JPH0667789B2 - 微孔性熱絶縁体の製法 - Google Patents

微孔性熱絶縁体の製法

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JPH0667789B2
JPH0667789B2 JP61501726A JP50172686A JPH0667789B2 JP H0667789 B2 JPH0667789 B2 JP H0667789B2 JP 61501726 A JP61501726 A JP 61501726A JP 50172686 A JP50172686 A JP 50172686A JP H0667789 B2 JPH0667789 B2 JP H0667789B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微粉砕絶縁材料から、必要に応じて強化ファ
イバおよび/または乳白剤を加えて微孔性熱絶縁体を製
造する方法に関する。
微粉砕絶縁材料はシリカエアロゲルがよい。さもなけれ
ば、微粉砕絶縁材料はパイロゲニックシリカ(しばしば
ヒュームシリカと呼ばれているもの)または他の適当な
微粉砕材料でもよい。
微粉砕絶縁材料から作られた熱絶縁体は比較的強度不足
が目立ち、これまで一般には、ヨーロッパ特許公開第00
27264号に提案されているような、たとえばガラスファ
イバまたは石英ファイバの保護外皮にそのような熱絶縁
体を包み込んで、微粉砕絶縁材料の粒子を共に固める低
融点結合剤を使用することが必要であった。しかし、粒
子間の機械的結合剤をまぜ合わせることは熱絶縁体の伝
熱性を許容できないレベルにまで引き上げてしまうので
ある。
たとえば米国特許第4,529,532号明細書には水溶液中に
て塩基反応を示す窒素含有物質を絶縁材料に添加するこ
とが提案されている。適当な物質の例としてはアンモニ
アガス、アンモニア水溶液、炭酸アンモニウム水溶液、
尿素水溶液または水溶性アミン水溶液がある。しかし、
アンモニアガスは実際上強度の著しい改善を示すことは
なく、商業規模で絶縁材料を作る時にはアンモニアガス
の取り扱いが難しいことがわかった。さらに、水溶液は
絶縁材料を均一に分散させることが難しく、微粉砕絶縁
材料の等級を下げてしまうのである。
したがって、本発明の目的は、伝熱性を許容不可のレベ
ルまで引き上げることなく、また別の点では絶縁材料の
等級を下げることなく、強度の増した微孔性熱絶縁体の
製法を提供するにある。
本発明によれば、微粉砕微孔性絶縁材料と粒子の形の固
状アンモニア発生化合物とをそのアンモニア発生化合物
が絶縁材料全体に均一に分散されるように混合し、この
混合体を圧縮して熱絶縁体を形成することからなる微孔
性熱絶縁体の製法が提供される。
微粉砕絶縁材料はたとえばシリカエアロゲルまたはパイ
ロゲニックシリカがよい。
用語「アンモニア発生化合物」はここでは分解時にアン
モニアを放出する化合物を意味するものとする。固状ア
ンモニア発生化合物の例としては炭酸アンモニウム、酢
酸アンモニウムおよび尿素がある。特定のアンモニア発
生化合物が分解する時に熱絶縁体に有害な影響を与える
他の化合物を付加的に発生しないことを確かめるのにい
ささかの注意が必要であるが、これは何ら発明力を要し
ない純粋な実験によってそれぞれの場合で判断すること
ができる。アンモニア発生化合物の中には自然に分解す
るものがあるが、他は処理を順に踏まえてアンモニア発
生化合物を分解させることが必要である。たとえば、圧
縮熱絶縁体に加熱処理を受けさせることが必要となろ
う。更に、この加熱処理のとき蒸気を使用することが必
要となるかもしれない。
商業上の分量で使用される時の炭酸アンモニウムは固ま
る傾向にあるが、重量で実質的に1/3の炭酸アンモニウ
ムと、重量で実質的に2/3の炭酸水素アンモニウムと、
好適には比較的小比率(約1重量パーセント)の酸化マ
グネシウムとの混合物は自由な流動性を残している。炭
酸水素アンモニウムは外界温度では炭酸アンモニウムよ
りも低い蒸気圧を有していてそれほど効力がないので単
独で使われることはない。
その混合物にはまた、二酸化チタン(ルチルまたはアナ
タース型)、チタン鉄鉱、二酸化ジルコニウム、二酸化
クロム、酸化鉄、二酸化マンガンのような赤外線乳白
(不透過)剤、炭化ケイ素のような炭化物、黒色酸化第
一鉄第二鉄、またはカーボンブラックを含有させてもよ
い。更に、混合物にはたとえばアルミノケイ酸塩ファイ
バまたはアルミナファイバとすることができる強化ファ
イバを含有させてもよい。
混合物の組成は熱絶縁体の個々の適用に応じてかなり変
わることがあるが、一般にはアンモニア発生化合物の比
率は混合物の少なくとも0.05重量パーセントであり高く
ても10重量パーセント程度である。意外にも、絶縁材料
はアンモニア発生化合物を広範囲で許容することがわか
った。すなわち、小量の化合物は絶縁体の強度に関して
著しい効果を示す一方、大量に含まれていても何ら有害
な影響は現れないのである。
混合物は広い範囲の密度に圧縮されるが、160Kgm-3から
640Kgm-3までの範囲の密度が適当であることがわかっ
た。
アンモニア発生化合物の分解は、炭酸アンモニウムまた
は酢酸アンモニウムのような準安定化合物を使用してい
る時外界の条件で自然に発生するが、尿素のようなより
安定な化合物はオートクレーブ中で分解させることがで
きる。エージングさせるとすれば、炭酸アンモニウム含
有絶縁体は少なくとも21日の期間までは強度が漸増する
ことがわかった。オートクレーブを使うことにより強度
を加速させることができ、熱絶縁体の強度は少なくとも
138kPaまで圧力を上昇させるにつれて漸増されることが
わかった。
固状アンモニア発生化合物の使用は、固体が混合物全体
に敏速に分配されかつアンモニアの制御放出を可能にさ
せているためである。ガス状アンモニアは強度の何ら意
味のある改善は示さず、一方、液状アンモニアは均一に
分散させることが難しい。
熱絶縁体は或る時間の間、更なる処理を受けて高温まで
昇温させられる。125℃で24時間の熱処理が強度の更に
意味のある増加をみることがわかった。ただし、それ以
外の温度および/または時間ではなぜ満足的な結果が得
られないかの理由はわからない。
アンモニア発生化合物は実質上完全に分解し、化学反応
が発生して微粉砕材料の個々の粒子間の結合はより強く
なっていると思う。絶縁体の伝熱性は強さが増すにつれ
て上昇するが、ただこれは予想されるとおり、より強い
結合を介しての伝熱性が高くなるための結果である。し
かし、全体的伝熱性の他の要素(輻射、環流)は変わら
ない。
微粉砕絶縁材料から作られた周知熱絶縁体は製造時に、
スプリングバックとして知られている特性に悩まされ
る。すなわち、絶縁材料から圧縮力を取り去った後、或
る程度の膨張が発生するのである。膨張は最初は急速に
発生するが、一般には24時間以内に安定する。スプリン
グバックが高ければ高公差の絶縁体の製造を困難にし、
クラックもまた発生することがある。しかし、自然に分
解するアンモニア発生化合物はスプリングバック効果を
かなり減らすことがわかった。
本発明は以下の例によって説明される。
例1(比較例) 絶縁材料は、Degussa AGにて製造、Aerosil 300なる商
標名にて販売されているパイロゲニックシリカ1890グラ
ムと、平均粒子寸法約10μm以下の微粉砕ルチル960グ
ラムと、The Carborundum Company Limitedにて製造、F
ibrefraxなる商標名にて販売されているアルミノケイ酸
塩ファイバ150グラムとの混合物を約6000rpmで回転する
翼式ミキサにて30分間混合することにより調製した。絶
縁材料は次いで、直径110mm、厚さ25mmの円板の形に圧
縮した。各円板の材料の重量は80グラム、密度は336kgm
-3である。
円板は次いで各種処理を受けた後、円板の引張り強さを
測定した。その結果を第1表に要約して示す。
絶縁材料の本体の引張り強さは、Material Research an
d Standards,1963年4月,283〜289ページに記載の処置
法によって決めた。
例2 絶縁材料は例1の絶縁材料と同じ方法で調製した。ただ
し、成分を混合する前に、1重量パーセントの炭酸アン
モニウムを混合物に添加した。前述のように混合物を圧
縮して円板を作り、その円板の引張り強度をいくらか異
なった期間後に測定した。その結果を第2表に示す。
例3 円板は例2の方法によって作ったが、混合物に添加する
炭酸アンモニウムの重量パーセントを変えてみた。円板
の引張り強さは圧縮してから7日後に測定し、その結果
は第3表に示す。
例4 円板は例2と同じ方法で作ったが、炭酸アンモニウムの
代わりに、重量の実質的に1/3の炭酸アンモニウムと重
量の実質的に2/3の炭酸水素アンモニウムと小比率の塩
化マグネシウムとの混合物を絶縁材料に添加した。商業
的な分量にて使用する時の炭酸アンモニウムは固まりや
すいので、できたかたまりはその材料を使用する前に砕
かねばならないのに対し、炭酸/炭酸水素アンモニウム
の混合物は自由流動性を維持する。5重量パーセントの
炭酸/炭酸水素ナトリウム混合物を添加することによっ
て、円板の強さは89.6kNm-2になり、10重量パーセント
の炭酸/炭酸水素ナトリウム混合物の添加では円板の強
さは95.9kNm-2になることがわかった。
例5 円板は例2の方法によって作ったが、炭酸アンモニウム
の代わりに1重量パーセントの尿素 を混合物に添加した。円板は前述のように混合物を圧縮
して作り、オートクレーブ中にて異なった圧力で時間を
変えて飽和蒸気による蒸気処理をした。次いで円板の引
張り強さが求められ、その結果を第4表に示す。
例6 多くの円板を例5の方法によって作ったが、オートクレ
ーブでの処理に続いて、125℃で24時間の熱処理を行っ
た。その結果を第5表に示す。
例7(比較例) この例は、オートクレーブによりアンモニアを発生させ
て例1に従って作った円板をアンモニアガスにさらす影
響を示すために行ったものである。円板はオートクレー
ブ中にて103kPaの標準蒸気および尿素15グラムによって
1時間処理された。円板はその結果、93.8kNm-2の引張
り強さを有することがわかった。
例8 多くの円板を例3の方法によって作り、円板を測定厚さ
21.5mmまで圧縮した。円板は2分間の間圧縮状態を維持
し、次いで圧力を解放した。円板が平衡状態の厚さに達
した時の円板の厚さの百分率増加としてスプリングバッ
クを計算した。この結果を第6表に示す。
この例は、微粉砕絶縁材料の本体にアンモニア発生化合
物を組込み、その後アンモニアを取り去ることで、同様
の周知絶縁材料を越えた強さを有する絶縁材料が作られ
ることを示していると思われる。自然に分解するアンモ
ニア発生化合物は更にスプリングバックの少ない絶縁材
料を作る。その後の更なる熱処理で絶縁材料の強さが強
められる。
水の存在が熱伝導性に及ぼす影響を明確にするため、本
発明による方法及び前記米国特許第4,529,532号に開示
された方法に従って調製した円板サンプルにより比較テ
ストを行った。
比較テスト パイロゲニックシリカ(Degussa Aeroasil A300;BET比
表面積300m2/g)63重量%、乾燥粉砕したルチル30重量
%及びモルガナイト(Kaowool;ケイ酸アルミニウムセ
ラミック繊維)7重量%でなる乾燥混合物を調製した。
得られた混合物を各種の処理を行った後、プレス成形し
て直径100mm、厚さ20mm及び密度300g/lの円板サンプル
を作成し、これら円板サンプルについて物理的特性(ス
プリングバック、引張り強さ及び熱伝導性)及び引張り
強さの経時変化を測定した。なお、サンプルA)は対照
サンプルであり、B)及びC)は本発明によるもの、
D)〜F)は米国特許第4,529,523号の方法によるもの
である。
サンプル A)乾燥混合物のみ(添加剤を含まない) B)乾燥混合物に乾燥状態の尿素1.25重量%を配合した
もの C)乾燥混合物に乾燥状態の炭酸アンモニウム1.25重量
%を配合したもの D)乾燥混合物に25%アンモニア水溶液5重量%を噴霧
し、乾燥したもの E)乾燥混合物に25%尿素水溶液5重量%を噴霧し、乾
燥したもの F)乾燥混合物に25%炭酸アンモニウム水溶液5重量%
を噴霧し、乾燥したもの 結果 以上の結果から、本発明により水の不存在下で特に炭酸
アンモニウムを配合したものでは、実質的に熱伝導性を
上昇させることなく引張り強さを改善できるが、水溶液
の形で噴霧し、その後乾燥させる米国特許第4,529,523
号によるものでは、引張り強さが改善されたとしても熱
伝導性が上昇している。
本発明の製法によれば、微孔性の熱絶縁材料にアンモニ
ア発生化合物を混合するに当たり水が存在していないた
め、水が微孔性の絶縁材料に対して作用して、その微細
な孔を破壊して、微孔性熱絶縁材料の伝熱性レベルを上
昇させることを防止するため、熱絶縁性が損なわれるこ
となく熱絶縁体の引張り強さを改善できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤクソン ゼームス デービツド ジヨ セフ 英国ウ−スタ−シヤイア キツダーミンス ター ゼームスロード 53 (56)参考文献 特開 昭59−169924(JP,A) 特開 昭59−156986(JP,A)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微粉砕した微孔性絶縁材料をアンモニアの
    存在下で圧縮成形して熱絶縁体を製造する方法におい
    て、前記微粉砕した微孔性絶縁材料と粒子状の固状アン
    モニア発生化合物とを水の不存在下で均一に混合し、得
    られた混合物を圧縮成形することを特徴とする、微孔性
    熱絶縁体の製法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の製法におい
    て、アンモニア発生化合物の比率が混合体の0.05ないし
    10重量パーセントである、微孔性熱絶縁体の製法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項記載の製
    法において、熱絶縁体を125℃で24時間熱処理をするス
    テップを更に包含する、微孔性熱絶縁体の製法。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1〜3項のいずれか1項
    記載の製法において、粒子状の固状アンモニア発生化合
    物が炭酸アンモニウム又は酢酸アンモニウムである、微
    孔性熱絶縁体の製法。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1〜3項のいずれか1項
    記載の製法において、粒子状の固状アンモニア発生化合
    物が実質的に1/3の重量の炭酸アンモニウムと実質的
    に2/3の重量の炭酸水素アンモニウムとの混合物であ
    る、微孔性熱絶縁体の製法。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第5項記載の製法におい
    て、炭酸アンモニウムと炭酸水素アンモニウムとの混合
    物が比較的小比率の酸化マグネシウムを含有している、
    微孔性熱絶縁体の製法。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第1〜3項のいずれか1項
    記載の製法において、粒子状の固状アンモニア発生化合
    物が尿素である、微孔性熱絶縁体の製法。
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第7項記載の製法におい
    て、熱絶縁体をオートクレーブ中の飽和蒸気内で加熱し
    て尿素を分解するステップを更に包含する、微孔性熱絶
    縁体の製法。
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