JP2000515480A - 生物溶解性、高温鉱物ウール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 以下の重量割合で以下の成分を含有する組成物を有する鉱物繊維が開示される。SiO₂,48〜64;Al₂O₃，０〜６;MgO,21〜31;CaO,11〜20;酸化鉄（FeOとして）,4.2〜8;K₂O，０〜５;Na₂O，０〜５;TiO₂，０〜３(Na₂O及びK₂Oの合計重量は５％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む全ての成分の合計重量は100％である。）

Description

【発明の詳細な説明】 生物溶解性、高温鉱物ウール 発明の分野 本発明は、鉱物繊維及びその組成物に関する。特に、本発明は改良された生物 溶解性を有する高温耐性鉱物繊維に関する。 発明の背景 鉱物繊維絶縁体は周知であり、長期間商品であった。絶縁体は、通常はミネラ ルウール又はロックウールとしてしばしば言及されるロック繊維又はスラグ繊維 から製造される。絶縁体は、ケイ酸カルシウムマグネシウムアルミニウムガラス (calcium magnesium aluminum silicate glass)から製造される。絶縁体は、コ ークス燃焼キューポラ中で種々のスラグ及び／又はロックウール原材料の混合物 を溶融することにより製造される。また、原材料は電気又はガスで加熱した加熱 炉中で溶融され得る。原材料が一緒に溶融された後、多輪遠心装置(multi-wheel centrifuge apparatus)又はダウニー装置(DoWney apparatus)によってウールが 製造される。通常は、このガラス材料から製造された繊維が絶縁体材料として用 いられると、それらはフェノール樹脂によって結合する。 当業界では、以前は、絶縁体製品はアスベスト繊維から製造されていた。アス ベスト繊維は吸入されると、ヒトにおいて病気を起こす。吸入されたアスベスト 繊維の生物学的活性の原因である正確なメカニズムは知られていないが、肺にお ける長い残留時間が病気を引き起こす能力に寄与すると信じられている。鉱物繊 維はヒトにおける病気と連結しておらず、ヒトの肺における残留時間はアスベス ト繊維のそれに比べ非常に短く見えるが、改良された生物溶解性を有する鉱物ウ ールを製造するために好ましくなってきた。 吸入された場合に、鉱物ウール繊維の溶解性の増加がヒトの肺中での鉱物ウー ル繊維が残留する時間を減少させることが期待される。ヒトの肺中に存在するの と同一の生理食塩水中における鉱物ウール繊維の溶解速度は、繊維の化学組成を 代えることにより有意に上昇するが、商業上の目的のための鉱物ウールの他の重 要な性質が害されるような方法においてこれを達成する問題が残る。発明の要約 上記目的及び特に列挙されていない他の目的は、およそ下記の重量％で示され る以下の化合物を含む組成を有する鉱物繊維によって達成される。 SiO₂ 48〜64 Al₂O₃ ０〜６ MgO 21〜31 CaO 11〜20 酸化鉄（FeOとして） 4.2〜８ K₂O ０〜５ Na₂O ０〜５ TiO₂ ０〜３ （Na₂O及びK₂Oの合計重量は５％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む 全ての成分の合計重量は100％である。） 詳細な説明及び本発明の好ましい態様 本発明は、高温耐性及び改良された生物溶解性を有する鉱物繊維ウールを製造 するために用いられるガラス組成物を提供する。該鉱物繊維組成物は、ヒトの肺 において見られるのと同じど思われる生理食塩水中で上昇した溶解速度を有する 。上記特住と一緒に、本発明の組成物はウール及び耐火性セラミックファイバー を製造するための多輪遠心装置又はダウニー装置において用いられるための有利 な形成特性を有する。本発明のガラス組成物から製造された繊維は、このような 繊維が用いられるいずれの用途にも適しているが、住宅、商業又は工業の絶縁体 製品に特に適している。 本発明の組成物は、およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む（このよ うな個々の結晶が基本的に存在しないとしても、当業界の標準の習慣として、成 分は酸化物として報告される）成分 重量％ SiO₂ 48〜64 Al₂O₃ ０〜６ MgO 21〜31 CaO 11〜20 酸化鉄（FeOとして） 4.2〜８ K₂O ０〜５ Na₂O ０〜５ TiO₂ ０〜３ Na₂O＋K₂O ０〜５ 上記成分の好ましい範囲は、以下に示す重量％である。 成分 重量％ SiO₂ 52〜62 Al₂O₃ ０〜５ MgO 21〜30 CaO 11〜18 酸化鉄（FeOとして） 4.3〜7.5 K₂O ０〜４ Na₂O ０〜４ TiO₂ ０〜２ Na₂O＋K₂O ０〜４ 上記成分の更に好ましい範囲は、以下に示す重量％である。 成分 重量％ SiO₂ 53〜58 Al₂O₃ ０〜４ MgO 21〜29 CaO 11〜16 酸化鉄（FeOとして） 4.5〜6.5 K₂O ０〜３ Na₂O ０〜３ TiO₂ ０〜1.5 Na₂O＋K₂O ０〜３ ヒトの肺において見られるのと同じ生理食塩水中におけるウールファイバーの 溶解速度は、他の必要なガラス特性を犠牲にすることなく上昇し得る。現在用い られている方法により繊維化を可能にするために、組成物の液相線及び粘度をか なり狭い範囲に維持する。一般には、液相線温度を、溶解物の粘度が１０ポイズ である温度未満に維持することが望ましい。液相線温度及び粘度は、ウール組成 物がどのようにして変化し得るかについていくつかの束縛を提供する。耐久性は 、更なる束縛を提供する。ウールファイバーは、それが取り付けられる場所で長 年の間、その物理的整合性を維持するために有意に耐久性があるべきである。ウ ールファイバーは、取り付けられた場所で水分の好適に対して完全に不活性であ るべきであるばかりでなく、ヒトの肺のような生理学的媒体に溶解されるべきで ある。上記の両方の状態は中性に近い酸−塩基条件下でウールファイバー上の水 の攻撃を含むので、これは組成上の修飾によって処理し得る。 本発明のウール組成物は、相対的に低いAl₂O₃含有量及び相対的に高い酸化マ グネシウム含有量を有する。ガラス溶解速度の程度は、出発ガラス組成物に依存 するガラス特性を低下又は変化させずに上昇し得る。ウール組成物中のアルミナ の存在はウールの組成上の編み目構造を強化する傾向があり、その結果として水 中でのウールの溶解速度を減少する。ウール組成物中のアルミナ含有量を減少さ せることにより、生理学的媒体中で更に容易に分解するファイバーの形態のウー ルを提供することが発見された。ウール組成物中のSiO₂、CaO、MgO及びK₂O等の 主要な酸化物の含有量を、粘度、液相線温度及び他の特性を維持するために調整 することができる。本発明の組成物中の他の成分は、合計で３重量％までの微量 存在し得る。 本発明の組成物は、特にAl₂O₃濃度が低いという理由により生理食塩水中で高 い溶解速度を有し、本発明の組成物から生成されたウールファイバーは、特にMg O濃度が高いという理由により高温耐性及び改良された耐火性を有する。本発明 の組成物は、十分に低い液相線温度を有し、故に該組成物は車輪遠心工程(wheel centrifuge process)又はダウニー工程によってファイバーに形成され得る。 上記組成物からの繊維の製造は、好ましくは２工程を含む。第一に、砂、粘土 、酸化鉄、石灰石、ドロマイト、マグネサイト、玄武岩、珪岩、高鉄スチールス ラグ(high iron steel slag)、高MgO-SiO₂石又は他の適当な材料等の原材料を、 所望の製品の量及び用いられる繊維の形成方法に依存し、るつぼ、キュポラ、ポ ット又は連続的なガラス溶融ユニット中で溶解する。本発明の組成物から鉱物ウ ールを製造するために、鉱物ウールを製造するための伝統的な公知の融解炉が用 いられる。キューポラ加熱炉、ガス燃焼加熱炉又は電気加熱炉のいずれかが用い られる。融解物は、原材料の混合物が装填されたキューポラ加熱炉中で製造する ことができる。また、燃焼及び融解を起こすために必要量のコークスが添加され る。融解物が電気又はガス燃焼加熱炉中で製造されるなら、粉末炭素等の還元剤 が融解物を化学的に還元するために添加される。 第二に、適当に均一な融解物が達成された場合、非晶質繊維が延伸、紡績又は 吹き込み成形等の従来の方法で融解物から製造される。融解物は、従来の多輪遠 心装置又はダウニー装置において繊維化される。次いで、繊維はファイバーマッ ト又はフェルトが形成されるムービングスクリーン上に集められる。 一旦繊維が形成されると、それらは、お互いに接着するための個々の繊維を引 き起こすことを提供するバインダーによってコーティングされる。バインダーは 、通常、繊維が装置を製造する繊維から減弱される繊維上に噴霧される。また、 バインダーはファイバーフェルト又はマット上に噴霧される。繊維は、当業界で 利用可能な適当なフェノールバインダー等のフェノールバインダーでコーティン グされる。また、繊維は、繊維の意図する用途に依存し、制塵剤、帯電防止剤、 湿潤剤及び／又は疎水性薬剤でコーティングされる。また、繊維はバインダーな し又はコーティングで集められる。 一旦、バインダー及び／又は他のコーティングが繊維に塗布されると、必要で あればそれらは排水され、空気の流れのなかでゆっくりと乾燥され又は加熱によ り強制的に乾燥される。実施例１ 下記表に示される組成を有する繊維を、上述した方法及び４個の車輪を有する 車輪遠心を用いて製造した。２種の本発明の繊維組成物（Ａ及びＢ）を、同様の 方法で製造された市販のウールと一緒に以下に示す。上記組成物を、重量％で与 えられる成分の量と一緒に以下に示す。 成分 組成物Ａ 組成物Ｂ 市販のウール SiO₂ 53.02 53.24 45.63 Al₂O₃ 3.29 3.56 14.00 MgO 21.86 22.88 11.70 CaO 13.70 12.97 18.93 Na₂O 0.25 0.26 2.00 K₂O 0.31 0.32 0.47 TiO₂ 0.37 0.36 1.57 P₂O₅ 0.06 0.03 0.08 MnO 1.02 0.92 0.18 FeO 5.94 5.50 5.33 上記のデータから見られるように、本発明の組成物は従来の市販のウール組成 物と比較した場合に低いAl₂O₃濃度を有する。この低いAl₂O₃含有量は、従来のウ ール化合物と比較した場合に改良された生物溶解性を本発明の組成物に与える。 また、上記データから見られるように、本発明の組成物は従来の市販のウール組 成物と比較した場合に高いMgO濃度を有する。この高いMgO濃度は、耐熱性に関し て、従来のウール組成物を越えた改良された性能を与える。本発明の組成物及び 市販のウールについての標準的な燃焼試験における高温耐性の基準である線収縮 を測定した。線収縮が低いものは良い耐性を示す。表１に示される組成物につい ての930℃における収縮割合は約３〜４％であった。市販のウールについては、 収縮は8〜10％であった。従って、本発明の組成物は、従来のウール材料と比較 した場合、高温耐性において改良を示す。実施例２ 以下に示す組成を有する、以下の繊維組成物を配合した。該繊維組成物の重量 ％による含有量及びそれらの特性を以下に示す。 ¹およその値−液相線温度未満は測定できない。 上記表から見られるように、本発明の組成物の粘度は、組成物を多輪遠心工程 又はダウニー工程によってファイバーに加工することを許容する。実施例２の組 成物４の溶融物から繊維をブロー成型し、930℃に加熱した時の収縮は約７％で あった。 当業者は、本発明の組成物により製造された繊維が絶縁体に有用であるが、該 繊維は適当ないずれの製品にも有用であることを評価する。例えば、本発明の組 成物から製造された繊維は防音天井タイル、防音壁板及び防火パネルを製造する ために用いられる。 特定の代表的な態様及び詳細を本発明を説明するために示したが、添付した請 求の範囲及びその同等物において定義される本発明の範囲を逸脱せずに、本発明 の組成物に種々の変更及び改良を加えることは当業者に明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む組成を有する鉱物繊維。 SiO₂ 48〜64 Al₂O₃ ０〜６ MgO 21〜31 CaO 11〜20 酸化鉄（FeOとして） 4.2〜８ K₂O ０〜５ Na₂O ０〜５ TiO₂ ０〜３ （Na₂O及びK₂Oの合計重量は５％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む 全ての成分の合計重量は100％である。） 2. およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む、請求の範囲第１項記載の 鉱物繊維。 SiO₂ 52〜62 Al₂O₃ ０〜５ MgO 21〜30 CaO 11〜18 酸化鉄（FeOとして） 4.3〜7.5 K₂O ０〜４ Na₂O ０〜４ TiO₂ ０〜２ （Na₂O及びK₂Oの合計重量は４％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む 全ての成分の合計重量は100％である。） 3. およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む、請求の範囲第２項記載の 鉱物繊維。 SiO₂ 53〜58 Al₂O₃ ０〜４ MgO 21〜29 CaO 11〜16 酸化鉄（FeOとして） 4.5〜6.5 K₂O ０〜３ Na₂O ０〜３ TiO₂ ０〜1.5 （Na₂O及びK₂Oの合計重量は３％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む 全ての成分の合計重量は100:である。） 4. およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第１項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 54.1 Al₂O₃ 0.4 MgO 29.0 CaO 11.5 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 酸化鉄（FeOとして） 4.5 5. およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第１項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 54.1 Al₂O₃ 0.4 MgO 21.5 CaO 19.0 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 酸化鉄（FeOとして） 4.5 6. およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第３項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 53.02 Al₂O₃ 3.29 MgO 21.86 CaO 13.70 Na₂O 0.25 K₂O 0.31 TiO₂ 0.37 酸化鉄（FeOとして） 5.94 7. およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第３項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 53.24 Al₂O₃ 3.56 MgO 22.88 CaO 12.97 Na₂O 0.26 K₂O 0.32 TiO₂ 0.36 酸化鉄（FeOとして） 5.55 8. およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第３項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 56.1 Al₂O₃ 2.0 Na₂O 0.5 K₂O 0.2 MgO 22.7 CaO 12.7 TiO₂ 0.2 酸化鉄（FeOとして） 5.6 9. およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第３項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 58.0 Al₂O₃ 2.0 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 MgO 22.2 CaO 11.5 TiO₂ 0.2 酸化鉄（FeOとして） 5.6 10．およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範囲第２項記載の鉱 物繊維。 SiO₂ 56.1 Al₂O₃ 2.9 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 MgO 22.2 CaO 11.3 TiO₂ 0.2 酸化鉄（FeOとして） 6.8 11．およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む複数の鉱物繊維を含有する 鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 48〜64 Al₂O₃ ０〜６ MgO 21〜31 CaO 11〜20 酸化鉄（FeOとして） 4.2〜８ K₂O ０〜５ Na₂O ０〜５ TiO₂ ０〜３ （Na₂O及びK₂Oの合計重量は５％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む 全ての成分の合計重量は100％である。） 12．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む、請求の 範囲第11項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 52〜62 Al₂O₃ ０〜５ MgO 21〜30 CaO 11〜18 酸化鉄（FeOとして） 4.3〜7.5 K₂O ０〜４ Na₂O ０〜４ TiO₂ ０〜２ （Na₂O及びK₂Oの合計重量は４％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む 全ての成分の合計重量は100％である。） 13．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％で示される以下の成分を含む、請求の 範囲第12項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 53〜58 Al₂O₃ ０〜４ MgO 21〜29 CaO 11〜16 酸化鉄（FeOとして） 4.5〜6.5 K₂O ０〜３ Na₂O ０〜３ TiO₂ ０〜1.5 (Na₂O及びK₂Oの合計重量は３％を越えず、もし含む場合は、微量元素を含む全 ての成分の合計重量は100％である。） 14．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第13項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 54.1 Al₂O₃ 0.4 MgO 29.0 CaO 11.5 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 酸化鉄（FeOとして） 4.5 15．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第11項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 54.1 Al₂O₃ 0.4 MgO 21.5 CaO 19.0 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 酸化鉄（FeOとして） 4.5 16．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第13項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 53.02 Al₂O₃ 3.29 MgO 21.86 CaO 13.70 Na₂O 0.25 K₂O 0.31 TiO₂ 0.37 酸化鉄（FeOとして） 5.94 17．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第13項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 53.24 Al₂O₃ 3.56 MgO 22.88 CaO 12.97 Na₂O 0.26 K₂O 0.32 TiO₂ 0.36 酸化鉄（FeOとして） 5.50 18．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第13項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 56.1 Al₂O₃ 2.0 Na₂O 0.5 K₂O 0.2 MgO 22.7 CaO 12.7 TiO₂ 0.2 酸化鉄（FeOとして） 5.6 19．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第13項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 58.0 Al₂O₃ 2.0 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 MgO 22.2 CaO 11.5 TiO₂ 0.2 酸化鉄（FeOとして） 5.6 20．上記鉱物繊維が、およそ下記の重量％の成分を基本的に含有する、請求の範 囲第12項記載の鉱物繊維絶縁体材料。 SiO₂ 56.1 Al₂O₃ 2.9 Na₂O 0.3 K₂O 0.2 MgO 22.2 CaO 11.3 TiO₂ 0.2 酸化鉄（FeOとして） 6.8