JP5856541B2 - 生理食塩水に可溶なＡｌ−Ｃａ系無機繊維及びその組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、生体溶解性とアルミナ耐反応性に優れるＡｌ−Ｃａ系無機繊維とその無機繊維を得るための組成物に関する。
アスベストは、軽量で扱いやすく且つ耐熱性に優れるため、例えば、耐熱性のシール材として使用されていた。しかしアスベストは人体に吸入されて肺に疾患を引き起こすため使用が禁止され、これに代わりにセラミック繊維等が使用されている。セラミック繊維等は、耐熱性がアスベストに匹敵する程高く、適切な取り扱いをすれば健康上の問題は無いと考えられているが、より安全性を求められる風潮がある。そこで、人体に吸入されても問題を起こさない又は起こしにくい生体溶解性無機繊維を目指して、様々な生体溶解性繊維が開発されている（例えば、特許文献１，２）。
従来市販されている生体溶解性繊維はｐＨ７．４の生理食塩水に対し高い溶解性を持つ物がほとんどであった。一方で繊維が肺に吸入されるとマクロファージに捕り込まれることが知られており、マクロファージ周囲のｐＨは４．５であることも知られている。従って、ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性の高い繊維も、肺内で溶解、分解されることが期待される。
また、従来の無機繊維は、アスベストと同様に、様々なバインダーや添加物とともに、定形物、不定形物に二次加工されて、熱処理装置、工業窯炉や焼却炉等の炉における目地材、耐火タイル、断熱レンガ、鉄皮、モルタル耐火物等の隙間を埋める目地材、シール材、パッキング材、断熱材等として用いられている。従って、使用の際は高温に晒されることが多く、耐熱性を有することが求められている。現在の生体溶解性繊維は１４００℃での耐熱性が不十分であり、このような高温でも大きく収縮しない繊維が好ましい。
さらに、炉内の部材にアルミナが使用されていることが多く、二次加工品に含まれる繊維が、このアルミナと反応し二次加工品や部材が付着したり溶融したりする問題もあった。
本発明の目的は、ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性が高くアルミナ耐反応性に優れる無機繊維とその無機繊維を得るための組成物を提供することである。
本発明によれば、以下の無機繊維用組成物及び無機繊維等が提供される。
１．以下の組成を有する無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３ ６５．２〜７７．２重量％
ＣａＯ ２２．８〜３４．８重量％
ＳｉＯ２ ０〜２．６重量％
Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの合計は９３．０重量％超である。
２．Ａｌ２Ｏ３が６８．５〜７５．０重量％であり、ＣａＯが２５．０〜３１．５重量％である１記載の無機繊維用組成物。
３．Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの合計が９８．０重量％超である１又は２記載の無機繊維用組成物。
４．１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物から得られる無機繊維。
５．溶融した１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物を繊維化する無機繊維の製造方法。
６．４記載の無機繊維を用いて得られる定形物又は不定形物。
１．以下の組成を有する無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３ ６５．２〜７７．２重量％
ＣａＯ ２２．８〜３４．８重量％
ＳｉＯ２ ０〜２．６重量％
Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの合計は９３．０重量％超である。
２．Ａｌ２Ｏ３が６８．５〜７５．０重量％であり、ＣａＯが２５．０〜３１．５重量％である１記載の無機繊維用組成物。
３．Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの合計が９８．０重量％超である１又は２記載の無機繊維用組成物。
４．１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物から得られる無機繊維。
５．溶融した１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物を繊維化する無機繊維の製造方法。
６．４記載の無機繊維を用いて得られる定形物又は不定形物。
本発明によれば、ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性が高くアルミナ耐反応性に優れる無機繊維とその無機繊維を得るための組成物を提供することができる。
本発明の無機繊維用組成物は以下の組成を有する。
Ａｌ２Ｏ３ ６５．２〜７７．２重量％
ＣａＯ ２２．８〜３４．８重量％
ＳｉＯ２ ０〜２．６重量％
Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯの合計は９３．０重量％超である。
Ａｌ２Ｏ３ ６５．２〜７７．２重量％
ＣａＯ ２２．８〜３４．８重量％
ＳｉＯ２ ０〜２．６重量％
Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯの合計は９３．０重量％超である。
Ａｌ２Ｏ３及びＣａＯの合計を、９５．０重量％以上、９８．０重量％超、９９．０重量％以上又は１００重量％としてもよい。
Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ以外の残りは他の元素の酸化物又は不純物等である。
Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ以外の残りは他の元素の酸化物又は不純物等である。
Ａｌ２Ｏ３の量を、６６．０重量％以上、６８．５重量％以上又は７１．０重量％以上とすることができる。また、Ａｌ２Ｏ３の量を７６．０重量％以下、７５．０重量％以下又は７４．５重量％以下とすることができる。
ＣａＯの量を、２３．０重量％以、又は２５．０重量％以上とすることができる。また、ＣａＯの量を、３３．０重量％以下、３１．５重量％以下３１．０重量％以下又は２９．０重量％以下とすることができる。
ＳｉＯ２は、２．０重量％以下、１．０重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下とすることができ、含まなくてもよい。
本発明の組成物は、Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｙ又はこれらの混合物から選択されるそれぞれの酸化物を含んでも含まなくてもよい。これらの酸化物の量を、それぞれ７重量％以下、５重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下としてもよい。
アルカリ金属酸化物（Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等）の各々は含まれても含まれなくてもよく、それぞれ７重量％以下、５重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。
ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｆｅ２Ｏ３の各々は含まれても含まれなくてもよく、それぞれ７重量％以下、５重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下とすることができる。
上記の組成の各成分の量を任意に組み合わせてもよい。
本発明の組成物は通常以下の物質を含まない、又は含んでもそれぞれ１．０重量％以下、０．５重量％以下、０．２重量％以下又は０．１重量％以下である。
酸化ゲルマニウム、酸化テルル、酸化バナジウム、酸化イオウ、リン化合物、スズ、コバルト、酸化マンガン、フッ化物、酸化銅。
酸化ゲルマニウム、酸化テルル、酸化バナジウム、酸化イオウ、リン化合物、スズ、コバルト、酸化マンガン、フッ化物、酸化銅。
本発明の組成物から無機繊維を得ることができる。
無機繊維は溶融法、ゾルゲル法等公知の方法で製造できるが、低コストのため溶融法が好ましい。溶融法では、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３を含む溶融物を作製し、この溶融物を繊維化して製造する。例えば、高速回転しているホイール上に熔解した原料を流し当てることで繊維化するスピニング法及び熔解した原料に圧縮空気を当てることで繊維化するブロー法等により製造できる。
無機繊維は溶融法、ゾルゲル法等公知の方法で製造できるが、低コストのため溶融法が好ましい。溶融法では、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３を含む溶融物を作製し、この溶融物を繊維化して製造する。例えば、高速回転しているホイール上に熔解した原料を流し当てることで繊維化するスピニング法及び熔解した原料に圧縮空気を当てることで繊維化するブロー法等により製造できる。
繊維は公知の被覆材により被覆されていてもよいし被覆されていなくてもよい。
本発明の繊維は原料の組成の組成と同じであり、上記の組成を有することにより、ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性に優れ、アルミナ耐反応性に優れる。
ｐＨ４．５の生理食塩水に対する溶解性は、実施例の測定方法で、好ましくは１．０ｍｇ／ｇ以上、より好ましくは３．５ｍｇ／ｇ以上、さらに好ましくは４．０ｍｇ／ｇ以上である。
繊維の溶解性は以下の方法でも測定できる。
繊維を、メンブレンフィルター上に置き、繊維上にマイクロポンプによりｐＨ４．５の生理食塩水を滴下させ、繊維、フィルターを通った濾液を容器内に貯める。貯めた濾液を２４、４８時間経過後に取り出し、溶出成分をＩＣＰ発光分析装置により定量し、溶解度及び溶解速度定数を算出する。例えば、測定元素は主要元素であるＡｌ、Ｃａの２元素とすることができる。尚、繊維径を測定して単位表面積・単位時間当たりの溶出量である溶解速度定数ｋ（単位：ｎｇ／ｃｍ２・ｈ）に換算してもよい。
繊維を、メンブレンフィルター上に置き、繊維上にマイクロポンプによりｐＨ４．５の生理食塩水を滴下させ、繊維、フィルターを通った濾液を容器内に貯める。貯めた濾液を２４、４８時間経過後に取り出し、溶出成分をＩＣＰ発光分析装置により定量し、溶解度及び溶解速度定数を算出する。例えば、測定元素は主要元素であるＡｌ、Ｃａの２元素とすることができる。尚、繊維径を測定して単位表面積・単位時間当たりの溶出量である溶解速度定数ｋ（単位：ｎｇ／ｃｍ２・ｈ）に換算してもよい。
アルミナ反応性は、実施例の測定方法で、好ましくは痕は付くが付着せず、さらに好ましくは付着しないで痕も無いことである。
本発明の繊維は、好ましくは８００℃以上、１０００℃以上、１１００℃以上、１２００℃以上、１３００℃以上又は１４００℃以上で耐熱性を有する。具体的には、直径約７ｍｍ、高さ約１５ｍｍの円柱状サンプルを８００〜１４００℃の所定温度で８時間加熱して求めた体積収縮率（％）が、１４００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１３００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１２００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１１００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。１０００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。８００℃−８時間で４０％以下、好ましくは３０％以下、更に好ましくは２３％以下、最も好ましくは１５％以下である。
繊維の加熱収縮率は、繊維からブランケットを製造して１１００℃以上又は１２００℃以上で２４時間焼成した前後で測定することができる。また、引張強度は万能試験機により測定できる。
さらに、本発明の繊維は、必須成分の種類が少ないので、配合過程の工数が減り、コスト減となる。また微妙な配合量を調整する成分の種類が少ないことは製造の困難性を低減する。
本発明の繊維から、バルク、ブランケット、ブロックや、水等の溶媒を使用し製造するボード、モールド、ペーパー、フェルト等の定形品が得られる。また、水等の溶媒を使用し製造する不定形材料（マスチック、キャスター、コーティング材等）も得られる。
実施例１〜３、比較例１
表１に示す繊維組成について以下のように検討した。
まず、表１に示す組成となるように原料を混合し、プレス加工して成形体を得た。この成形体を加熱溶融し、急冷して得られた物を粉砕しサンプルを得た。このサンプルを用いて以下の方法で評価した。その結果を表１に示す。
表１に示す繊維組成について以下のように検討した。
まず、表１に示す組成となるように原料を混合し、プレス加工して成形体を得た。この成形体を加熱溶融し、急冷して得られた物を粉砕しサンプルを得た。このサンプルを用いて以下の方法で評価した。その結果を表１に示す。
（１）生体溶解性
サンプル１ｇを、ｐＨ４．５の生理食塩水１５０ｍＬが入った三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れた。このフラスコを、３７℃のインキュベーター内に設置して、毎分１２０回転の水平振動を２．５時間継続した。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の量（ｍｇ）をＩＣＰ発光分析装置により測定し、その合計を溶出量とした（ｍｇ／サンプル１ｇ）。
サンプル１ｇを、ｐＨ４．５の生理食塩水１５０ｍＬが入った三角フラスコ（容積３００ｍＬ）に入れた。このフラスコを、３７℃のインキュベーター内に設置して、毎分１２０回転の水平振動を２．５時間継続した。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の量（ｍｇ）をＩＣＰ発光分析装置により測定し、その合計を溶出量とした（ｍｇ／サンプル１ｇ）。
（２）アルミナ反応性
サンプルを成形して、直径約７ｍｍ、厚み約５ｍｍの円柱状サンプルを得た。この円柱状サンプルをアルミナ板に載せて、１４００℃８時間加熱して、付着や溶融の有無を観察した。円柱状サンプルが溶融したときは４、付着したときは３、付着しないが痕が残ったときは２、付着もせず痕も残らないときは１とした。
サンプルを成形して、直径約７ｍｍ、厚み約５ｍｍの円柱状サンプルを得た。この円柱状サンプルをアルミナ板に載せて、１４００℃８時間加熱して、付着や溶融の有無を観察した。円柱状サンプルが溶融したときは４、付着したときは３、付着しないが痕が残ったときは２、付着もせず痕も残らないときは１とした。
（３）耐熱性
サンプルを成形して、直径約７ｍｍ、高さ約１５ｍｍの円柱状サンプルを得た。この円柱状サンプルを１４００℃８時間加熱して、体積収縮率を求めた。
サンプルを成形して、直径約７ｍｍ、高さ約１５ｍｍの円柱状サンプルを得た。この円柱状サンプルを１４００℃８時間加熱して、体積収縮率を求めた。
比較例２，３
ＳｉＯ２を４７質量％、Ａｌ２Ｏ３を５３質量％含む無機繊維Ａ（セラミック繊維（従来の耐熱性無機繊維））（比較例２）と、ＳｉＯ２を７３質量％、ＣａＯを２５質量％、ＭｇＯを０．４質量％、Ａｌ２Ｏ３を２質量％含む無機繊維Ｂ（従来の生体溶解性繊維）（比較例３）について、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
ＳｉＯ２を４７質量％、Ａｌ２Ｏ３を５３質量％含む無機繊維Ａ（セラミック繊維（従来の耐熱性無機繊維））（比較例２）と、ＳｉＯ２を７３質量％、ＣａＯを２５質量％、ＭｇＯを０．４質量％、Ａｌ２Ｏ３を２質量％含む無機繊維Ｂ（従来の生体溶解性繊維）（比較例３）について、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
本発明の無機繊維は、断熱材、またアスベストの代替品として、様々な用途に用いることができる。
Claims (6)
- 以下の組成を有する無機繊維用組成物。
Ａｌ２Ｏ３ ６５．２〜７７．２重量％
ＣａＯ ２２．８〜３４．８重量％
ＳｉＯ２ ０〜２．６重量％
Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの合計は９３．０重量％超である。 - Ａｌ２Ｏ３が６８．５〜７５．０重量％であり、ＣａＯが２５．０〜３１．５重量％である請求項１記載の無機繊維用組成物。
- Ａｌ２Ｏ３とＣａＯの合計が９８．０重量％超である請求項１又は２記載の無機繊維用組成物。
- 請求項１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物から得られる無機繊維。
- 溶融した請求項１〜３のいずれか記載の無機繊維用組成物を繊維化する無機繊維の製造方法。
- 請求項４記載の無機繊維を用いて得られる定形物又は不定形物。
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