KR20190097330A - 가열장치 - Google Patents

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켄 요나이야마
토모히코 키시키
유타 이사카
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Abstract

발열체(20)와, 상기 발열체(20)를 보호 유지하는, 생체 용해성 무기섬유를 포함하는 지지체(30)를 구비하고, 상기 생체 용해성 무기섬유가 상기 발열체(20)와 직접 접촉하지 않거나 또는 상기 생체 용해성 무기섬유와 상기 발열체(20)와의 접촉이 저감된 가열장치(10).

Description

가열장치 {HEATING DEVICE}
본 발명은, 전열 히터 등의 발열체와 단열 지지체를 갖는 가열장치에 관한다.
종래, 나선상으로 감긴 코일상 전열선(전열 코일)을 단열재에 지지해서 구성하는 전열 히터 구조(가열장치)로서, 예를 들어 세라믹스 섬유 등에 무기질 바인더를 더해 조제해서 얻은 혼련물(混練物)을 판상으로 형성해서 지지체로 하고, 이것에 전열 코일을 부착한 것이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌1).
한편, 최근, 무기섬유가 인체에 흡입되어 폐에 침입하는 것에 의한 문제가 지적되고 있다. 여기서, 인체에 흡입되어도 문제를 일으키지 않거나 또는 일으키기 어려운 생체 용해성 무기섬유가 개발되어 있다. (예를 들어 특허문헌2).
특허문헌1: 특개2001-273973 특허문헌2: 특표2005-514318
본 발명의 목적은, 생체 용해성 무기섬유를 포함하고, 고온에서의 섬유와 발열체의 반응이 억제된 지지체를 갖춘 가열장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 전열 코일을 지지하는 단열재에 생체 용해성 섬유를 이용했을 때, 고온의 전열 코일에 접촉하는 섬유가 용융(溶融)하는 것을 발견하고, 이 접촉을 막는 것에 의해, 구체적으로는 생체 용해성 섬유와 발열체의 둘 다 고온에서 반응하지 않는 성분을 접촉하는 부위에 개재시키는 것에 의해, 용융을 억제하여 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 의하면, 이하의 가열장치가 제공된다.
1. 발열체와,
상기 발열체를 보호 유지하는, 생체 용해성 무기섬유를 포함하는 지지체를
구비하고,
상기 생체 용해성 무기섬유가 상기 발열체와 직접 접촉하지 않거나 또는 상기 생체 용해성 무기섬유와 상기 발열체와의 접촉이 저감된 가열장치.
2. 상기 생체 용해성 무기섬유가, 이하의 조성인 1 기재의 가열장치.
SiO2 50~82 중량%
CaO와 MgO의 합계 10~43 중량%
3. 상기 생체 용해성 무기섬유가, 이하의 조성인 1 또는 2 기재의 가열장치.
SiO2와 ZrO2와 Al2O3와 TiO2의 합계 50~82 중량%
알카리 금속산화물과 알칼리 토류 금속산화물의 합계 18~50 중량%
4. 상기 생체 용해성 무기섬유가, 이하의 조성을 갖는 Mg 실리케이트 섬유, 또는 이하의 조성을 갖는 Ca 실리케이트 섬유인 1~3의 어느 하나의 기재의 가열장치.
[Mg 실리케이트 섬유]
SiO2 66~82 중량%
CaO 1~9 중량%
MgO 10~30 중량%
Al2O3 0~3 중량%
다른 산화물 0 중량% 이상 2 중량% 미만
[Ca 실리케이트 섬유]
SiO2 66~82 중량%
CaO 10~34 중량%
MgO 0~3 중량%
Al2O3 0~5 중량%
다른 산화물 0 중량% 이상 2 중량% 미만
5. 이하의 구성(1)~(3)의 어느 하나에 의해, 상기 생체 용해성 무기섬유가 상기 발열체와 직접 접촉하지 않거나 또는 상기 생체 용해성 무기섬유와 상기 발열체와의 접촉이 저감된 1~4의 어느 하나의 기재의 가열장치.
(1) 상기 지지체의 적어도 상기 발열체와 접하는 표면이 피복되어 있다
(2) 상기 지지체의, 적어도 상기 발열체와 접하는 표면에 있는 생체 용해성 무기섬유가 피복되어 있다
(3) 상기 발열체가 피복되어 있다
6. 상기 구성 (1)에 있어서, 실리카 함유 처리제가, 상기 지지체의 적어도 상기 발열체와 접하는 표면으로부터 스며들어, 상기 표면이 경화된 5 기재의 가열장치.
7. 상기 구성 (2)에 있어서, 상기 생체 용해성 무기섬유가 실리카 함유 처리제로 피복된 5 또는 6 기재의 가열장치.
8. 상기 구성 (3)에 있어서, 상기 발열체가 실리카 함유 처리제와 같은 성분으로 피복된 5~7의 어느 하나의 기재의 가열장치.
9. 상기 실리카가, 콜로이드, 분말 및 금속 알콕시드로부터 선택되는 하나의 형태의 실리카, 또는 2 이상의 형태의 실리카의 조합인 6~8의 어느 하나의 기재의 가열장치.
10. 상기 실리카 함유 처리제가, 금속 이온을 포함하지 않은 킬레이트제를 포함하는 6~9의 어느 하나의 기재의 가열장치.
11. 상기 실리카 함유 처리제가, 산을 포함하는 6~9의 어느 하나의 기재의 가열장치.
12. 상기 실리카가, 산성타입 콜로이달 실리카 또는 양이온타입 콜로이달 실리카인 6~11의 어느 하나의 기재의 가열장치.
13. 상기 발열체의 온도가 1100℃ 일 때, 상기 생체 용해성 무기섬유와 상기 발열체와의 반응이 억제되는 1~12의 어느 하나의 기재의 가열장치.
14. 상기 생체 용해성 무기섬유가 가열 처리 된 1~13의 어느 하나의 기재의 가열장치.
본 발명에 의하면, 생체 용해성 무기섬유를 포함하고, 고온에서의 섬유와 발열체의 반응이 억제된 지지체를 갖춘 가열장치를 제공하는 것이 가능하다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 가열장치의 개략단면도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 가열장치의 개략단면도이다.
도 1c는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 가열장치의 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 가열장치의 사시도이다.
본 발명의 가열장치는, 발열체와, 발열체를 보호 유지하는 지지체를 갖추고, 지지체와, 생체 용해성 무기섬유를 포함하는 단열재로 되어 있다. 본 발명의 가열장치는, 생체 용해성 무기섬유가, 발열체와 접촉하는 부분을 저감하도록, 바람직하게는 직접 접촉하지 않도록 구성된다.
예를 들어, 지지체의 적어도 발열체와 접하는 표면을, 실리카 함유 처리제로 피복한다.
예를 들어, 실리카 함유 처리제(예를 들어, 유체와 함께)를 지지체의 표면으로부터 스며들게 하고, 표면의 지지체(생체 용해성 무기섬유)를 실리카로 피복한다. 이 처리는 표면을 경화시키는 것이 되고, 표면으로부터의 가루 떨어짐 등도 방지한다. 지지체(생체 용해성 무기섬유)의 피복은, 발열체와 접촉하는 지지체(생체 용해성 무기섬유)만을 피복해도 좋고, 지지체의 표면 전체를 피복해도 좋다.
또한, 지지체의 표면을 실리카 함유 처리제로 피복하는 방법으로서, 상기의 경화 처리 외에, 실리카 함유 처리제에 의한 코팅을 들 수 있다. 경화 처리에는, 지지체의 대부분에 실리카 함유 처리제가 스며들어 있지만, 코팅에는, 실리카 함유 처리제의 대부분이 지지체 위에 있어 막상물(膜狀物)을 생성한다. 지지체에 도포하는 코팅액은, 실리카 외에, 점성을 조정하기 위한 무기바인더, 유기 증점재, 용매 등을 포함하는 것이 가능하고, 이것들의 양은 적당히 조정하면 좋다.
실리카 함유 처리제는, 실리카 이외에, 생체 용해성 무기섬유나 발열체와 고온에서 반응하지 않는 성분을 포함하는 것이 가능하다. 실리카는, 콜로이드, 무기분말, 금속 알콕시드 등의 형태로 때때로 1종 이상 조합해도 좋다.
생체 용해성 무기섬유에 포함된 실리카나 알칼리 토류 금속은, 외부 부재에 포함된 알루미나와 반응하는 우려가 있다. 이 때문에, 실리카 함유 처리제는, 알루미나는 적은 쪽이 바람직하고, 실리카가 많은 쪽이 바람직하다. 실리카의 함유량은, 바람직하게는 20 중량% 이상, 더 바람직하게는 40 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 60 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 중량%, 90 중량% 이상이 바람직하다. 또한, 불가피 불순물을 포함해 실리카만으로도 좋다.
또한, 지지체의 표면을 피복하는 대신에, 발열체를 피복해도 좋다. 지지체의 표면과 발열체의 양방을 피복해도 좋다. 발열체를 피복하는 경우는, 세라믹 튜브, 석영관 등으로 발열체를 피복한다. 발열체와 피복의 사이를 절연물로 충진하는 것이 가능하다.
또한, 발열체를, 지지체나 섬유를 피복하기 위해서 이용하는 실리카 함유 처리제와 동일한 성분으로 피복해도 좋다. 이 경우도 알루미나는 적게, 실리카는 많은 쪽이 바람직하다.
지지체를 구성하는 생체 용해성 무기섬유와 발열체가 접촉하는 구성이고, 고온이 되면, 생체 용해성 무기섬유와 발열체가 반응하기 시작한다. 이것은 생체 용해성 무기섬유의 조성(특히 알칼리 금속 및/ 또는 알칼리 토류 금속)과 발열체의 조성(특히 발열체의 외주에 생성하는 산화 피막)에 기인한다고 생각된다. 하지만, 본 발명에는, 상술한 것처럼 생체 용해성 무기섬유와 발열체의 접촉이 저감된 구성이므로, 이와 같은 반응은 억제 가능하고, 바람직하게는 반응 하지 않는다.
본 발명의 가열장치에는, 발열체의 온도가, 바람직하게는 400℃ 이상, 더욱 바람직하게는 800℃ 이상, 더욱더 바람직하게는 1000℃ 이상, 특히 바람직하게는 1100℃ 이상에서 생체 용해성 무기섬유와 발열체와의 반응이 억제된다.
도 1a~1c는, 본 발명의 가열장치의 구성의 개략을 나타낸다. 도 1a에서는, 가열장치(10)는, 발열체(20)와 지지체(30)로 구성되고, 지지체(30)는 기부(基部)(32)와 측벽(34)으로 구성되고, 이것들은 붙여져 있다. 기부(32)의 위에 측벽(34)의 사이에 발열체(20)가 배치된다.
도 1b의 가열장치(12)는, 기부(32)와 측벽(34)이 일체 형성 되어 있는 것 외에는 도 1a의 가열장치(10)와 같다.
도 1c의 가열장치(14)는, 발열체(20)가 지지체(30)의 안에 묻혀져 있다.
도 1a~1c의 어떤 것이든 가열장치(10, 12, 14)도, 생체 용해성 무기섬유와 발열체가 접촉하지 않도록 구성되어 있다(그림으로 나타내지 않음).
도 2에, 전형적인 가열장치의 측면도를 나타낸다. 직선 형태로 연장된 복수의 트랜치부(40)가, 소정의 간격으로 병렬로 형성되어 있다. 지지체(30)는 기부와 측벽으로부터 구성되고, 기부와 측벽이 트랜치부(40)를 형성한다. 트렌치의 안에 발열체(그림으로 나타내지 않음)가 배치된다.
더욱, 가열장치의 다른 예로서, 특개2011-181258호 공보 기재의 장치를 들 수 있다. 예를 들어, 이 공보의 도 5에 나타내는 것 같은 트랜치를 막는 장치나, 도 6, 7에 나타내는 것 같은 원통모양 또는 반원통모양의 장치 등이다.
본 발명의 가열장치에 이용하는 지지체는, 무기섬유를 포함해 구성된다. 예를 들어, 무기섬유 20~99 중량% (바람직하게는 30~95 중량%, 더욱 바람직하게는 50~95 중량%)로 된다. 무기섬유는, 바람직하게는, SiO2, CaO, MgO가 주성분이다. 주성분이라는 것은, 이것들을 합하여, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상을 구성하는 것을 말한다.
무기섬유는, 이하의 조성의 생체 용해성 섬유여도 좋다.
SiO2 와 ZrO2 와 Al2O3 와 TiO2의 합계 50 중량% ~ 82 중량% 알칼리 금속산화물과 알칼리 토류 금속산화물의 합계 18 중량% ~ 50 중량%
또한, 무기섬유는, 이하의 조성의 생체 용해성 섬유여도 좋다.
SiO2 50 ~ 82 중량%
CaO 와 MgO의 합계 10~43 중량%
생체 용해성 섬유는, MgO를 많이 포함하는 Mg 실리케이트 섬유와, CaO 를 많이 포함하는 Ca 실리케이트 섬유로 크게 나눌 수 있다. Mg 실리케이트 섬유로서 이하의 조성을 예시 할 수 있다.
SiO2 66~82 중량%
CaO 1~9 중량%
MgO 10~30 중량%
Al2O3 3 중량% 이하
다른 산화물 2중량% 미만
Ca 실리케이트 섬유로서 이하의 조성을 예시할 수 있다.
SiO2 66~82 중량% (예를 들어, 68~80 중량%, 70~80 중량%, 71~80 중량% 또는 71~76 중량%로 할 수 있다)
CaO 10~34 중량% (예를 들어, 18~32 중량%, 20~30 중량%, 20~27 중량% 또는 21~26 중량%로 할 수 있다)
MgO 3 중량% 이하 (예를 들어, 1 중량% 이하로 할 수 있다)
Al2O3 5 중량% 이하 (예를 들어 3.5 중량% 이하, 3.4 중량% 이하 또는 3 중량% 이하로 할 수 있다. 또한, 1 중량% 이상, 1.1 중량% 이상 또는 2 중량% 이상으로 할 수 있다)
다른 산화물 2 중량% 미만
SiO2가 상기 범위에 있으면 내열성에 우수하다. CaO와 MgO가 상기 범위에 있으면 가열 전후의 생체 용해성이 우수하다. Al2O3가 상기 범위에 있으면 내열성이 우수하다.
또한, SiO2, CaO, MgO, Al2O3의 합계를 98 중량% 이상 또는 99 중량% 이상으로 해도 좋다.
상기의 생체 용해성 무기섬유는, 다른 성분으로서, 알칼리 금속산화물(K2O, Na2O, Li2O 등), Sc, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y 또는 이것들의 혼합물로부터 선택되는 각각의 산화물, Fe2O3, ZrO2, TiO2, P2O5, B2O3, MnO, ZnO, SrO, BaO, Cr2O3 등을 1 이상 포함해도 좋고, 포함하지 않아도 좋다. 다른 산화물은, 각각, 1.0 중량% 이하, 0.2 중량% 이하 또는 0.1 중량% 이하로 해도 좋다. 알칼리 금속산화물은 각 산화물을 각각 1.0 중량% 이하, 0.2 중량% 이하 또는 0.1중량% 이하로 해도 좋다. 또한, 알칼리 금속산화물의 합계를 1.0 중량% 이하, 0.2 중량% 이하 또는 0.1 중량% 이하로 해도 좋다.
또한, 생체 용해성 섬유는, SiO2와, 알칼리 토류 금속산화물 (예를 들어, MgO 및 CaO의 적어도 하나)에 더해, 더욱 다른 성분을 함유하여도 좋다. 예를 들어, 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZnO2), 산화철(Fe2O3), 산화망간(MnO), 산화칼륨(K2O)으로 된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더욱 함유하여도 좋다.
생체 용해성 무기섬유는, 예를 들어, 40℃에 있어서 생리식염수 용해율이 1% 이상의 무기섬유이다.
생리식염수 용해율은, 예를 들어, 다음과 같이 해서 측정된다. 즉, 우선, 무기섬유를 200 메쉬 이하로 분쇄해서 조제한 시료 1g 및 생리식염수 150mL 를 삼각플라스크(용적 300mL)에 넣고, 40℃의 인큐베이터에 설치한다. 다음으로, 삼각플라스크에, 매분 120 회전의 수평진동을 50 시간 계속해서 가한다. 그 후, 여과에 의해 얻은 여과액에 함유된 각 원소의 농도 (mg/L)를 ICP 발광분석장치에 의해 측정한다. 그리고, 측정된 각 원소의 농도와, 용해 전의 무기섬유에 있어서 각 원소의 함유량(질량%)에 기초해, 생리식염수 용해율(%)을 산출한다. 즉, 예를 들어, 측정 원소가, 규소(Si), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 알루미늄(Al)인 경우에는, 다음의 식에 의해, 생리식염수 용해율 C(%)을 산출한다; C(%)= [여과액량(L) X (a1+a2+a3+a4) X 100] / [용해 전의 무기섬유의 질량(mg) X (b1+b2+b3+b4) / 100]. 이 식에 있어서, a1, a2, a3 및 a4는, 각각 측정된 규소, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 농도(mg/L)이며, b1, b2, b3 및 b4는, 각각 용해 전의 무기섬유에 있어서 규소, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 함유량(질량%)이다.
생체 용해성 무기섬유는 미리 300~1300℃의 범위 내의 일정 온도로 가열하면, 얻어지는 보드의 왜곡을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
Mg 실리케이트 섬유의 가열 처리 온도는, 예를 들어, 600~1300℃이며, 바람직하게는 800~1300℃이며, 더욱 바람직하게는 850~1000℃이다.
Ca 실리케이트 섬유의 가열 처리 온도는, 예를 들어, 820~1300℃이고, 바람직하게는 830~1300℃이며, 더욱 바람직하게는 840~1000℃이며, 가장 바람직하게는 850~1000℃ 이다.
가열 처리 온도는, 예를 들어, 미처리 섬유의 결정화 온도 이상의 온도여도 좋다. 미처리 섬유에 결정화 온도 이상의 온도로 가열 처리를 실시하고, 일부가 결정화한 가열 처리 섬유를 얻는다.
결정화 온도는, 미처리 섬유의 화학 조성에 대응해 변화하기 때문에, 일률적으로 결정할 수 없으나, 예를 들어, 600~1300℃, 600~1100℃, 또는 800~1000℃이다.
가열처리　섬유가 상술한 Ca 실리케이트 섬유인 경우, 일부가 결정화된 가열처리 섬유는, 예를 들어, 월라스토나이트의 결정을 포함한다. 더욱 다른 결정을 포함해도 좋고, 예를 들어, 월라스토나이트, 크리스토발라이트 및 트리디마이트로 된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 결정을 포함한다.
가열처리 섬유가 상술한 Mg 실리케이트 섬유인 경우, 일부가 결정화된 가열처리 섬유는, 예를 들어, 엔스터타이트의 결정을 포함한다. 더욱 다른 결정을 포함해도 좋고, 예를 들어, 엔스터타이트, 다이옵사이드, 크리스토발라이트 및 트리디마이트로 된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 결정을 포함한다.
가열처리 시간은, 상술한 가열처리에 의한 효과가 얻어지는 범위라면, 특별히 제한되지 않는다. 가열처리 시간은, 예를 들어, 1분~48시간이며, 바람직하게는 3분~24시간이다. 가열처리 온도가 미처리 섬유의 결정화 온도 이상인 경우에는, 가열처리 시간은, 예를 들어, 3분~8시간이며, 바람직하게는 5분~3시간이다.
지지체는, 상기의 생체 용해성 무기섬유 외에, 실리카알루미나 섬유, 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 유리 섬유, 록울(암면) 등의 보강섬유를 포함하는 것이 가능하다.
또한, 지지체는, 무기섬유 외에, 유기바인더, 무기바인더 등을 포함하는 것이 가능하다. 이것들은, 본 발명의 효과를 잃지 않는 한, 통상 사용되는 것을 사용할 수 있으나, 유기바인더로서 전분, 아크릴 수지, 폴리아크릴아미드, 펄프, 아크릴에멀젼 등이, 무기바인더로서, 음이온성의 콜로이달 실리카, 양이온성의 콜로이달 실리카 등의 콜로이달 실리카, 흄드실리카, 지르코니아졸, 티타니아졸, 알루미나졸, 벤토나이트, 카올린 등을 예시할 수 있다. 배합량은, 바람직하게는, 지지체의 1~50 중량%, 더욱 바람직하게는 3~30 중량%, 더욱 바람직하게는 5~20 중량%이다.
무기분말을 더욱 함유해도 좋다. 무기분말은, 예를 들어, 지르콘, 탄산칼슘, 코디에라이트, 월라스토나이트, 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 질화규소, 탄화규소 등의 세라믹스 분말, 카본블랙 등의 탄소 분말이다. 무기분말의 배합량은, 통상, 지지체의 0 중량% ~ 80 중량%, 더 바람직하게는 0 중량% ~ 50 중량%, 더욱 바람직하게는 0 중량% ~ 30 중량%이다.
가열장치에 사용되는 발열체는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 철-크롬-알루미늄계 또는 니켈-크롬계의 금속발열체를 들 수 있다. 또한, 이와 같은 금속발열체로서는, 코일 형상이나 웨이브 형상의 것을 들 수 있다.
지지체(생체 용해성 무기섬유)를 실리카 함유 처리제로 피복하는 방법의 예로서, 실리카에 의한 경화 처리에 대하여 설명한다.
우선, 생체 용해성 무기섬유로부터 단열부재(정형물, 보드)를 제조한다. 통상, 무기섬유, 바인더 등의 원재를 포함하는 슬러리를 탈수 성형해서 제조한다. 이 부재를 경화 처리하고 나서, 지지체를 형성하여도 좋고 (예를 들어, 도 1a에서라면 기부와 측벽을 맞추고, 도 1b에서라면 원하는 형상에 가공(절삭가공 등)하는 등), 지지체를 형성하고 나서 경화 처리하여도 좋다.
도 1c의 가열장치는 탈수 성형 시에 발열체도 소정 형태로 세트해, 성형 후에 경화 처리하여 제조할 수 있다. 발열체의 매립 위치를 조정하기 위해서 탈수 성형을 복수회 행해도 좋다. 또한, 매립 후에 경화 처리하면 섬유로의 실리카 피복이 불충분하게 되는 경우에는, 탈수 성형 공정의 도중에 경화 처리를 행해도 좋다.
경화처리는, 경화제로서, 콜로이달 실리카를 이용하는 것이 가능하다. 콜로이달 실리카에는, 알칼리타입 콜로이달 실리카(pH 8~10), 산성타입 콜로이달 실리카(pH 2~6)나 양이온타입 콜로이달 실리카 등이 있다.
경화처리는, 예를 들어, 부재 또는 지지체(이하 간단히 부재라 함)를, 경화 처리액에 담그는 것에 의해, 또는 경화 처리액을 도포(솔칠, 롤러칠 등), 뿜어서 부착(샤워 칠, 스프레이 칠 등)하는 것에 의해 실시하고, 경화 처리 후는 건조 한다. 건조할 때, 용매가 표면으로부터 증발하기 때문에, 용매가 표면에 이동하고 그것에 따라 콜로이달 실리카도 표면에 이동한다. 용매는 증발하여도 콜로이달 실리카는 남기 때문에, 표면 부근에 콜로이달 실리카가 편재하고, 그 결과, 표면이 경화된다. 용매로서는 물, 에탄올, 프로판올 등의 1가의 알코올류, 에틸렌글리콜 등의 2가의 알코올류 등을 이용하는 것이 가능하다.
경화처리에 의해 부재에 포함되는 콜로이달 실리카의 양은, 부재의 밀도를 예를 들어 10%~150%, 바람직하게는 10%~100%, 더욱 바람직하게는 10%~50% 높게 하는 량이다. 통상, 부재를 고형분비율 10~30%의 콜로이달 실리카에 1초~수분 침지하지만, 이것은 한정되지 않는다. 1회 또는 2회 이상 처리하여도 좋다. 경화 처리된 부재의 수분량은, 통상 5 중량% 이하 정도이다. 수분량의 확인은 건조 전후의 중량에서 확인한다.
상기의 경화처리하는 것에 의해, 부재(생체 용해성 무기섬유)가 실리카로 피복되는 것과 함께, 부재의 경도도 향상하고, 강도, 핸들링성(잡았을 때의 손의 흔적, 가공할 때의 치수, 절단했을 때에 각이 나오지 않음, 가루 떨어짐 등의 문제)이 향상한다.
경화제로서 알칼리타입 콜로이달 실리카를 이용해 부재를 처리하면, 경화처리액 속에 알칼리 토류 금속이온, 특히 Ca 이온, Mg 이온이 용출한다. 이 이온이 경화제와 부재 표면에서 반응하고, 800℃ 이상으로 가열하면, 크랙이 발생하는 원인이 되는 경우가 있다.
크랙의 발생을 억제하기 위해서는, 부재를, 금속이온을 포함하지 않는 킬레이트제와, 경화제로, 처리한다. 킬레이트제가, 용출하는 알칼리 토류 금속을 포획하는 것에 의해, 알칼리 토류 금속과 경화제의 반응을 억제하여, 크랙의 발생을 방지한다고 생각된다. 킬레이트제는 전자 공여기가 2 이상이므로 금속 킬레이트화합물을 생성할 수 있다. 전자 공여기에는, 카르복시기, 수산기 등이 있다. 본 발명에 이용하는 킬레이트제는 알칼리 토류 금속이나 알칼리 금속을 포함하지 않는다. 킬레이트제의 예로서, EDTA(에틸렌디아민사초산)·H·3(NH4)의 조성의 킬레이트제, EDTA·2H·2(NH4)의 조성의 킬레이트제 등을 들 수 있다.
킬레이트제와 병용하는 경화제는 콜로이달 실리카를 이용하는 것이 가능해, 알칼리타입 콜로이달 실리카, 산성타입 콜로이달 실리카, 양이온타입 콜로이달 실리카 등을 이용하는 것이 가능하다. 킬레이트제의 농도는 적절히 설정할 수 있으나, 알칼리타입 콜로이달 실리카를 경화제로써 이용한 경우, 고형분 10 중량% 경화처리액에 대해 0.5 중량% 이상이 바람직하다.
또한, 크랙의 발생을 억제하기 위해서는, 부재를, pH 6 이하(바람직하게는 pH 1~6, 더욱 바람직하게는 2~5, 특히 바람직하게는 pH 3~5)의 경화 처리액으로, 처리해도 좋다. 산성으로 하는 것에 의해, 알칼리 토류 금속의 용출을 억제하는 것에 의해, 알칼리 토류 금속과 경화제의 반응을 억제하고, 크랙의 발생을 방지한다고 생각된다.
구체적으로는, 부재를, 산과 경화제로, 처리한다. 산은 약산이든 강산이든 좋고, 약산으로서, 구연산, 사과산, 주석산, 살리실산, 글리콜산, 유산, 만델산, 벤질산, 쿠마르산, 초산 등을 들 수 있고, 강산으로서, 황산, 염산, 질산 등을 들 수 있다. 발생가스의 문제가 없는 것 때문에, 약산이 바람직하다.
또한, 산성타입(예를 들어 pH 1~6 또는 2~5)의 콜로이달 실리카를 이용해도 좋다. 산성타입 콜로이달 실리카로서, 실리카돌20A(일본화학공업(주)제조, 고형분비율 20%), 카타로이드SN(닛키촉매화성(주)제조, 고형분비율 20%) 등의 시판품을 이용하는 것이 가능하다.
킬레이트 효과와 pH를 산성으로 하는 양방의 성질을 갖는 것으로서, 구연산, 사과산, 주석산, 살리실산 등의 히드록시산을 들 수 있다.
또한, 경화제로서, 양이온타입 콜로이달 실리카(예를 들어 pH 4~6)을 이용하면, 알칼리 토류 금속의 용출을 억제하는 것이 가능하다. 이 경우는, 양이온타입 콜로이달 실리카로 표면에 보호막을 형상하고, 알칼리 토류 금속과 경화제의 반응을 억제한다고 생각된다. 양이온성의 콜로이달 실리카는, 표면에 플러스의 전하를 갖는 콜로이달 실리카이다. 예를 들어, 콜로이달 실리카의 표면 또는 내부에, 알루미늄 이온 등의 다가금속 이온의 화합물 또는 유기 양이온성 화합물을 함유시켜 실리카 입자표면을 양이온성에 대전시킨 것을 예로 드는 것이 가능하다. 양이온타입 콜로이달 실리카로서, 스노테크스AK(닛산화학공업(주)제조, 고형분비율 18%) 등의 시판품을 이용하는 것이 가능하다.
경화부재는, 상기의 처리에 의해 얻어지기 때문에, 경화제가 표면으로부터 함침되어 있다.
상기와 같이 처리한 지지체에, 발열체를 부착하여 가열장치가 완성된다.
더욱이, 본 발명의 장치의 제법은 상기에 한정되지 않고 공지의 방법으로 제조 가능하다.
실시예
제조예 1
<보드(단열재)의 제조>
생체 용해성 섬유A(SiO2 함유량이 73 질량%, CaO 함유량이 25 질량%, MgO 함유량이 0.3 질량%, Al2O3 함유량이 2 질량%) (생리식염수 용해율 10.4%) 90 중량%와, 전분과 폴리아크릴아미드(유기바인더), 콜로이달 실리카(무기바인더)로부터, 세로 300mm, 가로 300mm, 두께 50mm (밀도 250kg/m3의 보드(유기보드라고 함)를 제조했다.
또한, 생체 용해성 섬유A 85 중량%와, 콜로이달 실리카와 알루미나졸과 벤트나이트(무기바인더), 무기분체(실리카, 지르콘, 탄산칼슘, 지르코니아, 코지라이트, 월라스토나이트 등), 아크릴아미드(유기바인더)로부터, 세로 300mm, 가로 300mm, 두께 50mm(밀도 250kg/m3의 보드를(무기보드라고 함) 제조했다.
제조예 2
<보드(단열재)의 제조>
생체 용해성 섬유A의 대신으로, 생체 용해성 섬유B(SiO2 함유량이 76 질량%, CaO 함유량이 4질량%, MgO 함유량이 18 질량%, Al2O3 함유량이 2 질량%) (생리식염수용해율 23.1%)을 이용한 것 외에는, 제조예 1과 같이해서, 유기 및 무기 보드를 제조했다.
제조예 3
<보드(단열재)의 제조>
생체 용해성 섬유A를 대신해서, 무기섬유C(SiO2 함유량이 47 질량%, Al2O3 함유량이 52 질량%) (생리식염수용해율0.1%)를 이용한 것 외에는, 제조예 1과 같이해서, 유기 및 무기보드를 제조했다.
처리예 1
<실리카에 의한 경화처리>
제조예 1~3에서 얻은 유기보드 및 무기보드(밀도 250kg/m3를, 알카리타입 콜로이달 실리카로 된 경화액(pH 약 9, 용제: 물)으로 처리(1~10초 침지)해서, 표면을 경화하고 건조했다. 밀도는 300kg/m3 이었다. 경화 후는 강도가 향상했다. 경화한 유기 및 무기보드의 경도를 경도계(ASKER제조: 아스커 고무 경도계C형)를 이용해 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 제조예 1에서 얻은 유기 및 무기보드를 경화처리하는 것 없이 평가했다. 상기와 같이 경도를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00001
처리예 2
<실리카에 의한 경화처리>
제조예 2에서 얻은 유기보드 및 무기보드를 이용한 것 외에는, 처리예 1과 같이 경화해 경도를 측정했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00002
처리예 3
<실리카에 의한 경화처리>
제조예 3에서 얻은 유기보드 및 무기보드를 이용한 것 외에는, 처리예 1과 같이 경화했다. 경화 후는 강도가 향상했다.
처리예 4
[실리카와 킬레이트제에 의한 경화처리]
<경화처리>
제조예 1에서 얻은 유기 및 무기보드를, EDTA2 암모늄염과 알칼리타입 콜로이달 실리카로 된 경화처리액(pH 약 9, 용매: 물)으로 처리해서, 표면을 경화해 건조했다. 킬레이트제는, 고형분 10 중량% 경화처리액에 대해 1 중량%로 이용했다.
<가열시험>
경화한 유기 및 무기보드를, 800℃, 900℃, 1000℃, 1100℃로 24시간 가열하고, 외관(크랙의 유무)을 눈으로 보고 관찰했다. 비교를 위해 제조예 1에서 얻은 경화한 유기 및 무기보드도 같이 가열해서 관찰했다. 정상인 것을 ◎, 표면에 작은 크랙이 발생한 것을 ○, 큰 크랙이 발생한 것을 ▲, 균열이 발생한 것을 X 로 했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure pat00003
처리예 5
[실리카와 산에 의한 경화처리]
<경화처리>
제조예 1에서 얻은 유기보드를, 산과, 알칼리타입 콜로이달 실리카로 된 경화처리액에서 처리해서, 표면을 경화하고 건조했다. 산으로써, 구연산, 사과산, 주석산, 살리실산을, 고형분 10 중량% 경화처리액에 대해 약 1 중량%로 이용, 처리액의 pH를 3~4로 했다.
<가열시험>
처리예 4와 같이 실시했다. 결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure pat00004
처리예 6
[산성타입 콜로이달 실리카와 양이온타입 콜로이달 실리카에 의한 경화처리]
<경화처리>
경화제 2에서 얻은 무기보드를, 산성타입 콜로이달 실리카(실리카돌20A(일본화학공업(주) 제조), pH 2~4) 또는 양이온타입 콜로이달 실리카(스노테크스AK, 닛산화학공업㈜ 제조) (경화제)로 처리해서, 표면을 경화해 건조했다.
<가열시험>
처리예 4와 같이 실시했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
[표 5]
Figure pat00005
실시예 1
<경화 무기보드의 고온에서의 안정성 시험>
처리예 1에서 얻은 경화처리를 실시한 무기보드(단열재)의 위에 히터 선을 올려놓고, 이 상태 그대로 전기로 내에 1000℃~1300℃의 온도로 8시간 동안 가열 처리를 행했다. 가열 후의 보드와 히터 선의 외관관찰을 행하고, 반응의 유뮤를 확인했다. 히터 선과 보드와의 반응이 없었던 것을 ○, 히터 선에 대해 보드섬유의 부착이 소량 보인 것을 △, 보드섬유의 부착량이 컸던 것을 X 로 했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
실시예 2 및 비교예 1~4
처리예 1에서 얻은 경화 처리를 실시한 무기보드를 대신해서, 표 6에 나타내는 무기보드를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 같이 해서, 히터 선과 보드의 고온에서의 안정성을 시험했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
[표 6]
Figure pat00006
생체 용해성 무기섬유를 포함하는 단열재에 있어서, 경화 처리를 하지 않은 경우는, 1200℃로 가열하면 히터에 섬유의 부착이 다수 보였다. 1300℃에서는 섬유가 용융하고, 단열재에 녹색의 부착이 보이고, 히터 성분이 이행(移行)했다.
생체 용해성 무기섬유를 포함하는 단열재에 있어서, 경화처리를 실시한 경우는, 1300℃가 되면 극미량의 섬유의 부착이 보였으나, 단열재(섬유)와 히터 선과의 반응은 억제되었다.
본 발명의 가열장치는, 전자부품의 소성로, 유리의 용해, 소성용의 전기로, 머플로, 도예로, 각종 공업로 등, 여러 가지 용도에 이용하는 것이 가능하다.
상기 본 발명의 실시 형태 및/또는 실시예를 몇몇 상세히 설명 했으나, 당업자는, 본 발명의 신규한 교시 및 효과로부터 실질적으로 벗어나지 않고, 이들 예시인 실시형태 및/또는 실시예에 많은 변경을 가하는 것이 용이하다. 따라서, 이것들의 많은 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이 명세서에 기재된 문헌 및 본원의 파리 우선의 기초가 되는 일본출원명세서의 내용을 모두 여기에 원용한다.

Claims (13)

  1. 발열체와,
    상기 발열체를 보호 유지하는, 생체 용해성 무기섬유를 포함하는 지지체
    를 구비하고,
    이하의 구성 (1)~(3) 중 어느 하나를 갖는 가열장치.
    (1) 상기 지지체의 적어도 상기 발열체와 접촉하는 표면이, 실리카를 90중량% 이상 함유한 실리카 함유 처리제로 피복되어 있다,
    (2) 상기 지지체의, 적어도 상기 발열체와 접촉하는 표면에 있는 생체 용해성 무기섬유가, 실리카를 90중량% 이상 함유한 실리카 함유 처리제로 피복되어 있다,
    (3) 상기 발열체가 피복되어 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생체 용해성 무기섬유가, 이하의 조성인 가열장치.
    SiO2와 ZrO2와 Al2O3와 TiO2의 합계 50~82 중량%
    알칼리 금속산화물과 알칼리 토류 금속산화물의 합계 18~50 중량%
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구성 (1)에 있어서, 실리카 함유 처리제가, 상기 지지체의 적어도 상기 발열체와 접하는 표면으로부터 스며들고, 상기 표면이 경화되어 있는 가열장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구성 (3)에 있어서, 상기 발열체가 실리카를 60중량% 이상 함유하는 실리카 함유 처리제로 피복되어 있는 가열장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카가, 콜로이드, 분말 및 금속 알콕시드로부터 선택되는 하나의 형태의 실리카, 또는 2 이상의 형태의 실리카의 조합인 가열장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카 함유 처리제가, 금속 이온을 포함하지 않는 킬레이트제를 포함하는 가열 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카 함유 처리제가, 산을 포함하는 가열장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카가, 산성타입 콜로이달 실리카 또는 양이온타입 콜로이달 실리카인 가열장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발열체의 온도가 1100℃일 때, 상기 생체 용해성 무기섬유와 상기 발열체와의 반응이 억제되는 가열장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생체 용해성 무기섬유가 가열처리 되어 있는 가열장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카 함유 처리제가 실리카와, 산으로 이루어진 가열장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카 함유 처리제가 실리카와, 금속이온을 포함하지 않는 킬레이트제로 이루어진 가열장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실리카 함유 처리제가 불가피한 불순물을 포함하여 실리카만으로 이루어진 가열장치.
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