JP6924212B2 - 紙シート又はウェブ - Google Patents
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Description
本発明はガラス繊維の分野に関する。より詳細には、本発明は、一般に繊維が紙シートの構成成分として存在する用途において、フィルター又は電池セパレーター又は他の技術製品に取り込まれることが意図された繊維に関する。紙は、本発明の意味の範囲内で、製紙法によって得られるガラス繊維の絡み合いによって形成されたウェブであると理解される。
通常、これらの方法は、必要な寸法を有するガラス繊維を,適切な添加剤とともに水性懸濁液又は分散液中に入れ、この液体調製物をフィルターベルト上に塗布し、吸引手段によって液相の過剰分を吸引し、ここで、ある量の追加の繊維を導入するために水性調製物を堆積させそしてろ過する工程を適宜繰り返し、層の厚さを減少させ、かつ追加の量の水を抽出するために、場合によりプレス操作を実施し、そしてこうして形成された繊維シートを乾燥段階で仕上げることからなる。
上記の用途は、ガラス繊維が高い耐薬品性、特に酸に対する高い耐薬品性を有することを必要とする。この特性は紙の製造の関係で特に望ましい。特にフィルターがクリーンルームからの空気をろ過するために使用される場合に、湿潤老化耐性もまた良好でなければならない。しかしながら、繊維の吸入が呼吸器疾患を引き起こすのを防ぐために、繊維は肺環境の生理学的流体中で急速に除去されうることが重要である。
繊維の他の有利な特性はまた、紙シートの成形及びその後の取り扱い（巻き出し、折り畳み、切断など）を容易にするための機械的強度、特に引張強度を含む。ガラスの化学組成はまた、特に火炎吹き飛ばし繊維化法（flame attenuation fiberizing process）によって、溶融し、次いで微細繊維を形成するのに適していなければならず、該方法はガラスの粘度及び液相線温度の点での要求をもたらす。
本発明の目的は、これらの様々な要件を満たすガラス組成物を提案することである。
この目的のために、本発明の１つの主題はガラス繊維であり、その化学組成は、以下に規定される限度内で変化する重量含有率で以下の構成成分を含む。
ＳｉＯ２ ５０〜７０％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ０〜７％
Ｎａ２Ｏ ５〜１５％
Ｋ２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ２〜１０％
ＳｒＯ ２〜１０％
ＺｎＯ ＜２％
Ｂ２Ｏ３ ５〜１５％
ＳｉＯ２ ５０〜７０％
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ＣａＯ＋ＭｇＯ ０〜７％
Ｎａ２Ｏ ５〜１５％
Ｋ２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ２〜１０％
ＳｒＯ ２〜１０％
ＺｎＯ ＜２％
Ｂ２Ｏ３ ５〜１５％
本明細書の全体を通して、含有量は質量百分率として表されている。
ＳｉＯ２含有量は、好ましくは５５％〜６８％、特に６０％〜６７％の範囲内にある。含有量が多すぎると、粘度が高くなりすぎ、そのことはガラスの溶融及びまた適切に繊維化されるその能力に有害であろう。
Ａｌ２Ｏ３含有量は、好ましくは１％〜４％、特に１．５％〜２．５％の範囲内にある。その存在はガラスの湿潤老化耐性及び引張強度の増加をもたらす。しかしながら、含有量が多すぎると、肺内の繊維の生体内残留性が高まる可能性がある。
ＣａＯとＭｇＯの含有量の合計（ＣａＯ＋ＭｇＯと表わす）は、好ましくは２％〜６％、特に２．５％〜５％の範囲内にある。ＣａＯ含有量は、好ましくは１％〜４％、特に１．５％〜３％の範囲内にある。ＭｇＯ含有量は、好ましくは１％〜３％、特に１％〜２％の範囲内にある。これら２種のアルカリ土類金属酸化物の存在はガラスの溶融を促進することを可能にするが、高含有量は液相線温度を上昇させ、そしてそれゆえ、繊維化に悪影響を及ぼすことがある。
Ｎａ２Ｏ含有量は、好ましくは６％〜１２％、特に７％〜１０％の範囲内にある。Ｋ２Ｏ含有量は、好ましくは１％〜７％、特に２％〜５％の範囲内にある。これらのアルカリ金属酸化物の存在はまた、ガラスの溶融を促進することを可能にするが、高含有量は湿潤強度の低下をもたらす。
ＢａＯ含有量は、好ましくは３％〜８％、特に３％〜６％の範囲内にある。
ＳｒＯ含有量は、好ましくは２％〜５％、特に２％〜４％の範囲内にある。この酸化物は、それが酸に対する耐性及び湿潤老化耐性に悪影響を及ぼすことなく繊維の生体内残留性を低下させるのを助けるという点で特に有益であることが証明された。
ＺｎＯ含有量は、望ましくない不純物を除いて、有利には１％以下、特にゼロである。
Ｂ２Ｏ３含有量は、好ましくは８％〜１３％、特に９％〜１２％の範囲内にある。この酸化物は、繊維の生体内残留性に関してプラスの効果がある。
言うまでもなく、上記の様々な好ましい範囲は互いに自由に組み合わせることができ、様々な組み合わせの全ては簡潔さの理由で列挙できない。
好ましくは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＢ２Ｏ３の合計含有量は、少なくとも９５％、特に９７％、さらには９８％又は９９％である。
本発明による繊維の化学組成物中には、意図的に、又は、原材料中に存在するか又は炉の耐火材料に由来する不純物として、他の成分が存在してもよい。それらは、ガラス清澄剤としての硫酸ナトリウム又は硫酸カルシウムの添加に由来する、特にＳＯ３でありうる。それらはまた、多くの原材料の不純物として存在する鉄酸化物又はチタン酸化物であることもできる。それらはまた、ガラスの溶融を促進するフッ素（Ｆ２）、又は、繊維の機械的強度を改善する酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）であることもできる。
いくつかの好ましい組み合わせを以下に記載する。
好ましい１つの実施形態によれば、ガラス繊維は、以下に規定される限度内で変化する重量含有率で、以下の構成成分を含む化学組成を有する。
ＳｉＯ２ ５５〜６８％
Ａｌ２Ｏ３ １〜４％
ＣａＯ １〜４％
ＭｇＯ １〜３％
Ｎａ２Ｏ ６〜１２％
Ｋ２Ｏ １〜７％
ＢａＯ ３〜８％
ＳｒＯ ２〜５％
ＺｎＯ ＜１％
Ｂ２Ｏ３ ８〜１３％
ＳｉＯ２ ５５〜６８％
Ａｌ２Ｏ３ １〜４％
ＣａＯ １〜４％
ＭｇＯ １〜３％
Ｎａ２Ｏ ６〜１２％
Ｋ２Ｏ １〜７％
ＢａＯ ３〜８％
ＳｒＯ ２〜５％
ＺｎＯ ＜１％
Ｂ２Ｏ３ ８〜１３％
特に好ましい１つの実施形態によれば、ガラス繊維は、以下に規定される限度内で変化する重量含有率で、以下の構成成分を含む化学組成を有する。
ＳｉＯ２ ６０〜６７％
Ａｌ２Ｏ３ １．５〜２．５％
ＣａＯ １．５〜３％
ＭｇＯ １〜２％
Ｎａ２Ｏ ７〜１０％
Ｋ２Ｏ ２〜５％
ＢａＯ ３〜６％
ＳｒＯ ２〜４％
ＺｎＯ ０
Ｂ２Ｏ３ ９〜１２％
ＳｉＯ２ ６０〜６７％
Ａｌ２Ｏ３ １．５〜２．５％
ＣａＯ １．５〜３％
ＭｇＯ １〜２％
Ｎａ２Ｏ ７〜１０％
Ｋ２Ｏ ２〜５％
ＢａＯ ３〜６％
ＳｒＯ ２〜４％
ＺｎＯ ０
Ｂ２Ｏ３ ９〜１２％
本発明によるガラス繊維の化学組成は、ガラスが１０００ポアズ（１ポアズ＝０．１Ｐａ．ｓ）の粘度を有する温度が１２００℃以下、好ましくは１１５０℃以下、さらには１１００℃以下となるようなものであることが好ましい。このように、繊維の組成は火炎吹き飛ばし繊維化に完全に適している。
本発明による繊維の平均直径は、好ましくは０．１〜３μｍ、特に０．２〜２μｍの範囲内にある。
本発明の別の主題は、本発明によるガラス繊維の製造方法であって、前記繊維と実質的に同一の化学組成を有するガラスを溶融する工程、次いで繊維化させる工程を含む方法である。
溶融工程はバッチ混合物から溶融ガラス浴を得ることを可能にする。
バッチ混合物は、様々な天然及び／又は人工の原材料、例えばケイ砂、長石、炭酸ナトリウム、ホウ砂、炭酸ストロンチウムなどを含む。
溶融工程は、種々の既知の方法で、特に燃料燃焼炉中で溶融することにより又は電気溶融により実施することができる。
燃料燃焼炉は、少なくとも１つのオーバーヘッドバーナ（火炎はガラス浴の上方に配置され、放射によってそれを加熱する）又は浸漬バーナ（火炎はガラス浴内に直接作られる）を含む。そのバーナ又はバーナの各々は、天然ガス又は燃料油などの様々な燃料によって供給されうる。
「電気溶融」は、炎などの他の加熱手段の一切の使用を除外して、ガラス浴中に浸漬された電極によってジュール効果によりガラスが溶融されることを意味すると理解される。バッチ混合物は、通常、機械デバイスの補助を用いてガラス浴の表面上に均一に分配され、このようにしてガラス浴の上方の温度を制限する熱シールドを構成するので、上部構造の存在は必ずしも必要ではない。電極は溶融ガラスに浸漬されている。電極は上方からガラス浴中に落下するように吊り下げられてもよく、炉床に設置されてもよく、あるいはさらには、タンクの側壁に設置されてもよい。ガラス浴の加熱をできるだけ分散させるために、最初の２つの選択肢は一般的に大型タンクにとって好ましい。電極は、好ましくはモリブデン製であり、又はさらには、場合により酸化スズ製である。モリブデン電極は、好ましくは、水冷式スチール電極ホルダーにより炉床を通過する。
繊維化は、好ましくは火炎吹き飛ばし（flame attenuation）によって行われる。
火炎吹き飛ばし繊維化はガラスヤーンを高速度火炎にさらすことからなる。ヤーンは溶融ガラスを含むブッシングから機械的に引き伸ばされ、次いで、バーナからの炎によってピックアップされ、前記炎は好ましくヤーンの方向に対して垂直に発生する。ブッシングは、好ましくは、その下部に、多数のオリフィスを備え、それらを通して一次フィラメントが形成され、次いでガラスヤーンを形成するように集められる。
１つの実施形態によれば、繊維化工程は、溶融工程によって得られた溶融ガラスを直接使用して実施することができる。別の実施形態によれば、溶融ガラスは最初にビーズの形状に成形され、次いで、それはブッシングにおいて再溶融されて溶融ガラスを形成し、それは次いで繊維化工程に供される。
繊維化は他の方法、特に内部遠心によっても実施することができる。
内部遠心繊維化は、繊維化スピナーとも呼ばれるスピナーに溶融ガラス流を導入することからなり、該繊維化スピナーは高速で回転し、そして非常に多数のオリフィスによってその周囲で貫通されており、該オリフィスを通して、ガラスは遠心力の影響下にフィラメントの形態で放出される。次に、これらのフィラメントは、スピナーの壁にぴったりと付いたバーナによって生成される環状の高温高速漸先流の作用を受け、その流れは前記フィラメントを漸先化させてそれらを繊維に変換させる。形成された繊維はこの漸先ガス流とともに受容デバイスに運ばれる。
本発明の別の主題は本発明による繊維を含む紙のシート又はウェブである。
この紙のシートは任意の既知の方法、特に「製紙」方法によって製造することができ、該方法は、一般に酸性である水性媒体中に繊維を分散させ、真空の効果によって繊維をテーブル上に堆積させ、次いで、得られたシートを乾燥することからなる。
ウェブは、典型的には、乾式技術によって得られるガラス繊維の不織ウェブであり、ここで、空気力学的繊維化、火炎吹き飛ばし繊維化又は遠心繊維化から得られる繊維は受容部材上に集められそして薄いシートに成形される。不織物は、比較的長い繊維を含むという点で紙タイプの基材とは区別され、一方、紙に使用される繊維はより短く、典型的には５ｍｍ未満の長さを有する。
本発明の別の主題はまた、本発明による少なくとも１枚の紙シートを含むフィルター又は電池セパレーターである。このフィルターは、特にＨＥＰＡ（高効率微粒子空気）タイプのフィルターであり、特にＮＦ ＥＮ １８２２規格の意味の範囲内で少なくともクラスＨ １２である。
本発明の別の主題は、上記の紙シート又はウェブの複数の重ね合わせによって形成される絶縁パネルコアである。
このコア構造は絶縁パネルを形成するために使用することができる。したがって、本発明の別の主題は、アルミニウム化された又は少なくとも１枚のアルミニウムシートを組み込んだ多層プラスチックフィルムから一般に製造される気密性エンベロープの内側に配置された本発明によるコアを含む真空絶縁パネルであり、そのアセンブリは真空下に配置され、そしてエンベロープ内の内圧が約０．５ミリバール未満であるようにシールされる。
コアを形成するために組み立てられるウェブ又はシートは、特にそれらを形成する繊維の特性のために、互いに同一であっても又は異なっていてもよい。特に、エンベロープを形成する膜を貫通する危険性を減少させないために、コアの中心に存在する繊維よりも比較的小さい直径の繊維でコアの外面を形成することが知られている。例として、少なくともコアの外面のシートを形成する繊維は、１〜５ｍｍの長さにわたって、約１μｍ〜約４μｍに分布する直径を有することができる。
以下の実施例は本発明を非限定的に説明する。
以下の表１に示される化学組成を有する繊維は、火炎吹き飛ばし繊維化によって得られた。
表１はまた、Ｔｘで示され、ガラスが１０ｘポアズ（１ポアズ＝０．１Ｐａ．ｓ）（ｘの値は２、２．５、３、３．５及び４である）の粘度を有する温度にそれぞれ対応するいくつかの特性温度を示す。これらの温度はすべて℃で表される。
指令９７/６９/ＥＣの文書Qで要求されているように、繊維を気管内注入による短期間の生体内残留試験に付した。半減期は４０日未満であった。
フィルターに使用することが意図された紙シートを、繊維から製紙プロセスによって製造した。湿潤老化後のろ過特性に関し、得られたシートの性能レベルは標準的な（生体内残留性）繊維から得られたシートの性能レベルよりも優れている。機械的特性（引張強さ、剛性）もまた同等か又はさらに優れている。
例１の組成を有するガラスも耐加水分解性試験に付した。この方法によれば、３６０〜４００マイクロメートルの粒子サイズを有する粉末を形成するように粉砕されたガラス粉末を、５時間還流加熱された水中に浸漬させる。急冷後に、混合物をろ過しそしてろ液中に含まれる固形分を測定する。処理されたガラス１グラム当たりのミリグラムで表される溶解材料の量は４０．７である。
下記の表２は本発明による繊維の他の例を示す。
〈項目１〉下記に規定される範囲内で変化する重量含有率で下記の構成成分を含む化学組成のガラス繊維：
ＳｉＯ ２ ５０〜７０％
Ａｌ ２ Ｏ ３ ０〜５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ０〜７％
Ｎａ ２ Ｏ ５〜１５％
Ｋ ２ Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ２〜１０％
ＳｒＯ ２〜１０％
ＺｎＯ ＜２％
Ｂ ２ Ｏ ３ ５〜１５％。
〈項目２〉ＳｉＯ ２ 含有量が、５５％〜６８％、特に６０％〜６７％にわたる範囲内にある、項目１に記載のガラス繊維。
〈項目３〉Ａｌ ２ Ｏ ３ 含有量が、１％〜４％、特に１．５％〜２．５％にわたる範囲内にある、項目１又は２に記載のガラス繊維。
〈項目４〉ＣａＯ含有量が、１％〜４％、特に１．５％〜３％にわたる範囲内にある、項目１〜３のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目５〉ＭｇＯ含有量が、１％〜３％、特に１％〜２％にわたる範囲内にある、項目１〜４のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目６〉ＢａＯ含有量が、３％〜８％、特に３％〜６％にわたる範囲内にある、項目１〜５のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目７〉ＳｒＯ含有量が、２％〜５％、特に２％〜４％にわたる範囲内にある、項目１〜６のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目８〉ＺｎＯ含有量が、１％以下であり、特に０である、項目１〜７のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目９〉Ｂ ２ Ｏ ３ 含有量が、８％〜１３％、特に９％〜１２％にわたる範囲内にある、項目１〜８のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目１０〉平均直径が、０．１〜３μｍにわたる範囲内にある、項目１〜９のいずれか一項に記載のガラス繊維。
〈項目１１〉項目１〜１０のいずれか一項に記載の繊維を含む、紙シート又はウェブ。
〈項目１２〉項目１１に記載の紙シートを少なくとも１枚含む、フィルター又は電池セパレータ。
〈項目１３〉項目１１に記載の紙シート又はウェブの複数の重ね合わせにより形成される、絶縁パネルコア。
〈項目１４〉気密性エンベロープの内部に配置された項目１３に記載のコアを含む、真空絶縁パネルであって、前記エンベロープは、アルミニウム化された又は少なくとも１枚のアルミニウムシートを組み込んだ多層プラスチックフィルムから一般に製造され、そのアセンブリは真空下に配置され、そして前記エンベロープ内の内圧が約０．５ミリバール未満であるようにシールされる、真空絶縁パネル。
〈項目１５〉項目１〜１０のいずれか一項に記載のガラス繊維の製造方法であって、前記繊維の化学組成と実質的に同一の化学組成を有するガラスを溶融させる工程、次いで、繊維化させる工程、特に火炎吹き飛ばし（flame attenuation）により繊維化させる工程を含む、方法。
Claims (14)
- 下記に規定される範囲内で変化する重量含有率で下記の構成成分を含む化学組成のガラス繊維を含む、紙シート又はウェブ：
ＳｉＯ２ ５０〜７０％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％
ＣａＯ＋ＭｇＯ ０〜７％
Ｎａ２Ｏ ５〜１５％
Ｋ２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ２〜１０％
ＳｒＯ ２〜１０％
ＺｎＯ ＜２％
Ｂ２Ｏ３ ５〜１５％、
ここで、ＳｉＯ ２ 、Ａｌ ２ Ｏ ３ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ ２ Ｏ、Ｋ ２ Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ及びＢ ２ Ｏ ３ の合計含有量が、少なくとも９５％である。 - ＳｉＯ２含有量が、５５％〜６８％、特に６０％〜６７％にわたる範囲内にある、請求項１に記載の紙シート又はウェブ。
- Ａｌ２Ｏ３含有量が、１％〜４％、特に１．５％〜２．５％にわたる範囲内にある、請求項１又は２に記載の紙シート又はウェブ。
- ＣａＯ含有量が、１％〜４％、特に１．５％〜３％にわたる範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- ＭｇＯ含有量が、１％〜３％、特に１％〜２％にわたる範囲内にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- ＢａＯ含有量が、３％〜８％、特に３％〜６％にわたる範囲内にある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- ＳｒＯ含有量が、２％〜５％、特に２％〜４％にわたる範囲内にある、請求項１〜６のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- ＺｎＯ含有量が、１％以下であり、特に０である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- Ｂ２Ｏ３含有量が、８％〜１３％、特に９％〜１２％にわたる範囲内にある、請求項１〜８のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- 前記ガラス繊維の平均直径が、０．１〜３μｍにわたる範囲内にある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブ。
- 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の紙シートを少なくとも１枚含む、フィルター又は電池セパレータ。
- 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブの複数の重ね合わせにより形成される、絶縁パネルコア。
- 気密性エンベロープの内部に配置された請求項１２に記載のコアを含む、真空絶縁パネルであって、前記エンベロープは、アルミニウム化された又は少なくとも１枚のアルミニウムシートを組み込んだ多層プラスチックフィルムから一般に製造され、そのアセンブリは真空下に配置され、そして前記エンベロープ内の内圧が０．５ミリバール未満であるようにシールされる、真空絶縁パネル。
- 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の紙シート又はウェブの製造方法であって、前記繊維の化学組成と実質的に同一の化学組成を有するガラスを溶融させる工程、次いで、繊維化させる工程、特に火炎吹き飛ばし（flame attenuation）により繊維化させる工程を含む、方法。
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