JPS6018628B2 - 発泡高温断熱材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温断熱材の製法に関する。

熱にあたる面が３５ぴ０以上で普通では１００ぴ○以下
の温度であるような場所に高温断熱材を使用する。この
温度範囲で用いる断熱材としてはケイ酸カルシウム、ガ
ラス繊維のフェルト状織物、鉱物繊維およびセラミック
ファイバーがある。剛性および自己保持性が要求される
場合にはケイ酸カルシウムが特に有用であるが、柔軟性
の必要な場合には繊維状断熱材が好ましい。普通は経済
上の理由および特定の温度以上における劣化を考慮する
ために単独の材料では所望の温度範囲を有効にカバーで
きない。本発明は上記の断熱材を補足し、そして上記の
断熱材の製造および供給が困難である場合または上記の
断熱材では特定の物理的性質が満足できない場合に代わ
りに使用できる断熱材の製法を提供する。

本発明の方法による断熱材は膨張パーラィトおよびペン
トナィトからなる混合物から製造される。

組成物中に用いる膨張パーラィトはパーライト鉱物、す
なわち酸性溶岩、例えば流紋岩に伴なつて生成する火山
性のガラスから誘導したものである。概して、パーラィ
トは繊密で非晶質の灰黒色または赤色の鉱物であり、普
通は５％以下の水を含んでいる。通常、パーラィトはロ
ウ状のラスタ−のビドレアスであり、その構造は塊状か
ら針状のくずれやすい集合体まである。同０円状組織が
普通である。モース硬度は５．５ないし７の範囲、粗パ
ーラィトの嵩密度は約２２５０ｋ９／めである。パーラ
ィトを粗砕して７５０〜１２００℃の温度に加熱すると
元の体積の約２針音以下に膨張して気泡を有する塊とな
る。

本発明による断熱材の製造に好ましいパーライト材料は
組成水３〜４％を含有し、粗砕して斑Ｓ（英国標準筋系
列）の３６メッシュを通過し、そして最高１０００〜１
２００℃で膨張する鉱石である。

膨張材の高密度はできれば３０〜６０ｋ９／従でなけれ
ばならない。ペントナィトは主に交換性陽イオンとして
ナトリウムを有するモンモリロナィト型粘土である。

化学的にはモンモリロナィトは少量のアルカリ金属およ
びアルカリ士類金属を含んだアルミニウムの含水ケイ酸
塩である。構造的にはモンモリロナィト中には二つの構
成要素があり、その一方はアルミニウム八面体層であり
、他方はシリカ四面体層である。一単位のモンモリロナ
イトセルは二層のシリカ四面体層とその間にアルミニウ
ム八面体層がある。モンモリロナィト格子の倉電極は容
易に交換可能な陽イオンの電荷と釣合つている。天然に
産出するモンモリロナィトの場合は交換性陽イオンはナ
トリウムおよびカルシウムである。底面に水を吸着する
とペントナイトは水によってチキントロピー的なゲルを
生成し、それに対応してＣ−軸方向に増大するという物
理的性質を有する。この吸着水は１００〜２００ｑ０に
加熱すると放散する。しかし、いくつかのよく知られて
いない形状のペントナィトは６００℃の範囲内の温度で
格子水を失い得るといえども、通常は粘土が、７００〜
８００℃にまで加熱されるまで、格子水は保持される。
格子水を失った後にはペントナィトは底面に水を吸着せ
ず、そして水中に分散するという性質を失なう。即ち、
格子水を失ったペントナイトは組成物を結合させる作用
を発揮する。バーライトおよびペントナイトを主として
含む発泡性断熱材はケイ酸カルシウム断熱材の代わりに
使用できることが多い。

さらに、本発明の断熱材の造遮に要する装置は非常に単
純な慣用の装置から構成できる。高速混合装置を使用せ
ずに化学的または機械的に該成分の発泡体が製造でき、
そして発泡スラリーは単に通常の在型または加圧技術に
よって造形し、乾燥および焼成すればよい。蒸気発生器
およびオートクレープのコストを含めて経費の大きいケ
イ酸カルシウムの製法と本発明の製法とが比較できる。
さらに、ケィ魂カルシウムと異なって本発明の断熱材は
水和物ではなく、また使用温度が所望特性は劣化しない
。

従って、本発明の断熱材がケイ酸カルシウムよりも優れ
ている別の点は比較的収縮率が小さく、そして使用中に
生ずる粉塵が少ないことである。また、本発明以外の方
法では単なる一段法気泡しか生成できないのに対して、
本発明の方法は“発泡気泡（ＦｏａｍｅｄＦｏａｍ）”
を生成することができる。

組成物中で使用されるパーライトはそれ自体が線込み前
に膨張または発泡するが、本発明の方法によれば、該組
成物は更に発泡され“発泡気泡”構造を有する塑性可能
なゲルとなる。このような“発泡気泡”構造が形成され
ると、軽量性および断熱性の点で極めてすぐれた断熱材
が得られる。本発明の生成物は、軽量性をもたらすため
に発泡または膨張集成岩の使用をもくろむ米国特許第３
路９６１１に開示された様な材料を基材とする在来の軽
量粘土とは著しく異なる。

米国特許第３６８９６１１に開示された材料は“発泡気
泡”構造を有しない。

この様な材料は一般に高温で焼成することによって形成
されたセラミック結合を与える。従って、最終製品の特
性は、セラミック製品の形成をおこさず、しかし、粘土
の脱水を起こし、それによって水の再分散を阻止する様
な相対的に低温度での焼成を特徴とする本発明の製品と
は著しく異なる。特顔昭４９−１３４７２１号公報には
繊維状無機質材料（例えば、アスベスト、ロックウール
、グラスウール等）とペントナイト、パーライト等の充
てん材を含む水性懸濁液に界面活性剤を添加して泡立て
、次いで、乾燥と５００〜６００℃程度の温度で加熱処
理することが開示されている。

しかし、この発明の目的は硫酸亜鉛のような沈降剤を使
用することなく弾性発泡体を製造するために、繊維状無
機質材料に珪酸含有無機化合物（例えば、ケイ酸リチウ
ム、コロイダルシリカ等）を添加することである。よっ
て、繊維状無機質材料が発泡体の主成分であり、ベント
ナイト、パーライトは発泡体の主成分ではない。また、
焼成温度が最高６００ｑｏ程度なのでペントナィトは格
子水を保持したままである。従って、発泡体を結合する
ような作用を発揮することはない。更に、本発明では低
収縮率の断熱材を得るためにケイ酸塩化合物を使用して
いない。従って、特関昭４９一１３４７２１号公報に開
示された発明は、膨張パーライトおよびペントナイトを
主成分とし、ベントナィトが格子水を失って組成物を結
合する作用を発揮する６５０ｑｏ〜８５０ｑＣの温度で
焼成することからなる本発明と異なる。本発明の方法は
競成前の乾燥の段階における気泡の予想外の性質によっ
て可能となった。一般的に、断熱材組成物の気泡は、断
熱材組成物が硬化剤を含有するか、または気泡自体が硬
化性でなければ、気泡コンクリートの場合のように、乾
燥処理中にこわれてしまう。更に、断熱材組成物に硬化
剤を添合すると、不都合な温度膨張によるヒビワレの発
生といったような望ましからざる作業特性の原因となる
。他の気泡と異なり、パーラィトおよびペントナィトの
気泡は、たとえ、それ自体が硬化性でなく、また、硬化
剤を含有していなくとも、乾燥中にこわれたりしない。
このように、本発明の方法では硬化剤を添合する必要が
ないので、硬化剤を添加しなければならない従釆の方法
と比べて、本発明の方法は、著しく簡単であり、更に、
安価に実施できる。本発明は発泡高温断熱材の製造方法
を提供する。

該発泡高温断熱材の製造方法は、（１）ゲル化しえる気
泡を生成するのに十分な量の水と共に、全組成物（水を
除く）に対する重量％で表示された下記の配合量の各成
分、グラスフアイバー ０．５〜２０％膨
張パーラィト ４０〜９５％ペントナ
イト ５〜４０％から成る混合物を
生成し；ｍ） この混合物を発泡し： （ｍ） 発泡混合物を付形し； （Ｎ）付形された発泡混合物を乾燥し；そして（Ｖ）乾
燥した付形発泡混合物をペントナィト格子中の吸着水が
失われる温度よりも高く、しかも、９００ｑ０よりも低
い温度、好ましくは６５０午０〜８５ぴ○の温度で焼成
する；ことを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、混合物の各成分は次
の配合量で示される：グラスフアイバー １
〜５％ 膨張パーラィト ７０〜８５％ペント
ナイト １０〜３０％好ましいグラ
スファイバー材料はフィラメントの直径が約１２ミクロ
ンの若干サイズされたローピング状の、長さ１０〜５比
岬ここまかく切断されたグラスファイバーである。

例えばＥ−グラスファイバーも本発明の方法で使用でき
る。サイズの型は混合工程あるいは生成物のいずれにも
大きな悪影響をあたえないものと思われる。非サイズフ
ァイバーもまた好適である。グラスファイバーの主要な
目的が焼成前に付形された発泡組成物に生強度を与える
ことであるから、ある場合にはグラスファイバーの存在
はその後必要とされない。従って、その様な場合にはグ
ラスファイバーの軟化点以上の温度で焼成できる。しか
しながら、該発泡体を高度な曲げ強さが求められる場所
で使用する予定があれば、該発泡体の焼成条件は、７０
０℃よりもわずかに高いグラスファイバーの軟化点以上
に焼成温度が決してあがらない様に変更できる。この様
にして、繊維強化材に一般的に伴うすべての物理的利点
を有する繊維で強化された最終製品を製造できる。組成
物に対してできれば２重量％以下の量の界面活性剤を用
いて発泡工程を改善してもよい。

組成物中に用いる界面活性剤の選択は実際には重要では
なく、水の表面張力を減少しうる任意の材料および材料
の混合物を使用できる。適切な界面活性剤の例はオクタ
デシルアミンヱトキシレート、アルコールエトキシレー
ト、ノニルーフエニルエトキシレート、脂肪族アルコー
ルェトキシレート硫酸塩、ココナット油アルキロールア
ミド、ナトリウムノニルーフェニルェトキシレート硫酸
塩、ナトリウムアルキルーェーテル硫酸塩、ナトリウム
ドデジルーベンゼンスルホン酸塩、ナトリウムアルキル
ナフタレンスルホン酸塩およびナトリウムラウリル硫酸
塩がある。本発明の方法による断熱材組成物の処理はお
おむね次の工程にわけて行なわれる。

工程 １ 秤量 ２ 混合 ３ 注入成形または加圧成形 ４ 乾燥 ５ 焼成 １ 秤量 バッチに要する材料を秤量して別々に保存する。

膨張パーラィトは半量ずつ別々に秤量する。２ 混合 本発明の方法での使用に通したミキサーはシグマプレー
ド、プラネ．タリー、リボンおよびパドル型ミキサーで
ある。

プラネクター型ミキサーが好ましい。‘ａ｝ 水および
界面活性剤をミキサーに入れて混合を開始し；‘ｂ’ペ
ントナィトを添加して、ベントナィトが分散するまで混
合を続け；‘ｃー 約半分の膨張パーラィトを添加して
発泡スラリ−が生成するまで混合を続け；｛ｄ｝ 混合
しながらグラスファイバーを添加し；‘ｅ）残りの膨張
パーラィトを添加して、再び発泡スラリーが生成するま
で混合する。

【ａ｝の変法としてあらかじめペントナィト、水および
界面活性剤を混合しておいてもよい。

この方法では長期間ペントナィトを放電して水を吸着さ
せるので製品中のバインダーの分散が良好になる。３
注入成形または加圧成形 スラリー中の水分が多いために気孔性の型を用いて乾燥
の表面積を最大にするとよい。

フ。ツクの断熱材には湿式スラリーを支持するために波
形ボードの箱がよい。パイプ部分および他の形は適当な
型を用いて製造しても、また断熱材ブロックから機械で
削って製造してもよい。わずかな震動をかけてスラリー
を重力で型に注入し、型の僧にスラリーが確実に入れ、
そして大きな気泡の生成を防いでよい。別法としては圧
力をかけてスラリーを型に注入してもよい。薄い部分、
例えば厚さ５枕吻以下のボードを成形する場合には焼成
前に型から出すのならば金属製のトレーを使用できる。
成形するためにはスラリーの稲度でなければならない。

固体／水の比を調節して正確な成形性が得られるように
するが、これは経験的に決定される。４ 乾燥 乾燥は８０℃以下で開始し、次いで成形物表面が硬くな
るまで徐々に昇温する。

焼成段階に入るまでに連続的に昇温しながら乾燥を続け
てもよく、または実質的に乾燥して炉から崩さずに取出
せるようになったら乾燥を中止してもよい。乾燥時間は
成形物の体積および形によって変化する。

たとえば３０仇奴×３００肋×３００帆のブロックの場
合は波形ボード型中で８０午０で７幼時間乾燥する。残
っている水分は焼成時に失われる。乾燥中の昇温速度お
よび乾燥を中止する温度は成形物の体積および使用装置
によって変化する。

材料の乾燥感度は小さいが型中でスラリーが充分に保持
されていないと表面にひびが生じ、そして気泡中の空気
の膨張によって体積が増加する。乾燥段階の初期に成形
物の上部表面が型で制限されていない場合には特に上記
の現象が明らかである。３０仇舷の長さの試料で測定し
た場合の乾燥による線収縮率は普通は０．１％以下であ
る。

５ 焼成 焼成温度はペントナィト格子中の構造水が失われる温度
以上でなければならないが、できれば強化のために添加
した繊維が劣化しすぎる温度以下の温度良い。

一般的には、焼成温度は６８０〜７２０００である。成
形物の中心の最も厚い部分が焼成温度で２時間焼成でき
るように充分な時間成形物を焼成する。

焼成前に材料が完全に乾燥していれば、焼成温度に昇温
した炉に直接に入れてもよい。同様に必要な焼成時間が
過ぎたら、材料を取出して室温で冷却しても熱破壊によ
る損失はない。繊維による強化特性が必要でない場合に
は焼成温度を８５０午○ないし８７０ｑｏまで上げても
よい。

この温度で焼成すると材料の圧縮強度は増加するが、砕
けやすくなる。３０仇吻の長さの試料を上記の温度範囲
で焼成した場合の線収縮率は０．２％以下であった。

第１図は最も単純な工程のフローシートである。混合容
器に投入する順に材料に番号をつけた。第２図は別のフ
ローシートであって、本質的には第１図と同様であるが
、別の混合工程で粘土を強化しており、そして連続的に
成形できるように保持タンクがある。

本発明の方法による製品の物理的性質は使用する原料、
組成および工程によって変化する。

組成を適切に変化させると密度が９５〜５００ｋ９／〆
の範囲の材料が製造できる。一般的には、密度の加に伴
なつて破壊係数、圧縮強度および熱伝導率も各々増加す
る。これらの特性の好ましい価は、それぞれ１５０〜１
０００ｋＰａ：１５０〜１０００ｋＰａおよび５００℃
で０．１〜０．が／ｍ・Ｋの範囲内であった。ケイ酸カ
ルシウムと異なって本発明の製品の収縮率は非常に小さ
い。８００ｑ○以下の温度での寸法の変化はほとんど無
視できる。

しかしながら９００℃ではかなり収縮するので、実際に
製品を作る最高温度は約８５ぴ０である。本発明を以下
の実施例によってさらに詳細に説明する。

実施例 １欧Ｓ３６メッシュを通過するパーラィト鉱石
を膨張させ、嵩密度３０〜６０ｋ９／あの製品を製造し
て本発明の方法に要する膨張パーラィトとした。

必要なべソトナィト中の主な交換性腸イオンはナトリウ
ムであった。使用に適したペントナィトの化学組成を以
下に示す：Ｓｉ０２ ６９．
３％Ａそ２〇３ １２‐２％Ｆｅ
２０２ ３．１％Ｔｊ０２
０．２６％Ｋ２０
０．４２％Ｎａ２０
３．１％Ｍｇ０ ２
．７％Ｃａ０ ２．６％灼熱
減量（１０００ｑｏ） ６．０％実験室での使
用に適したグラスファイバーは１３肌の長さに切断した
ＥーガラスのＫ−フィラメントの６０本の連続的。

ーピングである。大規模なバッチ操作では繊維をもっと
長くしてよい。本発明で用いる界面活性剤はノニルーフ
ェニルェトキシレートである。組成の割合を以下に示す
；水 ６６．６０重量％膨
張パーラィト ２６．６０重量％ペントナ
イト ５．９０重量％ガラス織総
０．６０重量％界面活性剤
０．０２重量％本実施例で使用された操作条件は
次のとおりである。

○’発泡方法 水、界面活性剤、ベントナィトおよびパーラィト（半量
のみ）からなる混合物をプラネタリーミキサー中で機械
的に縄拝することにより発泡ごせた。

グラスファイバーを残りのパーライトと共に添加し、そ
して、前記プラネタリーミキサーで再度発泡させた。■
注型方法 前記発泡混合物を段ボール製の３０仇帆×３０仇吻×３
０比舷の寸法の型に直接注ぎ込んだ。

（３’乾燥 型中の混合物は８０ｑｏで７数時間乾燥させた。

‘４｝ 焼成７００ｏｏで３時間焼成した。

斯くして、下記の特性を有する発泡断熱材が得られた。

密 度 ２２５ｋ９／〆破壊係数
３２０ｋＰａ圧縮強度
２８０ｋＰａ熱伝導率
５００００で０．１柵／Ｋ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施態様を示すプロセスフロ
ーシートである。 第２図は本発明の方法の別の実施態様を示すプロセスフ
ローシートである。第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発泡高温断熱材の製造方法において、（i） ゲル
   化しえる泡沫を生成すりのに十分な量の水と共に、全組
   成物（水を除く）に対する重量％で表示された下記の配
   合量の各成分、グラスフアイバー ０．５〜２０％ 膨張パーライト ４０〜９５％ ベントナイト ５〜４０％ の混合物を生成し； （ii） 前記混合物を発泡し； （iii） 発泡混合物を付形し； （iv） 付形された発泡混合物を乾燥し；そして（v）
   乾燥した付形発泡混合物を、セラミツク製品が生成さ
   れる温度よりも低い、６５０℃〜８５０℃の範囲内の温
   度で焼成することを特徴とする発泡高温断熱材の製造方
   法。 ２ 組成物の各成分が下記の配合量、 グラスフアイバー １〜５％ 膨張パーライト ７０〜８５％ ベントナイト １０〜３０％ で存在する、特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３ 組成物が界面活然剤を含有する特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。 ４ 界面活性剤が全組成物（水を含む）の重量基準で２
   ％をこえない特許請求の範囲第３項記載の製造方法。 ５ 乾燥泡沫の全ての部分を少なくとも２時間、焼成温
   度の状態におくことを可能ならしめるのに十分な時間に
   わたつて乾燥泡沫を焼成させる特許請求の範囲第１項記
   載の製造方法。