剤を吸着する担体、脱臭剤、消臭剤、調湿材、充填剤、顔料等に好適に用いることもできる。
本実施形態の成形体及び被包体は、耐熱容器に貼着することで、容器内の温度を保持したり、容器内の熱が拡散したりするのを防ぐ等の目的で、断熱方法に好適に使用することが可能である。熱源と、それを収容する容器において、熱源と容器との間に介在するように断熱材を設けると、熱源から容器への伝熱を抑制することも可能である。この場合、断熱材を容器に嵌るような形状にしておく(例えば、容器が円筒状である場合に、容器の内径と同じ外径を有する円筒状に断熱材を成形する)等すれば、必ずしも断熱材を容器に貼着する必要はないが、断熱材の安定性の観点で貼着は好ましい態様である。
無機混合物の積算細孔容積の測定、熱伝導率の測定、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさの評価は、次の方法により実施する。
細孔分布測定装置 オートポア 9520形(株式会社 島津製作所製)を使用して、水銀圧入法により測定する。成形体をセルに入るように直方体に切断して1個を低感度セルに採り、初期圧約7kPa(約1psia、細孔直径約180μm相当)の条件で昇圧測定する。水銀パラメータは、装置デフォルトの水銀接触角130degrees、水銀表面張力485dynes/cmに設定し、測定する。
縦30cm、横30cm、厚み20mmの形状にした成形体を測定試料とし、30℃での熱伝導率を、ヒートフローメーター HFM 436 Lambda(商品名、NETZSCH社製)を使用して熱伝導率を測定する。較正は、JISA1412−2に従い、密度163.12kg/m3、厚さ25.32mmのNIST SRM 1450c校正用標準板を使用して、高温側と低温側の温度差が20℃の条件において、15、20、24、30、40、50、60、65℃で予め実施する。800℃における熱伝導率は、JIS A 1421−1の方法に準拠して測定する。直径30cm、厚み20mmの円板状にした成形体2枚を測定試料とし、測定装置として、保護熱板法熱伝導率測定装置(英弘精機株式会社製)を使用する。
縦10cm、横10cm、高さ2cmの成形体をサンプルとし、厚みが2mmのポリスチレンからなる縦14cm、横14cm、高さ10cmの透明な容器に入れる。さらに、水を前記容器の内壁に伝わせながら、深さ4cmまで水を注ぎ、前記サンプルを完全に水没させる。この状態で常温で3時間保管した後、超音波洗浄機(東京超音波技研株式会社製、IUC−3011N)を使用して振動を与える。サンプルと水を入れたポリスチレン製の容器は、天板の大きさが縦15cm、横15cm、天板の高さを10cmに調整したラボラトリージャッキに固定し、超音波洗浄機の中央に設置する。超音波洗浄機の水槽には水深16cmの位置まで水を入れ、パワー切り替えスイッチが強の条件で20分間振動を与える。
成形体をメノー乳鉢で粉砕し、30mmφ塩ビリングに充填してXRF錠剤成型器で加圧成型してタブレットを作成し、測定試料とする。これを株式会社リガク製蛍光X線分析装置RIX−3000で測定する。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)25質量%と、平均粒子径が150nmのシリカ粉体(大粒子)75質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.50g/cm3の成形体を得られるように、内寸が縦30cm、横30cmの金型にシリカ粉体900gを充填し、加圧成形をした結果、かさ密度が0.50g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で5時間加熱処理を施し、実施例1の成形体とした。実施例1の成形体において、細孔径が0.003μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.003に対する、細孔径が0.05μm以上0.5μm以下である細孔の積算細孔容積Vの割合Rは97.8%であり、細孔径が0.05μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.05は0.925mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0269W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例1の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が22nmのシリカ粉体(小粒子)25質量%と、平均粒子径が150nmのシリカ粉体(大粒子)75質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。このシリカ粉体936gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.52g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で5時間加熱処理を施し、実施例2の成形体とした。実施例2の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは90.0%であり、V0.05は1.492mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0278W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例2の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)25質量%と、平均粒子径が80nmのシリカ粉体(大粒子)75質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。このシリカ粉体792gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.44g/cm3の成形体を得た。この成形体に1100℃で3時間加熱処理を施し、実施例3の成形体とした。実施例3の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは90.6%であり、V0.05は1.109mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0437W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例3の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が7.5nmのシリカ粉体(小粒子)40質量%と、平均粒子径が60μmのシリカ粉体(大粒子)60質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。このシリカ粉体738gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.41g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で5時間加熱処理を施し、実施例4の成形体とした。実施例4の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは82.2%であり、V0.05は1.561mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0337W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例4の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)15質量%と、平均粒子径が320nmのシリカ粉体(大粒子)85質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。このシリカ粉体972gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.54g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で10時間加熱処理を施し、実施例5の成形体とした。実施例5の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは85.0%であり、V0.05は0.899mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0327W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例5の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が7.5nmのシリカ粉体(小粒子)20質量%と、平均粒子径が10μmのシリカ粉体(大粒子)80質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。このシリカ粉体1260gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.70g/cm3の成形体を得た。この成形体に1000℃で10時間加熱処理を施し、実施例6の成形体とした。実施例6の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは79.8%であり、V0.05は1.297mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0439W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例6の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)21質量%と、平均粒子径が150nmのシリカ粉体(大粒子)63質量%をハンマーミルで均一に混合した後、平均粒子径が1μmの、赤外線不透明化粒子であるケイ酸ジルコニウム16質量%を添加して引き続き均一に混合し、シリカ粉体を得た。このシリカ粉体1044gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.58g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で5時間加熱処理を施し、実施例7の成形体とした。実施例7の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは89.3%であり、V0.05は1.142mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0413W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例7の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。また、このシリカ粉体を使用して、内径が直径30cmの円筒型の金型を使用して加圧成形を行い、直径30cm、厚み20mm、かさ密度が0.58g/cm3の円板状の成形体を2枚得た。この2枚の成形体を用いて、800℃における熱伝導率を測定したところ、0.0937W/m・Kであった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)24質量%と、平均粒子径が150nmのシリカ粉体(大粒子)71質量%をハンマーミルで均一に混合した後、平均繊維径が11μm、平均繊維長が6.4mm、耐熱温度が1050℃のグラスファイバー5質量%を添加して高速せん断ミキサーで混合にし、シリカ粉体を得た。このシリカ粉体936gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.52g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で5時間加熱処理を施し、実施例8の成形体とした。実施例8の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは83.5%であり、V0.05は1.150mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0343W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例8の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)19質量%と、平均粒子径が80nmのシリカ粉体(大粒子)57質量%をハンマーミルで均一に混合した後、平均粒子径が1μmの、赤外線不透明化粒子であるケイ酸ジルコニウム14質量%を添加して引き続き均一に混合し、さらに平均繊維径が11μm、平均繊維長が6.4mm、耐熱温度が1050℃のグラスファイバー10質量%を添加してシリカ粉体を得た。このシリカ粉体972gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.54g/cm3の成形体を得た。この成形体に1000℃で24時間加熱処理を施し、実施例9の成形体とした。実施例9の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは93.3%であり、V0.05は1.001mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0272W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例9の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)21質量%と、平均粒子径が150nmのシリカ粉体(大粒子)63質量%をハンマーミルで均一に混合した後、平均粒子径が1μmの、赤外線不透明化粒子であるケイ酸ジルコニウム15質量%を添加して引き続き均一に混合し、さらに平均繊維径が11μm、平均繊維長が6.4mm、耐熱温度が1050℃のグラスファイバー1質量%を添加してシリカ粉体を得た。このシリカ粉体810gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.45g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で5時間加熱処理を施し、実施例10の成形体とした。実施例10の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは77.2%であり、V0.05は1.067mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0293W/m・Kであった。上記の方法に従って、実施例10の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理後の水は懸濁しておらず、容器の底がよく見える状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)331gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.18g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で24時間加熱処理を施し、比較例1の成形体とした。比較例1の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは34.35%であり、V0.05は2.737mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0194W/m・Kであった。上記の方法に従って、比較例1の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理開始直後から粉状に崩壊し始め、20分間処理した後の水は著しく懸濁しており、容器の底が全く見えない状態であった。
平均粒子径が14nmのシリカ粉体(小粒子)80質量%と、平均粒子径が150nmのシリカ粉体(大粒子)20質量%をハンマーミルで均一に混合したシリカ粉体を得た。このシリカ粉体450gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.25g/cm3の成形体を得た。この成形体に900℃で24時間加熱処理を施し、比較例2の成形体とした。比較例2の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは47.6%であり、V0.05は1.263mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0269W/m・Kであった。上記の方法に従って、比較例2の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理開始後徐々に粉状に崩壊し、20分間処理した後の水は著しく懸濁しており、容器の底が全く見えない状態であった。
900℃で5時間の加熱処理を施さなかった以外は、実施例1と同じ成形体を比較例3の成形体とした。比較例3の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは44.9%であり、V0.05は1.043mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0273W/m・Kであった。上記の方法に従って、比較例3の成形体について、水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理開始直後から粉状に崩壊し始め、20分間処理した後の水は著しく懸濁しており、容器の底が全く見えない状態であった。
平均粒子径が100nmのシリカ粉体(小粒子)612gを使用して実施例1と同様に加圧成形を行い、縦30cm、横30cm、厚み20mm、かさ密度が0.34g/cm3の成形体を得た。この成形体を比較例4の成形体とした。比較例4の成形体において、V0.003に対するVの割合Rは71.28%であり、V0.05は2.684mL/gであり、30℃における熱伝導率は0.0338W/m・Kであった。上記の方法に従って、比較例4の成形体について水濡れ時の粉状への崩壊しやすさを評価したところ、超音波処理開始直後から粉状に崩壊し始め、20分間処理した後の水は著しく懸濁しており、容器の底が全く見えない状態であった。
Claims (20)
- シリカを含み、細孔を有しており、
細孔径が0.003μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.003に対する、細孔径が0.05μm以上0.5μm以下である細孔の積算細孔容積Vの割合Rが70%以上であり、
細孔径が0.05μm以上150μm以下である細孔の積算細孔容積V0.05が0.5mL/g以上2mL/g以下であり、
30℃における熱伝導率が0.05W/m・K以下である、成形体。 - 赤外線不透明化粒子を含有し、800℃における熱伝導率が0.2W/m・K以下である、請求項1に記載の成形体。
- 前記赤外線不透明化粒子の平均粒子径が0.5μm以上30μm以下であり、前記赤外線不透明化粒子の含有率が、成形体の全質量を基準として、0.1質量%以上40質量%以下である、請求項2に記載の成形体。
- 無機繊維を含有し、前記無機繊維の含有量が、成形体の全質量を基準として、0質量%超20質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の成形体。
- ナトリウム、ゲルマニウム及びジルコニウムからなる群より選択された少なくとも一種の元素を含有し、
前記ナトリウムを含有する場合、その含有量が、成形体の全質量を基準として0.005質量%以上3質量%以下、
前記ゲルマニウムを含有する場合、その含有量が、成形体の全質量を基準として10質量ppm以上1000質量ppm以下、
前記ジルコニウムを含有する場合、その含有量が、成形体の全質量を基準として1質量%以上15質量%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の成形体。 - リンを含有し、前記リンの含有量が、成形体の全質量を基準として、0.002質量%以上6質量%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の成形体。
- 鉄を含有し、前記鉄の含有量が、成形体の全質量を基準として、0.005質量%以上6質量%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の成形体。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体と、前記成形体を収容する外被材と、を備える、被包体。
- 前記外被材が無機繊維を含む、請求項8に記載の被包体。
- 前記外被材が樹脂フィルムである、請求項8に記載の被包体。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体の製造方法であって、
シリカを含み、平均粒子径DSが5nm以上30nm以下である小粒子と、シリカを含み、平均粒子径DLが40nm以上60μm以下である大粒子とを、小粒子の含有量が小粒子の質量と大粒子の質量の合計を基準として15質量%以上40質量%以下、大粒子の含有量が小粒子の質量と大粒子の質量の合計を基準として60質量%以上85質量%以下の範囲で含む無機混合物を、400℃以上の温度で加熱処理する工程を備える、成形体の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体の製造方法であって、
シリカを含み、平均粒子径DSが5nm以上30nm以下である小粒子と、シリカを含み、平均粒子径DLが40nm以上60μm以下である大粒子とを、小粒子の含有量が、小粒子の質量と大粒子の質量の合計を基準として15質量%以上40質量%以下、大粒子の含有量が、小粒子の質量と大粒子の質量の合計を基準として60質量%以上85質量%以下の範囲で含む無機混合物を、成形型に収容する収容工程と、
前記無機混合物を成形する成形工程と、を備え、
前記成形工程は、下記の工程(a)又は工程(b)を有する、成形体の製造方法。
(a)前記成形型により前記無機混合物を加圧しながら400℃以上に加熱する工程。
(b)加圧により前記無機混合物を成形した後、400℃以上の温度で加熱処理を施す工程。 - 前記成形工程において、前記成形体のかさ密度が0.25g/cm3以上2.0g/cm3以下になるように成形圧力を設定する、請求項12に記載の成形体の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体及び/又は請求項8〜10のいずれか一項に記載の被包体を耐熱容器に貼着することによって、前記耐熱容器を断熱する、断熱方法。
- バインダー及び/又は耐火物を介して前記成形体及び/又は前記被包体を前記耐熱容器に貼着する、請求項14に記載の断熱方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体及び/又は請求項8〜10のいずれか一項に記載の被包体を耐熱容器の内側に設けることによって、前記耐熱容器を断熱する、断熱方法。
- 前記成形体及び/又は前記被包体の更に内側に耐火物を設ける、請求項16に記載の断熱方法。
- ねじを使用して成形体及び/又は被包体を前記耐熱容器に貼着する、請求項14〜17のいずれか一項に記載の断熱方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体及び/又は請求項8〜10のいずれか一項に記載の被包体を筐体に収容することによって前記筐体を断熱する、断熱方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体及び/又は請求項8〜10のいずれか一項に記載の被包体で、耐熱容器及び/又は配管を覆うことによって、前記耐熱容器及び/又は前記配管を断熱する、断熱方法。
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