説明

湿潤ブランケット

【課題】施工後に高い強度を発揮することができる安全性の高い可撓性耐火材を提供する。
【解決手段】生体溶解性無機繊維からなるブランケットに、コロイダルシリカ液を含浸させ湿潤してなることを特徴とする湿潤ブランケット。湿潤ブランケットが硬化した硬化ブランケット。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体溶解性無機繊維からなる湿潤ブランケットに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、熱処理装置、工業炉、焼成炉等において、加熱室の内壁面には耐火材が設けられており、この耐火材としては、例えば、無機繊維からなるブランケット等が知られている。ブランケット等の可撓性耐火材は、施工箇所が複雑な形状を有する場合等であっても施工箇所の形状に応じて容易に曲面施工することができる。
【0003】
上記耐火材は、特に炉の内張り材として用いるとき、耐風速性が求められる。また、施工後に、所望強度を発現して耐火性を発揮することが求められる。
【0004】
可撓性耐火材の基材となるブランケットとしては、従来より、繊維径の小さなアスベスト(石綿)やセラミックスファイバーからなるものが用いられてきた。しかし、近年、無機繊維が人体に吸入されて肺に侵入することによる問題が指摘され、人体に吸入されても問題を起こさない又は起こしにくい生体溶解性無機繊維が開発されている(例えば、特許文献1)。
【0005】
尚、特許文献2に記載の発明は、ブランケットではなく漆喰に関するものではあるが、同文献には、生体溶解性ケイ酸アルカリ土類金属塩繊維とpHが4〜7のアニオン性コロイダルシリカとを含む漆喰が開示されており、この漆喰は、pHが4〜7のアニオン性コロイダルシリカをバインダーとして使用することにより、さらにEDTA(エチレンジアミン四酢酸)等のキレート剤を含有することで漆喰の固化を防ぐことができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第3227586号公報
【特許文献2】特許第4319355号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、施工後に高い強度を発揮することができるとともに、人体に安全な可撓性耐火材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記技術課題を解決すべく、本発明者等が鋭意検討を行ったところ、生体溶解性無機繊維からなるブランケットに対し、コロイダルシリカ液を含浸させ湿潤化してなる可撓性耐火材により、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、以下の湿潤ブランケット等を提供するものである。
1.生体溶解性無機繊維からなるブランケットに、コロイダルシリカ液を含浸させ湿潤してなることを特徴とする湿潤ブランケット。
2.前記コロイダルシリカが、酸性カチオン性コロイダルシリカである1に記載の湿潤ブランケット。
3.前記コロイダルシリカが、酸性アニオン性コロイダルシリカである1に記載の湿潤ブランケット。
4.前記コロイダルシリカ液のpHが2〜6である1〜3のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
5.前記コロイダルシリカが、アルカリ性アニオン性コロイダルシリカである1に記載の湿潤ブランケット。
6.前記コロイダルシリカ液のpHが8〜11である5に記載の湿潤ブランケット。
7.前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
SiOとZrOとAlとTiOとの合計 50重量%〜82重量%
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 18重量%〜50重量%
8.前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
SiO 50〜82重量%
CaOとMgOとの合計 10〜43重量%
9.前記生体溶解性無機繊維が、66〜82重量%のSiO、10〜33重量%のCaO、1重量%以下のMgOおよび3重量%未満のAlを含む1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
10.前記生体溶解性無機繊維が、66〜82重量%のSiO、1〜9重量%のCaO、10〜30重量%のMgOおよび3重量%未満のAlを含む1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
11.固形分換算で、前記生体溶解性無機繊維100重量部に対して、前記コロイダルシリカを10〜200重量部含む1〜10のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
12.溶媒率が15〜75重量%である1〜11のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
13.1〜12のいずれかに記載の湿潤ブランケットが硬化した硬化ブランケット。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、施工後に高い強度を発揮することができる安全性の高い可撓性耐火材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、生体溶解性無機繊維からなるブランケットにコロイダルシリカ液を含浸して湿潤化しているもの(可撓性耐火材)である。生体溶解性繊維を用いているので人体に吸入されても健康被害の危険が少ない。コロイダルシリカ液を含浸させることにより、施工後に乾燥、加熱等して硬化したとき、耐風速性や曲げ強度等を高めることができる。ブランケットに溶媒が含まれることで乾燥時に溶媒が表面へ移行し、合わせてシリカも表面に移動するため、表層部分がコロイダルシリカリッチになるため表面強度が高まる。また、湿潤化している状態では柔軟性を維持できる。
【0012】
ブランケットを構成する生体溶解性無機繊維としては、Ca元素を含むものを挙げることができる。
【0013】
本発明者等の検討によれば、ブランケットを構成する生体溶解性繊維が特にCa元素を含むものである場合には、保管中にCaイオンが溶出してコロイダルシリカの安定性に影響する結果、耐火材が劣化し易くなることが判明した。しかしながら、コロイダルシリカを含浸させることにより、ブランケットを構成する生体溶解性無機繊維がCa元素を含むものである場合であっても、長期間保存しても劣化の進行を抑制することができる。
【0014】
生体溶解性無機繊維は、以下の組成の無機繊維であってもよい。
SiOとZrOとAlとTiOとの合計 50重量%〜82重量%
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 18重量%〜50重量%
【0015】
また、生体溶解性無機繊維は、以下の組成の無機繊維であってもよい。
SiO 50〜82重量%
CaOとMgOとの合計 10〜43重量%
【0016】
生体溶解性繊維は、MgOを多く含むMgシリケート繊維と、CaOを多く含むCaシリケート繊維に大別できる。Mgシリケート繊維として以下の組成を例示できる。
SiO 66〜82重量%
CaO 1〜9重量%
MgO 10〜30重量%
Al 3重量%以下
他の酸化物 2重量%未満
【0017】
Caシリケート繊維として以下の組成を例示できる。
SiO 66〜82重量%(例えば、68〜80重量%、70〜80重量%、71〜80重量%又は71〜76重量%とできる)
CaO 10〜34重量%(例えば、20〜30重量%又は21〜26重量%とできる)
MgO 3重量%以下(例えば、1重量%以下とできる)
Al 5重量%以下(例えば3.5重量%以下又は3重量%以下とできる。また、1重量%以上又は2重量%以上とできる)
他の酸化物 2重量%未満
【0018】
上記の無機繊維は、他の酸化物として、アルカリ金属酸化物(KO、NaO等)、Fe、ZrO、TiO、P、B、R(RはSc,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y又はこれらの混合物から選択される)等を1以上含んでもよく、含まなくてもよい。他の酸化物は、それぞれ、0.2重量%以下又は0.1重量%以下としてよい。
また、SiO、CaO、MgO、Alの合計を98wt%超又は99wt%超としてよい。
【0019】
なお、生体溶解性繊維は、SiOと、アルカリ土類金属酸化物(例えば、MgO及びCaOの少なくとも一方)と、に加えて、さらに他の成分を含有してもよい。例えば、アルミナ(Al)、チタニア(TiO)、ジルコニア(ZrO)、酸化鉄(Fe)、酸化マンガン(MnO)、酸化カリウム(KO)からなる群より選択される1種又は2種以上をさらに含有してもよい。
【0020】
生体溶解性無機繊維は、例えば、40℃における生理食塩水溶解率が1%以上の無機繊維である。
生理食塩水溶解率は、例えば、次のようにして測定される。すなわち、先ず、無機繊維を200メッシュ以下に粉砕して調製された試料1g及び生理食塩水150mLを三角フラスコ(容積300mL)に入れ、40℃のインキュベーターに設置する。次に、三角フラスコに、毎分120回転の水平振動を50時間継続して加える。その後、ろ過により得られた濾液に含有されている各元素の濃度(mg/L)をICP発光分析装置により測定する。そして、測定された各元素の濃度と、溶解前の無機繊維における各元素の含有量(重量%)と、に基づいて、生理食塩水溶解率(%)を算出する。すなわち、例えば、測定元素が、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)及びアルミニウム(Al)である場合には、次の式により、生理食塩水溶解率C(%)を算出する;C(%)=[ろ液量(L)×(a1+a2+a3+a4)×100]/[溶解前の無機繊維の重量(mg)×(b1+b2+b3+b4)/100]。この式において、a1、a2、a3及びa4は、それぞれ測定されたケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの濃度(mg/L)であり、b1、b2、b3及びb4は、それぞれ溶解前の無機繊維におけるケイ素、マグネシウム、カルシウム及びアルミニウムの含有量(重量%)である。
【0021】
ブランケットの構成材料となる無機繊維は、平均繊維径が10μm以下であることが好ましく、6μm以下であることが更に好ましい。
なお、平均繊維径は、走査型電子顕微鏡(日本電子製JSM‐5800LV)により撮影した写真(倍率2000〜5000倍)から無作為に選定した400本以上の繊維の幅を計測し、これ等の幅から算出した平均値を意味する。
【0022】
本発明で用いるコロイダルシリカとしては、例えば、固形分換算で、SiOを17.5〜19.0重量%、Alを1.5〜2.7重量%含むものを挙げることができる。
【0023】
コロイダルシリカとして、酸性カチオン性コロイダルシリカを用いることができる。酸性カチオン性コロイダルシリカを用いると耐熱性に優れる。
【0024】
カチオン性コロイダルシリカとは、表面にプラスの電荷を有するコロイダルシリカを意味する。カチオン性コロイダルシリカとしては、例えば、アニオン性のコロイダルシリカの表面または内部に、アルミニウムイオン等の多価金属イオンの化合物又は有機カチオン性化合物を含有させてシリカ粒子表面をカチオン性に帯電させたものを挙げることができる。
【0025】
酸性カチオン性コロイダルシリカ液は、pHが2〜6であるものが好ましく、2〜5であるものがより好ましく、4〜5であるものがさらに好ましい。
【0026】
コロイダルシリカとして、アルカリ性アニオン性コロイダルシリカ又は酸性アニオン性コロイダルシリカを用いることができる。特にアルカリ性アニオン性コロイダルシリカをCaシリケート繊維からなるブランケットに含浸させると耐熱性が高まる。
アニオン性コロイダルシリカとは、表面にマイナスの電荷を有するコロイダルシリカを意味する。
【0027】
アルカリ性アニオン性コロイダルシリカ液は、pHが8〜11であるものが好ましく、9〜11であるものがより好ましい。酸性アニオン性コロイダルシリカ液は、pHが2〜6であるものが好ましく、2〜5であるものがさらに好ましい。
【0028】
酸性カチオン性コロイダルシリカやアルカリ性アニオン性コロイダルシリカを含浸されたブランケットは、酸性アニオン性コロイダルシリカを含浸されたブランケットに比べ、保存安定性がよい。これは、無機繊維から溶出する無機イオンによるゲル化が生じにくいためと考えられる。
【0029】
ブランケットに含浸させるコロイダルシリカ液は、固形分濃度が、1〜40重量%であるものが適当であり、1〜30重量%であるものがより適当であり、1〜25重量%であるものがさらに適当である。溶媒は通常水である。
【0030】
湿潤ブランケットは、固形分換算で、無機繊維100重量部に対して、通常、コロイダルシリカを10〜200重量部含む。
酸性カチオン性コロイダルシリカは、10〜180重量部がより好ましく、30〜150重量部がさらに好ましい。アニオン性コロイダルシリカは、10〜180重量部がより好ましく、10〜160重量部がさらに好ましく、30〜160重量部が特に好ましい。
コロイダルシリカの含有量が多すぎるとハンドリング性に問題が生じる恐れがある。コロイダルシリカの含有量が少なすぎると含浸にムラが生じ強度が均一にならない恐れがある。
【0031】
本発明の湿潤ブランケットは、キレート剤等の安定剤を含まなくても保存安定性がよく、着色性等を考慮した場合には安定剤は含有しないことが好ましいが、着色性等を考慮しない場合等には、固形分換算で0.1〜1重量%程度含んでもよい。
湿潤ブランケットに含み得る安定剤としては、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)・H・3(NH)の組成のキレート剤、EDTA・H・2(NH)の組成のキレート剤、クエン酸、りんご酸、酒石酸、サリチル酸等を挙げることができる。
【0032】
本発明の湿潤ブランケットは、漆喰に用いるような粘度調整剤や有機バインダーを含まないとしてもよい。
【0033】
湿潤ブランケットの溶媒率は、15〜75重量%であるものが適当であり、15〜70%重量%であるものがより適当であり、30〜70%重量%であるものがさらに適当である。
溶媒率が上記範囲にあることにより、所望の可撓性を発揮することができる。
【0034】
湿潤前の基材となるブランケットは、無機繊維が集合した綿状物を連続的に積層し、ニードルパンチ処理することにより作製することができる。
【0035】
ブランケットの幅や長さは、適宜選択できる。厚みは、通常、4〜60mm程度である。ブランケットは、嵩密度が0.08〜0.20g/cmであるものが好ましく、0.10〜0.20g/cmであるものがより好ましく、0.10〜0.18g/cmであるものがさらに好ましい。
【0036】
湿潤ブランケットは、ブランケットに対し、コロイダルシリカ液を含浸させ湿潤化することにより作製することができる。
コロイダルシリカ液の含浸は、ブランケットに対してコロイダルシリカ液をスプレーしたり、ディッピングすることにより行うことができ、含浸後、適宜、脱水処理やプレス成形を行うことにより、溶媒率や厚みを調整してもよい。
【0037】
湿潤ブランケットは、湿潤状態を維持するために、通常はポリ袋等に保存されるが、製造後直ぐに使用する場合等は、ポリ袋等に保存することなくそのまま施工してもよい。
【0038】
施工された湿潤ブランケットは、乾燥、加熱等により硬化する。
【0039】
湿潤ブランケットは、105℃24時間乾燥後の嵩密度が0.18〜0.50g/cmであるものが好ましく、0.20〜0.46g/cmであるものがより好ましく、0.20〜0.43g/cmであるものがさらに好ましい。
【0040】
また、製造後一週間経過時における湿潤ブランケット、及び製造後一カ月経過時における湿潤ブランケットの、105℃24時間乾燥後の加熱線収縮率が、いずれも、0〜3.5%であるものが好ましく、0.1〜3.5%であるものがより好ましく、0.1〜3.0%であるものがさらに好ましい。
【実施例】
【0041】
以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明は以下の例により何ら限定されるものではない。
【0042】
実施例1(酸性カチオン性コロイダルシリカ)
酸性カチオン性コロイダルシリカであるST−AK(日産化学工業(株)社製、固形分20重量%、平均粒子径20nm、pH4.2、溶媒:水)を用い、生体溶解性無機繊維a(SiO含有量が74重量%、CaO含有量が25重量%、MgO含有量が0.3重量%、Al含有量が2重量%)からなるブランケット100重量部に対して、酸性カチオン性コロイダルシリカを固形分換算で50重量部含有するようにスプレーした後、吸引脱水を行い、水分率が57重量%である湿潤ブランケットを作製した。水分(溶媒)率は以下の式から求めた。
溶媒率(%)=固形分を除いたコロイダルシリカ液の重量/(ブランケット重量+コロイダルシリカ液重量)×100
【0043】
得られた湿潤ブランケットをポリエチレン製の袋中に密封し、23℃の温度下で1カ月及び2カ月保管し、製造直後、製造1カ月後及び2カ月後に評価した。評価方法は以下のとおりである。結果を表1に示す。
【0044】
(1)密度
製造直後の湿潤ブランケットを105℃24時間乾燥して測定した。
【0045】
(2)加熱線収縮率
湿潤ブランケットを所定期間保管後に105℃24時間乾燥した。1100℃8時間加熱後の、線方向の加熱線収縮率を測定した。
【0046】
(3)曲げ強度
湿潤ブランケットを所定期間保管後に105℃24時間乾燥した。万能試験機を用いてヘッドスピード10mm/分の速度で荷重を加えて破断荷重を測定し、以下の式によって曲げ強度を算出した。
曲げ強度(MPa)={3×破断荷重(N)×下部支点間距離(mm)}/{2×ブランケットの幅(mm)×(ブランケットの厚み(mm))
【0047】
(4)耐風速性
湿潤ブランケットを所定期間保管後に105℃24時間乾燥した。乾燥したブランケットに風速40m/sのエアをブランケットに垂直になる方向から1時間あて、表面の状態に変化がない場合を○、表面が大きく削れる、捲れる場合を×とした。
【0048】
(5)巻付け性
厚さ12mm、幅10cmの湿潤ブランケットを、直径120mmのSUS製の円筒に巻き付けたとき、外観目視で、湿潤ブランケットが破れる等の支障が無い場合を○、支障があった場合を×とした。
【0049】
実施例2〜7(酸性カチオン性コロイダルシリカ)
実施例1において、酸性カチオン性コロイダルシリカのスプレー量(含浸量)を固形分換算で50重量部から80〜180重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、湿潤ブランケットを作製し評価した。結果を表1に示す。
【0050】
実施例8(酸性カチオン性コロイダルシリカ)
実施例3において、生体溶解性無機繊維aからなるブランケットに代えて、生体溶解性無機繊維b(SiO含有量が76重量%、CaO含有量が4重量%、MgO含有量が18重量%、Al含有量が2重量%)からなるブランケットを用いた以外は、実施例3と同様にして、湿潤ブランケットを作製し評価した。結果を表1に示す。
【0051】
比較例1
実施例1において、酸性カチオン性コロイダルシリカを含浸させなかったブランケットを評価した。結果を表1に示す。ブランケットの曲げ強度は測定できなかった。
【0052】
比較例2
実施例8において、酸性カチオン性コロイダルシリカを含浸させなかったブランケットを評価した。結果を表1に示す。ブランケットの曲げ強度は測定できなかった。
【0053】
実施例9〜15(アルカリ性アニオン性コロイダルシリカ)
実施例1において、酸性カチオン性コロイダルシリカ50重量部を、アルカリ性アニオン性コロイダルシリカであるST−30(日産化学工業(株)社製、固形分30重量%、平均粒子径20nm、pH10.0、溶媒:水)10〜170重量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、湿潤ブランケットを作製し評価した。結果を表2に示す。
【0054】
実施例16(アルカリ性アニオン性コロイダルシリカ)
実施例12において、生体溶解性無機繊維aからなるブランケットに代えて、生体溶解性無機繊維bからなるブランケットを用いた以外は、実施例12と同様にして、湿潤ブランケットを作製し評価した。結果を表2に示す。
【0055】
実施例17(酸性アニオン性コロイダルシリカ)
実施例3において、酸性カチオン性コロイダルシリカに代えて、酸性アニオン性コロイダルシリカであるST−O40(日産化学工業(株)社製、固形分40重量%、固形分の平均粒子径30nm、pH2.4、溶媒:水)を用いた以外は、実施例3と同様にして、湿潤ブランケットを作製し評価した。結果を表2に示す。
【0056】
実施例18(酸性アニオン性コロイダルシリカ)
実施例17において、生体溶解性無機繊維aからなるブランケットに代えて、生体溶解性無機繊維bからなるブランケットを用いた以外は、実施例17と同様にして、湿潤ブランケットを作製し評価した。結果を表2に示す。
【0057】
【表1】

【0058】
【表2】

【0059】
表1,2より、実施例の湿潤化ブランケットは、比較例にくらべ、強度に優れていることが分かる。また、酸性カチオン性コロイダルシリカは、Mgシリケート繊維、Caシリケート繊維からなるブランケットについて耐熱性、巻き付け性に優れていた。アルカリ性アニオン性コロイダルシリカは、Caシリケート繊維からなるブランケットについて耐熱性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【0060】
本発明の湿潤ブランケットを、炉等に施工し、乾燥、加熱等により硬化して、内張り材等の耐火材を製造することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体溶解性無機繊維からなるブランケットに、コロイダルシリカ液を含浸させ湿潤してなることを特徴とする湿潤ブランケット。
【請求項2】
前記コロイダルシリカが、酸性カチオン性コロイダルシリカである請求項1に記載の湿潤ブランケット。
【請求項3】
前記コロイダルシリカが、酸性アニオン性コロイダルシリカである請求項1に記載の湿潤ブランケット。
【請求項4】
前記コロイダルシリカ液のpHが2〜6である請求項1〜3のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
【請求項5】
前記コロイダルシリカが、アルカリ性アニオン性コロイダルシリカである請求項1に記載の湿潤ブランケット。
【請求項6】
前記コロイダルシリカ液のpHが8〜11である請求項5に記載の湿潤ブランケット。
【請求項7】
前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である請求項1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
SiOとZrOとAlとTiOとの合計 50重量%〜82重量%
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 18重量%〜50重量%
【請求項8】
前記生体溶解性無機繊維が、以下の組成である請求項1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
SiO 50〜82重量%
CaOとMgOとの合計 10〜43重量%
【請求項9】
前記生体溶解性無機繊維が、66〜82重量%のSiO、10〜33重量%のCaO、1重量%以下のMgOおよび3重量%未満のAlを含む請求項1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
【請求項10】
前記生体溶解性無機繊維が、66〜82重量%のSiO、1〜9重量%のCaO、10〜30重量%のMgOおよび3重量%未満のAlを含む請求項1〜6のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
【請求項11】
固形分換算で、前記生体溶解性無機繊維100重量部に対して、前記コロイダルシリカを10〜200重量部含む請求項1〜10のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
【請求項12】
溶媒率が15〜75重量%である請求項1〜11のいずれかに記載の湿潤ブランケット。
【請求項13】
請求項1〜12のいずれかに記載の湿潤ブランケットが硬化した硬化ブランケット。

【公開番号】特開2012−206919(P2012−206919A)
【公開日】平成24年10月25日(2012.10.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−75913(P2011−75913)
【出願日】平成23年3月30日(2011.3.30)
【特許番号】特許第4902797号(P4902797)
【特許公報発行日】平成24年3月21日(2012.3.21)
【出願人】(000110804)ニチアス株式会社 (432)
【Fターム(参考)】