JP2017190274A - 無機コロイド含有液、無機繊維成型体用組成液及び無機繊維成型体 - Google Patents

Abstract

【課題】粘土鉱物を含んで、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体、これを得るのに適した無機繊維成型体用組成液、無機コロイド含有液を提供する。【解決手段】無機コロイド含有液は、水と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する。無機繊維成型体用組成液は、上記無機コロイド含有液と、無機繊維とを含んでいる。無機繊維成型体は、無機繊維と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する。上記サポナイトは、Ｆｅ含有量が原子比率で１．３％以下であるとよい。無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量は、水１００質量部に対して０．１〜４質量部であるとよい。無機繊維成型体におけるサポナイトの含有量は、無機繊維１００質量部に対して０．３〜５．７質量部であるとよい。【選択図】なし

Description

本発明は、無機コロイド含有液、無機繊維成型体用組成液及び無機繊維成型体に関する。

従来、例えば、炉等の断熱用途に、数ｍｍから１５０ｍｍ程度の肉厚を持った、板状、筒状、桶状等の形状を呈する無機繊維成型体が使用されている。この種の無機繊維成型体は、例えば、水と無機コロイドと有機物と無機繊維とを含有するスラリーを成型し、乾燥させることにより製造されている。スラリーに添加される有機物は、通常、乾燥時における成型体表面への無機コロイドのマイグレーションを抑制し、無機繊維成型体の硬度を均一にする目的で添加されている。

しかしながら、有機物を含む無機繊維成型体は、初回使用時の焼成によって煙が発生するという難点がある。そこで、有機物に代えて粘土鉱物を用いて無機コロイドのマイグレーションを抑制する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、粘土鉱物としてモンモリロナイトを用いた無機繊維成型体が開示されている。

特公昭６１−３７２２８号公報

ところが、従来技術は、以下の点で問題がある。すなわち、水と無機コロイドとモンモリロナイト等の粘土鉱物とを含む無機コロイド含有液は、粘土鉱物の量が多量になると、無機繊維を加えて無機繊維成型体用組成液を調製した場合に、無機繊維成型体用組成液の粘度が大きく上昇しやすい。そのため、無機繊維成型体用組成液の成型性が悪化し、場合によっては、成型が困難になる。さらに、粘土鉱物には、通常、アルカリ成分が含まれる。そのため、モンモリロナイト等の粘土鉱物を多量に含む無機繊維成型体用組成液を成型、乾燥させてなる無機繊維成型体は、使用時の焼成による焼成収縮率が増加する。焼成収縮率の増加は、施工後の隙間の原因となるため、断熱用途向けの無機繊維成型体にとって特に品質上問題になりやすい。

一方、モンモリロナイト等の粘土鉱物の量が少量になると、無機コロイドのマイグレーションの抑制が困難となり、得られる無機繊維成型体の内部硬度が低下する。これは、無機コロイドのマイグレーションによって、表面のみ硬度が発現してしまうためである。内部硬度が低下すると、穴あけ等の加工による加工性が悪くなり、無機繊維成型体の施工性が低下する。無機コロイドのマイグレーションは、無機繊維成型体の厚みが数ｍｍである場合にはあまり見られないが、無機繊維成型体の厚みが１０ｍｍ程度から明らかな差が見られるようになり、無機繊維成型体の厚みが厚いほど顕著になる。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、粘土鉱物を含んで、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体、これを得るのに適した無機繊維成型体用組成液、無機コロイド含有液を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、水と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する、無機コロイド含有液にある。

本発明の他の態様は、上記無機コロイド含有液と、無機繊維とを含む、無機繊維成型体用組成液にある。

本発明のさらに他の態様は、無機繊維と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する、無機繊維成型体にある。

上記無機コロイド含有液は、粘土鉱物としてサポナイトを含んでいる。そのため、上記無機コロイド含有液は、同じ粘土鉱物であるモンモリロナイト等を含む従来の無機コロイド含有液と比較して、少量の粘土鉱物で無機コロイドのマイグレーションを抑制することができる。したがって、上記無機コロイド含有液に無機繊維を混合して、上記無機コロイド含有液と無機繊維とを含有する無機繊維成型体用組成液を調製し、これを成型、乾燥させて無機繊維成型体を作製した際に、従来よりも少量の粘土鉱物で、乾燥時における成型体表面への無機コロイドのマイグレーションが抑制される。それ故、粘土鉱物を含んでいても、無機コロイドのマイグレーションに起因する内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、粘土鉱物によるアルカリ量の増加に起因する焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体が得られる。また、上記無機コロイド含有液は、従来の無機コロイド含有液と比較して、より多くの無機繊維を加えて無機繊維成型体用組成液を調製した場合でも、少量の粘土鉱物で無機繊維成型体用組成液の粘度上昇を抑制することができる。そのため、成型性を確保しやすい無機繊維成型体用組成液が得られる。

上記無機繊維成型体用組成液は、粘土鉱物としてサポナイトを用いた上記無機コロイド含有液を含んでいる。そのため、これを成型、乾燥させて無機繊維成型体を作製した際に、上述した理由により、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体が得られる。

上記無機繊維成型体は、粘土鉱物としてサポナイトを用いている。そのため、上記無機繊維成型体は、上述した理由により、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる。

実施例で用いた粘土鉱物のＸ線回折パターンである。

上記無機コロイド含有液、上記無機繊維成型体用組成液及び上記無機繊維成型体について説明する。

上記無機コロイド含有液について説明する。

上記無機コロイド含有液は、水と、無機コロイドと、サポナイトとを含有している。

無機コロイドとしては、例えば、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイダルジルコニア、コロイダルチタニアなどを例示することができる。これらは１種又は２種以上併用することができる。無機コロイドとしては、具体的には、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナが好適である。これらは、無機コロイド含有液に無機繊維を混合して、上記無機コロイド含有液と無機繊維とを含有する無機繊維成型体用組成液を調製し、これを成型、乾燥させて無機繊維成型体を作製する際に、成型体の硬化バインダーとしての機能が十分であり、入手も容易であるためである。

上記無機コロイド含有液において、サポナイトは、Ｆｅ含有量が原子比率で１．３％以下であるとよい。

この場合には、無機コロイドのマイグレーション抑制効果を大きくすることができる。
そのため、この無機コロイド含有液を用いて無機繊維成型体用組成液を調製し、無機繊維成型体を作製した際に、十分な内部硬度を有する無機繊維成型体が得られる。なお、サポナイトのＦｅ含有量は、蛍光Ｘ線分析法を用いて測定することができる。

サポナイトのＦｅ含有量は、無機コロイドのマイグレーション抑制効果をより大きくする観点から、原子比率で、好ましくは１．２％以下、より好ましくは、１．１％以下、さらに好ましくは１．０％以下、さらにより好ましくは０．８％以下、さらにより一層好ましくは０．６％以下とすることができる。なお、サポナイトは、無機コロイドのマイグレーション抑制効果をより一層大きくする観点から、Ｆｅを含有していない（Ｆｅ含有量が０％）ことが望ましい。なお、サポナイトとしては、好ましくは、人工合成由来のサポナイトを好適に用いることができる。人工合成由来のサポナイトは、天然鉱物由来のサポナイトに比べ、Ｆｅ含有量を少なくしやすいからである。

上記無機コロイド含有液において、サポナイトの含有量は、水１００質量部に対して０．１〜４質量部であるとよい。

この場合には、この無機コロイド含有液を用いて無機繊維成型体用組成液を調製し、無機繊維成型体を作製する際に、無機繊維成型体用組成液の成型性の確保、無機繊維成型体の内部硬度の確保を確実なものとすることができる。

上記無機コロイド含有液において、サポナイトの含有量は、添加効果を確実なものとする観点から、水１００質量部に対して、好ましくは０．１４質量部以上、より好ましくは０．１５質量部以上、さらにより好ましくは０．２質量部以上とすることができる。一方、上記無機コロイド含有液において、サポナイトの含有量は、水１００質量部に対して２質量部以下とすることができる。この場合には、吸引成型に適した粘度を有する無機繊維成型体用組成液を得やすくなる。この場合、サポナイトの含有量は、吸引成型性の観点から、水１００質量部に対して、好ましくは１．８質量部以下、より好ましくは１．５質量部以下、さらに好ましくは１．３質量部以下とすることができる。

また、上記無機コロイド含有液において、サポナイトの含有量は、水１００質量部に対して２質量部超〜４質量部以下とすることもできる。サポナイトの含有量が水１００質量部に対して２質量部超〜３質量部以下の場合、静置状態で無機繊維成型体用組成液がゾル状になる傾向が見られる。また、サポナイトの含有量が水１００質量部に対して３質量部超〜４質量部以下である場合には、静置状態で無機繊維成型体用組成液がゲル状になるが、撹拌状態とすることにより無機繊維成型体用組成液がゾル状になる傾向が見られる。したがって、サポナイトの含有量が水１００質量部に対して２質量部超〜４質量部以下である無機繊維成型体用組成液は、主に、粘度上昇に対する許容範囲の大きいプレス成型に用いることができる。なお、本明細書にいうプレス成型とは、無機繊維成型体用組成液をプレスにより成型することを意味し、無機繊維成型体用組成液を吸引成型し、脱型した後に、必要に応じて実施することがあるプレスとは異なる。

上記無機コロイド含有液において、無機コロイドの含有量は、水１００質量部に対して４〜６７質量部であるとよい。

この場合には、この無機コロイド含有液を用いて無機繊維成型体用組成液を調製し、無機繊維成型体を作製する際に、無機コロイドの安定性を維持しやすく、無機繊維成型体の内部硬度を向上させやすい。

上記無機コロイド含有液において、無機コロイドの含有量は、吸引成型によって無機繊維成型体の内部硬度を確保しやすくなるなどの観点から、水１００質量部に対して、好ましくは５質量部以上、より好ましくは６質量部以上、さらに好ましくは７質量部以上、さらにより好ましくは８質量部以上、さらにより一層好ましくは１０質量部以上とすることができる。一方、上記無機コロイド含有液において、無機コロイドの含有量は、無機コロイドの安定性を確保しやすくなるなどの観点から、水１００質量部に対して、好ましくは６０質量部以下、より好ましくは５０質量部以下、さらに好ましくは４０質量部以下とすることができる。さらに、上記無機コロイド含有液において、無機コロイドの含有量は、水１００質量部に対して、２０質量部以下とすることができる。この場合には、無機繊維成型体用組成液を吸引成型することにより、低比重で、高い内部硬度を有する無機繊維成型体を得やすくなる。この場合、当該効果を大きくするなどの観点から、無機コロイドの含有量は、水１００質量部に対して、好ましくは１９質量部以下、より好ましくは１８質量部以下、さらに好ましくは１７質量部以下、さらにより好ましくは１６質量部以下、さらにより一層好ましくは１５質量部以下とすることができる。

上記無機コロイド含有液は、有機物を含まない、または、有機物の含有量が水１００質量部に対して１質量部以下であるとよい。

有機物は、無機コロイドのマイグレーション抑制に効果がある。しかし、有機物の含有量が過剰な無機コロイド含有液を用いて無機繊維成型体用組成液を調製し、無機繊維成型体を作製した場合、無機繊維成型体の初回使用時に焼成されると、煙が多量に発生する。上記無機コロイド含有液における有機物の含有量が上記範囲内である場合には、煙の発生を許容範囲内に抑制することができる。上記無機コロイド含有液に有機物が含まれている場合、有機物の含有量は、上記煙の発生を抑制しやすくなるなどの観点から、水１００質量部に対して、好ましくは０．８質量部以下、より好ましくは０．５質量部以下、さらに好ましくは０．３質量部以下、さらにより好ましくは０．１質量部以下とすることができる。特に、上記無機コロイド含有液に有機物が含まれていない場合には、上記煙の発生をなくすことができ、上記無機コロイド含有液の有用性が高まる。なお、無機コロイドのマイグレーション抑制に用いられる有機物としては、例えば、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー等のポリマーや寒天などを例示することができる。

次に、上記無機繊維成型体用組成液について説明する。

上記無機繊維成型体用組成液は、上記無機コロイド含有液と、無機繊維とを含んでいる。

上記無機繊維としては、例えば、化学組成にＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２を含むセラミックファイバーを好適に用いることができる。なお、セラミックファイバーは、セラミックファイバー工業会で定義されるように、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とを基本組成とする無機質の耐火性繊維である。上記無機繊維としては、より具体的には、例えば、リフラクトリーセラミックファイバー、アルミナファイバーなどを例示することができる。これらは１種又は２種以上併用することができる。また、さらに、上記無機繊維とは別の成分系であるが、ＳｉＯ_２とアルカリ金属酸化物、若しくはＳｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物を含む耐火性の無機繊維も同様に用いることができる。なお、これを基本組成とする無機繊維としては、より具体的には、例えば、生体溶解性ファイバーなどを例示することができる。これらは１種又は２種以上併用することができ、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とを基本組成とする無機繊維とも併用することができる。なお、本明細書において、アルミナファイバーは、広義の意味で用いられ、アルミナ繊維のみならず、ムライト繊維も含む。また、生体溶解性ファイバーは、非生体溶解性ファイバーであるリフラクトリーセラミックファイバー、アルミナファイバーに比べ、生体中での溶解性に優れるため、無機コロイド含有液、無機繊維成型体用組成液及び無機繊維成型体の製造環境向上などに利点がある。

上記無機繊維成型体用組成液において、無機繊維の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して２５質量部以下とすることができる。

この場合には、吸引成型による無機繊維成型体の成型性に優れた無機繊維成型体用組成液が得られる。したがって、この場合には、生産性の高い吸引成型により、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体が得られる。

この場合、当該効果を得やすくなる等の観点から、無機繊維の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して、好ましくは２３質量部以下、より好ましくは２０質量部以下、さらに好ましくは１８質量部以下、さらにより好ましくは１５質量部以下とすることができる。なお、無機繊維成型体の形成を確実なものとするなどの観点から、無機繊維の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して、０．５質量部以上とすることができる。

他にも、上記無機繊維成型体用組成液において、無機繊維の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して２５質量部超〜３００質量部とすることもできる。

この場合には、プレス成型による無機繊維成型体の成型性に優れた無機繊維成型体用組成液が得られる。したがって、この場合には、吸引成型に比べて成型体の組成設計が容易なプレス成型により、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体が得られる。

なお、上記無機繊維成型体用組成液をプレスにより脱水して脱水成型したり、さらに、無機繊維成型体用組成液をプレスしながら吸引することにより脱水して脱水成型したりする場合には、無機繊維の含有量は特に限定されず、上述した吸引成型、プレス成型に適するいずれの上記無機繊維成型体用組成液であっても用いることができる。

この場合、当該効果を得やすくなる等の観点から、無機繊維の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して、好ましくは２５０質量部以下、より好ましくは２００質量部以下、さらに好ましくは１５０質量部以下、さらにより好ましくは１００質量部以下とすることができる。

上記無機繊維成型体用組成液は、他にも、例えば、耐火粉末を含むことができる。この場合には、得られる無機繊維成型体の耐熱性を向上させることができるので、得られる無機繊維成型体の使用温度を向上させることができる。

耐火粉末としては、例えば、アルミナ粉末、シリカ粉末、ジルコニア粉末、チタニア粉末、ムライト粉末、炭化ケイ素粉末、窒化ケイ素粉末などを例示することができる。これらは１種又は２種以上併用することができる。

上記無機繊維成型体用組成液において、耐火粉末の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して１００質量部以下とすることができる。

この場合には、内部硬度の低下及び焼成収縮率の増加を抑制することができ、また、耐熱性が向上し、使用温度域の広い無機繊維成型体を得やすくなる。

吸引成型性の観点から、耐火粉末の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して、好ましくは２５質量以下、より好ましくは１０質量部以下、より好ましくは５質量部以下、さらに好ましくは３質量部以下とすることができる。また、プレス成型性の観点から、耐火粉末の含有量は、無機コロイド含有液１００質量部に対して、好ましくは８０質量以下、より好ましくは７０質量部以下、より好ましくは６０質量部以下とすることができる。

次に、上記無機繊維成型体について説明する。

上記無機繊維成型体は、無機繊維と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する。

上記無機繊維成型体において、サポナイトは、Ｆｅ含有量が原子比率で１．３％以下であるとよい。

この場合には、上述したように、無機コロイドのマイグレーション抑制効果を大きくすることができるため、十分な内部硬度を有する無機繊維成型体が得られる。

上記無機繊維成型体において、サポナイトの含有量は、無機繊維１００質量部に対して０．３〜５．７質量部であるとよい。

この場合には、穴あけ等の加工に適した内部硬度を有し、焼成収縮率をより抑制しやすい無機繊維成型体が得られる。

この場合、内部硬度の向上などの観点から、サポナイトの含有量は、無機繊維１００質量部に対して、好ましくは０．５質量部以上、より好ましくは０．７質量部以上、さらに好ましくは０．９質量部以上とすることができる。また、焼成収縮率の抑制などの観点から、サポナイトの含有量は、無機繊維１００質量部に対して、好ましくは５．５質量部以下、より好ましくは５．３質量部以下、さらに好ましくは５質量部以下とすることができる。

上記無機繊維成型体において、無機コロイドの含有量は、無機繊維１００質量部に対して１０〜１００質量部であるとよい。

この場合には、内部硬度の低下を抑制しやすい無機繊維成型体が得られる。

この場合、焼成収縮率の増大を抑制するなどの観点から、無機コロイドの含有量は、無機繊維１００質量部に対して、好ましくは１２質量部以上、より好ましくは１５質量部以上、さらに好ましくは１８質量部以上とすることができる。また、低比重化などの観点から、無機コロイドの含有量は、無機繊維１００質量部に対して、好ましくは７０質量部以下、より好ましくは６５質量部以下、さらに好ましくは６０質量部以下とすることができる。

上記無機繊維成型体は、耐火粉末を含有することができる。

この場合には、内部硬度の低下及び焼成収縮率の増加を抑制することができ、耐火度の高い無機繊維成型体が得られる。

上記無機繊維成型体において、耐火粉末の含有量は、無機繊維１００質量部に対して１５０質量部以下とすることができる。

この場合には、耐熱性の高い無機繊維成型体が得られる。

この場合、成型性などの観点から、耐火粉末の含有量は、無機繊維１００質量部に対して、好ましくは７０質量部以下、より好ましくは６０質量部以下、さらに好ましくは５０質量部以下とすることができる。

無機繊維成型体における無機コロイド、サポナイト、無機繊維、耐火粉末等の詳細については、上述した無機コロイド含有液、無機繊維成型体用組成液の記載を参照することができるため、説明は省略する。

上記無機繊維成型体の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、板状（ボード状）、ブロック状、円筒状等の筒状、樋状などの形状を例示することができる。

なお、上述した各構成は、各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

上記無機コロイド含有液、上記無機繊維成型体用組成液及び上記無機繊維成型体について、実施例を用いて説明する。

＜サポナイトの合成＞
塩化アルミニウム六水和物と塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物とを原子比率でＡｌ：Ｆｅ＝１０：０〜５：５程度となるようにそれぞれ調製し、合計０．０３７ｍｏｌの塩化アルミニウム六水和物及び塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物を水５００ｍｌに溶解させ、溶液（１）を得た。

次いで、この溶液（１）に塩化マグネシウムを０．３３３ｍｏｌ加えて溶解させ、溶液（２）を得た。

次いで、水５００ｍｌにメタケイ酸ナトリウム五水和物を０．４０７ｍｏｌ溶解させ、これを溶液（２）とゆっくりと混合し、溶液（３）を得た。

次いで、溶液（３）にアンモニア水を添加してｐＨ１０に調整し、２４時間撹拌した。２４時間撹拌後、生成した沈殿物を遠心分離することにより、溶液と固形分とを分離した。

次いで、得られた固形分に水を加えて撹拌した後、再び遠心分離することにより、溶液と固形分とを分離する洗浄工程Ａを実施した。この洗浄工程Ａを十分に繰り返すことによって余分なナトリウムと塩素とを洗浄した後、固形分を乾燥させた。

次いで、得られた固形分を細かく粉砕し、水５００ｍｌに分散させることにより、分散液を得た。

次いで、得られた分散液に水酸化ナトリウムを０．０３７ｍｏｌ溶解させ、オートクレーブを用いて２００℃で５時間水熱反応させた。

次いで、上記水熱反応後の分散液を遠心分離することにより、溶液と固形分とを分離した。

次いで、得られた固形分に水を加えて撹拌した後、再び遠心分離することにより、溶液と固形分とを分離する洗浄工程Ｂを実施した。この洗浄工程Ｂを十分に繰り返すことによって余分なナトリウムを洗浄した後、固形分を乾燥させた。

次いで、得られた固形分を細かく粉砕することにより、６種類の粉末状のサポナイト（１）〜（６）を作製した。また、比較として、市販のモンモリロナイト（クニミネ工業社製、「クニピアＦ」）を準備した。代表としてサポナイト（１）、（３）及び（６）と、比較のモンモリロナイトについて、Ｘ線回折装置（リガク社製、「ＲＩＮＴ２４００」）を用いて、Ｘ線回折を実施した。その結果を、図１に示す。図１に示されるように、サポナイト（１）、（３）及び（６）は、いずれもサポナイト特有のピークが確認された。また、２θ＝２０°〜３０°付近にブロードなピーク（ハローピーク）が確認されないことから、サポナイト（１）、（３）及び（６）は、サポナイト単相より構成されており、非晶質相はほぼ存在しないことが確認された。また、サポナイト（１）〜（６）について、蛍光Ｘ線分析装置（リガク社製、「リガク３２７０」）を用いて、蛍光Ｘ線分析を実施した。その結果、表１に示されるように、各サポナイトは、それぞれＦｅ含有量が異なることが確認された。

合成サポナイト、市販のモンモリロナイトの原子比率を表１にまとめて示す。

＜無機コロイド含有液の調製＞
後述の表２〜表５に示される配合割合（単位：質量部）となるように、水に無機コロイドと所定のサポナイトとを分散させることにより、試料１〜試料１９の無機コロイド含有液を得た。なお、無機コロイドには、コロイダルシリカ（日揮触媒株式会社製、「Ｃａｔａｌｏｉｄ ＳＩ−４０」）を用いた。また、サポナイトを用いなかった以外は上記と同様にして、試料１Ｃ及び試料２Ｃの無機コロイド含有液を得た。また、サポナイトに代えて上記モンモリロナイトを用いた以外は上記と同様にして、試料３Ｃの無機コロイド含有液を得た。

＜無機繊維成型体用組成液の調製＞
後述の表２〜表５に示される配合割合（単位：質量部）となるように、各無機コロイド溶液に、無機繊維、必要に応じて耐火粉末を混合することにより、試料１〜試料１９、試料１Ｃ〜試料３Ｃの無機繊維成型体用組成液（以下、単に、組成液という。）を得た。なお、無機繊維には、リフラクトリーセラミックファイバー（平均繊維径４μｍ、平均繊維長５００μｍ）（株式会社ＩＴＭ製、「ＦＸＬバルクファイバー」）又はアルミナファイバー（平均繊維径５μｍ、平均繊維長５００μｍ）（株式会社ＩＴＭ製、「ＦＭＸバルクファイバー」）を用いた。また、耐火粉末には、アルミナ粉末（平均粒径ｄ５０＝４０μｍ）（住友化学株式会社製、「Ａ−２１」）を用いた。

＜無機繊維成型体の作製＞
各組成液を、直径１０ｃｍの吸引成型用の型に流し込み、吸引成型により７ｃｍの高さになるまで積層させた。次いで、吸引成型によって脱水して得られた直径１０ｃｍ、高さ７ｃｍの円柱状の吸引成型体を、密度の均一化や表面を滑らかにするために、高さ５ｃｍまでローラープレスした。次いで、この吸引成型体を、１１０℃で２４時間乾燥させた。次いで、乾燥させた無機繊維成型体を縦６．５ｃｍ、横６．５ｃｍの角形状となるようにカットすることにより、試料１〜試料９、試料１１〜試料１９、試料１Ｃ〜試料３Ｃの無機繊維成型体を得た。なお、試料１０の組成液は、試料１、試料７〜試料９の組成液に比べて流動が低下したため、吸引成型による無機繊維成型体の作製は行わなかった。

また、上記の形状以外の形状を有する試料の無機繊維成型体も併せて作製した。具体的には、試料１の組成液を、直径１０ｃｍの吸引成型用の型に流し込み、吸引成型により３．５ｃｍの高さになるまで積層させた。次いで、吸引成型によって脱水して得られた直径１０ｃｍ、高さ３．５ｃｍの円柱状の吸引成型体を、密度の均一化や表面を滑らかにするために、高さ２．５ｃｍまでローラープレスした。次いで、この吸引成型体を、１１０℃で２４時間乾燥させた。次いで、乾燥させた無機繊維成型体を縦６．５ｃｍ、横６．５ｃｍの角形状となるようにカットすることにより、試料２０の無機繊維成型体を得た。

また、試料１の組成液を用い、吸引成型によって脱水して得られた外径７．７ｃｍ、内径３．５ｃｍの円筒状の吸引成型体を、密度の均一化や表面を滑らかにするために、内径部にパイプを挿して転がし、外径６．５ｃｍまで均一に圧縮した。次いで、この吸引成型体を、１１０℃で２４時間乾燥させた。これにより、試料２１の無機繊維成型体を得た。

＜無機繊維成型体の内部硬度の測定＞
アスカーＣ型ゴム硬度計を用い、各無機繊維成型体の４つの側面（カット面）における中央部の硬度を、各側面につき２箇所ずつ測定した。得られた８箇所の硬度の平均値を、その無機繊維成型体の内部硬度とした。無機繊維成型体の内部硬度が３０度以上であると、穴あけ加工による穴内壁の崩れを抑制しやすい。

＜無機繊維成型体の焼成収縮率の測定＞
各無機繊維成型体を、所定の最高温度で２４時間加熱した。最高温度は、無機繊維としてリフラクトリーセラミックファイバーを用いた場合には、１０００℃、アルミナファイバーを用いた場合には、１３００℃とした。また、昇温速度は、１５０℃／時間とした。ノギスにより、焼成前後の無機繊維成型体における上面の四辺の長さをそれぞれ測定し、焼成前の辺の長さの平均値、焼成後の辺の長さの平均値を求めた。そして、１００×（焼成前の辺の長さの平均値−焼成後の辺の長さの平均値）／（焼成前の辺の長さの平均値）の式より、焼成収縮率を算出した。無機繊維成型体の焼成収縮率が３％以下であると、断熱用途に特に好適に用いることができる。

＜無機繊維成型体の比重＞
ノギスと電子天秤を用いて、各無機繊維成型体の比重（嵩密度）を測定した。

＜無機繊維成型体における成分組成＞
上記蛍光Ｘ線分析装置を用い、次のようにして各無機繊維成型体中の成分組成を求めた。すなわち、無機繊維成型体中のＭｇ量、Ｓｉ量、Ａｌ量を測定する。Ｍｇはサポナイトにのみ含まれているため、無機繊維成型体中のＭｇ量を測定することにより、無機繊維成型体中のサポナイト含有量を算出することができる。また、用いた無機繊維の組成を予め測定しておくことにより、Ａｌ量とＳｉ量の比率から、無機繊維成型体中の無機繊維量と無機コロイド量とを計算することができる。これらの結果から、無機繊維１００質量部に対するサポナイト量、無機コロイド量を算出した。

作製した無機コロイド含有液、無機繊維成型体用組成液及び無機繊維成型体の成分組成（質量部）、物性をまとめて、表２〜表５に示す。

表２〜表５によれば、以下のことがわかる。試料１Ｃ及び試料２Ｃは、無機コロイド含有液にサポナイトが含まれていない。そのため、試料１Ｃ及び試料２Ｃは、サポナイトによって成型体の乾燥時における無機コロイドのマイグレーションを抑制することができず、無機繊維成型体の内部硬度が低かった。

試料３Ｃは、無機コロイド含有液に粘土鉱物が含まれているものの、その粘土鉱物がモンモリロナイトである。そのため、試料３Ｃは、組成液に加える無機繊維の量を、他の試料の約１／１１程度にまで減じないと組成液の粘度が吸引成型に適した状態とならなかった。この結果から、粘土鉱物としてモンモリロナイトを用いた場合、組成液に加える無機繊維の量を他の試料と同程度の量とするためには、多量のモンモリロナイトが必要になることがわかる。また、モンモリロナイトの添加量が多量になれば、アルカリ量の増加により、無機繊維成型体の焼成収縮率が増加することは明らかである。一方、組成液に加える無機繊維の量を他の試料と同程度の量とした場合に、モンモリロナイトの添加量が少量になれば、無機コロイドのマイグレーションの抑制が困難となり、無機繊維成型体の内部硬度の低下を招くことも明らかである。

これらに対し、試料１〜試料９によれば、粘土鉱物を含んで、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体が得られることがわかる。これは、無機コロイド含有液に含まれる粘土鉱物としてサポナイトを用いたことにより、少量の粘土鉱物で、乾燥時における成型体表面への無機コロイドのマイグレーションが抑制されたためである。

また、試料１〜試料６を比較すると、無機コロイド含有液において、サポナイトのＦｅ含有量が原子比率で１．３％以下である場合には、十分な内部硬度を有する無機繊維成型体が得られることがわかる。これは、サポナイトのＦｅ含有量が原子比率で１．３％以下とされることにより、無機コロイドのマイグレーション抑制効果が大きくなったためである。

また、試料１、試料７〜試料９を比較すると、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量が増加するに従って、得られる無機繊維成型体の内部硬度が増加することがわかる。また、試料１、試料７〜試料９は、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量が水１００質量部に対して２質量部以下であったため、組成液の流動性が高く、吸引成型による成型性を確保しやすかった。

ここで、本発明者らによるこれまでの実験によれば、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量が水１００質量部に対して３質量部以下である場合には、静置状態で組成液がゾル状になる傾向が確認されている。しかし、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量が水１００質量部に対して２質量部を超えると、組成液の流動性が悪化する傾向が見られる。よって、組成液を吸引成型することにより無機繊維成型体を成型する場合には、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量を水１００質量部に対して２質量部以下にすることが望ましいといえる。また、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量が水１００質量部に対して３質量部超〜４質量部以下である場合には、静置状態で組成液がゲル状になるが、撹拌状態とすることにより組成液がゾル状になる傾向が確認されている。さらに、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量が４質量部超である場合には、撹拌状態であっても組成液がゲル状になる傾向が確認されている。組成液をプレス成型することにより無機繊維成型体を成型する場合、サポナイトの増加に伴う組成液の粘度上昇をそれほど気にする必要がないが、無機繊維の混合が難しくなり、成型体の均一性が低下するおそれがある。そのため、組成液をプレス成型することにより無機繊維成型体を成型する場合には、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量を水１００質量部に対して４質量部以下にすることが好ましいといえる。なお、試料１Ｃと試料７との比較から分かるように、無機コロイドのマイグレーション抑制効果を確実なものとする観点から、無機コロイド含有液におけるサポナイトの含有量は、水１００質量部に対して０．１質量部以上にすることが好ましいといえる。以上をまとめると、無機コロイド含有液において、サポナイトの含有量が水１００質量部に対して０．１〜４質量部である場合には、組成液の成型性の確保、無機繊維成型体の内部硬度の確保を確実なものとすることができるといえる。

また、試料１Ｃ、試料１、試料７〜試料９について、最小二乗法（線形）を用いて、無機繊維成型体中のサポナイトの含有量と内部硬度との関係を求めると、無機繊維成型体におけるサポナイトの含有量が、無機繊維１００質量部に対して０．３質量部以上であると、内部硬度が３０度以上となる。したがって、無機繊維成型体におけるサポナイトの含有量を、無機繊維１００質量部に対して０．３質量部以上とすることにより、穴あけ加工に適した内部硬度を有する無機繊維成型体を得やすくなるといえる。

同様に、試料１Ｃ、試料１、試料７〜試料９について、最小二乗法（線形）を用いて、無機繊維成型体中のサポナイトの含有量と焼成収縮率との関係を求めると、無機繊維成型体におけるサポナイトの含有量が、無機繊維１００質量部に対して５．７質量部以下であると、焼成収縮率が３％以下となる。したがって、無機繊維成型体におけるサポナイトの含有量を、無機繊維１００質量部に対して５．７質量部以下とすることにより、焼成収縮率をより抑制しやすい無機繊維成型体を得やすくなるといえる。

また、試料１と試料１１とを比較すると、無機繊維成型体における無機コロイドの含有量を、無機繊維１００質量部に対して１００質量部以下とすることにより、焼成収縮率の増大を抑制しやすい無機繊維成型体を得やすくなるといえる。なお、表には記載されていないが、無機繊維成型体における無機コロイドの含有量が、無機繊維１００質量部に対して１００質量部を超えると、急激に焼成収縮率が増大した。

また、試料１６〜試料１９について、組成液に対する無機繊維の量を試料１〜試料１５に比べて少なくしたところ、より比重が高く緻密な成型体を得ることができた。試料１と試料１６とを比較すると、無機繊維に対する無機コロイド量が少なくても、内部硬度が高いことがわかる。さらに、無機コロイド含有液中の無機コロイドを少なくした分、サポナイトを増加させたところ、試料１〜試料１５や試料１６と比べて、より少ない無機コロイドの含有量で内部強度を３０度以上にすることができた。この無機繊維成型体中の無機コロイドの含有量と内部硬度との関係を、最小二乗法（線形）を用いて、試料１６〜試料１９について求めると、無機繊維成型体における無機コロイドの含有量が、無機繊維１００質量部に対して１０質量部以上であると、無機繊維成型体の内部硬度が３０度以上となる。したがって、無機繊維成型体における無機コロイドの含有量を、無機繊維１００質量部に対して１０質量部以上とすることにより、内部硬度の低下を抑制しやすい無機繊維成型体を得やすくなるといえる。

また、試料１と試料１１とを比較すると、無機コロイド含有液における無機コロイドの含有量を、水１００質量部に対して２０質量部以下とした場合に、組成液を吸引成型することにより、低比重で、高い内部硬度を有する無機繊維成型体を得やすくなることもわかる。なお、無機コロイド含有液における無機コロイドの含有量を、水１００質量部に対して２０質量部超とする場合には、組成液をプレス成型することにより、高い内部硬度を有する無機繊維成型体を得ることができる。もっとも、本発明者らによるこれまでの実験によれば、無機コロイド含有液における無機コロイドの含有量が６７質量部を超えると、無機コロイドの安定性が低下する傾向が確認されている。したがって、無機コロイドの安定性を維持し、無機繊維成型体の硬化性を確保するなどの観点から、無機コロイド含有液における無機コロイドの含有量は６７質量部以下とすることが望ましいといえる。また、無機繊維成型体の硬度を確実に３０度以上とする観点から、試料１６〜試料１９について、最小二乗法（線形）を用いて、無機コロイド含有液中の無機コロイドの含有量と内部硬度との関係を求めると、無機コロイド含有液中における無機コロイドの含有量が、水１００質量部に対して４質量部以上であると好ましいといえる。以上をまとめると、無機コロイド含有液において、無機コロイドの含有量が水１００質量部に対して４〜６７質量部である場合には、組成液の成型性の確保、無機繊維成型体の内部硬度の確保を確実なものとすることができるといえる。

また、試料１と試料１２とを比較すると、どのような無機繊維を用いても、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができる無機繊維成型体が得られることがわかる。

また、試料１、試料１３〜試料１５を比較すると、組成液に耐火粉末を加え、無機繊維成型体中に耐火粉末を含有させると、耐火粉末によって、得られる無機繊維成型体の耐火性を向上させやすくなるといえる。もっとも、耐火粉末の含有量は、成型性の悪化を回避するなどの観点から、無機繊維１００質量部に対して１５０質量部以下とすることが好ましいといえる。

また、試料１〜試料９、試料１１〜試料１５の無機繊維成型体とは形状、厚みの異なる試料２０、試料２１の無機繊維成型体についても、同様に、無機コロイドのマイグレーションが抑制された結果、内部硬度の低下を抑制することができ、かつ、焼成収縮率の増加を抑制することができた。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、実施例では、上記無機コロイド含有液を、上記無機繊維成型体用組成液、上記無機繊維成型体の用途に用いる場合について説明したが、上記無機コロイド含有液は、これらの用途以外にも、無機コロイドのマイグレーションが問題となる他の用途に用いることが可能である。

Claims (12)

1. 水と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する、無機コロイド含有液。
2. 上記サポナイトは、Ｆｅ含有量が原子比率で１．３％以下である、請求項１に記載の無機コロイド含有液。
3. 上記サポナイトの含有量は、水１００質量部に対して０．１〜４質量部である、請求項１又は２に記載の無機コロイド含有液。
4. 上記無機コロイドの含有量は、水１００質量部に対して４〜６７質量部である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無機コロイド含有液。
5. 有機物を含まない、又は、有機物の含有量が水１００質量部に対して１質量部以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無機コロイド含有液。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の無機コロイド含有液と、無機繊維とを含む、無機繊維成型体用組成液。
7. 上記無機繊維の含有量は、上記無機コロイド含有液１００質量部に対して２５質量部以下である、請求項６に記載の無機繊維成型体用組成液。
8. 上記無機繊維の含有量は、上記無機コロイド含有液１００質量部に対して２５質量部超〜３００質量部である、請求項６に記載の無機繊維成型体用組成液。
9. 無機繊維と、無機コロイドと、サポナイトとを含有する、無機繊維成型体。
10. 上記サポナイトは、Ｆｅ含有量が原子比率で１．３％以下である、請求項９に記載の無機繊維成型体。
11. 上記サポナイトの含有量は、上記無機繊維１００質量部に対して０．３〜５．７質量部である、請求項９又は１０に記載の無機繊維成型体。
12. 上記無機コロイドの含有量は、上記無機繊維１００質量部に対して１０〜１００質量部である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の無機繊維成型体。

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