JPS6250570B2

JPS6250570B2 -

Info

Publication number: JPS6250570B2
Application number: JP57094008A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Furuya; Yoshihisa Uchama; Akinori Gyoda
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1982-06-03
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1987-10-26
Also published as: JPS5831118A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、アルミナ繊維前駆体の製造装置特に
ポリビニルアルコールのような有機重合体を含有
させたオキシ塩化アルミニウムの粘度500〜
2000CPSの水溶液を漏斗状円盤の中央部から供給
して円盤傾斜面に分散させ飛散する液滴に対し、
円盤周囲に設けたリングの吹出し管のノズルから
温度100〜300℃の空気を噴射し、繊維原液を延伸
乾燥させ捕集するアルミナ繊維前駆体の製造装置
に関する。

通常アルミナ繊維は、前記した前駆体を高温で
焼成して得られるものであつて、工業用炉等の断
熱材として使用されるものである。

アルミナ繊維前駆体の製造装置として各種のも
のが提案されているが、その目的とするアルミナ
繊維に応じて使用する原料及び装置が異なるもの
である。

例えば英国特許第1360197号には巾約400ミクロ
ンの押出機から有機重合体を含有したアルミニウ
ム化合物の水溶液を押出し、30゜の角度をもつて
付帯している２個のノズルから空気を吹き出し収
れんさせ繊維化する方法が記載されている。

しかし、この方法及び装置によりアルミナ繊維
を多量生産するためには押出し機を多列に配して
繊維化しなければならない上、この装置で製造さ
れたアルミナ繊維マツトはレーヨン繊維用の装置
上の制約から薄層ウエーブの積層体状を呈するた
め層剥離しやすく、そのままでは炉内内張用に使
用できないため、レーヨンとの混紡ブランケツト
にしなければならないという欠点があつた。

又、特公昭44−17751号は、有機重合体を含有
しないアルミニウム化合物の粘度4000〜4500CPS
の水溶液を回転する中空円盤の中心から供給して
その側面に設けた細孔から排出させ、その周囲か
ら噴出する空気流によつて繊維化させる方法が記
載されているが、これは原液が有機重合体を含有
していないので長時間の安定性に欠け、又高粘度
の水溶液を使用しなければならず、さらにこのよ
うな高粘度溶液（粘度4000〜4500CPS）を使用す
ると運転継続中に粘度変化をきたしたりして細孔
が目詰りするなどの問題を生ずる他、装置の設計
製作が困難であり、多量生産に適した装置とは云
えないものであつた。

本発明はこの様な従来の装置が有する技術上の
問題点を解決しようとするものであり、有機重合
体を含有するアルミニウム化合物の粘度500〜
2000CPSの水溶液の特定の傾斜の勾配面をもつた
漏斗状の円盤の中心部から円盤傾斜面に供給して
分散させ、その飛散した液貯滴をその周囲から噴
出する空気により延伸乾燥させて繊維化する装置
を用いることにより、前記の粘度500〜2000CPS
の低粘度の繊維原液から極めて簡単に、アルミナ
繊維前駆体を多量に製造することができることを
知見し本発明の完成に至つたものである。

すなわち、本発明は有機重合体を含有させたア
ルミニウム化合物の粘度500〜2000CPSの水溶液
からなる繊維原液からアルミナ繊維前駆体を製造
する装置であつて、角度20〜40゜の勾配面を有す
る周端部直径が50〜500mmである漏斗状円盤の背
面中心部に中空回転軸を連結させ、該回転軸の中
空部に給液管を配設し、該給液管の先端部を前記
漏斗状円盤の外縁部と前記勾配面とで形成される
円錐状空間内で中空回転軸寄りに突出させ、か
つ、該漏斗状円盤の外周近傍から、流体を中空回
転軸と略平行な方向へ噴出させる吹出し管を設け
て成ることを特徴とするアルミナ繊維前駆体製造
装置である。

このような構成の装置において、有機重合体を
含有したアルミニウム化合物は給液管の一方から
供給され先端部より高速回転中の漏斗状円盤の勾
配面に押し出される。先端部より押し出された繊
維原液は、漏斗状円盤の勾配面上で回転力と遠心
力によつて流動すると、均一に分散し均一な薄膜
を作る。このような均一な薄膜は、適当な回転速
度において、勾配が20゜〜40゜の角度である場合
に得られ、円盤上で、直径50〜500mm程度の範囲
で均一に保たれる。

ここで、給液管の先端は、漏斗状円盤の外縁部
と勾配面とで形成される円錐状の空間内にあつ
て、勾配面に繊維原液が押し出される構造であれ
ば、その形状は限定されない。均一な薄膜は前述
のように漏斗状円盤の形状により得られるからで
ある。ただし、勾配面での膜形成の効率を考慮し
て、中空回転軸寄りに置く必要がある。

次に、勾配面の全周に均一に拡がつた薄膜は、
順次外縁より糸状の液滴となつて放射状に飛び出
す。飛び出した糸状の液適は、円盤を囲む位置に
設けられた流体の吹き出し管から噴出している高
圧流体、例えば加熱空気にあたつて延伸と水分の
蒸発が起こり繊維化される。

以下本発明をさらに詳しく説明する。

本発明において、アルミナ繊維とは、Al₂O₃分
が80重量％以上、残部はSiO₂、MgO、不可避成
分としてFe₂O₃、Na₂Oを含有するものであり、
その繊維径は0.1〜10μでその大部分は２〜４μ
であり、単繊維である。またアルミナ繊維前駆体
とは、繊維原液から漏斗状の回転円盤により特定
の条件下で繊維化したものをいう。

本発明の装置は、繊維原液として低粘度のもの
を用い層剥離をしないアルミナ繊維の前駆体を製
造するのに適したもので、特に、有機重合体を含
有する比較的アルミナ成分の含有量の少ない粘度
500〜2000CPS程度の水溶液を繊維化するのに好
適なものである。

以下、本発明の実施例の装置について図面によ
り説明する。

第１図及び第２図は各々本発明の実施例を示す
ものであり、漏斗状の回転円盤の断面図である。
符号の１は円盤、２は回転軸、３は給液管、４は
給液管先端部、５は吹出し管、６はノズル、７は
冷却空気吹出し管を示す。

第１図の断面図において、漏斗状の円盤１は背
面中心部に中空回転軸２と連結して高速回転を可
能とし、さらに中空回転軸２の中空部に給液管３
を設けたものである。給液管３の先端部４は円盤
中央開放部に突出し、Ｔ字型の形状から成つてい
る。

第２図は本発明による別の実施例である繊維化
装置を示したものである。給液管先端部４がカギ
型になつていること、又円盤冷却機構としてドー
ナツ状冷却空気吹出し管７による空冷装置を付帯
していることが第１図のものと異なつている。円
盤を空冷する理由は円盤面が周囲の熱風で加熱さ
れると円盤面において液膜の一部の水分が蒸発固
化するのを防止するためである。又良好な状態の
遠心分散が継続して行われることが困難である場
合有効である。このため、漏斗状の円盤を中空に
して中空部と水冷管とを接続するようにすればよ
い。

本発明の装置を用いて実際にアルミナ繊維前駆
体を製造する例をあげてさらに詳細に説明する。
本発明に用いる繊維原液は例えばアルミナに換算
して少くとも20重量％、好ましくは20〜30重量％
を含有するオキシ塩化アルミニウム、繊維形成助
剤としてポリビニルアルコールを少量、例えば
0.2〜５重量％、及びSiO₂又はMgOを含有する組
成物例えばコロイダルシリカ又は塩化マグネシウ
ムの６水塩などを０〜10重量％、さらにその他不
可避成分としてFe₂O₃、Na₂Oを含有する粘度500
〜2000CPSの溶液である。これを製造するにはオ
キシ塩化アルミニウムとしてAl：Clのモル比が
1.5〜2.2、好ましくは1.7〜2.0としたものを用
い、これにポリビニルアルコール、SiO₂、MgO
を含有する化合物を添加し減圧濃縮し粘度500〜
2000CPSのものに調整すればよい。

なおオキシ塩化アルミニウムの濃度が低いと多
量のポリビニルアルコールが必要となるが、この
場合乾燥焼成後のアルミナ繊維の強度が低下する
ので好ましくなく、一方その濃度が高いとその原
液の安定性が悪くなりゲル化して製綿が困難とな
る。

又、コロイダルシリカや塩化マグネシウムの６
水塩などを添加し、アルミナ繊維中のAl₂O₃80重
量％以上の残部にSiO₂又はMgO、或いは両者は
併用することも出来るが、このようなSiO₂や
MgOを含有させればさらにアルミナ繊維を改質
させることができる。

すなわち、SiO₂を含有させれば柔軟性が、
MgOを含有させればスラグに対する耐アルカリ
性、耐熱性が向上するという利点がある。しか
し、これらを必要以上に含有させると耐熱性等が
低下するので好ましくない。このような組成の繊
維原液は、給液管３の一方から供給され、先端部
４で高速回転中の漏斗状円盤の勾配面の全周に均
一に拡がつて薄膜を作り、順次周端部より液滴と
なつて回転軸２とほぼ直角の方向に、その粘性に
より糸状の液滴となつて飛び出す。放射状に飛び
出した糸状の液滴は円盤１を囲む位置に取り付け
たドーナツ状吹出し管５の全周に穿つた多数のノ
ズル６から噴出している高圧流体例えば加熱空気
に当つて延伸と水分の蒸発が起り繊維化する。

この方法によれば繊維化した前駆体繊維は360
゜の方向に飛び出した液滴が飛動して出来る繊維
であるためきわめてランダムな配列を成して集綿
されるため得られたマツトは層剥離の問題を解消
できる。

さらに漏斗状円盤と吹出し管の操作条件につい
て説明すると、本発明は前記した特公昭44−
17751号記載の粘度4000〜4500CPSの有機重合体
を含有しない塩化アルミニウム化合物の水溶液を
中空円盤のスリツトから押し出す場合、又は英国
特許第1360197号記載の有機重合体を含有するオ
キシ塩化アルミニウム水溶液を開口部より押し出
す場合に見られるような給液スリツト等の開口部
の閉塞等のトラブルがないので原液を長時間連続
して供給することが可能である。

しかし、生成した前駆体同志は水分を保有して
いるためベトツキ易い。このため発生した前駆体
が飛動中に気流乾燥が完了するよう流体条件を設
定してやることが必要である。原液粘度が500〜
2000CPSの範囲にある時に本発明の繊維化装置は
特に効果が著しい。粘度が500CPS未満である
と、繊維化が困難であると共に繊維の長さが短く
なりすぐれたものが得られず、又2000CPSをこえ
ると繊維径が大きくなり好ましくない。

実施例の図面に示した漏斗状円盤形状の場合そ
の凹面の勾配は回転軸に垂直面に対して20゜〜40
゜好ましくは25゜〜30°の角度を有する時に原液
の整流効果が最大になる。円盤面の勾配は20゜未
満の場合、および40゜をこえる場合のいずれにお
いても繊維とならない粒状物（シヨツト）が増加
する。原液フイード量が10〜20Kg／Hrの処理を
行なうには円盤面の周端部直径50〜500mm、好ま
しくは100〜300mm程度の円盤が好都合である。円
盤の周端部直径は円盤の回転速度と関係し、50mm
未満であると繊維径が大きくなり、500mmをこえ
ると繊維長が短かくなると共に、粒状物（シヨツ
ト）が増加する。円盤周速は30〜50ｍ／secの条
件になるよう回転数を決める。周速度が30ｍ／
sec未満の場合は繊維径が大となり、50ｍ／secを
こえると繊維長が短くなると共に繊維とならない
シヨツト（粒状物）が増加する。

一方、吹出し管の方は遠心分散して飛散してく
る液滴を90゜の角度で方向転換するに十分な噴射
流体が必要である。吹出し管は円盤をとり囲むド
ーナツ管の全周に直径２mmの多孔を等間隔に穿つ
たものである。上記の仕様の円盤の場合ドーナツ
管は回転円盤の外側になるように配設し、上記の
仕様の円盤の場合その直径は孔芯間で150〜600mm
になるように調製される。噴出流体は加圧流体で
あればよく、例えば圧縮空気が好適であり、噴出
圧力は５〜10Kg／cm²Ｇ、噴出空気温度は100〜300
℃の加熱状態で供給される。又前駆体は噴出流体
によりネツト上に補集されるが、その飛動中の雰
囲気は温度30〜60℃、湿度50〜80％に保持され
る。こうして集められた繊維前駆体はきわめてラ
ンダムに配列しており、そのままの状態を保つた
まま高温で熱処理すると多結晶アルミナ繊維マツ
トとして使用に供することができる。

このように本発明の装置で製造した前駆体は外
観的には絹のような光沢を有しており、鉱物顕微
鏡でみるとガラスウールのようであつて、繊維は
３〜４ミクロンの微細な直径を有し、且つ１本１
本は独立して存在し、しかもきわめて平滑であ
り、シヨツトは殆んど検出されないものである。

以上説明したように、本発明は低粘度の有機重
合体を含有するアルミニウム化合物の水溶液を特
定の回転円盤を用い特定の条件下で繊維化する装
置であつて従来の吹込法による繊維前駆体と異な
る繊維前駆体の製造装置であつて、簡単な装置で
大量にしかも層剥離やシヨツトなどの少ないすぐ
れたアルミナ繊維を製造することがきる。

次に、本発明の効果をさらに集約すると下記の
通りである。

(1) 特定の組成の繊維原液を使用するので、該繊
維原液は製造が容易であると共に、原液粘度の
低下や変質を受け難く、長期間（１ケ月程度）
安定である。

(2) 漏斗状円盤は製作が簡単であり、使用にあた
つては目詰り等の故障はなく、常に安定してア
ルミナ繊維前駆体が製造でき、又円盤の全周か
ら原液が飛散し加熱流体により延伸乾燥させな
がら繊維化されると同時にネツト上に捕集され
るので、駆体はランダムの配列となり、これを
熱処理したものは層剥離など全くないすぐれた
アルミナ繊維マツトが得られる。

(3) 本発明の装置によつて得られるアルミナ繊維
は外観的には絹のような光沢を有しており、鉱
物顕微鏡で鏡察するとガラスウールのようであ
つて、繊維は３〜４μの微細な直径を有し、且
つ１本１本が独立して存在し、しかもきわめて
平滑であり、シヨツトをほとんど検出出来な
い。

(4) 本発明の装置によつて得られるアルミナ繊維
はＸ線回折で見ると微細結晶粒が集合した多結
晶質から構成されていて、これらの微細結晶が
互に強固な結合状態を保つて緻密なフアイバー
を形成しているので、機械的強度面では可撓性
に優れ圧縮荷重に対する弾力性が高い。

(5) 本発明の装置によつて得られるアルミナ繊維
は繊維の耐熱性が1600℃ときわめて高い上、優
れた耐風速性、断熱性及び耐スポーリング特性
のために高温の工業炉内張用耐火物として有用
である。

以下、実施例をあげてさらに本発明を具体的に
説明する。

実施例１ Al：Clモル比1.83、Al₂O₃濃度20重量％のオキ
シ塩化アルミニウム溶液10Kg中にケン化度85モル
％、重合度1700の部分ケン化ポリビニルアルコー
ル（電気化学工業(株)、登録商標「デンカポバール
Ｂ−17」）の10重量％水溶液１Kgを添加混合して
から減圧濃縮してAl₂O₃濃度28重量％、粘度
1500CPS原液を作つた。この原液を10Kg／Hrの
フイード量で直径100mm、傾斜角30゜回転円盤面
へ圧送した。円盤回転数は5800rpm（周速度30.4
ｍ／sec）、吹出し管からの噴出空気圧６Kg／cm²
Ｇ、噴出空気温度150℃の条件で行ない前駆体飛
動域の温度40℃、湿度70％で通過させて前駆体繊
維をネツト上に捕集した。又、繊維化用に用いた
加熱空気はネツトを通して大気中へブローした。
得られた繊維は３ミクロンの直径を有し、ランダ
ムにカールしてマツト状を呈していた。このマツ
トを熱処理して多結晶アルミナフアイバーマツト
を得た。

実施例２原液のフイード量を20Kg／Hr、円盤回転数
7600rpm（周速度39.8ｍ／sec）噴出空気圧７
Kg／cm²Ｇ、噴出空気温度200℃とした以外は実施
例１と同様に行つた。なお前駆体飛動中の雰囲気
は温度50℃、湿度60％であつた。前駆体繊維径は
2.5ミクロンであり剥離現象は全くないマツトが
得られた。

実施例３ Al：Clのモル比1.90、Al₂O₃濃度25重量％のオ
キシ塩化アルミニウム溶液25Kg中に、SiO₂濃度
20重量％のコロイダルシリカ（日産化学(株)登録商
標「Snowtex−Ｏ」）1.5Kgと平均重合度1700部分
ケン化したポリビニルアルコール（電気化学工業
(株)、登録商標名「デンカポバールＢ−17」）10％
溶液３Kgを添加混合し、撹拌しながら減圧濃縮し
てAl₂O₃＋SiO₃濃度31重量％、粘度1800CPSの原
液を作つた。実施例１と同様の方法で、この原液
から前駆体繊維を得てネツト上に捕集した。絹の
ような光沢のあるこの前駆体繊維を熱処理して多
結晶アルミナシリカフアイバーを得た。

実施例４ Al：Clのモル比1.79、Al₂O₃濃度22重量％のオ
キシ塩化アルミニウム溶液20Kgの中へ、SiO₂濃
度20重量％のコロイダルシリカ（日産化学(株)、登
録商標名「Snowtex−Ｏ」）５Kgと平均重合度
1700の部分ケン化したポリビニルアルコール（電
気化学工業(株)、登録商標「デンカポバールＢ−
17」）の10％溶液２Kgを添加混合し、撹拌しなが
ら減圧濃縮して、Al₂O₃＋SiO₂濃度27重量％、粘
度800CPSの原液を作つた。

実施例２と同様の方法で、この原液を繊維に変
え、釜糸に類似した前駆体繊維マツトを得た。こ
のマツトを熱処理して多結晶アルミナシリカフア
イバーマツトにした。このマツトは柔軟性に優
れ、又1350℃で１カ月以上使用しても劣化せず安
定であつた。

実施例５ Al：Clのモル比1.79、Al₂O₃濃度22重量％のオ
キシ塩化アルミニウム水溶液20Kgに塩化マグネシ
ウムの６水塩1.2Kgとポリビニルアルコールの10
％水溶液２Kgとを添加混合して溶解し、撹拌しな
がら減圧濃縮してAl₂O₃＋MgO濃度26重量％、粘
度600CPSの原液を得た。

この原液を18Kg／Hrのフイード量で漏斗状回
転円盤へフイードした。なお漏斗状回転円盤の直
径200mm、斜傾角35゜、円盤の回転数は毎分
4500rpm（周速度47.1ｍ／sec）噴出空気温度140
℃、噴出圧力３Kg／cm²Ｇの条件で繊維化を行いこ
れをネツト上に捕集した。これをそのまま1300℃
で焼成して多結晶アルミナ繊維マツトとした。こ
のマツトのスラグの多い均熱炉に使用したところ
何ら変化がなく耐アルカリ性、耐熱性に優れてい
た。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例である回転
円盤の断面図である。１……円盤、２……回転軸、３……給液管、４
……給液管先端部、５……吹出し管、６……ノズ
ル、７……冷却空気吹出し管。

Claims

【特許請求の範囲】

１有機重合体を含有させたアルミニウム化合物
の粘度500〜2000CPSの水溶液からなる繊維原液
からアルミナ繊維前駆体を製造する装置であつ
て、角度20〜40度の勾配面を有する周端部直径が
50〜500mmである漏斗状円盤の背面中心部に中空
回転軸が連結され、該回転軸の中空部に給液管が
配設されも、該給液管の先端部が、前記漏斗状円
盤の外縁部と前記勾配面とで形成される円錐状空
間内の中空回転軸寄りに位置されており、かつ、
該漏斗状円盤の外周近傍に、流体を中空回転軸と
略平行な方向へ噴出させる吹出し管を設けて成る
ことを特徴とするアルミナ繊維前駆体製造装置。