JPH0742139B2 - 無機繊維組成物 - Google Patents

無機繊維組成物

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JPH0742139B2
JPH0742139B2 JP62501460A JP50146087A JPH0742139B2 JP H0742139 B2 JPH0742139 B2 JP H0742139B2 JP 62501460 A JP62501460 A JP 62501460A JP 50146087 A JP50146087 A JP 50146087A JP H0742139 B2 JPH0742139 B2 JP H0742139B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本出願は、1986年２月20日に出願された同時係属中の出
願通し番号第831,217号の一部継続出願である。
発明の分野 本発明は酸化物の溶融物から作られた無機繊維組成物に
関する。一層詳しくは、本発明はシリカ、酸化カルシウ
ム、マグネシア及び任意成分のアルミナから作られた無
機繊維組成物に関する。
発明の背景 多年にわたって、スラグ、岩石フライアッシュ、及びそ
の他の副生物原料から作られた、当該産業において総称
的に“鉱質綿繊維（mineral wool fibers）”と呼ばれ
ている無機繊維が製造されてきている。これらの繊維は
ほとんどいつもある程度のアルミナ含量をもっており、
そして典型的には、アルミナ及びその他のシリカのよう
な酸化物を含有するスラグ、岩石等を融解し、その溶融
物質をガス又は水蒸気によって吹き飛ばすか又は高速で
回転体に衝突させ、そしてその生成ブローン繊維又はス
パン繊維を収集用表面に蓄積させることによって製造さ
れてきている。その後にこれらの繊維は高温断熱材とし
てばらで又はマット、ブランケット等の形態で用いられ
る。しかしながら、そのような鉱質綿製断熱製品はある
程度は商業的に受け入れられてきているが、それらには
幾らかの不都合がある。
まず第一に、鉱質綿繊維を普通に作るのに用いられるス
ラグ、岩石、及びその他の原料は、製造された繊維にい
かなる程度の耐火性も与えないばかりでなく、多くの場
合に実際に耐火性を低減させさえもする比較的多量の望
ましくない酸化物及びその他の物質を含有するかもしれ
ない。このことはまた繊維の一般的耐火特性に悪影響を
及ぼす。その上に、スラグ、岩石、及びその他の副生物
原料は組成が非常に変化に富んでいるので、製造された
繊維の金属酸化物含量を特定の範囲内に適切に調節しよ
うとする試みは非常に時間がかかり、細心の注意を必要
とし、そして多くの場合にほとんど不可能である。不幸
にも、このことは、ばらで又はマット、ブランケット等
の形態で用いられる鉱質綿繊維が連続実用温度の現実的
保証を提供しないことを意味する。伝統的鉱質綿繊維の
製造及び使用に関連した前記の問題は改善の必要である
ことを示している。
当該産業で必要とされていることは、伝統的鉱質綿繊維
の代わりの比較的安価で且つ有効な代替品である。特
に、容易に作られ且つ組成が厳密な限度の範囲内に容易
に調節されしかも連続的に高い実用温度を提供する代替
繊維は非常に望ましい。良好な耐火特性もまたもってい
る繊維はさらに極めて望ましくそして当業者によって求
められている。
発明の要旨 ある種の繊維の吸入によって、呼吸器疾患（例えば肺及
びその周囲の組織の癌）の発生率が高くなることが知ら
れている。いくつかの種類のアスベスト繊維が人にその
ような疾患を生じさせることは詳細に報告されている。
他の天然のまたは人工の繊維については、吸入による疾
患の直接的かつ明確な証拠はないが、疾患の発生の可能
性があることは動物実験の結果から予測されている。
動物における慢性毒性の研究によって、吸入による疾
患、特に癌のの発生に直接関連する重要な三つの要因；
（ａ）繊維の吸入量、（ｂ）吸入繊維の寸法、及び
（ｃ）肺の中の繊維の持続性、が統計的に示されてい
る。吸入量及び寸法の影響はその研究によってよく特徴
づけられ、その結果として、人の疾患の可能性に関して
かなりよく知られている。吸入量は明らかに、その繊維
が使用される環境及び方法に依存する。一方、繊維の寸
法及び肺の中の持続性は、その繊維が形成される方法及
びその化学的組成に関連する。一般に、小さい繊維ほ
ど、吸入されたときに肺の組織に埋め込まれ易い。
肺の中の繊維の持続性と吸入による疾患との関連性につ
いてはあまり知られていないが、この点についての健康
の問題に対する関心が高まっている。生化学的な考えに
よれば、肺の中の繊維の持続性は、体液中への繊維の溶
解性または耐溶解性を意味し、その繊維がそのような環
境内で物理的な一体性を維持する傾向を意味する。一般
に、繊維の耐久性が小さければ小さいほど、その繊維の
吸入に関連する潜在的な健康への害は少なくなると考え
られる。したがって、生理学的塩類溶液に良好な溶解性
を有する無機繊維が望まれている。
本発明に従って、出願人は、伝統的鉱質綿繊維の代わり
の経済的で且つ有効な代替品である無機繊維を開発し
た。出願人の繊維は本質的にSiO2、CaO、約0.1〜30重量
％のMgO、及び約０〜10重量％のAl2O3から成る組成をも
っている。出願人は、本発明の繊維が連続的に高い実用
温度をもっているだけではなくて、全く驚くべきことに
はあるタイプの流体（生理学的流体）中での優秀な溶解
性さえももっていることを発見した。
好ましい実施態様においては、本発明の繊維は本質的に
SiO2、CaO、約0.1〜30重量％のMgO、及び約０〜８重量
％のAl2O3から成る組成をもっている。これらの繊維は
特に良好な耐火性をもっていることが見いだされてい
る。
好ましい実施態様においては、本発明の繊維は本質的に
約29〜44重量％のCaO、約55〜64重量％のSiO2、約0.1〜
８重量％のMgO、及び約０〜４重量％のAl2O3から成る組
成をもっている。これらの繊維は特に良好な耐炎性並び
に良好な耐火性をもっている。
所望の金属酸化物以外の物質を比較的多量に含有するこ
ともある広範囲に変化する組成の副生物原料ではなく
て、諸金属酸化物の溶融物から直接に本発明の繊維組成
物を作ることによって、伝統的な鉱質綿繊維の製造及び
使用に関連する前記の諸問題は排除される。
本発明の繊維は使用金属の酸化物形態から直接に作られ
るので、特定の範囲内の所望の組成物を処方するための
時間の浪費や骨の折れる手順は不必要であ。その上に、
今や本発明の繊維は、連続実用温度を必要とする場所で
利用できる繊維の能力を保証するそのような連続実用温
度をもつ。事実、本明細書で後で示すように、本発明の
繊維は約815℃（1500゜F）のような高い連続実用温度を
もつ。伝統的な鉱質綿繊維で以に見いだされていた、ス
ラグ、岩石等の主要な望ましくない成分は本発明の繊維
中には存在しないので、本発明の繊維は高度の耐火性を
もち、従って、耐火性繊維を比較例的高価にする傾向の
あるアルミナ含有率の高い通常の耐火性繊維の下方実用
温度範囲で利用することができる。
出願人の発明のこれらの及びその他の局面並びに幾つか
の利益は明細書及び添付の請求の範囲から明らかであ
る。
発明の詳細な説明 ここで本発明は本質的にSiO2、CaO、約0.1〜30重量％の
MgO、及び約０〜10重量％のAl2O3から成る溶融物から作
られた無機繊維組成物を包含する。好ましい実施態様に
おいては、本発明の繊維は本質的にSiO2、CaO、約0.1〜
30重量％のMgO、及び約０〜８重量％のAl2O3から成る溶
融物から作られる。他の好ましい実施態様においては、
本発明の繊維は本質的に約29〜44重量％のCaO、約55〜6
4重量％のSiO2、約0.1〜８重量％のMgO、及び約０〜４
重量％のAl2O3から成る溶融物から作られる。本発明の
繊維は約743℃（約370゜F）〜約815℃（約1500゜F）の
範囲内のような高い連続実用温度を示している。
本発明の組成物の金属酸化物は多くの商業的な供給源か
ら比較的純粋な状態で入手できる。粒度のような変わり
やすい物理的性質はコスト、取り扱い易さ、及び類似の
考慮に基づいて選ぶことができる。用いる酸化物の純度
は、その他の酸化物、有機物質等の形態の僅かに約１％
〜２％の不純物が仕上がり繊維中に存在するように、比
較的高い水準に維持すべきである。何故ならば、そのよ
うな不純物の存在は繊維の温度等級に悪影響をもつから
である。
本明細書で用いる時に、繊維の“実用温度”は２つのパ
ラメーターによって決定される。その第一は繊維が特定
の温度で溶融したり焼結したりしてはならないという明
白な条件である。それは約650℃（1200゜F）よりも高い
温度での多くのガラス及び鉱質綿繊維の使用を妨げてい
るこの判定基準である。第二に、その繊維から作られた
フェルト又はブランケットはそれの実用温度で過度の収
縮度をもってはならない。通常は“過度の収縮度”は実
用温度で長時間（通常は24時間）暴露した後に最大で５
％の線収縮度であるとして定義される。収縮度は、提案
されたISOスタンダードISO/TC33/SC2/N220（英国スタン
ダードBS1290、パート６、1986と同等）により測定され
る（小さいサンプルのサイズを考慮して、多少変更され
る）。要約すると、この測定方法は次のとおりである。
0.2％澱粉溶解の500ml中の繊維75gを120×65mmの成形型
に入れて、減圧注型プレフォームを製造する。白金のピ
ン（およそ0.1〜0.3mmの直径）を、100×45mm離して、
４端におく。最も長い長さ（L1およびL2）および対角線
（L3およびL4）を、副尺を有する鋼尺に取り付けられた
移動顕微鏡を用いて、±0.01mmの精度で測定する。サン
プルを所定の温度の炉の中に入れ、24時間放置する。収
縮値は、４つの測定値の平均として与えられる。炉のラ
イナー等として用いられるマット又はブランケットの収
縮度は無論臨界的な特色である。何故ならば、マット又
はブランケットが収縮する時には、それらはそれらの間
に裂け目を開き、その裂け目を通って熱が流出すること
ができ、従って断熱の目的をだめにするからである。従
って、“約815℃（1500゜F）繊維”として等級付けされ
た繊維は、その温度では溶融したり焼結したりせず且つ
許容される収縮度をもつが、しかし約815℃（1500゜F）
よりも高い温度では１つ以上の標準パラメーターについ
て不利を招き始める。
繊維は慣用の無機繊維形成装置で、標準の無機繊維形成
技術を用いて形成される。普通には電気炉溶融によって
製造される。種々の原料を繊維溶融物材料として普通に
用いられている大きさに粗砕するか、又は既にそのよう
に粗砕されている材料を購入することもできる。その粗
砕された諸原料を一緒に混合し、そして電気炉に供給
し、その電気炉でそれらを電気抵抗溶融によって溶融さ
せる。溶融物の形成は連続式溶融又はバッチ式溶融でよ
いが、連続式溶融は一層好ましい。酸化物の溶融混合物
を次いでスピンナー又はブロワーのような繊維形成装置
に供給する。繊維形成のための多数のタイプの装置が周
知であり、それでここで記載する必要はない。そのよう
に形成これた繊維は0.5〜20cmの長さ及び0.5〜10μｍ程
度直径をもち、平均繊維直径は約1.5〜3.5μｍである。
繊維化の後にその繊維をばらで収集するか、又はそ繊維
をマット、ブラケット又は類似の構造に形成するように
意図された別個の装置に送ることができる。高温アルミ
ノ珪酸塩耐火性繊維の類似製品を形成するのに従来普通
に用いられてきた技術は本発明の繊維について用いるの
に全く適している。
以下の諸実施例は本発明を更に例証する。
実施例 Ｉ 前記で総括した方法に従って一連の本発明の繊維を作っ
た。それらのそれぞれの組成をそれらの実用温度等級と
共に表Ｉに示す。
上記のデーターは、本発明の繊維が一層高い温度範囲、
例えば約743℃（1370゜F）〜約815℃（1500゜F）、即ち
その範囲で用いることのできるような伝統的な鉱質綿繊
維を処方することが実質的に不可能であるか又は非常に
困難である範囲、で非常に有用であることを明らかに立
証している。繊維Ｈは特に敏速な溶融性であり、繊維Ｌ
は特に良好な繊維化特性をもっていたことに留意すべき
である。
実施例 II 表IIに示した組成をもつ一連の繊維を作った。
次いで各々の繊維を、下記のシミュレーションした耐火
性等級試験法に従って試験した。
スクリーニング試験のために、熱源の後ろに電気加熱の
平板要素を用いて小さな炉を構成した。処方した各々の
繊維の約0.028〜約0.048g/cm3（1.75〜3pcf）の密度の
約15cm（６インチ）×約15cm（６インチ）×約5cm（２
インチ）（厚さ）のサンプルをその要素と平行に且つそ
の要素から約2.5cm（１インチ）で取り付けた。次いで
熱電対を繊維サンプルの表面の中央に配置した。加熱要
素への簡単なオン・オフリレーシステムによって出力を
調節するためにコンピューターを用いた。そのリレーの
位置は要素に最も近いサンプル表面上での熱電対の読み
並びにプログラム化された耐火性試験昇温スケジュール
に基づいていた。
標準のASTM Ｅ−119のそれぞれ１時間及び２時間につ
いての時間／温度曲線に従うように炉を加熱した。ここ
で利用した試験においては、繊維の不合格は、繊維断熱
材が炉壁を通して熱を逃がすことができるように十分に
焼結してしまっているので炉がASTM Ｅ−119の指示ど
おり標準温度を維持することができない時に起きるもの
とした。
各々の繊維についての試験結果を表IIに示す。
表II中のデーターは繊維Ａ〜Ｆと比較しての繊維Ｇ〜Ｉ
の明確な耐炎性の優越性を示している。これらの組成物
が慣用の鉱質綿繊維よりもかなり低い嵩密度及び繊維直
径でそれらの耐火性等級を達成するという事実は特に意
義がある。繊維Ｇ〜Ｉは約0.028〜約0.048g/cm3（1.75
〜3pcf）の嵩密度及び1.5〜3.5μｍの繊維直径で所望の
耐火性等級を達成した。比較として、慣用の鉱質綿繊維
は典型的には約0.096〜約1.128g/cm3（６〜8pcf）の嵩
密度及び４〜６μｍの繊維直径でそれらの耐火性等級を
達成する。
従って、そのデーターは本発明の好ましい繊維が驚くべ
き優秀な耐熱特性をもつことで明らかに示している。
実施例 III 無機繊維の生理学的な溶解性及び安全性のための試験
は、例えば、ラットに対する吸入試験によって行うこと
ができる。しかしながら、このような試験は、非常に時
間がかかり、またコストもかかる。そこで、その試験
は、生理学的塩類溶液への繊維の溶解性を測定すること
によって行われる。これは、生理学的塩類溶液への繊維
の化学的成分、例えばシリコン、の抽出速度を測定する
ことによって行うことができる。
表IIIに挙げた種々の組成の一連の繊維を、下記の手順
に従ってサリーン（Saline）溶液（生理学的塩類溶液）
中でのそれらの溶解度ついて試験した。６リットルの蒸
留水に下記の諸成分を下記の濃度で添加して緩衝サリー
ン溶液を調製した。
この溶液は、生体内（特に、肺の中）の無機繊維の溶解
性を模擬試験するためのいわゆるキャンブル溶液（Gamb
le solution）の改良型である。すなわち、この溶液に
おいては、静置試験において繊維から溶出した化学成分
が繊維の周囲に極度な沈積物を生成するのを防止するた
めに、塩化マグネシウム、塩化カルシウム及び炭酸水素
ナトリウムの量がギャンブル溶液に対してより少量添加
されている。成 分 濃度、g/ MgCl2・6H2O 0.160 NaCl 6.171 KCl 0.311 Na2HPO4 0.149 Na2SO4 0.079 CaCl2・2H2O 0.060 NaHCO3 1.942 NaC2H3O2 1.066 次いで表IIIに挙げた繊維の各々のサンプル１グラムを
その調製されたサリーン溶液300ccと共に別個の密閉さ
れたプラスチックボトル中に入れ、そして５時間超音波
浴中に入れた。超音波振動の適用は５時間の終わりに約
40℃（104゜F）の温度を与えるように調節した。試験時
間の終わりに、繊維を含有する各々のサリーン溶液をSi
O2含量について化学的に分析した。サリーン溶液中のSi
O2濃度を、５時間の試験時間中に溶解した繊維の量の尺
度として取り上げた。各々の繊維の連続実用温度も測定
した。その結果を表IIIに示す。
図面は各々の繊維のアルミナ含有率とその調製されたサ
リーン溶液中でのシリカ抽出（即ち溶解度）との間の関
係をグラフ的に示している。
図面は、10重量％以下のアルミナをもつ本発明の繊維Ｇ
〜Ｌがそれよりも高いアルミナ含有率をもつ本発明以外
の繊維Ａ〜Ｆよりも、その調製されたサリーン溶液中で
の予想外に高い溶解度をもつことを明らかに示してい
る。出願人の発見の驚くべき本質は、本発明の繊維Ｇと
比較しての本発明以外の繊維Ｆとの間には、たとえそれ
らのアルミナ含有率の差が比較的小さくとも（即ち10.2
重量％対8.9重量％）、溶解度に著しく顕著な差がある
という事実によって全く明らかである。
繊維Ｌの極端に高い溶解度は特に留意される。
上記の事柄の合理的な変更及び修正は本発明の精神又は
範囲から外れることなしで可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キールメーヤー，ウイリアム ヘンリー アメリカ合衆国，80110 コロラド，エン グルウツド，ウエスト シエナンゴ アヴ エニユー 3374 (56)参考文献 特開 昭56−54252（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−4519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−133311（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−13819（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（１） 0.1〜30重量％のMgO; （２） ０〜10重量％のAl2O3;及び （３） 残部のSiO2及びCaO から実質的になる組成を有し、他の酸化物を含まない
    か、含む場合には２％以下である、アルカリ土類金属ケ
    イ酸塩系繊維からなる耐火性断熱材料であって、743℃
    〜815℃の温度を24時間かけた場合の前記材料の線収縮
    率が５％以下である耐火性断熱材料。
  2. 【請求項２】前記アルカリ土類金属ケイ酸塩系繊維が、 （ａ） 0.1〜30重量％のMgO; （ｂ） ０〜８重量％のAl2O3; （ｃ） SiO2;及び （ｄ） CaO から実質的になる組成を有する請求の範囲第１項の耐火
    性断熱材料。
  3. 【請求項３】前記アルカリ土類金属ケイ酸塩系繊維が、 （ａ） 0.1〜８重量％のMgO; （ｂ） ０〜４重量％のAl2O3; （ｃ） 55〜64重量％のSiO2;及び （ｄ） 29〜44重量％のCaO から実質的になる組成を有する請求の範囲第２項の耐火
    性断熱材料。
JP62501460A 1986-02-20 1987-02-17 無機繊維組成物 Expired - Lifetime JPH0742139B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US83121786A 1986-02-20 1986-02-20
US831,217 1986-02-20
US89417586A 1986-08-07 1986-08-07
US894,175 1986-08-07
PCT/US1987/000313 WO1987005007A1 (en) 1986-02-20 1987-02-17 INORGANIC FIBER COMPOSITION CONSISTING ESSENTIALLY OF Al2O3, MgO, CaO AND SiO2

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Publication Number Publication Date
JPS63502746A JPS63502746A (ja) 1988-10-13
JPH0742139B2 true JPH0742139B2 (ja) 1995-05-10

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ID=27125422

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62501460A Expired - Lifetime JPH0742139B2 (ja) 1986-02-20 1987-02-17 無機繊維組成物

Country Status (14)

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EP (1) EP0257092B1 (ja)
JP (1) JPH0742139B2 (ja)
KR (1) KR910000197B1 (ja)
AT (1) ATE243172T1 (ja)
AU (1) AU590393B2 (ja)
BR (1) BR8706031A (ja)
CA (1) CA1271785A (ja)
DE (1) DE3752369T2 (ja)
ES (1) ES2003226A6 (ja)
FI (1) FI94520B (ja)
NO (1) NO178886C (ja)
NZ (1) NZ219302A (ja)
PT (1) PT84326B (ja)
WO (1) WO1987005007A1 (ja)

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