JP5006979B1 - 生体溶解性無機繊維の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリカを70重量%以上と、マグネシアとカルシアを合わせて10〜30重量%含む無機原料を、容器の中で加熱して溶融させて、溶融粘度15ポアズ以下の溶融液を製造し、前記溶融液を、70km/s2以上の加速度で回転するロータに供給し、前記ロータの回転による遠心力により、前記溶融液を引き延ばして繊維化し、前記ロータの周囲に空気を吹き付け、前記繊維化した繊維を飛ばし、前記繊維を集めて平均繊維径5μm以下の繊維を製造する、無機繊維の製造方法。
【選択図】図3
Description
本発明によれば、以下の製造方法が提供される。
1.シリカを70重量%以上と、マグネシアとカルシアを合わせて10〜30重量%含む無機原料を、容器の中で加熱して溶融させて、溶融粘度15ポアズ以下の溶融液を製造し、
前記溶融液を、70km/s2以上の加速度で回転するロータに供給し、
前記ロータの回転による遠心力により、前記溶融液を引き延ばして繊維化し、
前記ロータの周囲に空気を吹き付け、前記繊維化した繊維を飛ばし、
前記繊維を集めて平均繊維径5μm以下の繊維を製造する、無機繊維の製造方法。
2.前記加速度が、100km/s2以上である1記載の製造方法。
3.溶融粘度4ポアズ以下の溶融液を製造し、前記溶融液を、115km/s2以上の加速度で回転するロータに供給する1又は2記載の製造方法。
4.溶融粘度7ポアズ以下の溶融液を製造し、前記溶融液を、259km/s2以上の加速度で回転するロータに供給する1又は2記載の製造方法。
5.溶融液の溶融粘度と、ロータの加速度が下記式を満たす1又は2記載の製造方法。
A≧36.81×P−11.21
15≧P
(式中、Pは溶融液の溶融粘度(ポアズ)であり、Aはロータの加速度(km/s2)である。)
6.単位原料当たりに印加する電力を0.15〜0.70kW/kgとして熔融させる1〜5のいずれか記載の製造方法。
7.単位原料当たりに印加する電力を0.25〜0.70kW/kgとして熔融させる6記載の製造方法。
8.前記容器の底に、前記溶融液をロータに供給するための孔と、
前記容器の中に、前記孔に向かって、ロッドを設け、
前記孔の径が広がると前記ロッドを孔に近づけて、前記ロータへの溶融液の供給量を調整する1〜7のいずれかに記載の製造方法。
9.前記加熱温度が、1600〜2500℃である1〜8のいずれかに記載の製造方法。
10.前記ロータへ溶融液を供給する速度が100〜1000kg/時である1〜9のいずれかに記載の製造方法。
11.前記ロータへ溶融液を供給する速度が250〜800kg/時である10に記載の製造方法。
12.前記繊維の平均繊維径が2〜4.4μmである1〜11のいずれかに記載の製造方法。
13.前記繊維の45μm以上の未繊維化物が65重量%以下である1〜12のいずれかに記載の製造方法。
14.前記繊維が以下の組成1又は組成2を有する1〜13のいずれかに記載の製造方法。
[組成1]
SiO2 70〜82重量%
CaO 1〜9重量%
MgO 10〜29重量%
Al2O3 3重量%未満
[組成2]
SiO2 70〜82重量%
CaO 10〜29重量%
MgO 1重量%以下
Al2O3 3重量%未満
繊維径が細いと、生体内に入っても容易に溶解しやすい。さらに、手触りが滑らかであり、チクチク感が生じない。また、繊維径が細いことは、製品単位体積当たりの繊維本数が増えることを意味しており、これにより熱伝導率が低くなり断熱効果が高まる。加工の際も、密度の高い加工品が得られ、このことにより断熱効果が高まる。さらに、繊維本数が多いと引張強度も大きくなる。このように、繊維径が細いことの利点は多い。
図1に本実施形態の製造方法に用いることのできる装置の一例を示す。
まず、容器10の中で、珪砂、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム。ワラストナイト、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、カオリン、アルミナ等の原料を溶融し、溶融粘度15ポアズ以下、好ましくは10ポアズ以下、7ポアズ以下、5ポアズ、4ポアズ以下と低い粘度の溶融液を製造する。下限は、実現容易性の観点から、例えば、1ポアズ以上である。加熱温度は所定の粘度になれば限定されないが、通常1600〜2400℃、特に1700〜2400℃程度である。好ましくはここで必要な原料の全てを溶融する。
ロータは2以上(好ましくは2〜4)用い、対向するロータは互いに内向き(矢印A)に時計回り、反時計周りに回転する。溶融液を1つのロータの周面に供給する。溶融液は複数のロータの周面を伝わっていく。
例えば、溶融粘度を4ポアズ以下として、加速度を115km/s2以上とする。また、溶融粘度を7ポアズ以下として、加速度を259km/s2以上とする。
D=−1.16×10−2×A+4.27×10−1×P+4.87
(式中、Dは繊維径(μm)であり、Pは溶融液の溶融粘度(ポアズ)であり、Aはロータの加速度(km/s2)である。)
A≧36.81×P−11.21
15≧P
(式中、Pは溶融液の溶融粘度(ポアズ)であり、Aはロータの加速度(km/s2)である。)
シリカの量は、好ましくは70〜80重量%、より好ましくは71〜79重量%である。
マグネシアとカルシアを合わせた量は、好ましくは15〜28重量%、より好ましくは19〜28重量%である。
Al2O3が1〜4重量%であると、繊維品質を損なうことなく、繊維が適度な水溶性を有するようになり、加工しやすくなる。好ましくは、1〜3重量%である。
SiO2 70〜82重量%(好ましくは70〜80重量%、より好ましくは71〜79重量%)
CaO 1〜9重量%(好ましくは2〜8重量%)
MgO 10〜29重量%(好ましくは10〜25重量%)
Al2O3 3重量%未満(好ましくは2重量%未満)
他の酸化物 2重量%未満(好ましくは1重量%未満)
SiO2 70〜82重量%(好ましくは70〜80重量%、より好ましくは72〜78重量%)
CaO 10〜29重量%(好ましくは20〜29重量%、より好ましくは21〜28重量%)
MgO 1重量%以下
Al2O3 3重量%未満(好ましくは1〜2重量%)
他の酸化物 2重量%未満(好ましくは1重量%未満)
また、SiO2、CaO、MgO、Al2O3の合計を98重量%超又は99重量%超とすることができる。
Fe2O3を含むとき、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3の合計は、98重量%超又は99重量%超とすることができる。
表1に示す組成の繊維Aと繊維Bの原料を、容器の中で電極に電力を0.15kW/kg印加して、1700〜2400℃に加熱して溶融させ、溶融粘度1〜15ポアズの溶融液を製造した。図2に、繊維A,Bの溶融粘度と温度の関係を示す。
(1)平均繊維径
繊維を電子顕微鏡で観察・撮影した後、撮影した繊維について、その径を400本以上計測し、全計測繊維の平均値を平均繊維径とした。
繊維を45μmの目開きを有する篩で篩下部より吸引しながら繊維を擦り、篩上に残った粒子を未繊維化物とした。
球引き上げ式の粘度測定器を用いて測定した。
実験例1と同様にして、溶融粘度が5ポアズで、加速度が259km/s2で繊維Aを製造した。本実験例では、溶融液をロータに供給する際、コントロールロッドを用いたときと、用いなかったときの溶融液の流出量の経時変化を測定した。ロッドはオリフィスの孔が広がるのに応じて高さを下げた。結果を図4と表2に示す。図4にはロッドの高さも合わせて示す。ロッドを用いることにより、流出量のばらつきを抑えることができ、繊維径が細くなることが分かる。
実験例1と同様にして、溶融粘度が5ポアズで、加速度が259km/s2で繊維Aを製造した。本実験例では、容器への印加電力を変えて、溶融液の流出温度と粘度を測定した。結果を表3に示す。
12 電極
14 オリフィス
16 孔
18 ロッド
20 ロータ
30 捕集器
Claims (12)
- シリカを70重量%以上と、マグネシアとカルシアを合わせて10〜30重量%含む無機原料を、容器の中で加熱して溶融させて、溶融粘度15ポアズ以下の溶融液を製造し、
前記溶融液を、70km/s2以上の加速度で回転するロータに供給し、
前記ロータの回転による遠心力により、前記溶融液を引き延ばして繊維化し、
前記ロータの周囲に空気を吹き付け、前記繊維化した繊維を飛ばし、
前記繊維を集めて平均繊維径5μm以下の繊維を製造する方法であって、
前記容器の底に、前記溶融液をロータに供給するための孔と、
前記容器の中に、前記孔に向かって、ロッドを設け、
前記孔の径が広がると前記ロッドを孔に近づけて、前記ロータへの溶融液の供給量を調整し、
前記溶融液の溶融粘度と、前記ロータの加速度が下記式を満たす、無機繊維の製造方法。
A≧36.81×P−11.21
15≧P
(式中、Pは溶融液の溶融粘度(ポアズ)であり、Aはロータの加速度(km/s2)である。) - 前記加速度が、100km/s2以上である請求項1記載の製造方法。
- 溶融粘度7ポアズ以下の溶融液を製造し、前記溶融液を、259km/s2以上の加速度で回転するロータに供給する請求項1又は2記載の製造方法。
- 単位原料当たりに印加する電力を0.15〜0.70kW/kgとして熔融させる請求項1〜3のいずれか記載の製造方法。
- 単位原料当たりに印加する電力を0.25〜0.70kW/kgとして熔融させる請求項4記載の製造方法。
- 前記加熱温度が、1600〜2500℃である請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記ロータへ溶融液を供給する速度が100〜1000kg/時である請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
- 前記ロータへ溶融液を供給する速度が250〜800kg/時である請求項7に記載の製造方法。
- 前記繊維の平均繊維径が2〜4.4μmである請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法。
- 前記繊維の45μm以上の未繊維化物が65重量%以下である請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法。
- 前記繊維が以下の組成1又は組成2を有する請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。
[組成1]
SiO2 70〜82重量%
CaO 1〜9重量%
MgO 10〜29重量%
Al2O3 3重量%未満
[組成2]
SiO2 70〜82重量%
CaO 10〜29重量%
MgO 1重量%以下
Al2O3 3重量%未満 - 前記繊維が、Al2O3を1.6〜3重量%含む請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。
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