JPS5891051A - 膨張性物質およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はひる石を用いた膨張性物質、その製造方法およ
び膨張性成形物質に関するものである。 内？機関等の部材結合部で、熱ひずみや振動を受けると
ころ１こは９通常、シート状の断熱、防振。 吸振材料が多く使われている。 最近これらのシート状材判として、ひる石を主成分とし
た膨張性シート材が提案さｆｌている。 該膨張性シー１−材は未膨張のひる石薄片を主成分Ｆこ
して作られている。このシート材の使用方法としては、
まずこれを結合部ケこ組込み、締めつけたのち、該結合
部附近を加熱することをこまって、シート材を膨張させ
、結合部の締めつけ力をさら１こ増大させるものである
。 一方、内燃機関の排東ガス浄化用触媒装置にも該シート
材が使われている。その利用の方法は。 まず、セヲミクヌ製触謀担体を膨張性シート材でくるみ
、所定の間隙を持たせた触媒装置の容器１こ挿入する。 その後、この容器を加熱することＦこよ−て・膨張性シ
ート材は膨張し、上記間隙がシート材で満たさｊｌる。 しかして、セラミクス製触謀担体を容器中１こ固定する
ことが可能となるものである。ところで、これらに使用
さ才］るひる石は。 珪酸アルミニウム層を基本とする層状鉱物であり。 四面体位置かこ存在する珪素原子か無秩序ケこアルミニ
ウム等で置換さγ（、一般に次のような近似の化学式で
表わされるものである。 Ｍｇａ　（Ａ　Ｉ’、　　Ｓ　ｉ　）ａ　Ｏ＋ｏ　（Ｏ
Ｈ）ｐ　Ｍｇｏ、３５４．５Ｈ２０，該ひる石はこｒｌ
を約１０００℃の温度１こ加声１！すると、その層間が
膨張し、アコーディオン状１こ膨らむことが知られてい
る。 この現象は、加熱１こまり、上記化学式中のＨ２０分子
、すなわちひる石の層間に存在する層間水が急激１こ完
化し、その体積を増加するため、生じるものと考えられ
ている。 この膨張したひる石を粉砕して得られるひる石薄片は、
その表面がガラス化しているものが多く。 その表面活性はガラス化していないものより小さい。そ
１１故、該ひる石薄片同志の結合力は小さいので、該薄
片のみによる成形体の強度は小さく。 その取扱い１こは破壊しないように特１ご注意が必要で
ある。 そこで、ひる石薄片を使−たシート材を使用しやすくす
るために、これの膨張開始温度を下げる前処理方法が提
案されている。 この前処理は、成形前［こ、ひる石をあらかじめ硝酸イ
オン、アンモニアイオンを含む塩類の水溶液を噴きつけ
るか、あるいはこの塩類をひる石に含浸させるものであ
る。 それ故、これらの塩を含んだひる石を使った膨張性シー
トは使用時、有毒な有機系ガスを発生したり、触媒の作
用を低減させたり、シート材に接している金属類を腐食
させるなどの欠点がある。 発明者らは、上記の点に鑑み、ひる石を用いた従来の膨
張性シート材の欠点を克服することを目的として、鋭市
研究な弗めた結果１本発明をなすｔこ至ったのである。 本発明１こおけるひる石は、１１１記化学式中のＭｇ２
で表わされるマグネシウム元素が２価あるいは８価の鉄
元素で置換されたものである。 いない０次の川縁を有していることを発見した。 これは、該ひる石を１００ないし８００℃の酸化雰囲完
１こおいて加熱するか、あるいは過酸化水素水等の酸化
剤を接触させると、核ひる石か膨張すきい。 この膨張現象の主原因として１層間水の気化は考え［こ
くい。そこで１発明者らは、この現象の主原因を、ひる
石に含まれる鉄［こあると考勇、核鉄の変化状況に注目
し、さらに研究を進めた。その結：　　　　　　　果、
２価の含有鉄の残量と膨張割合とが反比例する関係にあ
ることが判明した。 本願１こかかる発明はこの現象の発見にもとづいてなさ
れたものである。 本願ｔこかかる第１発明は、鉄を３ないし８０重−Ｉ≠
−±＊＋（Ｗ　Ｌ　％＞含有し、該含有鉄の１ないし７
０ル＝ミ±吐

【％矢が２価である膨張性層状鉱物の鱗片
状薄片からなり、上記２価の鉄を酸化すること１こより
、膨張する性質を有する膨張性物質である。づ下これを
第１．発明とする。 本第１発明トこおける膨張性物質は鉄分を８ないし３Ｑ
ｗｔ％含有するひる石のり張可能な層間が一部未１彫張
１７′１まま存在する鱗片状薄片である。 ＤＭ　片状薄片の含有鉄をメスバウアスペクトルで調資
すると、その８０ないし９９％が３価の状態で存在して
いる。該膨張性物質はアヌペクト比（（表面積すさ）が
３以上で、その表面はガラス化していない。また、その
ため強い表面活性を有している。それ故、この膨張性物
質は成形時に破壊し難（、所望の形状ｔこ容易に成形す
ることができるＯこの膨張性物質は３００℃という低温
１こおいて加熱することによっても膨張し、その膨張手
段が容易である。なお、酸化剤による再処理によっても
膨張する。また、この膨張性物質は一片状薄片の粉状体
でおるため、狭い間隙をこ充填する場合等に取扱い易い
。 強性物質は耐油、耐熱、耐火、良好な赤外線反射特性等
のひる石本来の優れた性質を有する。 次１こ本出願にかかる第２の発明は、鉄を８ないし３０
ｗｔ％含有するひる石を酸化処理し、含有鉄の８０ない
し９９％を８価の鉄１こすることＦこより、該ひる石の
層間を膨張、剥離させる膨張工程と、該膨張、剥離した
ひる石を鱗片状薄片に粉砕する粉砕工程とからなる膨張
性物質の製造方法である。以下これを第２発明とする。 まず１粒径か０．５ないし２０酊で鉄分を８ないし３０
ｗＬ％含有するひる石を次の二つの方法で。 その層間を膨張、剥離させる。 第１の方法は、１００ないし８００℃のｌ黒度でＩＯな
いし１分間加ＰＩ＋する方法。 第２の方法はＯｌないし１０容量パーセント（７％）の
過酸化水素水等の希薄な酸化剤をひる石に対して５０な
いし２００重量部加える方法である。その他の酸化剤と
してはサラシ粉、有機系過酸化物、オゾンガス等を使用
する。 上記いずれかの方法ｅこよる処理で膨張させたひる石の
含有鉄はその３０ないし９９％か３価の鉄で存在する。 次にこの膨張ひる石を粉砕工程で粉砕する。 この粉砕工程にかけるひる石は、上記いずｒ【かの処理
により一部の＠間をあらかじめ膨張させである。 粉砕手段としては、摩砕、あるいはボールミルあるいは
ミキサー等１通常の粉砕機ヒこよって乾式あるいは湿式
で行なう。 これにより、比峻的アスペクト比の大きな膨張性物質を
得ることができる。特にアスペクト比の六個 ぎい薄片を得る１こは、銅製の羽根を有するミキサーで
短時間粉砕するか、あるいは叩解機を使用する。 本第２発明によれば、上記の如く、予め不完全膨張状ａ
ｔこ膨張させであるので、短時間で粉砕を行なうことが
できる。 また０本第２発明における膨張工程では、従来方法１こ
よるよりも膨張速度が小さいので、希望する時点で膨張
を遅らせることも、あるいは止めることも可能となり、
これを利用して使用時の膨張割合を調整することができ
る。 本第２発明１こよって得られた膨張性物質は、前記した
第１発明ｔこ示した如き優れた性質を有する。 本出願にかかる第８の発明は、上記第１発明にかかる鱗
片状薄片を所望の形状ｔこ成形してなり。 酸化することによって膨張する性質を有する膨張性成形
物質である。 本第８発明１こおける膨張性成形物質を成蚕する方法と
しては、手抄あるいは連続式の抄造機等を使用する。抄
造後、乾燥、圧縮して嵩比重が０５ないし２０の成形体
を得る。抄造時には、鱗片状薄片である膨張性物質の表
面をシート面と平行１こ質はその厚さ方向に膨張するよ
うにできるととも１こ、シート面方向の引張強度か高く
なる。 圧縮する手段としては９通常のプレスあるいはロー）ｖ
　３１１Ａ圧縮成形機等を使用する。 次に膨張性物質を塊状１こ成形する場合トこは、所望の
形状の凹凸部を有する金型内に少量の水を含ませた膨張
性物質を供給し、圧縮、成形する。膨張性物質を金型１
こ供給する場合には、膨張性成形物質の利用目的１こ応
して膨張性物質を一方向に配向させることも必要である
。しかし、はとんどの場合、無秩序な方向に並んだまま
でよい。圧縮手段としては通常のプレスでよい。 本第８発明Ｅこおける膨張性成形物質は表面活性の強い
膨張性物質同志が強く結合しているため。 可撓性を有し、引張強度も十分である。したかつて取扱
い１こ際して特に注意を払わなくても壊わわることはな
い。また、この膨張性成形物質は、これを使用する１こ
際し、１００℃曙上ｔこ加熱するか。 あるいは酸化剤ｔこ浸すか、酸化剤を噴秘、浸透さ膨張
する性質を有する。この場合の膨張割合は。 膨張性物質製造時の膨張工程Ｆこおける酸化処理の時間
、７品度、酸化剤の１！ｊ度、＠等Ｆこよって調節可能
である。 また、この膨張性成形物質は、使用時の膨張処理Ｐこお
いて有毒ガスを発生することもなく、これｔこ接する金
属部分を腐食することもなく優ねた性質を有する。さら
に、この膨張性成形物質は膨張後の使用時において、従
来のひる石シート材よりも圧縮力に対する応力あるいは
ひずみの緩和性においてｇＩしでいる。それ故、シール
材、　応力、　、ｔ−・るいはひずみ緩和材１間隙材１
等に広範囲に利用することができる。 その他、前記、第１発明１こかかる膨張性物質と同様１
こ優れた耐油、耐熱、耐火、良好な赤外線反射特性、断
熱特性を有する。 この膨張性成形物Ｗの主成分である膨張性物質（こ対し
ては、綿、麻、パルプ、合成繊維等の有機物繊維９石綿
、ガラス、灰素、カオウール等の無機物繊維を、−ｈ記
膨張性物質１こ対して］ないし２０ｗｔ％、、？、ルい
はゴム、フェノール、ポリビニールアルコール、デキス
トリン、水ガラス等の有機あるし・は無機接着剤を、上
記膨張性物質に対して０１ないし１５ｗＬ％添加するこ
ともできる。こわらの繊維物質、接着剤等の添加物を加
λた場合１こは、低温時の膨張性成形物質の強度かより
向上するととも１こ、耐液性が増す等、更ｔこ優れた効
果を発揮させることができる。、 繊維物質の添加は、圧縮成形あるいは抄造前に行なう。 接着剤の混合は、接着剤を溶かした溶剤を酸化剤と混ぜ
るか、成形前Ｆこ膨張性物質ｔこ混ぜ合せる。 また抄造トこよる場合は、膨張性物質の懸濁液中１こ混
ぜる。 一方、得られた膨張性成形物質、あるいは膨張性物質１
こ前記添加物を加えた成形物体の表面を前記接着剤ある
いはシリコーン等で表面処理すると。 さらしこ柔軟性および強度か向上するととも１こ、耐液
性も向上する。 以下口本願発明にかかる実施例を示す。 実施例１ 粒径２ないし１０ｗｍで鉄を１３ｗｔ％含有する中国産
ひる石を原料として用いた。このひる石８０グラム＜ｙ
＞と、５Ｖ％過酸化水素水５００ＣＣとを容ｆｉｌｌｌ
ットルのガラス製ビーカーに入ｒ＋＋２５℃の雰囲気で
８時間放置した。このとき、ひる石の各粒子は２ないし
５倍に膨張した。次に膨張したひる石を８０℃の雰囲気
内ｅこ２４時間保持し、余分の過酸化水素を分解させた
のち、新たｔこ水道水２リツトルを加オてミキサーに供
給し、１０秒間攪拌し、粉砕した。これにより９本第１
発明ｔこかかる膨張性物質が得られた。 この膨張性物質はアスペクト比が８ないし１００であっ
た。また、この物質は２５０’ｔｌｉｔこおいて加熱し
たところ、約２倍の体積に膨張し、低温においても大き
く膨張することが明らかとな・ンた。 その鎌、該膨張性物質か懸濁した水を、大きさ２０　ｃ
ｍ×、、２．５備の８０メツシユヌテンレス製金網を有
・するタノビ一式抄造機１こ供給し、膨張性物質をシー
ト状に抄造した。これを８０℃の雰囲気で２４時間乾燥
後、該シート状抄造物を大きさ２】αＸ２６ｆｆｉ、厚
さ５ｎの鋼板で挾み、油圧式プレスで０．８ｋＱ／ｄの
圧力で圧縮成形した。その結果。 大きさ２０ＣＩＩＩＸ２５ｍ、厚さｌ朋、嵩密度約１．
５９／ｃ−〇本卯第３発明ｔこかかる膨張性成形物質と
してのシート材を得た。同じ方法で合計８枚のシート材
を成形した。 そこで、まず、このシート材の圧縮特性を調査す２）た
めに、油圧式の万能試験機１こより２００　ｋＱ／Ｃｄ
の圧力で圧縮した。その結果、上記シート材の厚さは約
Ｑ、　７　ｍｇ　、圧縮率は約３０９６となった。除荷
するとその厚さは約０８ＭＭとなり、復元率は約４０％
であった。また、シート材面方向の引張強さはＦ２Ｏに
！／７０−であり、シート材取り扱い時ｔこ壊われる心
配は全くなかった。 次ｔこ、のこり２枚の未使用の上記膨張性成形物質を、
５００℃の雰囲気で１０分間加熱すると、厚さ約１．　
ｆ＋　ｎの膨張したシート材が得らｆ【た。 そこで、この膨張したシート材を圧縮負荷、除荷したと
きの厚さ復元率を調べた。 まず、膨張したシート材に２００ｋｑ／ｄの圧力を加え
ると、その厚さは約０６ｍ、圧縮率は約６０％を示し、
直後除荷するとその厚さが約０９鯖ｔこＱ 回復し、復元率は３％であった。 さら１コ、もう一枚の上記膨張したシート材には１ｏｏ
ｋｇ／ｄの一定圧力を加オ、そのまま２２時間放置した
。負荷開始から１分経過した後の厚さは０８ｆｆ、圧縮
率約４７％、さらｔこ、２２時間経過しても、その厚さ
はほとんど変化していない。 除荷後の厚さは約１．２１１１ｆｔこ回復し、復元率は
約５７％であった。 このように第８発明にかかる膨張性成形物質は。 取り扱い時に壊れることもなく、膨張後の使用時１こお
いて、圧縮を受けても、その弾性を失なわず。 良好な復元性を有していることが分る。 実施例２ 実施例１において使用したのと同じひる石原石を実施例
１と同じ条件で大きさ２０ｃＩｎｘ２５ａ。 厚さ１Ｍのシート状の膨張性成形物質１こ成形した。 該膨張性成形物質を半径５ｏｔｍの円筒状１こ曲ばても
、その表面にき裂は発生しなかりた。 さら１こ、過酸化水素１ａｏｖ％の水溶液約０５ＣＯを
、噴霧器でこの膨張性成形物質の表裏面１こ拘等Ｐこ噴
きつけ、断面が楕円状のセラミクス製の排ガス浄化用触
媒担体の外周Ｐこ巻きつけた。次いで。 上記触媒担体の外周をこ対して１．　Ｉ　ｎの間隙を持
つように成形した鋼製容器中１こ、上記膨張性シート材
を巻きつけた担体を挿入し、１０分間放置後８０℃で２
４時間保持した。この処理により、膨張性成形物質は、
上記過酸化水素によって酸化されて膨張し、上記間隙は
シート材で満たされ、触媒担体を鋼製容器中で強固に固
定できた。触媒担体を容器から押し出すの１０２ｋｇの
初期力を必要とした。 実施例３ 実施例１１こおいて使用したのと同じひる石１５ノと、
濃度１５Ｖ％の過酸化水素水２００（＋を十分１こ混合
し、内寸法で高さか５Ｑａｎ、底面の大きさか１００ｓ
ｕ＋Ｘ１００ｍの上部が開いたＷ４製容器に入れ、ひる
石を膨張させた。該膨張したひる石を容器ごと８０℃の
炉中で２４時間乾燥した。この方法により、約１５ｍＸ
１ｏＯ顛Ｘ１００ｆｌのひる石のみで構成された板状の
成形体が得られた。 この成形体を上下面からＷ４板で挾み、５０ｋｑの圧縮
力を加大、Ｗさ０．　（’ｌ　ｗｍ　、大きさ１２０＋
ｆｆＸ１２０顛のシート状成形体を得た。このシート状
成形体の表面にシリコーンゴムな約Ｑ、　Ｑ　ｗｍの厚
さに塗付した。塗付後２５℃の室内に約１２時間保持し
たところ、引張強度５０に＋／／ｌ−１１１の第３発明
をこかかる高強度のシート材が得られた。 このシート材を半径１５ｍの円筒状に曲げてもき裂は発
生せず、優れた可撓性を示した。さらしこ。 このシート材を５００℃で１０分間加熱したところ１表
面処理剤であるシリコーンゴムは灰化あるいは酸化し２
てやや黒化したが、該シート材は厚さ約０９ｆｆ１こ膨
張した。 実施例４ 実施例１１こおいて使用したのと同じびる石８０１に濃
度５ｖ％の過酸化水素水５０．０　ｃ　ｃを加えて、十
分トこ混合し、核ひる石Ｐこ膨張処理を施した。 この膨張したひる石に、パルプ繊維１０Ｆ、硫黄。 老化防止剤、加硫促進剤を含有するアクリロニトリルブ
タジェンゴムラテックス（固ｆｆｔ、分４０％）１２ｙ
、　　カセイソーダ０５ｙおよび５リツトルの水道水を
加オた。 カセイソーダは上記混合物中のコ°ムクテックス用安定
剤である。 上記混合物をナイアガーｙ型試験ビータ−を用いて５分
間混合、粉砕、叩解した。さらに、該混合物中のカセイ
ソーダを中和するために硫酸アルミニウムを加えて、混
合物のベーハーを約６ンこ調整し。 タ、ビ一式シートマシンを用いて抄造した・これを８０
Ｃで２４時間乾燥俵、１５０杓の温度で、１７当り１ｋ
ｇの圧縮力を加えなから２分間用、−；ａＨ，，１ツさ
１ｇ＊、　大きさ２０（ｍＸ２５ｆｆｉのシート材を得
た１、このシート材を半径５０１の円筒状に曲げてもぎ
４は生じなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　鉄を３ないし８０重量パーセント含有し。 含有鉄の１ないし７０パーセントが２価である膨張性層
   状鉱物の鱗片状薄片からなり、上記含有鉄を酸化するこ
   とにより膨張する性質を有することを特徴とする膨張性
   物質。 ２　鉄を８ないし３０重量パーセント含有する膨張性層
   状鉱物を酸化処理し、含有鉄の８０ないし９９パーセン
   トを８価の鉄とすることにより、該膨張性層状鉱物の層
   間な膨張、剥離させる膨張工程と、該膨張、剥離した層
   状鉱物を鱗片状薄片１こ粉砕する粉砕工程とよりなるこ
   とを特徴とする膨張性物質の製造方法。 ８　鉄を８ないし８０重量パーセント含有し。 含有鉄の１ないし７０パーセントが２価である膨張１４
   一層状鉱物の鱗片状薄片を所望の形状１こ成形してなり
   、上記含有鉄を酸化することにより膨張する性質を有す
   ることを特徴とする膨張性成形物質。