JP6769690B2 - 粉体、その成形体及び被包体 - Google Patents
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Description
[1]シリカ粒子と、無機繊維と、を含み、
前記無機繊維は、前記無機繊維100質量%に対して、Fe2O3換算で鉄を1質量%以上40質量%以下含む無機繊維である、粉体。
[2]前記シリカ粒子は、粒子径DSが5nm以上30nm以下である複数の小粒子を含む、[1]に記載の粉体。
[3]赤外線不透明化粒子をさらに含む、[1]又は[2]に記載の粉体。
[4]アルミナ粒子をさらに含む、[1]から[3]のいずれか1に記載の粉体。
[5]断熱材に用いられる、[1]から[4]のいずれか1に記載の粉体。
[6][1]から[5]のいずれか1に記載の粉体を含む、成形体。
[7]0%以上5%以下の圧縮率における最大荷重が、0.7MPa以上である、[6]に記載の成形体。
[8][1]から[5]のいずれか1に記載の粉体及び/又は[6]又は[7]に記載の成形体を含むコア材と、前記コア材を収容する外被材と、を備える、被包体。
本実施形態の粉体は、シリカ粒子と、無機繊維と、を含み、前記無機繊維は、前記無機繊維100質量%に対して、Fe2O3換算で鉄を1質量%以上40質量%以下含む無機繊維である。
本実施形態の粉体は、シリカ粒子を含む。本実施形態のシリカ粒子とは、組成式SiO2で表される成分からなる粒子、及びSiO2を含む材料を指し、SiO2に加えて金属成分、無機化合物等を含む粒子を包含するものである。つまり、シリカ粒子は、純粋な二酸化ケイ素に加えて、Si又は種々の他元素との塩及び複合酸化物を含んでもよいし、水酸化物のような含水酸化物を含んでもよい。また、シリカ粒子がシラノール基を有していてもよい。シリカ粒子中のシリカは、結晶質であっても、非晶質であっても、それらの混合体であってもよい。シリカ粒子のシリカが非晶質であると、断熱材として用いる場合の固体伝導による伝熱が小さく、断熱性能が向上する傾向にあるため、好ましい。
本実施形態の粉体は、無機繊維100質量%に対して、Fe2O3換算で鉄を1質量%以上40質量%以下含む無機繊維を含む。Fe2O3換算で鉄を1質量%以上40質量%以下含有する無機繊維を含むことで、粉体の帯電性が抑制され、撹拌時に撹拌容器への付着が少なくなる。この理由は明らかではないが、鉄として酸化鉄であるFeO及びFeOと比較して還元状態のFe化合物等が存在するため、これが粉体と電気的に相互作用し、撹拌時の帯電を抑制すると推測される。また、無機繊維はアスペクト比が高い形状を有することで、撹拌時に粉体及び撹拌容器と効率良く接触できるため、撹拌による粉体の帯電と容器への付着を抑制する優れた性能を示すとも推測される。
本実施形態の粉体は、赤外線不透明化粒子をさらに含むことが、高い温度での断熱性能を得られる点から、好ましい。赤外線不透明化粒子とは、赤外線を反射、散乱又は吸収する材料を含む粒子を指す。粉体に赤外線不透明化粒子を含むと、輻射による伝熱が抑制されるため、特に200℃以上の高い温度領域での断熱性能が高い傾向にある。
本実施形態の粉体は、アルミナ粒子をさらに含むことが、高い耐熱性を得られる観点から好ましい。アルミナ粒子は、組成式Al2O3で表される材料を含む粒子を指す。粉体に含まれるアルミナ粒子は、純粋なAl2O3で表される材料を含む粒子でもよく、Al及び種々の他元素との塩又は複合酸化物の材料を含む粒子であってもよい。具体的には、アルミニウムの酸化物(α−アルミナ、γ−アルミナ、β−アルミナ、θ−アルミナ、ヒュームドアルミナ、非晶質のアルミナなど)、水酸化アルミニウム、アルミニウム等を含む複合酸化物(シリカアルミナ、ゼオライト等)、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム等の表面を酸化して得られた酸化物の材料を含む粒子等が挙げられる。
本実施形態の粉体の製造方法は、シリカ粒子を含む粉体と、Fe2O3換算で鉄を1質量%以上40質量%以下含む無機繊維と、を混合する混合工程を有することが好ましい。
(湿式法で合成されるシリカ)
ケイ酸ナトリウムを原料に酸性で製造されるゲル法シリカ。
ケイ酸ナトリウムを原料にアルカリ性で製造される沈降法シリカ。
アルコキシシランの加水分解・縮合で合成されるシリカ。
(乾式法で合成されるシリカ)
ケイ素の塩化物を燃焼して製造されるヒュームドシリカ。
ケイ素金属ガスを燃焼して製造されるシリカ。
フェロシリコン製造時等に副生するシリカヒューム。
アーク法やプラズマ法で製造されるシリカ。
粉砕したシリカ粉末を火炎中で溶融、球状化する溶融シリカ。
本実施形態の混合工程は、少なくともシリカ粒子と無機繊維とを混合し、さらに赤外線不透明化粒子とアルミナ粒子とを混合してもよい。シリカ粒子、及び無機繊維は、混合機(具体的には、改訂六版 化学工学便覧(丸善)に掲載されているもの等)を使用して混合することができる。混合機として、具体的には、容器回転型(容器自体が回転、振動、揺動する)として水平円筒型、V型(攪拌羽根が付いていてもよい)、ダブルコーン型、立方体型及び揺動回転型;機械撹拌型(容器は固定され、羽根などで撹拌する)として、単軸リボン型、複軸パドル型、回転鋤型、二軸遊星攪拌型、円錐スクリュー型、高速撹拌型、回転円盤型、ローラー付き回転容器型、撹拌付き回転容器型、高速楕円ローター型;流動撹拌型(空気、ガスによって撹拌する)として、気流撹拌型、重力による無撹拌型等が挙げられる。これらの混合機は、組み合わせて使用してもよい。
本実施形態の被包体は、上述の粉体及び/又は上述の成形体を含むコア材と、コア材を収容する外被材とを備える。なお、粉体又は成形体をコア材という場合がある。
本実施形態の外被材としては、粉体及び/又は成形体を含むコア材を収容可能な限り、特に限定されないが、具体的には、ガラスクロス、アルミナ繊維クロス、シリカクロス等の無機繊維織物、無機繊維編物、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、フッ素系樹脂フィルム等の樹脂フィルム、プラスチック−金属フィルム、アルミニウム箔、ステンレス箔、銅箔等の金属箔、セラミックペーパー、無機繊維不織布、有機繊維不織布、ガラス繊維紙、炭素繊維紙、ロックウール紙、無機充填紙、有機繊維紙、セラミックコーティング、フッ素樹脂コーティング、シロキサン樹脂コーティング等の樹脂コーティング等が挙げられる。
無機繊維1gと、結晶セルロース粉末のフナセルII粉末(商品名、フナコシ株式会社製)1gを、乳鉢で30分間混合後、混合粉末2gを内径25mm、厚さ5mm、幅3mmの塩化ビニル製のリング内に充填し、プレス機により厚さ3mmに加圧成形し、蛍光X線分析の測定試料とした。走査型蛍光X線分析装置ZSX PrimusII(商品名、株式会社リガク製)に、あらかじめフナセルII粉末を、組成C6H10O5のフラックスとして化合物登録しておき、測定試料を全定性分析した後、試料モデルはバルク、成分形態は酸化物、フラックスはフナセルII粉末、希釈率は1を選択し、SQX計算を実施して、無機繊維100質量%に対する、無機繊維中に含まれる鉄をFe2O3に換算して含有量(質量%)を測定した。同様に、ケイ素をSiO2に換算して、アルミニウムをAl2O3に換算して含有量(質量%)等により、表1に記載するように各種の組成について含有量を測定した。
粉体試料50gを、撹拌シールを取り付けた2Lのφ140mmのSUS304製容器に入れ、SUS316製75φmmの4枚角度付きパドルが2つ付いたSUS316撹拌シャフトを、撹拌シールを介して撹拌モーターSM−101(アズワン株式会社製)に取り付け、容器を密封後、3000rpmで1分間回転させた。その後、容器蓋を開け、容器を180度回転させ、内部の粉体を排出した。その際に、粉体の帯電量(nC/g)を、春日電気株式会社製クーロンメーターNK−1001とファラデーケージKQ−1400を使用して測定した。付着性評価は、容器に付着し回収できなかった粉体の質量(g)を測定した。
縦約30cm、横約30cm、厚さ約20mmの成形体及びその焼成硬化体の試料の寸法と質量を測定し、質量を体積で割ることにより、かさ密度(g/cm3)を測定した。
縦約30cm、横約30cm、厚み約20mmの形状に成形した多孔質体である成形体及びその焼成硬化体を試料とし、30℃での熱伝導率(W/m・K)を、ヒートフローメーター HFM 436 Lambda(商品名、NETZSCH社製)を使用して熱伝導率を測定した。較正は、JISA1412−2に従い、密度163.12kg/m3、厚さ25.32mmのNIST SRM 1450c校正用標準板を使用して、高温側と低温側の温度差が20℃の条件において、15、20、24、30、40、50、60、65℃で予め実施した。
静電気電荷拡散率測定装置NS−D100(商品名、株式会社ナノシーズ社製)を用いて、温度20℃、湿度50%RHの恒温恒湿器内で、直径約4cm10mm厚みの円板状に成形した成形体及びその焼成硬化体である試料に対し、コロナ放電部位、及び表面電位計との距離を10mmにセットした。6kVの針電極からのコロナ放電による帯電を10秒間行い、コロナ帯電を行った1秒後及び10秒後の表面電位(kV)を表面電位計により測定を行った。測定は、JIS C 61340−2−1に準拠して実施した。
焼成硬化体である試料から1辺が多孔質体の厚みに等しい立方体を切り出して作製し、精密万能試験機オートグラフAG−100KN(株式会社島津製作所製)を使用して、試料を厚みに対して0%以上5%以下の圧縮率における最大荷重(MPa)を測定した。
平均粒子径が14nmのヒュームドシリカ1600gと、平均粒子径が120nmのシリカヒューム4000gと、ケイ酸ジルコニウム1200gと、αアルミナ800gを、ハンマーミルで均一に混合し、混合粉体を得た。
無機繊維として、平均繊維径が10μm、平均繊維長が6mmの、Eガラスファイバーを用いた以外は、実施例1と同様の方法で、粉体を得た。上記(1)の無機繊維のXRFによる組成分析を、結果を表1に示す。この粉体の撹拌による帯電量評価、付着性評価(上記(2))を行った。結果を表2に示す。
Claims (7)
- 粒子径D S が5nm以上30nm以下である複数の小粒子を含むシリカ粒子と、無機繊維と、を含み、
前記無機繊維は、前記無機繊維100質量%に対して、Fe2O3換算で鉄を1質量%以上40質量%以下含む無機繊維である、粉体。 - 赤外線不透明化粒子をさらに含む、請求項1に記載の粉体。
- アルミナ粒子をさらに含む、請求項1又は2に記載の粉体。
- 断熱材に用いられる、請求項1から3のいずれか1項に記載の粉体。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の粉体を含む、成形体。
- 0%以上5%以下の圧縮率における最大荷重が、0.7MPa以上である、請求項5に記載の成形体。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の粉体及び/又は請求項5又は6に記載の成形体を含むコア材と、前記コア材を収容する外被材と、を備える、被包体。
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