JPS643822B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は膨張性雲母とα−セピオライトから成
る耐熱性無機質複合材に関するものである。 従来、セピオライトや膨張性雲母を使用した無
機質成形体や組成物については多くの発明が提案
されている。 たとえば、セピオライトを使用したものとして
は、(1)特公昭47−45602号に、セピオライトから
成る不燃性紙が、また、(2)特公昭51−43485号に
は、セラミツク繊維とセピオライト、およびセラ
ミツク繊維とセピオライト、シリカゾルから成る
成形品が、さらに(3)特開昭53−28705号には、セ
ピオライトと同質の山皮と高温耐熱物粉末からな
る耐熱性紙などが記載されている。 しかしながら、このようなセピオライトをセラ
ミツク繊維、シリカゾル、耐熱物粉末と共に使用
した成形品やシート状物に関しては、弾力性、復
元性に乏しく、また、1000℃以上の高温では脆く
なるという欠点を有している。 一方、膨張性雲母を使用した成形品、複合材お
よびシート材料に関しても、未膨張、膨張後のも
のも含め多くの発明が提案されている。 たとえば、(4)特公昭49−21036号に過酸化物膨
積バーミキユライト−ポリウレタン複合材が、(5)
特公昭50−23049号には、電磁波膨積バーミキユ
ライト−ポリウレタンが、また、(6)特公昭50−
1571号には、膨積バーミキユライト固形体、さら
には、(7)特開昭48−70716号に、膨積バーミキユ
ライトと無機質結合剤（例えば水硝子、シリカゾ
ル等）、充填物（例えば無機質繊維材料等）から
成るバーミキユライトモールド成形物などが記載
されている。 しかしながら、これら従来の膨張性雲母を主と
して使用した成形品、複合材のうちポリウレタン
を用いたものは、300℃以上の高温では形状維持
が出来なかつたり、また無機質結合剤を用いたも
のは固くて可撓性や弾力性といつた特性は全くな
いなどの欠点を有する。 これら従来例に対し、耐熱性と弾力性を有する
シートや組成物として次のような発明が提案され
ている。 たとえば、(8)特開昭50−55603号には、膨張性
雲母、無機繊維材料、無機結合剤から成る膨張性
シート材料が、また、(9)特開昭51−69507号には、
膨張性雲母、無機繊維材料、有機弾性結合剤から
成る可撓−膨張性シート材料、さらに、(10)特開昭
51−64483号には、起泡膨張性材料、無機結合剤、
充填剤、液体ビヒクルからなる充填組成物などが
提案されている。 しかしながら、上記のシート材料などのうち無
機結合剤を用いたものは高温では脆く、可橈性、
弾力性といつた特性に欠け、一方有機結合剤を用
いたものは高温ではこの結合剤が燃焼して脆くな
るなど種々の欠点を有している。 以上従来提案されているセピオライトや膨張性
雲母をそれぞれ使用した各種シート材料、成形物
および組成物に属するものは、耐熱性、可撓性、
強度、弾力性などの諸特性において何らかの欠点
を有しており、その用途に大きな制限を受けてい
る。 本発明は、優れた弾力性、復元性、可撓性、強
度を有する耐熱性無機質弾性複合材を提供するこ
とを目的とし、特許請求の範囲記載の複合材とそ
の製造方法を提供することによつて、前記目的を
達成することができる。 次に、本発明を詳細に説明する。 本発明の複合材は、加熱により膨張し、弾力性
を生じるが脆くなる薄片多重構造の膨張性雲母に
微細繊維状のα−セピオライトを複合し熱処理す
ることにより、α−セピオライトの持つ結合効果
で膨張性雲母の膨張を適度に押さえると同時に、
その構造を結合強化し、優れた弾力性、復元性、
強度、可撓性などを保持した特殊構造の複合材で
ある。 本発明の耐熱性無機質弾性複合材（以下、単に
本発明の複合材という。）の主原料であるα−セ
ピオライトは、複鎖状構造を有する含水マグネシ
ウムケイ酸塩鉱物の一種であり、その結晶化度に
より２種に分類される。そして結晶化度の高い繊
維状のものはα−セピオライト、低結晶化度ない
し非晶質で塊状・緻密のものはβ−セピオライト
と呼ばれている。β−セピオライトは優れた繊維
形態をしておらず絡みによる結合効果が小さいと
いう欠点を有しており、本発明においては使用に
適さないものである。このような事情から、本発
明におけるセピオライトはα−セピオライト最適
であり、Si−Ｏ四面体層と、Mg−Ｏ（OH）の八
面体層とから成るタルク状２：１型層構造を基体
に持つ各リボンが、四面体層の逆転によりつなが
つて鎖状構造を形成しており、卓越した繊維形態
を示すものである。このα−セピオライトは水ま
たは有機溶媒に対する分散性、増粘効果に優れ、
さらに細い繊維状で極めて柔軟性に富むため、他
の種々の材料とも良く絡み合い、それを均一に分
散し結合、保持する効果を持つ。また、化学組成
は一般的に第１表に示す範囲にあり、耐熱性にも
優れる。

【表】 本発明に使用したα−セピオライトは、産出時
に混入して来る不純物として、CaOが含まれてい
るがこのものは本発明における複合材の物性に
は、ほとんど悪影響を与えない。 次に、本発明の複合材のもう一つの原料である
膨張性雲母について説明する。本発明の複合材に
使用する膨張性雲母は、バーミキユライト鉱物で
ケイ酸四面体層−アルミナ八面体層−ケイ酸四面
体層が積重なつて結合した２：１型構造と呼ばれ
る層状粘土鉱物である。その形状は、不定形の薄
片状粒子で、層間に水を介した多重構造を有す
る。一般的に第２表に示されるような組成を持
ち、1000℃以上の耐熱性を有するが急熱により層
間水の飛散により前後に著しく膨張して蛭のよう
になるため、弾力性、断熱性などの特性を有する
が、この蛭状の薄片多重構造体の層間には結合力
が乏しいので外力により薄片化してしまい、この
もの単独では蛭状の多重構造形態の維持は難かし
い。

【表】 本発明の複合材の原料であるα−セピオライト
と膨張性雲母はそれぞれ以上のような特性を有す
るが、本発明者らはこれらの材料を複合使用し、
一定条件にて熱処理することにより、優れた特性
を持つ複合材が形成されることを知見した。以
下、これら材料の複合使用、熱処理による作用効
果並びに複合材の特性について説明する。 膨張性雲母は、それ単独では通常、成形体とす
ることはできない。これに対し、α−セピオライ
トはそれ単独でも従来例(1)に示されているような
不燃性と成し得る。 しかし、α−セピオライトだけからなる上記不
燃性紙は前述のように常温では強度、可撓性を有
するものの、900〜1000℃の高温では、強度が大
幅に低下し非常に脆くなり高温での使用には耐え
ないものであり、さらにα−セピオライトが緻密
に結合しているために弾力性は全くないという欠
点を有している。 これらの欠点を一部改善したものとしてα−セ
ピオライトに他の材料を複合させたものが従来例
(2)、(3)に示されている。従来例(2)は、α−セピオ
ライトにセラミツク繊維やシリカ、アルミナゾル
などを複合し成形したものであり、従来例(1)に比
べ耐熱性、高温での脆さは、ある程度改善されて
はいるが、セラミツク繊維の複合では弾力性の点
で大幅な改善は見られず、シリカ、アルミナゾル
を複合したものでは、固く全く弾力性がない。ま
た、従来例(3)も山皮を主成分とした紙で、その用
途に合わせて耐熱物粉末を複合させたものである
が、これら複合させている耐熱物粉末には本発明
のように熱処理により弾力性の生ずるものは含ま
れておらず何ら弾力性は付与されていない。 これらに対し、本発明の複合材はα−セピオラ
イトと膨張性雲母を混合、成形して複合体とな
し、この複合体を一定条件にて熱処理することに
より、α−セピオライトと膨張性雲母とが絡み合
つて結合し、膨張性雲母の膨張を適度に押さえる
と同時に薄片化を防止したものであり、従来例(1)
や(3)のように高温で脆くなるということはなく常
温から高温まで変わらない優れた強度と可撓性、
弾力性を有する。 本発明の複合材の構造は、第１図に示したモデ
ル図のごとく、細線で示す柔軟な微細繊維状α−
セピオライト１と太線で示す菱形の蛭状に積重な
つている薄片多重構造体の膨張性雲母２が結合し
たものであり、α−セピオライトの微細繊維同志
の絡み結合、前記繊維の絡み部へ膨張性雲母の薄
片が絡みついた結合、さらには例えば同図におい
て繊維３，４の間に、薄片多重構造体である膨張
性雲母２が介在しクツシヨン性を有する結合形態
など種々の結合が組み合わさつた新規な構造であ
る。以上本発明の複合材は、このような新規な構
造を有するため、従来の成形体などに比べて弾力
性を有し、膨張性雲母のようにα−セピオライト
と結合し弾力性を有するような材料を含んでいな
い従来例(1)，(2)，(3)などとは、構成材料や構造に
おいても全く異なつている。 一方、従来例(4)，(5)はあらかじめ適度に膨張さ
せた膨張性雲母（バーミキユライト）を使用した
ものであるが、これらは単独では成形体とするこ
とができないために、成形体とするため粘結剤と
して有機質のポリウレタンが使用されている。従
つて該複合材は、常温ではポリウレタンのために
弾力性、強度を有するが、ポリウレタンが焼失し
てしまう高温では、複合成形体として一定の形状
を維持出来ず高温で使用することはできない。 これに対し本発明の複合材は、有機質分を使用
しておらず、しかもα−セピオライトと膨張性雲
母の特殊な結合により実施例で説明するように常
温から高温まで変わらない強度、可撓性、弾力性
を有するなど高温特性において著しく改善された
ものであり従来例(4)，(5)とは全く異なる複合材で
ある。 また、従来例(6)，(7)に示されている成形物や固
形体は、バーミキユライトに無機接合剤や無機固
結助剤が使用されているため、従来例(4)，(5)とは
異なり、高温での強度、形状維持などの点では、
かなり改善されたものであるが、該成形物に使用
されている無機接合剤や無機固結助剤は硬化性の
ものであり、これらの接合剤あるいは助剤を用い
てなる成形物、固形体は可撓性、弾力性が全くな
い。 これに対し本発明の複合材は、柔軟性に富むα
−セピオライトと熱処理により膨張し弾力性を生
ずる膨張性雲母を混合、成形して複合体となし、
さらに熱処理により一体化した特殊な構造体であ
るから常温から1000℃の高温まで優れた弾力性、
可撓性を有するので、従来例(6)，(7)が使用される
分野とは異なつた分野で使用することができる。 本発明の複合材と同様の特性、つまり弾力性、
耐熱性を特徴にした複合材が従来例(8)，(9)に示さ
れている。従来例(8)は未膨張雲母と無機繊維材
料、無機結合剤から成るシート材料であるが、該
シート材料は未膨張雲母を使用しているため常温
では何ら弾力性を示さないし、また、使用してい
る無機結合剤は硬化性のものであり、本発明の複
合材のような膨張性雲母を結合する繊維状のもの
でないため可橈性に欠け、さらには膨張性雲母の
膨張を適度に押さえることが出来ず、加熱すれば
強度が著しく低下し脆くなる。従来例(8)の欠点で
ある可撓性を改善したものとして従来例(9)に可撓
−膨張性シート材料が示されている。該シート材
料については、有機結合剤が使用されているため
常温での可撓性は改善されているものの、300℃
以上の高温では有機結合剤が焼失してしまうと同
時に膨張性雲母が膨張するため、シートの強度は
著しく低下し通常の使用に耐えない。これらに対
し、本発明の複合材は柔軟性に富む繊維状のα−
セピオライトと膨張性雲母を混合、成形して複合
体となし、この複合体を熱処理することにより、
両者を結合させると同時に膨張性雲母の膨張を適
度に押さえ、その結果、繊維と薄片多重構体とい
う全く形態の異なる材料が一体化した構造体と成
り、1000℃の高温まで常温の形状を維持し、弾力
性、可撓性、強度など優れた諸特性も何ら変化し
ない。 本発明の複合材は、以上のようにα−セピオラ
イトと膨張性雲母から成るものであるが、前記本
発明の各特性を損なわない範囲で他の種々の材料
を充填材として複合させてもよい。この充填材と
しては、耐熱性、弾力性、可撓性、強度などに悪
影響を及ぼすことのないセラミツク繊維、アルミ
ナ繊維など高耐熱の無機質繊維が望ましい。 このように本発明の複合材は、複合により各材
料のもつ優れた特性を効果的に作用させたもので
あり各材料の配合割合については必然的に限定さ
れる。すなわち、α−セピオライト100重量部に
対し、膨張性雲母50〜300重量部であり、50重量
部未満では弾力性が不足し、300重量部を越える
と強度と可撓性が低下するという欠点が生じてく
る。 次に本発明の複合材を製造する方法について説
明する。 α−セピオライト粉末を水中に投入し解綿分散
し0.1〜20％の濃度のスラリーを作成する。この
スラリーの作成は、２％程度までなら高速ミキサ
ーにて解綿分散が可能であるが、それ以上高濃度
の場合は練り込みが出来るニーダー形式のものが
適当である。次に上記スラリー中に膨張性雲母を
所定量投入しさらに撹拌、混合を行ない均一に分
散させる。これらのスラリーを紙状、板状など各
種形状に成形後、乾燥し、αセピオライトと膨張
性雲母からなる無機質複合成形体となす。成形方
法としてはスラリーの濃度や成形体の形状により
各種の方法がある。(1)通常の抄紙方法のほか、た
とえば、(2)金網上に流し込み両側からはさみ脱水
する方法、(3)濃厚スラリーを金網上に流しロール
にて成形する方法などいずれの方法を用いても良
い。この際、定着や濾水性を改善するなど製造上
必要ならば公知の凝集剤を使用しても良い。 尚、このようにして得られる熱処理前の無機質
複合体はかなりの強度と可撓性を有するが、例え
ば極めて薄いシート状のものを製造、加工する場
合には必要によりラテツクス、ポリウレタン、ポ
リビニルアルコール、CMC、メチルセルロース、
醋酸ビニル、でんぷん、フエノールなどの有機結
合剤を使用しても、前記有機結合剤は成形後の熱
処理により焼失するので本発明の複合材が有する
高温での弾力性、可撓性、強度などは何ら損なわ
れない。 次に上記無機質複合体を600〜800℃で３〜５時
間熱処理する。熱処理温度および時間をこの範囲
内にて種々変えることにより極めて弾力性に富む
本発明の複合材を得ることが出来る。 このような本発明の複合材は、熱処理により得
られるものであるが、上記熱処理条件と同じであ
れば、本発明の熱処理は複合体の成形直後でなく
ても、使用時の加熱などいずれの時期においても
行なうことができる。 以上のようにして得られる本発明の複合材は、
α−セピオライトと膨張性雲母という全く形状を
異にする２種の耐熱性材料が結合し、特殊な構造
を有するため以下に実施例により説明する如く従
来この種の材料には見られなかつた耐熱性、弾力
性を有する優れた材料であり、各種シール材、断
熱材、充填材などとして幅広い用途への使用が期
待出来る。 次に本発明を実施例について説明する。 実施例 １ α−セピオライト100重量部を水中に投入し、
ミキサーにて充分、解綿させ濃度２％のスラリー
を作成した。このスラリー中に膨張性雲母とし
て、市販の未焼成南アフリカ産バーミキユライト
２号を50重量部投入しながら撹拌し均一に分散さ
せた。これを前記成形方法(1)にて成形し110℃で
乾燥後厚さ4.1mmのシート状の複合体を得た。こ
の複合体を800℃にて３時間熱処理して嵩密度
0.73ｇ／cm³、厚さ５mmのシート状の本発明の複合
材を得た。この複合材について以下に示す弾力性
および、強度の評価試験を実施し、その結果を第
３表および第２図〜第５図に示した。

【表】 本発明の複合材について実施した弾力性評価試
験とは、一定厚みの複合材を常温および900℃の
雰囲気下にて元の厚みの40％までくり返し圧縮を
行ない、その時の複合材のもつ圧縮復元力を測定
し、そのくり返しにともなう変化を記録するとい
う方法である。この復元力の値が大きく、しか
も、くり返しによる減少率が小さい程、弾力性は
優れているとの評価がなされる。また、強度評価
試験は、弾力性評価試験と同様の雰囲気下で
JISP8113に基づいて測定した。 実施例 ２ 実施例１と同じα−セピオライトと膨張性雲母
を使用し、α−セピオライト100重量部、膨張性
雲母120重量部の割合で、実施例１と同様の方法
にて成形し厚さ3.8mmの複合体を得た。これを780
℃にて３時間熱処理し嵩密度0.73ｇ／cm³、厚さ５
mmの本発明の複合材を得た。これを実施例１と同
様の測定を行ない、その結果を第３表および第２
図〜第５図に示した。 実施例 ３ α−セピオライト100重量部を水中に投入し、
ニーダーにて混練し濃度20％の水和混練物を作成
した。これに実施例１、実施例２と同じ膨張性雲
母を180重量部投入しながら混練し、均一に分散
させた。これを前記成形方法(2)により成形乾燥
し、厚さ3.1mmのシート状複合体を得た。これを
750℃にて３時間熱処理し嵩密度0.73ｇ／cm³、厚
さ５mmの本発明の複合材を得た。これを実施例１
と同様の測定を行ない結果を第３表および第２図
〜第５図に示した。 実施例 ４ 実施例１と同じα−セピオライトと膨張性雲母
を使用し、α−セピオライト100重量部、膨張性
雲母300重量部の割合で、実施例３と同様の方法
により厚さ2.1mmのシート状複合体を得た。この
複合体を700℃にて２時間熱処理し嵩密度0.73
ｇ／cm³、厚さ５mmの複合材を得た。これを実施例
１と同様の測定を行ない、結果を第３表および第
２図〜第５図に示した。 実施例 ５ α−セピオライト100重量部と市販のセラミツ
ク繊維（例えば商品名「イビウール」）300重量部
を水中に投入し、ミキサーにて充分、解綿させ、
濃度２％のスラリーを作成した。このスラリー中
に実施例１と同じ膨張性雲母100重量部を投入し
ながら撹拌し、均一に分散させた。これを前記(1)
の成形方法にて成形し、乾燥後、厚み2.5mmの複
合体を得た。これを800℃にて３時間熱処理し嵩
密度0.73ｇ／cm³、厚さ５mmの本発明の複合材を得
た。これを実施例１と同様の測定を行ない、その
結果を第３表および第３図〜第４図に示した。 比較例 １ 市販のセラミツク繊維400重量部を水中に投入
し、ミキサーにて解綿分散させ濃度２％のスラリ
ーを作成した。このスラリー中に実施例１と同じ
膨張性雲母を100重量部投入しながら撹拌し、均
一に分散させた後、前記(1)の成形方法にて成形し
厚み2.5mmの複合体を得た。これを800℃にて３時
間熱処理し嵩密度0.73ｇ／cm³、厚さ５mmの複合材
を得た。これを実施例１と同様の測定を行ない、
結果を第３表および第３図〜第４図に示した。
尚、圧縮復元力については常温が83回、900℃が
62回のくり返しにて該複合体の試験片が破壊され
測定不能となつた。 第３表および第３図〜第４図よりわかるよう
に、本発明の複合材は900℃の高温でも高い圧縮
復元力を有し、かつこの復元力は150回圧縮をく
り返して最も大きいもので15％程度しか減少せ
ず、優れた弾力性を維持するものである。また、
常温においても高温とほとんど変わらない高い圧
縮復元力を有している。また、強度についても第
２図からわかるように常温、高温とも高い値を有
しており充分その形状維持が出来また取り扱い上
も何ら支障をきたすことはない。 これに対し、比較例として示したセラミツク繊
維と膨張性雲母から成る複合材は、α−セピオラ
イトを使用していないために膨張性雲母の膨張を
適度に押さえることが出来ず、結合もされていな
いために第３表からわかるように強度が著しく小
さい。また圧縮復元力についても第３図〜第４図
からわかるように非常に小さく、100回のくり返
しにも耐えることが出来ない。 また、本発明の複合材の配合においてその限定
範囲外にある膨張性雲母の50重量部未満と300重
量部を越えるものについては第２図と第５図から
わかるように強度や弾力性が著しく劣る。 このように本発明の複合材は、常温でも高温で
も高い復元力を維持し、優れた弾力性を有する従
来には見られない新しい材料であり多方面への利
用が期待出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はα−セピオライトと膨張性雲母の結合
した構造体のモデル図、第２図は膨張性雲母の配
合割合と引張強度の関係を示す図、第３図は常温
下における圧縮復元力を示す図、第４図は900℃
の高温下における圧縮復元力を示す図、第５図は
膨張性雲母の配合割合と圧縮くり返し100回目に
おける圧縮復元力との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ α−セピオライトから成る繊維と膨張性雲母
   との混合成形体の焼成複合材であつて、α−セピ
   オライト繊維が相互に絡み合つた集塊体中に、蛭
   状に積み重なつている薄片多重構造体を有する雲
   母が自由膨張を拘束されて介在して成る耐熱性無
   機質弾性複合材。 ２ α−セピオライト100重量部と膨張性雲母50
   〜300重量部とから成る混合成形体を600〜800℃
   の温度範囲内で熱処理して成り、α−セピオライ
   ト繊維が相互に絡み合つた集塊体中に、蛭状に積
   み重なつている薄片多重構造体を有する雲母が自
   由膨張を拘束されて介在して成る特許請求の範囲
   第１項記載の複合材。 ３ α−セピオライトを液体中にて解綿、分散し
   てスラリーとなし、このスラリー中に膨張性雲母
   を投入して混合した後脱液し、次に前記脱液した
   混合物に必要により有機質結合剤を添加混合した
   後、成形して複合体と成し、この複合体を600〜
   800℃の温度範囲内で熱処理することを特徴とす
   るα−セピオライト繊維が相互に絡み合つた集塊
   中に、蛭状に積み重なつている薄片多重構造体を
   有する雲母が自由膨張を拘束されて介在して成る
   耐熱性無機質弾性複合材の製造方法。 ４ 前記液体は水、有機溶媒の中から選ばれる１
   種または２種からなる媒液である特許請求の範囲
   第３項記載の製造方法。 ５ 必要により添加する有機質結合剤は、ラテツ
   クス、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、
   CMC、メチルセルロース、酢酸ビニル、でんぷ
   ん、フエノールの中から選ばれる何れか１種また
   は２種以上からなる特許請求の範囲第３項あるい
   は第４項記載の製造方法。