JPH0891914A

JPH0891914A - 無機目地材

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Publication number: JPH0891914A
Application number: JP6228369A
Authority: JP
Inventors: Yuko Nikaido; 雄康二階堂; Ryosuke Sato; 亮介佐藤; Takashi Furusawa; 隆資古沢; Seinosuke Ando; 誠之助安藤; Ko Honma; 興本間
Original assignee: Co Op Chemical Co Ltd
Current assignee: Co Op Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-09
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP3507961B2

Abstract

(57)【要約】【構成】 (A) 膨潤性層状ケイ酸塩、(B) 無機繊維およ
び(C) 薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケイ酸塩を含
有する無機目地材。【効果】耐熱性、耐酸性に優れ、しかも高温と常温と
の間での加熱冷却作用を反復して受けた場合に耐スポー
リング性に優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温で耐酸性の要求さ
れる各種反応装置、反応炉、煙突、煙道等に使用される
耐火レンガあるいは耐火ボード等の接着接合部等に使用
される無機目地材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、耐火レンガのレンガ積の目地材
としては耐火モルタルが使用されている。ところが、従
来の耐火モルタルは、高温と常温との間で加熱冷却作用
を反復して受けると膨張収縮するため、前記目地材とし
て使用した場合、亀裂、剥離等のスポーリングが生じて
構造物の強度が低下し、ひいては構造物の劣化、崩壊を
招く原因になっている。

【０００３】また、例えば、硫酸と塩化カリウムを原料
として硫酸カリウムを製造する反応装置のような、高温
下に酸の存在下で溶融あるいは溶解無機物の混合スラリ
ーを扱う反応装置の耐火レンガの目地材等に使用可能な
耐熱性と耐酸性の両方を十分に満足する目地材は知られ
ていない。そのため、そのような反応装置の目地材とし
ては、川砂等を使用したモルタルの表面に耐酸キャスタ
ブル等を塗布して保護したものを使用しているが、耐酸
キャスタブルは割れやすく、また一度割れるとモルタル
が強酸等と反応して目地材が崩壊し、反応装置内の反応
物が漏れ出すという問題点がある。

【０００４】特開昭50−55603 号公報には、膨張性雲
母、無機繊維および無機結合剤を含む膨張性シート材料
が開示されている。このシート材料は、膨張後に耐熱性
と弾力性を有するものであるが、高温での可とう性、弾
力性に欠けており、しかも酸には弱いという欠点があ
る。

【０００５】また、特開平4-200746号公報には、無機繊
維を水膨潤性層状粘土鉱物で結合させた不燃性の栓が開
示されている。しかし、そのような組成のものを目地材
として使用すると、硫酸等の鉱酸の溶融液が目地材の内
部まで浸透するといった問題がある。

【０００６】そのため、特に高温下において可とう性、
弾力性に富み、しかも酸と無機物の混合スラリーに対し
てすぐれた耐酸性能を有する目地材の開発が望まれてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、耐熱性及び耐酸性に優れ、さらに、高温と常温の間
での加熱冷却による膨張収縮作用を反復して受けても亀
裂、剥離を生じない耐スポーリング性に優れた無機目地
材を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、膨潤性層状
ケイ酸塩、無機繊維および薄片状または鱗片状の非膨潤
性層状ケイ酸塩の混合物が、耐スポーリング性に優れて
おり、かつ、耐熱性、耐酸性に優れ、特に高温下におけ
る鉱酸との溶融あるいは溶解無機物の混合スラリーに対
して優れた耐酸性を示すことを見出し、本発明を完成す
るに至った。

【０００９】即ち、本発明は、(A) 膨潤性層状ケイ酸
塩、(B) 無機繊維、および(C) 薄片状または鱗片状の非
膨潤性層状ケイ酸塩を含有する無機目地材を提供する。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】(A) 膨潤性層状ケイ酸塩粘土鉱物は結晶質鉱物と非晶質鉱物に分けられ、前記結
晶質鉱物は大部分が層状のフィロケイ酸塩である。層状
ケイ酸塩は、 SiO₄四面体（Siの一部がMgやAlで置換さ
れている場合もある。）が二次元網状に配列したシート
と、 AlO₄(OH) ₂八面体シート（AlがMgに置換されてい
る場合や、OHがＦと置換されている場合もある。）から
形成されている。層状ケイ酸塩の基本構造は、この四面
体シートと八面体シートの組み合わせで定まり、１：１
型（カオリン鉱物、蛇紋石等）、２：１型（タルク、ス
メクタイト、バーミキュライト、雲母等）、および２：
１：１型（緑泥石等）が知られている。

【００１２】本発明で用いる膨潤性層状ケイ酸塩(A)
は、陽イオン交換能を有し、さらに層間に水を取り込ん
で膨潤する特異な性質をもつ天然または合成の層状ケイ
酸塩である。この膨潤性層状ケイ酸塩(A) は、水中で膨
潤してゲル化し、薄片または鱗片状の微粒子になるの
で、目地材全体に均一に分散混合することができ、柔軟
性のあるバインダーとして作用する。

【００１３】膨潤性層状ケイ酸塩(A) としては、例え
ば、スメクタイト、膨潤性雲母、膨潤性バーミキュライ
ト等が挙げられる。

【００１４】前記スメクタイトとしては、具体的には、
例えば、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイ
ト、ヘクトライト、スチブンサイト等が挙げられる。ま
た、前記膨潤性雲母としては、具体的には、例えば、Li
型フッ素テニオライト、Na型四ケイ素フッ素雲母、Li型
四ケイ素雲母等の天然または化学的に合成された膨潤性
雲母、これらの置換体および誘導体、ならびにこれらの
混合物が挙げられる。

【００１５】さらに、膨潤性層状ケイ酸塩(A) として
は、タルクを主原料としてインターカレーション法によ
り合成された下記一般式(1) ：Ｘ_aＹ_bＺ_cＯ_dＦ_e (1) （式中、ＸはNaおよび／またはLiを表し、ＹはMgまたは
（Mg＋Al）を表し、ＺはSi、（Si＋Al）または（Si＋Al
＋Mg）を表す。ａは 0.1〜1.5 の数であり、ｂは２〜3.
5 の数であり、ｃは 3.5〜4.5 の数であり、ｄは 9.5〜
10.5の数であり、ｅは 1.5〜2.5 の数である。）で表さ
れる膨潤性層状ケイ酸塩も挙げられる。この膨潤性層状
ケイ酸塩は、２：１型の層状ケイ酸塩であり、鉱物の分
類上、雲母の範疇に入る化合物とバーミキュライトの範
疇に入る化合物を含む。なお、上記一般式(1) 中のＸは
膨潤性層状ケイ酸塩の層間位置に入る原子であり、Ｙは
八面体シートに入る原子であり、Ｚは四面体シートに入
る原子である。

【００１６】上記一般式(1) で表される膨潤性層状ケイ
酸塩は、具体的には、例えば、特公平6-27002 号公報に
記載されているように、タルクと、ケイフッ化ナトリウ
ムまたはケイフッ化リチウムとの混合物に、必要に応じ
てフッ化ナトリウム、フッ化リチウム、酸化アルミニウ
ム等を添加して 700〜1200℃で加熱処理することにより
製造することができる。

【００１７】上記一般式(1) で表される膨潤性層状ケイ
酸塩としては、例えば、商品名ソマシフ（Na_0.5-1.0Mg
_2.5-3.0Si₄Ｏ₁₀Ｆ_1.5-2.5、コープケミカル株式会社
製）で市販されているものを使用することができる。

【００１８】上記一般式(1) で表される膨潤性層状ケイ
酸塩は、膨潤性が特に優れており、水中では、厚さ 0.1
μｍ以下、平面方向の大きさは１辺が数μｍ〜数十μｍ
の薄片状の微粒子になって分散する。従って、本発明で
用いる膨潤性層状ケイ酸塩(A) としては、この一般式
(1) で表される膨潤性層状ケイ酸塩を使用するのが好ま
しい。

【００１９】上記膨潤性層状ケイ酸塩(A) は、１種単独
でまたは２種以上を組み合わせて使用することができ
る。

【００２０】(B) 無機繊維無機繊維(B) は、本発明の無機目地材に柔軟性を付与し
て高温と常温との間の加熱冷却による目地材の膨張収縮
の反復作用に対応できるようにするとともに、本発明の
無機目地材におけるクッション材としての働きをするの
ものである。

【００２１】本発明で使用する無機繊維(B) としては、
耐熱性にすぐれたものであれば特に限定されず、例え
ば、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、
ロックウール等が挙げられる。これらの中で好ましいも
のは、シリカアルミナ繊維である。シリカアルミナ繊維
としては、例えば、ＳＣバルクファイバー（商品名、新
日鉄化学株式会社製）、バルクファイバー（商品名、イ
ソライト工業株式会社製）、ファインフレックス（商品
名、ニチアス株式会社製）等が使用可能である。

【００２２】また、無機繊維(B) は、長さ 0.1〜30mmの
ものが好ましく、１〜10mmのものがより好ましい。従っ
て、長すぎる場合には、切断して使用するのが好まし
い。無機繊維(B) が長すぎると繊維がからみ合って他の
成分と均一に混合するのが困難になり、また、短すぎる
と繊維本来の弾力性や柔軟性が失われる場合がある。

【００２３】さらに、無機繊維(B) は、平均径10μｍ以
下のものが好ましい。

【００２４】上記無機繊維(B) は、１種単独で、または
２種以上の組み合わせで使用することができる。

【００２５】(C) 薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケ
イ酸塩本発明で用いる薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケイ
酸塩(C) は、層間に水を取り込まない天然または合成の
層状ケイ酸塩である。この非膨潤性層状ケイ酸塩(C)
は、熱による膨張収縮性が小さく、水を取り込まないこ
とから、無機目地材に混合することにより一定のスラリ
ー状態を保持しながら水分量を減らすことができ、目地
部の空隙を減らすことができる。さらに、該非膨潤性層
状ケイ酸塩は、薄片状または鱗片状であるため、各々の
粒子が一定の配向性を持って固化するので、鉱酸等の目
地部内部への侵入防止に貢献するものと考えられる。

【００２６】上記薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケ
イ酸塩(C) としては、例えば、天然または合成の非膨潤
性雲母、非膨潤性バーミキュライト等が挙られる。

【００２７】薄片状または鱗片状の非膨潤性雲母として
は、具体的には、白雲母、金雲母、黒雲母、Ｋ型フッ素
金雲母、Ｋ型フッ素テニオライト、Ｋ型四ケイ素雲母等
の天然または化学的に合成した非膨潤性雲母、これらの
置換体および誘導体、ならびにこれらの混合物が例示さ
れる。

【００２８】また、非膨潤性層状ケイ酸塩(C) として好
ましいものは、タルクを主原料としてインターカレーシ
ョン法により合成された下記一般式(2) ：Ｋ_aＹ_bＺ_cＯ_dＦ_e (2) （式中、Ｙ、Ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは前記のとお
りである。）で表される非膨潤性層状ケイ酸塩である。
上記一般式(2) で表される非膨潤性層状ケイ酸塩は、
２：１型層状ケイ酸塩であり、鉱物の分類上、雲母の範
疇に入る化合物とバーミキュライトの範疇に入る化合物
を含む。なお、上記一般式(2) 中のＫは膨潤性層状ケイ
酸塩の層間位置に入る原子であり、Ｙは八面体シートに
入る原子であり、Ｚは四面体シートに入る原子である。

【００２９】上記一般式(2) で表される非膨潤性層状ケ
イ酸塩は、具体的には、例えば、特公平6-27002 号公報
に記載されているように、タルクとケイフッ化カリウム
との混合物に、必要に応じてフッ化カリウム、酸化アル
ミニウム等を添加して 700〜1200℃で加熱処理すること
により製造することができる。

【００３０】上記一般式(2) で表される非膨潤性層状ケ
イ酸塩としては、例えば、商品名ミクロマイカ（Ｋ
_0.5-1.0Mg_2.5-3.0Si₄Ｏ₁₀Ｆ_1.5-2.5、コープケミカ
ル株式会社製）で市販されているものを使用することが
できる。

【００３１】無機目地材本発明の無機目地材は、上記の膨潤性層状ケイ酸塩(A)
、無機繊維(B) 及び非膨潤性層状ケイ酸塩(C) を含有
してなる。また、本発明の無機目地材を使用する場合に
は、(A) 〜(C) 成分に水を添加し、混練して使用する。
添加する水の量は、乾燥後に目地部内に空隙を生じない
ようにするためにできるだけ少ないほうがよく、また、
混練後、液だれしない程度のスラリー状になる量を添加
すればよい。具体的には、水の割合は20〜70重量％程度
が好ましく、30〜50重量％がより好ましい。

【００３２】上記(A) 成分、(B) 成分及び(C) 成分の割
合は、使用する(A) 成分、(B) 成分及び(C) 成分の種類
によっても異なるが、通常、乾燥重量で(A) 成分が５〜
40重量％、(B) 成分が10〜70重量％、および(C) 成分が
20〜80重量％であり、好ましくは、乾燥重量で(A) 成分
が10〜30重量％、(B) 成分が25〜45重量％、および(C)
成分が40〜60重量％である。膨潤性層状ケイ酸塩(A) の
割合が多すぎると本発明の無機目地材の使用の際に添加
する水の量が多くなるので、高温時に水が抜けて目地部
の空隙が増えるという不都合があり、膨潤性層状ケイ酸
塩(A) の割合が少なすぎるとバインダーとしての割合が
少なすぎるという不都合がある。また、非膨潤性層状ケ
イ酸塩(C) の割合が多すぎると相対的に無機繊維(B) の
割合が少なくなるので目地材の柔軟性が低下するという
不都合があり、非膨潤性層状ケイ酸塩(C) の割合が少な
すぎると目地材の空隙が増えるという不都合がある。さ
らに、無機繊維(B) の割合が多すぎると相対的に非膨潤
性層状ケイ酸塩(C) の割合が少なくなるので目地材の空
隙が増えるという不都合があり、無機繊維(B) の割合が
少なすぎると目地材の柔軟性が欠けるという不都合があ
る。

【００３３】有用性本発明の無機目地材は、耐熱性、耐酸性にすぐれ、しか
も高温と常温の間での加熱冷却による膨張収縮作用を反
復して受けた場合にも耐スポーリング性に優れるので、
高温で耐酸性の要求される各種反応装置や反応炉、煙
突、煙道等の目地材として、有用である。

【００３４】本発明の無機目地材は、例えば、高温下に
酸の存在下で溶融あるいは溶解無機物の混合スラリーを
扱う、硫酸と塩化カリウムを原料として硫酸カリウムを
製造する反応装置に用いる耐火レンガや耐火ボード等の
目地材として特に有用である。

【００３５】

【実施例】実施例１目地材Ｉの製造膨潤性層状ケイ酸塩として、ソマシフ：ＭＥ−１００
（商品名、コープケミカル株式会社製）30ｇ、無機繊維
としてファインフレックス（商品名、ニチアス株式会社
製、１〜10mm粉砕品、平均径： 2.5μｍ）70ｇ、非膨潤
性層状ケイ酸塩としてミクロマイカ：ＭＫ−２００（商
品名、コープケミカル株式会社製） 110ｇおよび水 110
ｇを混練して、目地材Ｉを調製した。

【００３６】浸漬試験上記目地材Ｉを、内径15mm、長さ 150mmのガラス管内に
充填した。尚、目地材Ｉは、該ガラス管の一端から40mm
のところまで充填した。続いて、目地材Ｉを充填したガ
ラス管を室温で12時間放置した後 105℃で12時間加熱し
て目地材Ｉを乾燥させた。

【００３７】このようにして得られた目地材充填管を 2
60℃に加熱した硫酸水素カリウム 485ｇおよび濃硫酸15
ｇの混合液に５日間浸漬した。尚、前記目地材充填管
は、図１に示すように、該目地材充填管１の目地材２が
充填された端1aを下方に向け、上端1bが前記混合液３の
液面3aの上方に位置するように浸漬した。また、浸漬
中、揮発した硫酸は液量を確認しながら随時追加した。
５日間浸漬後の前記目地材充填管下部からの前記混合液
の浸透の程度を観察した。その結果を表１に示す。

【００３８】なお、目地部に全く浸透しなかったものを
Ａと、目地部には浸透しているが目地部上部には浸透し
なかったものをＢと、目地部上部のガラス管部分にまで
浸透していたものをＣと評価した。

【００３９】ひび割れ試験 20mm× 150mm×２mmの鉄板を、厚さ10mmになるように上
記目地材Ｉで包んで成形し、室温で一晩放置した後 105
℃で一晩加熱して試験体を作製した。得られた試験体を
室温から 530℃に１時間かけて昇温し、さらに 530℃で
10時間保持し、その後室温で一晩冷却した。そのような
昇温から冷却までの操作を５回繰り返した後、試験体の
ひび割れの状況を観察した。その結果を表１に示す。

【００４０】なお、ひび割れが生じなかったものをＡ
と、ひび割れが生じたものをＢと評価した。

【００４１】実施例２本実施例において、ソマシフ：ＭＥ−１００の代わりに
スーパークレイ〔商品名、天然ベントナイト精製品（主
成分はモンモリロナイト）、豊順洋行株式会社販売〕30
ｇを使用した以外は実施例１と同様の方法で目地材IIを
調製した。得られた目地材IIを用いて、実施例１と同様
の方法で浸漬試験およびひび割れ試験を行った。その結
果を表１に示す。

【００４２】実施例３本実施例において、ミクロマイカ：ＭＫ−２００の代わ
りに天然の白雲母 110ｇを使用した以外は実施例１と同
様の方法で目地材III を調製した。得られた目地材III
を用いて、実施例１と同様の方法で浸漬試験およびひび
割れ試験を行った。その結果を表１に示す。

【００４３】比較例１川砂90ｇと、消石灰30ｇとを混合したものを水で混練し
て目地材IVを調製した。得られた目地材IVを用いて、実
施例１と同様の方法で浸漬試験およびひび割れ試験を行
った。その結果を表１に示す。

【００４４】比較例２耐酸セメント（品川白煉瓦株式会社製）として販売され
ている高ケイ酸質粉末50ｇと、水ガラス系液体15ｇとを
混練して目地材Ｖを調製した。得られた目地材Ｖを用い
て、実施例１と同様の方法で浸漬試験およびひび割れ試
験を行った。その結果を表１に示す。

【００４５】比較例３本比較例において、ミクロマイカ：ＭＫ−２００を使用
しなかった以外は実施例１と同様の方法で目地材VIを調
製した。得られた目地材VIを用いて、実施例１と同様の
方法で浸漬試験およびひび割れ試験を行った。その結果
を表１に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】実施例１〜３で使用した本発明の目地材Ｉ
〜III は、耐酸性（非浸透性）に優れ、温度変化に対す
る耐スポーリング性に特に優れていることがわかる。そ
の中でも、実施例１で使用した目地材Ｉは、きわめて耐
酸性が優れていた。これに対して、比較例１で使用した
目地材IVは、耐酸性および温度変化に対する耐スポーリ
ング性の両方が劣っていることがわかる。また、比較例
２で使用した目地材Ｖは、温度変化に対する耐スポーリ
ング性が悪く、耐酸性も十分でないことがわかる。さら
に、比較例３で使用した目地材VIは、温度変化に対する
耐スポーリング性は優れているものの、耐酸性が悪いこ
とがわかる。

【００４８】

【発明の効果】本発明の無機目地材は、耐熱性、耐酸性
にすぐれ、しかも高温と常温の間での加熱冷却による膨
張収縮作用を反復して受けた場合にも耐スポーリング性
に優れている。従って、高温で耐酸性の要求される各種
反応装置や反応炉、煙突、煙道等の目地材としてきわめ
て有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の浸漬試験において、目地材を
充填したガラス管を混合液に浸漬した様子を示す概略図
である。

【符号の説明】

１目地材充填管２目地材３硫酸水素カリウムおよび濃硫酸の混合液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】(A) 膨潤性層状ケイ酸塩、 (B) 無機繊維、および (C) 薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケイ酸塩を含有する無機目地材。
【請求項２】膨潤性層状ケイ酸塩(A) の含有割合が乾
燥重量で５〜40重量％であり、無機繊維(B) の含有割合
が乾燥重量で10〜70重量％であり、薄片状または鱗片状
の非膨潤性層状ケイ酸塩(C) の含有割合が乾燥重量で20
〜80重量％である、請求項１に記載の無機目地材。
【請求項３】膨潤性層状ケイ酸塩(A) が、スメクタイ
ト、膨潤性雲母および膨潤性バーミキュライトからなる
群から選ばれる少なくとも１種である請求項１または２
に記載の無機目地材。
【請求項４】膨潤性層状ケイ酸塩(A) が、タルクを主
原料としてインターカレーション法により合成された下
記一般式(1) ：Ｘ_aＹ_bＺ_cＯ_dＦ_e (1) （式中、ＸはNaおよび／またはLiを表し、ＹはMgまたは
（Mg＋Al）を表し、ＺはSi、（Si＋Al）または（Si＋Al
＋Mg）を表す。ａは 0.1〜1.5 の数であり、ｂは２〜3.
5 の数であり、ｃは 3.5〜4.5 の数であり、ｄは 9.5〜
10.5の数であり、ｅは 1.5〜2.5 の数である。）で表さ
れる膨潤性層状ケイ酸塩である請求項１または２に記載
の無機目地材。
【請求項５】薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケイ
酸塩(C) が、非膨潤性雲母および／または非膨潤性バー
ミキュライトである請求項１、２、３または４に記載の
無機目地材。
【請求項６】薄片状または鱗片状の非膨潤性層状ケイ
酸塩(C) が、タルクを主原料としてインターカレーショ
ン法により合成された下記一般式(2) ：Ｋ_aＹ_bＺ_cＯ_dＦ_e (2) （式中、ＹはMgまたは（Mg＋Al）を表し、ＺはSi、（Si
＋Al）または（Si＋Al＋Mg）を表す。ａは 0.1〜1.5 の
数であり、ｂは２〜3.5 の数であり、ｃは 3.5〜4.5 の
数であり、ｄは 9.5〜10.5の数であり、ｅは 1.5〜2.5
の数である。）で表される非膨潤性層状ケイ酸塩である
請求項１、２、３または４に記載の無機目地材。