JP7181179B2 - Thermal runaway suppression refractory sheet - Google Patents
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Description
本発明は、複数の素電池を備えた電池パックにおいて、一つの素電池が熱暴走し、発火した際に隣接する素電池の熱暴走を抑制し、延焼を防ぐ熱暴走抑制耐火シートに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermal runaway suppressing fireproof sheet that suppresses the thermal runaway of adjacent unit cells and prevents the spread of fire when one unit cell undergoes thermal runaway and catches fire in a battery pack having a plurality of unit cells.
近年、電子機器の多様化にともない高容量、高電圧、高出力であって、かつ安全性の高い素電池や複数の素電池を備えた電池パックが求められている。特に、安全性の高い素電池や電池パックを提供するために、素電池や電池パックに、温度の上昇を防ぐためのPTC素子の装備や温度ヒューズ、さらに、素電池の内部圧力を感知して電流を遮断させる保護回路等、種々の保護手段を備える技術が知られている。また、素電池が異常状態(例えば、熱暴走状態)にならないように素電池の充放電を制御する制御回路を電池パックに備える技術も知られている。 2. Description of the Related Art In recent years, with the diversification of electronic devices, there is a demand for a battery pack having a high capacity, a high voltage, a high output, and a high level of safety, and a plurality of battery cells. In particular, in order to provide highly safe cells and battery packs, the cells and battery packs are equipped with PTC elements and thermal fuses to prevent temperature rise, and furthermore, the internal pressure of the cells is sensed. Techniques are known that provide various protection means such as a protection circuit that cuts off current. A technique is also known in which a battery pack is provided with a control circuit for controlling charging and discharging of a unit cell so that the unit cell does not enter an abnormal state (for example, a thermal runaway state).
しかしながら、上述のような保護手段や制御回路を備えていても、素電池が異常な条件下に置かれた場合、種々の原因で素電池は熱暴走を起こすことがある。熱暴走すると、素電池の温度は急激に上昇して300℃以上、場合によっては400℃以上になることもあり、内部から高温の可燃性ガスが噴出する可能性がある。そして、最悪の場合、発火し、素電池を収納している電池パックの筐体が破損や溶融するおそれがある。 However, even with the protection means and control circuit as described above, when the cell is placed under abnormal conditions, thermal runaway may occur in the cell due to various causes. When thermal runaway occurs, the temperature of the unit cell rises rapidly to 300° C. or higher, and in some cases 400° C. or higher, and high-temperature combustible gas may blow out from the inside. In the worst case, a fire may occur, and the housing of the battery pack housing the unit cells may be damaged or melted.
このような熱暴走を防止する技術として、特許文献1では、ガラス繊維シートの空間にシリカキセロゲルを担持し、繊維シートの外周部を緻密な樹脂層で覆うことによりシリカキセロゲルを固定する断熱シートが開示されている。この断熱シートは、隣接する素電池の温度上昇を遅くする効果があるものの、素電池の耐熱性、耐火性、強度に劣る問題があった。 As a technique for preventing such thermal runaway, Patent Document 1 discloses a heat insulating sheet in which silica xerogel is supported in the space of the glass fiber sheet and the silica xerogel is fixed by covering the outer periphery of the fiber sheet with a dense resin layer. disclosed. Although this heat insulating sheet has the effect of slowing down the temperature rise of adjacent unit cells, it has the problem of inferior heat resistance, fire resistance, and strength of the unit cells.
また、特許文献2では、鉱物系粉体及び難燃剤のうちの少なくとも一方を含有し、100~1000℃で吸熱反応を開始し、それに従って、相変化、膨張、発泡及び硬化からなる群から選択される少なくとも一種の構造変化が起こる熱暴走防止シートが開示されている。この熱暴走防止シートは、基材として、アルミニウム箔ラミネートガラスクロスを使用しており、鉱物系粉体及び難燃剤を含有する樹脂組成物を一軸押出機に供給し、押出成型して、熱吸熱性材料シートや耐火断熱シートを得て、さらに、得られた熱吸熱性材料シートや耐火断熱シートを組み合わせてプレス加工することで熱暴走防止シートが得られるため、非常に生産性が悪く、コスト高になる問題があった。また、樹脂組成物であるため、素電池が発火した際の耐火性に劣る問題があった。 In addition, in Patent Document 2, at least one of mineral powder and flame retardant is contained, endothermic reaction is started at 100 to 1000 ° C., and selected from the group consisting of phase change, expansion, foaming and hardening accordingly. A thermal runaway prevention sheet is disclosed in which at least one type of structural change occurs. This thermal runaway prevention sheet uses an aluminum foil laminated glass cloth as a base material, and a resin composition containing mineral powder and a flame retardant is supplied to a single screw extruder, extruded, and heat absorbed. A thermal runaway prevention sheet can be obtained by obtaining a heat resistant material sheet and a fireproof heat insulating sheet, and then combining the obtained heat absorbing material sheet and fireproof heat insulating sheet to press work. I had a problem getting high. In addition, since it is a resin composition, there is a problem of poor fire resistance when the unit cell catches fire.
また、特許文献3では、ガラス繊維及び生体溶解性無機繊維からなる群より選ばれる1種以上の無機繊維を30~95質量%含有し、β型セピオライトを5~40質量%含有する無機繊維シートの製造方法であって、前記無機繊維を含有するスラリーを湿式抄紙して不織布を製造する工程(i)と、前記不織布に対して、β型セピオライトを含有するスラリーを付着させる工程(ii)とを有する、無機繊維シートの製造方法が開示されている。しかしながら、この無機繊維シートは、ハニカム成型体とされた後、焼成されるフィルターの基材に好適に用いられるものであり、不織布自体の湿潤強度が十分でなく、焼成せずに使用した場合の無機繊維シートの耐火性や不燃性に劣る問題があった。 Further, in Patent Document 3, an inorganic fiber sheet containing 30 to 95% by mass of one or more inorganic fibers selected from the group consisting of glass fibers and biosoluble inorganic fibers and 5 to 40% by mass of β-type sepiolite. comprising a step (i) of wet papermaking the slurry containing the inorganic fibers to produce a nonwoven fabric, and a step (ii) of attaching a slurry containing β-sepiolite to the nonwoven fabric. Disclosed is a method for producing an inorganic fiber sheet having However, this inorganic fiber sheet is preferably used as a base material of a filter that is fired after being made into a honeycomb molded body, and the wet strength of the nonwoven fabric itself is not sufficient, and it is difficult to use it without firing. There is a problem that inorganic fiber sheets are inferior in fire resistance and noncombustibility.
本発明の課題は、複数のリチウムイオン素電池を備えた電池パックにおいて、一つの素電池が熱暴走し、発火した際に、隣接するリチウムイオン素電池への延焼を防ぐことが可能な熱暴走抑制耐火シートとして、耐火性と断熱性に優れた熱暴走抑制耐火シートを提供することにある。 An object of the present invention is to prevent the spread of fire to adjacent lithium-ion batteries in a battery pack comprising a plurality of lithium-ion batteries, when one battery undergoes thermal runaway and catches fire. To provide a thermal runaway suppressing fireproof sheet excellent in fire resistance and heat insulation as a suppressing fireproof sheet.
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、下記発明を見出した。 As a result of intensive research to solve the above problems, the following invention was found.
(1)基材と無機粒子層とを含有し、
該基材がガラス繊維と湿熱接着性バインダー繊維とフィブリル化耐熱性繊維を含有し、該無機粒子層が無機粒子と無機バインダーを含有し、且つ、該無機粒子層が、該基材に含有される繊維の表面を被覆する被覆層と、基材表面の少なくとも片方の面に存在する断熱層とを有することを特徴とする熱暴走抑制耐火シート。
(1) containing a substrate and an inorganic particle layer,
The base material contains glass fibers, wet heat adhesive binder fibers and fibrillated heat resistant fibers, the inorganic particle layer contains inorganic particles and an inorganic binder, and the inorganic particle layer is contained in the base material. A thermal runaway suppressing refractory sheet characterized by having a coating layer that covers the surface of a fiber that covers the surface of the base material and a heat insulating layer that is present on at least one surface of the base material surface.
(2)断熱層が含有する無機バインダーが、ベントナイトを含有する上記(1)記載の熱暴走抑制耐火シート。 (2) The thermal runaway suppressing fireproof sheet according to (1) above, wherein the inorganic binder contained in the heat insulating layer contains bentonite.
本発明の熱暴走抑制耐火シートは、ガラス繊維と湿熱接着性バインダー繊維とフィブリル化耐熱性繊維を含有する基材を含有している。そして、該無機粒子層は、無機粒子と無機バインダーを含有し、且つ、該無機粒子層が、該基材に含有される繊維の表面を被覆する被覆層と、基材表面の少なくとも片方の面に存在する断熱層とを有しているため、耐火性と断熱性に優れる。 The thermal runaway suppressing refractory sheet of the present invention contains a substrate containing glass fibers, wet heat adhesive binder fibers, and fibrillated heat-resistant fibers. Then, the inorganic particle layer contains inorganic particles and an inorganic binder, and the inorganic particle layer is a coating layer that covers the surface of the fiber contained in the base material, and at least one surface of the base material surface. It has excellent fire resistance and heat insulation because it has a heat insulation layer that exists in the
本発明において、熱暴走抑制耐火シートは、基材と無機粒子層とを含有し、該基材がガラス繊維と湿熱接着性バインダー繊維とフィブリル化耐熱性繊維を含有し、該無機粒子層が無機粒子と無機バインダーを含有し、且つ、該無機粒子層が、該基材に含有される繊維の表面を被覆する被覆層と、基材表面の少なくとも片方の面に存在する断熱層とを有することを特徴とするシートである。 In the present invention, the thermal runaway suppressing refractory sheet contains a substrate and an inorganic particle layer, the substrate contains glass fibers, wet heat adhesive binder fibers and fibrillated heat resistant fibers, and the inorganic particle layer comprises an inorganic Containing particles and an inorganic binder, the inorganic particle layer having a coating layer covering the surface of the fibers contained in the substrate and a heat insulating layer present on at least one surface of the substrate surface It is a sheet characterized by
本発明におけるガラス繊維としては、例えば、チョップドストランド、グラスウール、グラスフレークが挙げられる。折れ難く、基材の形成能があればいずれのガラス繊維でも良い。ガラス繊維の繊維径は、1~18μmであることが好ましく、2~13μmであることがより好ましく、3.1~10μmであることがさらに好ましい。繊維径が1μm未満の場合、細か過ぎて抄紙時に基材からガラス繊維が脱落し、強度、厚みが不十分となる場合がある。繊維径が18μmを超えた場合、ガラス繊維が太くなり過ぎて、基材の隙間が大きくなり、無機粒子層形成用塗工液の塗工性に劣り、さらに皮膚への刺激性がある等、作業性に支障を来たして利用し難くなる場合がある。 Glass fibers in the present invention include, for example, chopped strands, glass wool, and glass flakes. Any glass fiber may be used as long as it is hard to break and has the ability to form a base material. The fiber diameter of the glass fiber is preferably 1-18 μm, more preferably 2-13 μm, even more preferably 3.1-10 μm. If the fiber diameter is less than 1 μm, the glass fibers may be too fine to fall off from the substrate during papermaking, resulting in insufficient strength and thickness. If the fiber diameter exceeds 18 μm, the glass fiber becomes too thick, the gap between the base materials becomes large, the coating property of the coating solution for forming the inorganic particle layer is inferior, and the skin is irritated. It may hinder workability and make it difficult to use.
また、本発明におけるガラス繊維の繊維長は、1~30mmであることが好ましく、2~15mmであることがより好ましく、3~12mmであることがさらに好ましい。繊維長が1mm未満では、強度不足となる場合があり、繊維長が30mmを超えた場合、基材の地合が悪くなり、品質にバラツキが生じる場合がある。 Further, the fiber length of the glass fiber in the present invention is preferably 1 to 30 mm, more preferably 2 to 15 mm, even more preferably 3 to 12 mm. If the fiber length is less than 1 mm, the strength may be insufficient, and if the fiber length exceeds 30 mm, the texture of the base material may deteriorate and the quality may vary.
また、本発明におけるガラス繊維の含有率は、基材に含まれる全繊維成分に対して、75~95質量%であることが好ましく、80~93質量%であることがより好ましく、85~90質量%であることがさらに好ましい。含有率が75質量%未満であると、耐火性が悪くなる場合があり、含有量が95質量%を超えると、ガラス繊維同士の結合は弱いことから、基材強度が弱くなり、さらに無機粒子層を設けるために塗工する際に、ガラス繊維が脱落する場合がある。 In addition, the content of the glass fiber in the present invention is preferably 75 to 95% by mass, more preferably 80 to 93% by mass, more preferably 85 to 90% by mass, based on the total fiber components contained in the base material. % by mass is more preferred. If the content is less than 75% by mass, the fire resistance may deteriorate. Glass fibers may come off during coating to provide a layer.
本発明に用いるバインダー繊維は湿熱接着性バインダー繊維である。湿熱接着性バインダー繊維とは、湿潤状態において、ある温度で繊維状態から流動、又は容易に変形して接着機能を発現する繊維のことを言う。具体的には、熱水(例えば、80~120℃程度)で軟化して自己接着、又は他の繊維に接着可能な熱可塑性繊維であり、例えば、ポリビニル系繊維(ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタールなど)、セルロース系繊維(メチルセルロースなどのC1-3アルキルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのヒドロキシC1-3アルキルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのカルボキシC1-3アルキルセルロース、又はその塩など)、変性ビニル系共重合体からなる繊維(イソブチレン、スチレン、エチレン、ビニルエーテルなどのビニル系単量体と、無水マレイン酸などの不飽和カルボン酸、又は、その無水物との共重合体、又はその塩など)などが挙げられる。本発明に用いる湿熱接着性バインダー繊維としては、ポリビニル系繊維が好ましく、ポリビニルアルコール(PVA)繊維がより好ましく、基材強度がより高くなり、また、繊維間に皮膜を形成しやすく、無機粒子を繊維間に保持しやすくなる。 The binder fiber used in the present invention is a wet heat adhesive binder fiber. A wet heat adhesive binder fiber is a fiber that exhibits an adhesive function by flowing or easily deforming from a fibrous state at a certain temperature in a wet state. Specifically, it is a thermoplastic fiber that is softened by hot water (for example, about 80 to 120 ° C.) and can be self-adhered or adhered to other fibers. alcohol, polyvinyl acetal, etc.), cellulosic fibers (C1-3 alkyl cellulose such as methyl cellulose, hydroxy C1-3 alkyl cellulose such as hydroxymethyl cellulose, carboxy C1-3 alkyl cellulose such as carboxymethyl cellulose, or salts thereof, etc.), modified vinyl Fibers made of copolymers (copolymers of vinyl monomers such as isobutylene, styrene, ethylene, vinyl ether, and unsaturated carboxylic acids such as maleic anhydride, or their anhydrides, or salts thereof, etc.) etc. As the wet heat adhesive binder fiber used in the present invention, polyvinyl fiber is preferable, and polyvinyl alcohol (PVA) fiber is more preferable. Easier to hold between fibers.
本発明に用いる湿熱接着性バインダー繊維としては、架橋性官能基を有するモノマーで変性されたポリビニルアルコール繊維、或いは、架橋剤を用いて紡糸時、或いは、紡糸後に温和な条件下で架橋を行ったポリビニルアルコール繊維が、低延伸糸に耐熱水性を付与することが可能となり、より好ましい。 As the wet heat adhesive binder fiber used in the present invention, a polyvinyl alcohol fiber modified with a monomer having a crosslinkable functional group, or a crosslinking agent is used to perform crosslinking under mild conditions during or after spinning. Polyvinyl alcohol fibers are more preferable because they can impart hot water resistance to low-drawn yarns.
架橋性官能基としては、シラノール基、カルボキシル基、メチロール基等が挙げられる。かかる架橋性官能基を有するモノマーで変性されたポリビニルアルコールを、pH等を調整することによって架橋させることなく水に溶解し、紡糸後、或いは、紡糸時に架橋させることによって、繊維を得ることができる。変性度は、好ましくは0.01~10mol%であり、より好ましくは、0.1~5mol%である。好適な例としては、シラノール変性ポリビニルアルコール(変性度0.1~2mol%)をアルカリ溶液(pH9~13)に溶解し、該溶液を酸性(pH5~6)にすることにより架橋させつつ紡糸し、乾燥後熱処理する方法が挙げられる。 Examples of crosslinkable functional groups include silanol groups, carboxyl groups, and methylol groups. A fiber can be obtained by dissolving polyvinyl alcohol modified with a monomer having such a crosslinkable functional group in water without cross-linking by adjusting the pH or the like, and cross-linking after or during spinning. . The degree of modification is preferably 0.01 to 10 mol%, more preferably 0.1 to 5 mol%. As a preferred example, silanol-modified polyvinyl alcohol (denaturation degree 0.1 to 2 mol%) is dissolved in an alkaline solution (pH 9 to 13), and the solution is acidified (pH 5 to 6) to crosslink while spinning. and heat treatment after drying.
一方、自己架橋性のない未変性ポリビニルアルコールを紡糸後、各種有機系或いは無機系架橋剤を付与して架橋せしめる方法で繊維を得ても良い。無機系架橋剤としては、リン酸、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸チタニル等が挙げられ、また、有機系架橋剤として、メチロール系、エポキシ系、イソシアネート系、アルデヒド系等が挙げられる。これらの架橋剤を未変性ポリビニルアルコール紡糸原液に添加して紡糸した後、或いは、未変性ポリビニルアルコールを単独で紡糸して架橋剤含有浴を通した後、熱処理することで架橋を進行させることができる。また、これらの方法を併用することも可能である。 On the other hand, fibers may be obtained by a method of spinning non-self-crosslinkable unmodified polyvinyl alcohol and then applying various organic or inorganic crosslinkers to crosslink it. Examples of inorganic cross-linking agents include phosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium sulfate, and titanyl sulfate, and examples of organic cross-linking agents include methylol-based, epoxy-based, isocyanate-based, and aldehyde-based cross-linking agents. After adding these cross-linking agents to the undenatured polyvinyl alcohol spinning dope and spinning, or after spinning the undenatured polyvinyl alcohol alone and passing it through a cross-linking agent-containing bath, heat treatment can be performed to promote cross-linking. can. Moreover, it is also possible to use these methods together.
本発明に用いる湿熱接着性バインダー繊維は上記に限定されるものではないが、シラノール変性ポリビニルアルコール繊維は、ガラス繊維との接着性に良いことから、特に好ましい。 Although the wet heat adhesive binder fibers used in the present invention are not limited to the above, silanol-modified polyvinyl alcohol fibers are particularly preferred because of their good adhesion to glass fibers.
湿熱接着性バインダー繊維の繊度は、0.1~5.6デシテックスであることが好ましく、0.4~2.2デシテックスであることがより好ましく、0.6~1.1デシテックスであることがさらに好ましい。繊度が0.1デシテックス未満の場合、繊維自体が非常に高価になり、また、基材が緻密で薄いものになってしまうことがある。一方、5.6デシテックスを超えた場合、ガラス繊維との接点が少なくなり、湿潤状態での強度維持が困難になることがある。また、均一な地合が取れないことがある。湿熱接着性バインダー繊維の繊維長は、1~15mmであることが好ましく、2~10mmであることがより好ましく、3~5mmであることがさらに好ましい。繊維長が1mm未満の場合、抄紙時に抄紙ワイヤーから抜け落ちることがあり、十分な強度が得られないことがある。一方、15mmを超えた場合、水に分散する際にもつれ等を起こすことがあり、均一な地合が得られないことがある。 The fineness of the wet heat adhesive binder fiber is preferably 0.1 to 5.6 decitex, more preferably 0.4 to 2.2 decitex, and 0.6 to 1.1 decitex. More preferred. If the fineness is less than 0.1 decitex, the fiber itself becomes very expensive, and the substrate may become dense and thin. On the other hand, when it exceeds 5.6 decitex, the contact points with the glass fibers are reduced, and it may become difficult to maintain the strength in a wet state. In addition, a uniform formation may not be obtained. The fiber length of the wet heat adhesive binder fiber is preferably 1 to 15 mm, more preferably 2 to 10 mm, even more preferably 3 to 5 mm. If the fiber length is less than 1 mm, it may fall off from the papermaking wire during papermaking, and sufficient strength may not be obtained. On the other hand, if the thickness exceeds 15 mm, tangling or the like may occur when dispersed in water, and a uniform texture may not be obtained.
本発明に用いる湿熱接着性バインダー繊維の含有率は、基材に含まれる全繊維成分に対して、3質量%以上20質量%以下であることが好ましく、4質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、5質量%以上10質量%以下であることがさらに好ましい。湿熱接着性バインダー繊維が3質量%未満の場合、基材の強度が低下し、無機粒子を塗工する際に断紙する場合やガラス繊維が脱落する場合がある。一方、湿熱接着性バインダー繊維の含有率が20質量%を超えた場合、基材を湿式抄紙法で抄紙する際、ドライヤーからの剥離性が悪化する場合があり、また、無機粒子を塗工する際に、基材への浸透性が低下する場合があり、熱暴走抑制耐火シートの耐火性が悪化する場合がある。 The content of the wet heat adhesive binder fiber used in the present invention is preferably 3% by mass or more and 20% by mass or less, and 4% by mass or more and 15% by mass or less, based on the total fiber components contained in the base material. is more preferable, and more preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less. If the content of the wet heat adhesive binder fiber is less than 3% by mass, the strength of the base material is lowered, and the paper may be broken when the inorganic particles are applied, or the glass fibers may fall off. On the other hand, if the content of the wet heat adhesive binder fiber exceeds 20% by mass, when the substrate is made by a wet papermaking method, the releasability from the dryer may deteriorate, and the inorganic particles are not coated. In some cases, the permeability to the substrate may decrease, and the fire resistance of the thermal runaway suppressing fireproof sheet may deteriorate.
本発明に用いるフィブリル化耐熱性繊維としては、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリ-p-フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性樹脂からなるフィブリル化繊維が用いられる。これらの中でも、親水性が高く、フィブリル化しやすい全芳香族ポリアミドが好ましい。 The fibrillated heat-resistant fiber used in the present invention includes wholly aromatic polyamide, wholly aromatic polyester, polyimide, polyamideimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polybenzimidazole, poly-p-phenylenebenzobisthiazole, poly- Fibrillated fibers made of heat-resistant resins such as p-phenylenebenzobisoxazole and polytetrafluoroethylene are used. Among these, wholly aromatic polyamides, which are highly hydrophilic and tend to fibrillate, are preferred.
本発明におけるフィブリル化耐熱性繊維の変法濾水度は、好ましくは40ml以上であり、より好ましくは50ml以上700ml以下であり、さらに好ましくは100ml以上600ml以下であり、特に好ましくは300ml以上450ml以下である。変法濾水度が700mlを超えた場合、フィブリル化があまり進んでいないため、ガラス繊維との絡み合いが少なくなるため、湿潤強度の向上効果が低下する場合がある。また、無機粒子層形成用塗工液の浸透性や液保持性の向上効果が低下する場合がある。一方、変法濾水度が40ml未満の場合、フィブリル化耐熱性繊維のファイン分が増えて、基材から脱落する割合が増える場合があり、また、基材の厚みが薄くなりやすく、高密度化するため、基材の空隙が減少し、無機粒子層形成用塗工液の浸透性や液保持性が低下する場合がある。 The modified freeness of the fibrillated heat-resistant fiber in the present invention is preferably 40 ml or more, more preferably 50 ml or more and 700 ml or less, still more preferably 100 ml or more and 600 ml or less, and particularly preferably 300 ml or more and 450 ml or less. is. If the modified freeness exceeds 700 ml, the fibrillation is not so advanced and the entanglement with the glass fibers is reduced, which may reduce the effect of improving the wet strength. In addition, the effect of improving the permeability and liquid retention of the inorganic particle layer-forming coating liquid may be reduced. On the other hand, if the modified freeness is less than 40 ml, the fine content of the fibrillated heat-resistant fibers increases, which may increase the rate of falling off from the base material. As a result, the voids in the substrate are reduced, and the permeability and liquid retention of the coating liquid for forming the inorganic particle layer may be lowered.
本発明において、変法濾水度とは、ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度を0.1質量%にした以外はJIS P8121-2:2012に準拠して測定した値のことである。 In the present invention, the modified freeness is JIS P8121-2 except that an 80-mesh wire mesh with a wire diameter of 0.14 mm and an opening of 0.18 mm is used as a sieve plate, and the sample concentration is 0.1% by mass. It is a value measured in accordance with 2012.
本発明のフィブリル化耐熱性繊維において、質量加重平均繊維長は、0.02mm以上1.50mm以下であることが好ましい。また、長さ加重平均繊維長は、0.02mm以上1.00mm以下であることが好ましい。平均繊維長が好ましい範囲よりも短い場合、基材からフィブリル化耐熱性繊維が脱落する場合がある。平均繊維長が好ましい範囲よりも長い場合、繊維の離解が悪くなり、分散不良が発生しやすくなる。 The fibrillated heat-resistant fiber of the present invention preferably has a mass-weighted average fiber length of 0.02 mm or more and 1.50 mm or less. Also, the length-weighted average fiber length is preferably 0.02 mm or more and 1.00 mm or less. If the average fiber length is shorter than the preferred range, the fibrillated heat-resistant fibers may fall off from the substrate. If the average fiber length is longer than the preferred range, the fibers are not easily disaggregated, and poor dispersion tends to occur.
フィブリル化耐熱性繊維が、上記の質量加重平均繊維長と長さ加重平均繊維長を持つ場合、基材に含まれるフィブリル化耐熱性繊維の含有率が少ない場合でも、フィブリル化耐熱性繊維間やフィブリル化耐熱性繊維とガラス繊維との間において、繊維による緻密なネットワーク構造が形成され、湿潤強度が高く、無機粒子層形成用塗工液の浸透性や液保持性を高めることができる基材が得られやすくなる。 When the fibrillated heat-resistant fibers have the above weight-weighted average fiber length and length-weighted average fiber length, even if the content of the fibrillated heat-resistant fibers in the base material is small, A base material in which a dense network structure is formed by the fibers between the fibrillated heat-resistant fiber and the glass fiber, and which has high wet strength and can improve the permeability and liquid retention of the coating liquid for forming the inorganic particle layer. becomes easier to obtain.
フィブリル化耐熱性繊維の平均繊維幅は、0.5μm以上40.0μm以下が好ましく、3.0μm以上35.0μm以下がより好ましく、5.0μm以上30.0μm以下がさらに好ましい。平均繊維幅が40.0μmを超えた場合、フィブリル化耐熱性繊維とガラス繊維の絡み合いが減少するため、湿潤引張強度が低下する場合があり、平均繊維幅が0.5μm未満の場合、基材からフィブリル化耐熱性繊維が脱落するようになり、交点が増え過ぎるために湿熱接着性バインダー繊維を増やさないと、湿潤引張強度が低下する場合がある。 The average fiber width of the fibrillated heat-resistant fibers is preferably 0.5 μm or more and 40.0 μm or less, more preferably 3.0 μm or more and 35.0 μm or less, and even more preferably 5.0 μm or more and 30.0 μm or less. When the average fiber width exceeds 40.0 μm, the entanglement between the fibrillated heat-resistant fiber and the glass fiber is reduced, which may reduce the wet tensile strength. The fibrillated heat-resistant fibers come to fall off from the fiber, and the number of intersections increases too much.
本発明において、フィブリル化耐熱性繊維の質量加重平均繊維長、長さ加重平均繊維長及び平均繊維幅は、KajaaniFiberLabV3.5(Metso Automation社製)を使用して、投影繊維長(Proj)モードにおいて測定した質量加重平均繊維長(L(w))、長さ加重平均繊維長(L(l))及び繊維幅である。 In the present invention, the mass-weighted average fiber length, length-weighted average fiber length and average fiber width of fibrillated heat-resistant fibers are measured in projected fiber length (Proj) mode using Kajaani FiberLab V3.5 (manufactured by Metso Automation). Measured mass weighted average fiber length (L(w)), length weighted average fiber length (L(l)) and fiber width.
フィブリル化耐熱性繊維は、繊維状、パルプ状等の耐熱性樹脂をリファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置、高速の回転刃によりせん断力を与える回転式ホモジナイザー、高速の回転する円筒の内刃と固定された外刃との間でせん断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、耐熱性樹脂の懸濁液に少なくとも20MPaの圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより、耐熱性樹脂にせん断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等を用いて処理することによって得ることができる。 Fibrillated heat-resistant fibers are made from heat-resistant resins such as fibrous and pulp-like fibers through refiners, beaters, mills, grinders, rotary homogenizers that apply shear force with high-speed rotating blades, and high-speed rotating cylindrical inner blades. A double-cylinder high-speed homogenizer that generates a shearing force between the fixed outer blades, an ultrasonic crusher that makes finer particles by impact with ultrasonic waves, and a pressure difference of at least 20 MPa to the heat-resistant resin suspension. It can be obtained by passing through a small-diameter orifice at high speed, colliding and rapidly decelerating, and processing with a high-pressure homogenizer or the like that applies shearing force and cutting force to the heat-resistant resin.
本発明において、基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維の含有率は2質量%以上10質量%以下であることが好ましく、3質量%以上8質量%以下であることがより好ましく、3.5質量%以上6質量%以下であることがさらに好ましく、3.5質量%以上5質量%以下であることが特に好ましい。フィブリル化耐熱性繊維の含有率が10質量%を超えた場合、耐火性が低下する場合がある。また、基材の厚みが薄くなり過ぎる場合があって、基材の空隙が減少するため、無機粒子層形成用塗工液の浸透性や液保持性が低下し、無機粒子の含有量が減少することになり、耐火性や断熱性が悪化する場合がある。一方、フィブリル化耐熱性繊維の含有率が2質量%未満である場合、フィブリル化耐熱性繊維間やフィブリル化耐熱性繊維とガラス繊維との緻密なネットワーク構造が形成されにくく、湿潤強度の向上効果が発現しにくくなる。 In the present invention, the content of fibrillated heat-resistant fibers is preferably 2% by mass or more and 10% by mass or less, and 3% by mass or more and 8% by mass or less, based on the total fiber components contained in the base material. is more preferable, more preferably 3.5% by mass or more and 6% by mass or less, and particularly preferably 3.5% by mass or more and 5% by mass or less. If the content of the fibrillated heat-resistant fiber exceeds 10% by mass, the fire resistance may deteriorate. In addition, the thickness of the base material may become too thin, and the voids in the base material may be reduced, so the permeability and liquid retention of the coating liquid for forming the inorganic particle layer are reduced, and the content of inorganic particles is reduced. As a result, fire resistance and heat insulation may deteriorate. On the other hand, when the content of the fibrillated heat-resistant fibers is less than 2% by mass, it is difficult to form a dense network structure between the fibrillated heat-resistant fibers or between the fibrillated heat-resistant fibers and the glass fibers, resulting in the effect of improving the wet strength. becomes less likely to occur.
本発明において、ガラス繊維、湿熱接着性バインダー繊維、フィブリル化耐熱性繊維に加えて、必要に応じて、性能を阻害しない範囲で、各種繊維を配合することができる。その結果、さらに空隙部を増やすことができ、無機粒子の保持性や熱暴走抑制耐火シートの強度を向上させることができる。このような繊維としては、レーヨン、キュプラ、リヨセル繊維等の再生繊維;アセテート、トリアセテート、プロミックス等の半合成繊維;ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリアクリル系、ビニロン系、ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル系、ベンゾエート系、ポリクラール、フェノール樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、これらの誘導体等の合成樹脂繊維;金属繊維、炭素繊維、アルミナ、シリカ、セラミックス、岩石繊維等の無機繊維を加えることができる。 In the present invention, in addition to the glass fiber, the wet heat adhesive binder fiber, and the fibrillated heat-resistant fiber, various fibers can be blended as necessary within a range that does not impair the performance. As a result, the voids can be further increased, and the retention of the inorganic particles and the strength of the thermal runaway suppressing refractory sheet can be improved. Such fibers include regenerated fibers such as rayon, cupra, and lyocell fibers; semi-synthetic fibers such as acetate, triacetate, and promix; polyolefin, polyamide, polyacrylic, vinylon, vinylidene, polyvinyl chloride, and polyester. Synthetic resin fibers such as base, benzoate, polyclar, phenolic resin, melamine resin, furan resin, urea resin, aniline resin, unsaturated polyester, fluorine resin, silicone resin, derivatives thereof; metal fiber, carbon fiber, alumina, silica , ceramics, rock fibers and other inorganic fibers can be added.
合成樹脂繊維は、単一の樹脂からなる繊維(単繊維)であっても良いし、2種以上の樹脂からなる複合繊維であっても良い。また、本発明の熱暴走抑制耐火シートに含まれる合成樹脂繊維は、1種でも良いし、2種以上を組み合わせて使用しても良い。複合繊維としては、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型が挙げられる。 The synthetic resin fiber may be a fiber (single fiber) made of a single resin, or a composite fiber made of two or more resins. Further, the synthetic resin fibers contained in the thermal runaway suppressing refractory sheet of the present invention may be of one type or may be used in combination of two or more types. Composite fibers include core-sheath type, eccentric type, side-by-side type, sea-island type, orange type, and multi-bimetal type.
本発明において、基材の厚みは、0.25mm以上であることが好ましく、0.40mm以上であることがより好ましく、0.60mm以上であることがさらに好ましい。また、2.00mm以下であることが好ましく、1.50mm以下であることがより好ましく、1.20mm以下であることがさらに好ましい。基材の厚みを上記の範囲とした場合において、本発明における基材では、抄紙工程や塗工工程で必要な引張強度を維持でき易くなるため、基材の抄紙性も含め、各工程での作業性を損なうことがない。基材の厚みが2.00mmを超えると、基材の剛度が強くなり過ぎるため、抄紙工程のリーラーで巻き取り難くなる場合がある。基材の厚みが0.25mm未満であると、基材の空隙が大きくなり、塗工し難くなる他、無機粒子を多く塗工する必要が出てくる場合がある。 In the present invention, the thickness of the substrate is preferably 0.25 mm or more, more preferably 0.40 mm or more, and even more preferably 0.60 mm or more. Also, it is preferably 2.00 mm or less, more preferably 1.50 mm or less, and even more preferably 1.20 mm or less. When the thickness of the substrate is within the above range, the substrate in the present invention can easily maintain the necessary tensile strength in the papermaking process and the coating process. Workability is not impaired. When the thickness of the base material exceeds 2.00 mm, the rigidity of the base material becomes too high, which may make it difficult to wind up with a reeler in the papermaking process. When the thickness of the substrate is less than 0.25 mm, voids in the substrate become large, making it difficult to coat, and it may be necessary to coat a large amount of inorganic particles.
本発明における基材の密度は、0.07g/cm3以上であることが好ましく、0.10g/cm3以上であることがより好ましい。また、0.30g/cm3以下であることが好ましく、0.20g/cm3以下であることがより好ましい。密度が0.07g/cm3未満である場合、基材の引張強度が弱くなり過ぎて、基材の取り扱い時や塗工時に破損するおそれがあり、0.30g/cm3を超えた場合、基材の剛度が高くなり過ぎて、抄紙のリーラーで巻き取り難くなる場合や無機粒子層の塗工量が低下する場合がある。 The density of the substrate in the invention is preferably 0.07 g/cm 3 or more, more preferably 0.10 g/cm 3 or more. Also, it is preferably 0.30 g/cm 3 or less, more preferably 0.20 g/cm 3 or less. If the density is less than 0.07 g/cm 3 , the tensile strength of the substrate becomes too weak, and the substrate may be damaged during handling or coating. The rigidity of the base material becomes too high, which may make it difficult to wind up with a papermaking reeler or may reduce the coating amount of the inorganic particle layer.
本発明における基材は、湿式抄紙法によって製造される湿式不織布であることが好ましい。湿式抄紙法は繊維を水に分散して均一な抄紙スラリーとし、この抄紙スラリーを抄紙機で抄きあげて湿式不織布を製造する。抄紙機としては、円網抄紙機、長網抄紙機、傾斜型抄紙機、傾斜短網抄紙機、これらの複合機が挙げられる。また、複数のヘッドボックスを有し、ワイヤー上で湿紙を重ね合わせる抄紙機にて製造することができる。抄紙スラリーには、繊維原料の他に、必要に応じて、分散剤、紙力増強剤、増粘剤、無機填料、有機填料、消泡剤などを適宜添加することができる。抄紙スラリーの固形分濃度は、0.001~0.5質量%程度であることが好ましい。この抄紙スラリーを、さらに所定濃度に希釈してから抄紙する。ついで、抄紙された湿紙ウェブは、プレスロールなどでニップされ、ついで、ヤンキードライヤーを使用し、湿熱接着性バインダー繊維を溶融させて、強度を発現させる。ヤンキードライヤーにて乾燥することにより、乾燥された表面は平滑となり、表面の凹凸が少ない面を形成できる。その他、補助乾燥として、熱風乾燥機、加熱ロール、赤外線ヒーターなどの加熱装置を併用しても問題ない。この時の乾燥温度としては、湿紙ウェブの水分が十分に除去でき、湿熱接着性バインダー繊維により強度を発現できる温度とすることが好ましい。 The substrate in the present invention is preferably a wet-laid nonwoven fabric produced by a wet-laid papermaking method. In the wet papermaking method, fibers are dispersed in water to form a uniform papermaking slurry, and the papermaking slurry is made by a paper machine to produce a wet nonwoven fabric. The paper machine includes a cylinder paper machine, a fourdrinier paper machine, an inclined paper machine, an inclined wire mesh paper machine, and a combination of these machines. It can also be manufactured on a paper machine that has multiple headboxes and stacks wet paper on a wire. In addition to the fiber raw material, the papermaking slurry may optionally contain a dispersant, a paper strength agent, a thickener, an inorganic filler, an organic filler, an antifoaming agent, and the like. The solid content concentration of the papermaking slurry is preferably about 0.001 to 0.5% by mass. This papermaking slurry is further diluted to a predetermined concentration before papermaking. The wet paper web thus made is nipped by a press roll or the like, and then a Yankee dryer is used to melt the wet heat adhesive binder fibers to develop strength. By drying with a Yankee dryer, the dried surface becomes smooth, and a surface with less unevenness can be formed. In addition, there is no problem even if a heating device such as a hot air dryer, a heating roll, or an infrared heater is used for auxiliary drying. The drying temperature at this time is preferably a temperature at which the moisture in the wet paper web can be sufficiently removed and the strength can be exhibited by the wet heat adhesive binder fibers.
本発明において、無機粒子層は、無機粒子と無機バインダーを含有している層である。この無機粒子層が、基材に含有される繊維の表面全体を被覆する被覆層と、基材表面の少なくとも片方の面を完全に覆った断熱層とを有する。すなわち、被覆層である無機粒子層と遮蔽層である無機粒子層とが存在する。これによって、シートの耐火性と断熱性の効果が得られる。 In the present invention, the inorganic particle layer is a layer containing inorganic particles and an inorganic binder. This inorganic particle layer has a coating layer that covers the entire surface of the fibers contained in the substrate, and a heat insulating layer that completely covers at least one surface of the substrate surface. That is, there are an inorganic particle layer that is a coating layer and an inorganic particle layer that is a shielding layer. This provides the effect of fire resistance and heat insulation of the sheet.
図1は、熱暴走抑制耐火シートに含有される繊維の表面を被覆する被覆層の表面観察画像であり、電子顕微鏡(SEM)観察写真である。基材に含有される繊維である、ガラス繊維及びフィブリル化耐熱性繊維と図1では確認できないが、湿熱接着性バインダー繊維の表面全体が、無機粒子(カオリン)及び無機バインダー(セピオライト)を含有している無機粒子層である被覆層によって被覆されている。繊維の表面全体が被覆層によって覆われることによって、シートの耐火性が発現する。 FIG. 1 is a surface observation image of a coating layer covering the surface of fibers contained in a thermal runaway suppression refractory sheet, and is an electron microscope (SEM) observation photograph. The entire surface of the wet heat adhesive binder fiber contains inorganic particles (kaolin) and an inorganic binder (sepiolite), although it cannot be confirmed in FIG. It is coated with a coating layer, which is an inorganic particle layer that is formed on the substrate. The fire resistance of the sheet is exhibited by covering the entire surface of the fiber with the coating layer.
図2は、熱暴走抑制耐火シート表面の少なくとも片方の面に存在する断熱層の表面観察画像であり、SEM観察写真である。基材表面の少なくとも片方の面が、無機粒子層である断熱層によって完全に覆われている。基材表面に断熱層を設けることによって、一方の面から熱が加わった場合の熱流を遮り、シートの急激な温度上昇を防ぐと共に、断熱性が向上する。 FIG. 2 is a surface observation image and an SEM observation photograph of a heat insulating layer present on at least one side of the surface of the thermal runaway suppression refractory sheet. At least one surface of the substrate surface is completely covered with a heat insulating layer that is an inorganic particle layer. By providing the heat-insulating layer on the surface of the base material, heat flow is blocked when heat is applied from one side, preventing a rapid temperature rise of the sheet and improving heat-insulating properties.
本発明において、無機粒子層が断熱層を有する場合、熱暴走抑制耐火シートのフラジール通気度は3cm3/sec/cm2以下となりやすく、一方の面から当てられた熱流を遮る断熱性が向上しやすい。熱暴走抑制耐火シートのフラジール通気度は2cm3/sec/cm2以下がより好ましく、1cm3/sec/cm2以下がさらに好ましい。熱暴走抑制耐火シートのフラジール通気度が3cm3/sec/cm2を超えた場合、表面が被覆されていない部分を通じて熱流が伝達し、断熱性が劣る場合がある。 In the present invention, when the inorganic particle layer has a heat insulating layer, the thermal runaway suppressing refractory sheet has a Frazier air permeability of 3 cm 3 /sec/cm 2 or less, and the heat insulating property of blocking the heat flow applied from one side is improved. Cheap. The Frazier air permeability of the thermal runaway-suppressing fireproof sheet is more preferably 2 cm 3 /sec/cm 2 or less, and even more preferably 1 cm 3 /sec/cm 2 or less. If the thermal runaway suppression fireproof sheet has a Frazier air permeability of more than 3 cm 3 /sec/cm 2 , the heat flow may be transmitted through the uncovered portion of the sheet, resulting in poor heat insulation.
無機粒子としては、不定形シリカ等の珪素酸化物、αアルミナ、γアルミナ等のアルミナ;ベーマイト等のアルミナ水和物;ダイアスポア、ギプサイト等のアルミニウム酸化物及びその水和物、アルミナ-シリカ複合酸化物、カオリン、焼成カオリン、タルク、天然雲母等の粘土鉱物、合成雲母、チタン酸バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、二水和石膏、及びアルミン酸化カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、二酸化チタン等の無機粒子が使用できる。 Examples of inorganic particles include silicon oxides such as amorphous silica; aluminas such as α-alumina and γ-alumina; alumina hydrates such as boehmite; aluminum oxides such as diaspore and gibbsite and their hydrates; kaolin, calcined kaolin, talc, clay minerals such as natural mica, synthetic mica, barium titanate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, gypsum dihydrate, and calcium aluminate oxide, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, Inorganic particles such as titanium dioxide can be used.
無機粒子の中でも、ベーマイト、カオリン、焼成カオリン、合成雲母、炭酸塩系の無機粒子は、火炎が当たった際に無機粒子が固化し、シートから無機粒子の脱落を防止できるので好ましい。さらに、ベーマイト、カオリン、焼成カオリン、合成雲母は高温化で保持した場合でも、耐火性と不燃性に優れ、シート強度を維持できるため、より好ましい。 Among the inorganic particles, boehmite, kaolin, calcined kaolin, synthetic mica, and carbonate-based inorganic particles are preferable because the inorganic particles are solidified when exposed to flame, and can prevent the inorganic particles from falling off from the sheet. Furthermore, boehmite, kaolin, calcined kaolin, and synthetic mica are more preferable because they are excellent in fire resistance and noncombustibility and can maintain sheet strength even when kept at high temperatures.
本発明において、無機粒子の粒子径は、0.08μm以上10.00μm以下であることが好ましく、0.30μm以上7.0μm以下であることがより好ましく、0.5μm以上5μm以下であることがさらに好ましい。粒子径が10.00μmを超えると、熱暴走抑制耐火シートの耐火性が悪化する場合や熱暴走抑制耐火シートを高温下に曝した際の断熱性が悪化する場合がある。一方、粒子径が0.08μm未満の場合、無機粒子を分散する際に増粘しやすく、分散し難くなり、基材に塗工した場合、無機粒子が基材から脱落しやすくなることや、脱落を防ぐためにバインダーを増量する必要がある。なお、本発明で言う粒子径とは、無機粒子のSEM写真から得られた無機粒子の面積から真円の直径を換算した値である。 In the present invention, the particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.08 μm or more and 10.00 μm or less, more preferably 0.30 μm or more and 7.0 μm or less, and 0.5 μm or more and 5 μm or less. More preferred. If the particle size exceeds 10.00 μm, the fire resistance of the thermal runaway-suppressing fireproof sheet may be deteriorated, and the heat insulating properties of the thermal runaway-suppressing fireproof sheet may be deteriorated when exposed to high temperatures. On the other hand, if the particle diameter is less than 0.08 μm, the inorganic particles tend to thicken when dispersed, making it difficult to disperse, and when applied to a substrate, the inorganic particles tend to fall off from the substrate, It is necessary to increase the amount of binder to prevent shedding. The particle size referred to in the present invention is a value obtained by converting the diameter of a perfect circle from the area of the inorganic particles obtained from the SEM photograph of the inorganic particles.
本発明において、無機粒子層は無機バインダーを含むことができる。無機バインダーとしては、例えば、セピオライト、コロイダルシリカ、水ガラス、アルミナゾル、ベントナイトなどが挙げられる。特に、ベントナイトは主成分であるモンモリロナイトの単位結晶は、厚みが約1nm、幅が100~1000nmのとても薄い板状結晶をしているため、無機粒子に対するバインダー能力が高く、基材表面に塗工した場合、モンモリロナイトの水に対する膨潤性と増粘性から断熱層を形成しやすいため、断熱層の無機バインダーとして好ましい。上記無機バインダーは、単独で使用しても良いし、2種以上組み合わせて使用しても良い。 In the present invention, the inorganic particle layer may contain an inorganic binder. Examples of inorganic binders include sepiolite, colloidal silica, water glass, alumina sol, and bentonite. In particular, the unit crystals of montmorillonite, which is the main component of bentonite, are very thin plate crystals with a thickness of about 1 nm and a width of 100 to 1000 nm. In this case, the montmorillonite is preferable as an inorganic binder for the heat insulating layer because the heat insulating layer is easily formed due to the water swelling property and thickening property of the montmorillonite. The above inorganic binders may be used alone or in combination of two or more.
本発明において、無機粒子層に含まれる無機バインダーの含有率は、無機粒子の総量に対して、2質量%以上100質量%以下であることが好ましく、5質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上30質量%以下であることがさらに好ましい。無機バインダーの量が2質量%未満の場合、無機粒子が基材から脱落しやすくなる場合がある。また、無機バインダーの量が100質量%を超えた場合、無機粒子の塗工性が悪化する場合がある。 In the present invention, the content of the inorganic binder contained in the inorganic particle layer is preferably 2% by mass or more and 100% by mass or less, and 5% by mass or more and 50% by mass or less, relative to the total amount of the inorganic particles. is more preferable, and more preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less. If the amount of the inorganic binder is less than 2% by mass, the inorganic particles may easily fall off from the substrate. Moreover, when the amount of the inorganic binder exceeds 100% by mass, the coatability of the inorganic particles may deteriorate.
無機粒子層形成用塗工液を調製するための媒体としては、無機バインダーや無機粒子を均一に溶解又は分散できるものであれば特に限定されない。例えば、トルエン等の芳香族炭化水素類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、メチルエチルケトン等のケトン類、イソプロピルアルコール等のアルコール類、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、水等を必要に応じて用いることができる。また、使用する媒体は、基材を膨張させない媒体又は基材を溶解しない媒体が好ましい。 The medium for preparing the coating liquid for forming the inorganic particle layer is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the inorganic binder and the inorganic particles. For example, aromatic hydrocarbons such as toluene, ethers such as tetrahydrofuran, ketones such as methyl ethyl ketone, alcohols such as isopropyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, Water or the like can be used as necessary. Moreover, the medium to be used is preferably a medium that does not expand the substrate or a medium that does not dissolve the substrate.
無機粒子層の含有率は、「無機粒子層の塗工量(g/m2)/基材坪量(g/m2)×100」で算出される値で、90質量%以上が好ましく、100質量%以上がより好ましく、130質量%以上がさらに好ましい。無機粒子層の含有率が90質量%以上であれば、熱暴走抑制耐火シートに火炎を当てた場合でも、シートの溶融や損傷がほとんどない。無機粒子層の含有率が高いほど、シートの厚みが増加し、耐火性は高くなる。 The content of the inorganic particle layer is a value calculated by "coating amount of the inorganic particle layer (g/m 2 )/substrate basis weight (g/m 2 ) × 100", and is preferably 90% by mass or more. 100% by mass or more is more preferable, and 130% by mass or more is even more preferable. If the content of the inorganic particle layer is 90% by mass or more, even when the thermal runaway suppressing refractory sheet is exposed to flame, the sheet is hardly melted or damaged. The higher the content of the inorganic particle layer, the thicker the sheet and the higher the fire resistance.
無機粒子層を形成するために、無機粒子を基材に塗工する装置としては、各種の塗工装置を用いることができる。例えば、サイズプレス、ゲートロールコーター、グラビアコーター、ダイコーター、リップコーター、ブレードコーター、カーテンコーター、エアーナイフコーター、ロッドコーター、キスタッチコーター、ディップコーター等の含浸、又は塗工装置による各種コーターを用いることができるが、これに限定されるものではない。 Various coating apparatuses can be used as an apparatus for coating the substrate with the inorganic particles to form the inorganic particle layer. For example, impregnation such as size press, gate roll coater, gravure coater, die coater, lip coater, blade coater, curtain coater, air knife coater, rod coater, kiss touch coater, dip coater, or various coaters by coating equipment are used. can be, but is not limited to.
本発明において、被覆層を形成する装置としては、サイズプレスを使用することが好ましく、断熱層を形成する装置としては、ロッドコーター又はエアーナイフコーターを使用することが好ましい。 In the present invention, a size press is preferably used as the apparatus for forming the coating layer, and a rod coater or air knife coater is preferably used as the apparatus for forming the heat insulating layer.
本発明において、無機粒子層には、前記無機粒子及び無機バインダーの他に、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム等の各種分散剤、塗工液の液安定性を増すため、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリエチレンオキサイド等の各種増粘剤、各種保水剤、各種の濡れ剤、防腐剤、消泡剤等の各種添加剤を、必要に応じて添加することもできる。一般に、媒体として有機溶剤を使用した非水系塗工液は表面張力が低く、媒体として水を用いた水系塗工液の表面張力は高い。本発明の基材は、塗工液の受理性が高いため、非水系塗工液も水系塗工液も、両方共に問題なく塗工することができるが、本発明において、媒体として水のみを用いた水系塗工液を使用することが好ましい。 In the present invention, the inorganic particle layer contains various dispersants such as polyacrylic acid and sodium carboxymethylcellulose, in addition to the inorganic particles and the inorganic binder, and hydroxyethylcellulose and sodium carboxymethylcellulose to increase the liquid stability of the coating liquid. , various thickeners such as polyethylene oxide, various water retention agents, various wetting agents, preservatives, antifoaming agents, and other additives may be added as necessary. In general, a non-aqueous coating liquid using an organic solvent as a medium has a low surface tension, and an aqueous coating liquid using water as a medium has a high surface tension. Since the base material of the present invention has high receptivity for coating liquids, both non-aqueous coating liquids and water-based coating liquids can be coated without problems. It is preferable to use the water-based coating liquid used.
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例において百分率(%)及び部は、断りのない限り全て質量基準である。また、塗工量は乾燥塗工量である。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. All percentages (%) and parts in the examples are based on mass unless otherwise specified. Moreover, the coating amount is the dry coating amount.
実施例1
<基材の作製>
ガラス繊維(商品名:ECS06I-33G、日本電気硝子株式会社製、繊維径10μm×繊維長6mm)を90部、シラノール変性PVA繊維(湿熱接着性バインダー繊維、商品名:SPG056-11、株式会社クラレ製、0.6デシテックス×3mm)を5部、全芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物を、高圧ホモジナイザーを用いて変法濾水度350mlまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維5部を、パルパーにより水中に分散し、濃度0.5%の均一な抄紙スラリーを調成し、円網抄紙機を用いて湿紙ウェブを得て、表面温度140℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量50g/m2の基材を作製した。
Example 1
<Preparation of base material>
90 parts of glass fiber (trade name: ECS06I-33G, manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., fiber diameter 10 μm x fiber length 6 mm), silanol-modified PVA fiber (wet heat adhesive binder fiber, trade name: SPG056-11, Kuraray Co., Ltd.) 0.6 decitex x 3 mm), 5 parts of fibrillated heat-resistant fiber obtained by fibrillating a wholly aromatic polyamide fiber pulp to a modified freeness of 350 ml using a high-pressure homogenizer, to prepare a uniform papermaking slurry with a concentration of 0.5%, obtain a wet paper web using a cylinder paper machine, dry it with a cylinder dryer at a surface temperature of 140 ° C., and have a basis weight of 50 g / A substrate of m 2 was made.
<無機粒子層(被覆層)形成用塗工液の調製>
カオリン(商品名:ASP(登録商標) NC X-1、BASF CORPORATION製)100部と、水溶性アクリル酸系分散剤(商品名:アロン(登録商標)T-50、東亞合成株式会社製)0.4部を水中に混合し十分撹拌し、カオリン分散液を調製した。ついで、セピオライト(商品名:ミルコン(登録商標)SP-2、昭和KDE株式会社製)20部と水溶性アクリル酸系分散剤(アロンT-50)1.0部を水中に混合し十分撹拌し、セピオライト分散液を調製した。ついで、カオリン分散液全量とセピオライト分散液全量を混合、撹拌し、水で濃度を調整して、固形分濃度40%の塗工液を調製した。
<Preparation of coating solution for forming inorganic particle layer (coating layer)>
Kaolin (trade name: ASP (registered trademark) NC X-1, manufactured by BASF CORPORATION) 100 parts, water-soluble acrylic dispersant (trade name: Aron (registered trademark) T-50, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 0 A kaolin dispersion was prepared by mixing .4 parts in water and stirring thoroughly. Next, 20 parts of sepiolite (trade name: Milcon (registered trademark) SP-2, manufactured by Showa KDE Co., Ltd.) and 1.0 part of a water-soluble acrylic dispersant (Aron T-50) were mixed in water and thoroughly stirred. , a sepiolite dispersion was prepared. Next, the total amount of the kaolin dispersion liquid and the total amount of the sepiolite dispersion liquid were mixed and stirred, and the concentration was adjusted with water to prepare a coating liquid having a solid concentration of 40%.
<無機粒子層(断熱層)形成用塗工液1の調製>
カオリン(商品名:ASP(登録商標) NC X-1、BASF CORPORATION製)100部と、水溶性アクリル酸系分散剤(商品名:アロン(登録商標)T-50、東亞合成株式会社製)0.4部を水中に混合し十分撹拌し、カオリン分散液を調製した。ついで、セピオライト(商品名:ミルコン(登録商標)SP-2、昭和KDE株式会社製)20部と水溶性アクリル酸系分散剤(アロンT-50)1.0部を水中に混合し十分撹拌し、セピオライト分散液を調製した。ついで、カオリン分散液全量とセピオライト分散液全量を混合し、保水剤(商品名:SNシックナー926、サンノプコ製)0.08部を添加し、撹拌し、水で濃度を調整して、固形分濃度40%の塗工液を調製した。
<Preparation of Inorganic Particle Layer (Heat Insulating Layer) Forming Coating Liquid 1>
Kaolin (trade name: ASP (registered trademark) NC X-1, manufactured by BASF CORPORATION) 100 parts, water-soluble acrylic dispersant (trade name: Aron (registered trademark) T-50, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 0 A kaolin dispersion was prepared by mixing .4 parts in water and stirring thoroughly. Next, 20 parts of sepiolite (trade name: Milcon (registered trademark) SP-2, manufactured by Showa KDE Co., Ltd.) and 1.0 part of a water-soluble acrylic dispersant (Aron T-50) were mixed in water and thoroughly stirred. , a sepiolite dispersion was prepared. Next, the total amount of the kaolin dispersion and the total amount of the sepiolite dispersion are mixed, 0.08 part of a water retention agent (trade name: SN Thickener 926, manufactured by San Nopco) is added, stirred, and the concentration is adjusted with water to obtain a solid content concentration of A 40% coating solution was prepared.
<熱暴走抑制耐火シートの作製>
上記の基材に、被覆層形成用塗工液をサイズプレスにて1回含浸塗工し、乾燥し、絶乾塗工量50g/m2の被覆層を形成した後、断熱層形成用塗工液1をロッドコーターにて表裏それぞれ1回ずつ表面塗工し、乾燥し、絶乾塗工量92g/m2(46g/m2+46g/m2)の断熱層を形成し、総坪量192g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
<Preparation of thermal runaway suppression fireproof sheet>
The above substrate is impregnated once with the coating liquid for forming the coating layer by a size press, dried, and after forming a coating layer with an absolute dry coating amount of 50 g / m 2 , the coating for forming the heat insulating layer The working solution 1 was applied to the front and back surfaces once each with a rod coater and dried to form a heat insulating layer with an absolute dry coating amount of 92 g/m 2 (46 g/m 2 +46 g/m 2 ). A refractory sheet for suppressing thermal runaway of 192 g/m 2 was produced.
実施例2
<無機粒子層(断熱層)形成用塗工液2の調製>
カオリン(商品名:ASP(登録商標) NC X-1、BASF CORPORATION製)100部と、水溶性アクリル酸系分散剤(商品名:アロン(登録商標)T-50、東亞合成株式会社製)0.4部を水中に混合し十分撹拌し、カオリン分散液を調製した。ついで、ベントナイト(商品名:クニピア(登録商標)-G、クニミネ工業株式会社製)20部と水溶性アクリル酸系分散剤(アロンT-50)1.0部を水中に混合し十分撹拌し、ベントナイト分散液を調製した。ついで、カオリン分散液全量とベントナイト分散液全量を混合し、撹拌し、水で濃度を調整して、固形分濃度24%の塗工液を調製した。
Example 2
<Preparation of Coating Solution 2 for Forming Inorganic Particle Layer (Heat Insulation Layer)>
Kaolin (trade name: ASP (registered trademark) NC X-1, manufactured by BASF CORPORATION) 100 parts, water-soluble acrylic dispersant (trade name: Aron (registered trademark) T-50, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) 0 A kaolin dispersion was prepared by mixing .4 parts in water and stirring thoroughly. Next, 20 parts of bentonite (trade name: Kunipia (registered trademark)-G, manufactured by Kunimine Industries Co., Ltd.) and 1.0 part of a water-soluble acrylic dispersant (Aron T-50) are mixed in water and sufficiently stirred. A bentonite dispersion was prepared. Next, the total amount of the kaolin dispersion and the total amount of the bentonite dispersion were mixed, stirred, and the concentration was adjusted with water to prepare a coating liquid having a solid concentration of 24%.
<熱暴走抑制耐火シートの作製>
実施例1で作製した基材に、被覆層形成用塗工液をサイズプレスにて1回含浸塗工し、乾燥し、絶乾塗工量50g/m2の被覆層を形成した後、断熱層形成用塗工液2をロッドコーターにて表裏それぞれ1回ずつ表面塗工し、乾燥し、絶乾塗工量95g/m2(47.5g/m2+47.5g/m2)の断熱層を形成し、総坪量195g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
<Preparation of thermal runaway suppression fireproof sheet>
The base material prepared in Example 1 was impregnated once with the coating liquid for forming the coating layer by a size press, dried, and after forming a coating layer with an absolute dry coating amount of 50 g / m 2 , heat insulation. The layer-forming coating solution 2 was applied once on each of the front and back surfaces with a rod coater, dried, and heat-insulated with an absolutely dry coating amount of 95 g/m 2 (47.5 g/m 2 +47.5 g/m 2 ). Layers were formed to produce a thermal runaway suppressing fireproof sheet having a total basis weight of 195 g/m 2 .
実施例3
実施例1の<基材の作製>において、坪量を変更した以外は同様の方法で、坪量100g/m2の基材を作製した。この基材に、被覆層形成用塗工液をサイズプレスにて1回含浸塗工し、乾燥し、絶乾塗工量100g/m2の被覆層を形成した後、断熱層形成用塗工液2をロッドコーターにて表裏それぞれ1回ずつ表面塗工し、乾燥し、絶乾塗工量70g/m2(35g/m2+35g/m2)の断熱層を形成し、総坪量270g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
Example 3
A substrate having a basis weight of 100 g/m 2 was produced in the same manner as in <Preparation of base material> in Example 1, except that the basis weight was changed. The substrate is impregnated with the coating liquid for forming the coating layer once by a size press, dried to form a coating layer with an absolute dry coating amount of 100 g/m 2 , and then coated for forming the heat insulating layer. Liquid 2 was coated once on each of the front and back surfaces with a rod coater and dried to form a heat insulating layer with an absolutely dry coating amount of 70 g/m 2 (35 g/m 2 +35 g/m 2 ), with a total basis weight of 270 g. /m 2 of thermal runaway suppression fireproof sheet was produced.
実施例4
実施例3で作製した基材に、被覆層形成用塗工液をサイズプレスにて1回含浸塗工し、乾燥し、絶乾塗工量100g/m2の被覆層を形成した後、断熱層形成用塗工液2をロッドコーターにて表面に1回塗工し、乾燥し、絶乾塗工量35g/m2の断熱層を形成し、総坪量235g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
Example 4
The substrate prepared in Example 3 was impregnated once with the coating liquid for forming the coating layer by a size press, dried, and after forming a coating layer with an absolute dry coating amount of 100 g / m 2 , heat insulation. Layer-forming coating liquid 2 is applied once on the surface with a rod coater and dried to form a heat insulating layer with an absolute dry coating amount of 35 g/m 2 and a total basis weight of 235 g/m 2 for suppressing thermal runaway. A fireproof sheet was produced.
比較例1
実施例1で作製した基材に、被覆層形成用塗工液をサイズプレスにて1回含浸塗工し、乾燥し、絶乾塗工量51g/m2の被覆層を形成し、総坪量101g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
Comparative example 1
The substrate prepared in Example 1 was impregnated once with the coating liquid for forming the coating layer by a size press, dried, and a coating layer having an absolute dry coating amount of 51 g / m 2 was formed. A thermal runaway suppressing refractory sheet with an amount of 101 g/m 2 was produced.
比較例2
実施例1で作製した基材に、被覆層形成用塗工液をサイズプレスにて含浸塗工を2回行い、絶乾塗工量140g/m2の被覆層を形成し、総坪量190g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
Comparative example 2
The base material prepared in Example 1 was impregnated twice with the coating liquid for forming the coating layer using a size press to form a coating layer with an absolute dry coating amount of 140 g/m 2 and a total basis weight of 190 g. /m 2 of thermal runaway suppression fireproof sheet was produced.
比較例3
実施例3で作製した基材に、断熱層形成用塗工液2をロッドコーターにて表裏それぞれ1回ずつ表面塗工し、絶乾塗工量74g/m2(37g/m2+37g/m2)の断熱層を形成し、総坪量174g/m2の熱暴走抑制耐火シートを作製した。
Comparative example 3
The base material prepared in Example 3 was coated with the heat-insulating layer-forming coating liquid 2 once on each of the front and back sides using a rod coater, and the absolute dry coating amount was 74 g/m 2 (37 g/m 2 +37 g/m 2 ). 2 ) was formed to prepare a thermal runaway suppressing refractory sheet having a total basis weight of 174 g/m 2 .
実施例及び比較例の熱暴走抑制耐火シート用基材及び熱暴走抑制耐火シートについて、下記物性の測定と評価を行い、結果を表1に示した。 The following physical properties were measured and evaluated for the thermal runaway-suppressing refractory sheet substrates and the thermal runaway-suppressing refractory sheets of Examples and Comparative Examples, and the results are shown in Table 1.
<基材の坪量及び無機粒子層の塗工量>
JIS P8124:2011に準拠して、基材の坪量及び無機粒子層の塗工量を測定した。被覆層塗工量は、被覆層形成後の坪量から基材の坪量を差し引いて算出した。また、断熱層塗工量は、総坪量から被覆層形成後の坪量又は基材の坪量を差し引いて算出した。
<Base Weight of Base Material and Coating Amount of Inorganic Particle Layer>
Based on JIS P8124:2011, the basis weight of the substrate and the coating amount of the inorganic particle layer were measured. The coating amount of the coating layer was calculated by subtracting the basis weight of the substrate from the basis weight after forming the coating layer. Moreover, the coating weight of the heat-insulating layer was calculated by subtracting the basis weight after forming the coating layer or the basis weight of the substrate from the total basis weight.
<耐火性>
熱暴走抑制耐火シートの耐火性の評価としては、各シートから幅方向100mm×流れ方向100mmサイズの試験片を3枚切り出し、各試験片の中央部にバーナー(商品名:ラボバーナーAPTL、株式会社フェニックスデント製)の火炎を5分間当てた。その後、火炎を当てた側の耐火シートの表面を目視にて観察し、次の評価基準で評価した。バーナーの火炎温度は、1170℃であった。
<Fire resistance>
To evaluate the fire resistance of the refractory sheet for suppressing thermal runaway, 3 test pieces of 100 mm in the width direction × 100 mm in the flow direction were cut out from each sheet, and a burner (trade name: Lab Burner APTL, Co., Ltd.) was placed in the center of each test piece. (manufactured by Phoenix Dent) was applied for 5 minutes. After that, the surface of the fireproof sheet on the side exposed to the flame was visually observed and evaluated according to the following evaluation criteria. The burner flame temperature was 1170°C.
○:耐火シートに穴や亀裂や溶融がない。
△:火炎を当てた耐火シートの表面に亀裂や凹みがわずかに見られる。
×:耐火シートに穴や亀裂がある。
◯: There are no holes, cracks, or melting in the fireproof sheet.
Δ: Slight cracks and dents are observed on the surface of the refractory sheet exposed to flame.
x: There are holes and cracks in the fireproof sheet.
<断熱性>
熱暴走抑制耐火シートの断熱性の評価としては、耐火性の試験時に、各試験片の火炎を当て始めてから5分後における反対面の表面温度を、K熱電対を使用して測定した。
<Heat insulation>
To evaluate the heat insulating property of the thermal runaway suppressing refractory sheet, the surface temperature of the opposite side of each test piece was measured using a K thermocouple 5 minutes after the start of flame exposure during the refractory test.
表1に示した通り、実施例1~4で作製した熱暴走抑制耐火シートは、基材と無機粒子層とを含有し、該基材がガラス繊維と湿熱接着性バインダー繊維とフィブリル化耐熱性繊維を含有し、該無機粒子層が無機粒子と無機バインダーを含有し、且つ、該無機粒子層が、該基材に含有される繊維の表面を被覆する被覆層と、基材表面の少なくとも片方の面に存在する断熱層とを有している。そのため、実施例1~4で作製した熱暴走抑制耐火シートは、耐火性と断熱性に優れていた。 As shown in Table 1, the thermal runaway suppression refractory sheets produced in Examples 1 to 4 contain a substrate and an inorganic particle layer, and the substrate comprises glass fibers, wet heat adhesive binder fibers, and fibrillated heat resistant A coating layer containing fibers, the inorganic particle layer containing inorganic particles and an inorganic binder, and the inorganic particle layer covering the surface of the fibers contained in the substrate, and at least one of the surfaces of the substrate and a heat insulating layer present on the surface of the Therefore, the thermal runaway suppressing fireproof sheets produced in Examples 1 to 4 were excellent in fire resistance and heat insulation.
実施例1と実施例2を比較すると、断熱層の無機バインダーがセピオライトである実施例1の熱暴走抑制耐火シートより、ベントナイトである実施例2の熱暴走抑制耐火シートの方が、断熱性に優れていた。 Comparing Example 1 and Example 2, the thermal runaway suppressing refractory sheet of Example 2, in which the inorganic binder of the heat insulating layer is sepiolite, has better heat insulation than the thermal runaway suppressing refractory sheet in Example 1, in which bentonite is used. was excellent.
実施例3と実施例4を比較すると、シートの片面のみに断熱層を有する実施例4の熱暴走抑制耐火シートより、シートの表裏両面に断熱層を有する実施例3の熱暴走抑制耐火シートの方が断熱性に優れていた。 Comparing Example 3 and Example 4, the thermal runaway suppressing fireproof sheet of Example 3 having a heat insulating layer on both the front and back sides of the sheet is superior to the thermal runaway suppressing fireproof sheet of Example 4 having a heat insulating layer on only one side of the sheet. had better thermal insulation.
比較例1及び2の熱暴走抑制耐火シートは、無機粒子層として、被覆層のみを有し、断熱層を有さない場合であるが、耐火性に優れるものの、断熱層が無いため、断熱性が不十分であった。 The thermal runaway suppressing refractory sheets of Comparative Examples 1 and 2 have only the coating layer as the inorganic particle layer and do not have the heat insulating layer. was insufficient.
比較例3の熱暴走抑制耐火シートは、無機粒子層として、断熱層のみを有し、被覆層を有さない場合であるが、耐火性が不十分であった。 The thermal runaway suppressing fireproof sheet of Comparative Example 3 had only the heat insulating layer as the inorganic particle layer and did not have the coating layer, but the fire resistance was insufficient.
本発明の熱暴走抑制耐火シートは、複数のリチウムイオン素電池を搭載した電池パック等に好適に使用できる。 The thermal runaway suppressing fireproof sheet of the present invention can be suitably used for a battery pack or the like in which a plurality of lithium ion cells are mounted.
Claims (2)
該基材がガラス繊維と湿熱接着性バインダー繊維とフィブリル化耐熱性繊維を含有し、該無機粒子層が無機粒子と無機バインダーを含有し、且つ、該無機粒子層が、該基材に含有される繊維の表面を被覆する被覆層と、基材表面の少なくとも片方の面に存在する断熱層とを有することを特徴とする熱暴走抑制耐火シート。 containing a substrate and an inorganic particle layer,
The base material contains glass fibers, wet heat adhesive binder fibers and fibrillated heat resistant fibers, the inorganic particle layer contains inorganic particles and an inorganic binder, and the inorganic particle layer is contained in the base material. A thermal runaway suppressing refractory sheet characterized by having a coating layer that covers the surface of a fiber that covers the surface of the base material and a heat insulating layer that is present on at least one surface of the base material surface.
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