JPS6033244A - 無機繊維成形体の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無機繊維成形体の製法に関するものであり、
更に詳しくは、コロイダルシリカの歩留りの良い無機繊
維成形体の製法に関するものである。

一般に、無機繊維に結合剤としてコロイダルシリカ水溶
液を使用して得られる無機繊維成形体は、耐熱性、断熱
性及び耐熱衝撃性に優れているため、高温用の保温断熱
材料として広く使われてＩＪ）る。

このような無機繊維成形体は、従来、コロイダルシリカ
を水に分散させた水溶液中に無機繊維を入れ解繊して分
散させたスラリー状物若しくはペースト状物を所定の形
状に成形した後、乾燥硬化させる方法により製造されて
いる。しかしながら、このような従来方法では乾燥時に
生乾きの成形体中からコロイダルシリカ成分が移動して
表面層のみに集まる現象、所謂マイグレーションが起こ
り、乾燥後表面層のみが硬化し、内部層はやわらかいま
まになるといった形成体しか得られない。

従って、上記の従来法は、成形体の加工性及び加工時の
取扱において多くの問題を残している。

そこで、上記問題を解消するために、結合剤たるコロイ
ダルシリカのマイグレーシコンの防止について種々の検
討がなされている。

例えば、特公昭３７−８５９０号公報に記載の発明では
、４３〜４９℃の低温で穏やかに熱風乾燥しているが、
この方法は、乾燥に長時間を要し工程上好ましくない。

又、特開昭５３−２７６１８号公報に記載の発明では、
コロイダルシリカの硬化剤としてケイ酸カルシウム又は
ケイ酸マグネシウムを添加して成形体を作り、焼成時に
コロイダルシリカと硬化剤とを反応させてコロイダルシ
リカのマイグレーションを抑えているが、この方法は、
コロイダルシリカの歩留りが悪く、スラリー液の再利用
では、安定性が不足するという欠点を有する。さらに又
、特開昭５８−１０４０５９号公報に記載の発明では、
コロイダルシリカの硬化剤として硫酸アルミニウムを添
加し、次いで、高分子量のポリエチレンオキサイドを添
加して無機繊維にコロイダルシリカを定着せしめてマイ
グレーションを抑えているが、この方法は、コロイダル
シリカの歩留りが悪く、又、スラリー液の濾過性が悪い
など多くの欠点を有している。

本発明は、前述した従来技術の欠点を改善し、無機繊維
にコロイダルシリカを均−且つ強固に結合させて、コロ
イダルシリカの歩留りを改善するとともに高温用途に適
した無機成形体を得る方法に関するものである。

即ち、本発明は、無機繊維及びコロイダルシリカを分散
媒中に分散させてなるスラリー液に、凝結剤を加え、且
つすみやかにスラリー液のｐｉを４゜５以下としてコロ
イダルシリカ凝結物を生成させ、次いで、好ましくはス
ラリー液のｐＨを４．５〜８゜５とした後、上記スラリ
ー液に、高分子凝集剤を添加して上記コロイダルシリカ
凝結剤を無機繊維に定着させ、然る後、該スラリー液を
成形・加工することを特徴とする無機繊維成形体の製法
を提供するものであり、未乾燥のまま製品としてもよく
、又、乾燥したり、焼成して可燃性物質を除去して成形
体を得る方法をも含むものである。

さらに又、本発明は、必要に応じて、スラリー液に、砂
、粘土、鉱物粉末など必要量の充填材を添加して、該ス
ラリー液を成形・加工する成形体の製法をも包含するも
のである。

本発明の方法によれば、無機繊維成形体用のスラリー液
の成形・加工時の濾過性が良く、コロイダルシリカの歩
留りが著しく改良され、且つ得られた成形体の乾燥時の
マイグレーションが起こらない高強度、高硬度の成形体
を得ることができる。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明において使用される無機繊維としては、セラミッ
クファイバー、アルミナファイバー、ジルコニアファイ
バー、石英ウール、ロックウール、フラグウール、グラ
スウール、アスづスト、チタン酸ファイバー、炭化硼素
ファイバー、炭化珪素ファイバー、窒化珪素ファイバー
、各種ウィスカー等が挙げられ、これらの各繊維及びそ
れらの混合物より成る群から選択が可能であるが、繊維
の耐熱性、経済性の面でセラミックファイバーが最も適
している。

また、本発明で使用されるコロイダルシリカ（通称、シ
リカゾル）とは、５ｉ０２　（シリカ）のコロイド状分
散体水溶液で、例えばケイ酸ソーダの中和、ケイ酸ソー
ダのイオン交換処理等、各種の方法で得ることカ（テき
、商品としてはスノーテックス（日産化学製品）、アプ
ライド（旭電化製品）、ルドックス（デュポン製品）等
が挙げられ、通常、コロイド寧子の大きさが５〜１００
ｍμ、５ｉ０２　（シリカ）Ｓ度２０〜５０重量％のも
のが使用される。

無＃Ｂ繊維及びコロイダルシリカ並びに必要に応じ加え
られる充填材をスラリー液とするに必要な分散媒とては
、水が好適であるが、メタノール、エタノール、エチレ
ングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリ
コール、グリセリン、及びこれらの混合物も又、単独、
若しくは水との混合物として使用できる。分散媒の量は
、用いられる無機繊維の量、及びコロイダルシリカの量
に応じて調整されるが、少な（とも該繊維が十分分散さ
れる量が必要であり、例えば分散媒と無機繊維の重量比
がｔｏｏ：ｏ、ｉ〜１０：１であり、より好ましくは１
００：１〜１００：４である。

本発明において、バインダーとして使用されるコロイダ
ルシリカと無ｔａ繊維の量的関係は好ましくは無機繊維
に対しコロイダルシリカ中の５ｉ０２固形分が重量比で
１００：１〜ｉｏｏ：３ｏ、より好ましくは、１００：
３〜１００７２０であり、これより少ない場合は、目的
とする成形体の強度が低下しやすく、又、多すぎる場合
は、濾過性の点で困難となる傾向にある。

本発明に使用される凝結剤とは、酸（例えば塩酸、硫酸
、硝酸、リン酸、有機酸）、塩（例えば塩化物、硫酸塩
、硝酸塩）、アルミナゾル、アルミン酸ソーダが挙げら
れるが、鉱酸、硫酸アルミ、塩化アルミ、ポリ塩化アル
ミ、アルミナゾルが特に好ましい。ここでいう凝結剤の
働きは、コロイダルシリカの表面に付着して、コロイダ
ルシリカ粒子を凝集させることにあり、その凝集をより
すみやかに完遂させるために、該スラリー液をｐＨ４，
５以下の条件下にして凝結剤を働かせる必要がある。な
ぜならばｐＨ４，５を超えると、凝結剤の凝結効果が十
分発揮できないぽかりか、例えば塩化アルミの如き酸性
塩を凝結剤として使用した場合、塩化アルミの多くが水
酸化アルミとなって凝結剤としての働きをなくすからで
ある。該スラリー液をｐ）１４．５以下にする方法は、
鉱酸を用いるのが適切であるが、該スラリー液のアルカ
リ度が低い場合は、凝結剤として酸性塩を使うことで代
替できる。いずれにせよ、コロイダルシリカと凝結剤と
の反応条件は、該スラリー液のｐｉが４．５以下、より
好ましくはｐＨ３〜４．５の範囲が適当である。

コロイダルシリカと凝結剤の配合割合は、固形分重量比
で１００：０．５〜１０：２が好ましい０反応時間は、
室温で１〜１０分程度の攪拌で十分である。

次いで、高分子凝集剤加えるのであるが、この際好まし
くは上記スラリー液のｐＨを再度ｐＨ４，５〜８．５に
もどすのがよい。これによりコロイダルシリカと凝結剤
の反応によって生じたコロイダルシリカ凝結物をより安
定なものとし、濾過性が良くなり、コロイダルシリカの
歩留りをより一層向上させることができる。この場合、
ｐｎを８．５以上とするとコロイダルシリカ凝結物の再
解離が生じ好ましくない。該スラリー液のＰＨを４．５
以下から４゜５〜８．５にもどす薬液としては、金属水
酸化物、アルカリ性塩が適当であるが、例えば苛性ソー
ダ、炭酸ソーダ、珪酸アルカリ塩、アルミン酸ソーダが
より好ましい。

本発明において重要な点は、高分子凝集剤を用いてコロ
イダルシリカ凝結物を定着させた無機繊維のフロックを
生成することにある。この高分子凝集剤を用いることに
よりコロイダルシリカ凝結物が無機繊維に強固に付着し
、濾過性の良い、しかもコロイダルシリカの歩留りの良
いスラリー液となる。ここでいう高分子凝集剤は、一般
に水処理分野で使用される高分子凝集剤であり、原料及
び製法の差異により、天然高分子物及びその誘導体と、
合成高分子物とに分けられる。天然高分子物及びその誘
導体としては、でんぷん及びその誘導体、セルローズ及
びその誘導体、アルギン酸ナトリウム、蛋白質、こんに
や（、寒天、ペクチン酸、キトサン等が挙げられる０合
成高分子物は、さらに重合型と縮合型に分けられ、重合
型としては、例えばポリアクリル酸、ポリアクリルアミ
ド、マレイン酸縮合物及びそれらの共重合体の変性物が
あり、一般に非イオン性、陰イオン性、陽イオン性が製
造されている。縮合型は、例えばポリカチオンである。

このうち、より好ましくは、分子量１０万以上の合成高
分子系高分子凝集剤が遡している。この高分子凝集剤の
市販品としては、例えば、フローナック（共和油脂製品
）、ダイヤフロック（ダイヤフロック製品）、スミフロ
ック（住友化学製品）、アゾカフロンカー（地竜化製品
）等が挙げられる。これら高分子凝集剤は、前記した溶
媒と予め混合攪拌して必要な濃度の溶液として使用する
。各々の凝集剤によりその使用量は異なるが大体０．１
〜０．５重量％の溶液として該スラリー液に対し溶液の
形で０．０２〜１．０重量％の添加が好ましい。０．０
２重量％以下では、その　゛効果があまり発揮できず、
又、１．０重量％以上では生成したフロックが再分散し
てしまう惧れがあるからである。

本発明より製造される成形体の形態としては、ベーパー
、ボード、マントあるいはチューブ、ロッド、ブロック
等が考えられる。

それらの具体的な成形方法は、例えばペーパーあるいは
ボードの製造の場合には、コロイダルシリカ凝結物を無
機繊維に定着させたスラリー液（組成物スラリー）を、
金網上で絶過し、圧縮ローラーで水を脱水するか、ある
いは、吸引脱水により水を除去して成形する。他の成形
体の場合には、上記組成物スラリーを濾過してケーキと
し、適当な型に入れて成形することができる。一方濾過
された濾液は、完全に近いほど透明で、コロイダルシリ
カ、凝結剤、高分子凝集剤、その他無機繊維等有効成分
を殆ど含まず、わずかに無機塩類を含むに過ぎず、資源
の再利用あるいは河川への直接放流が可能である。

尚、本発明の無機繊維成形体の密度を上げたり、より耐
熱性、保温性を上げたり、加工を上げたりするための、
又、増量するため等の目的で砂若しくはその類似品（例
えばケイ砂、ジルコンサンド、アルミナサンド、溶融ガ
ラスサンド等）さらに又、粘土鉱物（例えば、カオリン
、ベントナイト、タルク、マイカ等）を本発明における
スラリー液に添加して成形乾燥しても、本発明の目的と
するマイグレーションを防止した高強度、高硬度の無機
繊維成形体が得られると同時にコロイダルシリカの歩留
りがよく、きれいな濾液が得られる。

以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明するが、本発
明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 水道水ＩＫｇに、コロイダルシリカ（５ｉ０２３０％、
Ｎａ２００．３％、粒子径１０〜ｊＯｍμ）１５ｇ及び
セラミックファイバー（日本アスベスト■；ファインセ
ラミックファイバー１３００）２０ｇを入れ、ミキサー
で均一なスラリー液とした。

このスラリー液のｐＨは１０．３であった。次いで、こ
れに、２０％硫酸アルミ水溶液３ｇを添加し、スラリー
液のｐＨを３．８とした。これを５分間攪拌を続けたの
ち、１０％　ＮａＯＨ水溶液を添加してスラリー液のｐ
Ｈを６．３とした。このスラリー液にアゾカフロッカー
（地竜化、２０Ａ−８０、アニオン性）０．１％水溶液
１ｇを添加し、最終スラリー液を調整した。この最終ス
ラリー液を金網を施した金型にて吸引脱水成形し、成形
体を得た。この成形体を１１０〜１４０℃で６時間乾燥
し、第１図（ａ）に示す如き直径シＯｎ＋ｓ＋、高さ４
０＋＋＋＋ｗの円柱形状の無機繊維成形体１を得た。

この無機繊維成形体１を第１図中）に示す如く、切断し
、試験片１′とした。試験片１゛における各測定点Ｈ，
Ｍ　（Ｈは上面の中心点、Ｍは一切断面の中心点、第１
図中）参照）について圧縮時の強度をオートグラフ（島
津製作所製、形式ｌ５−２０００）で測定した。その測
定結果を表−１及び第２図に示す。

尚、上記測定にあたっては、圧縮金属棒として直径５＋
ｎｍの鋼製棒を使用し、該鋼製棒を降下速度１ｍｍ／分
で降下させ、又記録紙速度を２０＋ｗｍ／分で移動させ
た。さらに又、表−１には、圧縮金棒が試験片１゛に０
．２　ｍｌ１１＜い込んだときの圧縮強度を硬度として
、０．５　ｍ＋＋　＜ぃ込んだときの圧縮強度を強度と
して、それぞれ単位Ｋｇ／ｃｄで表した。又、第２図に
は測定点Ｍにおける圧縮強度と試験片への圧縮金属棒の
くい込み量との関係をグラフに示した。

また、前記最終スラリー液の減退速度及び濾液の性状に
ついて測定した。その結果を表−２に示す。

実施例２ コロイダルシリカの量を２０ｇ、＠活剤として２０％の
塩化アルミニウムを３ｇ、高分子凝集剤としてアゾカフ
ロンカー１ＯＮ−４０（アニオン）の０．１％水溶液１
ｇとした以外は全て実施例１と同様にして無機繊維成形
体を得、この無機繊維成形体について実施例１と同様な
測定を行った。

その結果を表−１、表−２社示す。

実施例３ 高分子凝集剤としてアゾカフロンカー３０Ｇ−６０（カ
チオン）の０．１％水溶液１ｇとした以外は全て実施例
１と同様にして無機繊維成形体を得実施例４ 凝結剤の添加量を２ｇ、高分子凝集剤としてアゾカフｉ
ｆｆ、カー１０Ｎ−４０（／ニオ７）　（７）０．１％
水溶液を用いた以外は全て実施例１と同様にして無機繊
維成形体を得、この無機繊維成形体について実施例１と
同様な測定を行った。その結果を表−１、表−２に示す
。

実施例５ 凝結剤としてポリ塩化アルミ水溶液（住人アルミ製品、
ＰＡＣ，Ａｌ１０３１０％品）４ｇを用いた以外は全て
実施例１と同様にして無機繊維成形体を得、この無機繊
維成形体について実施例１と同様な測定を行ちた。その
結果を表−１、表−２に示す。

実施例６ 実施例１と同様に、但しＰＨ調整を行わないで成形体を
得た。その結果を表−１、表−２に示す。

比較例１．２．３ 実施例１において、凝結剤の添加、ｐＨ１１１整、高分
子凝集剤の添加を行わない場合を比較例１とし、ＰＨ調
整、高分子凝集剤の添加を行わない場合を比較例２とし
、高分子凝集剤の添加を行わない場合を比較例３とした
。それぞれ実施例１と同様にして無機繊維成形体を得、
この無機繊維成形体それぞれについて実施例１と同様な
測定を行った。

その結果を表−１１表−２に示す。

表　−１ 表−１、表−２、第２図に示す結果から明らかなように
、本発明の方法により得られた無機繊維成形体は、マイ
グレーションのない高強度、高硬度のものであるととも
にその製造時において、コロイダルシリカの歩留りが良
く且つ濾過性に優れており、製造工程上、非常に優れた
ものでもあることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の一実施例で得られた無機繊維
成形体の斜視図、第１図中）は、該無機繊維成形体を切
断して形成した試験片の斜視図、第２図は、測定点Ｍに
おける圧縮強度と試験片への圧縮金属棒の（い込み量と
の関係を示すグラフである。 特許出願人 旭電化工業株式会社 第１図 Ｌヒ 縮 強 ｃｂ） 第２図 ：１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無機繊維及びコロイダルシリカを分散媒中に分散させて
   なるスラリー液に、凝結剤を加え、且つすみやかにスラ
   リー液のｐＨを４．５以下としてコロイダルシリカ凝結
   物を生成させ、次いでこのスラリー液に、高分子凝集剤
   を添加して上記コロイダルシリカ凝結物を無機繊維に定
   着させ、然る後、該スラリー液を成形・加工することを
   特徴とする無機繊維成形体の製法。